CC BY
28№ 4-2010
ТАРИФНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРТИЗА
Системы оперативного тока распределительных подстанций
Обычно, когда речь идет о подстанции как о строящемся объекте, возникает парадокс: стоимость системы оперативного тока слишком мала по сравнению со стоимостью первичного оборудования, и поэтому данный раздел рассматривается как вспомогательное или второстепенное оборудование, к выбору которого походят не столь ответственно. Надеюсь, что это решение только уважаемых строителей, а не собратьев энергетиков. Порой незначимые на первый взгляд вещи играют главную, а зачастую, и наиглавнейшую роль в том или ином процессе или событии. Такова участь и систем оперативного тока. Именно эти системы востребованы в самый ответственный момент или в самой сложной и даже катастрофической ситуации. Именно они помогают устройствам РЗА своевременно отключить аварийное оборудование. Именно о них пойдет речь.
Ограничим рассмотрение систем оперативного тока электрических подстанций следующим оборудованием:
1. Щит собственных нужд 0,4 кВ.
2. Система оперативного постоянного тока (аббревиатура СОПТ), которая в свою очередь включает в себя:
2.1. Щит постоянного тока.
2.2. Зарядно-выпрямительные устройства.
2.3. Аккумуляторные батареи.
Казалось бы, о чем можно рассуждать при обсуждении архитектуры вводно-распределительных устройств (аббревиатура ВРУ, ГРЩ, ЩСН). Для многих проектировщиков она как азбука Морзе для моряков.
Однако хотел бы обратить внимание на эволюцию и тенденции развития данных систем применительно к энергетическим подстанциям.
Что же характеризует состояние «Вчера»?
1. Открытый монтаж на панелях и высокая вероятность поражения электрическим током,
2. Низкая степень секционирования и защиты от внутренних коротких замыканий и возможность распространения электрической дуги в рамках всего щита.
3. Устаревшие коммутационные аппараты, выработавшие свой ресурс и как следствие несанкционированное отключение ответственных потребителей
4. Старение изоляции и недостаточная термическая стойкость силовых кабелей при несанкционированном росте нагрузок и, как следствие, нагрев и опасность возгорания. Простыми словами можно сказать: работает - не трогай. Состояние «Сегодня» определенно внушает оптимизм
и характеризуется следующими особенностями: 1. Более высокая форма секционирования, что ограничивает риск распространения дуги, вследствие короткого замыкания в пределах щита.
Шеин В. Ю.,
управляющий директор ООО ПК «ЭлектроКонцепт»
2. Современные коммутационные аппараты втычного и выкатного исполнения.
3. Высокий уровень автоматизации и мониторинга, что жизненно необходимо для удаленных необслуживаемых подстанций.
К сожалению, данные тенденции имеют точечный характер для отдельно взятых объектов. Вероятно, свойственный энергетикам консерватизм не позволяет принять новые стандарты производителей в качестве собственных стандартов технической политики.
К примеру, формы секционирования, которые определяют степень разделения щита на функциональные блоки, для многих специалистов проектных институтов носят справочный, несущественный характер. Как следствие, если форма 3 и 4 являются минимально возможными для энергетических объектов в зоне Евросоюза, то в России форма 1, а в лучшем случае формы 2 считается допустимым решением для электрических станций и подстанций.
Что же дает более высокая степень секционирования? В первую очередь, высокую надежность работы оборудования и повышенную безопасность эксплуатации и обслуживания. В идеале все коммутационные аппараты, отходящие клеммы и секция главных шин, выделены в отдельные независимые отсеки.
Что ждет нас «Завтра»? Моя задача не предсказывать будущее, а лишь обозначить возможные направления в проектировании и производстве щитов собственных нужд для электрических подстанций различного класса напряжении:
1. Самая высокая степень секционирования.
2. Выдвижные блоки для максимальной ремонтопригодности и взаимозаменяемости.
Уже сегодня такие решения применяются на электростанциях, и вопрос внедрения их на электрических подстанциях лишь вопрос технической политики. Спрос рождает предложение, а значит увеличивает конкуренцию, что приводит к снижению стоимости и внедрению новых стандартов и технологий.
Продвинемся вперед по иерархии построения систем оперативного тока и обсудим состояние и тенденции развития систем постоянного тока. Да-да, именно продвинемся вперед и обсудим сердце и кровеносную систему всего организма подстанции. Именно СОПТ позволяет центральной нервной системе (устройствам РЗА и ПА) доносить свои жизненно важные сигналы до исполнительных механизмов первичного оборудования, тем самым предотвращая различного рода аварийные ситуации.
1 63 ^
т£иэ_
Поэтому оборудование СОПТ нельзя рассматривать вне контекста всех устройств, установленных на ПС. Выбор схемы и технических характеристик оборудования СОПТ напрямую связан с теми или иными типами первичного и вторичного оборудования подстанции.
1. Применение масляных выключателей, для которых характерны:
□ большие толчковые токи управления выключателем;
□ большое падение напряжения на кабелях питания соленоидов выключателей.
2. Применение электромеханических реле в цепях релейной защиты и автоматики, для которых в свою очередь характерны:
□ большая мощность управления;
□ узкий диапазон напряжения питания.
В связи с этим архитектура СОПТ имеет «супертяжелый» вес, для которого требуются: аккумуляторные батареи большой емкости для обеспечения толчковых токов управления масляными выключателями; дополнительная часть АБ, так называемые «хвостовые элементы», для поддержания напряжения питания цепей управления в узком диапазоне; зарядно-выпрямительные устройства высокой мощности или мотор-генераторы; кабельная система с большим сечением кабелей СОПТ; громоздкие защитные аппараты с большим номинальным током в ЩПТ.
Реконструкция такой СОПТ без замены первичного оборудования обходится «в копеечку» и обусловлена только реальной необходимостью в случае ее аварийного состояния. Кроме того, при возможной замене первичного оборудования в обозримом будущем возникнет необходимость повторной реконструкции всей системы оперативного постоянного тока. Не правда ли скупой платит дважды?
За счет внедрения современных технологий в качестве первичного оборудования все чаще применяются элегазовые выключатели с пружинным приводом, которые имеют малые токи управления (1-5 А). Кроме того, внедрение микропроцессорных (МП) устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), в том числе и автоматики управления выключателей (АУВ), позволяет расширить напряжение питания шин управления.
В связи с этим сегодня архитектура СОПТ хоть и имеет различные варианты построения, но, в общем, носит целесообразный характер и включает в себя:
□ АБ малой емкости (до 300 Ач), в том числе герметизированных типов с рекомбинацией газа без дополнительной хвостовой части;
□ зарядно-выпрямительные устройства малой мощности;
□ кабельная система с меньшим сечением кабелей СОПТ;
□ защитные аппараты с малым номинальным током в ЩПТ;
□ выносные шкафы питания микропроцессорных терминалов (децентрализованная система);
□ система контроля изоляции с автоматическим определением неисправного фидера.
Ситуацию «Сегодня» характеризует также принятый 29 марта 2010 года стандарт ОАО «ФСК ЕЭС». «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования».
В данном стандарте вводится четкое разделение распределительных подстанций на 2 типа:
ПС 110 кВ с тремя выключателями и более, которые фактически приравнены к подстанциям 220 кВ и выше;
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКОВ
ПС 35 кВ и остальные ПС 110 кВ. К разного типа подстанциям применяются разные требования по количеству аккумуляторных батарей, зарядных устройств и щитов постоянного тока.
В целом щиты постоянного тока сегодня стали более безопасными с точки зрения обслуживания, т.к. скрытый монтаж на специальных шинных держателях практически исключает возможность прикосновения к токоведущим частям. Более того современные предохранительные системы имеют индикатор перегорания предохранителя или открытия крышки держателя, и информация о текущем состоянии передается диспетчеру по каналам АСУ ТП.
Стандартным решением для ЩПТ стала также комплектация их системами контроля сопротивления изоляции с автоматическим поиском неисправного фидера. Наиболее распространенным решением сегодня является система Bender, хотя по соотношению цена-качество для распределительных подстанций применимы и системы других производителей.
Отдельно акцентирую ваше внимание на применении герметизированных аккумуляторов с рекомбинацией газа. Зачастую их называют гелевыми, хотя это не совсем верное определение. Правильная классификация таких аккумуляторов — не по состоянию электролита, а по типу положительной пластины и внутреннему сопротивлению. Уверен, что герметизированные аккумуляторы с плоскими намаз-ными пластинами и высокой токоотдачей еще отвоюют пальму первенства у классических аккумуляторов со свободным электролитом в секторе распределительных подстанций, за счет своих явных преимуществ: не требуется отдельное аккумуляторное помещение и система вентиляции. Тем более что современные зарядные устройства полностью соответствуют требованиям к качеству заряда данных типов аккумуляторных батарей.
Что же касается тенденций развития СОПТ? Что нас ждет «завтра»?
На мой взгляд, продолжится внедрение уже принятых стандартов в части архитектуры построения. В тоже время остаются нерешенными вопросы: Что применять в качестве защитных аппаратов? Предохранители или автоматические выключатели. Однозначного ответа нет. Дискуссия на эту тему продолжается. Какие зарядные устройства применять? Тиристорные или бестрансформаторные по ШИМ технологии. Кончено новые технологии ШИМ выпрямителей очень компактные, бесшумные, модульные. Один существенный недостаток — вентиляторы не позволяет им надежно работать в наших российских условиях. Более того современные тиристорные системы становятся все интеллектуальнее, не утрачивая свою высочайшую надежность.
В заключении хотелось бы еще раз сказать:
1. Реконструкция систем оперативного тока должна рассматриваться в контексте архитектурно-строительных решений, а также применяемого первичного и вторичного оборудования подстанции.
2. Необходимые типовые решения пока лишь разрабатываются и ответственность за выбор тех или иных решений лежит как на проектировщиках, так и на производителях
3. Востребованы современные селективные коммутационные аппараты для сети постоянного тока.
4. Спрос рождает предложение, а значит будут появляться новые технологии и расти конкуренция, от которой, в конечном счете, выиграет и Заказчик, и Производитель.
I 64 ^
