A A
Наверх
Завод электротехнического оборудования
16 сентября 2013, EnergyLand.info
Компактная подстанция: технология строительства
Как сократить площадь подстанции и сэкономить немалые средства? Специалисты отрасли — производители оборудования, проектировщики и эксплуатационники поделились с EnergyLand.info своими «рецептами» построения компактного открытого распределительного устройства на напряжение 110–500 кВ.
Насколько актуальна сегодня задача сокращения площадей при строительстве высоковольтных подстанций (ПС)?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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