Cтатья: О компоновочных решениях для распределительных устройств 110–220 Кв с трехмерной топологией схем | Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»

ОБОРУДОВАНИЕ

О компоновочных решениях

для распределительных устройств

110–220

кВ с трехмерной

топологией схем

УДК 621.316.37

Гринев Н.В.,

начальник отдела

по технической

экспертизе проектной

документации

службы эксплуатации

и диагностики ПС

филиала «Россети

ФСК ЕЭС» — МЭС

Урала

В статье рассмотрены компоновочные решения для распределительных устройств

110–220 кВ, имеющих схемы с трехмерной топологией. Выполнен сравнительный ана

лиз с типовыми решениями.

Ключевые

слова:

электроустановка,

распределительное

устройство, схемы

электрических

соединений,

строительство

и реконструкция

статье [1] был предложен новый способ построения распределительных

устройств (РУ) электроустановок (ЭУ), позволяющий получить РУ с новы-

ми свой ствами.

Способ отличается тем, что граф схемы топологически эквивалентен вы-

пуклому многограннику. При этом принято следующее:

– каждое присоединение подключается через развилку из разъединителей; присо-

единение и его два разъединителя образуют ребро многогранника;

– в одной вершине соединяются не более трех ребер;

– в вершинах графа устанавливаются коммутационные аппараты;

– присоединение отключается выключателями инцидентных вершин.

Одному 3D-выключателю по функционалу аналогична по меньшей мере сдвоен-

ная установка пары традиционных выключателей.

РУ имеют возможность масштабирования (изменения по количеству присоеди-

нений). Необходимое количество 3D-выключателей (традиционных выключателей)

разъединителей в зависимости от количества присоединений предложено прини-

мать следующим:

–

≥

∙ 2/3,

≥

∙ 4/3,

≥

∙ 2,

ТТ

≥

∙2,

где

–

— количество 3D-выключателей,

— количество традиционных выклю-

чателей,

— количество разъединителей,

ТТ

— количество трехфазных комплек-

тов трансформаторов тока,

— количество присоединений.

Достоверность формул основана на теореме Эйлера о многогранниках.

Состав оборудования для разного количества присоединений, определенный

по этим формулам, приведен в таблице 1.

Табл. 1. Состав оборудования при изменении количества присоединений

220-13Н (220-14)

ТТ

220-3D

–

ТТ

В таблице 2, подогревая интерес к теме, не повто-

ряясь с [1], показан объем эксплуатационного обслу-

живания для РУ при различном количестве присо-

единений. Для оценки использованы данные из [2]:

– ТТ 220 кВ на три фазы 0,19×3 ОЕ;

– разъединитель 220 кВ трехполюсный 1,09 ОЕ;

– выключатель 220 кВ элегазовый 1,18 ОЕ;

– 3D-выключатель элегазовый 1,46 ОЕ (объем обслу-

живания 3D-выключателя принят на уровне выклю-

чателя 500 кВ, так как конструкция такого выключа-

теля использована в качестве прототипа (рисунок 1)).

Результаты показывают, что за счет изменения со-

става оборудования расчетный объем эксплуатаци-

онного обслуживания снижается примерно на 40%.

Уместно напомнить о выводах, сделанных в [3].

На достигнутом временном уровне выявилось, что

наиболее ненадежным и проблемным элементом РУ

оказались разъединители, обеспечивающие безопас-

ность персонала. Повышение их надежности имеет

ограничения по технико- экономическим мотивам.

Традиционно при разработке компоновочных ре-

шений РУ, помимо обеспечения изоляционных рас-

стояний, уделяют внимание условиям проведения

ремонтных работ, в том числе с применением меха-

низмов, наличию проездов к основному оборудова-

нию, унификации решений в отношении применения

оборудования разных производителей, возможности

расширения.

В качестве эталона рассматриваются так назы-

ваемые типовые проектные решения, в которых все

необходимые условия обеспечиваются через соблю-

дение «ремонтных» расстояний.

Типизация схемно- компоновочных решений в со-

ветский период (в 1977, 1985, 1986, 1990 годах) про-

водилась институтом «Энергосетьпроект». В постсо-

ветский период (в 2011 году) их актуализацию для

ОРУ 110–220 кВ выполнило ОАО «ИЦЭУ».

Принятая гипотеза:

условия по удобному и без-

опасному обслуживанию в ОРУ с 3D-топологией бу-

дут обеспечены, если для таких ОРУ расстояния меж-

ду оборудованием («выключатель- разъединитель»,

«выключатель- ТТ» и т.д.) и условия подъезда к нему

принять из типовых работ как исходные данные.

Задача:

показать, что компоновочные решения

для ОРУ с 3D-топологией укладываются в принятые

Табл. 2. Результаты оценки объемов эксплуатационного обслуживания

Объем эксплуатационного обслуживания, ОЕ

220-13Н/

220-14

39,5 45,61 51,72 57,83 63,94 70,05 76,16 82,27 88,38 94,49 100,6 113,7 119,8 125,9

220-3D

22,44 25,76 30,54 35,32 38,64 43,42 48,2 51,52 56,3 61,08 64,4 69,18 73,96 77,28

Рис. 1. Пример 3D-выключателя 220 кВ на основе кон

струкции выключателя 500 кВ как прототипа

(прототип слева)

W1E

W2E

W3E

W4E

QK1E

W6E

W7E

W9E

W10E

W5E

W8E

QB1E

Рис. 2. Типовая компоновка ОРУ 220 кВ по схеме 220-13Н

№ 1 (70) 2022

каноны, обеспечивая все необходимые условия, сде-

лать вывод об изменении габаритов РУ в целом.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В демонстрационных целях решения рассматрива-

ются для ОРУ 220 кВ с гибкой ошиновкой. В примерах

рассмотрено ОРУ на 12 присоединений с 3D-схемой,

имеющей топологию «куб».

Сравнение проводится с ОРУ 220 кВ со схемой

220-12/13Н (наиболее частой в применении), га-

бариты которого составляют 215,6×86 м в плане,

по фронту — это габарит четырнадцати линейных

порталов (рисунок 2). Данная площадь далее по тек-

сту обозначена как

Часть оборудования (ТН, ОПН, ВЧ-заградители,

конденсаторы связи и т.п.) условно не показана.

В предлагаемых решениях условно выделены

«распластанное» и «матричное» исполнения. Кро-

ме того, в отдельное исполнение выделен вариант

с типовым размещением оборудования на ОРУ,

вплоть до использования вместо 3D-выключателей

пар традиционных выключателей и их размещения

в разных ячейках, что может быть удобным при ре-

конструкции.

Термин «распластанное» в отношении располо-

жения аппаратуры на одном уровне взят из типовых

проектов (например, 407-03-630.92 ал.1 и 6298т1-ПЗ).

Термин «матричное» введен для исполнения,

при котором в плане образуется структура по типу

матрицы с размещением осей присоединений

и 3D-выключателей перпендикулярно друг другу.

Матрица формата

, где

— число вершин гра-

фа,

— число ребер, при этом, чтобы задать значе-

ние какой-либо ячейки, нужно сопоставить вершину

с реб ром, — это матрица инцидентности.

Известно, что любой выпуклый многогранник

можно показать в виде плоского графа. Из этого вы-

текает, что показанные решения для «распластанно-

го» исполнения могут быть использованы при раз-

личном количестве присоединений.

Любой многогранник может быть показан в виде

матрицы инцидентности. Из этого вытекает, что пока-

занные решения для матричного исполнения также

могут быть использованы при различном количестве

присоединений.

КОМПОНОВКА ОРУ

РАСПЛАСТАННЫМ»

РАСПОЛОЖЕНИЕМ

Крайние выводы 3D-выключателя выводятся в пер-

вом ярусе, средние — вверх на второй или третий

ярус (зависит от компоновки). Разъединители разме-

щаются с разных сторон от 3D-выключателя.

Один 3D-выключатель и три примыкающих разъ-

единителя образуют «дворик» с выводами ошиновки

в разных направлениях для соединения со смежны-

ми двориками и выхода с ОРУ.

Показанные компоновки содержат искусственное

ограничение по количеству присоединений на трех

сторонах из четырех. При этом отметим, что такое

ограничение — скорее недостаток типовых ОРУ.

Показаны три варианта компоновки (рисунки 3–5).

Габариты ОРУ по вариантам составляют:

1) 246,4×86 м в плане, площадь ОРУ — 2,12 Га

(115%×

);

Рис. 3. ОРУ 220 кВ с распластанным размещением (1-й вариант)

АТ-2

АТ-1

W1E

W2E

W3E

W5E W6E

W10E

W7E W8E

W4E

W9E

W1E

W2E

W3E

W5E

W6E

W10E

W7E

W8E

W4E

W9E

ОБОРУДОВАНИЕ

Рис. 4. ОРУ 220 кВ с распластанным раз

мещением (2-й вариант)

Рис. 5. ОРУ 220 кВ с распластанным

размещением (3-й вариант)

W4E

W5E

W6E

W7E

W4E

W5E

W6E

W7E

AT-2

AT-1

АТ-2

АТ-1

W3E

W5E

W6E

W10E

W7E

W8E

W4E

W3E

W5EW6E W7E W8E

W4E

W10E

№ 1 (70) 2022

2) 143,2×141,8 м в плане, площадь ОРУ — 2,03 Га

(110%×

);

3) 92,4×171,5 м в плане, площадь ОРУ — 1,58 Га

(85%×

Рисунки демонстрируют, что (по сравнению с ти-

повыми компоновками) размещение дорог вдоль

оборудования обеспечивает подъезд, сохранена

унификация конструктивных элементов ОРУ в отно-

шении расстояний между аппаратами.

1-й вариант

(рисунок 3) наиболее удобен для

расширения. И наиболее близок к типовой компо-

новке по форме земельного участка и расположению

проездов, порталов, заходов ЛЭП.

Площадь непосредственно под ОРУ может быть

уменьшена, если две развилки организовать на при-

соединениях.

2-й вариант

(рисунок 4) неудобен для расшире-

ния. Наименее близок к типовой компоновке по фор-

ме и расположению проездов, порталов. Значитель-

ная площадь в центральной части занята заходами

ЛЭП (развилками присоединений).

Интересен формой, близкой к квадратной, и тем,

что при отказе от ограничения по заходам ЛЭП с од-

ной стороны РУ заметно снижается площадь.

3-й вариант

(рисунок 5) так же, как и предыду-

щий, неудобен для расширения.

Интересен тем, что имеет наиболее компактное

расположение высоковольтного оборудования и наи-

меньшую площадь земельного участка для ОРУ в це-

лом. Площадь, непосредственно под ОРУ, может быть

уменьшена, если вопросы на части развилок решать

на присоединениях. Используется взаимное располо-

жение оборудования, порталов, как в типовой ячейке.

ОРУ может быть повернуто.

КОМПОНОВКА ОРУ С ТИПОВЫМ

РАЗМЕЩЕНИЕМ

Схема ОРУ 220 кВ с типовым размещением

представлена на рисунке 6. В качестве одного

3D-выключателя рассматривается пара выключате-

лей, при этом каждый выключатель из пары разме-

щается в «своей» ячейке.

В случае реализации на действующем ОРУ (при

реконструкции) возможно использовать существую-

щее оборудование, его фундаменты, порталы.

Верхний ярус ошиновки выполнен под углом к оси

ячейки, что несколько нетрадиционно, но такое раз-

мещение заимствовано из [4].

Габариты ОРУ составляют 246,4×86 м в плане,

площадь ОРУ — 2,12 Га (114%×

По сравнению с типовой компоновкой (рисунок 2)

требуется: увеличение количества ячеек, в том чис-

Рис. 6. ОРУ 220 кВ с типовым размещением

W1E

W2E

W3E

W5E

W6E

W10E

W7E

W8E

W4E

W9E

W4E

АТ-2

АТ-1

W2Е

W1Е

W10Е

W3Е

W5Е

W6Е

W7Е

W8Е

W4Е

W9Е

W1E

W2E

W3E

W5E

W6E

W10E

W7E

W8E

W4E

W9E

W4E

АТ-2

АТ-1

W2Е

W1Е

W10Е

W3Е

W5Е

W6Е

W7Е

W8Е

W4Е

W9Е

ОБОРУДОВАНИЕ

ле, выключателей (+2), увели-

чение количества ячейковых

порталов (+9) и сооружение

развилки на одной из ЛЭП.

КОМПОНОВКА ОРУ

С МАТРИЧНЫМ

РАЗМЕЩЕНИЕМ

Матрица инцидентности для

многогранника может быть при-

ведена к виду с размещением

элементов относительно диа-

гонали. При размещении этой

диагонали матрицы параллель-

но оси АТ на подстанции такое

ОРУ возможно применять для

компоновки ПС, в целом, ана-

логично прямоугольному. ОРУ

220 кВ матричного исполнения

представлено на рисунке 7.

Матрица инцидентности схе-

мы с топологией «куб» размера

8×12 показана в таблице 3. Го-

ризонтальные оси — выключа-

телей. Вертикальные — присо-

единений.

Габариты ОРУ 220 кВ со-

ставляют

ориентировочно

72,5×184,8 м в плане (≈80%×

Матричное

исполнение

из показанных, пожалуй, самое

далекое от типового и, веро-

ятно, более спорное. Перспек-

тивно для схем с валентностью

вершин >3, или с неоднородной

валентностью.

СРАВНЕНИЕ ГАБАРИТОВ

Сравнение земельных участков

(ЗУ) выполнено в виде сводно-

го графика, демонстрирующего

изменение размеров ЗУ в за-

висимости от числа присоеди-

нений (рисунок 8). На графике

не показаны 2-й и 3-й варианты

«распластанного» исполнения.

График демонстрирует, что типовая компоновка

имеет некоторое преимущество перед «распластан-

ным» исполнением (по 1-му варианту) и несколько

Табл. 3. Матрица инцидентности схемы

с топологией «куб»

Рис. 7. ОРУ 220 кВ матричного исполнения

Рис. 8. Размер ЗУ от числа присоединений

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Количество присоеднений, ед.

Распласт_размещ_1-вар

Типов_размещ

Матрич_разм

220-13Н

Ра

змеры, З

У, Г

АТ

-1

АТ

-2

АТ-1

W10E

W7E

W8E

W9E

W10E

W7E

W8E W9E

W1E

W2E

W3E

W5E

W6E

W4E

АТ-2

АТ

-1

АТ

-2

АТ-1

W10E

W7E

W8E

W9E

W10E

W7E

W8E W9E

W1E

W2E

W3E

W5E

W6E

W4E

АТ-2

№ 1 (70) 2022

ЛИТЕРАТУРА
1. Гринев Н.В. Новый способ постро-

ения схем распределительных

устройств // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ.

Передача и распределение, 2021,

№ 5(68). С. 120–125.

2. Методические рекомендации по рас-

чету трудозатрат (численности) про-

изводственного персонала на вновь

вводимые и реконструируемые объ-

екты на основе Системы объемо-

образующих единиц ОАО «ФСК ЕЭС».

Утв. Приказом ОАО «ФСК ЕЭС»

от 30.04.2008 г. № 162. URL: https://lib.

convdocs.org/docs/index-51026.html.

3. Абдурахманов А.М., Линт М.Г., Мис -

риханов М.Ш., Федоров В.Е., Шун-

тов А.В. О конструктивных реше-

ниях для распределительных уст -

ройств с комбинированными аппа-

ратами // Электрические станции,

2008, № 5. C.50–55.

4. Двоскин Л.И. Схемы и конструкции

распределительных устройств. М.:

Энергоатомиздат, 1985. 240 с..

REFERENCES
1. Grinev N.V. A new way of switchgear

diagram plotting // ELEKTROENER-

GIYA. Peredacha i raspredeleniye

[ELECTRIC POWER. Transmission

and Distribution], 2021, no. 5(68),

pp. 120-125. (In Russian)

2. Guidelines on calculation of person-

nel labor costs (number) for newly

introduced and being reconstructed

facilities based on FGC UES System

of bulking units. Approved by FGC

UES, PJSC Order dated 30.04.2008,

no. 162. URL:https://lib.convdocs.

org/docs/index-51026.html

3. Abdurakhmanov A.M., Lint M.G.,

Misrikhanov M.Sh., Fedorov V.E.,

Shuntov A.V. On design solutions for

switchgears with combined apparatus-

es // Elektricheskiye stantsii [Electric

power stations], 2008, no. 5, pp. 50-55.

4. Dvoskin L.I. Switchgear diagrams

and designs. Moscow, Energo-

atomizdat Publ., 1985. 240 p. (In

Russian)

уступает матричному. График учи-

тывает ограничения по заходам

ЛЭП с одной стороны. С учетом

наличия данного ограничения от-

метим паритет.

ВЫВОДЫ

Традиционно при разработке

компоновочных решений РУ уде-

ляют внимание условиям про-

ведения ремонтных работ, в том

числе, с применением механиз-

мов, наличию проездов к обору-

дованию, унификации решений

для оборудования разных про-

изводителей, возможности рас-

ширения.

Компоновочные решения ОРУ

с 3D-топологией укладываются

в принятые каноны, обеспечивая

все необходимые условия. На ос-

новании сравнительного анализа

сделан вывод о том, что габари-

ты таких РУ находятся на одном

уровне с типовыми.

За счет состава оборудования

для ОРУ с 3D-топологией ожида-

ется снижение объема эксплуата-

ционного обслуживания на 40%

по сравнению с типовыми.

ОБОРУДОВАНИЕ

Оригинал статьи: О компоновочных решениях для распределительных устройств 110–220 Кв с трехмерной топологией схем

Ключевые слова: электроустановка, распределительное устройство, схемы электрических соединений, строительство и реконструкция

Читать онлайн

В статье рассмотрены компоновочные решения для распределительных устройств 110–220 кВ, имеющих схемы с трехмерной топологией. Выполнен сравнительный анализ с типовыми решениями.