102
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
КЛ 330 кВ ЛАЭС — Копорская.
Современный подход при
проектировании высоковольтных
кабельных линий для атомной отрасли
В
конце
2020
года
в
Ленинградской
области
была
введена
в
эксплуатацию
кабельная
линия
номинальным
напряжением
330
кВ
,
соединяющая
Ленинградскую
АЭС
и
ПС
«
Копорская
».
Строительство
кабельной
линии
330
кВ
являлось
одним
из
этапов
реконструкции
электросетевых
объектов
Ленинградской
АЭС
,
обеспечивающих
выдачу
мощности
с
Ленинградской
АЭС
-2.
Колоссальная
важность
и
ответственность
объекта
,
а
также
отсутствие
типовых
решений
и
указаний
по
устройству
кабельных
линий
такого
класса
напряжения
требовало
глобальной
проработки
проекта
,
начиная
от
подробных
геологических
изысканий
до
выбора
самого
передового
оборудования
и
материалов
,
обеспечивающих
максимальный
уровень
надежности
объекта
.
Об
особенностях
про
–
ектирования
и
выбора
конструктивно
–
технологических
решений
для
строительства
КЛ
330
кВ
ЛАЭС
—
Копорская
рассказывается
в
данной
статье
.
Кузнецов
Д
.
В
.,
генеральный директор ООО «Импульспроект»
Куприянов
А
.
М
.,
директор по развитию ООО «Импульспроект»
Халитов
В
.
Р
.,
руководитель отдела технического развития ООО «Энерготэк»
Н
адежность объекта зачастую зависит от
корректности выбранных технических ре-
шений еще на стадии проектирования. Во
многом правильный выбор тех или иных
технических решений связан с глубиной их изучения
и анализа, поэтому при проектировании КЛ 330 кВ
ЛАЭС — Копорская (далее — КЛ 330 кВ) особое вни-
мание было уделено:
– оценке местности с подробными геологическими,
геодезическими и гидрологическими исследова-
ниями для определения оптимального способа
прокладки;
– выполнению расчетов сечений жил и экранов
кабелей, определению схемы их заземления,
а также проведению механических расчетов
с использованием современных методик и спе-
циализированных программных комплексов;
– учету опыта проектирования и строительства
аналогичных объектов в прошлом;
– формированию технических требований для
выбора наиболее подходящего и совершенного
оборудования и материалов.
ВЫБОР
ТРАССЫ
И
СПОСОБОВ
ПРОКЛАДКИ
КАБЕЛЬНОЙ
ЛИНИИ
В рамках работ по проектированию перед инжене-
рами стояла задача определить оптимальный марш-
рут прокладки будущей кабельной линии. Проекти-
руемая кабельная линия должна была соединить
ПС «Копорскую» и ОРУ 750 кВ Ленинградской АЭС
с учетом выполнения установленных заказчиком
требований:
– минимизация пересечений с подземными и над-
земными коммуникациями;
– все пересечения с подземными и надземными
коммуникациями должны быть выполнены под
углом, близким к 90 градусам;
– выбор оптимального маршрута трассы, проек-
тируемой КЛ 330 кВ с учетом местных условий
и результатов согласований со всеми заинтересо-
ванными организациями, а также с учетом инте-
ресов собственников земельных участков.
Принимая во внимание сложные условия про-
кладки в районе строительства кабельной линии,
был проведен целый комплекс топографических, гео-
логических и гидрологических изысканий, выполне-
ны работы по обследованию и имущественно-право-
вой инвентаризации. В результате была определена
трасса будущей кабельной линии длиной 6 км, про-
ходящая преимущественно через лесные массивы.
К особенностям районов в зоне прокладки кабель-
ной линии стоит отнести заболоченную местность,
а также грунты с высоким уровнем подземных вод.
В ходе гидрологических исследований было обнару-
жено несколько водоносных горизонтов подземных
вод, первый из которых — с максимальным уровнем
грунтовых вод — находился на глубине от 0,4 до
1,5 метров. Обводненные грунты, лесная местность,
сложный рельеф, а также необходимость сокраще-
ния охранной зоны привели к выбору в качестве ос-
новного типа прокладки кабелей прокладку в трубах.
Большую часть трассы кабельной линии было реше-
но реализовать закрытым способом — методом ГНБ.
Выбранный вид прокладки не только делал возмож-
ным устройство кабельной линии в данной местно-
сти (рисунок 1), но и позволял значительно сократить
сроки и стоимость строительно-монтажных работ,
так как не требовал рытья траншеи, ее содержания,
103
засыпки ПГС, откачки воды и других сопутствующих
работ. На поворотах трассы, в зоне стартовых и при-
емных котлованов, а также в местах установки со-
единительных муфт кабели было принято проклады-
вать в железобетонных лотках.
В соответствии с требованиями нормативной до-
кументации силовые кабели должны прокладывать-
ся в специализированных полимерных термостойких
трубах. В этой связи для прокладки КЛ 330 кВ были
выбраны термостойкие токопоисковые трубы с вну-
тренним слоем, стойким к воздействию открытого
пламени, а также наружной защитной оболочкой
повышенной прочности (рисунок 2). Выбор в пользу
труб с наружной защитной оболочкой был сделан по
причине протяженных по длине ГНБ участков, а так-
же наличия каменистых пород по пути прокладки
трубного канала. Защитный слой повышенной проч-
ности предотвращает повреждение основных слоев
трубы, их процарапывание и потерю установленных
физико-механических параметров.
Кроме того, при выборе типа трубы особое вни-
мание было уделено проблеме определения мест
повреждений кабелей. Как известно, обычные поли-
мерные трубы из-за своих диэлектрических свойств
изолируют кабель от грунта, и в случае повреждения
оболочки кабеля корректно проверить ее целост-
ность и определить факт повреждения не пред-
ставляется возможным. Данная проблема является
актуальной для мировой электроэнергетики, что от-
ражено в техническом регламенте TB 773 между-
народной организации СИГРЭ. Однако основным
фактором, сподвигнувшим к поиску решений вы-
шеуказанной проблематики, стал негативный опыт
эксплуатации подобной КВЛ 330 кВ, соединяющей
ЛАЭС-2 и ПС «Пулковская», когда в 2018 году не об-
наруженное своевременно место повреждения кабе-
ля в трубном участке привело к выходу кабельной
линии из строя и, как следствие, длительному отклю-
чению линии, сложному поиску места повреждения
и дорогостоящему ремонту. Ввиду вышеописанного,
в новом проекте были применены инновационные
токопоисковые трубы, обладающие специальной
конструкцией, благодаря которой они не изолиру-
ют кабель от грунта, позволяя испытательному току
стекать с места пробоя на землю, обеспечивая тем
самым определение и точную локализацию повреж-
дения кабеля (рисунок 3).
При выборе труб для прокладки кабелей зачастую
не проводятся механические расчеты, моделирую-
щие нагрузки при монтаже кабельного трубопровода.
В результате некорректного выбора габаритов труб
происходит сминание или разрыв труб в процессе
их монтажа и дальнейшей эксплуатации либо напро-
тив — неэффективное расходование бюджета ввиду
покупки труб с параметрами, значительно превосхо-
дящими требуемые. Учитывая указанные факторы,
при выборе труб для прокладки КЛ 330 кВ были про-
ведены специализированные механические расчеты,
учитывающие глубину прокладки, тип грунтов, нали-
чие транспортной нагрузки и протяженность трубных
участков. Данная работа была выполнена с привлече-
Рис
. 1.
Территория
прокладки
КЛ
330
кВ
Рис
. 2.
Прокладка
КЛ
330
кВ
в
трубах
Рис
. 3.
Принцип
работы
токопоисковых
труб
№
6 (69) 2021
104
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
нием специалистов инжинирингового центра Энерго-
тэк, которые провели расчеты для разных сценариев
прокладки труб с целью определения оптимального
и экономически эффективного решения. С учетом
больших длин участков ГНБ (до 500 м), грунтов с не-
однородными и непостоянными коэффициентами
крепости, а также наличием пересечений с железно-
дорожными путями, в результате расчетов были вы-
браны трубы с кольцевой жесткостью 64 кН/м
2
(SN64).
ВЫБОР
СЕЧЕНИЯ
ЖИЛЫ
И
РАСЧЕТ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК
В процессе проектирования КЛ 330 кВ важной за-
дачей являлся корректный выбор марки кабеля
и сечения его токопроводящей жилы (ТПЖ). Выбор
типа применяемого кабеля производился исходя из
условий окружающей среды, конфигурации трас-
сы, способов прокладки, результатов геологических
и геофизических изысканий, а также степени обвод-
ненности грунта. В результате, с учетом особенно-
стей проектируемой трассы КЛ 330 кВ, включающей
в себя как прокладку по воздуху, так и в земле, нали-
чия протяженных трубных участков, изгибов и пово-
ротов, а также высокого уровня грунтовых вод, выбор
был сделан в пользу кабеля с изоляцией из сшитого
полиэтилена марки ПвПпнг(А)2гж-HF. Данный ка-
бель имеет продольную и поперечную герметизацию
экрана, герметизированную ТПЖ, усиленную обо-
лочку из полиолефиновой композиции на основе со-
полимера этилена, не распространяющую горение
по категории А, не содержащую галогенов, с пони-
женным дымо- и газовыделением. Кроме того, для
мониторинга температуры кабеля и исключения его
перегрева в процессе эксплуатации проектом была
предусмотрена конструкция кабеля со встроенным
оптическим волокном.
Выбор сечения жилы КЛ 330 кВ выполнялся та-
ким образом, чтобы полностью обеспечить передачу
расчетных перетоков мощности во всех максималь-
но рабочих и послеаварийных перспективных режи-
мах работы линии электропередачи. Максимальная
расчетная загрузка КЛ 330 кВ в длительном режиме
составила 2404 А. Для выбора сечения ТПЖ не рас-
сматривался вариант расчета длительно допустимых
токов с использованием каталожных данных заводов-
изготовителей и системы поправочных коэффициен-
тов. Указанный способ не является точным, так как не
позволяет учесть все
особенности условий
прокладки кабельной
линии и подходит толь-
ко для оценочных рас-
четов. По этой причине
выбор сечения ТПЖ
кабеля производился
проектным институтом
по методике междуна-
родной электротехни-
ческой комиссии МЭК
60287.
Более
того,
с учетом высокой важ-
ности и ответственно-
сти объекта, расчеты были согласованы заводом-про-
изводителем кабельной продукции и дополнительно
верифицированы специалистами инжинирингового
центра Энерготэк с помощью сертифицированного
программного комплекса CYMCAP, используемого
для расчетов длительно допустимых токов и дру-
гих эксплуатационных характеристик кабельных
линий.
Исходными данными для проверки сечения жилы
и экрана кабеля являлись однофазный и трехфаз-
ный токи короткого замыкания (КЗ), длительность
срабатывания защиты, количество цепей, глубина
заложения, температура и удельное термическое
сопротивление грунта, а также геометрические раз-
меры кабеля.
Для расчетов были рассмотрены три основных
типа прокладки кабелей:
– в термостойких трубах, проложенных методом ГНБ;
– в термостойких трубах, проложенных траншей-
ным способом;
– в ж/б лотках.
Расчетным стал наиболее сложный с точки зре-
ния теплоотвода участок трассы, где кабельная ли-
ния прокладывалась в трубах на глубине 3 метров
с расстоянием между осями цепей 715 мм. В резуль-
тате расчетов выбранное сечение ТПЖ составило
2500 мм
2
, обеспечивающее передачу длительно до-
пустимого тока 2552 А, что удовлетворяло услови-
ям максимальной расчетной загрузки КЛ 330 кВ —
2404 А (рисунок 4).
РАСЧЕТ
СЕЧЕНИЯ
ЭКРАНОВ
КАБЕЛЕЙ
И
ВЫБОР
СХЕМЫ
ИХ
ЗАЗЕМЛЕНИЯ
По результатам расчета токов КЗ для определения
сечения экрана кабеля 330 кВ была выполнена про-
верка его термической стойкости. Как известно, при
протекании токов КЗ температура экрана не должна
превышать 350°С, для проверки данного условия
учитывается величина тока и длительность КЗ. При
этом зачастую при определении длительности КЗ
рассматривается только время срабатывания основ-
ной защиты, без учета резервной и действия УРОВ,
что не является правильным. В таком случае при от-
казе срабатывания основной защиты длительность
КЗ может быть больше, в результате чего возмож-
но оплавление изоляции и выход кабеля из строя.
Поэтому для выбора сечения экранов кабелей при
Рис
. 4.
Результаты
расчета
длительно
допустимого
тока
кабеля
330
кВ
в
ПО
CYMCAP
105
проектировании КЛ 330 кВ во внима-
ние были приняты максимальные токи
КЗ на шинах подстанции, достигающие
47 кА, а также время срабатывания
основной и резервной защит и время
действия УРОВ. В результате расчетов
сечение экранов кабелей 330 кВ соста-
вило 350 мм
2
.
В соответствии с требованиями ПУЭ
медные экраны кабелей подлежат за-
землению. При этом при заземлении
экранов с двух сторон в них наводятся
паразитные токи, приводящие к допол-
нительному нагреву кабелей, снижая
тем самым длительно допустимую то-
ковую нагрузку. Величина паразитных
токов в экранах кабелей зависит от
сечения экрана, а также от расстояния
между фазами. Вследствие того что се-
чение экрана, рассчитанное из усло вий
термической стойкости, а также рас-
стояние между фазами были высоки-
ми, стандартное заземление экранов с двух сторон
не рассматривалось.
Для борьбы с паразитными токами было при-
нято решение применить схему заземления экра-
нов «с одной стороны», разделив экранный контур
кабельной линии на несколько участков путем раз-
мещения в местах установки соединительных муфт
специальных комбинированных коробок заземле-
ния, выполняющих одновременно глухое заземле-
ние экранов кабелей одного участка и заземление
через ОПН 10 кВ экранов другого.
Размещение коробок заземления должно произ-
водиться в кабельных колодцах. Из опыта эксплуата-
ции высоковольтных кабельных линий применение
ж/б колодцев по причине их низкой степени герме-
тичности и, как следствие, наполнения водой и на-
рушения схемы заземления экранов кабелей было
недопустимым. Решением данной проблемы стало
размещение коробок заземления в специализиро-
ванных герметичных полимерных колодцах Протек-
торФлекс ПКЭТ (рисунок 5). Выбранные колодцы
предназначены для установки коробок заземления
и транспозиции, имеют степень защиты от пыли
и влаги IP68, а также усиленный электробезопасный
корпус с внутренним огнестойким слоем, обеспечи-
вающий одновременно безопасность технического
персонала и размещаемого внутри оборудования.
ВЫБОР
ОБОРУДОВАНИЯ
И
МАТЕРИАЛОВ
Немаловажным фактором при проектировании КЛ
330 кВ был выбор оборудования и материалов. Се-
годня надежность высоковольтной кабельной линии
может быть обеспечена за счет применения толь-
ко испытанных и адаптированных под особенности
друг друга технических решений. Данным принципом
в международной практике руководствуются уже
длительное время. Зачастую при формировании
нормативно-технической документации в стандартах
отражают необходимость проведения комплексных
испытаний ряда продукции, представляющей собой
в эксплуатации неразрывную систему. Так, напри-
мер, международные стандарты МЭК 60840:2004
и МЭК 62067:2011 устанавливают обязательные тре-
бования по проведению преквалификационных ис-
пытаний высоковольтного кабеля, смонтированного
в комплексе с концевой и соединительной кабель-
ной арматурой. Это позволяет избежать возможных
проб лем, связанных с совместимостью оборудова-
ния как при строительстве, так и эксплуатации ка-
бельной линии.
Принимая во внимание вышеуказанные принци-
пы, в ходе разработки проектной документации были
сформированы технические условия к оборудова-
нию и материалам, где были определены основные
требования к элементам кабельной системы, со-
стоящей из кабеля, кабельной арматуры, узлов за-
земления экранов кабелей, а также систем защиты
кабельной линии.
В результате чего в проекте был применен ряд
изделий, адаптированных под технические особен-
ности друг друга, в частности кабель и муфты 330 кВ
компании Prysmian, а также термостойкие трубы для
прокладки высоковольтных кабелей и кабельные ко-
лодцы компании Энерготэк.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Особенности проектирования, описанные в статье,
являются не единственными для создания надеж-
ной и долговечной кабельной линии. Безусловно,
в основе проектирования любого объекта лежит вы-
полнение требований нормативно-технической до-
кументации, технических условий эксплуатирующих
и строительных организаций. Однако именно пере-
численные в статье особенности выбора конструк-
тивно-технологических решений зачастую игнориру-
ются проектировщиками либо не получают должного
внимания, что в итоге приводит к снижению надеж-
ности и срока службы объекта, поэтому их учет так
важен при проектировании кабельных линий любого
класса напряжения.
Р
Рис
. 5.
Специализированный
герметичный
полимерный
колодец
Протек
–
торФлекс
ПКЭТ
:
а
)
схема
размещения
коробок
заземления
;
б
)
общий
вид
№
6 (69) 2021
Оригинал статьи: КЛ 330 кВ ЛАЭС — Копорская. Современный подход при проектировании высоковольтных кабельных линий для атомной отрасли
В конце 2020 года в Ленинградской области была введена в эксплуатацию кабельная линия номинальным напряжением 330 кВ, соединяющая Ленинградскую АЭС и ПС «Копорская». Строительство кабельной линии 330 кВ являлось одним из этапов реконструкции электросетевых объектов Ленинградской АЭС, обеспечивающих выдачу мощности с Ленинградской АЭС-2. Колоссальная важность и ответственность объекта, а также отсутствие типовых решений и указаний по устройству кабельных линий такого класса напряжения требовало глобальной проработки проекта, начиная от подробных геологических изысканий до выбора самого передового оборудования и материалов, обеспечивающих максимальный уровень надежности объекта. Об особенностях проектирования и выбора конструктивно-технологических решений для строительства КЛ 330 кВ ЛАЭС — Копорская рассказывается в данной статье.