Комплектная трансформаторная подстанция

Полезная модель относится к сооружениям специального назначения, в частности к конструкции блочной комплектной трансформаторной подстанции (КТП) наружной установки в железобетонном корпусе, в котором смонтировано электротехническое оборудование, и предназначена для использования при возведении блочных комплектных трансформаторных подстанций служащих для приема, преобразования и распределения электроэнергии трехфазного переменного тока.
Известна комплектная трансформаторная подстанция (КТП) с возможностью зарядки электромобилей, в которой корпус имеет проемы для вентиляции, ввода/вывода соединительных и питающих высоковольтных и низковольтных кабельных линий и разделен на отсек распределительных устройств высшего напряжения, отсек распределительных устройств низкого напряжения, отсек силового трансформатора. Дополнительно в корпусе выполнен отсек зарядной станции, при этом упомянутые отсеки изолированы друг от друга и разделены перегородками, а на наружной поверхности корпуса расположен, по меньшей мере, один антивандальный терминал подключения электромобилей к зарядной станции в виде навесного щита с размещенным в нем блоком контроля и индикации зарядной станции, на наружной поверхности щита расположены разъемы для подключения электромобиля к зарядной станции, установленной на фундаменте с применением стандартных фундаментных блоков, а в подземно-цокольном пространстве могут размещаться технологические полости для обслуживания и размещения элементов оборудования. (RU 165524).
Известна комплектная трансформаторная подстанция, содержащая корпус, высоковольтный отсек, основную металлическую оболочку и размещенные в ней отсек силового трансформатора, отсек распределительного устройства низкого напряжения с дверцей доступа, устройства измерения и учета электроэнергии, причем упомянутые устройства измерения и учета заключены не менее чем в одну дополнительную металлическую оболочку, расположенную в основной оболочке и снабженную отдельной дверцей доступа. Отдельные дверцы доступа расположены на упомянутой основной оболочке слева или справа от дверцы доступа (RU 172565).
Известна комплектная блочная распределительная трансформаторная подстанция, содержащая присоединенное к силовым кабелям вводное устройство высшего напряжения, по меньшей мере, два силовых трансформатора и распределительное устройство низшего напряжения, причем вводное устройство высшего напряжения выполнено в виде распределительного пункта, состоящего из двух секций, в каждой из которых смонтирован комплект ячеек с коммутационной аппаратурой и устройствами защиты и заземления, каждая секция образована из спаренных при монтаже, имеющих П-образное сечение в плане блоков, образующих в совокупности общее помещение секции коробчатой конфигурации с, по меньшей мере, одной общей дверью, а каждый силовой трансформатор со своей секцией распределительного устройства низшего напряжения смонтирован в отдельном объемном блоке, выполненном в виде короба с потолочной панелью, продольными и выполненными с дверью поперечными стенами, при этом указанные спаренные блоки комплектов ячеек смонтированы с примыканием друг к другу и/или с примыканием, по меньшей мере, одного из них к одному объемному блоку силового трансформатора. Объемные блоки, в которых смонтированы силовые трансформаторы с секциями распределительного устройства низшего напряжения, и объемные блоки распределительного пункта высшего напряжения смонтированы на полом коробчатом фундаменте, образованном из опертых на плиту корытообразных нижних панелей, уложенных ребрами вверх, на которые оперты ответными ребрами днища объемных блоков, при этом в днищах, по крайней мере, объемных блоков распределительного пункта высшего напряжения образовано не менее одного технологического проема, снабженного съемной крышкой пола, а в полостях нижних панелей образованы кабельные подвалы (RU 2219631).
Известна наиболее близкая к заявляемой по составу конструктивных элементов и назначению трансформаторная распределительная подстанция, содержащая корпус, включающий подземный объемный модуль-поддон открытого типа; объемный надземный железобетонный модуль закрытого типа, крышу объемного надземного железобетонного модуля закрытого типа, которые вместе образуют корпус для трансформаторных распределительных подстанций; подземный объемный модуль-поддон открытого типа имеет ровное основание горизонтальной палубы, металлический каркас, по периметру металлического каркаса предусматривают выпуски анкеров арматуры в виде вертикальных штырей, в основании стен модуля-поддона выполнены кессоны для дальнейшего их пробивания; залитый бетонной смесью металлический каркас, в его горизонтальной части выполнены сквозные проемы, которые выполняют путем вырезания участков горизонтального металлического каркаса в местах их монтажа, так же устанавливают обрамления проемов в виде швеллеров, закладные элементы для фиксации стен и крыши предусмотрены в верхнем основании каркаса стен, причем крышу, металлический каркас устанавливают на блок модуль и осуществляют монтаж крыши на верхнее основание наружных стен путем приваривания ответных закладных деталей внутренней части крыши с аналогичными закладными, находящимися на верхней части наружных стен, создавая единую конструкцию; после доставки на место установки поземный и надземный модули соединяют в единый корпус. Перегородки внутри надземного объемного модуля соединяют с каркасом наружных стен с внутренней стороны стены. Закладные элементы для фиксации стен и крыши предусматриваются в верхнем основании каркаса стен Монтаж крыши осуществляется путем приваривания закладных деталей внутренней части крыши с аналогичными закладными, находящимися на верхнем краю наружных стен. В объемном основании каркаса несущей плиты в угловом элементе устанавливаются гильзы в виде горизонтальных стаканов для подъема готового изделия объемного надземного блока. Технологические проемы в основании плиты изготавливаются путем вырезания горизонтального арматурного каркаса в местах их монтажа, так же устанавливается обрамление проемов в виде швеллеров. Проемы для монтажа оборудования и заграждающих элементов металлоконструкций (дверей, жалюзийных вентиляционных решеток) выполнены в виде рамки из швеллера, с дальнейшей фиксацией путем сварки к закладным деталям, Так же предусматриваются закладные металлические элементы для дальнейшего крепления к ним оборудования и элемента крыши (RU 2691232, прототип).
Недостатками известных технических решений являются ограниченность компоновочных возможностей по размещению оборудования подстанции, нерациональные размещение и конструктивное исполнение закладных деталей для установки трансформатора и распределительных устройств, усложняющее монтаж оборудования и доступ к нему при эксплуатации, расходование профилированного металлопроката для обрамления технологических проемов, отсутствие специальной гидроизоляции и заземления в кабельном подземном блоке.
Технической проблемой, разрешаемой настоящим техническим решением является создание эффективной конструкции блочной комплектной трансформаторной подстанции (КТП) наружной установки в железобетонном корпусе и расширение арсенала блочных комплектных трансформаторных подстанций.
Технический результат при использовании заявляемого технического решения состоит в расширении компоновочных возможностей по размещению оборудования подстанции, рациональном размещении и конструктивном исполнении закладных деталей для установки трансформатора и распределительных устройств с максимальным использованием предоставленного объема корпуса и обеспечением надежного доступа к указанному оборудованию, исключении расходования профилированного металлопроката с упрощении монтажа обрамлений технологических проемов, обеспечение специальной гидроизоляции и заземления в кабельном подземном блоке. Все это делает конструкцию КТП более технологичной при изготовлении ее корпуса и для монтажа оборудования в нем, а также более безопасной, ремонтопригодной и долговечной в эксплуатации.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что комплектная трансформаторная подстанция содержит корпус, включающий подземный кабельный железобетонный блок и надземный железобетонный блок, скрепленные сварными швами стыковочных закладных деталей, расположенных по периметру сопряженных краев стен и полов этих блоков, причем подземный бетонный блок имеет монолитные стены с кессонами и монолитный железобетонный пол прямоугольной формы, выполненный с металлическим каркасом, а надземный бетонный блок имеет монолитные стены и пол с монтажными закладными деталями и со снабженными металлическим обрамлением технологическими проемами в подземный железобетонный блок, а также, по меньшей мере, одну перегородку из негорючего материала, установленную с образованием отсеков и выполненную с технологическим проемом между отсеками, при этом надземный бетонный блок снабжен крышей в виде плиты, скрепленной с его стенами сварными соединениями стыковочных закладных деталей, отличающийся тем, что стены подземного и надземного блоков снабжены вертикально расположенными монтажными закладными деталями для сварки кронштейнов под кабели и оборудование, а пол надземного блока снабжен продольно расположенными монтажными закладными деталями для сварки направляющих под трансформаторы в трансформаторном отсеке и поперечными монтажными закладными деталями для сварки шкафов распределительных устройств в распределительном отсеке, при этом обрамление технологических проемов и стыковочные закладные детали крыши, полов, и стен надземного и подземного блоков выполнены из гнутого стального листа, а пол надземного блока выполнен с, по меньшей мере, одним технологическим отверстием для вывода заземления в подземный блок, причем последний выполнен гидроизолированным.
Предпочтительно, подземный бетонный блок выполнен из бетона с водонепроницаемостью W10 и морозостойкостью F300, при этом стены подземного блока выполнены с круглыми отверстиями для герметичного ввода и вывода подземных кабелей.
Предпочтительно, пол надземного блока снабжен расположенными по углам монтажными пальцами виде горизонтальных стаканов из трубы по углам.
В частных случаях реализации пол надземного блока выполнен наклонным к месту расположения проема под трансформатором.
Предпочтительно, монтажные закладные детали выполнены в виде швеллеров, к внутренней стороне средней полки которых приварены отрезки прутка.
Предпочтительно, крыша надземного блока выполнена плоской и снабжена по периметру ее краев стыковочными закладными деталями с возможностью присоединения фальш-крыши.
В частных случаях реализации подземный железобетонный блок и надземный бетонный блок, выполнены с возможностью присоединения вдоль продольных стен дополнительных подземных и надземных блоков для образования двухблочной или трехблочной подстанции и монтажа общей скатной крыши.
В частных случаях реализации надземный бетонный блок, выполнен с возможностью присоединения к поверхности его крыши дополнительного надземного блока для образования двухэтажной подстанции и монтажа пристроенной к одному из надземных блоков снаружи лестницы.
На чертеже фиг. 1 изображен каркас пола подземного блока комплектной трансформаторной подстанции, на фиг. 2 - подземный блок в сборе, на фиг. 3 - пол надземного блока комплектной трансформаторной подстанции, на фиг. 4 - пол надземного блока в исполнении с уклоном, на фиг. 5 - надземный блок перед установкой его крыши, на фиг. 6 - надземный блок с установленной его крышей, на фиг. 7 - исполнение закладных, на фиг. 8 - сдвоенный корпус КТП, на фиг. 9 - строенный корпус КТП, на фиг. 10 - двухэтажный корпус КТП с лестницей, на фиг. 11 - подземный блок с перегородками.
Основные формообразующие размеры подземного и надземного бетонных блоков устанавливаются в соответствии с проектом возводимых трансформаторных подстанций, при этом принимаются:
- длина надземного бетонного блока: от 1720, 1820, 1920 и до 7500 мм, с градацией 100 мм от 2000 мм, т.е. 2100, 2200, 2300 мм и так до 7500 + индивидуальные размеры в мм, ширина: 2300, 2500, 2700, 3000 + индивидуальные размеры мм, высота: 2570, 2870 или 3070 мм;
- длина подземного бетонного блока: от 1720, 1820, 1920 и до 7500, с градацией 100 мм от 2000 мм т.е. 2100, 2200, 2300 и так до 7500 + индивидуальные размеры мм, ширина: 2300, 2500, 2700, 3000 + индивидуальные размеры мм, высота наружная: 1520 или 1820 мм, высота внутренняя: 1400 или 1700 мм.
Комплектная трансформаторная подстанция представляет собой корпус, образованный подземным кабельным железобетонным (далее - бетонный) блоком с полом 1 и стенами 2 со и надземным железобетонным блоком с полом 3, стенами 4 крышей 5 и перегородками 6, скрепленными сварными швами стыковочных закладных деталей 7, расположенных по периметру сопряженных краев стен 2, 4, полов 1,3, крыши 5 и перегородок 6 этих блоков.
Бетонные корпуса могут применяться для одно-, дву-, трех- и т.д. трансформаторных подстанций и аналогичных блочных распределительных пунктов и могут быть левостороннего или правостороннего исполнения, в зависимости от расположения дверного проема.
Подземный бетонный блок (ПББ) имеет монолитные железобетонные стены 2 с кессонами 8 с вертикальными монтажными закладными деталями 9 и монолитный железобетонный пол 1 (основание, плита прямоугольной формы), выполненный с металлическим каркасом (армированным каркасом) 10. Надземный бетонный блок (НББ) имеет монолитные железобетонные стены 4 и пол 3 с покрытием из самониверлирующейся смеси. Надземный бетонный блок выполнен с вертикально расположенными на стенах 4 и горизонтально расположенными на полу 3 монтажными закладными деталями 9 и со снабженными металлическим обрамлением технологическими проемами 11 пола 3 в подземный железобетонный блок, а также, по меньшей мере, одну, например, две железобетонные или металлические перегородки 6 из негорючего материала, установленные с образованием трансформаторных и распределительного отсеков и выполненные с технологическим проемом 11 между отсеками. Надземный бетонный блок снабжен крышей (перекрытие, плита прямоугольной формы) 5 в виде железобетонный плиты, скрепленной с его стенами 4 сварными соединениями стыковочных закладных деталей 7 выполненных из гнутого стального листа толщиной 3 мм, размером 150×30×30 мм.
Надземный бетонный блок снабжен штатными разъемами к внешним кабельным сетям.
Стены 2, 4 подземного и надземного блоков снабжены вертикально и горизонтально расположенными монтажными закладными деталями 9 для сварки кронштейнов под кабели и оборудование. Пол 3 надземного блока снабжен продольно расположенными в трансформаторных отсеках монтажными закладными деталями 9 для сварки направляющих под трансформаторы в трансформаторном отсеке и поперечными монтажными закладными деталями 9 для сварки шкафов распределительных устройств в распределительном отсеке.
Закладными деталями 7 и 9 являются металлические элементы, которые закладываются в армированный каркас до выполнения бетонированных работ с помощью сварки или иным способом соединения между собой различных железобетонных изделий имеющих сборную или монолитную конструкцию.
Стены 2, 4 в продольной и/или поперечной части могут иметь проемы 16 для ворот или дверей, при необходимости. Стены 2, 4 подземного и надземного блоков выполняются с толщиной от 70 до 200 мм с возможностью установки двойного армирования (двух армированных сеток).
Обрамление технологических проемов 11 и стыковочные закладные детали 7 крыши 5, полов 1, 3, и стен 2, 4 надземного и подземного блоков выполнены из гнутого стального листа толщиной 3 мм, а пол 4 надземного блока выполнен с, по меньшей мере, одним технологическим отверстием 12 размером 50×25 мм для вывода заземления в подземный блок.
Подземный бетонный блок и надземный бетонный блок выполняются с антикоррозийной защитой конструкций в соответствии со СНиП 2.03.11-85.
Подземный блок выполнен гидроизолированным, пригодным для применения в районах с суровой зимой и промерзающей почвой, для чего его пол 1 и стены 2 выполнены, как правило, из тяжелого бетона марки не ниже В25 с водонепроницаемостью W10 по ГОСТ 12730.5-84, морозостойкостью F300 по ГОСТ 10060-2012 и имеют дополнительно гидроизолирующие слои: 1-й слой - праймер битумный, 2-й слой - мастика.
Подземный бетонный блок может быть выполнен с, по меньшей мере, одной перегородкой 17 при этом стены 2 подземного блока выполнены с прямоугольными кессонами 13 размером по наружному контуру 560×500 и размером по внутреннему контуру 500×440 или с круглыми отверстиями 18, выполненными в виде отрезков трубы. Кессоны 13 (неармированные участки стены) предназначены для их пробивания перед поставкой потребителю или на месте эксплуатации, и последующего герметичного ввода и вывода подземных кабелей.
Пол 3 надземного блока снабжен расположенными по углам монтажными пальцами 14 виде горизонтальных стаканов из трубы, предназначенными для подъема готового изделия объемного надземного блока.
Пол 3 надземного блока в частных случаях реализации может быть выполнен с участком 17, наклонным к месту расположения проема под трансформатором, с углом наклона 2°-5°. Такой уклон обеспечивает сбор трансформаторного масла, в случае аварийной ситуации, в емкость, которая может быть установлена в подземном блоке.
Монтажные закладные детали 9 выполнены в виде швеллеров, к внутренней стороне средней полки которых приварены отрезки прутка.
Крыша (верхняя плита) 5 надземного блока выполнена плоской без ската или с небольшим скатом 3° и снабжена по периметру ее краев стыковочными закладными деталями 7 с возможностью присоединения скатной фальш-крыши 15.
Крыша (верхняя плита) 5 надземного блока выполнена гидроизолированной, для чего имеет 2 или 3 гидроизолирующих слоя: 1-й слой - праймер битумный, 2-й слой - мастика, 3-й слой - мягкая кровля.
Подземный бетонный блок и/или надземный бетонный блок, могут быть выполнены с наружными стыковочными закладными деталями 7, выполненными из гнутого стального листа толщиной 3 мм, для обеспечения возможности присоединения вдоль продольных стен дополнительных подземных и надземных блоков для образования двухблочной или трехблочной подстанции и монтажа общей скатной крыши 15.
Крыша 5 надземного бетонного блока может быть выполнена с наружными стыковочными закладными деталями 7, выполненными из гнутого стального листа толщиной 3 мм, для обеспечения возможности присоединения к поверхности крыши 5 дополнительного надземного блока для образования двухэтажной подстанции и монтажа пристроенной к одному из надземных блоков снаружи лестницы 16.
Одновременно в любом случае реализации КТП целесообразно предусматриваются средства освещения и контроля, средства телеизмерения, тепловой изоляции, обогрева в виде электроконвертора мощностью 1 кВт для поддержания температуры в зимнее время +5°C, и приточно-вытяжной вентиляции (не изображены).
Торцы бетонных блоков корпуса КТП могут быть плоскими, с пазами или иметь горизонтальный канал для армирования или электропроводки.
Внутренние и внешние поверхности железобетонного корпуса КТП имеют штукатурное и защитно-декоративное покрытие, например, лакокрасочное, водоэмульсионное, порошковое и т.п.
Комплектная трансформаторная подстанция эксплуатируется следующим образом.
Подземный и наземный блоки, представляющие собой компоненты КТП, связанные условием обязательного совместного применения, собираются в производственных условиях и поставляются в виде, готовом для сооружения комплектной трансформаторной подстанции. Транспортирование готовых железобетонных блоков заводской готовности осуществляется всеми видами транспортных средств, в соответствии с правилами, действующими на данном виде транспорта. Кессоны 13, а также отверстия 18 могу быть заранее открыты или закрыты в соответствии с указаниями заказчика. Погрузка и выгрузка железобетонных блоков производит механизированным способом с помощью кранов, специальных захватов и механизмов. Блочная комплектная трансформаторная подстанция (КТП) наружной установки в железобетонном корпусе используется для возведения сооружения в холодной строительно-климатической зоне России, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха до минус 65°C.
Подземный блок устанавливается в подготовленный котлован на фундаментную плиту. Сверху на него устанавливается должным образом с использованием монтажных пальцев 14 надземный блок и производится сварка стыковочных закладных деталей 7 блоков. Котлован вокруг подземного блока заравнивается до уровня немного ниже уровня окружающей территории.
Стены подземного блока соединены с полом надземного блока, с помощью, заранее заложенных в арматурный каркас стыковочных закладных деталей 7 сварными швами по верхнему периметру с группами стыковочных закладных деталей 7 полов 1, 3 и крыши 5. Надземный блок всегда поставляется заказчику с крышей, на производстве корпуса соединяют только надземный блок и подземный блок.
Затем в каждом соответствующем отсеке наземного блока производится монтаж силового трансформатора, коммутационного и распределительного оборудования РУВН и РУНН, устройств измерения и учета, а также прокладка кабелей внутренних цепей, заземления и подсоединение их через штатные разъемы к внешним кабельным сетям. При этом соединяют сварными швами группы монтажных закладных деталей 9 с соответствующими ответными деталями оборудования на стенах 2, 4, на полу 3 и на перегородках 11.
Таким образом, подземный и надземный блоки неразъемно соединены между собой сборочными операциями, в основном, сваркой, с применением, при необходимости, иных местных сочленений стальных и железобетонных компонентов способами из группы: клепка, пайка, опрессовка, развальцовка, склеивание, сшивка. Тем самым обеспечивается конструктивное и функциональное единство общей конструкции КТП.
Жесткие неразъемные соединения блоков между собой и с оборудованием с помощью закладных деталей 7 и 9 позволяют обеспечить прочный конструктив единой конструкции КТП на прогиб и кручение, что обеспечивает сейсмоустойчивасть и функционирование на деформируемых под действием климатических факторов грунтах при сроке службы до 25 лет.
При этом в составе КТП может использоваться оборудование различного исполнения.
Трансформаторы могут быть из группы: масляные, или герметичные масляные трансформаторы, или герметичные трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком, или сухие трансформаторы с литой изоляцией обмоток.
Распределительное устройство высшего напряжения РУВН служит для приема электрического напряжения одного класса напряжения 6-10 кВ. высоковольтных предохранителей - используется для защиты электрического комплектующего оборудования, силового трансформатора.
Распределительное устройство низшего напряжения (РУНН) - устройство напряжением до 690 В в металлической оболочке, состоящее из одного или нескольких шкафов со встроенными в них аппаратами для коммутации, управления, измерения и защиты, служащее для распределения электроэнергии.
Поперечное (относительно трансформаторов) расположение закладных деталей 9 для шкафов РУВН и РУНН позволяет при установке последних добиваться равномерного распределения жесткостей конструкций и масс КТП, а также облегчает циркуляцию охлажденного или нагретого воздуха и вентиляцию, а также сократить продольные габариты КТП и обеспечить доступ контролерам для считывания соответствующей информации и проверку измерительных приборов.
Комплектно-блочная трансформаторная подстанция включается в общую систему электроснабжения, например, населенного пункта. Наличие в устройстве установленного электрооборудования позволяет сетевой компании при распределении электроэнергии использовать напряжение по высокой стороне, в частности 10-35 кВ. Далее происходит трансформация напряжения в 0,4 кВ (380 В), которое распределяется и передается, например, потребителям жилого или коммерческого сектора.
Стены надземного и подземного блоков выполнены по верхнему периметру с группами стыковочных закладных из гнутого стального листа для сварки полов и крыши и с группами монтажных закладных для монтажа оборудования на стенах и на перегородках.
КТП работает обычным образом, осуществляя распределение электрической энергии между различными цепями, а также ее измерение и учет.
Использование заявляемого технического решения позволяет получить результат, состоящий в расширении компоновочных возможностей по размещению оборудования подстанции, рациональном размещении и конструктивном исполнении закладных деталей для установки трансформатора и распределительных устройств с максимальным использованием предоставленного объема корпуса и обеспечением надежного доступа к указанному оборудованию, исключении расходования профилированного металлопроката с упрощении монтажа обрамлений технологических проемов, обеспечение специальной гидроизоляции и заземления в кабельном подземном блоке. Все это делает конструкцию КТП более технологичной при изготовлении ее корпуса и для монтажа оборудования в нем, а также более безопасной, ремонтопригодной и долговечной в эксплуатации. При этом обеспечивается возможность соответствующим контролерам, не имеющим высокой категории допуска, осуществлять считывание соответствующей информации и проверку измерительных приборов.