Проектирование подстанции 110/10 кВ: актуальные нормы и инновации

В условиях стремительной цифровизации и растущих требований к надёжности электроснабжения, проектирование трансформаторных подстанций 110/10 кВ становится задачей, требующей глубокого анализа и применения передовых инженерных решений. С учётом того, что Министерство энергетики Российской Федерации в январе 2024 года утвердило новые Методические указания по технологическому проектированию подстанций переменного тока, актуальность этого вопроса для студентов и аспирантов технических вузов, выполняющих выпускные квалификационные работы, сложно переоценить. Цель настоящего исследования – не просто обзор, а детальная деконструкция процесса проектирования понижающей трансформаторной подстанции 110/10 кВ, формирование структурированного плана для углублённого академического исследования и подготовки полноценной дипломной работы. Мы последовательно рассмотрим нормативно-техническую базу, принципы выбора оборудования, инженерные расчёты, аспекты безопасности и новейшие технологии, чтобы предоставить всестороннее и применимое на практике руководство.

Обзор нормативно-технической базы и методологий проектирования

В сфере проектирования электроустановок, особенно таких критически важных объектов, как трансформаторные подстанции 110/10 кВ, краеугольным камнем является строгое соблюдение нормативно-технической базы, которая не статична, поскольку она постоянно развивается, отражая новые технологии, изменившиеся требования к безопасности и эффективности; поэтому понимание актуальных документов и методологий — первостепенная задача для любого инженера-проектировщика.

Федеральные нормы и правила

Сердцем нормативной базы для электроустановок в России, безусловно, являются Правила устройства электроустановок (ПУЭ). В настоящее время проектирование базируется на седьмом издании ПУЭ (ПУЭ-7). Этот документ не просто свод правил, это своего рода конституция для электроэнергетики, охватывающая все аспекты – от общих принципов электроснабжения до требований к надёжности электрических сетей и условий реконструкции действующих электроустановок. ПУЭ-7 чётко определяет категории надёжности электроснабжения, устанавливает требования к заземлению, грозозащите, а также регламентирует основные подходы к выбору схем, компоновок и конструкций, акцентируя внимание на технико-экономических сравнениях, простоте, надёжности схем и внедрении новейшей техники с учётом эксплуатационного опыта и минимизации материальных затрат. Именно ПУЭ формирует каркас, на который накладываются все последующие детализированные стандарты и руководства, что позволяет обеспечить системный подход к проектированию и эксплуатации.

Государственные стандарты и строительные нормы

Помимо общих правил, существуют более специализированные документы, детализирующие требования к конкретным типам оборудования и условиям их монтажа.

ГОСТ 14695-80 (СТ СЭВ 1127-78) «Подстанции трансформаторные комплектные мощностью от 25 до 2500 кВ·А на напряжение до 10 кВ. Общие технические условия» — это действующий стандарт, который, несмотря на свою давность, продолжает регулировать общие технические условия для комплектных трансформаторных подстанций (КТП) в указанном диапазоне мощностей и напряжений. Хотя проектирование ПС 110/10 кВ выходит за рамки КТП по номинальной мощности и классу напряжения, этот ГОСТ может быть полезен в части общих принципов и требований к элементам, применимым и к более крупным объектам на стороне 10 кВ.

ГОСТ Р 59726-2021 является более свежим стандартом, устанавливающим классификацию, технические требования, правила приёмки и методы контроля для подстанций и распределительных пунктов, предназначенных для электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей с высшим напряжением от 6 до 35 кВ. Хотя наш фокус на ПС 110/10 кВ, принципы, заложенные в этом ГОСТе, особенно в части требований к надёжности и безопасности, могут быть экстраполированы и на другие типы подстанций в соответствующих классах напряжения, особенно в части 10 кВ.

Что касается строительных норм, то вместо устаревшего СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства» в настоящее время применяется СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства». Этот Свод Правил является актуализированной редакцией СНиП и регламентирует производство работ по монтажу и наладке электротехнических устройств, включая электрические подстанции и распределительные пункты. Его положения обеспечивают единство требований к качеству монтажных работ и соответствие современным строительным технологиям.

Отраслевые и ведомственные документы

Глубокое понимание проектирования невозможно без изучения отраслевых и ведомственных документов, которые учитывают специфику различных электросетевых комплексов и последние достижения в области технологий.

РД 34.20.185-94 «Инструкция по проектированию городских электрических сетей», несмотря на дату своего выпуска, остаётся действующим руководящим документом, регулирующим проектирование городских электрических сетей. Важно отметить, что к нему были выпущены изменения и дополнения, которые необходимо учитывать для соответствия современным реалиям. Этот документ задаёт принципы построения сетей, выбора трасс, размещения объектов и обеспечивает соблюдение государственных стандартов и строительных норм в условиях городской застройки.

Для проектирования электроустановок зданий применяется СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий». Он конкретизирует и развивает требования ПУЭ-7 применительно к зданиям, что может быть актуально при проектировании вспомогательных систем подстанции, расположенных внутри зданий, или при рассмотрении подключения к подстанции потребителей жилого и общественного сектора.

Особое внимание следует уделить Приказу Министерства энергетики Российской Федерации от 15 января 2024 г. № 6 «Об утверждении Методических указаний по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35 — 750 кВ». Этот документ является одним из самых актуальных и устанавливает современные требования к проектированию подстанций, прямо указывая на необходимость обоснования технических решений расчётами эффективности и минимизации расходов. Это подчёркивает сдвиг в сторону более глубокого технико-экономического анализа и оптимизации проектных решений, позволяя не только снизить затраты, но и повысить долгосрочную устойчивость энергообъектов.

Наконец, для подстанций, входящих в Единую энергетическую систему России, крайне важен СТО 56947007-29.240.10.028-2009 «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ», утверждённый ПАО «ФСК ЕЭС». Он детализирует основные требования к проектированию подстанций и переключательных пунктов, ориентируясь на стандарты системообразующей сети и обеспечивая высокую надёжность и управляемость объектов.

Таблица 1: Обзор ключевых нормативно-технических документов для проектирования ПС 110/10 кВ
Категория документа	Название документа	Основное назначение
Федеральные нормы	Правила устройства электроустановок (ПУЭ-7)	Основополагающий документ, регулирующий электроснабжение, электрические сети, требования к надёжности, общие принципы проектирования и реконструкции электроустановок.
Государственные стандарты	ГОСТ 14695-80	Общие технические условия для комплектных трансформаторных подстанций (КТП) мощностью 25–2500 кВ·А на напряжение до 10 кВ.
	ГОСТ Р 59726-2021	Классификация, технические требования, правила приёмки и методы контроля для подстанций и распределительных пунктов (6-35 кВ) для нетяговых железнодорожных потребителей.
Строительные нормы	СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства» (актуализация СНиП 3.05.06-85)	Регламентирует производство работ по монтажу и наладке электротехнических устройств, включая подстанции.
Отраслевые документы	РД 34.20.185-94 «Инструкция по проектированию городских электрических сетей» (с изменениями и дополнениями)	Регулирует проектирование городских электрических сетей, учитывает требования государственных стандартов и строительных норм.
	СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»	Детализирует требования ПУЭ-7 для проектирования и монтажа электроустановок зданий.
	Приказ Минэнерго РФ от 15.01.2024 № 6 «Об утверждении Методических указаний по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35 — 750 кВ»	Устанавливает актуальные требования к проектированию подстанций, требуя обоснования технических решений расчётами эффективности и минимизации расходов.
	СТО 56947007-29.240.10.028-2009 «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ» (ПАО «ФСК ЕЭС»)	Устанавливает основные требования по проектированию подстанций и переключательных пунктов переменного тока для объектов, входящих в ЕНЭС.

Таким образом, проектирование понижающей трансформаторной подстанции 110/10 кВ — это сложный, многогранный процесс, требующий не только инженерных знаний, но и глубокого понимания постоянно обновляющейся нормативно-технической базы. Игнорирование любого из этих документов может привести к серьёзным ошибкам, снижению надёжности и безопасности объекта, а также к несоответствию современным требованиям эффективности.

Выбор числа, мощности трансформаторов и схем электрических соединений распределительных устройств

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов, а также архитектуры электрических соединений распределительных устройств (РУ) — это не просто техническое решение, а стратегический компромисс между надёжностью, экономической эффективностью и операционной гибкостью. На этом этапе закладываются основы будущей работы всей подстанции и прилегающей к ней сети, определяя её долгосрочную устойчивость.

Категории надёжности электроснабжения потребителей

Прежде чем приступать к выбору оборудования, необходимо чётко определить, каких потребителей будет питать подстанция и какие требования к надёжности электроснабжения к ним предъявляются. ПУЭ-7 разделяет электроприёмники на три категории, каждая из которых имеет свои уникальные особенности:

Электроприёмники первой категории — это объекты, перерыв в электроснабжении которых несёт в себе угрозу жизни людей, безопасности государства, может привести к значительному материальному ущербу, расстройству сложных технологических процессов, нарушению функционирования важнейших элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Внутри этой категории выделяется особая группа электроприёмников, работа которых критически важна для безаварийного останова производства, предотвращения взрывов и пожаров. Для таких объектов электроснабжение должно быть обеспечено от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания. Любой перерыв допускается только на время автоматического включения резерва (АВР). Примерами могут служить больницы, системы управления атомными станциями, аэропорты, объекты МЧС.
Электроприёмники второй категории — это потребители, перерыв в электроснабжении которых ведёт к массовому недоотпуску продукции, значительным простоям рабочих, механизмов, промышленного транспорта, а также нарушению нормальной жизнедеятельности большого числа жителей. Электроснабжение этих потребителей также должно осуществляться от двух независимых источников питания, однако допускается перерыв в электроснабжении на срок до 10 часов. К ним относятся крупные промышленные предприятия, крупные жилые комплексы, объекты водоснабжения и канализации.
Электроприёмники третьей категории — это все остальные потребители, не подпадающие под определения первой и второй категорий. Для них допускаются перерывы в электроснабжении продолжительностью до 24 часов. Это могут быть небольшие жилые дома, торговые точки, склады.

Понимание этой классификации критически важно, так как она напрямую влияет на конфигурацию подстанции и определяет необходимость резервирования. Ведь без адекватной категории надёжности весь проект может оказаться нежизнеспособным.

Обоснование выбора числа и мощности силовых трансформаторов

Выбор числа и мощности трансформаторов — это, по сути, сердцевина проектного решения, требующая тщательного технико-экономического обоснования.

Критерии выбора:

Надёжность электроснабжения: Если среди потребителей присутствуют объекты I категории или значительное количество объектов II категории, установка двух трансформаторов становится практически безальтернативным решением. Это позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение за счёт взаимного резервирования.
Требуемая трансформаторная мощность: Суммарная мощность трансформаторов должна быть достаточной для питания всех потребителей при их номинальной нагрузке. При этом учитываются не только текущие потребности, но и перспективы роста нагрузки.
Технико-экономическое сравнение: Оптимальный проект достигается путём сравнения капитальных вложений (стоимость трансформаторов, РУ, фундаментов, кабелей) и годовых эксплуатационных расходов (потери энергии, амортизация, ремонт, обслуживание). Подход направлен на минимизацию суммарных приведённых затрат.

Двухтрансформаторные подстанции целесообразны в следующих случаях:

Наличие потребителей I категории или значительного числа потребителей II категории, где перерыв в электроснабжении недопустим или крайне нежелателен.
Неравномерный суточный и годовой график нагрузки. В периоды снижения нагрузки (например, ночью или в выходные) один из трансформаторов может быть отключён, что снижает потери холостого хода и повышает эффективность эксплуатации. Подстанции 110 кВ обычно проектируются с трансформаторами единичной мощностью от 6,3 до 40 МВ·А, что даёт широкий диапазон для выбора оптимального решения.

Однотрансформаторные подстанции могут быть экономически оправданы, если:

Все потребители относятся ко II и III категориям и при этом обеспечивается резервирование по сети низкого напряжения (например, от соседних подстанций).
Существует возможность быстрой замены повреждённого трансформатора, что может быть реализовано за счёт наличия резервного трансформатора на складе или в централизованном резерве.

Размещение подстанций играет ключевую роль в оптимизации сети. Рекомендуется располагать их максимально близко к центрам электрических нагрузок (ЦЭН). Это позволяет не только минимизировать потери электроэнергии и снизить падение напряжения в сетях 10 кВ, но и существенно сократить капитальные затраты на строительство распределительной сети.

Выбор главной схемы электрических соединений РУ

Главная схема электрических соединений распределительных устройств (РУ) определяет всю архитектуру электрической части подстанции. Это решение влияет на полный состав оборудования, его взаимосвязи, а также на надёжность, управляемость и ремонтопригодность.

Принципы выбора схемы:

Надёжность функционирования: Схема должна обеспечивать бесперебойное электроснабжение потребителей и устойчивость работы прилегающей сети в аварийных и послеаварийных режимах.
Удобство эксплуатации: Схема должна быть понятной, обеспечивать удобство проведения оперативных переключений, технического обслуживания и ремонта.
Техническая гибкость: Схема должна позволять вносить изменения и развиваться в будущем, адаптируясь к изменяющимся режимам работы сети и росту нагрузок.
Компактность и экономичность: Решение должно быть оптимальным с точки зрения занимаемой площади, а также капитальных и эксплуатационных затрат, что особенно актуально для городских условий.

Подстанции классифицируются по их положению в системе и схеме питания на стороне высокого напряжения (ВН):

Узловые (комбинированные): Подстанции, к которым присоединяются несколько линий разных направлений.
Проходные (транзитные): Подстанции, через которые осуществляется транзит мощности.
На присоединении (ответвительные): Подстанции, подключенные к магистральной линии через ответвление.
Концевые (тупиковые): Подстанции, расположенные в конце линий электропередачи.

ГОСТ Р 59279-2020 является важным ориентиром, так как он устанавливает типовые принципиальные электрические схемы распределительных устройств от 35 до 750 кВ и даёт рекомендации по их применению. Это позволяет использовать проверенные и стандартизированные решения, сокращая время проектирования и повышая надёжность. Что, как следствие, позволяет минимизировать риски и ускорить реализацию проект��в.

Особенности схем низковольтных распределительных устройств (6-10 кВ)

На стороне низкого напряжения (НН) понижающей подстанции, обычно 6 или 10 кВ, главная схема РУ имеет свои особенности. Чаще всего здесь применяются схемы с двумя секциями шин, каждая из которых питается от своего трансформатора. Ключевым элементом в таких схемах является секционный выключатель.

В нормальном режиме работы секционный выключатель на низковольтных РУ (6-10 кВ) обычно оставляют отключённым. Это делается по нескольким причинам:

Ограничение токов короткого замыкания (КЗ): При возникновении КЗ в одной из секций, ток КЗ будет ограничен только одним трансформатором, что снижает механические и термические воздействия на оборудование и облегчает выбор коммутационных аппаратов. Если бы секционный выключатель был включён, токи КЗ от двух трансформаторов суммировались бы.
Обеспечение независимой работы секций: Отключённый секционный выключатель позволяет секциям работать независимо друг от друга. При повреждении одной из секций, секционный выключатель предотвращает распространение аварии на вторую секцию, изолируя повреждённый участок и позволяя второй секции продолжать работу, обеспечивая электроснабжение части потребителей.

Однако в аварийных режимах, например, при выходе из строя одного из трансформаторов, секционный выключатель может быть включён автоматически (с помощью АВР) или оперативным персоналом для перевода нагрузки на оставшийся в работе трансформатор, тем самым восстанавливая электроснабжение.

Таким образом, продуманный выбор числа и мощности трансформаторов в сочетании с оптимальной схемой РУ, учитывающей как требования к надёжности, так и экономическую целесообразность, является залогом успешного проектирования современной трансформаторной подстанции.

Инженерные расчёты и специализированное программное обеспечение для проектирования подстанций

Проектирование трансформаторной подстанции 110/10 кВ — это не только выбор оборудования и схем, но и обширный комплекс инженерных расчётов, которые обеспечивают безопасность, надёжность и эффективность будущей электроустановки. Современные программные комплексы становятся незаменимыми инструментами, автоматизирующими эти сложные вычисления и повышающими точность проектных решений.

Расчёт установившихся режимов электрических сетей

Основа стабильной работы любой электроэнергетической системы — это корректный расчёт установившихся режимов. Этот тип расчётов позволяет определить ключевые параметры работы сети в нормальных условиях, когда система находится в стационарном состоянии.

Цели расчёта установившихся режимов:

Определение напряжений в узлах системы: Знание значений напряжений на шинах подстанции и у потребителей критически важно для обеспечения качества электроэнергии. Отклонения напряжения от номинального значения могут привести к некорректной работе оборудования или его повреждению.
Определение потокораспределения мощности: Расчёт позволяет увидеть, как мощность распределяется по линиям электропередачи и трансформаторам, выявить загруженность отдельных элементов сети и оценить необходимость их усиления.
Определение потерь мощности и энергии: Потери являются неизбежной частью работы электрической сети. Расчёт позволяет оценить их величину, выявить участки с повышенными потерями и разработать меры по их снижению, что напрямую влияет на экономическую эффективность эксплуатации.

Установившимся режимом принято называть такой режим, при котором средние значения всех параметров за рассматриваемый период остаются неизменными или изменяются незначительно. Этот расчёт является отправной точкой для дальнейшего анализа, включая выбор сечений проводов и кабелей, а также настройку регулирующих устройств.

Расчёт токов короткого замыкания (КЗ)

Если расчёт установившихся режимов описывает нормальное «дыхание» системы, то расчёт токов короткого замыкания (КЗ) изучает её поведение в экстремальных, аварийных ситуациях. Короткое замыкание — это наиболее опасное нарушение нормального режима работы, которое может привести к разрушению оборудования, длительным перерывам в электроснабжении и даже человеческим жертвам. А разве не важнее предотвратить эти последствия, чем устранять их?

Принципиальная важность расчёта КЗ:

Снижение ущерба: Точные расчёты позволяют правильно выбрать коммутационные аппараты (выключатели, предохранители), способные отключить токи КЗ до того, как они нанесут необратимые повреждения оборудованию.
Быстрое восстановление нормального режима: На основе расчётов КЗ проектируются системы релейной защиты, которые должны оперативно выявлять и отключать повреждённые участки, минимизируя область распространения аварии.
Выбор оборудования: Результаты расчётов токов КЗ являются основанием для выбора всего электрооборудования – от трансформаторов и выключателей до токопроводов и шин – по их термической и динамической устойчивости.

Методы расчёта КЗ:

В Российской Федерации методы расчёта симметричных и несимметричных коротких замыканий регламентируются ГОСТ Р 52735-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ» и РД 153-34.0-20.527-98 «Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания и выбору электрооборудования». Эти документы устанавливают единые подходы к расчётам в начальный и произвольный моменты времени.

Важный аспект: При расчётах необходимо определять не только максимальные, но и минимальные значения токов КЗ. Максимальные токи нужны для выбора оборудования по устойчивости и отключающей способности, а минимальные – для корректного выбора параметров срабатывания релейной защиты, чтобы она гарантированно срабатывала даже при удалённых повреждениях.

Применение современных программных комплексов для расчётов

Ручные расчёты установившихся режимов и токов КЗ для сложных электрических сетей являются трудоёмкими и подверженными ошибкам. Современные программные комплексы позволяют автоматизировать эти задачи, значительно повышая точность и скорость проектирования.

EnergyCS ТКЗ (ранее TKZ-3000): Этот программный комплекс является одним из наиболее востребованных инструментов для расчёта токов короткого замыкания. Он предназначен для электроэнергетических систем любой сложности – от разомкнутых распределительных сетей до сложнозамкнутых системообразующих. Его функционал позволяет моделировать различные виды КЗ, оценивать токи в начальный и произвольный моменты времени, что критически важно для настройки релейной защиты и выбора коммутационного оборудования.
RastrWin (и его версии RastrWin3, RastrKZ): Этот комплекс широко используется для расчётов установившихся режимов. Он позволяет анализировать потокораспределение мощности, напряжения в узлах, потери энергии, а также моделировать различные сценарии работы сети, включая изменение нагрузок, вывод оборудования в ремонт и аварийные ситуации. В связке с TKZ-3000 он предоставляет полный инструментарий для комплексного анализа электроэнергетической системы.

Системы автоматизированного проектирования (САПР)

Помимо расчётных комплексов, для автоматизации рутинных задач проектирования и оформления проектной документации используются системы автоматизированного проектирования (САПР).

AutoCAD Electrical: Эта специализированная версия AutoCAD предназначена для разработки электрических систем управления, электроснабжения и релейной защиты. Она содержит обширные библиотеки графических образов стандартных электротехнических элементов, что значительно ускоряет процесс создания принципиальных и монтажных схем. AutoCAD Electrical поддерживает стандарты ГОСТ, что обеспечивает корректное оформление проектной документации.
КОМПАС-Электрик (КОМПАС: Электроснабжение): Этот программный продукт отечественной разработки позволяет автоматизировать выполнение проектной и рабочей документации для силового оборудования, внутреннего электрического освещения и систем электроснабжения. Его возможности включают расчёт электрических нагрузок, автоматическое формирование однолинейных схем, кабельных журналов и другой необходимой документации. Применение КОМПАС-Электрик способствует унификации и ускорению процессов проектирования, особенно в условиях импортозамещения.

Использование такого мощного инструментария позволяет инженерам-проектировщикам создавать более точные, надёжные и экономически эффективные проекты трансформаторных подстанций 110/10 кВ, соответствуя самым высоким требованиям современной электроэнергетики.

Принципы и обязательные типы релейной защиты трансформатора 110/10 кВ

Релейная защита (РЗ) — это не просто набор устройств, а интеллектуальная система, призванная оберегать электрическую сеть от разрушительных последствий повреждений и анормальных режимов работы. Для трансформатора 110/10 кВ, как одного из наиболее дорогостоящих и важных элементов подстанции, проектирование РЗ является критически ответственной задачей, требующей глубокого понимания принципов работы и строгого соответствия нормативным требованиям.

Нормативно-техническая база РЗА

При проектировании комплексов релейной защиты и автоматики (РЗА) необходимо руководствоваться строгими правилами, которые формируют единый подход к обеспечению надёжности и безопасности энергосистемы. Ключевые документы в этой области включают:

Правила устройства электроустановок (ПУЭ): Разделы, посвящённые релейной защите, устанавливают общие принципы, требования к чувствительности, быстродействию и надёжности защит, а также классификацию повреждений и ненормальных режимов.
СТО 56947007-29.240.10.028-2009 «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС)»: Этот стандарт, утверждённый ПАО «ФСК ЕЭС», является детализированным руководством для проектирования РЗА на подстанциях высоких и сверхвысоких напряжений. Он регламентирует выбор типов защит, их функционал, принципы резервирования и требования к надёжности.
«Общие требования к системам противоаварийной и режимной автоматики, релейной защиты и автоматики, телеметрической информации, технологической связи в ЕЭС России»: Данный документ определяет согласованные требования к функционированию всех элементов автоматики и связи в масштабе Единой энергетической системы, обеспечивая их совместимость и эффективное взаимодействие.

Основные типы релейной защиты трансформаторов 110/10 кВ

Для обеспечения комплексной защиты понижающих трансформаторов 110/10 кВ от внутренних повреждений и внешних анормальных режимов применяются несколько обязательных типов релейной защиты, каждый из которых выполняет свою специфическую функцию.

Продольная дифференциальная защита (ДЗТ):
- Назначение: Является основной защитой от всех видов коротких замыканий (междуфазных, однофазных на землю) в обмотках трансформатора и на его наружных выводах, а также в токопроводах, соединяющих трансформатор с выключателями.
- Принцип действия: Основана на сравнении токов, протекающих в начале и в конце защищаемого участка трансформатора. В нормальном режиме и при внешних КЗ эти токи равны, и их разность (дифференциальный ток) близка к нулю. При внутреннем КЗ дифференциальный ток резко возрастает, приводя к срабатыванию защиты.
- Применение: Согласно устоявшейся инженерной практике и рекомендациям, ДЗТ является обязательной для трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 МВ·А и выше. Действует на отключение трансформатора.
Газовая защита:
- Назначение: Применяется для масляных трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 МВ·А и выше. Она реагирует на повреждения внутри бака трансформатора, сопровождающиеся выделением газа из трансформаторного масла, а также на критическое понижение уровня масла.
- Принцип действия: Газовое реле, установленное в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем, реагирует на скопление газов (при медленно развивающихся повреждениях) или на интенсивный поток масла (при быстро развивающихся повреждениях, таких как дуговые разряды). Также реле срабатывает при значительном понижении уровня масла.
- Действие: Имеет две ступени: первая (на сигнал) срабатывает при незначительном газовыделении, предупреждая о возможном повреждении; вторая (на отключение) срабатывает при интенсивном газовыделении или критическом понижении уровня масла.
Токовая отсечка без выдержки времени:
- Назначение: Защищает от коротких замыканий на наружных выводах ВН трансформатора со стороны питания и в части обмотки ВН.
- Применение: Обычно устанавливается для трансформаторов, не оборудованных продольной дифференциальной защитой (например, меньшей мощности, где ДЗТ не требуется).
- Действие: Срабатывает мгновенно (без выдержки времени) при превышении током уставки, которая выбирается выше максимального тока КЗ за пределами зоны действия отсечки. Действует на отключение.
Максимальная токовая защита (МТЗ):
- Назначение: Основная защита от сверхтоков, вызванных внешними междуфазными короткими замыканиями на сторонах НН или СН трансформатора, а также от перегрузок (если не предусмотрена специализированная защита от перегрузок).
- Применение: Обязательна для всех трансформаторов, независимо от их мощности и наличия других типов релейной защиты.
- Действие: Срабатывает с выдержкой времени при превышении током уставки. МТЗ трансформатора также выполняет функцию резервирования, срабатывая в случае отказа защит отходящих присоединений.
Специальная токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП):
- Назначение: Защита от однофазных замыканий на землю.
- Применение: Устанавливается в нулевом проводе трансформаторов со схемой соединения обмоток Υ/Υ (звезда-звезда) или Δ/Υ (треугольник-звезда), особенно если нейтраль стороны 10 кВ глухозаземлена или заземлена через резистор. Также необходима для защиты от однофазных замыканий на землю в сетях низкого напряжения (например, 0,4 кВ), если трансформатор 110/10 кВ питает такие сети через дополнительные понижающие трансформаторы, и нейтраль 10 кВ также заземлена.
- Действие: Реагирует на появление тока нулевой последовательности, который возникает при однофазных замыканиях на землю. Действует на отключение.
Защита от перегрузок:
- Назначение: Предотвращение повреждений трансформатора от длительных токовых перегрузок.
- Применение: Применяется для трансформаторов мощностью от 400 кВ·А и выше, особенно если возможна перегрузка после отключения параллельно работающего трансформатора или после срабатывания местного или сетевого АВР.
- Действие: Может действовать на сигнал (предупреждая оперативный персонал о перегрузке) или на автоматическую разгрузку (например, путём отключения менее важных потребителей или включения резервного оборудования).

Таблица 2: Обязательные типы релейной защиты трансформатора 110/10 кВ
Тип защиты	Назначение	Принцип действия	Условия применения (мощность)	Действие
Продольная дифференциальная защита (ДЗТ)	КЗ в обмотках и на наружных выводах трансформатора, токопроводах в зоне защиты	Сравнение токов в начале и конце защищаемого участка. При внутреннем КЗ возникает дифференциальный ток.	≥ 6,3 МВ·А	Отключение трансформатора
Газовая защита	Повреждения внутри бака масляного трансформатора, понижение уровня масла	Реагирует на скопление газов или интенсивный поток масла при повреждениях, а также на критическое снижение уровня масла.	≥ 6,3 МВ·А	На сигнал и на отключение (две ступени)
Токовая отсечка без выдержки времени	КЗ на наружных выводах ВН и в части обмотки ВН трансформатора	Мгновенное срабатывание при превышении током уставки.	Трансформаторы без ДЗТ	Отключение трансформатора
Максимальная токовая защита (МТЗ)	Сверхтоки от внешних междуфазных КЗ на сторонах НН/СН, резервирование	Срабатывание с выдержкой времени при превышении током уставки.	Все трансформаторы	Отключение трансформатора
Токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП)	Однофазные замыкания на землю в сетях 10 кВ с глухозаземлённой нейтралью	Реагирует на ток нулевой последовательности.	Трансформаторы Υ/Υ, Δ/Υ с глухозаземлённой нейтралью 10 кВ	Отключение трансформатора
Защита от перегрузок	Длительные токовые перегрузки	Срабатывание при превышении током уставки длительное время.	≥ 400 кВ·А (при возможности перегрузки)	На сигнал ��ли автоматическую разгрузку

Комплексное применение этих защит, их правильная настройка и координация позволяют обеспечить максимальную безопасность и надёжность работы силового трансформатора 110/10 кВ, минимизируя риски аварий и обеспечивая быстрое восстановление электроснабжения в случае возникновения нештатных ситуаций.

Требования безопасности жизнедеятельности при проектировании и эксплуатации подстанций

Проектирование и эксплуатация трансформаторных подстанций 110/10 кВ сопряжены с высоким риском и требуют тщательного соблюдения требований безопасности жизнедеятельности. Эти меры направлены на защиту персонала, населения, окружающей среды и самого оборудования от возможных опасностей, таких как поражение электрическим током, пожары, грозовые перенапряжения и механические повреждения.

Электробезопасность и заземление

Электрический ток высокой напряжённости на подстанциях представляет смертельную опасность, поэтому меры электробезопасности и эффективное заземление являются основополагающими.

Глава 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) «Заземление и защитные меры электробезопасности» является ключевым документом в этой области. Она устанавливает, что к общему заземляющему устройству подстанции должны быть надёжно присоединены все металлические части, которые могут оказаться под напряжением:

Нейтраль трансформатора на стороне напряжением до 1 кВ (глухозаземлённая или заземлённая через резистор).
Корпуса всех трансформаторов, коммутационных аппаратов, электродвигателей, измерительных трансформаторов.
Металлические оболочки и броня кабелей.
Открытые проводящие части электроустановок (ограждения, каркасы распределительных устройств).
Сторонние проводящие части, находящиеся в зоне подстанции (металлические конструкции зданий, трубопроводы, рельсы).

Для подстанций напряжением 110 кВ и выше, работающих с эффективно заземлённой нейтралью, предъявляются особо строгие требования к сопротивлению заземляющего устройства. Оно не должно превышать 0,5 Ом в любое время года. Для достижения такого низкого сопротивления вокруг площади, занимаемой подстанцией, на глубине не менее 0,5 м и на расстоянии не более 1 м от края фундамента здания или оборудования обязательно прокладывается замкнутый горизонтальный заземлитель (контур), который затем присоединяется к основному заземляющему устройству. Такая многоконтурная система заземления обеспечивает равномерное распределение потенциала по территории подстанции и минимизирует шаговое напряжение и напряжение прикосновения.

Грозозащита

Молния — мощнейшее природное явление, способное нанести катастрофический ущерб электрооборудованию. Поэтому адекватная грозозащита является неотъемлемой частью проектирования подстанций 110/10 кВ.

Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью:

Стержневых молниеотводов: Высокие металлические стержни, устанавливаемые на опорах или непосредственно на оборудовании, перехватывающие молнию и отводящие ток в землю.
Тросовых молниеотводов: Натянутые над защищаемой территорией металлические тросы, выполняющие ту же функцию, что и стержневые молниеотводы, но обеспечивающие защиту большей площади.

Защита от набегающих волн перенапряжений (вызванных ударами молнии в отдалённые участки линий электропередачи) с отходящих линий обеспечивается защитными аппаратами, как правило, ограничителями перенапряжений нелинейными (ОПН). Они устанавливаются на подходах линий к подстанции и непосредственно в распределительных устройствах. Принцип их действия основан на резком снижении сопротивления при превышении определённого уровня напряжения, что шунтирует перенапряжение и отводит его в землю.

Все эти меры должны соответствовать ПУЭ 7-го издания, раздел 4.2 «Защита от перенапряжений», а также СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций». ГОСТ Р 59279-2020 также содержит критерии безопасности, касающиеся электрооборудования, токоведущих частей и ограждений. На стороне 6-10 кВ трансформаторного оборудования также устанавливаются ОПН для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Пожарная безопасность

Трансформаторные подстанции, особенно с масляными силовыми трансформаторами, являются потенциально пожароопасными объектами. Разложение масла под воздействием электрической дуги или перегрева может привести к возгоранию.

Основные причины возгораний:

Перегрев трансформаторов (часто из-за перегрузки или неисправности системы охлаждения).
Короткие замыкания (внутри трансформатора, в коммутационных аппаратах, кабелях).
Недостаточная вентиляция.
Неисправность оборудования или неправильная эксплуатация.

Комплекс мер пожарной безопасности:

Огнестойкие преграды: Помещения трансформаторных подстанций должны отделяться от других помещений противопожарными стенами и перекрытиями.
Огнестойкие материалы: Прокладка кабелей и проводов в огнестойких каналах, использование негорючей изоляции, выполнение кровель и перекрытий из несгораемых материалов.
Территория подстанции: Удаление сухой растительности, горючих материалов по периметру подстанции. Обработка деревянных элементов антипиренами.
Системы пожаротушения: Для масляных силовых трансформаторов часто применяются автоматические установки водяного пожаротушения распылённой водой, иногда с начальной фазой подачи низкократной плёнкообразующей пены. Эти системы должны приводиться в действие при отсутствии напряжения на трансформаторе для обеспечения безопасности.
Пожарные системы: Охранные пожарные системы должны регулярно проверяться. Требуется обеспечение свободного доступа аварийного транспорта к подстанции и указание мест заземления для пожарной техники.

Охрана труда

Работа на трансформаторных подстанциях 110/10 кВ относится к категории работ с повышенной опасностью. Поэтому к охране труда предъявляются чрезвычайно строгие требования.

Подготовка персонала:

Электромонтёр должен пройти обязательное обучение безопасным методам труда.
Вводный и первичный инструктажи на рабочем месте.
Проверка знаний по Правилам техники безопасности (ПТБ), Правилам технической эксплуатации (ПТЭ), правилам пожарной безопасности.
Дублирование под руководством опытного наставника.
Регулярные повторные инструктажи, специальная подготовка.
Противоаварийные и противопожарные тренировки.
Периодическая проверка знаний и медицинские осмотры.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ):

Специальная одежда и обувь, соответствующие условиям работы.
Защитная каска, противогаз (при определённых работах), маска или очки.
Предохранительный монтерский пояс для работы на высоте.

Инструменты и оборудование:

Инструменты должны быть исправны, с изолирующими рукоятками, прошедшими периодические электрические испытания.
На мачтовых и комплектных ТП приводы разъединителей, выключателей нагрузки, шкафы и щиты должны быть заперты, а стационарные лестницы сблокированы с разъединителями и заперты.

Безопасные расстояния:

Работы на оборудовании без отключения питающей линии выше 1000 В допускаются только при строгом соблюдении безопасных расстояний до токоведущих частей. Для электроустановок напряжением 110 кВ минимальное допустимое расстояние от работников и применяемых ими инструментов до токоведущих частей составляет 1,0 м, а от механизмов и грузоподъёмных машин – 1,5 м. При работах внутри силовых трансформаторов напряжением 110 кВ и выше, вводы должны быть заземлены для предотвращения электростатического заряда.

Комплексный подход к обеспечению безопасности жизнедеятельности на всех этапах — от проектирования до эксплуатации — является залогом успешной и безаварийной работы трансформаторной подстанции 110/10 кВ.

Технико-экономическое обоснование проектных решений

В современном мире, где экономическая эффективность стоит наравне с технической надёжностью, любое крупномасштабное инженерное решение, включая проектирование трансформаторной подстанции 110/10 кВ, требует тщательного технико-экономического обоснования (ТЭО). Это не просто формальность, а критически важный этап, позволяющий выбрать наиболее оптимальный вариант из множества возможных, минимизируя затраты и максимизируя полезность.

Значение и этапы ТЭО

ТЭО является ключевым этапом, предшествующим разработке полноценной проектной документации. Оно необходимо не только для нового строительства, но и для реконструкции или технического перевооружения действующих подстанций. Основная цель ТЭО – это обоснование принятых технических решений расчётами, подтверждающими их экономическую эффективность и минимизацию всех видов расходов (капитальных и эксплуатационных) на протяжении всего жизненного цикла объекта.

На этом этапе происходит всесторонний анализ различных альтернатив:

Варианты развития электросетей (например, строительство новой подстанции или реконструкция существующей).
Различные типы и мощности трансформаторного оборудования.
Альтернативные коммутационные аппараты и схемы распределительных устройств.

Каждый вариант оценивается с позиций капитальных затрат, эксплуатационных издержек, надёжности, безопасности и экологических требований.

Методические основы технико-экономических расчётов в электроэнергетике

Для сопоставления различных вариантов проектных решений в электроэнергетике на практике широко применяется однокритериальный подход, основанный на использовании показателя приведённых затрат (ПЗ). Этот метод позволяет свести разнородные экономические показатели (капитальные вложения и текущие расходы) к единому, сопоставимому виду. Предпочтение отдаётся варианту с наименьшими приведёнными затратами, поскольку он обеспечивает максимальную экономическую эффективность при заданном уровне надёжности.

Формула приведённых затрат имеет вид:

ПЗ = C + Е_н ⋅ K

Где:

ПЗ — приведённые затраты, выражаемые обычно в тысячах рублей в год (тыс. руб./год). Этот показатель позволяет сравнивать варианты, имеющие разные начальные капитальные вложения и последующие эксплуатационные расходы.
C — годовые эксплуатационные издержки (тыс. руб./год). Они включают в себя:
- Затраты на амортизацию оборудования.
- Расходы на текущий и капитальный ремонт.
- Затраты на техническое обслуживание.
- Расходы на оплату труда обслуживающего персонала.
- Затраты на компенсацию потерь мощности и электроэнергии в трансформаторах и линиях.
- Прочие накладные расходы.
- Вероятный ущерб от перерывов электроснабжения (в случае отказа оборудования, который рассчитывается на основе надёжности электроснабжения потребителей).
Е_н — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (1/год). Этот коэффициент отражает минимально допустимую эффективность инвестиций в энергетику и в России обычно принимается в диапазоне от 0,12 до 0,15. Он обратно пропорционален нормативному сроку окупаемости, который для энергетических объектов составляет 6-7 лет.
K — капитальные вложения на сооружение электроустановки (тыс. руб.). Включают затраты на:
- Проектно-изыскательские работы.
- Стоимость земельного участка.
- Приобретение основного оборудования (трансформаторы, выключатели, разъединители, измерительные трансформаторы и т.д.).
- Строительно-монтажные работы (фундаменты, здания, порталы, прокладка кабелей).
- Пусконаладочные работы.

Экономическая эффективность проектных решений достигается за счёт оптимального распределения инвестиций, рационального использования ресурсов (включая земельные участки) и, как следствие, снижения эксплуатационных затрат на протяжении всего срока службы подстанции.

Оптимизация режимов работы силовых трансформаторов на двухтрансформаторных подстанциях

Особое внимание при ТЭО следует уделить оптимизации режимов работы двухтрансформаторных подстанций. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов не только влияет на рациональность схем электроснабжения, но и напрямую определяет потери энергии.

На двухтрансформаторных подстанциях возникает вопрос: выгоднее ли работать с двумя включёнными трансформаторами или с одним, когда нагрузка снижается? С одной стороны, включение двух трансформаторов обеспечивает высокую надёжность и меньшие потери в обмотках при высоких нагрузках. С другой стороны, при работе двух трансформаторов возрастают потери холостого хода (P_хх), которые не зависят от нагрузки.

Методика определения граничной мощности (S_гр):

Для минимизации потерь мощности и энергии при переменной нагрузке целесообразно переключаться с двух трансформаторов на один, когда нагрузка падает ниже определённого уровня. Граничная мощность (S_гр) — это точка, при которой суммарные потери мощности в одном трансформаторе и в двух одновременно включённых трансформаторах оказываются равными.

Для двух однотипных трансформаторов граничная мощность может быть определена по следующей формуле:

S_гр = S_ном ⋅ √(P_хх / P_к)

Где:

S_гр — граничная мощность (МВ·А), при которой суммарные потери мощности в одном трансформаторе равны потерям в двух трансформаторах.
S_ном — номинальная мощность одного трансформатора (МВ·А).
P_хх — потери холостого хода одного трансформатора (кВт), которые можно найти в паспортных данных трансформатора.
P_к — потери короткого замыкания одного трансформатора (кВт), также указываемые в паспортных данных.

Правило эксплуатации:

При нагрузках меньше S_гр целесообразна работа при включении одного трансформатора. Это позволяет сократить потери холостого хода и повысить общую эффективность.
При нагрузках больше S_гр целесообразно включать два трансформатора для минимизации потерь мощности и энергии, а также для обеспечения необходимой надёжности.

Таким образом, технико-экономическое обоснование является не просто расчётом, а комплексным анализом, позволяющим принять наиболее взвешенные и оптимальные решения, обеспечивающие долгосрочную эффективность и надёжность трансформаторной подстанции 110/10 кВ.

Современные технологии и инновационные решения для подстанций 110/10 кВ

Энергетический ландшафт XXI века претерпевает радикальные изменения, и проектирование трансформаторных подстанций 110/10 кВ не остаётся в стороне от этих трансформаций. Внедрение инновационных технологий становится не просто желательным, а необходимым условием для повышения эффективности, надёжности, управляемости и безопасности электросетевой инфраструктуры. Ключевыми направлениями здесь являются концепции цифровых подстанций, развитие автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и интеграция в интеллектуальные электрические сети (Smart Grid).

Концепция цифровой подстанции

«Цифровая подстанция» — это не просто модернизированный объект, а принципиально новый подход к организации работы электрической подстанции. Её внедрение является приоритетным направлением развития в ПАО «Россети», что закреплено в стратегической концепции «Цифровая трансформация 2030», принятой в 2017 году по поручению Президента России.

Суть цифровой подстанции: Интеграция цифровых технологий, высокоскоростных коммуникационных сетей и интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) для комплексной автоматизации управления, мониторинга и защиты оборудования. Это позволяет уйти от традиционной аналоговой передачи сигналов, заменив её цифровыми потоками данных, что значительно повышает точность и скорость реагирования.

Основные преимущества:

Повышение надёжности и безопасности: ИЭУ с функцией самодиагностики, оперативная обработка данных и автоматическое реагирование на аварии минимизируют человеческий фактор.
Эффективность: Оптимизация режимов работы, снижение потерь, более точное планирование обслуживания.
Управляемость: Централизованное управление, удалённый мониторинг и возможность оперативных переключений.
Снижение капитальных и эксплуатационных затрат: За счёт уменьшения объёмов кабельных связей, упрощения монтажа и более эффективного использования ресурсов.

Основные компоненты:

Интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ): Выполняют функции релейной защиты, управления коммутационными аппаратами, измерения параметров сети и мониторинга состояния оборудования.
Коммуникационные сети: Высокоскоростные оптоволоконные сети с использованием стандартизированных протоколов, таких как IEC 61850, DNP3, Modbus, о��еспечивающие обмен данными между ИЭУ и системами управления.
Системы управления и мониторинга: Программное обеспечение для визуализации текущего состояния подстанции, анализа данных, регистрации событий и принятия оперативных решений.

При проектировании цифровых подстанций АСУ ТП, как правило, является основной системой, без которой функционирование подстанции не предусматривается, и проектируется без дублирования традиционными средствами контроля, что свидетельствует о высокой степени доверия к цифровым технологиям.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)

АСУ ТП на подстанциях 110/10 кВ — это комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию всех технологических процессов и телекоммуникаций.

Функционал АСУ ТП:

Наблюдение и контроль: Сбор и отображение информации о положении коммутационных аппаратов, состоянии оборудования, срабатываниях защит, авариях и неисправностях.
Сигнализация: Формирование предупреждающих и аварийных сигналов.
Управление: Возможность удалённого управления коммутационными аппаратами и регулирующими устройствами.
Измерения: Сбор и обработка телеизмерений (токи, напряжения, мощности, частота, температура).

Цели внедрения АСУ ТП:

Повышение быстроты и адекватности действий оперативного персонала: За счёт предоставления полной и своевременной информации в удобном виде.
Существенное сокращение времени простоев и уменьшение количества отказов оборудования: Благодаря оперативной диагностике и предотвращению развития аварийных ситуаций.
Возможность удалённого управления: АСУ ТП может быть реализована с учётом последующего перехода на удалённое управление объектом из центральных диспетчерских пунктов, что оптимизирует операционные расходы.

Smart Grid (интеллектуальные электрические сети)

Концепция Smart Grid выходит за рамки отдельной подстанции, представляя собой глобальное видение будущей электроэнергетики. Это объединение на технологическом уровне электрических сетей, потребителей и производителей электроэнергии в единую автоматизированную систему.

Ключевые особенности Smart Grid:

Реально-временной мониторинг и управление: Система способна в реальном времени отслеживать режимы работы сети и автоматически реагировать на изменения.
Предотвращение аварий: Интеллектуальные алгоритмы позволяют прогнозировать и предотвращать аварийные ситуации.
Самовосстановление: Возможность быстрого самовосстановления после аварий.
Интеграция распределённой генерации: Эффективное подключение возобновляемых источников энергии.

Вклад Smart Grid:

Внедрение Smart Grid является основным условием инновационного развития электроэнергетики и позволяет значительно сократить капитальные и операционные затраты, уменьшить длительность простоев и соблюсти повышенные требования безопасности. По некоторым данным, Smart Grid способствует снижению потерь электроэнергии до 37% и резко сокращает время отключений для потребителей до нескольких минут.

Технологии Smart Grid включают:

Синхронизированные векторные измерения (РМУ).
Измерения показателей качества электроэнергии.
Контроль кратковременных перенапряжений.
Мониторинг технического состояния оборудования.

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА)

Одним из краеугольных камней цифровой трансформации энергетики являются микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА). Они представляют собой значительный шаг вперёд по сравнению с устаревшими электромеханическими реле.

Преимущества МП РЗА:

Быстродействие, чувствительность и надёжность: Значительно превосходят электромеханические аналоги.
Множество сервисных функций:
- Самодиагностика: Постоянный контроль работоспособности самого устройства.
- Регистрация аварийных ситуаций: Запись всех параметров до, во время и после аварии.
- Осциллографирование сигналов: Высокоточная запись мгновенных значений токов и напряжений для последующего анализа.
- Интеграция в АСУ ТП: Бесшовная передача данных и команд управления.
Функции диагностики: Многие ИЭУ способны также осуществлять диагностику состояния высоковольтного оборудования, предсказывая потенциальные неисправности.

Применение отечественного оборудования и примеры реализации

В контексте стратегического развития отечественной энергетики, Министерство энергетики РФ и Правительство активно поддерживают и стимулируют применение современного российского оборудования, технологий и программного обеспечения. Премьер-министр Михаил Мишустин в октябре 2025 года подчеркнул, что как новые, так и действующие энергетические предприятия должны опираться на отечественные разработки для модернизации инфраструктуры и укрепления энергосистемы.

Примеры реализации и разработки:

Типовые технические решения цифровых подстанций: Активно разрабатываются и внедряются для различных архитектур.
ПС 110/10 кВ имени М. П. Сморгунова (Сибирь): Введена в строй 22.12.2017, является одним из ранних и значимых примеров реализации цифровой подстанции в России.
Российские компании-разработчики: Такие компании, как ИНБРЭС, активно создают комплексные программно-технические комплексы АСУ ТП и РЗА для цифровых подстанций, полностью соответствующие стандартам МЭК 61850.
Мобильные модульные подстанции 110/10(6) кВ: Представляют собой инновационное решение, выполненное в виде двух самостоятельных модулей. Они позволяют оперативно обеспечивать электроэнергией новые объекты, проводить ремонт и реконструкцию действующих сетей без длительных перерывов, а также разгружать сети в пиковые нагрузки, демонстрируя гибкость и мобильность современных решений.

Таким образом, внедрение этих инновационных технологий в проектирование и эксплуатацию подстанций 110/10 кВ не только повышает их технические характеристики, но и способствует формированию более устойчивой, эффективной и интеллектуальной энергетической системы страны.

Заключение

Проектирование понижающей трансформаторной подстанции 110/10 кВ — это сложный, многофакторный процесс, требующий глубокого инженерного анализа, строгого соблюдения нормативных требований и применения передовых технологий. Наше исследование продемонстрировало, что успешная реализация такого проекта возможна только при комплексном подходе, охватывающем все этапы: от формирования нормативно-технической базы до внедрения инновационных решений.

Мы рассмотрели актуальную нормативно-техническую базу, которая является фундаментом любого проекта. Особое внимание было уделено ПУЭ-7, а также новейшим документам, таким как Приказ Министерства энергетики РФ от 15 января 2024 г. № 6, что подчёркивает динамичность и необходимость постоянного обновления знаний в этой сфере. Глубокое понимание этих документов обеспечивает не только соответствие проекта законодательству, но и его технологическую адекватность.

Выбор числа, мощности трансформаторов и схем электрических соединений распределительных устройств показал, что эти решения всегда являются результатом взвешенного компромисса между требованиями к надёжности электроснабжения потребителей (с учётом их категорий), технико-экономической целесообразностью и операционной гибкостью. Размещение подстанций вблизи центров нагрузок и рациональные схемы РУ с учётом режимов работы секционных выключателей являются ключевыми аспектами оптимизации.

Инженерные расчёты установившихся режимов и токов короткого замыкания были представлены как основа для выбора оборудования и настройки защит. Была подчёркнута незаменимая роль современного специализированного программного обеспечения (EnergyCS ТКЗ, RastrWin, AutoCAD Electrical, КОМПАС-Электрик) в автоматизации этих трудоёмких задач, повышении их точности и сокращении сроков проектирования.

В разделе о релейной защите трансформатора 110/10 кВ был подробно разобран обязательный комплекс защит – от продольной дифференциальной и газовой до максимальной токовой и токовой защиты нулевой последовательности. Чёткое понимание принципов их действия, условий применения и нормативных требований критически важно для обеспечения оперативной ликвидации аварий и защиты дорогостоящего оборудования.

Требования безопасности жизнедеятельности на подстанции были рассмотрены во всей своей полноте: от строгих норм электробезопасности и заземления (с учётом сопротивления 0,5 Ом для 110 кВ) до комплексной грозозащиты, детальных мер пожарной безопасности (включая автоматические системы пожаротушения) и повышенных требований к охране труда, включая безопасные расстояния и подготовку персонала. Эти аспекты гарантируют защиту жизни и здоровья людей, а также сохранность имущества.

Наконец, технико-экономическое обоснование было представлено как инструмент принятия оптимальных решений, основанный на расчёте приведённых затрат и методиках оптимизации режимов работы оборудования, таких как определение граничной мощности для двухтрансформаторных подстанций. Это позволяет не только минимизировать затраты, но и повысить энергоэффективность объекта.

Важным акцентом стали современные технологии и инновационные решения, такие как концепция цифровых подстанций со стандартом МЭК 61850, развитие АСУ ТП и интеграция в Smart Grid. Была подчёркнута роль микропроцессорных устройств релейной защиты и стратегическое значение применения отечественного оборудования и программного обеспечения, что поддерживается государственной политикой и уже подтверждено реализованными проектами в РФ.

В целом, представленный материал предоставляет всесторонний обзор и структурированный план для подготовки полноценной дипломной работы по проектированию понижающей трансформаторной подстанции 110/10 кВ. Дальнейшие исследования могут быть направлены на более глубокую проработку конкретных инновационных решений, детализацию технико-экономических моделей для различных региональных условий, а также на анализ эксплуатационного опыта цифровых подстанций в России, что позволит студентам и аспирантам внести значимый вклад в развитие отечественной электроэнергетики.

Список использованной литературы

Ананичева, С.С. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие / С.С. Ананичева, А.Л. Мызин, С.Н. Шелюг. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 48 с.
Кокин С.Е. Выбор схем электрических соединений подстанций / Кокин С.Е. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 43 с.
Окуловская Т.Я. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Учебное пособие / Т.Я. Окуловская, Т.Ю. Паниковская, В.А. Смирнов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 85 с.
Васильев А.А. Электрическая часть станций и подстанций. Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. / А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова, М.Н. Околович. Москва: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.
Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учебное пособие для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Москва: Энергоатомиздат, 1989. 608 с.
Богатырев Л.Л. Релейная защита электроэнергетических систем: Учебное пособие / Л.Л. Богатырев, Л.Ф. Богданова, А.В. Паздерин. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 112 с.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Шестое издание (утв. Главтехуправлением, Госэнергонадзором Минэнерго СССР) (ред. от 06.10.1999). URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4294828/4294828751.htm
ГОСТ 14695-80 (СТ СЭВ 1127-78) Подстанции трансформаторные комплектные мощностью от 25 до 2500 кВ·А на напряжение до 10 кВ. Общие технические условия (с Изменениями N 1-5). URL: https://docs.cntd.ru/document/gost-14695-80
ГОСТ Р 59726-2021 Подстанции трансформаторные комплектные и мачтовые, пункты распределительные комплектные, предназначенные для электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей электроэнергии. Общие технические условия (с Поправкой). URL: https://docs.cntd.ru/document/1200185994
СНиП 3.05.06-85 Электротехнические устройства. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200003058
РД 34.20.185-94 Инструкция по проектированию городских электрических сетей. URL: https://www.elec.ru/library/rd-34-20-185-94/
СП 31-110-2003 Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200034455
Приказ Министерства энергетики Российской Федерации от 15 января 2024 г. № 6 «Об утверждении Методических указаний по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35 — 750 кВ». URL: https://publication.pravo.gov.ru/document/0001202407020008
СТО 56947007-29.240.10.028-2009 Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС). URL: https://docs.cntd.ru/document/56947007-29-240-10-028-2009
ГОСТ Р 59279-2020 Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Электрические сети. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств от 35 до 750 кВ подстанций. Типовые решения. Рекомендации по применению. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200177726
Кокин С.Е., Дмитриев С.А. Проектирование подстанций распределительного электросетевого комплекса: учебное пособие для СПО. Саратов, Екатеринбург: Профобразование, Уральский федеральный университет, 2024. URL: https://profspo.ru/books/139599
ГОСТ Р 52735-2007 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200057053
РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200024479
EnergyCS ТКЗ (Allsoft). URL: https://allsoft.ru/software/energycs/energycs-tkz/energycs-tkz-2021/
RastrWin. URL: http://rastrwin.ru/rastrwin
КОМПАС-Электрик (АСКОН). URL: https://kompas.ru/solutions/kompas-elektrik/
Шабад М.А. Защита трансформаторов распределительных сетей. URL: https://rzia.ru/library/books/877/
Киреева Э.А., Цырук С.А. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем: учебник. М.: Издательский центр «Академия», 2013. URL: https://rayknig.ru/books/relejnaya-zashhita-i-avtomatika-elektroenergeticheskih-sistem/
Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1991. URL: http://lib.sibnet.ru/book/140232
Полищук В.И. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем: учебное пособие. Барнаул: АлтГТУ, 2022. URL: https://elib.altstu.ru/fulltext/docs/2022/2/Polischuk_2022_RZA.pdf
Амирханов Ф.Н. Пожарная безопасность на подстанциях. Вестник магистратуры. 2018. № 10-2 (85). С. 60-62. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/pozharnaya-bezopasnost-na-podstantsiyah
Институт труда. Пожарная безопасность на подстанции. URL: https://institut-truda.ru/news/2022/03/17/pozharnaya-bezopasnost-na-podstancii/
КонсультантПлюс. XXX. Охрана труда при выполнении работ на мачтовых (столбовых) трансформаторных подстанциях и комплектных трансформаторных подстанциях (извлечение из Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок). URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_167720/3d7f0236a8e6f1837ee6fb80c655c63d50f556b1/
КонсультантПлюс. XXXI. Охрана труда при выполнении работ на силовых трансформаторах, масляных шунтирующих и дугогасящих реакторах (извлечение из Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок). URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_167720/5d4ec34a0767132208a287957790e663d231b17a/
ZANDZ.com. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), Глава 1.7. «Заземление и защитные меры электробезопасности», пп. 1.7.80 — 1.7.119. URL: https://www.zandz.com/wiki/ПУЭ_1.7._Заземление_и_защитные_меры_электробезопасности
СО 153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200034455
Иннер Инжиниринг. Таблица сопротивления заземления по категориям. URL: https://inner-engineering.ru/stati/tablica-soprotivleniya-zazemleniya-po-kategoriyam
Абаканские электрические сети. Правила безопасного поведения вблизи электроустановок. URL: https://abakan-es.ru/about/safety-rules
КонсультантПлюс. II. Состав разделов проектной документации на объекты капитального строительства производственного и непроизводственного назначения и требования к содержанию этих разделов (Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 N 87). URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_74765/1574044c34a36f5255476d05f32a76f252a12911/
Нагорная Н.В. Экономика энергетики: учебное пособие. Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. URL: http://www.aup.ru/books/m2379/
Кокшаров В.А. Экономика электроэнергетики: учебник. М.: КноРус, 2026. URL: https://book.ru/book/940608
Пилюгин А.В. и др. Экономика электроэнергетики: учебник. Старый Оскол: ТНТ, 2016. URL: http://webirbis.ru/irbis64r_online/cgi/irbis_64.exe?C21COM=2&I21DBN=ELIB_TGTU&P21DBN=ELIB_TGTU&Z21ID=&S21REF=1&S21CNR=20&S21STN=1&S21ALL=&S21FMT=fulla&C21C0M=S&S21COLORTERMS=1&S21COLORCH=1&S21STR=%D0%AD%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0+%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8
Королевич Н.Г., Янукович Г.И. Технико-экономическое обоснование инженерных решений в электроснабжении объектов АПК. Дипломное проектирование: учебно-методическое пособие. Минск: БГАТУ, 2017. URL: https://rep.bsatu.by/handle/doc/1632
Сталович В.В., Радкевич В.Н. Технико-экономическая оценка трансформаторных подстанций напряжением 6-10/0,4 кВ с различными типами высоковольтных распределительных устройств. Инженерный вестник Дона. 2017. № 4 (47). С. 110. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehniko-ekonomicheskaya-otsenka-transformatornyh-podstantsiy-napryazheniem-6-10-0-4-kv-s-razlichnymi-tipami-vysokovoltnyh-raspredelitelnyh
Автушенко Н.А., Леневский Г.С. Особенности организации электрических подстанций 330/110/10 кВ. Молодой ученый. 2014. № 10 (69). С. 34-37. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-organizatsii-elektricheskih-podstantsiy-330-110-10-kv
Ермакова А. А., Кузьмина Е.В., Семенов В. А. Методика определения экономически эффективных режимов эксплуатации трансформаторов на двухтрансформаторных подстанциях. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. № 1-2. С. 136-145. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika-opredeleniya-ekonomicheski-effektivnyh-rezhimov-ekspluatatsii-transformatorov-na-dvutransformatornyh-podstantsiyah
Kиселев С.А., Овсянникова Д.А. Технико-экономическое обоснование вариантов энергоснабжения удаленных территорий. Молодой ученый. 2025. № 2 (551). С. 83-86. URL: https://moluch.ru/archive/551/157297/
Кузьмин И.Л., Иванов И.Ю., Писковацкий Ю.В. Микропроцессорные устройства релейной защиты: учебное пособие. Казань: КГЭУ, 2015. URL: https://elib.kgeu.ru/lib/izdaniya_kgeu/uchebnye_posobiya/2015/Kuzmin_I.L._i_dr._Mikroprotsessornye_ustroystva_releynoy_zaschity.pdf
Малышева Н.Н. Микропроцессорные релейные защиты: учебное пособие. Нижневартовск: НВГУ, 2019. URL: https://elib.nvsu.ru/files/Malysheva_NN_MPR_NVGU_2019.pdf
ПИК ПРОГРЕСС. АСУ ТП подстанции 110/10кВ «Усть-Алексеево». URL: https://pikprogress.ru/projects/asu-tp-podstantsii-110-10kv-ust-alekseevo
ИНБРЭС. Проект по автоматизации ПС 110/10 кВ. URL: https://inbres.ru/projects/avtomatizatsiya-ps-110-10-kv/
Администрация Балаковского муниципального района. Продолжается реконструкция пс 110/10 кв Сазанлей. URL: https://www.balakovo.ru/news/prodolzhaetsya-rekonstruktsiya-ps-110-10-kv-sazanley/
Энергетика и промышленность России. № 07 (195) апрель 2012 года. Инновационное развитие: от систем автоматизации к цифровым подстанциям. URL: https://www.eprussia.ru/epr/195/15783.htm
Elec.ru. Октябрьские научно-технические семинары РАДИУС Автоматика. 2025. URL: https://www.elec.ru/news/2025/10/27/oktyabrskie-nauchno-tehnicheskie-seminary-radius-avtomatika.html
РСПП. Михаил Мишустин: В энергетике должно применяться современное российское оборудование. URL: https://rspp.ru/news/mihail-mishustin-v-energetike-dolzhno-primenyatsya-sovremennoe-rossiyskoe-oborudovanie-65403e911295b
Energy-Systems. Проектирование подстанций 110 кв. URL: https://energy-systems.ru/proektirovanie_podstantsij_110kv.html
Кубаньэлектрощит. Smart Grid. Умные сети на базе БКТП. URL: https://kubanenergo.ru/smart-grid-umnye-seti-na-baze-bktp-proizvodstva-kubanelektroshhit.html
Phoenix Contact. Интеллектуальные подстанции. URL: https://www.phoenixcontact.com/ru-ru/solutions/smart-grid/smart-substation
ООО Чжэцзян Кедаруи Электричество. Интеллектуальная подстанция. URL: http://www.kedarui.ru/newsinfo/514480.html
tmc.ru. «Интеллектуальная подстанция» — новый уровень в автоматизации объектов электроэнергетики. URL: https://tmc.ru/pressroom/articles/intellektualnaya-podstantsiya-novyy-uroven-v-avtomatizatsii-obektov-elektroenergetiki.html
АвалонЭлектроТех. АСУ ТП ПС 110 кВ Куземкино. URL: http://avalonteh.ru/projects/asu-tp-ps-110kv-kuzemkino/
Воркунов О.В., Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К. Расчет и регулирование режимов электроэнергетических систем: практикум. Казань: КГЭУ, 2017. URL: https://elib.kgeu.ru/lib/izdaniya_kgeu/praktikumy/2017/Vorkunov_O.V._i_dr._Raschet_i_regulirovanie_rezhimov_energosistem.pdf
Курсовой проект «Расчет районной электрической сети». Юго-Западный государственный университет. URL: https://elib.swsu.ru/dspace/bitstream/handle/123456789/4481/КП_РРЭС.pdf
РАДИУС Автоматика. Сириус-СП. URL: https://www.relematika.ru/products/seriya-sirius/sirius-sp/
ПитерЭнергоМаш. МОБИЛЬНАЯ МОДУЛЬНАЯ ПОДСТАНЦИЯ 110/10(6) кВ. URL: https://piterelectro.ru/products/mobilnaya_modulnaya_podstanciya_110106_kv/