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

82

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

В

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:

N

3

D

 – 

Q

 ≥ 

N

П 

∙ 2/3,

N

Q 

≥ 

N

П 

∙ 4/3,

N

SG 

≥ 

N

П 

∙ 2,

N

ТТ

≥ 

N

П 

∙2,

где 

N

3

D

 – 

Q 

— количество 3D-выключателей, 

N

Q 

— количество традиционных выклю-

чателей, 

N

SG 

— количество разъединителей, 

N

ТТ

 — количество трехфазных комплек-

тов трансформаторов тока, 

N

П 

— 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

N

П

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

220-13Н (220-14)

N

Q

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

22

23

24

N

SG

25

29

33

37

41

45

49

53

57

61

65

69

73

77

N

ТТ

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

22

23

24

220-3D

N

3

D

 – 

Q

4

4

5

6

6

7

8

8

9

10

10

11

12

12

N

SG

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

N

ТТ

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

83

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

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

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

84

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 

S

т

.

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 

n

×

m

,  где 

n

 — число  вершин  гра-

фа, 

m

 — 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 

С 

«

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%×

S

т

);

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

85

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

W1

EW

2E

W3E

W5E

W6E

W10E

W7E

W8E

W4E

W9

E

W3E

W5EW6E W7E W8E

W4E

W1

EW

2E

W10E

W9

E

№ 1 (70) 2022

86

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

(110%×

S

т

);

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

(85%×

S

т

).

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%×

S

т

).

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

87

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%×

S

т

).

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»

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Рис. 7. ОРУ 220 кВ матричного исполнения

Рис. 8. Размер ЗУ от числа присоединений

3

2

1

0

5

6

7

8

9

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

а

АТ

-1

АТ

-2

АТ-1

W1

E

W3

E

W5

E

W6

E

W10E

W7E

W8E

W4

E

W9E

W10E

W7E

W8E W9E

W1E

W2E

W3E

W5E

W6E

W4E

W2

E

АТ-2

АТ

-1

АТ

-2

АТ-1

W1

E

W3

E

W5

E

W6

E

W10E

W7E

W8E

W4

E

W9E

W10E

W7E

W8E W9E

W1E

W2E

W3E

W5E

W6E

W4E

W2

E

АТ-2

№ 1 (70) 2022

88

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