Унификация элементов сети - Унификация и индустриализация строительства подстанций

Подстанции являются наиболее сложными элементами электрических сетей, требующими при проектировании и сооружении многообразия профессий проектировщиков и строителей и значительных трудозатрат. Только при строительстве зданий на подстанциях необходим труд строительных рабочих и машинистов строительных машин 15 профессий. Трудозатраты на 1 млн. руб. строительно-монтажных работ при сооружении подстанций в 2 раза выше, чем при строительстве ВЛ [51].
Масштабы и сложность сооружения подстанций выдвинули в качестве важнейших задачи их типизации, перехода к заводскому изготовлению и превращения строительной площадки в монтажную. Однако многообразие применяемых схемных решений обусловило в течение длительного периода типизацию и унификацию не подстанций в целом, а отдельных подстанционных зданий (ОПУ, ЗРУ, компрессорных), сооружений, узлов и конструкций.
Важным шагом на пути дальнейшей индустриализации строительства подстанций, повышения степени заводской готовности как отдельных узлов и деталей, так и всей подстанции стало освоение выпуска комплектных трансформаторных подстанций (КТП) заводского изготовления. С 1967 г. по 1981 г. построено 6885 КТП общей мощностью 46,3 млн. кВ-А [52]. Толчком к созданию КТП послужило широкое применение упрощенных (без выключателей на стороне ВН) подстанций, главным образом однотрансформаторных, что характерно для первого этапа электрификации: максимального охвата территории страны централизованным электроснабжением от энергосистем. Комплектные трансформаторные подстанции строились с ВН 35 и 110 кВ, средняя мощность построенных КТП — около 7 МВ-А. В 1981 г. средняя мощность достигла 9 МВ-А.
Преимущества применения КТП характеризуются сравнительными данными для подстанции 110/35/10 кВ с трансформаторами 2X16 МВ·А и типовой схемой на стороне ВН 110—4, приведенными в табл. 20.
Таблица 20

Трудозатраты на строительные работы снижаются в 6 раз, расход материалов — на 30—40 %.
Несмотря на указанные преимущества применение КТП в подстанционном строительстве до последнего времени было недостаточным: в конце 70-х годов КТП 110 кВ составляли 35—40 % всех запроектированных институтом

Энергосетьпроект новых подстанций. Причинами такого положения являлись, главным образом, следующие:
некоторые недостатки конструкций выпускаемых КТП и порядка комплектации, ограничивающие область применения и ухудшающие условия эксплуатации [53];
ограниченная сетка схем на стороне ВН, переставшая удовлетворять потребности электрических сетей на новом этапе развития [49].
В 1981 г. были разработаны проекты, а с 1983 г. освоено серийное производство новой серии КТПБ (комплектная трансформаторная подстанция из блоков заводского изготовления), расширяющей сетку применяемых схем. В новой серии улучшено конструктивное выполнение, устранен ряд недостатков, ограничивавших применение КТПБ. Весьма существенным является освоение КТПБ по схемам с выключателями на стороне 110 кВ: по типовой схеме 110—5 для районов с умеренным климатом, а для северных районов, где не допускается применение отделителей,— по схемам «два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой» (взамен типовой схемы 110—4) и «мостик с выключателями в цепях ВЛ и в перемычке» (взамен типовой схемы 110—5). Новая серия выпускаемых КТПБ приведена в табл. 21.
Комплектные подстанции выполняются как с нормальной изоляцией по ГОСТ 9920-75 (для районов с I, II и III степенями загрязнения), так и с усиленной (для районов с IV степенью загрязнения). Открытые распределительные устройства 110 и 35 кВ выполняются из отдельных унифицированных блоков заводского изготовления, состоящих из металлического каркаса со смонтированным оборудованием и с элементами вторичных устройств. Ошиновка предусмотрена жесткая — из алюминиевых труб и гибкая (для трансформаторов) — из сталеалюминиевого провода. Для прокладки кабелей предусматриваются надземные лотки, закрепленные на металлических конструкциях для оборудования на высоте 2 м от уровня планировки. Конструкция КТПБ рассчитана на беспортальный прием ВЛ. Фундаменты — незаглубленного типа из унифицированных железобетонных элементов (лежней, брусков, плит), укладываемых на спланированный грунт или песчаную подушку. Здания общеподстанционного пункта управления (ОПУ) или (при отсутствии ОПУ) для устройств связи и ремонтного персонала выполняются из трехслойных металлических «сэндвич»-паиелей с утеплителем. Предусматривается также комплектация КТПБ ячейками КРУН 10 кВ с ограждающими стенками с утеплителем.

Поставка КТПБ осуществляется таким образом, что можно обеспечить ввод первой очереди подстанции (первый трансформатор и одна ВЛ 110 кВ) с последующим ее расширением до проектной схемы путем установки дополнительных блоков.
На рис. 54 и 55 приведены планы подстанции 110/35/10 кВ с двумя трансформаторами и схемой 110—5 на стороне ВН соответственно по типовому проекту института 

Энергосетьпроект для подстанций, поставляемых «россыпью», и для КТПБ. Из сравнения планов видно, что для сооружения КТПБ требуется значительно меньшая (на 60 %) площадка.
Сопоставление рекомендуемых схем для унифицированных подстанций 110 кВ массового строительства (см. рис. 51) с выпускаемыми промышленностью типами КТПБ (табл. 21) показывает, что уже изготавливаемые заводские подстанции покрывает шесть из девяти рекомендованных схем. Не выполнена разработка и не освоено производство КТПБ с системой шин на стороне 110 кВ (рис. 51, схемы 3а—3в) —типовая схема 110—10 с исключением обходной системы шин (см. § 17).

Рис. 54. План типовой подстанции 110/35/10 кВ (по схеме 110—5), 2X16 МВ-А:
1 — трансформаторы; 2 — ОРУ 110 кВ; 3 —ОРУ 35 кВ; 4 — ОПУ; 5 —трансформаторы СН; 6 — КРУН 10 кВ

 
Анализ разработанных и выпускаемых типов КТПБ показывает, что такая схема может быть освоена путем использования КТПБ по схеме «мостик с выключателями в цепях линий и перемычке» (исполнение ХЛ), дополненной двумя блоками ВЛ 110 кВ. Пример компоновки такой подстанции (110/10 кВ, 2X16 МВ-А) приведен на рис. 56.
Более сложной задачей является создание КТПБ с ВН 220—330 кВ и установкой автотрансформаторов. Трудности заключаются, главным образом, в том, что: а) на стороне СН (110 кВ) таких подстанций применяются развитые схемы с системами шин; б) на подстанциях 220—330 кВ требуется сооружение крупного ОПУ и других зданий (компрессорной, насосной пожаротушения). Однако выполненные в последние годы разработки и примененные в подстанционном строительстве новые технические решения позволяют рассчитывать на реальность преодоления этих трудностей.
В настоящее время освоено заводское производство ячеек комплектных распределительных устройств 110 кВ блочного типа (КРУБ-110) для схем с одиночной и двойной системами шин (типовые 110—11, 12 и 13). Конструкция КРУБ основана на применении жесткой ошиновки, предусматривает отказ от сооружения порталов. Площадь ОРУ при применении КРУБ сокращается на 15—20 %, существенно сокращаются также трудозатраты на строительной площадке. Комплектные устройства КРУБ-110 внедрены на ряде подстанций.

Рис. 55. План КТП В 110/35/10 кВ (по схеме 110—5), 2X16 МВ-А:
1 — трансформаторы; 2 — ОРУ 110 кВ; 3 — ОРУ 35 кВ; 4 — ОПУ; 5 — трансформаторы СН; 6 — КРУН 10 кВ

Рис. 56. План КТПБ 110/10 кВ по схеме 110—10:
1 — трансформаторы 110/10 кВ; 2 — КРУН 10 кВ; 3 — трансформаторы СН; 4 —  ОПУ; 5 — ОРУ 110 кВ

Разработка КРУБ-110, выполненные проекты жесткой ошиновки ОРУ 220—330 кВ указывают на принципиальную возможность создания КРУБ на напряжение 220— 330 кВ.
В последние годы в подстанционном строительстве все более широкое применение находят быстромонтируемые здания (БМЗ), состоящие из комплектных стеновых и кровельных панелей со встроенными оконными витражами и обрамлением дверных проемов. Применение БМЗ снижает сроки строительства зданий более чем в 3 раза, трудозатраты — в 2 раза, номенклатуру используемых конструкций — в 10 раз [51].
Опыт создания КТПБ с ВН 110 кВ, перспективы широкого внедрения КРУБ 110—330 кВ в сочетании с применением БМЗ дают основание считать вполне реальной задачу разработки и освоения КТПБ для унифицированных подстанций 220—330 кВ.
В последние годы все больше получают распространение комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) на напряжения 110—500 кВ. В СССР начат выпуск КРУЭ 110 и 220 кВ. Применение КРУЭ открывает новые перспективы индустриализации строительства подстанций, позволяет уменьшить время монтажа по сравнению с традиционным РУ в 4—5 раз, улучшить условия эксплуатации и надежность работы, сократить необходимую для подстанции площадь в 7—40 раз (в зависимости от напряжения).
Однако высокая стоимость ячеек КРУЭ на современном этапе делает их применение оправданным только в тех случаях, когда решающим является размер площадки (например, для подстанций глубоких вводов на территории промышленных предприятий или в крупных жилых массивах). Поэтому в ближайшей перспективе целесообразно ориентироваться на индустриализацию строительства подстанций с РУ традиционного исполнения.