Стесненные горные условия створа Саяно-Шушенского гидроузла, криволинейное в плане очертание здания гидроэлектростанции, расположение ОРУ 500 кВ в узком каньоне долины р. Карловой, отделенном от станции горным кряжем с перепадом высот до 400 м, потребовали индивидуальных конструктивных решений отдельных элементов электрической части гидроэлектростанции и создания нового электротехнического оборудования и аппаратов.
Гидрогенераторы соединены попарно в пять электрических блоков с однофазными повышающими трансформаторами групповой мощностью 1600 МВ·А. Перед разработчиками встала проблема — создать систему главных и нейтральных выводов генератора, токопроводов между генератором и повышающим трансформатором. Известно, что саянские генераторы могут развивать мощность до 736 МВ·А. В этом случае при номинальном напряжении генераторов 15,75 кВ токопроводы и аппаратура генераторного напряжения должны быть рассчитаны на номинальный ток 28,5 кА и ударный ток короткого замыкания 480 кА.
Рис. 26. Схема главных электрических цепей.
Основываясь на научных исследованиях, на возможностях заводов- изготовителей, впервые в мировой практике создается аппаратный генераторный комплекс (КАГ) на напряжении 15,75 кВ и ток 28,5 кА. В состав КАГ вошли все аппараты главных выводов генераторов. КАГ удобно примыкает к экранированным пофазно токопроводам и главным выводам генератора, занимает меньше места. В его пределах предусмотрена компенсация внешнего электромагнитного поля.
В основу коммутационных аппаратов комплекса заложена конструкция, в которой токоведущая система и дугогасительное устройство выключателя нагрузки размещены в среде сжатого воздуха внутри немагнитного резервуара с потенциалом земли. Нож главного токоведущего контура (контакт) выполнен из коробчатых контактных шин, размыкающихся во внешние стороны «зонтиком» без трения в контактах. Подвижный контакт приводится в движение приводной частью дугогасительного контакта с помощью сжатого воздуха.
КАГ расположен в непосредственной близости к железобетонному стакану гидрогенератора.
Токопроводы главных выводов до КАГ выполнены в виде изолированных медных шин обеих параллельных обмоток статора. Шины имеют водоохлаждение. Арматура железобетонного стакана защищена от разогрева электромагнитным полем установкой размагничивающих короткозамкнутых витков.
Нейтральные выводы изготовляются аналогично главным.
Между КАГ и трансформаторами токопроводы выполняются пофазно экранированными, с компенсацией поля за счет устройства перетоков в электрически связанных экранах, с естественным воздушным охлаждением. При этом разводка «треугольника» трансформатора, ток в котором в 3 раза меньше полного фазного тока генератора, выполнена токопроводом с наружным диаметром 1160 мм, а участок между КАГ и «треугольником» выполнен расщепленными токопроводами диаметром 880 мм, рассчитанными на половину тока генератора.
На гидроэлектростанции впервые устанавливаются однофазные повышающие трансформаторы типа ОРЦ-533000/500 мощностью 533 МВ-А. Полная масса трансформатора 380 т. Из-за криволинейного очертания в плане машинного зала прокатка трансформаторов от места ревизии и сборки к месту установки должна производиться по рельсовым путям с радиусом закругления 150 м. Для этого трансформаторы оснащены специальным сменным комплектом кареток. Сами трансформаторы и способ их перекатки разработаны производственным объединением «Запорожтрансформатор».
Энергия Саяно-Шушенской ГЭС будет передаваться по двум направлениям. Основной потребитель — Саянский территориально-производственный комплекс — принимает энергию по двум ВЛ 500 кВ. Второй потребитель — Кузбасский энергорайон — получает электроэнергию также по двум ВЛ 500 кВ. В будущем предполагается вывод от гидроэлектростанции еще двух ВЛ 500 кВ.
В качестве схемы главных электрических цепей принята схема «Четыре трети», т. е. четыре выключателя на три присоединения. В конкретных условиях Саяно-Шушенской ГЭС эта схема наиболее экономична, достаточно гибка и надежна.
Нелегко было решить воздушные переходы 500 кВ между зданием гидроэлектростанции и ОРУ. Как уже говорилось, на пути воздушных переходов встали гористые берега.
Если вести ВЛ 500 кВ через кряж, нужны специальные подъезды и монтажные площадки для переходных опор, очистка больших участков склонов от лесов. Это чревато опасностью увеличения зон камнепада на подъезде и у здания гидроэлектростанции. Затраты па строительство перехода через горы большие, а сроки длительные.
Пришлось искать неординарное решение. Выдача мощности гидроэлектростанции на ОРУ 500 кВ осуществляется по пяти цепям. По левобережной насыпной полке основного подъезда на монтажную площадку проходят цепи от трех энергоблоков. Все три цепи подвешиваются вертикально на специальные трехцепные опоры. Высота подвеса исключает биологическое влияние электростатического поля на эксплуатационный персонал. Цепи от четвертого и пятого энергоблоков на двухцепных опорах проходят через правый берег, дважды пересекая реку.
Рис. 27. Двухцепная переходная опора 500 кВ.
На здании гидроэлектростанции провода подвешиваются в горизонтальной плоскости к специальному металлическому кронштейну на станционной части плотины. Силовые и контрольные кабели от гидроэлектростанции к ОРУ прокладываются в левобережном склоне в специальном 850-метровом туннеле, разделенном на три параллельные галереи.
СЗО «Энергосетьпроект» разработал переходные опоры из горячекатаных стальных труб, что гораздо дешевле и эстетичнее, чем из других профилей. За основу конструкции принята «обратная елка». Фазные провода расположены на опорах «бочкой», а выступающие концы верхней траверсы используются для подвески грозозащитных тросов. Предложенное решение позволило располагать опоры на существующих транспортных коммуникациях. Уменьшилось общее количество опор с 16 по горному варианту до 7 и снизился расход металла на 150 т. Новый вариант в целом снизил стоимость сооружения на 300 тыс. руб. и обеспечил безопасность подъезда к гидроэлектростанции.
Осуществленный переход линии электропередачи удобен в эксплуатации. Одновременно удалось успешно решить задачу сохранения окружающей среды.
Отдельной большой задачей явилось создание ОРУ 500 кВ Саяно- Шушенской ГЭС, обусловленное отсутствием места размещения ОРУ с типовой компоновкой оборудования в районе створа гидроэлектростанции. Единственно пригодная для размещения ОРУ площадка находится в долине р. Карловой шириной от 100 до 120 м.
Создание новой конструкции ОРУ 500 кВ шло по трем основным направлениям:
разработка новых компоновочных решений, отличных от типовых; сокращение воздушных изоляционных промежутков за счет применения принципиально новых высоконелинейных ограничителей грозовых и коммутационных перенапряжений;
применение повой аппаратуры 500 кВ, имеющей меньшие габариты.
За основу при создании новой компоновки была принята проверенная и хорошо зарекомендовавшая себя в эксплуатации на ОРУ 220 кВ Красноярской ГЭС конструкция шинного портала с вертикальной подвеской сборных шин, позволившая сократить ширину ОРУ на 68 м. Портал представляет собой стойку с консолями, на которые с помощью натяжных гирлянд подвешиваются фазные провода систем шин и перемычек. Ответвление от верхних проводов к разъединителям осуществляется с помощью подвесных гирлянд, закрепляемых на ригеле, соединяющем соседние стойки. Стойки устанавливаются по границам ячейки, а консоли на них — через две или три ячейки. Высота стойки (до верхней консоли)—25 м. Порталы присоединений при этом имеют высоту 33 м. Следует отметить, что увеличение высоты порталов ошиновки не привело к увеличению расхода металла против типовых конструкций. Уменьшение ширины ОРУ позволило сократить общее количество порталов.
Рис. 28. Типовая ячейка ОРУ 500 кВ.
Рис. 29. Малогабаритное открытое распределительное устройство 500 кВ с вертикальной ошиновкой.
Шинные и линейные порталы ОРУ запроектированы Украинским отделением института «Проектстальконструкция» из труб диаметром от 520 до 1220 мм и имеют расход металла на 15% меньше, чем у аналогичных конструкций из профилированного проката. При этом порталы отвечают повышенным требованиям технической эстетики. Опыт изготовления порталов Зуевским энергомеханическим заводом и монтажа их трестом «Гидроэлектромонтаж» показал высокую заводскую технологичность производства и возможность индустриального монтажа их в сжатые сроки.
Уменьшить ширину ОРУ позволило также применение двухрядной компоновки выключателей и подвесного разъединителя в цепи присоединения энергоблока (5 разъединителей). Все остальные принятые на ОРУ разъединители — горизонтально-поворотного типа. Замена их подвесными не давала выигрыша места, приводя к увеличению расхода металла на поддерживающие конструкции.
Рис. 30. ОРУ 500 кВ. Крупномодульный выключатель ВВБК-500. На втором плане — ограничитель перенапряжения ОПН-500.
Возможность существенно сократить размеры площадки под ОРУ дало применение новой аппаратуры 500 кВ и в первую очередь ограничителей перенапряжения, разработанных Ленинградским НПО «Электрокерамика» в содружестве с НИИ постоянного тока. Ограничитель перенапряжений ОПН-500 представляет собой аппарат опорного типа, состоящий из высоконелинейного резистора на основе окиси цинка, заключенного в фарфоровую герметизированную покрышку. Его модификация ОПНИ-500 состоит из двух рабочих элементов: основного и искрового.
Нелинейные ограничители перенапряжений обеспечивают более глубокое ограничение перенапряжений по сравнению с лучшими образцами отечественных и зарубежных разрядников. Особенно эффективным является использование нелинейного ограничителя перенапряжений ОПНИ-500 для защиты от междуфазовых перенапряжений.
По уровню ограничения коммутационных перенапряжений фаза — земля нелинейные ограничители перенапряжении превосходят разрядники РГМК-500 и лучшие зарубежные образцы на 25—30%, а по уровню ограничения перенапряжений фаза — фаза ограничитель перенапряжений ОПНИ-500 превосходит сравниваемые образцы на 40%.
Глубокое ограничение перенапряжений дало возможность уменьшить воздушные изоляционные промежутки против требований Правил устройств электроустановок до 3,0 м как фаза — земля, так и фага— фаза. Уменьшился и шаг ячейки до 24 м вместо 31 м в типовых конструкциях. Снизился размер воздушного промежутка между разомкнутыми контактами разъединителя 500 кВ на 25%, на 12 м уменьшилась ширина ОРУ за счет применения нового быстродействующего воздушного выключателя крупномодульной серии типа ВББК-500, созданного ПО «Электроаппарат». В настоящее время выпускаются выключатели ВВБ-500. Новый выключатель ВББК-500 имеет значительно меньшие габариты и в 1,5-2 раза более высокие эксплуатационные параметры. Решение было найдено путем создания крупномодульного дугогасительного устройства, которое сократило количество дугогасительных камер выключателя и повысило его важнейшие параметры.
При выборе конструктивной схемы выключателя предпочтение было отдано одноколонковому пустотелому опорному изолятору, разработанному и изготовленному НПО «Электрокерамика» вместо треноги, применяемой в конструкции выключателя типа ВВБ-500. При этом дугогасительные камеры располагаются одна под другой и разделены промежуточным изолятором. Полюс выключателя состоит из двух элементов, соединенных с помощью гибких связей. Каждый элемент состоит из двух дугогасительных модулей, установленных на центральном опорном изоляторе. Рядом расположена колонка управления. В выключателе применена быстродействующая механическая система управления, позволившая уменьшить собственное время отключения до 0,025 с.
Основные преимущества примененной конструктивной схемы выключателя ВВБК-500: снижена масса полюса примерно на 8000 кг уменьшены и его габариты, упрощена установка и регулировка колонки управления элементом полюса. Кроме того, повышена коммутационная способность, исследования которой проводились в ЛПИ имени М. И. Калинина и ПО «Электроаппарат».
За счет всех введенных новшеств на Саяно-Шушенской ГЭС впервые создано малогабаритное ОРУ 500 кВ — 128 м по ширине и 340 м в длину (с учетом 10 м на устройство регламентированной охранной зоны по периметру). При полном развитии схемы на ОРУ коммутируется пять присоединений блоков, шесть присоединений линий. Общее количество выключателей 18. На двух высоковольтных линиях предусматривается установка реакторов 500 кВ.
Впервые на ОРУ применена ошиновка двумя полыми алюминиевыми проводами марки ПА-640. НИИ постоянного тока проведена большая работа по проверке всей ошиновки и оборудования с точки зрения напряженности поля на проводах и аппаратах, а также напряженности поля у земли на уровне головы человека. Разработаны и осуществляются мероприятия по биологической защите обслуживающего персонала.
Новые технические решения и созданное электротехническое оборудование отвечают современному техническому уровню развития энергетики и позволяют обеспечить эффективность и высокую надежность работы, а также удобства эксплуатации и ремонтов элементов электрической части Саяно-Шушенской ГЭС.
