Компактная подстанция: технология строительства

16.09.13 08:06

— Насколько актуальна сегодня задача сокращения площадей при строительстве высоковольтных подстанций (ПС)?

 

Т.Либах

 

Томас Либах, Генеральный директор ООО «Сименс высоковольтные аппараты» (г. Воронеж):

— Задача по сокращению площадей подстанций на сегодняшний день весьма актуальна, особенно в крупных городах. Кроме того, не следует забывать, что сегодня ко всем объектам строительства, в том числе и подстанциям, предъявляются эстетические требования. Из этого очевидно, что чем меньше места занимает подстанция и чем незаметнее среди прочих сооружений, тем лучше.

Сокращение территории подстанции уменьшает ее стоимость не только на первоначальном этапе инвестирования, но и в период эксплуатации. Также применение компактных решений позволяет упростить и ускорить процесс проектирования за счет применения высокоинтегрированных модулей, сокращения количества фундаментов, металлоконструкций и вторичных кабелей. 

Алексей Зашихин, главный специалист по продвижению высоковольтного оборудования ЗАО ГК «ЭнТерра» (г. Екатеринбург):

— Наибольшую актуальность сокращение площадей имеет в двух случаях. Во-первых, при строительстве подстанций в городской черте. В основном это подстанции класса напряжения 110, реже — 220 и совсем редко — 330 или 500 кВ. Во-вторых, при реконструкции существующих подстанций, когда на имеющейся территории нужно построить объект с расширением и установкой современного оборудования. Очень часто при этом происходит перевод ПС с более низкого напряжения на более высокое, например, с 35 кВ на 110 кВ.

Кроме этого, при уменьшении территории, используемой для подстанции, сокращаются затраты на строительные работы, уменьшается стоимость землеотвода, длина кабельных связей и лотков, дорожных проездов, соответственно уменьшается срок строительства энергообъектов, что во многих случаях очень важный параметр. Таким образом, задача сокращения площадей при строительстве ПС чрезвычайно актуальна.

 

Компактные коммутационные модули DTC-SM2+VT  (фото ООО «Сименс высоковольтные аппараты»)

 

Тамара Катальникова, начальник отдела подстанций филиала «Институт «Тулаэнергосетьпроект» ОАО «СевЗап НТЦ»:

— Задача актуальна — рост стоимости земли и потребления электроэнергии в крупных мегаполисах обуславливает строительство ПС на жестко ограниченной территории. При этом подстанция требует площадь не только для размещения, но и на организацию охранной зоны. 

Светлана Григорьева, инженер-конструктор КБ оборудования комплектных распредустройств 35-750 кВ ЗАО «ЗЭТО» (г. Великие Луки Псковской обл.):

— Сегодня остро стоит вопрос сокращения площадей при строительстве высоковольтных подстанций с целью сокращения финансовых затрат (на аренду земли, строительные работы и т.д.), особенно в крупных городах в связи с дефицитом площадей.

Дмитрий Рыбников, заместитель главного инженера по техническому развитию - начальник департамента технического развития ОАО «МРСК Центра» (г. Москва):

— Эта задача актуальна всегда. Но при сокращении площадей для строительства новых подстанций необходимо просчитывать эффективность принятия решений о размещении оборудования. Есть явный тренд: чем меньше площадь, тем дороже оборудование. Дело в том, что уменьшение размеров электрических аппаратов и, соответственно, помещений с электрооборудованием возможно только при размещении токоведущих частей в непроводящей среде, либо с их изоляцией диэлектрическими материалами. Также одним из способов сокращения площадей под энергообъект может быть его размещение под землей. Однако это крайне редкий случай в настоящее время.

Сегодня в центрах городов, поселков, где сокращение площадей действительно актуально, данные технические решения находят свое применение. В сельской же местности, где нет значительных ограничений по размещению энергообъектов, применяются традиционные, наиболее дешевые технические решения с размещением электрооборудования на открытом воздухе. Прежде всего, это открытые распределительные устройства (ОРУ) и комплектные распределительные устройства наружной установки.

В любом случае развитие технологий практически по всем направлениям электросетевого хозяйства направлено на разработку компактных мобильных устройств, позволяющих строить небольшие по площади энергообъекты в короткие сроки.

 

А.Кречетов

 

Александр Кречетов, менеджер продукта департамента высоковольтного оборудования ООО «АББ» (филиал в г. Екатеринбурге):

— Большинство подстанций в сетях 110–500 кВ в России располагаются вне городов, и проблем со свободной площадью обычно не возникает. Однако задача сокращения площадей ПС 110–500 кВ становится актуальной в условиях плотной городской застройки, на территории промышленных предприятий, распредустройств при генерирующих мощностях. Следует отметить, что сокращение площади подстанции само по себе может дать значительную экономию при строительстве и эксплуатации.

Алексей Косяков, к.т.н., начальник отдела релейной защиты, управления и связи дирекции «Энергосетьпроект» ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» (г. Екатеринбург):

— Задача сокращения площадей при строительстве подстанций актуальна, особенно при строительстве в условиях жилой застройки.

 

— Применение какого современного оборудования или компоновочных решений позволяет сократить площадь открытого распределительного устройства 110–500 кВ?

 

Томас Либах:

— Применение компактных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) позволяет существенно снизить занимаемую подстанцией площадь. При этом следует отметить, что в России требуется установка оборудования в климатических зонах с нижней рабочей температурой до -55 °С, а в некоторых случаях до -60 °C. 

Компактные коммутационные модули (DTC – dead tank compact) — гибридное решение, совмещающее в себе достоинства КРУЭ и открытых распределительных устройств, но в то же время, лишенное ряда недостатков.

 

КРУЭ на ПС 110 кВ «Слобода» (фото ОАО «СевЗап НТЦ»)

 

Так, например, компактные модули DTC могут быть установлены под открытым небом в районах с холодным климатом, где нижнее значение рабочей температуры -55 °С. Для таких модулей используется не чистый элегаз, а смесь газов – элегаза и хладона. Это позволяет, с одной стороны, отказаться от применения дополнительных обогревательных устройств или сооружения специального здания для установки модулей, а с другой, использовать проверенные и доказавшие свою надежность и высокие эксплуатационные качества принципы работы коммутационных аппаратов без каких-либо существенных конструкционных изменений.

Что касается возможности сокращения площадей распределительных устройств подстанций, сооруженных с применением отдельно стоящего оборудования, то следует упомянуть, во-первых, баковые выключатели со встроенными трансформаторами тока, а во-вторых, различные современные конструкции разъединителей.

Как следует из названия, баковые выключатели совмещают в себе два устройства — выключатель и трансформатор тока. Очевидно, что данное решение позволяет сэкономить место на площадке подстанции, установив один аппарат вместо двух. Как следствие, можно сэкономить на строительной части подстанции: подготовка площадки, сооружение фундаментов, ошиновка и т.д. При этом, чем выше уровень номинального напряжения, тем существеннее экономия. Компания «Сименс» производит баковые выключатели с номинальным напряжением от 40,5 до 800 кВ.

 

А.Косяков

 

Что касается разъединителей, то наиболее распространены на сегодняшний день горизонтально-поворотные разъединители. Их надежность доказана несколькими десятилетиями использования по всему миру. Однако техническая мысль не стоит на месте, и благодаря этому на сегодняшний день имеется несколько новых типов разъединителей, которые, в частности позволяют уменьшить площадь, занимаемую подстанцией. Например, пантографные разъединители.

Особенность этого типа разъединителей — минимальная требуемая для установки площадь, так как контакты движутся в вертикальной плоскости. Кроме того, этот тип разъединителей прекрасно подходит для применения совместно с жесткой ошиновкой, которая, в свою очередь, также позволяет уменьшить площадь распределительного устройства.

Следует упомянуть о разъединителях полупантографного типа. В отличие от пантографных, их контактная система имеет посередине сочленение, и при переходе разъединителя в положение «ОТКЛ» он складывается пополам. Движение контактной системы также происходит в вертикальной плоскости, что позволяет свести к минимуму межполюсное расстояние, и, как следствие, площадь, занимаемую ячейкой распределительного устройства.

 

А.Зашихин

 

Алексей Зашихин:

— Отвечая на вопрос о том, с помощью каких решений можно сократить площадь ОРУ, следует объединить классы напряжения 110 и 220 кВ, а также 330 и 500 кВ.

Для классов напряжения 110–220 кВ наиболее современное решение, позволяющее значительно снизить площадь ОРУ, — это применение оборудования, совмещающего в себе ряд аппаратов, к примеру, PASSM0, DTC и их аналоги.

Кроме этого, производители комплектных подстанций предлагают различные компактные компоновочные решения с применением жесткой ошиновки. К примеру, для различных схемных решений ОРУ мы производим блочно-модульные конструкции (БМК) «Исеть» 110, 220 кВ, которые позволяют сократить площадь ОРУ на 15–20 %. Такие решения можно применять как для нового строительства, так и для реконструкции ПС, в том числе и поэтапной.

Что касается класса напряжения 330, 500 кВ, то аттестованных аппаратов, подобных PASSM0, DTC для открытых распределительных устройств в настоящий момент на российском рынке нет.

Таким образом, при сокращении площади ОРУ актуальны наиболее рациональные компоновочные решения, в том числе с применением жесткой ошиновки. Технический центр ЗАО ГК «ЭнТерра» имеет большой опыт выполнения подобных компоновок по различным схемам. При разработке компоновки объектов экономия площади ОРУ с применением жесткой ошиновки в некоторых случаях достигала 40% и более по сравнению с вариантами, в которых применяется гибкая ошиновка. А о важности сокращения площади, уменьшении сроков строительства и сокращении затрат было уже сказано.

 

Т.Катальникова

 

Тамара Катальникова:

— Основные решения — это применение оборудования с элегазовой изоляцией — КРУЭ и комплектных распредустройств типа PASS, COMPASS, COMPACT.

В первую очередь, необходимо отметить сооружение подстанций с установкой трансформаторов с элегазовой изоляцией. В России пока такие трансформаторы установлены на двух подстанциях. Элегазовый трансформатор требует в два раза меньше пространства, чем масляный.

Также эффективные решения — это применение жесткой ошиновки, КТПБ и строительство подземных подстанций.

Светлана Григорьева:

— Сократить площадь ОРУ позволяет применение современного оборудования. Из номенклатуры ЗАО «ЗЭТО» — это компактный модуль КМ-ОРУ-110 кВ и жесткая ошиновка в сочетании с разъединителем пантографного типа РПВ 110–500 кВ. Эти решения позволяют сокращать площади ОРУ до 45% в сравнении с общепринятой стандартной компоновкой с гибкой ошиновкой.

Дмитрий Рыбников:

— Практически единственный способ значительно сократить площади распредустройств 110–500 кВ состоит в применении комплектных распредустройств элегазового исполнения. На напряжении 110 кВ немного сократить площади занимаемого пространства позволяют элегазовые моноблоки — устройства более дешевые, чем КРУЭ. Однако применение как КРУЭ, так и элегазовых моноблоков связано с удорожанием объекта, независимо от того, ведется ли новое строительство или выполняется реконструкция.

Более дешевый способ несколько сократить площади распредустройств ПС 110 кВ — компактные модульные распредустройства открытого исполнения, размещаемые на едином каркасе. Однако такие решения небезопасны для персонала и значительно усложняют ремонтные схемы в сети 110 кВ. Для напряжения 220–500 кВ применению КРУЭ на сегодняшний день альтернативы нет.

 

Строительство ПС 220 кВ «Эльгауголь» (фото ОАО «Инженерный центр энергетики Урала»)

 

Александр Кречетов:

— Традиционное решение при условиях ограниченной площади — применение КРУЭ. Решение это не новое, такие подстанции строятся, начиная с 1960-х годов. Однако применение КРУЭ не всегда оптимально. Например, при необходимости реконструкции или расширения существующих подстанций без увеличения занимаемой площади решение с применением КРУЭ требует комплексной реконструкции, строительства здания, перезавода воздушных линий или перевода их в кабельные, что требует значительных инвестиций. Решение с применением КРУЭ также не оптимально при необходимости строительства компактных подстанции по упрощенным схемам.

В этих случаях наилучшем решением может стать оборудование, занимающее промежуточное положение между традиционным отдельностоящим и КРУЭ. В настоящее время существуют различные виды данного оборудования, такие как: гибриды, выключатели-разъединители и выкатные выключатели. Они обладают гибкостью и наглядностью отдельностоящего оборудования, при одновременной компактности. Создание данных видов оборудования стало возможным благодаря появлению высоконадежных элегазовых выключателей. Такие решения были представлены компанией ABB — PASS, DCB и COMPACT.

С.Григорьева

 

Гибридные модули PASS на напряжения 110–220 кВ в России используются с 2000 г. Гибрид представляет собой полностью собранную в заводских условиях ячейку ОРУ, где все аппараты размещены в объеме, заполненном элегазом, благодаря чему достигается компактность. При этом, в отличии от КРУЭ, сборные шины находятся в не элегазе, а в воздухе. В настоящее время ABB разработан модуль PASS 420 кВ.

Выключатели-разъединители DCB на напряжение 110–500 кВ в России используются с 2012 г. Экономия площади достигается отказом от разъединителей, функцию которых выполняет сам колонковый выключатель. При этом данное решение имеет наглядность как у обычного ОРУ с отдельностоящим оборудованием, благодаря наличию видимого заземления. В 2013 г. ABB представила выключатель-разъединитель DCB с интегрированным оптическим трансформатором тока FOCS, что позволяет еще более сократить площадь, занимаемую высоковольтным оборудованием.

Выкатные выключатели COMPACT на 110 и 220 кВ в России используются с 2005 г. Они выполнены по подобию ячеек среднего напряжения, только в габаритах, соответствующих уровню их напряжения. Функцию разъединителей обеспечивают два разрыва, которые создаются при выкатывании выключателя из ячейки. Данное решение позволяет получить значительную экономию места при применении в схеме с одинарной секционированной системой шин.

Применение данного типа оборудования требует особого подхода к проектированию и эксплуатации, что понимают не все проектировщики и заказчики. Главное, на что нужно обращать внимание, это сохранение требуемой функциональности, надежности и безопасности, а также удобства обслуживания. При простом повторении схем, созданных для отдельностоящего оборудования, многие преимущества компактного оборудования теряются.

 

Гибридные модули PASS M0S на 220 кВ на ПС «Поселковая» в Сочи (фото ООО «АББ»)

 

Алексей Косяков:

— Максимально возможное сокращение площади ОРУ 110–500 кВ дает применение открытых КРУЭ. Также сокращает площади ОРУ применение комбинированного оборудования — выключателей-разъединителей, жесткой ошиновки и многоуровневого расположения ошиновки ОРУ.

 

— Можете ли на примере конкретной подстанции продемонстрировать, за счет чего и на какую величину удалось сократить площадь ОРУ?

 

Томас Либах:

— Пример существенного сокращения площади подстанции благодаря применению компактных коммутационных модулей DTC — это ПС «Которосль» (г. Ярославль). Площадь РУ 110 кВ этой подстанции составляет 160 м². При этом реализация ОРУ по той же схеме №110-4АН на отдельностоящем оборудовании потребовала бы примерно 800 м². Такая экономия площади стала возможна благодаря тому, что все элементы РУ, необходимые для реализации данной схемы, интегрированы в двух компактных модулях типа DTC-126 VUW и одном баковом выключателе в цепи автоматической ремонтной перемычки.

Также можно отметить применение компактных модулей DTC при строительстве четырех новых тяговых подстанций для нужд ОАО «РЖД», обеспечивающих электроснабжением новую железную дорогу Адлер — Красная поляна. Минимизация территории подстанции была особенно актуальна в свете высокой стоимости земли в местах проведения Олимпиады 2014 г., а также из-за сложности рельефа в высокогорной местности.

Другой пример — применение компактных модулей DTC при строительстве трех новых подстанций в Кемеровской обл. в непосредственной близи от угольных шахт месторождения «Распадская».

Алексей Зашихин:

— На ПС 500 кВ «Калино» (Пермский край) было спроектировано ОРУ 500 кВ по схеме 500-16. За счет применения жесткой ошиновки и рациональной компоновки ОРУ экономия площади составила около 50 % (сравнение проводилось на стадии разработки вариантов компоновок). Площадь ОРУ с гибкой ошиновкой составила бы 59 000 м² (150 %), с жесткой ошиновкой получилась — 39 375 м² (100%).

На ПС 220 кВ «Поселковая» (Краснодарский край) ОРУ 220 кВ выполнено по схеме «четырехугольник». За счет применения компактных элегазовых устройств совместно с жесткой ошиновкой 220 кВ экономия площади составила 3 600 м² (площадь ОРУ с гибкой ошиновкой — 5 500 м²; площадь ОРУ с жесткой ошиновкой и ПАСС М0 — 1900 м²). Вариант с применением жесткой ошиновки и компактных элегазовых устройств был выбран в качестве основного и реализован при строительстве объекта.

 

На ПС «Гатчина» на базе КМ-ОРУ-110 кВ применена жесткая ошиновка (фото ЗАО «ЗЭТО»)

 

Тамара Катальникова:

— Филиалом «Института «Тулаэнергосетьпроект» был выполнен проект перевода ПС 110 кВ «Слобода» в Московской обл. на напряжение 220 кВ, причем общая трансформаторная мощность модернизированной подстанции возросла на 500 МВА и составила 620 МВА. Строительство подстанции с применением КРУЭ 220 кВ и КРУЭ 110 кВ позволило разместить новую ПС на 10 000 м². При строительстве ПС с аналогичной схемой и мощностью трансформаторного оборудования с использованием открытых распределительных устройств потребовалось бы не менее 50 000 м². Таким образом, удалось сократить площадь ПС на 40 000 м².

Светлана Григорьева:

— Можно привести несколько примеров реализованных объектов с применением современного компактного оборудования в сравнении с первоначально запроектированными компоновочными решениями на базе гибкой ошиновки. Так на ПС «Гатчина» ОРУ 110 кВ выполнено по схеме 110-13 Н. За счет применения подвесного шинного разъединителя в КМ-ОРУ удалось сократить площадь ОРУ на 30 % (с гибкой ошиновкой — 4 176 м², на базе КМ-ОРУ — 2 952 м²). 

На ПС «Елабуга» ОРУ 220 кВ выполнено по схеме 220-13 Н. За счет применения жесткой ошиновки площадь ОРУ сокращена на 16 % (с гибкой ошиновкой — 8 291 м², с жесткой ошиновкой — 6 948 м²). На той же подстанции ОРУ 500 кВ выполнено по схеме 500-7. За счет применения жесткой ошиновки в сочетании с разъединителями РПВ сэкономлено 33 % площади ОРУ (с гибкой ошиновкой — 42 224 м², с жесткой ошиновкой и РПВ — 28 314 м²).

 

Д.Рыбников

 

Дмитрий Рыбников:

— В МРСК Центра практически на всех подстанциях, где применено КРУЭ 110 кВ, площадь энергоообъектов достаточно небольшая, значительно меньше по площади ПС с открытыми распредустройствами. Наиболее характерный пример реализации проекта построения компактных подстанций — ПС «Центральная» филиала ОАО «МРСК Центра» – «Воронежэнерго». Данная подстанция реконструирована с переводом с напряжения 35 кВ на напряжение 110 кВ без увеличения площади в условиях очень плотной городской застройки (центр Воронежа). Подобная схема будет реализована и в «Белгородэнерго» на ПС «Южная» (в настоящее время энергообъект в стадии реализации).

На данных энергообъектах только применение КРУЭ позволяет обеспечить строительство в крайне стесненных условиях плотной городской застройки. Для ОАО «МРСК Центра» данный вопрос актуален тем, что значительное количество ПС 35–110 кВ, имеющих достаточно большой срок эксплуатации, расположены в центрах городов. И при необходимости расширения потребуется применение современных компактных решений в оборудовании и его размещении.

 

Применение жесткой ошиновки позволило сократить площадь ПС 220 кВ «Кинешма» (фото ЗАО ГК «ЭнТерра»)

 

Алексей Косяков:

— Дирекция «Энергосетьпроект» ОАО «ИЦЭУ», начиная с 1990-х гг., выполнила не один десяток проектов подстанций с КРУЭ. Такое решение обеспечивает экономию площади в несколько раз [от 2 до 6 раз в зависимости от схемы и класса напряжения подстанции — прим. ред.], по сравнению с традиционным исполнением ОРУ. Из последних наших проектов к таким подстанциям относятся объекты электроснабжения Эльгинского угольного комплекса: ПС 220 кВ «Эльгауголь», ПС 220 кВ «А», ПС 220 кВ «Б».

Также в 2010–2011 гг. по заданию ОАО «ФСК ЕЭС» наша компания разрабатывала типовые решения по компоновке открытых распределительных устройств подстанций 110–220 кВ, в том числе с применением компактного оборудования и жесткой ошиновки.

 

Подготовила Екатерина Зубкова

 

На первом фото: ПС 110 кВ «Майская» (фото ОАО «МРСК Центра»)

Читайте также: