Перспективы развития ГРУ

В настоящее время можно выделить некоторые направления, по которым происходит развитие ГРУ высокого и сверхвысокого напряжения. К их числу относится стремление совершенствовать уже существующие конструкции, повышать надежность существующих и вновь создаваемых аппаратов, повышать номинальные напряжения. Ряд новых проблем возникает при создании ГРУ постоянного напряжения. Осуществляется переход к трехфазному исполнению ГРУ класса напряжения 110 кВ и выше, что позволит существенно уменьшить габаритные размеры ячеек. Так, применение трехфазного ГРУ класса 800 кВ позволяет в результате рациональной компоновки экономить до 35 % занимаемой площади. Рассматриваются варианты закрытого и подземного расположения ГРУ. Причины, обусловливающие наметившуюся тенденцию к размещению трех фаз ГРУ в одной оболочке, пояснены выше на примере трехфазной компоновки сборных шин.
Улучшение компоновки и снижение трудоемкости при монтаже может быть достигнуто введением в состав ГРУ полугибких кабелей. Известно применение таких элементов длиной до 110 м в ГРУ СВН, причем диаметр оболочки составляет всего 750 мм. Интересным и перспективным направлением является размещение большого числа элементов в одном резервуаре. В состав комплекса входят выключатель, разъединитель, два ТТ, защитный разрядник и два ввода воздух — элегаз.
Важной задачей является также снижение числа модулей элегазовых выключателей и связанное с этим повышение надежности их работы. Разработан одноразрывный выключатель для классов напряжений 275 кВ и двухразрывный — для 500 кВ. Для класса напряжения 800 кВ создан четырехразрывный двухмодульный выключатель. Описанный выше отечественный выключатель СВН имеет три модуля и шесть разрывов.
Темп роста потребления электроэнергии в разных странах удерживался в среднем примерно на уровне 7 % в год около 50 лет и сопровождался одновременным повышением номинального напряжения линий электропередачи. Повышение плотности потребления электроэнергии приводит к отчуждению все больших территорий в сельской местности под РУ, площадь и стоимость которых быстро увеличиваются при росте номинальных напряжений электропередач (табл. 1 и 2, рис. 1 и 2).

Таблица 1

Таблица 2

Рис. 1 Зависимость отношения площадей ОРУ и ГРУ с элегазовой изоляцией от их номинального напряжения по данным  Германии (кривая 1) и Японии (кривая 2)
Анализ и сопоставление технико-экономических показателей подстанций (ПС) с ГРУ и открытыми распределительными устройствами классов напряжения 110, 220 и 500 кВ выполнен в Северо-западном отделении "Энергосетьпроекта" на примере строящихся и существующих объектов. Для сравнения выбирались варианты с одинаковой мощностью трансформаторов, одинаковым числом присоединений на высоком напряжении и числом линейных ячеек класса напряжения 10 кВ. Было показано, что эффективность применения ГРУ максимальна при использовании схем со сборными шинами, так как размеры ПС определяются, главным образом, трансформаторами, РУ 6 — 10 кВ, реакторами, вентильными разрядниками, вспомогательными помещениями, кабельными линиями 6 — 10 кВ и аналогичными элементами, а не РУ высшего класса напряжения.

Рис. 12. Зависимость площади, занимаемой распределительным устройством на 10 присоединений, от номинального напряжения (необходимая площадь для трансформатора и подъездных путей учтена): 1 — открытое распределительное устройство с традиционным оборудованием; 2 — распределительное устройство с ячейками ГРУ; 3 — распределительное устройство с ячейками ГРУ. присоединение кабелем или токопроводами с элегазовой изоляцией

Ориентировочные стоимостные показатели отдельных ячеек ГРУ по данным Всесоюзного электротехнического института приведены в табл. 3. Наиболее существенные технико-экономические показатели ПС приведены в табл. 4. При всех классах напряжения сравнивались ПС с ГРУ и ПС с оборудованием обычного типа. Для анализа данных табл. 6 следует иметь в виду, что наиболее существенным преимуществом ГРУ является значительное снижение занимаемой площади. Для экономической оценки этого фактора необходимо учитывать стоимость земли, сильно меняющуюся в зависимости от места расположения ПС. Стоимость земли относительно слабо сказывается на показателях ПС с ГРУ, однако сильно влияет на ПС с оборудованием обычного типа. Данные табл. 4 позволяют
Таблица 3

Таблица 4

Примечания: 1 — закрытая ПС 110/10 кВ с ГРУ: 2 — ПС 110/10 кВ с ОРУ 110 кВ с обычным оборудованием: 3 — закрытая ПС 220/110/10 кВ с ГРУ: 4 — ПС 220/110/10 кВ с обычным оборудованием: 5 — ПС 500/220 кВ с ГРУ: 6 — ПС 500/220 кВ с обычным оборудованием

Рис. 3 Относительная стоимость подстанций с ГРУ и ОРУ: I — без учета стоимости земли; 2 — при стоимости земли 105 руб/га (сельская местность): 3 — при стоимости земли 5-105 руб/га (города с населением около 1 млн. чел.); 4 — при стоимости земли 1.3-106 руб/га (центр Москвы) (1 — 4 — по данным ВНИИ "Энергосетьпроект"): 5 — оценка относительной стоимости с учетом данных работы   для Uном = 1150 кВ установить, что лишь при максимальной цене земли 1,3-106 руб/га стоимость ПС С ГРУ оказывается несколько ниже, чем с оборудованием обычного типа для классов напряжения 220 и 500 кВ (рис. 3).
Видно, что в соответствии с результатами исследований института "Энергосетьпроект" элегазовые ГРУ имеют преимущество только при чрезвычайно высокой стоимости земли.
По мере увеличения выпуска ячеек ГРУ стоимость их будет уменьшаться. По данным ПО "Электроаппарат", стоимость ячеек ГРУ 110 кВ может быть доведена до 190 тыс. руб. при выпуске 20 штук в год и до 130 тыс. руб. при выпуске 56 штук в год. Целесообразность использования герметичной аппаратуры с элегазовым заполнением определяется также тем, что в некоторых случаях технические условия не позволяют найти другого решения и соображения экономического характера становятся второстепенными (например, при размещении ПС в районах крайнего Севера, в густонаселенных городских кварталах, в скальных выемках и т.д.).
Изготовление опытного образца ячейки ГРУ СВН показало, что ее стоимость равна примерно стоимости ячейки с традиционным оборудованием. Это хорошо согласуется с технико-экономическим анализом ГРУ класса 1000 кВ, выполненным некоторыми ведущими фирмами Западной Европы и США. При сопоставлении подстанций различного исполнения (традиционной с обычным РУ, гибридной с элегазовой изоляцией аппаратов и воздушной изоляцией сборных шин, а также ПС с ГРУ) получено снижение стоимости ПС с ГРУ до 83 и 91 % по отношению к ПС с традиционным РУ при двойной системе сборных шин и при полуторной схеме соответственно. Эти данные позволяют сделать ориентировочную оценку снижения относительной стоимости ГРУ по мере увеличения класса напряжения (штриховая кривая на рис. 3).
Для сравнения укажем данные шведской фирмы АСЕА, согласно которым равенство стоимости оборудования ГРУ и РУ обычного исполнения выполняется в диапазоне номинальных напряжений 300 — 400 кВ. При больших номинальных напряжениях ГРУ дешевле даже без учета стоимости земли и строительных работ. Имеющаяся погрешность в выполняемых экономических оценках, невозможность учета некоторых действующих факторов и изменение стоимости ячеек в зависимости от колебания цен на материалы и оборудование требуют большой осторожности при использовании указанных данных (рис. 3), хотя общая тенденция к снижению относительной стоимости ГРУ по мере увеличения класса напряжения не вызывает сомнений.