7семестр / ЭСС_ (Барбашов)ЭЗ-31(12.06.14) / ТЛ-1_н

ную сеть кабелей со СПЭ-изоляцией. При электрическом пробое твердого диэлектрика кабель не сможет восстановить свою электрическую прочность и любое ОЗЗ будет приводить к устойчивому аварийному режиму. В этом случае эксплуатационному персоналу каждое возникновение ОЗЗ в изоляционной системе КЛ необходимо будет устранять. Таким образом, наряду с неоспоримыми преимуществами кабелей со СПЭ-изоляцией они имеют существенный недостаток, заключающийся в отсутствии эффекта самозалечивания СПЭ-изоляции. Это обстоятельство необходимо заблаговременно предусмотреть и создать такие условия эксплуатации кабелей со СПЭ-изоляцией, которые минимизировали бы их возможный каскадный выход из строя.

Оболочки кабелей служат для герметизации изоляции и защиты ее от проникновения влаги, воздуха, химических продуктов, а также исключения старения под действием тепла и света.

3.3.3. Новые конструкции кабелей

На изготовление кабелей расходуется ряд дефицитных материалов, поэтому стоит задача поиска новых конструктивных решений, направленных на снижение стоимости КЛ. При решении этой задачи широко используется замена медных жил и свинцовых оболочек на алюминиевые жилы и оболочки, а также отказ от защитных металлических оболочек и покрытие алюминиевых оболочек антикоррозийными синтетическими пленками.

Ведутся работы по созданию принципиально новых конструкций КЛ, позволяющих увеличить их пропускную способность по сравнению с существующими в 4−10 раз. К ним принадлежат газоизолированные линии (ГИЛ) электропередачи в трубах со сжатым газом и криогенные КЛ.

Впервых воздух, элегаз или другой газообразный диэлектрик находятся при избыточном давлении. Относительная диэлектрическая проницаемость газа близка к единице − в результате погонная емкость примерно

в3−4 раза меньше, чем у обычных кабелей и соответственно значительно меньше и потери. Поэтому ГИЛ можно применять для передачи энергии на достаточно далекие расстояния. ГИЛ, как правило, прокладываются в тоннелях. Такие линии целесообразны в больших городах или на подходах к ним, а также для подстанционных связей.

Вкриогенных КЛ используются кабели с алюминиевыми токоведу-

91

щими жилами, охлажденными до температуры ниже 100 К. При охлаждении алюминия до температуры жидкого азота (77 К) его проводимость увеличивается в 10 раз, до температуры жидкого водорода (20 К) − примерно в 500 раз по сравнению с проводимостью при обычной температуре, а при охлаждении до температуры жидкого гелия (4,12 К) у токопровода появляется сверхпроводимость. Проведенные исследования показали возможность практического осуществления передачи мощности до 5000 MBА при использовании таких КЛ.

3.3.5. Кабельные муфты

Строительные длины кабелей соединяют между собой муфтами, а присоединяют кабели к зажимам ЭП с помощью муфт и заделок.

3.3.6. Кабельные сооружения

Кабельным называется сооружение, специально предназначенное для размещения в нем кабелей, кабельных муфт и другого оборудования, обеспечивающего нормальную работу КЛ.

К кабельным сооружениям относятся кабельные туннели, каналы, коллекторы, шахты, этажи и двойные полы, блоки, эстакады и галереи, короба и др.

3.3.7. Прокладка КЛ в земле

Из-за взаимного теплового влияния существуют ограничения на количество кабелей, прокладываемых в общей траншее в земле.

Кабели в траншее прокладываются «змейкой» (с запасом по длине до 3 %) для компенсации температурных деформаций и из-за возможных смещений почвы.

Защита от механических повреждений выполняется для кабелей 20−35 кВ железобетонными плитами, для кабелей до 10 кВ − плитами или кирпичом на всем протяжении, а для кабеля до 1 кВ − только в местах частых раскопок.

Глубина заложения КЛ от планировочной отметки должна быть не менее: при напряжении до 20 кВ − 0,7 м, а 35 кВ − 1 м, при пересечении улиц и площадей − 1 м.

3.3.8. Прокладка кабельных линий в сооружениях

При большом количестве линий кабели прокладываются в специальных подземных сооружениях. На магистральных проездах используются

92

общие подземные коллекторы, для кварталов применяются внутриквартальные коллекторы.

Для размещения только силовых и контрольных кабелей используются туннели проходного (высота − 2,1 м) и полупроходного (1,65 м) исполнения. Длина последнего не должна превышать 10−15 м.

Подземные туннели должны иметь над перекрытием слой земли толщиной не менее 0,5 м. По территории ПС поток отходящих КЛ прокладывается, как правило, в каналах, которые зачастую выходят за пределы ограды. Прокладка в каналах применяется при среднем количестве кабелей в потоке 20−30. В кабельных сооружениях кабели рекомендуется прокладывать целыми строительными длинами. Размещение кабелей в сооружениях принимается следующим: контрольные кабели и кабели связи, силовые кабели напряжением до 1 кВ, силовые кабели выше 1 кВ. Контрольные кабели и кабели связи могут размещаться и под силовыми кабелями.

3.3.9. Подводная прокладка КЛ

Подводные кабельные переходы сооружают через реки, каналы, озера, водохранилища, морские заливы и проливы.

Длина кабельного перехода через водные препятствия и способы заглубления кабеля, марка кабеля подводного перехода, берегоукрепительные и прочие виды работ зависят от конкретных местных гидрогеологических условий и основываются на тщательных инженерных изысканиях.

3.3.10. Защита кабелей от коррозии

Защита кабелей с бумажно-масляной изоляцией от коррозии включает в себя защиту от почвенной коррозии и защиту от коррозии блуждающими токами.

Коррозионная активность грунтов, грунтовых и других вод по отношению к броне кабеля (сталь) и его оболочкам (свинец, алюминий) оценивается по данным соответствующих химических анализов по показателям, характеризующим их наибольшую коррозионную активность (низкая, средняя, высокая).

Способы защиты кабелей от почвенной коррозии и коррозии блуждающими токами включают рациональный выбор трассы прокладки кабеля, конструкции защитного покрытия кабеля, использование специальных методов прокладки кабеля (каналы, туннели, коллекторы), катодную поляризацию.

93

Для защиты кабеля от коррозии блуждающими токами также выполняются мероприятия по ограничению значения блуждающих токов на их источниках (электрифицированные железные дороги, метрополитен, трамвай, промышленные предприятия).

В настоящее время выпускается кабель марки ААШпс с защитным шлангом из кассполена, имеющий высокие физико-механические характеристики и хорошие электроизоляционные свойства. Этот кабель рекомендуется использовать для прокладки в грунтах с высокой коррозионной активностью и при наличии блуждающих токов. Для прокладки в агрессивных грунтах следует применять кабель марки ААШп с защитным шлангом из полиэтилена. При применении кабелей указанных марок не требуется защита от почвенной коррозии и блуждающих токов.

3.4. Подстанции и распределительные пункты

3.4.1. Общие сведения

Электрическая ПС является важной и неотъемлемой частью электроэнергетической системы на пути электрической энергии от электростанции к приемнику электрической энергии. Подстанция − это технологический комплекс, содержащий преобразователи параметров электроэнергии, коммутирующие устройства, электрические связи и вспомогательное оборудование.

Подстанции сооружают для преобразования и распределения электроэнергии в целях ее использования или дальнейшей передачи. ПС являются неотъемлемыми элементами электрических сетей, определяющими их структуру и свойства, в то же время их размещение, схема и мощность зависят от сетей, для питания которых они предназначены. ПС могут быть классифицированы по различным признакам: местоположение, назначение и роль в энергосистеме, присоединение к сети, главная схема электрических соединений, способ управления и обслуживания и др.

Краткая характеристика и примерная классификация ПС современных электрических сетей была рассмотрена в подразделе 1.1. Уточним и дополним этот материал.

К элементам ПС относятся: трансформаторы, автотрансформаторы и преобразователи; распределительные устройства; КУ (на отдельных ПС);

94

устройства управления.

К категории ПС принадлежат и некоторые электроустановки без трансформаторов: переключательные пункты, предназначенные для секционирования ЛЭП, включения БК продольной компенсации и шунтирующих реакторов, а также РП, сооружаемые в городских и промышленных сетях для распределения мощности между потребителями.

3.4.2. Типы подстанций

Взависимости от выполняемой функции различают ПС трансфор-

маторные и преобразовательные.

Преобразовательные ПС предназначены для изменения рода тока или частоты (вставки постоянного тока, выпрямительные и инверторные ПС в передачах постоянного тока).

Внастоящее время нет четкого деления между видами ПС − повышающие и понижающие, потому что в зависимости от режимов работы электрической сети и электростанций понижающие ПС могут работать как повышающие, а повышающие как понижающие.

По способу присоединения к электрической сети высшего напряжения ПС делятся на основные категории:

− тупиковые, питающиеся по одной или двум тупиковым линиям от одного источника питания;

− ответвительные, подключаемые глухим ответвлением от одной или двух проходящих линий;

− проходные (транзитные), с малым числом линий и выключателей, включаемые в рассечку одной или двух линий с одноили двухсторонним питанием;

− узловые, питание которых осуществляется не менее чем от трех независимых источников; мощные узловые ПС могут выполнять функции только коммутации больших транзитных потоков либо одновременно выполнять функции электроснабжения сетевых районов на среднем напряжении.

По назначению в электрической сети ПС делятся на группы:

− ПС системообразующей сети (системные ПС) − проходные и узловые ПС, питание которых осуществляется от системообразующей сети или которые питают такую сеть; системные ПС осуществляют прямую элек-

95

трическую связь между сетями ВН и СН с выдачей значительных потоков мощности − односторонних (из сети ВН в сеть СН), реверсивных (из сети ВН в сеть СН и наоборот) или комбинированных (с питанием нагрузки на стороне НН);

−ПС распределительной сети (потребительские ПС) − ПС, питание которых осуществляется от распределительной сети; потребительские ПС

восновном характеризуются наличием двух (редко трех) напряжений с установкой, как правило, двухобмоточных трансформаторов напряжением до 330 кВ; в отдельных случаях к потребительским относятся ПС с установкой трехобмоточных трансформаторов 110/35/10(6) и 220/35/10(6) кВ.

По количеству устанавливаемых трансформаторов ПС разделяются на одно-, двух- и многотрансформаторные (как правило, не более четырех). Установка трех и четырех трансформаторов характерна для узловых ПС.

По конструктивному исполнению ПС подразделяются на три вида:

−открытые, на которых все оборудование распределительных устройств высшего и среднего напряжения и силовые трансформаторы установлены на открытом воздухе;

−закрытые, на которых оборудование распределительных устройств и силовые трансформаторы установлены в здании;

−смешанные, на которых оборудование распределительных устройств установлено на открытом воздухе, а силовые трансформаторы находятся в закрытых камерах, или наоборот.

По способу комплектации и выполнению строительно-монтажных работ ПС подразделяются:

−россыпные ПС, для которых оборудование и материалы поставляются на строительную площадку поэлементно, а все монтажные работы в полном объеме выполняются на строительной площадке. Это ПС с большим объемом электромонтажных работ и разнообразных общестроительных, отделочных, санитарно-технических, дорожных работ, характерных для промышленных объектов;

−комплектные ПС (КТП), которые поставляются заводами на площадку строительства ПС полностью смонтированными или укомплектованными строительными конструкциями со смонтированным оборудова-

96

нием в виде узлов, блоков с минимальным объемом несложных строительных и монтажных работ.

По типам применяемых трансформаторов ПС выполняются с двух- и трехобмоточными трансформаторами, с трансформаторами, имеющими расщепленные обмотки НН, и с автотрансформаторами.

По количеству напряжений различают ПС с двумя напряжениями: ВН−НН или ВН−СН (возможно наличие третичной компенсационной обмотки НН); с тремя напряжениями: ВН−СН−НН; с четырьмя напряжениями: ВН−СН−СН−НН (возможно также наличие двух напряжений НН, например 10 и 35 кВ для питания удаленных потребителей местного района). Большое количество напряжений на ПС нежелательно.

По типам КУ и специальным системным функциям возможны ПС: с установкой синхронных компенсаторов; конденсаторов параллельного включения; синхронных компенсаторов и конденсаторов параллельного включения; продольно-емкостной компенсации; шунтирующих реакторов (могут устанавливаться и на перечисленных ПС); статических тиристорных компенсаторов; переключательных пунктов электропередачи, сооружаемых самостоятельно или совмещенно с системной ПС.

По способу управления ПС делятся на полностью автоматические (без дежурного персонала), с дежурством на дому, с постоянным дежурным персоналом.

По способу обслуживания ПС могут сооружаться без ремонтной базы и ремонтного персонала, совмещенно с ремонтной базой и с ремонтным персоналом сетевого района.

Взависимости от значения ВН условно ПС разделяются на районные

ираспределительные. К первым относятся ПС с ВН 35−750 кВ; ко вторым − ТП городских и цеховых сетей, потребительские ПС сельских сетей напряжением 6−10 кВ.

3.4.3. Главные схемы электрических соединений ПС

Главная схема электрических соединений ПС является тем основным элементом, который определяет функциональные свойства ПС, особенности и техническую характеристику ПС в целом. В главной схеме ПС определяется число, тип и параметры оборудования, в первую очередь силовых трансформаторов, выключателей и другой коммутационной и измеритель-

97

ной аппаратуры, рациональную их расстановку, решаются вопросы защиты, управления, степени автоматизации и способы эксплуатационного обслуживания ПС. Главная схема обеспечивает надежность ПС, как неотъемлемого звена электропередачи в целом, влияет на конструктивную часть ПС, размеры площадки и др., непосредственным образом влияет на размеры необходимых инвестиций и эксплуатационных затрат.

Выбор главной схемы ПС всегда является поиском компромиссных решений при сравнении надежности, которую данная схема может обеспечить, и стоимостью установки. Рационально выбранная главная схема ПС приводит к минимуму капитальных затрат при обеспечении требуемого уровня надежности.

Соответствие ПС необходимым требованиям в части надежности, оперативности, ремонтопригодности и т. п. отражается в главных схемах электрических соединений РУ ПС. Эти схемы, как правило, типизируются для разных напряжений и для различного числа присоединений (линий и трансформаторов). Создание в Украине национальной нормативной базы в области подстанционного строительства началось в 1992 г. В 1994 г. вошли в действие отраслевые «Нормы технологического проектирования ПС переменного тока с высшим напряжением 6-750 кВ». Нормы формализовали требования к применению типовых схем РУ ПС применительно к электрическим сетям Украины. Они также предусматривали полный отказ от применения в Украине главных схем с установкой отделителей и короткозамыкателей, исключение конъюнктурных требований по применению того или иного оборудования. В Нормах исключены из перечня рекомендованных схемы ограниченного применения в Украине − схема расширенного четырехугольника, мостиковая схема с тремя отходящими линиями и т. д.

Практическое отсутствие рыночных отношений в энергетике на период разработки Норм не позволили учесть или предвидеть возможность широкого применения высококачественного оборудования европейского и мирового класса в полном объеме. Поэтому в основу Норм положено применение оборудования отечественного производства (в том числе и стран СНГ) с вытекающим отсюда качеством и надежностью рекомендуемых схем. Кроме того Нормы оставили вне нормативного поля вопросы, свя-

98

занные с применением оборудования с элегазовой изоляцией − комплектных элегазовых распределительных устройств (КРУЭ) и элегазовых высоковольтных выключателей на все напряжения. При разработке Норм также не удалось в полном объеме предвидеть ситуацию в развитии энергетики Украины − резкое снижение инвестиций в новое капитальное строительство и переход, в основном, на расширение и реконструкцию действующих сетей. Переход на применение электрооборудования классов напряжения 110 кВ и выше, в основном, производства западных фирм требуют незамедлительного пересмотра существующих (уже устаревших) нормативов по применению главных схем РУ для новых, а в некоторых случаях и для реконструируемых ПС.

3.4.4. Трансформаторы и автотрансформаторы

Трансформаторы и автотрансформаторы предназначены для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты и служат для соединения электрических сетей разных номинальных напряжений. Они могут быть понижающими и по-

вышающими, двух- и трехобмоточными.

Двухобмоточные трансформаторы имеют две электрически не связанные между собой обмотки и применяются для связи сетей двух напряжений, а трехобмоточные трансформаторы − три такие обмотки и используются для связи сетей трех номинальных напряжений. Передача электроэнергии от сети одного напряжения в сети другого напряжения через трансформаторы осуществляется посредством магнитного потока.

Обмотки автотрансформаторов связаны между собой электрически и магнитно таким образом, что передача электроэнергии из одной цепи в другую происходит как через магнитный поток, так и электрическим путем. Помимо электрически связанных обмоток, автотрансформаторы имеют третичную обмотку с магнитной (трансформаторной) связью с остальными обмотками. Автотрансформаторы применяют для связи сетей, близких по номинальному напряжению и работающих с глухозаземленной нейтралью (110 кВ и выше). Третичную обмотку выполняют на напряжении 6−10−35 кВ

Трансформаторы и автотрансформаторы характеризуются номинальной мощностью и номинальными напряжениями обмоток. Дополнительной

99

характеристикой автотрансформаторов является так называемая типовая мощность. Номинальной мощностью трансформатора называют мощность, на которую он рассчитан по условиям нагрева. В трехобмоточном трансформаторе номинальной мощностью считается мощность его наиболее мощной обмотки. Под номинальной мощностью автотрансформатора понимают предельную мощность, которая может быть передана через автотрансформатор на стороне ВН.

По исполнению трансформаторы и автотрансформаторы как двух-, так и трехобмоточные бывают трехили однофазными. Однофазные трансформаторы на ПС комплектуют в одну трехфазную трансформаторную группу. Трехфазные трансформаторы обходятся дешевле, чем группы из однофазных единиц. Поэтому в настоящее время однофазные трансформаторы изготовливают только в тех случаях, когда трехфазное исполнение (с учетом транспортировки) недопустимо по габаритам.

Основными частями трансформаторов (автотрансформаторов) являются обмотки, сердечник, система охлаждения и устройство для регулирования напряжения. Обмотки выполняют из медного или алюминиевого изолированного провода в виде круговых цилиндров и располагают на стержне магнитопровода. Взаимное расположение обмоток на стержне зависит от типа трансформаторов и их назначения. Обмотку ВН во всех случаях помещают снаружи (по условиям отвода тепла). Обмотки НН и СН в трехобмоточных трансформаторах могут располагаться как у стержня, так и посредине. В автотрансформаторах в настоящее время обмотки НН всегда располагают у стержня.

Разновидностью двухобмоточных трансформаторов являются трансформаторы с расщепленной обмоткой НН. В таких трансформаторах обмотка НН выполнена из двух параллельных ветвей, расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН. Номинальные напряжения ветвей одинаковы, а мощности их составляют часть номинальной мощности трансформатора и в сумме равны мощности обмотки ВН. В этом отличие трансформаторов с расщепленными обмотками от трехобмоточных трансформаторов, у которых суммарная мощность обмоток СН и НН всегда больше мощности обмотки ВН (у трансформаторов мощности всех обмоток одинаковы, у автотрансформаторов, как было показано выше, мощно-

100