Характерные конструкции распределительных устройств - ­­­Электрическая часть электростанций

Ниже приводятся чертежи и дается краткое описание наиболее характерных конструкций РУ. В соответствии с местными условиями, назначением сооружения и требованиями к нему рассмотрение и оценка каждого вида конструкций производятся в предлагаемой последовательности: выполнение архитектурно-строительной части — фундаментов, стен, перекрытий и кровли, дверных проемов, оконных, лестничных клеток, коридоров и проходов, устройств вентиляции, фасадов; на открытых установках это выбор материала порталов и опор при гибкой или жесткой коммутации, конструкции кабельных и других коробов и каналов, маслоприемников, ливнестоков, колодцев, габаритов проездов и проходов, ограды; установка трансформаторов и электрических аппаратов (опоры- фундаменты, крепления, монтаж включения в схему РУ); выполнение первичной коммутации в соответствии с электрической схемой на плане — по схеме заполнения всего РУ или в пределах каждой ячейки; размещение приводов управления, шкафов и щитов собственных нужд и вторичных устройств, приборов освещения; выполнение кабельных прокладок различного назначения; обеспечение удобства и безопасности эксплуатации (расстояния, ремонтные зоны, ограждения). Примеры закрытых распределительных устройств. Применяются конструкции зданий ячейкового или зального типа. Выключатели могут устанавливаться на уровне земли, приподняты на фундаменте, могут иметь выкатную тележку или быть подвесными. С целью экономии дефицитных и дорогостоящих выключателей во многих случаях можно ограничиться установкой отделителей и короткозамыкателей. Кроме обычных разъединителей изготовляются и специальные конструкции: разъединителей с обособленными верхними контактами (они труднодоступны для осмотра, если размещены в середине пролета), с короткой базой при наклонной установке изоляторов, сдвоенные (с общим зажимом в центре), комбинированные (снабженные проходной втулкой или кабельной муфтой) и др.

Рис. 10-2. Схема заполнения ЗРУ (ГРУ) Поперечный разрез приведен на рис. 10-1 В закрытых установках высокого напряжения (110 кВ и выше) используется оборудование наружной установки. Его более высокая стоимость оправдывается отказом от отопительных систем и устройств кондиционирования воздуха. Для перемещения тяжелого оборудования применяются тяговые лебедки. Простейшими механизмами для подъема оборудования при его установке являются домкраты и блоки с талями, которые подвешиваются к расположенным над оборудованием рамам или поперечинам, закрепляемым на строительных конструкциях здания ЗРУ. На рис. 10-1 показан поперечный разрез, а на рис. 10-2 — схема заполнения на плане одноэтажной конструкции двухрядного ячейкового ЗРУ с одной системой сборных шин. Строительная часть унифицированная, из сборного железобетона, имеется три продольных коридора управления и осмотра. Такая конструкция чаще всего применяется в качестве генераторного распредустройства (ГРУ); это ГРУ выполнено для ударного тока короткого замыкания до 300 кА, номинальный ток на вводах примерно 5 кА. Применены выключатели МГ-10, реакторы РБА, разъединители РВК, шинные трансформаторы тока, коробчатое сечение шин, предусмотрена вентиляция ячеек реакторов. На схематичном изображении плана (для многоэтажных РУ на плоскостной развертке плана) компонуется электрическая схема всего РУ. Такой чертеж называется схемой заполнения, это поясняющая схема.

Рис. 10-3. Поперечный разрез ЗРУ (ГРУ) 6—10 кВ с двумя системами сборных шин Схема заполнения отображает компоновку полной схемы этого РУ и размещение конструкций в плане. Схема заполнения с нумерацией ячеек и надписями по вертикали и горизонтали (см. рис. 10-4 и 10-9) является очень наглядным изображением. Она создается в процессе проектирования путем выбора наилучшего варианта компоновки оборудования и всех монтажных элементов и дает возможность определить число этажей, ячеек, наметить коридоры, проходы, входы и выходы, продумать всю коммутацию, поперечные и кольцевые связи, расположить ячейки вводов с удобной связью с генераторами (трансформаторами) и ячейки отходящих линий с удобной трассировкой воздушных и кабельных линий к потребителям. Конструкция ЗРУ (ГРУ), выполненная для двойной системы сборных шин при двухэтажной компоновке, показана на рис. 10-3. Здание ЗРУ выполняется ячейкового типа из сборного железобетона с пролетом 15 м, с высотой этажей по 4,8 м. Шаг колонн здания по длине 6 м, шаг ячеек 2,4 м. Подземные туннели силовых и контрольных кабелей служат фундаментами для оборудования ячеек первого этажа. Конструкция перегородок первого и второго этажей выполнена из металлического каркаса, заполненного железобетонными и асбоцементными плитами. Сборные конструкции шин и разъединителей второго этажа опираются на металлические конструкции первого этажа. Это ЗРУ, являющееся главным РУ станции, выполнено для подключения генераторов мощностью 60 МВт при напряжении 6 кВ или 100 МВт при напряжении 10 кВ. В РУ запроектирована установка генераторных, трансформаторных, междушинных и секционных выключателей типа МГ-10 на ток 5—9 кА, секционных реакторов на ток до 4 кА, групповых реакторов на ток 1,5 кА и выключателей отходящих линий типа ВМП-10, измерительных трансформаторов напряжения и тока. Схема заполнения ЗРУ приведена на рис. 10-4. Коммутация сборных шин предусмотрена коробчатыми шинами сечением (225; 105; 12,5) мм, ответвления от сборных шин до шинных разъединителей — сечением 2 (100; 45; 4,5) мм, шинные разъединители и коммутация отходящих линий выбираются в зависимости от мощности линий. В конструкции РУ предусмотрено 6 коридоров управления (с приводами выключателей) и осмотра, что необходимо для монтажа, осмотров и ремонта. На разрезе ЗРУ (рис. 10-3) показаны некоторые щитки вторичных устройств и светильники. Осветительные приборы должны быть удалены от оборудования, находящегося под напряжением, на достаточное расстояние и должны иметь доступ для ремонта без отключения коммутации ячеек РУ. Рассмотренные конструкции ЗРУ 6—10 кВ применяются главным образом в качестве типовых на ГРЭС, ТЭЦ и АЭС и мощных понижающих подстанциях. Они располагаются на территории станции в виде отдельного здания, параллельного машинному залу, или пристраиваются к стене машинного зала. На ГЭС, ГАЭС и ПЭС при компоновке сооружений оказывается возможным, более надежным, удобным и экономичным выполнить главное РУ генераторного напряжения совмещение — в составе сооружений силового корпуса. На рис. 10-5 представлено расположение ЗРУ при двойной системе сборных шин, выполненное совмещенно со зданием ГЭС руслового типа. Принято однорядное расположение ячеек, при котором не требуется удлинения массива отсасывающих труб. Ячейки реакторов располагаются рядом с ячейками выключателей. Выводы от обмотки статора генератора трассируются шинами под полом машинного зала в верхний этаж РУ, откуда опускаются вниз, в этаж выключателей и реакторов. По пути коммутации устанавливаются измерительные трансформаторы тока и напряжения. В верхнем этаже размещается двойная система сборных шин с шинными разъединителями. Подключение главных повышающих трансформаторов выполняется согласно схеме, но в другой плоскости — от сборных шин через выключатели наверх к трансформаторам. Отходящее линии — тоже согласно схеме и тоже в другой плоскости: от сборных шин слева к выключателю, от выключателя в соседнюю ячейку к реактору и через коридор на отходящую линию.

Рис. 10-4. Схема заполнения ЗРУ (ГРУ) Поперечный разрез приведен на рис, 10-3

Рис. 10-5. ЗРУ 6—10 кВ с двумя системами сборных шин при ГЭС (вариант I) Предусмотрен один коридор управления, куда вынесены все приводы аппаратов и три коридора осмотра. Под помещениями РУ запроектирован кабельный полуэтаж для прокладки в нем силовых и контрольных кабелей. Трансформаторы, как главные, так и собственных нужд установлены на балках перекрытия ЗРУ. Подвоз трансформаторов (см. штриховое изображение) производится тележкой, с которой трансформатор перекатывается на рельсы балок. Под трансформаторами предусматривается маслосборный приямок с маслоотводной трубой. Перекрытие сложной конструкции должно быть надежно герметизировано для устранения протечки масла и дождевой воды в нижние помещения. Перед трансформаторами на коммутации предусматривается компенсатор, освобождающий выводы НН от знакопеременных усилий. Выводы ВН осуществляются гибкими проводами. Вокруг трансформаторов оставлены проходы, необходимые для осмотра и мелкого ремонта. Передвижение трансформаторов в пределах станционного узла ГЭС и установка на фундаментные балки производятся с помощью ручных лебедок. Если компоновка здания ГЭС позволяет получить высоту над отсасывающими трубами, достаточную для размещения четырех этажей ЗРУ, то может быть принято пристанционное расположение однорядного ЗРУ при двойной системе сборных шин и вертикальной коммутации схемы ячеек с реакторами на отходящих линиях (рис. 10-6). Общие принципы компоновки аналогичны предыдущей и понятны из чертежа. Предложена установка группы однофазных трансформаторов; для их подключения в этаже сборных шин выполнена разводка на треугольник по схеме рис. 10-6. На рис. 10-7 показан эскиз конструкции ЗРУ 6—10 кВ при внутриплотинном расположении на встроенной водосливной ГЭС. Электрической схемой предусматривается блочный принцип соединения токопроводами с трансформаторами, устанавливаемыми на берегу. Очевидна возможность размещения электрооборудования с обслуживанием из коридоров. Однако в этих условиях были бы более целесообразными малогабаритные и герметизированные конструкции комплектных РУ со взрыво- и пожаробезопасной изоляцией. Поперечный разрез типовой (1963 г.) конструкции ЗРУ 35 кВ с двумя системами сборных шин, выключателями ВВН-35 на 2 кА и воздушными отходами линий показан на рис. 10-8. Здание зального типа высотой 4,8 м с пролетом 12 м. Шаг колонн равен 6 м, шаг ячейки — 3 м. Внутренние перегородки шинной конструкции выполнены из асбошифера. Схема заполнения конструкции показана на рис. 10-9. Оригинальная компоновка коммутации ячеек позволила иметь всего три коридора, причем центральный — это главный коридор управления, по сторонам которого расположены приводы выключателей и разъединителей. В коридоре под линейными выводами расположены щиты управления и релейной защиты. Магистрали пневматического хозяйства приводов выключателей прокладываются в центральном коридоре над шкафами управления выключателей.

Рис. 10-6. ЗРУ 6—10 кВ с двумя системами сборных шин при ГЭС (вариант II) и схема разводки шин на треугольник Вариант ЗРУ 110 кВ с двумя системами сборных шин и обходным разъединителем (байпасом), выполненный в пристройке к низовой стене здания ГЭС, показан на рис. 10-10. В верхней части помещений зального типа на гирляндах изоляторов подвешены две системы сборных шин. Шинные разъединители монтируются на металлических колоннах, поддерживающих верхнее перекрытие. Выключатели и трансформаторы напряжения устанавливаются на полу помещения, линейные разъединители и разъединители обхода — перед проходной втулкой линейного вывода, являющейся одновременно измерительным трансформатором тока. Рис. 10-7. Внутриплотинное ЗРУ водосливной ГЭС Обслуживание — это осмотр и ремонты, которые производятся из коридоров с отметки пола и со специального мостика между разъединителями. Для напряжений 110, 150 и 220 кВ широко применяются сооружения ЗРУ зального типа как с гибкой, так и с жесткой коммутацией и удобно просматриваемым монтажом всей установки. Эти конструкции достаточно полно освещены в учебной и специальной литературе. Обслуживание высоко расположенного оборудования осуществляется телескопическими подъемниками. Недостатком ЗРУ зального типа является расположение монтажа над выключателями, что создает опасность повреждения выключателей падающими деталями и инструментом.

  Рис. 10-8. Поперечный разрез одноэтажного ЗРУ 35 кВ с двумя системами сборных шин

  Рис. 10-9. Схема заполнения ЗРУ Поперечный разрез приведен на рис. 10-8

Рис. 10-10. ЗРУ 110 кВ в пристройке со стороны нижнего бьефа ГЭС Расположение ЗРУ 110 кВ возможно также в «пазухе» приплотинной ГЭС. На рис. 10-11 показано размещение ЗРУ 110 кВ в помещении зального типа, которое запроектировано для очень сложной компоновки схемы с двойной системой сборных шин и двумя выключателями на каждом присоединении. В нижней части пазухи предусмотрено размещение ЗРУ генераторного напряжения, кабельные коридоры и установка водяных охладителей масла трансформаторов. Над этим ЗРУ расположены камеры трансформаторов с маслосборными приямками, рядом галерея провоза трансформаторов. В верхней части пазухи расположено ЗРУ 110 кВ. На разрезе показаны ячейки трансформатора. В аналогичной линейной ячейке вывод предусмотрен на крышу ГЭС, где расположены разрядники и трансформаторы напряжения. В строительной конструкции перекрытия предусмотрена удобно и без больших затрат выполняемая здесь защита оборудования ГЭС от падающих предметов (осколков, обломков и т. п.). На рис. 10-12 представлен поперечный разрез разработанной в нашей стране конструкции ЗРУ 220 кВ с двумя системами основных сборных шин и третьей обходной (трансферной) системой шин. ЗРУ выполнено в двухэтажном здании шириной 24 м. Применены выключатели ВВБ-220 или ВВН-220, шаг ячейки 12 м. Металлическими балками перекрытия помещение делится как бы на два этажа. Эти балки используются также для подвески талей, необходимых для монтажных и ремонтных работ. Обслуживание коммутации предполагается с помощью приставных лестниц.

Рис. 10-11. ЗРУ 110 кВ с двойной системой сборных шин и двумя выключателями на присоединение, расположенное в пазухе приплотинной ГЭС Приведенная компоновка ЗРУ возможна также для напряжений 110 и 150 кВ. Вариант размещения ЗРУ 220 кВ при ГЭС показан на рис. 10-13. Предусмотрена схема с двумя системами сборных шин, с одним выключателем на присоединение и с переброской проводов отходящих линий в сторону нижнего бьефа через силовое здание ГЭС, где установлены разрядники защиты оборудования станции от перенапряжений. На рисунке показаны трансформаторы с радиаторами, а в данных условиях желательны трансформаторы без радиаторов, т. е. меньших габаритов, с масло-водяной системой охлаждения типа Ц. Кроме ЗРУ с традиционным серийным оборудованием в последнее время в практику строительств стали внедряться конструкции с сокращенными изоляционными промежутками на базе ОПН. На рис. 10-14 показан поперечный разрез ЗРУ 220 кВ Колымской ГЭС с сокращенными промежутками, выключателями со втычными контактами и с ОПН-220, для полуторной схемы. Габариты и объем ЗРУ здесь были уменьшены более чем в 2,3 раза по сравнению со ЗРУ с серийным оборудованием (на рисунке штриховой габарит). Рис. 10-12. Поперечный разрез ЗРУ 220 кВ с двумя основными и обходной системами шин, с выключателями типа ВВБ-220 или ВВН-220

Это позволило расположить ЗРУ над трансформаторной площадкой, почти полностью исключить земельноскальные работы и объединить все производственные помещения ГЭС в единый технологический комплекс. Масса металлоконструкций снижена на 397 т, экономия железобетона 1710 м³. Годовой экономический эффект от внедрения ОПН на станции составил 1270 тыс. руб. В настоящее время малогабаритные ЗРУ (а также и ОРУ) на напряжения 110, 220 и 500 кВ применяются на многих ГЭС страны, что позволило создать более компактные гидроузлы, упростить монтаж, получить большой экономический эффект и повысить эксплуатационную надежность объектов. За рубежом иногда применяются ЗРУ и более высоких напряжений; например, на рис. 10-15 показан поперечный разрез ЗРУ 400 кВ английской ТЭС «Вест Бартон», выполненный для схемы с двумя системами сборных шин при жесткой коммутации. ЗРУ размещается в здании длиной 195 м, шириной 132,5 м, шаг ячейки 21,3 м. Располагаемые Ш-образно две системы сборных шин устанавливаются на опорных изоляторах. Принято трубчатое сечение токопроводов основной коммутации. Рис. 10-13. ЗРУ 220 кВ над пазухой приплотинной ГЭС Для сборных  шин приняты трубы из алюминиевого сплава наружным диаметром 140 мм, толщина стенок труб 10 мм. Трубы перемычек и присоединений подвешиваются на гирляндах изоляторов. Соединение труб разных уровней выполняется гибким алюминиевым кабелем.