Российский рынок распределительных устройств: игра на повышение качества энергоснабжения

Проблема обеспечения надежности энергосистем была актуальной всегда. Это в равной степени относится как к стадии модернизации действующего оборудования, так и к процессам ввода в эксплуатацию новых генерирующих мощностей, сооружения подстанций и линий электропередачи. Одно из ведущих мест в вопросах надежности и качества электроснабжения потребителей занимают распределительные устройства.

Краткая характеристика распределительных устройств

         Распределительные устройства используются для приёма и распределения электроэнергии. Как правило, они содержат набор коммутационной аппаратуры, соединительные и сборные шины, вспомогательные устройства, токопроводы, РЗА, приборы учёта и измерения.

         Все элементы распределительных устройств подключаются к сборным шинам с помощью выключателей и разъединителей. В большинстве случаев в энергосистемах устанавливаются РУ на нескольких напряжениях, которые связываются между собой через трансформаторы.

         Распределительные устройства могут быть генераторного (ГРУ), высшего (ВН) и среднего (СН) напряжения, а также электроустановки для собственных нужд (с. н.).

         Генераторные РУ строятся на электростанциях в том случае, когда часть электроэнергии отпускается потребителям на генераторном напряжении. Как правило, это маломощные станции или теплоцентрали. Отходящие линии оснащаются реакторами.

На мощных энергогенерирующих объектах такие ГРУ выполняются как индивидуальные сооружения для установки у генераторов, от которых отходят ответвления к повысительным трансформаторам и приемникам для собственных нужд электростанции.

По способу исполнения распределительные устройства могут быть:

• открытого исполнения (ОРУ). В данном случае название говорит само за себя. Все основные элементы таких установок монтируются на открытом воздухе, они не защищены зданием от атмосферных воздействий. К этой же категории относится электрооборудование, размещенное под навесами, за сетчатыми ограждениями и т. п. ОРУ может быть установлено на бетонное или металлическое основание. В большинстве случаев в таком виде выполняются РУ на напряжение от 27,5 кВ.

На напряжении 110 кВ и выше под оборудованием, которое работает с использованием масла (масляные реакторы, трансформаторы, выключатели), строятся маслоприемники. Они представляют собой углубления, заполненные гравием. Эта мера позволяет свести к минимуму вероятность возникновения пожара и уменьшает повреждения в случае аварии.

К числу основных преимуществ открытых распределительных устройств относятся:

         - возможность установить неограниченное количество больших электрических устройств, чем и обусловлено их использование на высоких классах напряжения;

         - монтаж не требует дополнительных финансовых и временны́х затрат на строительство специальных помещений;

         - в случае, когда необходимо расширить комплектацию или модернизировать оснастку РУ, на устройствах открытого типа эту задачу решить проще;

         - возможность визуально отслеживать работу и контролировать состояние всех элементов устройства.

Однако будет справедливо отметить и несколько существенных недостатков ОРУ. Как правило, такие электроустановки занимают много места, поскольку они более габаритные, чем, например, закрытые распределительные устройства. На состоянии оборудования отражается негативное воздействие окружающей среды. Оно быстрее изнашивается и чаще выходит из строя. К тому же во время эксплуатации установки в неблагоприятных погодных условиях у энергетиков могут возникнуть определенные трудности.

• Закрытые распределительные устройства (ЗРУ) устанавливаются в специальном здании, которое защищает их от атмосферных воздействий. Они используются на напряжения до 10 кВ. В отдельных случаях, когда электроустановка размещается в условиях с агрессивной окружающей средой (повышенная влажность или запылённость рабочей зоны, морской воздух), допускается применение ЗРУ на напряжение вплоть до 220 кВ.

Как открытые, так и закрытые распределительные устройства могут быть комплектными внутренней (КРУ) или наружной (КРУП) установки. Они состоят из полностью или частично закрытых шкафов или блоков, со встроенными в них элементами: аппаратурой, устройствами релейной защиты, автоматики, измерительными и вычислительными комплексами. Такие шкафы поставляются производителями в собранном виде, или же они полностью подготовлены к сборке.

Установить согласно схеме

К схемам соединения элементов в распределительном устройстве предъявляется ряд требований. Из них можно выделить семь ключевых:

1. Экономичность предполагает принятие решений с учетом необходимых капиталовложений и ежегодных издержек на генерацию энергии, при условии обеспечения необходимого уровня надежности.
2. Надежность. Тот или иной уровень надежности принимается после сопоставления затрат на его обеспечение с экономическими потерями, вызванными нарушением работоспособности.
3. Компактность. В процессе разработки проекта большое внимание уделяется возможности минимизировать объем территории, занимаемой распределительным устройством. Например, использование элегазового КРУЭ в 10 раз снижает площадь земли для его установки по сравнению с традиционными решениями.
4. Удобство использования. Этот термин подразумевает надежность работы схемы и простоту ее реализации, снижение влияния человеческого фактора в процессе эксплуатации РУ и минимизацию количества отказов электрооборудования во время оперативных отключений.
5. Технологическая гибкость — это способность адаптироваться к новым условиям работы в ходе проведения плановых ремонтов, аварийно-восстановительных мероприятий, модернизации и испытаний.
6. Экологичность предполагает воздействие электроустановки на экосистему в рамках допустимых норм. Речь идёт о шуме, электрических и магнитных полях, выбросах в атмосферу, сбросах в водоемы, отходах и т. п.
7. Унифицированность. Под этим понятием понимают использование типовых решений. Это позволяет свести к минимуму материальные, трудовые и финансовые затраты, связанные с проектированием, монтажом, проведением пусконаладочных работ и дальнейшей эксплуатацией оборудования.

Степень надежности главной схемы электростанции зависит от важности энергогенерирующего объекта в энергосистеме с точки зрения надежности электроснабжения потребителей. Оптимальный вариант схемы должен обеспечивать:

• Перспективу развития энергосистемы и систем электроснабжения с учетом рациональной интеграции новых сетей в уже действующие;
• Потерю генераторной мощности электростанции в пределах допустимых значений в расчетных аварийных режимах (при коротком замыкании на одной из систем шин высокого или среднего напряжения);
• Транзит системных связей через шины распределительных устройств в случае возникновения аварийной ситуации на объекте;
• Возможность ликвидировать аварию только с помощью операций с выключателями;
• Подачу электроэнергии от энергосистемы к РУ для удовлетворения собственных нужд после полной остановки генераторов электростанции;
• Соответствие принимаемых решений условиям охраны окружающей среды.

В зависимости от условий, например, при строительстве энергогенерирующих объектов в зонах повышенной сейсмической активности, вечной мерзлоты и в регионах со сложными климатическими условиями, к надежности схем предъявляются дополнительные требования.

При выполнении схем генераторных распределительных устройств, теплоцентралей и подстанций должны быть учтены требования, связанные с категорией электроприемников по степени ответственности за качество электроснабжения потребителей. Детально эти категории описаны в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ), изд. седьмое.