Сейсмостойкость подстанций и распредустройств

Надежность электроснабжения зависит от способности трансформаторных подстанций и распределительных устройств противостоять неблагоприятным внешним условиям.

Для некоторых районов Российской Федерации серьезной проблемой является сейсмическая активность.

Ниже приведена карта сейсмически активных зон России. Не все сейсмически активные регионы опасны с точки зрения энергетики. Активно развивается промышленность и энергетика на Кавказе (Северный Кавказ и Черноморское побережье) и Дальнем Востоке (Приморский и Хабаровский края, Сахалин и Камчатка).

В связи с активным смещением экономических интересов России на Дальний Восток тема производства сейсмостойкого электрооборудования приобретает особое звучание.

Исторически наша компания много сотрудничала с Сахалином и Приморьем, поэтому нами был накоплен большой опыт изготовления сейсмостойких блочно-модульных подстанций и распределительных устройств.

 
Сейсмически опасные зоны России (кликните для увеличения)

Наиболее критичным землетрясением последних лет было землетрясение в Нефтегорске, произошедшее ночью 28 мая 1995 острове Сахалин. Оно полностью разрушило посёлок Нефтегорск — под обломками зданий погибло 2040 человек из общего населения города 3197 человек.

При этом обращают на себя внимание несколько обстоятельств.

Во-первых, Нефтегорск - это город нефтяников на севере Сахалина. Сейчас в этом районе ведется активная добыча нефти совместно с американской компанией Exxon. Во-вторых, сила землетрясения была "всего" 7,5 баллов. В третьих, спасательные работы были сильно затруднены, потому что в первые же минуты после землетрясения город оказался погруженным в темноту из-за выхода из строя всех подстанций. И наконец, удар стихии не выдержали именно те 17 крупноблочных домов, которые не были предназначены для сейсмоопасных районов.

Это все показывает, насколько критичным элементом инфраструктуры являются энергообъекты в сейсмически опасных районах.

 
Нефтегорск после землетрясения 1995 года

На практике все объекты электроэнергетики среднего напряжения (до 35 кВ) делятся на общепромышленные (сейсмостойкость до 6 баллов) и сейсмостойкие (до 9 баллов). 

Как правило, при разработке и изготовлении не сейсмостойких общепромышленных трансформаторных подстанций и распределительных устройств требования сейсмостойкости не учитываются совсем, так как при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке оборудование подвергается более серьезным нагрузкам.

Что же касается сейсмостойких КТП и КРУН, то здесь ситуация немного неоднозначная.

Мы здесь не будем рассматривать подстанции и распределительные устройства, находящиеся в капитальных зданиях, а так же бетонные КТП, так как их строительство регламентируется соответствующими нормативами СНИП. Остановимся только на электрооборудовании в блочно-модульном исполнении.

Большинство конструкций киосковых трансформаторных подстанций, не удовлетворяют требованиям сейсмостойкости. Особенно это относится к бескаркасным КТП с несущими стенами. Киосковые КТП с каркасом из профильных труб более устойчивы, но частое использование (для снижения себестоимости) панелей для крепления оборудования 6-10 и 0,4 кВ (вместо ячеек КСО и панелей ЩО-70/ЩО-90) сводит на нет преимущества более прочной конструкции киоска, так как даже небольшого сейсмического толчка достаточно, чтобы все аппараты были вырваны со своих мест установки.

Изготовление сейсмостойких подстанций и распределительных устройств

Наиболее оптимальны для использования в сейсмостойких районах утепленные сэндвич-панелями КТП и КРУН. С одной стороны, они являются быстровозводимыми и сравнительно недорогими, по отношению к капитальным, а с другой стороны, такие устройства способны выдерживать толчки достаточно большой магнитуды.

Изготовление сейсмостойкого блок-бокса для КРУН

В нашей компании блок-боксы подстанций и распределительных устройств изготавливаются с использованием специальной компьютерной методики, позволяющей обеспечить сейсмостойкость конструкции. Имеется протокол экспертизы на соответствие требованиям сейсмостойкости до 9 баллов по шкале MSK-64, что позволяет поставлять оборудование в сейсмически активные районы (Кавказ, Сахалин, Владивосток, Узбекистан, Таджикистан, Казахстан). Имеется протокол испытаний методики на соответствие требованиям сейсмостойкости.

Модульное здание изготавливается на основании из швеллера. В качестве пола используется стальной лист, жестко приваренный к основанию, что дополнительно увеличивает жесткость конструкции. Каркас здания изготавливается из профильной трубы с заданной толщиной стенки. Все несущие конструкции просчитываются на разные типы нагрузок. Все сварочные работы ведутся высококвалифицированными специалистами, сертифицированными Национальным агентством контроля сварки (НАКС).

Более того, на базе расчетов сейсмостойкости нами была разработана технология изготовления взрывоустойчивых модульных зданий. Но это уже тема для отдельного разговора.

К сожалению, изготовлением сейсмостойкого модульного здания проблема не решается, потому что комплектующие КТП также должны выдерживать толчки и вибрации.

Самым слабым местом в подстанции является трансформатор. Приходится констатировать, что масляные трансформаторы не подходят для изготовления сейсмостойкого оборудования, так как почти все они не выдерживают испытаний даже на 7 баллов.

Решением является использование сухих трансформаторов. В настоящее время стоимость сухого трансформатора примерно в 1,5 раза выше, чем масляного, но для обеспечения надежности электроснабжения в критической ситуации эти затраты являются целесообразными.

Для обеспечения дополнительной сейсмостойкости сухие трансформаторы комплектуют демпфирующими устройствами, которые гасят опасные толчки.

Документальное оформление сейсмостойкости

При сертификации сейсмостойкого оборудования используется два подхода.

Для сертификации серийного оборудования (например, трансформаторов) проводят испытание образца продукции на вибростенде. В России существует несколько лабораторий в Москве и на Урале, которые проводят такого рода испытания. Стоимость испытания довольно высока - около 400 тыс. руб. Однако при больших партиях выпускаемых изделий вклад в каждую единицу продукции оказывается не критичным.

Но как быть с заказным оборудованием, которое изготавливается единичными экземплярами и при этом является настолько громоздким, что не может быть испытано на вибростенде?

При этом используется другой подход - сертифицируется не оборудование, а технология проектирования и изготовления. Именно по этому пути пошли мы.

На этом можно было бы закончить наш краткий обзор, но нельзя удержаться от того, чтобы не добавить в бочку меда ложку дегтя.

Опытные энергетики понимают, что в системе электроснабжения есть еще не одно слабое место, которое может подвести во время землетрясения. Одно из таких мест - линии электропередач (как воздушные, так и кабельные).

Но это, как говорится, уже совсем другая история.