Электросеть для мегаполиса

Лев Плетнев, ведущий специалист
«Московской кабельной сети» ОАО «Мосэнерго»

Московская кабельная сеть выбрала напряжение 20 кВ для электроснабжения комплексной высотной застройки Ходынского поля с общей нагрузкой более 80 000 кВА (ранее подобная схема электроснабжения была реализована в деловом центре «Москва-Сити»). Здания в районе застройки будут не выше 30 этажей, в Москве опыт такого строительства есть, и вопросы режима напряжения на верхних этажах высотных сооружений уже отработаны. Проектирование схемы электроснабжения осуществили: Мосэнергопроект (подстанции 110/20/10), Мосинжпроект (сеть 20 кВ и прокладка кабелей) и Моспроект (сеть зданий).

Нетрадиционные пункты традиционной схемы
Электроснабжение Ходынского поля (см. рис.) выполнено по традиционной для Москвы двухлучевой схеме питания трансформаторных подстанций (ТП), но без распределительных пунктов (РП). Вместо РП применены соединительные пункты (СП) на выключателях нагрузки.
Название «соединительный пункт» в данной схеме более соответствует принципам ее построения.
В схемах сетей 6-10 кВ РП обычно называют РУ 6-10 кВ, куда заводятся питающие и отходящие (распределительные) линии, каждая под свой силовой выключатель, с устройством защиты для обеспечения селективного отключения отходящих линий при их повреждении. По количеству присоединений в РП обычно на одну питающую линию приходится по 4-6 отходящих линий, т.е. осуществляется принцип распределения.
В СП схемы электроснабжения Ходынского поля, помимо того, что все присоединения выполнены на выключателях нагрузки (аппаратах, не предназначенных для отключения тока короткого замыкания), функции распределения фактически отсутствуют. На 4 присоединения питающих линий (магистралей) приходится всего 4, максимум 6 присоединений отходящих линий, т.е. по сути осуществляется соединение магистралей с отходящими линиями.

Кабельные нюансы
Все работы по прокладке кабельных линий 20 кВ проводятся трестом «Москабельсетьмонтаж». От каждой из двух подстанций 110/20 кВ прокладываются по 4 магистральные линии одножильными кабелями. Через СП магистрали 20 кВ образуют кольцо по периферии застройки, между пунктами включаются цепочки ТП распределительной сети, выполненной одножильными кабелями. В каждой цепочке до 8 ТП с трансформаторами 2х1000 кВА.
Проект реализован с применением одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена с алюминиевыми жилами и медным экраном: сечением 1х500/35 для магистралей, 1х120/25 для распределительных линий и 1х95/16 для перемычек к трансформаторам в ТП.
Для прокладки в земле был использован кабель типа АпвПг, для прокладки в помещениях АпвВнг (производство компании АВВ Москабель).
Термическая стойкость оболочек (экранов) кабелей при времени действия защиты от однофазных КЗ, равном 1 с (Iкз = 1000 А), обеспечивается: для экрана сечением 16 мм2 – 3,3 кА, для 25 мм2 – 5,1 кА, для 35 мм2 – 7,1 кА.

Решения в области РЗиА и телемеханики
Как уже было сказано, питание по схеме производится от двух подстанций 110/20 кВ и все КЗ в сети 20 кВ будут отключаться только выключателями в РУ 20 кВ этих подстанций. Поэтому для оперативного определения поврежденных кабелей (или оборудования в СП и ТП) и восстановления нормальной (двухлучевой) схемы питания средствами телемеханики, а также автоматического включения резервного питания предусмотрен комплекс технических решений.
В СП и ТП установлены устройства телемеханики типа «Деконт». С их помощью на диспетчерский пункт района МКС передается телесигнализация о положении ВН (в СП и ТП) и о срабатывании УТКЗ (установлены на выключателях нагрузки в СП и ТП) и производится телеуправление выключателями нагрузки в СП и ТП (на ВН установлены моторизованные приводы).
Устройства АВР в ТП на стороне 0,4 кВ (традиционные для Москвы) в данной схеме не применяются. Во всех ТП устройства АВР реализованы на стороне 20 кВ (выполнены на секционном выключателе нагрузки КРУЭ RM6). Такой вариант был выбран, чтобы использовать все возможности моторизованных приводов выключателей нагрузки КРУЭ RM6, так как в любом случае их требовалось установить для целей телеуправления. Удорожание стоимости АВР на стороне 20 кВ незначительно, так как для ТП с трансформаторами 1000 кВА при выполнении АВР на стороне 0,4 кВ устанавливаются импортные автоматы на 2500 А и стоимость такого устройства оказывается сопоставимой со стоимостью АВР на 20 кВ. В дальнейшем, при возможном росте нагрузок, схема АВР на 20 кВ позволит заменить трансформаторы 1000 кВА на трансформаторы 1250 кВА без замены аппаратов в схеме АВР.
Трансформаторы в данном случае (так же, как и в любых других современных ТП МКС, независимо от схемы АВР) присоединены через силовой выключатель 200 А с устройством защиты (функция «Д» в КРУЭ RM6).
В настоящее время на подстанции 110/20 кВ выдержка времени максимальной токовой защиты от междуфазных КЗ на выключателях присоединений магистралей равна 1,7 с, в дальнейшем она будет уменьшена до 1 с.
В данной схеме электроснабжения не может быть выполнено резервирование защиты трансформатора, поскольку ток срабатывания максимальной токовой защиты должен быть отстроен от максимального тока нагрузки магистрали (~ 600 A), а ток при КЗ за трансформатором 1000 кВА не превышает 500 А.
Защита присоединений 0,4 кВ в ТП реализована на предохранителях типа ПН с максимальным номинальным током до 630 А.

Оснащение подстанций
Соединительные пункты и трансформаторные подстанции (БКТП) были изготовлены и установлены ЗАО «ЭЗОИС». В качестве коммутационных аппаратов в соединительных пунктах были установлены ячейки типа М24 компании Alstom с элегазовыми выключателями нагрузки.
На подстанции 110/20/10 кВ закрытого типа установлены два трехобмоточных трансформатора мощностью по 63000 кВА со схемой соединения обмоток звезда/звезда/треугольник (на стороне 10 кВ).
Нейтраль обмотки 20 кВ трансформатора заземлена через резистор типа РЗОС-20/20 мощностью 19,2 кВт и сопротивлением 12,19 Ом (изготовитель – Московский электрозавод). Он установлен в отдельном помещении внутри подстанции, в непосредственной близости от трансформатора.

Резистор, обеспечивающий ток
1000 А, был применен с учетом развития сети 20 кВ и увеличения ее протяженности. В ситуации, когда по какой-либо причине произойдет отключение резистора, замыкание на землю будет определяться обычным способом, как это делается в сети 10 кВ, и отключаться вручную.
ОПН установлены на выводах всех обмоток трансформаторов (110, 20 и 10 кВ), а в сети 20 кВ они не применяются.
С точки зрения безопасности персонала, проект не имеет кардинальных отличий от любого другого. Сопротивление общего контура заземления для трансформаторных подстанций МКС принимается равным (не более) 0,5 Ом, и при однофазных КЗ на стороне 20 кВ потенциал на заземлении не превысит 500 В.
Согласно п.1.1.5 ПУЭ закрытые помещения подстанций 110/20/10 кВ, СП и ТП в сети 20 кВ относятся к электропомещениям, в которых расположено электрооборудование, доступное только для квалифицированного обслуживающего персонала.
Во всех этих помещениях, согласно п.1.7.51 ПУЭ, предусмотрены меры защиты персонала при косвенном прикосновении: выполнено защитное заземление и уравнивание потенциалов.
Реализация схемы электроснабжения Ходынского поля и ее технические решения станут основой для новых проектов. В тех районах Москвы, где это возможно, Московская кабельная сеть рассчитывает в будущем, учитывая рост потребления электроэнергии, строить электрические сети на напряжение 20 кВ.