Вимоги щодо жорсткої ошиновке ВРУ і ЗРУ 110-500 кВ

В останні роки значна кількість ОРУ 110-500 кВ виконується з жорсткою ошиновкой, яка дозволяє створити компактні та економічні розподільні пристрої, що займають меншу площу, мають більш низьке розташування шин, висоту порталів, ніж у ВРУ з гнучкою ошиновкой. Завдяки цьому скорочується довжина контрольних і силових кабелів, доріг, полегшується очищення ізоляторів, ремонт шинних конструкцій, поліпшується огляд шин і апаратів. При використанні жорсткої ошиновки знижується трудомісткість монтажних робіт. На основі конструкцій з жорсткими шинами створені конструкції високої заводської готовності, в тому числі, компактні модулі та комплектні ПС. Все це дозволяє скоротити терміни спорудження РУ. Жорстка ошиновка в нашій країні успішно застосовувалася ще в 30-і роки минулого століття. Збірні шини виготовлялися з мідних труб, внутріячейковие зв’язку – з сталевих (водопровідних) труб. В середині 50-х років інститут «Теплоелектропроект» розробив проекти ЗРУ, а також ВРП 110 і 220 кВ з жорсткими збірними шинами з алюмінієвих сплавів і однорядной установкою вимикачів. У 1957 р введено в експлуатацію ЗРУ 150 кВ Каховської ГЕС, виконане за схемою: одна робоча секціонірованная і обхідна системи шин, збірні шини якого виготовлені з мідних труб. Широке застосування жорстка трубчаста ошиновка з алюмінієвих сплавів отримала в 60-і роки в ВРУ напругою 110 кВ транзитних і тупикових підстанцій. У 70-х роках інститут «Енергомережпроект» виконав проекти ВРУ напругою 220 кВ за спрощеними схемами (типу КТП 220 кВ), а також типові проекти ОРУ 110 кВ і вище із збірними шинами. У ці ж роки інститутом «Укроргенергострой» (в ті роки Одеською філією «Оргенергострой») розроблені проекти КТПБ 110 кВ, виробництво яких освоєно Самарським (Куйбишевським) заводом «Електрощит». Ці ж організації пізніше розробили і освоїли випуск блочних комплектних розподільних пристроїв (КРУБ) 110 кВ для схем одна або дві системи збірних шин з обхідний шиною, а в кінці 80-х років виготовили експериментальні прольоти ошиновки КРУБ 220 кВ. До 80-х років жорстка ошиновка ОРУ 110 кВ, розроблена інститутом «Енергомережпроект» і його філіями, виготовлялася в майстернях електромонтажних організацій; пізніше, як правило, на заводах ВПО «Союзлектросетьізоляція» (рис.1, а). Ці рішення використовувалися при спорудженні ОРУ 220 і 500 кВ з жорсткими шинами (рис. 1, б). Крім того, елементи жорсткої ошиновки знайшли застосування в ОРУ 330 і 500 кВ з підвісними роз’єднувачами (проекти інституту «Атомтеплоелектропроект»). В останні роки ЗАТ «Завод електротехнічного обладнання» (ЗЕТО), ЗАТ «КЕС-ЕнергоСтройІнжінірінг», ЗАТ «КТП-Урал» та інші організації виконали розробку, і впровадження ошиновки ВРП 110 – 500 кВ (рис. 2).

Слід зазначити, що ряд шинних конструкцій багато в чому копіюють розробки 60-80 рр. минулого століття. Інші з акумулювали найкращі вітчизняні та зарубіжні рішення, а також використовують нові оригінальні підходи. У цих умовах своєчасним виявилося підготовка та затвердження чотирьох нових нормативних документів [1-4], які визначають вимоги до проектування, вибору, розрахунками та випробувань жорсткої ошиновки ВРУ і ЗРУ 110-500 кВ. У документах [1-4] було використано результати розрахунків і випробувань шинних конструкцій в робочих і аварійних режимах, багаторічної науково-дослідної та дослідно-конструкторської роботи російських вчених і фахівців [5-8], а також вітчизняний і зарубіжний досвід експлуатації жорсткої ошиновки. Зокрема, в якості шин рекомендується використовувати труби з алюмінієвих сплавів насамперед 1915 1915Т, а також АВТ1. Відгалуження від шин виконуються жорсткими шинами (трубами) або гнучкими (Сталеалюмінієвий проводами). При монтажі шинних конструкцій зварювальні роботи, як правило, не використовуються. Жорсткі відгалуження від шин, повороти і інші елементи, що вимагають зварювальних робіт, зазвичай поставляються спеціалізованими підприємствами. Шінодержателі і інші елементи кріплення є найважливішою ланкою сучасних шинних конструкцій. Відповідно до [2, 3] рекомендується (і вперше у вітчизняній практиці допускається для збірних шин) використання шінодержателей і кріпильних вузлів – обжимного типу (рис. 3), які не вимагають виконання зварювальних робіт або опресовування для з’єднання жорстких шин, а також жорстких шин і гнучких зв’язків при монтажі ошиновки. Кріпильні елементи дозволяють проводити приєднання трубчастих шин
до плоским апаратним затискачів, виконання різних типів відгалужень і з’єднань провідників. Шінодержателі і інші елементи кріплення обжимного типу забезпечують: швидкий і якісний монтаж ошиновки, необхідну компенсацію температурних деформацій шин, компенсацію відхилень під час встановлення шинних опор, а також можливі просадки і нахили опор. Крім того, вони виконують роль екранів, усуваючи можливість розвитку коронних розрядів і радіоперешкод. Разом з тим, вони повинні забезпечувати високу якість електричного з’єднання, а також необхідний рівень розсіювання енергії при коливаннях шин, в тому числі, при вітрових возбуждениях (вітрових резонансах). Кріплення жорсткої ошиновкой, як правило, виконується на одноколонковие порцелянові ізолятори (ізоляційні опори) типу С6, С8, С10 або С12. Допускається використання полімерних опорних ізоляторів. В РУ з жорсткою ошиновкой застосовуються роз’єднувачі всіх сучасних конструктивних рішень, у тому числі, горизонтально-поворотні, полупантографіческіе і пантографіческіе. Слід зазначити, що використання пантографіческіх роз’єднувачів в РУ з жорсткими шинами дозволяє створити найбільш компактні конструктивні рішення, а в деяких випадках спростити компоновку обладнання. Жорстка ошиновка ВРУ і ЗРУ 110 кВ і вище відповідає нормативним вимогам і задовольняє вимогам експлуатаційної надійності, якщо виконані перевірки (випробування або розрахунки), в тому числі: Сучасні кріпильні вузли шин по допустимим прогину від власної ваги (включаючи відгалуження), а у ВРУ, крім того, ваги ожеледі; ізоляційних відстаней з урахуванням відхилень шин і опорних ізоляторів при вітрових навантаженнях (в ОРУ) і після впливу струмів КЗ; ошиновки за умовами корони і радіоперешкод; шин, шінодержателей і компенсаторів по допустимим температурним подовженням; жорсткої ошиновки по нагріванню в робочих режимах, при цьому в ОРУ з урахуванням сонячної радіації, а також вимушеної (при вітрі) і вільно-вимушеної (при штилі) конвективного теплообміну; термічної стійкості шин; електродинамічної стійкості ізоляторів і шин, включаючи оцінки при неуспішних АПВ; вітрової стійкості ошиновки ВРП з урахуванням пульсуючим (змінної) складової вітрового навантаження; ефективності відбудови шин ОРУ від вітрових резонансів; стійкості (міцності) ізоляторів і шин при різних поєднаннях зовнішніх навантажень (вітрових, ожеледних і електродинамічних) з урахуванням власної ваги і ваги відгалужень. Розглянемо деякі умови вибору та розрахунків жорсткої ошиновки. 1. Найбільший прогин шин від власної ваги і сили тяжіння відгалужень уст.max по естетико-психологічним вимогам не повинен перевищувати допустимого статичного прогину у ст.доп = l0/ 100, а з урахуванням ожеледі у ст.доп = l0/ 80, де l0 – довжина шини між опорами (шінодержателямі) [2-4]. Як приклад на рис. 4 наводяться криві залежності зовнішніх (D) і внутрішніх (d) діаметрів шин кільцевого перерізу, які відповідають умові побудовані на основі рішення статичної задачі для шин довжиною 17,5 м (без відгалужень) з алюмінієвого сплаву 1915Т без урахування ожеледиці. Допустимі розміри шин лежать в області, зазначеної сірим кольором. Як показує досвід впровадження нових шинних конструкцій 110 кВ і вище, при порушенні умови (1) за вимогами експлуатаційного персоналу доводиться встановлювати додаткові проміжні ізоляційні опори або замінювати шини. 2. Монтажні відстані від струмоведучих частин до різних елементів РУ на просвіту повинні бути більше найменших значень, зазначених в ПУЕ [9]. Крім того, найменші ізоляційні відстані між струмоведучими елементами аф-ф, а також провідниками і заземленими частинами аф-з при коливаннях ошиновки під дією вітрових навантажень (в ОРУ) і після відключення КЗ (у ВРУ і ЗРУ) повинні залишатися більше найменших допустимих відстаней Аф-ф і Аф-з , встановлених в [9]. 3. Шини повинні перевірятися за умовами корони і радіоперешкод. Загальна корона на шинах не виникає, якщо виконується нерівність де Еmax – максимальна напруженість електричного поля на поверхні шин при середньому експлуатаційній напрузі; Е0 – початкова напруженість електричного поля виникнення коронного розряду. Умова (5) виконується, якщо зовнішній діаметр шин D більше або дорівнює мінімальному допустимому діаметру за умовою корони Dдоп. У табл. 1 наводяться розрахункові допустимі діаметри трубчастих одиночних шин за умовою корони при нормальних атмосферних умовах (тиску повітря pв = 1,013 • 105 П
а = 760 мм рт. ст. і температурі повітря Vв = 20oС) і мінімально допустимих відстанях між фазами і землею. Слід зазначити, що діаметри шин, обрані за іншими умовами, як правило, значно перевершують зазначені в табл. 1 значення. 4. Температурні деформації шин не повинні призводити до додаткових зусиль, що забезпечується вільним переміщенням шин і установкою температурних компенсаторів. При цьому довжина нерозрізного (цільного або зварного) ділянки шини повинна відповідати неравенствам де Lдоп. min і Lдоп. max – мінімальні і максимальні допустимі довжини нерозрізного відрізка шини, які визначаються конструкцією ошиновки, м; L – довжина цього відрізка при мінімальній температурі Vmin (Яку виправдано прийняти рівною абсолютної мінімальної температури повітря регіону) і максимальній температурі Vmax (Що дорівнює температурі нагріву шини при КЗ, тобто не більше 200проС) [4]. Невиконання умов (3) може призводити до технологічних порушень і аварій. На рис. 5 приведена фотографія пошкодженого прольоту збірних шин ВРП 220 кВ при температурних деформаціях. 5. У робочих режимах найбільші температури нагріву шин V і болтових контактів Vдо не повинна перевищувати допустимих значень Замість умови (4) при практичних розрахунках зручно використовувати нерівність де Iраб. нб – найбільший робочий струм (званий також струмом утяжеленного режиму), А; Iдоп – тривало допустимий (номінальний) струм шини або контакту ошиновки Iном, рівний робочому струму при температурі нагріву відповідно V або Vдо. Як приклад на рис. 6 наведені розрахункові залежності тривало допустимих струмів трубчастих шин зі сплаву 1915Т в ОРУ при температурі повітря Vв, рівній 40oЗ, і тривало допустимій температурі шини Vдоп, рівній допустимій температурі контактних з’єднань Vдоп до (Наприклад, шінодержателя обжимного типу) 90oС. При розрахунку Iдоп шин ОРУ тепловий потік визначався при вільно-вимушеної конвекції, виходячи з швидкості вітру при штилі, що дорівнює 0,6 м / с. Крім того, враховувався тепловий потік від сонячної радіації для середньої смуги України. 6. Шини вважаються термічно стійкими, якщо їх температура при КЗ VКЗ залишається нижче допустимої температури VКЗ.доп Для алюмінію і його сплавів допустима температура VКЗ.доп встановлена ​​рівною 200oЗ [1, 4]. Криві для визначення температури шини при КЗ наводяться на рис. 7. Необхідний для визначення VКЗ параметр А (А2с / мм4 ) При кінцевій температурі визначається за відомою формулою 7: де S – поперечний переріз шини, мм2; Вдо – інтеграл Джоуля, А2• с. Оцінку термічної стійкості (з деяким запасом) зручно проводити, виходячи з площі перерізу провідника. Шина задовольняє умові термічної стійкості (6), якщо площа її поперечного перерізу відповідає нерівності де Sт – мінімальний переріз шини за умовою термічної стійкості, мм2; В – інтеграл Джоуля, А2• с; ЗТ – параметр термічної стійкості, А • з 1/2 / мм2 , значення якого для деяких алюмінієвих сплавів наведено в табл. 2. 7. Шинні конструкції відповідають умовам стійкості (міцності), якщо виконуються наступні нерівності де Rmax і Rдоп – максимальна розрахункова і допустима сили (навантаження) на ізолятори; Vmax і Vдоп – максимальний розрахунковий та допустиме напруження в матеріалі шин. Допустимі навантаження на ізолятори (одностоякових ізоляційних опор) приймаються рівними 60% руйнівного навантаження, допустимі напруги в шині – 70% тимчасового опору розриву (межі міцності) матеріалу σв. Для шин, що мають зварні з’єднання, крім умови (9), має виконуватися нерівність де

σmax, св – максимальне розрахункове напруження в області зварного шва шини;

σдоп, св – допустиме напруження з урахуванням зниження міцності після зварювання, яке можна прийняти рівним 0,7 тимчасового опору матеріалу шини в зоні зварного шва

σв СВ. Тимчасовий опір

σв СВ рекомендується визначати експериментально для кожної партії труб (заготовок шин). Тимчасовий опір розриву в області зварного шва шин зі сплаву АВТ1 становить не більше 0,5

σв, а 1915Т – 0,9

σв . Невірна оцінка, перш за все, Rmax і Rдоп може привести до пошкоджень шинної конструкції. На рис. 8 наводиться приклад такого пошкодження при випробуваннях жорсткої ошиновки ВРП 110 кВ на електродинамічну стійкість. Значення максимальних навантажень на ізолятори і напруг в матеріалі шин при КЗ можуть бути приведені до вигляду де α = √3 • 10-7 Н / А2 для паралельних шин, розташованих в одній площині при трифазному КЗ; α – відстань між фаза
ми, м; i уд – ударний струм КЗ, А; η – динамічний коефіцієнт; W – момент опору поперечного перерізу шини, м3; λ і

β – коефіцієнти, що залежать від умов обпирання шин на опори прольоту (розрахункової схеми прольоту шини). Динамічний коефіцієнт залежить від взаємного розташування шин, виду КЗ, частоти власних коливань шинної конструкції, яка дорівнює де r – параметр частоти власних коливань; E – модуль пружності, Па; J – момент інерції поперечного перерізу шини, м4 ; m – маса шини на одиницю довжини, кг / м; l – довжина прольоту шини, м. Як приклад, на рис. 9 наводиться одна з можливих розрахункових схем (характерна для внутріячейкових зв’язків) шини ОРУ 110-500 кВ і залежність параметра частоти r від Cоп l3/ EJ (тут Cоп – жорсткість середньої опори) при різних значеннях відносини Mоп/ (Ml) (де Mоп – наведена маса опори) для даної розрахункової схеми. Динамічний коефіцієнт η для паралельних шин, розташованих в одній площині, в залежності від частоти власних коливань наводяться, наприклад, в [4]. Слід зазначити, що зазвичай частота власних коливань шин менше 10 Гц, тому динамічний коефіцієнт менше 1. Наприклад, для збірних шин типових ОРУ 330 і 500 кВ частота власних коливань ошиновки становить приблизно 1-2 Гц, а динамічний коефіцієнт – 0,25-0,4 (при постійній часу загасання аперіодичної складової струму КЗ, що дорівнює 0,05-0, 2 с). 8. У системах з швидкодіючими АПВ слід проводити розрахунок електродинамічної стійкості при повторних включеннях на КЗ. При цьому необхідно враховувати розсіювання енергії при коливаннях шинних конструкцій, частоту власних коливань, час бестокой паузи та інші фактори. Інженерні оцінки Rmax і

σmax при неуспішних АПВ проводяться при найбільш несприятливих за умовами електродинамічної стійкості кутах включення і відключення струму КЗ. Разом з тим, найбільші напруги в шині, навантаження на ізолятори, а також прогини конструкцій при повторних включеннях на КЗ не перевищують відповідних значень при першому КЗ, якщо тривалість бестоковой паузи, с, становить де δх – декремент загасання при горизонтальних коливаннях шин. 9. Розрахунок шин на вітрову швидкість (міцність) враховує як статичну (незмінну в часі) – V, так і динамічну (пульсуючу) v (t) складову швидкості вітру Динамічні складові швидкості v (t) і, отже, вітрового навантаження розглядаються як стаціонарні випадкові процеси [8]. В результаті розрахунку найбільші навантаження на опори і напруги в шині наводяться до виду де

qст.в= 0,5 • ρвcxD V02 – статична складова вітрового навантаження, Н / м; ρв – щільність повітря, кг / м3; cx-

коефіцієнт лобового опору шини; V0- нормативна швидкість вітру на висоті шини, м / с; ηв- динамічний коефіцієнт в вітрового навантаження, що залежить від частоти власних коливань і декремента загасання ошиновки, швидкості вітру, а також стандартів випадкових функцій R і

σ і визначається за формулою де

ξв – параметр динамічності, (м / с) -1/3. параметр

ξв в визначається по кривих (рис. 10). При першій (основний) частоті власних коливань шинної конструкції в горизонтальній площині більше 5 Гц параметр динамічності приймається, рівним 0,3 (м / с) -1/3. Ізолятори й шини відповідають вітрової стійкості, якщо виконуються нерівності (9) і (10). 10. Ошиновка ОРУ не повинна бути схильна до стійким вітровим резонансним коливанням, які порушуються періодичними зривами вихорів при швидкості вітру, що лежить в межах де Vs = df1y/ Sh – струхалевская швидкість вітру, м / с; Sh ~ 0,2 – число Струхаля; f1y – перша частота власних коливань шини (12) у вертикальній площині, Гц; До1 і K2 – коефіцієнти, що визначають область швидкостей вітру при стійких резонансних коливаннях, приблизно рівні, відповідно, 0,7-1,0 і 1,0 -1,3. Стійкі резонансні коливання не порушуються, якщо найбільший (розрахунковий) прогин шини yр.макс при вихрових возбуждениях не досягає критичних (допустимих) значень yр.доп, тобто Допустимий прогин при вихрових возбуждениях лежить в межах 0,02-0,1 діаметра шини D, а найбільший прогин залежить від коефіцієнта підйомної сили, твердості і декремента загасання шини при коливаннях у вертикальній площині. Як показують дослідження і досвід експлуатації, резонансна швидкість вітру невелика і складає не більше 2-3 м / с. напруги в матеріалі шини і навантаження на ізолятори в цьому режимі зазвичай істотно менше допустимих значень. Однак тривалість вітрових резонансних коливань може бути тривалою (кілька годин), що чинить негативний психологічний впли
в на персонал ОРУ, а також може призводити до ослаблення болтових з’єднань і втомним пошкоджень елементів конструкцій. Найбільш ефективний метод боротьби з вітровими резонансами – це установка шінодержателей спеціальної конструкції і прокладка всередині трубчастих шин проводів (тросів) або металевих стрижнів, які забезпечують необхідний рівень розсіювання енергії при коливаннях шин. 11. Розрахунок на стійкість ізоляторів і шин при поєднанні вітрових qв, ожеледних qг, електродинамічних qе навантажень, а також навантажень від власної ваги і ваги відгалужень qш проводиться за умови, що результуюче вплив (у векторній формі) одно де γ1,

γ2,

γ3 – коефіцієнти, що приймаються відповідно до рекомендацій ПУЕ [9] та іншими документами. Розрахунок ізоляторів і шин ОРУ на міцність повинен проводитися при таких поєднаннях зовнішніх навантажень: 1) вага ошиновки, нормативна ожеледного навантаження і вітрове навантаження при нормативної швидкості вітру; 2) вага ошиновки, вітрове навантаження при нормативної швидкості вітру і ЕДН, без урахування АПВ, рівна 65% максимального розрахункового значення (тобто при струмі КЗ, що дорівнює 80% від максимуму); 3) вага ошиновки, максимальна електродинамічна навантаження (без урахування АПВ) і вітрове навантаження, що дорівнює 60% нормативного значення; 4) вага ошиновки і електродинамічну навантаження при максимальній розрахунковій струмі КЗ, в тому числі при неуспішних АПВ (при повторних включеннях на КЗ). Жорстка ошиновка і її елементи повинні піддаватися приймально-здавальних випробувань і перевірок, зазначених в табл. 3. Слід зазначити, що випробування на електродинамічну стійкість потрібно проводити на трипролітних шинних конструкціях. Допускається випробовувати двопрольотні конструкції. При цьому контрольними є ізолятори, встановлені в середині дослідної конструкції. Проводити випробування на електродинамічну стійкість однопрогонових конструкцій не допускається. Випробування проводяться при трифазних КЗ. Для конструкцій з шинами, розташованими в одній площині, допускається проводити випробування при двофазних КЗ між фазами А-В і В-С. В цьому випадку трифазний струм електродинамічної стійкості перераховується по формулі

де i(2)дин – експериментально встановлене значення струму електродинамічної стійкості при двофазному КЗ; η(2) і

η(3

) – динамічні коефіцієнти при двох трифазному КЗ. Тривалість КЗ встановлюється не менше половини періоду власних коливань, тобто Т / 2 = 1 / (2f). В цьому випадку можна буде досягнути найбільші значення навантажень на ізолятори і напруг в матеріалі шин. Найбільша тривалість КЗ визначається вимогами термічної стійкості і встановлюється не менше часу термічної стійкості вимикача. Перевірку ошиновки на вітрову стійкість і відокремлення від вітрових резонансів при приймально-здавальних випробуваннях допускається проводити на основі експериментально-аналітичних результатів. Але це питання виходить за рамки цієї статті. ВИСНОВКИ 1. В РУ з жорсткою ошиновкой доцільно використовувати прогресивні елементи кріплення, що виключають виконання зварювальних робіт при монтажі і забезпечують необхідний рівень надійності, а також компенсацію температурних деформацій, ефективне придушення вітрових резонансних коливань і ін. 2. Економічна ефективність жорсткої ошиновки в значній мірі визначається використанням сучасних компонувань ОРУ, застосуванням швидкомонтованих компактних і комплектних модулів, використанням сучасних комутаційних а паратов, в тому числі, пантографіческіх роз’єднувачів. 3. Надійність жорсткої ошиновки забезпечується якістю її виготовлення, монтажу, а також суворим виконанням вимог нормативних документів [1-4]. Автор: Долін А.П., канд. техн. наук, ВАТ «ФСК ЄЕС», Козінова М.А., ТОВ НТЦ «ЕРС» Список використаної літератури 1. ГОСТ Р 50736-2007. Короткі замикання в електроустановках. Методи розрахунку електродинамічного і термічної дії струму КЗ (водиться з 01.07.2008 на заміну ГОСТ Р 50254 – 92). 2. СО 153-34.20.122-2006. «Норми технологічного проектування підстанцій змінного струму з вищою напругою 35-750 кВ». 3. Керівний документ з проектування жорсткої ошиновки ВРУ і ЗРУ 110-500 кВ (прийнятий в якості СТО 25.06.2007, наказ ВАТ «ФСК ЄЕС» № 176). 4. Методичні вказівки з розрахунку і випробувань жорсткої ошиновки ВРУ і ЗРУ 110-500 кВ (прийнятий в якості СТО 25.06.2007, наказ ВАТ «ФСК ЄЕС» № 176). 5. Долін А.П., Шонгін Г.Ф. Відкриті розподільні пристрої з жорсткою ошиновкой. – М .: Вища школа, 1988. 6. Кудрявцев Е.П., Долі
н А.П. Розрахунок жорсткої ошиновки розподільних пристроїв. – М .: Енергія, 1981. 7. Долін А.П., Кудрявцев Е.П., Козінова М.А. Розрахунок електродинамічної стійкості і інших параметрів жорсткої ошиновки ВРП високих і надвисоких напруг. – Електричні станції, 2005, № 4. 8. Долін А.П. Дослідження стійкості жорсткої ошиновки при вітрових навантаженнях. – Известия АН РСР. Енергетика і транспорт, 1990, № 4. 9. Правила улаштування електроустановок. – 7-е вид.

Ссылка на основную публикацию