150
МИРОВОЙ
ОПЫТ
Основные тенденции развития
высоковольтных подстанций
по материалам сессии СИГРЭ 2018 года
Международный
совет
по
большим
электрическим
системам
высокого
напряжения
СИГРЭ
(Conseil International des Grands Réseaux Électriques — CIGRE) —
постоянно
дей
-
ствующая
неправительственная
некоммерческая
организация
,
созданная
в
1921
году
во
Франции
.
Основной
целью
деятельности
СИГРЭ
является
развитие
технических
зна
-
ний
и
обмен
информацией
между
странами
в
областях
генерации
и
передачи
электро
-
энергии
при
высоком
напряжении
.
Вариводов
В
.
Н
.,
д.т.н., профессор кафедры ТЭВН
ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
Ковалев
Д
.
И
.,
старший преподаватель кафедры
ТЭВН ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
Хренов
С
.
И
.,
к.т.н., доцент, заведующий кафедрой
ТЭВН ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
С
ессии СИГРЭ, проходя-
щие раз в два года, яв-
ляются самым широким
и значимым форумом
в мире для специалистов в обла-
сти электрических сетей высокого
напряжения и поэтому дают воз-
можность наиболее объективной
оценки состояния глобального
развития технологического ком-
плекса генерации, преобразова-
ния, передачи и распределения
электроэнергии.
Направления работы СИГРЭ
охватывают практически все ос-
новные вопросы развития этого
комплекса и включают:
– электрооборудование высоко-
го напряжения ГЭС, ТЭС, рас-
пределенной генерации;
– воздушные линии электропе-
редачи, кабельные и газоизо-
лированные линии;
– высоковольтные подстанции
и высоковольтное оборудова-
ние для них;
– развитие систем передачи
электроэнергии и объединение
энергосистем;
– проблемы рынка электроэнер-
гии;
– системы и средства релейной
защиты, автоматизации, теле-
механики, связи, мониторинга
и учета электроэнергии.
По результатам анализа по-
следних
нескольких
сессий
СИГРЭ можно сформулировать
основные тенденции развития
высоковольтных подстанций (ри-
сунок 1).
Стратегическим направлением
развития высоковольтных под-
станций, в соответствии с матери-
алами СИГРЭ, является создание
Smart подстанций.
1. ПОВЫШЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОСТИ
4. СТРУКТУРНАЯ
ОПТИМИЗАЦИЯ
(новые схемы, гибридные
подстанции, компактные
подстанции и др.
SMART
подстанции
Мониторинг
состояния
и диагностика
в режиме
online
Автомати-
зированные
системы на ос-
нове цифровых
технологий
(цифровизация)
Применение
более совер-
шенных сило-
вых системных
устройств для
поддержания
параметров сети
8. ОПТИМИЗАЦИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
И ПРЕКТИРОВАНИЯ ПС
2. НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
(на основе цифровых технологий)
3. ТЕХНОЛОГИИ
КИБЕРБЕЗОПАСНОСТИ
5. НОВЫЕ ТИПЫ ПС
6. АПГРЕЙД ПС
7. ПРИМЕНЕНИЕ
НОВЫХ ВИДОВ ИЗОЛЯЦИИ
Рис
. 1.
Основные
тенденции
развития
высоковольтных
подстанций
Интеллектуализация подстанций
151
Понятие «Smart» не имеет ана-
логичного соответствия в одном
слове в русском языке, поскольку
«Smart» означает не только интел-
лектуальность, но и безопасность,
красоту, приятность и полезность.
Исторически основным функ-
ционалом подстанций являлось
распределение и преобразование
электроэнергии, однако по мере
развития подстанций их функци-
ональные особенности расширя-
ются.
От современных подстанций
сегодня требуется также обеспе-
чение качества электроснабже-
ния как в электрической сети, так
и у потребителя, высокой надеж-
ности электроснабжения при ус-
ловии соблюдения условий без-
опасности и отсутствия влияния
на окружающую среду, хорошей
управляемости, постепенно появ-
ляются требования к некоторым
подстанциям обеспечения орга-
ничной связи с распределенной
генерацией, способности перерас-
пределять выдачу электроэнергии
во времени.
При реализации этого функ-
ционала должны учитываться
общие требования — стоимость,
энергоэффективность, энергосбе-
режение, компактность, способ-
ность работать при повышенных
нагрузках.
Создание Smart подстанций яв-
ляется неотъемлемым элементом
создания Smart сетей (Smart grid).
Термин Smart grid появился
еще в 2003 году. Понимание Smart
grid определено в 2007–2011 годах
мировым научно-техническим со-
обществом в принятых докумен-
тах в Европе (Smart Grid European
Technology Platform) [1] и в США
(Energy Independence and Security
Act) [2]. Аналогичные технологи-
ческие платформы реализуются
в Азии, Австралии и Африке.
Создание Smart grid в соответ-
ствии с этими документами — это
модернизация комплексной систе-
мы генерации и доставки электро-
энергии на основе усовершен-
ствования управления, защиты,
оптимизации всех технологиче-
ских элементов в электроэнергети-
ческой системе в их взаимосвязи
(от централизованной и распре-
деленной генерации, системы
передачи электроэнергии при
высоком напряжении, ее распре-
делении, систем автоматизации,
устройств хранения электроэнер-
гии до конечных потребителей, их
стационарных электроустановок,
электромобилей, электрических
бытовых приборов).
Это направление развития
электрических сетей в значитель-
ной степени связано с резким уве-
личением в мировой энергетике
доли ветро- и солнечной генера-
ции, постепенным отказом от ис-
копаемого топлива и других видов
топлива, способных существенно
загрязнять атмосферу, несмотря
на необходимость балансировки
волатильности генерации от воз-
обновляемых источников.
Smart grid должна характеризо-
ваться двусторонним потоком как
электроэнергии, так и информа-
ции. Она предусматривает пере-
ход к системе распределенных
вычислений и коммуникаций для
обеспечения доставки информа-
ции в режиме реального времени,
а также расчет мгновенного балан-
са спроса и предложения электро-
энергии в любой точке.
Ключевые
технологические
инструменты для формирования
Smart grid:
– коммуникации на основе совре-
менных автоматизированных
систем, прежде всего цифро-
вых систем;
– базы данных на основе техно-
логий big data;
– автоматизированные системы
предотвращения несанкциони-
рованного доступа к управле-
нию электрическими сетями;
– интеллектуальное
силовое
электротехническое оборудо-
вание;
– программно-аппаратные ком-
плексы, адаптированные для
применения в едином инфор-
мационном пространстве.
Тематика докладов, представ-
ленных на сессии СИГРЭ-2018
в части высоковольтных подстан-
ций, соответствовала этим основ-
ным тенденциям (рисунок 2).
Сегодня трудно переоценить
роль цифровизации в создании
SMART-подстанций — она вне-
дряется по различным направ-
лениям
(автоматизированные
системы управления, защита
и мониторинг, диагностика, общие
информационные системы, базы
данных, системы кибербезопасно-
сти), предотвращающие несанкци-
онированный доступ к управлению
электрическими сетями. Происхо-
дит переход всего народно-хозяй-
ственного уклада мировой эконо-
мики на «цифровые рельсы».
Цифровая экономика — хо-
зяйственная деятельность, клю-
чевым фактором производства
в которой являются данные в циф-
ровой форме, способствующие
формированию общего глубокого
и динамичного информационного
пространства общества в режиме
реального времени. Электроэнер-
гетика же является частью этой хо-
зяйственной деятельности.
Цифровизация лежит в основе
интеллектуализации подстанций
(рисунок 1). Базовым элемен-
том цифровых систем являются
интеллектуальные электронные
устройства (IED) — многофункци-
ональные приборы. Они исполь-
зуются в первую очередь как про-
цессоры, а также как цифровые
датчики информации и средств
автоматизации.
IED собирают данные, а затем
выполняют расчеты и реализуют
логику принятого алгоритма. Важ-
Рис
. 2.
Тематика
докладов
,
представленных
на
СИГРЭ
2018
в
части
высо
-
ковольтных
подстанций
(
комитет
B3)
Диагностика и управление
активами — 23,9%
Цифровизация —19%
Проектирование и модели-
рование — 19%
Оптимизация структуры
ПС — 11,9%
Новая изоляция — 9,5%
Апгрейд подстанций — 9,5%
Новый тип ПС — 7,2%
№
4 (55) 2019
152
HMI
MML. Управляющая панель
Запись событий.
Защита
SCADA. Распределение. Измерение
Медные
кабели
Последовательная связь
(оптоволокно)
Подстанционная
шина
Подстанционная шина и шина
процесса* согласно МЭК 61850
Последовательная связь
(оптоволокно)
Медные
кабели
Медные кабели
Медные кабели
Датчики
к другим ячейкам
к другим ячейкам
Шкаф ячейки
Шкаф ячейки
Шкаф ячейки
HMI
Пульт
управления
Модуль
релейной
защиты
в КРУЭ
Помещение
релейной
защиты
в ОРУ
Площадка
КРУЭ
или ОРУ
ным является то, что в дополнение
к текущим значениям эти приборы
записывают информацию о состо-
янии, характеристиках и истории
объекта во времени.
Все это и составляет «интел-
лект» IED, который они проявляют
в процессе эксплуатации обору-
дования энергосистем. Современ-
ные протоколы и каналы связи,
имеющиеся в IED и устройствах
связи и соответствующие стандар-
ту МЭК 61850, позволяют интегри-
ровать цифровую информацию.
Следует отметить, что интел-
лектуализация
электроэнерге-
тических систем (как внедрение
новейших информационных тех-
нологий для управления, защиты
и мониторинга состояния обору-
дования и систем по повышению
управляемости
энергосистем)
является одной из важнейших,
хотя и не единственной тенденци-
ей развития электрических сетей
XXI века.
Можно выделить три уровня
интеллектуализации электроэнер-
гетических систем: верхний — ин-
теллектуализация энергосистемы
в целом как единой мегасистемы,
средний — интеллектуализация
комплексов оборудования (напри-
мер, электростанций или подстан-
ций) и, наконец, — интеллектуали-
зация отдельных видов силового
оборудования и электроприемни-
ков потребителей («умных» домов,
улиц и т.д.).
Новый уровень управления
в интеллектуальном оборудовании
означает применение микропро-
цессоров, контроллеров, терми-
налов удаленного доступа (RTU),
интеллектуальных электронных
приборов (IED), новых протоколов
обмена информации.
Важнейшим свойством «ин-
теллектуального» оборудования
и комплексов на его основе явля-
ется возможность работы систем
управления, защиты, мониторинга
не только «по вертикали» — через
АСУ верхнего уровня, но и «по го-
ризонтали» — через связь с дру-
гим оборудованием.
Развитие архитектуры высо-
ковольтных подстанций на трех
уровнях управления — уровне от-
дельного оборудования, уровне
процессов, а также подстанции
в целом — было рассмотрено на
сессии СИГРЭ 2018 [3] и представ-
лено на рисунке 3.
Современные цифровые под-
станции (ЦПС), появившиеся при-
мерно в 2005 году, характеризу-
ются наличием шины процесса
(в соответствии со стандартом
МЭК 61850), использованием
цифровых датчиков и оптоволо-
конных линий связи. Если сравни-
вать с отечественным подходом
к созданию и внедрению ЦПС, то
технические требования к рос-
сийским цифровым подстанциям
иногда являются более широкими
и охватывают некоторые харак-
теристики, относящиеся к Smart
подстанциям в зарубежной интер-
претации.
Интенсивно развиваются новые
более совершенные конструкции
датчиков [4], на смену традицион-
ным мощным индуктивным транс-
форматорам тока и напряжения
приходят для измерения тока ма-
ломощные индуктивные малогаба-
ритные датчики, пояс Роговского,
оптоэлектронные датчики, исполь-
зующие эффект Фарадея, датчики
Холла, специальные шунты, а для
измерения напряжения — оптиче-
ские датчики, емкостные, актив-
ные и комбинированные преобра-
зователи.
Следует отметить, что интел-
лектуализация
высоковольтных
подстанций и электрических сетей
в целом наряду с цифровизацией
систем управления и автоматики
обеспечивается применением но-
вых силовых быстродействующих
устройств поддержания параме-
тров сети — устройств FACTS.
Рис
. 3.
Развитие
систем
управления
,
защиты
и
автоматики
высоковольтных
подстанций
[3]
1965
1985
2005
Годы
Hardwired SA
Legasy SA
SA на базе IEC 61850
Расположение
* Шина процеса в МЭК 61850 не является обязательной и дана как опция
МИРОВОЙ
ОПЫТ
153
Силовые устройства FACTS
(статические тиристорные ком-
пенсаторы (СТК), управляемые
продольные
компенсирующие
устройства (УПК) СТАТКОМы
и т.д. — это комплексы, состоя-
щие из реакторов, конденсаторов,
других элементов, объединенных
схемами управления на основе
новейших
полупроводниковых
приборов, которые позволяют
при различных технологических
возмущениях в системе путем из-
менения параметров схемы заме-
щения автоматически возвращать
эту систему в стабильное состоя-
ние. Такие устройства способны
обеспечивать векторное регули-
рование параметров сети и высо-
кое качество электроснабжения.
Роль силовых устройств FACTS
(особенно при совместной работе
с накопителями энергии) значи-
тельно возрастает в сети с рас-
пределенной генерацией с уче-
том волатильности параметров
этой сети, что отмечено на сессии
СИГРЭ 2018 [5].
Мониторинг и диагностика со-
стояния оборудования по основ-
ным параметрам в режиме online
позволяет перейти от профилак-
тического ремонта оборудования
к ремонту по состоянию этого обо-
рудования, что дает возможность
значительно повысить эффектив-
ность его использования и надеж-
ность эксплуатации и в результа-
те перейти к управлению жизнью
оборудования подстанций. Управ-
ление жизнью оборудования на-
прямую связано с экономической
задачей электросетевых
компаний — эффектив-
ным управлением акти-
вами.
Современные систе-
мы мониторинга состо-
яния оборудования под-
станций,
работающие
в режиме online, должны
иметь эффективные дат-
чики, быстродействую-
щие процессоры, позво-
ляющие обрабатывать
поступающие сигналы
от датчиков, блоки базы
данных и экспертной
оценки,
необходимые
для определения уровня
опасности происходя-
щих изменений в состоя-
нии оборудования, быть
адаптированными для примене-
ния в цифровых подстанциях. По
этим направлениям и происходит
развитие современных систем
диагностики и мониторинга.
Эффективным средством мо-
ниторинга состояния изоляции яв-
ляется измерение интенсивности
частичных разрядов (ЧР). Эта
техника постоянно совершенству-
ется. В докладе [6] показано, что
при измерении ЧР в муфтах и вво-
дах кабелей, трансформаторов
и распределительных устройств
целесообразно использовать от-
личающиеся датчики, оптими-
зированные для каждого типа
конструкции, так как в них могут
происходить частичные разряды
различного типа.
Для коммутационного оборудо-
вания [7] предлагается новая сис-
тема мониторинга и диагностики
в режиме реального времени, ос-
нованная на концепции «internet
of things», где на основе акусти-
ческих датчиков в сочетании
с датчиками тока, температуры
и датчиков влажности проводит-
ся постоянный контроль состоя-
ния коммутационных устройств.
В сис теме применяются датчики
беспроводного типа.
Большой интерес представи-
ли работы по диагностике систем
заземления подстанций, нахо-
дившихся в эксплуатации более
12 лет [8] c помощью усовершен-
ствованной методики диагности-
ки. Было показана возможность
сделать полную и эффективную
диагностику системы заземления,
не подвергая риску людей, и объ-
ектов без отключения оборудова-
ния и вмешательства в функцио-
нирование электрической сети.
Целый ряд работ на сессии
СИГРЭ-2018 был посвящен управ-
лению сроком службы подстанци-
онного оборудования.
В [9] представлен выбор мето-
дики и системы управления сро-
ком эксплуатации оборудования,
получившей название AHMS, ко-
торые были получены на осно-
ве анализа 441 видов сценариев
и реальных данных по надежно-
сти эксплуатации и восстановле-
нию отдельных аппаратов. Раз-
работанная система получает
и анализирует все online и offl ine
данные по работе оборудования
в полном периоде жизни — от
установки в эксплуатацию до ути-
лизации аппарата. Показана зна-
чительная эффективность пред-
ложенной системы.
Новым и многообещающим
направлением в системах мо-
ниторинга является применение
встроенных в изоляцию датчи-
ков, включая датчики тока и на-
пряжения, так как современные
датчики резко уменьшили свои
размеры.
Для КРУЭ датчики встраивают-
ся в изоляторы (рисунок 4), под-
держивающие токоведущие жилы
[10], а для КРУ на средние классы
напряжения — в адаптеры [3].
Применение встроенных дат-
чиков для измерения тока и на-
пряжения позволяет существенно
сократить габариты КРУ. На ри-
Рис
. 4.
Изоляторы
для
КРУЭ
со
встроенными
датчиками
измерения
тока
и
напряжения
Металлический
фланец
Трехфазная
контактная система
Кольцевые датчики
электрического поля (EFP)
(датчики напряжения)
Катушки Роговского
внутри EFP-колец
(датчики тока)
Литая полимерная
изоляция
Блок связи
с датчиками
пассивного типа
№
4 (55) 2019
154
сунке 5 слева представлена кон-
струкция КРУЭ с традиционными
измерителями тока и напряжения,
а справа — с новым типом изме-
рителей).
В области подстанций тенден-
ции в части структурной оптими-
зации по созданию компактного
и экономически более эффектив-
ного оборудования также реали-
зуются за счет применения новых
видов изоляции и оптимизации
изоляционных
промежутков,
а также путем комбинации отдель-
ных высоковольтных устройств
в одном корпусе, созданию много-
функциональных аппаратов.
Значительное
сокращение
габаритов
распределительных
устройств, как известно, было
достигнуто за счет применения
распределительных
устройств
с высокопрочной изоляцией —
элегазом (КРУЭ), а также распо-
ложения фаз в одном корпусе.
Одним из направлений даль-
нейшего повышения компакт-
ности РУ является объединение
в одном герметизированном от-
секе разных аппаратов, напри-
мер, выключателя с трансформа-
торами тока, с разъединителями
и заземлителями — так называ-
емых комбинированных выклю-
чателей типа РАSS или DTC для
так называемых гибридных под-
станций.
Гибридная подстанция реали-
зует новое качество современных
подстанций, где число используе-
мых при проектировании элемен-
тов сокращено в несколько раз,
а каждый производственный мо-
дуль имеет высокую надежность,
так как собирается и испытывает-
ся на заводе.
Компактность подстанций по-
вышается также и за счет мо-
дульного исполнения отдельных
блоков и элементов подстанции,
плотного их расположения. Осу-
ществление проекта комплексных
компактных подстанций в Брази-
лии [11] показало значительные
технические и финансовые вы-
годы от этого решения. В стране
принято решение, что на этот тип
ПС в 2018–2022 годах в стране бу-
дет приходиться 65% новых под-
станций.
Появление новых типов под-
станций связано с расширением
функционала подстанций.
В докладе [5] были пред-
ставлены подходы и результа-
ты моделирования нового типа
подстанции — hub-подстанции.
Принципиальная схема такой под-
станции приведена на рисунке 6.
Основная особенность этой
многофункциональной подстан-
ции — наряду с преобразовани-
ем и распределением энергии на
ней осуществляется накопление
электроэнергии, безболезненное
соединение с источниками рас-
пределенной генерации и сетью,
поддержание параметров в сети
Рис
. 5.
Сопоставление
ячеек
КРУЭ
:
а
)
с
традиционными
измерителями
тока
(CT-conv.)
и
напряжения
(VT-conv.)
и
б
)
измерителями
нового
типа
(N)
CT-
conv.
VT-
conv.
N
а)
б)
Рис
. 6.
Принципиальная
схема
hub-
подстанции
Возобновляемые
источники
энергии
ЕSS-модуль подстанции
МИРОВОЙ
ОПЫТ
155
и у потребителя как в нормаль-
ных, так и аварийных режимах.
На hub-подстанции использует-
ся как традиционное оборудование
ПС (трансформаторы, коммутаци-
онное и измерительное оборудо-
вание, системы управления, за-
щиты и автоматики), так и новые
технологии, позволяющие суще-
ственно повысить надежность
и качество электроснабжения
в новых условиях появления рас-
пределенной и возобновляемой
генерации, активные корректоры
сетевого напряжения, обеспечи-
вающие комплексную нормализа-
цию напряжения и устойчивость
работы распределительных и ло-
кальных энергосис тем, накопители
энергии.
Проверка на модели ПС при-
менительно к условиям ее рабо-
ты в энергосистеме на острове
Че Джу-до показала высокую эф-
фективность подстанции данного
типа.
Стремление повысить на-
дежность энергоснабжения, обе-
спечить сокращение сроков вос-
становления электроснабжения
ведет к необходимости разви-
тия мобильных подстанций или
укрупненных мобильных модулей
подстанций. В докладе [12] от-
мечается, что компактность мо-
бильных подстанций и быстрота
их монтажа в режиме plug and
play обеспечивают возможность
реализовывать гибкие, быстрые
и надежные решения для нового
строительства или реконструкции
подстанций в сложных условиях.
Использование КРУЭ и послед-
ние разработки позволяют ис-
пользовать эту технологию вплоть
до напряжения 420 кВ и мощно-
сти подстанций до несколько со-
тен МВА. Однако новизна этого
подхода требует серьезной до-
полнительной инженерной про-
работки, принимая во внимание
весь жизненный цикл подстанции,
от транспортировки и установки
до утилизации, решение вопросов
безопасности при обслуживании
этих подстанций. При реализации
этой технологии необходимо тес-
ное сотрудничество между про-
изводителем и энергетическими
компаниями для повышения эф-
фективности технологии за счет
инновационных
конфигураций
подстанций.
В докладе [13] анализирует-
ся новая концепция гибридных
подстанций на основе исполь-
зования мобильных модулей —
MSB (Mixed Substation Bays). Это
принципиально новая концепция
дизайна для обеспечения опера-
тивной гибкости и устойчивости
(рисунок 7). Авторы доклада от-
мечают, что пока существует до-
статочно много вопросов, связан-
ных с процедурой и методологией
интеграции технологии MSB в экс-
плуатацию (не только на техниче-
ском уровне, но также на коммер-
ческом и оперативном уровнях).
Специализированная
кон-
струкция вертикальных подстан-
ций для метро (рисунок 8) была
представлена в докладе [14].
Конструкция подстанции апро-
бирована в эксплуатации. Пред-
ложенное решение ведет к со-
кращению технических потерь,
повышению надежности, упроща-
ет обслуживание и, в результате,
дает существенный технико-эко-
номический эффект.
В докладе [15] также предло-
жен новый тип подстанций — для
морских ветроустановок. Особен-
ностью этих подстанций является
то, что они встроены в опору ве-
троустановки.
Апгрейд (или повышение па-
раметров) существующих под-
станций связан, как правило, с
необходимостью
увеличения
мощности подстанций и реализу-
ется, в основном, путем примене-
ния новых типов оборудования,
оптимизации схемы и компоновки
подстанции. Такое техническое
решение всегда дешевле, чем
строительство новой подстанции
на требуемую дополнительную
мощность. Этому вопросу, как
и на предыдущих сессиях СИ-
ГРЭ, было посвящено несколько
докладов.
В докладе [16] отмечается, что
апгрейд подстанций можно осу-
ществлять как с помощью тради-
ционных КРУЭ, так и гибридных
распределительных
устройств.
Авторам удалось практически
на той же площадке подстан-
ции 400 кВ существенно повы-
сить мощность подстанции путем
установки дополнительных ячеек
КРУЭ непосредственно в ОРУ.
Традиционно на одной из сес-
сий СИГРЭ-2018 были рассмотре-
ны вопросы применения новых
типов изоляции.
Основным
высокопрочным
газом, применяемым в газона-
полненных КРУЭ на подстанци-
ях, в последние годы был элегаз.
Рис
. 7.
Схема
установки
мобильных
модулей
подстан
-
ции
400
кВ
по
технологии
MSB
Рис
. 8.
Специализированная
городская
подстанция
для
метро
№
4 (55) 2019
156
МИРОВОЙ
ОПЫТ
Однако использование элегаза
ограничено Киотским протоко-
лом, поскольку он влияет на эко-
логию планеты — способствует
формированию озоновых «дыр»
и парникового эффекта в атмо-
сфере.
Для снижения воздействия
газонаполненных подстанций на
окружающую среду и повышения
безопасности при их эксплуа-
тации продолжаются работы по
выбору и применению альтер-
нативных газов. В докладе [17]
приводятся результаты иссле-
дования электрофизических ха-
рактеристик флюоронитриловых
смесей и данные по опытной экс-
плуатации подстанции 123 кВ, где
использована такая изоляция.
Как следует из представлен-
ных на рисунке 9а данных, элек-
трическая прочность чистого
флюоронитрила (C
4
F
7
N) пример-
но в два раза выше электрической
прочности элегаза. На рисунке 9б
представлена кривая сжижения
флюоронитрила, с помощью ко-
торой можно определить допу-
стимое парциальное давление
флюоронитрила при заданной
минимальной температуре окру-
жающей среды — например, при
минимальной температуре –25°С
парциальное давление флюо-
ронитрила не может быть выше
0,5 бар.
Применение углекислого газа
в качестве основного газа смеси
(авторами выбрано 94%-ное со-
держание углекислого газа) свя-
зано с тем, что этот газ улучша-
ет дугогасительную способность
смеси. В смесь добавляется также
небольшое количество кислорода
(около 5%), чтобы связать моле-
кулы выделяющегося газа СО при
коммутациях тока.
В настоящее время прово-
дится опытная эксплуатация
подстанции 123 кВ с флюорони-
триловой изоляцией. Так как для
мощных внутри- и межподста-
ционных связей перспективно
применение газоизолированных
линий (ГИЛ) и шинопроводов,
продолжаются работы по совер-
шенствованию газовой изоляции
таких устройств [18, 19], посколь-
ку они имеют высокую пропуск-
ную способность, практически
не ограничены по длине, полно-
стью пожаробезопасны, потери
в них минимальны и отсутствуют
технологические проблемы при
вертикальной прокладке. Авто-
рами показана эффективность
применения в качестве изоляции
смеси элегаза с азотом для этого
оборудования, а также для сбор-
ных шин КРУЭ при содержании
элегаза примерно 20%. В Китае
реализован проект ГИЛ протя-
женностью 5,7 км на напряжение
1100 кВ.
Оптимизация моделирования
и проектирования является важ-
нейшим направлением развития
подстанций.
Сочетание трехмерного скани-
рования (рисунок 10) с 3D-мо де-
Рис
. 9.
Основные
электрофизические
характеристики
флюоронитрила
и
его
смеси
с
углекислым
газом
:
а
)
элек
-
трическая
прочность
в
зависимости
от
давления
по
сравнению
с
прочностью
элегаза
;
б
)
кривая
сжижения
чистого
флюоронитрила
;
в
)
электрическая
прочность
смеси
по
отношению
к
электрической
прочности
элегаза
в
зависимо
-
сти
от
концентрации
флюоронитрила
в
углекислом
газе
а)
б)
в)
Пробивное напр
яжение, кВ
Дав
ление, б
ар аб
с
Давление, кПа
Температура, °С
Процент C
4
F
7
N в CO
2
Диэ
лек
трическ
ая про
чность
элег
аза
Рис
. 10.
Пример
трехмерного
сканирования
с
3D-
моделированием
при
конструкторской
проработке
подстанции
[21]
3D-модель новой КРУЭ
Данные сканирования
существующей КРУЭ
157
ЛИТЕРАТУРА
1. Smart Grid European Technology Platform, 2011. URL:
http://www.smartgrids.
2. Energy Independence and Security Act, USCTC, 142 52
IX.
3. Sousa B., Ylinen J., Procop V. Levels of Functionality for
Power Distribution Systems Employing Intelligent Merg-
ing Unit (IMU) and Low-Power Instrument Transformer
(LPIT) Technologies, Rep. B1-103, CIGRE 2018, Paris.
4. Rauber E., Weigt U. The Digital Substation – Capitalize
on Digitalization with Focus on this Central Element in
Transmission Grids, Rep. B3-116, CIGRE 2018, Paris.
5. Yoo Y., Song S., Jang G., Jung S. Development of an
Exclusive Substation of Renewable Energy – Hub Sub-
station, Rep. B3-112, CIGRE 2018, Paris.
6. Bhatnagar C., Dave Y., Thobhani R., Karimbanackal J.A.
Partial Discharge Measurement by TEV and Ultrasonic
Methods and their Limitations for Medium Voltage (MV)
Switchgears – Experience of KAHRAMAA», Rep. В3-
105, CIGRE 2018, Paris.
7. Laitinen T., Lyly T., Stenstrand M., Tammi J., Albrecht R.,
Nyberg J., Saksela K. Wireless Sensor Units for Acoustic
Monitoring of Switching Devices, Rep. B3-203, CIGRE
2018, Paris.
8. Chaparro R., Bordon A., Yamamura G., Berni H., Casas F.,
Jimenez C., Serna O., Duque A. Ground System Diag-
nostic in the ITAIPU, Rep. B3-304, CIGRE 2018, Paris.
9. Jung J.R., Seo H.D., Kim S.J., Kim H.S., Joo J.O.,
Ryoo S.S. Application of an Asset Health Management
System for High-Voltage Substations, Rep. B3-208,
CIGRE 2018, Paris.
10. Tiusanen J., Naukkarinen T., Viinikainen T., Oyj F., Höy-
tiä P. New Smart Approach for a U/I-measuring System
Integrated in a GIS Cast Resin Partition (LPIT) – Design,
Manufacturing, Qualifi cation and Operational Experi-
ence, Rep. B3-117, CIGRE 2018, Paris.
11. Costa P.R.F.C., Assis S.C., Carvalho E.N., Oliveira A.M.,
Chagas A.G., Mota I.L.M., Medeiros J.U.S., Pinto S.M.,
Murta M.L. Integrated Compact Substation – SECI:
A Strategic Pattern for Expansion of the Electrical Dis-
tribution System in Brazil, Rep. B3-101, CIGRE 2018,
Paris.
12. Mauban F., Signing Tsamo D., Al-Otaibi S.M., Goy-
vaerts A. Prefabricated Substations as a Leverage for In-
creased Availability and Agile Expansion of High Voltage
Grids, Rep. B3-119, CIGRE 2018, Paris.
13. Osborne M., Waldron M., Jarman P., Zhang R., Gard-
ner D. The Development of a 400 kV Mobile Substation
Bay for Flexible Transmission Services, Rep. B3-109, CI-
GRE 2018, Paris.
14. Sharma H.C., Dharmadhikari D.R., Singhal P., Kumar R.
Novel Distribution Substation Design for Congested
Smart Metro Cities, Rep. B3-113, CIGRE 2018, Paris.
15. Kuschel M., Bradler C., Bütüner C. On-Site Experiences
of 72.5 kV Clean-air GIS for Wind-Turbine On- and Off -
shore Application, Rep. B3-115, CIGRE 2018, Paris.
16. Valecha D.K., Srivastava R., Karma D.K., Mishra S. Up-
grading of EHV Sub-stations for Additional Bays and
Power Handling. Rep. B3-114, CIGRE 2018, Paris.
17. Lindner C., Gautshi D. Application of a Fluoronitrile Gas
in a 123 kV GIS Pilot. Rep. B3-107, CIGRE 2018, Paris.
18. Sun G., Ban L., Wang N., Li Z., Zhang P., Wang W. De-
termination of the Main Parameters of UHV AC GIL, Rep.
B3-110, CIGRE 2018, Paris.
19. Gao L., Wang C., Zhang M., Cheng P. Study on Appli-
cation of SF6/N2 Mixture Insulated GIB. Rep. B3-111,
CIGRE 2018, Paris.
20. Foškulo A., Kokoruš M. Streamlining the Decision-Mak-
ing Process on Tubular Rigid Busbar Selection During
the Planning / Designing Stage by Utilizing 3D Substation
BIM Design Software, Rep. B3-210, CIGRE 2018, Paris.
21. Ichihara S., Kobayashi T., Yoshida M., Shinohara R.,
Saida T. Improvement in Substation Design and Con-
struction through Application of 3D Modelling, Rep. B3-
214, CIGRE 2018, Paris.
22. Wallner C., Straßburger B., Parthey F., Hammer T.,
Kunde K., Rentschler A. Environmental Awareness for
High-Voltage Substation Eco-Design, Rep. B3-302,
CIGRE 2018, Paris.
23. Park S.W., Kim J.D., Lee H.T. Structural Integrity Assess-
ment and Design of Switchgear Enclosures Considering
Internal Arcing Conditions, Rep. В3-301, CIGRE 2018,
Paris.
лированием при конструкторской
проработке помогает сократить
графики строительства, снизить
затраты и свести к минимуму ри-
ски, сохраняя при этом высокий
уровень безопасности. Создание
общих рабочих платформ между
проектировщиками,
поставщи-
ками оборудования, инжинирин-
говыми и энергетическими ком-
паниями позволяет еще больше
увеличить выгоды от применения
3D-технологии [20, 21].
Все большее значение при-
обретает экологическое про-
ектирование — экопроектиро-
вание.
При проектировании усили-
вается внимание на общей кон-
струкции и дизайне подстанции,
а также отдельных компонентах
подстанции с точки зрения вли-
яния ее на окружающую среду.
Экологические оценки относят-
ся не только к конструкции, но
и ко всему жизненному циклу
подстанции, включая материа-
лы, монтаж и обслуживание. Де-
тально эти вопросы рассмотре-
ны в докладе [22].
Совершенствуются не только
конструкторские методы проек-
тирования, но и его расчетная
составляющая — в докладе [23]
представлены новые подходы
при моделировании явлений, на-
блюдающихся в оболочке обору-
дования КРУ при возникновении
внутренней дуги.
Таким образом, анализ матери-
алов докладов, представленных
на сессии СИГРЭ-2018, подтверж-
дает сложившиеся в последние
годы тенденции развития высоко-
вольтных подстанций.
№
4 (55) 2019
Оригинал статьи: Основные тенденции развития высоковольтных подстанций
Международный совет по большим электрическим системам высокого напряжения СИГРЭ (Conseil International des Grands Réseaux Électriques — CIGRE) — постоянно действующая неправительственная некоммерческая организация, созданная в 1921 году во Франции. Основной целью деятельности СИГРЭ является развитие технических знаний и обмен информацией между странами в областях генерации и передачи электроэнергии при высоком напряжении.