Владимир Шамрай, к.т.н., технический директор ЗАО «АББ УЭТМ»
В связи с необходимостью замены большей части подстанционного оборудования, обусловленной его физическим и моральным износом, представляется целесообразным рассмотреть возможные варианты такой замены. Очевидно, что первый и самый распространенный вариант - замена устаревшего отдельно стоящего оборудования на современное. Это, безусловно, несколько повысит технико-экономические показатели подстанции, сделает ее более надежной и гибкой в эксплуатации, но сохранит все старые концепции построения силовых схем и присущие им недостатки. В тоже время в мире в последние годы появился ряд технических новшеств, позволяющих отказаться от традиционных решений и схем компоновки подстанций и достичь качественно нового уровня при эксплуатации таких подстанций. Следует отметить, что конструкторский подход к проектированию подстанций на основе этих новшеств, должен существенно отличаться от того, который используют проектанты сейчас.
Только при этом условии можно в полной мере реализовать те преимущества, которое дает применение нового оборудования:
- упрощение схем подстанций,
- снижение затрат напроектирование,
- относительно малые затраты насооружение новых иреконструкцию существующих подстанций,
- существенная экономия площади,
- сокращение времени насооружение подстанций,
- снижение эксплуатационных затрат,
- низкая вероятность отказов,
- повышенная надежность,
- безопасность эксплуатации.
Рассмотрим, как достигаются эти преимущества при применении оборудования, разработанного для этих целей международным концерном АББ и поставляемого на российский рынок предприятиями АББ УЭТМ (г. Екатеринбург) и АББ Электроинжиниринг (г. Москва). Нужно подчеркнуть, что в данной статье рассмотрены лишь основные технические решения, предлагаемые в настоящее время АББ.
1. Интегрированные ячейки серии COMPACT
Ячейка смонтирована на стальных конструкциях и может содержать выключатель, измерительные трансформаторы тока и напряжения, ограничители перенапряжений, шинные опоры. Функция разъединителя реализуется при перемещении выключателя при помощи моторного привода по специальным полозьям. Аппараты могут быть снабжены заземлителями. Ячейки выпускаются серийно на класс напряжения 110 - 220 кВ и номинальные токи до 3150 А. Токи отключения - до 63 кА. По заказу могут быть изготовлены ячейки на другие параметры.
На классы напряжения выше 220 кВ и до 800 кВ включительно, где осуществить перемещение выключателя проблематично, применяются так называемые модули, состоящие из выключателя, оснащенного пантографными разъединителями, что повышает функциональные возможности выключателя и уменьшает габариты ОРУ.
Применение ячеек и модулей этого типа существенно сокращает объем строительных работ: для монтажа одной ячейки необходимо всего 3 - 4 простых фундаментных опоры в отличие от нескольких десятков, требуемых для размещения обычной ячейки.
Соединение аппаратов в ячейке осуществляется при помощи специально разработанных для этой цели втычных контактов, обладающих повышенной надежностью даже в условиях обледенения. Ячейки успешно прошли типовые испытания и сертифицированы для применения в энергосистемах России.
Основные преимущества, получаемые от применения этих ячеек и модулей, следующие:
- существенное снижение капитальных затрат,
- экономия площади,
- ремонт выключателя без снятия напряжения сячейки (вслучае необходимости),
- повышенная электрическая прочность,
- высокая пусковая готовность,
- малый объем строительных работ.
2. Интегрированные ячейки серии COMPAS
Основой ячейки являются две стальных рамы, нижняя из которых является неподвижной, а верхняя при помощи моторного привода может перемещаться относительно нижней. На неподвижной раме монтируются два опорных изолятора (вместо них при необходимости могут быть установлены ограничители перенапряжений), а на подвижной - элегазовый трансформатор тока, на головной части которого смонтирован дугогасительный модуль популярного элегазового выключателя серии LTB. При перемещении верхней рамы относительно нижней возникают видимые разрывы в электрической цепи, выполняющие функцию разъединителей. По желанию заказчика модуль может быть оснащен одним или двумя заземлителями. Ячейка полностью собирается на заводе, проходит приемо-сдаточные испытания и поступает на подстанцию в высшей степени готовности. Необходимо только провести ее установку на фундамент и подсоединить внешние связи. Управление ячейкой может осуществляться как дистанционно (с пульта управления подстанцией), так и с места ее установки.
При необходимости произвести ремонт или техническое обслуживание оборудования подвижная рама вместе со смонтированным на ней оборудованием может быть при помощи специальных лебедок, входящих в комплект поставки, опущена на уровень земли и заменена на новую. Следует отметить, что эта операция проводится без снятия напряжения. Операция замены оборудования занимает не более 2 часов.
В настоящее время мы можем предложить такие ячейки на классы напряжения 110 и 150 кВ, номинальные токи до 3150 А и токи отключения до 31,5 кА при температуре окружающей среды до минус 60 °С. Управление ячейкой может осуществляться как с места ее установки, так и дистанционно при помощи моторных приводов. В случае отсутствия оперативного управление ячейкой может быть выполнено вручную, путем вращения специальной рукоятки, входящей в комплект поставки.
На подстанции ячейка устанавливается на один относительно легкий фундамент. Это существенно сокращает денежные и временные затраты на строительные работы.
Ячейки этого типа очень удобны при использовании на подстанции жесткой ошиновки из алюминиевых труб.
В качестве основных можно отметить следующие преимущества ячеек данного типа:
- высокая пусковая готовность,
- относительно низкий объем строительных работ,
- площадь ОРУ составляет30% оттрадиционного,
- существенная экономия средств при сооружении подстанции,
- повышенная электрическая прочность,
- ремонт оборудования без снятия напряжения сячейки.
3. Интегрированные ячейки серии PASS
Ячейки серии PASS являются наиболее интегрированным типом ячеек на классы напряжения 35 - 150 кВ для наружного применения при температуре окружающей среды до минус 60 °С. Ячейки сертифицированы для применения в энергосистемах России.
Оборудование размещено пофазно, в алюминиевых корпусах цилиндрической формы, заполненных элегазом или смесью элегаза и азота. Линейные вводы выполнены из полимерных материалов. По желанию заказчика могут быть изготовлены ячейки с кабельными вводами. На фланцах вводов размещены трансформаторы тока.
Ячейки могут быть оснащены как емкостными датчиками для измерения высокого напряжения, так и электромагнитными трансформаторами напряжения.
Выпускаются ячейки как с одной, так и с двумя системами сборных шин.
В настоящее время существует большое количество модификаций ячеек, позволяющих реализовать практически любую схему ОРУ.
Защита ячеек от ошибочных действий обслуживающего персонала решена конструктивно. Так, например, контакты разъединителя и заземлителя расположены на общем валу, что делает невозможным заземление шин при включенном разъединителе.
Управление разъединителями осуществляется при помощи приводов на основе шаговых двигателей, но при необходимости возможно ручное управление.
Ячейка, функционально содержащая все аппараты ОРУ, размещается всего на двух легких фундаментах. Время от начала монтажа до ввода в эксплуатацию - не более 3 смен.
Существуют варианты подстанций, сооруженных и успешно эксплуатируемых на плоских крышах многоэтажных зданий.
На основе ячеек выпускаются мобильные подстанции, все оборудование которых размещается на одной автомобильной платформе.
Преимущества этого типа ячеек особенно заметны при строительстве новых подстанций: подстанция, выполненная на ячейках серии PASS, занимает примерно в три раза меньшую площадь по сравнению с подстанцией на отдельно стоящем оборудовании.
В качестве основных преимуществ ячеек данного типа нужно отметить следующие:
- многофункциональность,
- экономия площади до60%,
- минимальный объем строительных работ,
- упрощение схем подстанций,
- минимизация эксплуатационных затрат,
- наличие системных блокировок.
В настоящее время в эксплуатации в мире находится по нескольку сотен ячеек каждого из приведенных выше типов. Срок эксплуатации первых экземпляров ячеек достигает 4 - 5 лет. За это время на практике подтверждены все те достоинства и преимущества, которые анонсировались разработчиками. Следует отметить, что в России также успешно эксплуатируется несколько образцов этого оборудования. Так, например, ячейка PASS М0-145 на класс напряжения 110 кВ, смонтированная на железнодорожной подстанции в пригороде Екатеринбурга, успешно работает уже 3,5 года.
