Экскурсия на подстанцию 220/110/20
Прежде чем электричество с электростанции попадает к нам в розетку, его напряжение сначала увеличивают до сотен тысяч вольт, а потом обратно понижают до 220В. Делают такие преобразования на трансформаторных подстанциях.
Самая главная характеристика подстанции — уровни напряжения по верхней и нижней стороне. То что написано в заголовке как раз и означает что на верхней стороне 220 тысяч вольт, а на нижнем два уровня напряжения 110 и 20 кВ. То есть по сути это две подстанции на одной территории. А в нашей розетке согласно классификации энергетиков 0,4кВ, это потому. что между фазами 400 вольт (раньше было 380, но стандарты давно поменялись).
Начинается подстанция с открытого распределительного устройства с инструктажа по технике безопасности, затем идем на верхнюю сторону подстанции в открытое распределительное устройство — ОРУ.
На общем плане видна ЛЭП, разъединители, элегазовые выключатели, и порталы с секциями шин.
Порталы это металлические конструкции над всем видимым хозяйством, а секцией шин называют часть схемы подстанции которую можно выключателями и разъединителями от остальной схемы отключить. Данная подстанция способна питаться с любого конца линии электропередач, а также может линию разъединить. Не знаю на счет именно этой ЛЭП, но в отличии от шнура питания вашего ПК, в котором ток всегда поступает из розетки, линии электропередач высокого напряжения по больше части включены в единую энергосистему и энергия по таким линиям может перетекать от разных источников (расположенных с разных сторон линии) к разным потребителям в разное время. Для этого все генераторы включенные в единую сеть работают строго синхронно.
Коммутации линии 220 кВ выполняются элегазовыми выключателями.
Элегаз или гексафторид серы закачивают в выключатели для лучшего гашения дуги при разъединении контактов. Все замечали искру в выключателе дома или в розетке при выключении вилки, — вот тот же принцип, но на много порядков больше. Бывают вакуумные, масляные выключатели, но самыми надежными на сегодня для такого уровня напряжения считаются элегазовые.
На фото я показал манометр, его видно с земли, чтобы работник мог диагностировать утечку газа. Данную модель выключателя при вытекшем газе выключать под нагрузкой нельзя — он разрушится.
Также на Российских подстанциях обязательно присутствуют разъединители: 
Это по сути тоже выключатель, но полностью открытый, отключать разъединитель можно только без нагрузки. Нужен он для создания «Видимого физического разрыва» — это обязательное условие безопасного выполнения работ на объектах подстанции. То есть мало отключить элегазовым выключателем и заземлить, нужно чтобы был виден физический разрыв.
Выключатели и разъединители могут управляться как с пульта управления подстанцией, так и в ручную с помощью специальных рукояток.
Одно из интересных для электронщика устройств: высокочастотный заградитель
По сути катушка и конденсатор составляют LC — фильтр, который не пропускает в сеть высокочастотный сигнал. А высокочастотный сигнал идет с другой подстанции или электростанции, его частота в районе 40 кГц, и используется для передачи информации, в основном системой защиты и автоматики. Скорость передачи очень низкая, но надежность способа себя доказала десятилетиями и данный тип связи обязателен при построении подобных объектов. Мощность сигнала порядка 1кВ и его очень сложно технически исказить или заглушить.
Измерить напрямую токи и напряжения в таких сетях приборами невозможно, поэтому для работы автоматики и измерений используются трансформаторы. Трансформатор тока мы видели на картинке с элегазовым включателем, а трансформаторы напряжения выглядят так: 
После преобразования получаем максимум 100 вольт или 5 ампер — на эти значения настроены все щитовые измерительные приборы и устройства РЗА (релейной защиты и автоматики). В отличие от стандарта промышленных контроллеров: 1–10В и 4–20 мА, уровни в 100В и 5А гораздо устойчивее к помехам.
Еще одно устройство по верхней стороне — защита от перенапряжения: 
При ударе молнии сопротивление варистора резко падает и сбрасывает лишнюю энергию в землю. И да срабатывает он на 190кВ, потому как в ЛЭП 220кВ каждая фаза относительно земли имеет потенциал меньше 190кВ.
А вот и сердце подстанции — автотрансформатор 250МВА (мегавольтампер): 
Трансформатор имеет множество устройств обеспечения его работы и защиты. При пожаре тушится водой, хотя масло водой и не тушится, но если денег на пенохозяйство нет, и очень хочется то можно и водой. Используется система распылителей при работе которой вокруг трансформатора образуется облако пара и воды, которое перекрывает доступ кислорода и пожар прекращается.
Автотрансформатором он называется потому, что имеет соединение между первичной и вторичной обмотками как в ЛАТРе — и считается, что КПД у него выше чем у классического трансформатора.
Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки 110 и 10. Обмотка 10 кВ используется только для обеспечения собственных нужд. Как показала практика, если обмотку 10Кв нагрузить по номиналу, то образуются не предусмотренные электромагнитные поля и болты, которыми прикручено дно трансформатора начинают светиться.
Нагрузка в сети не постоянная и данный трансформатор обеспечивает еще и регулировку напряжения под нагрузку
Ручку можно крутить только во время ремонта и настройки, в рабочее время — только электропривод и автоматика.
На всей высокой стороне (высокой кстати называют ее по уровню напряжения, физически все в одной плоскости) постоянно слышен треск разрядов и это довольно быстро утомляет.
После автотрансформатора начинается низкая сторона с уровнем напряжения 110
Здесь все тоже самое: открытое распредустройство, выключатели, порталы, секции шин…
Трансформаторы напряжения: 
Разъединители и выключатели: 
И электроэнергия отправляется на другие подстанции
Но есть еще и вторая низкая сторона, начинается после трансформатора 110/20
Трансформатор поменьше, система охлаждения пассивная, это уже классический трансформатор, а не автотрансформатор. Но все системы осушения масла и воздуха, защиты тоже присутствуют. На стороне 110 тишина, треска разрядов совсем нет.
Самая низкая сторона подстанции — 20кВ. представлена ЗРУ — закрытым распределительным устройством
Если на ОРУ 220 кВ ближе 2-х метров к токоведущим частям приближаться запрещено, то в ЗРУ 20кВ можно спокойно прикасаться к оборудованию
Все закрыто, промаркировано, управляется с пульта или вручную, открыть просто так ячейку невозможно — все блокируется автоматикой.
Для ремонта ячейки выкатываются на таких тележках: 
Для контроля и управления используются отечественные контроллеры: 
Далее напряжение 20кВ поступает в местные подстанции по подземным кабелям. Сети напряжением выше 0,4кВ изолированы от земли (ну не совсем 100%, но привычного нуля в таких сетях нет). При пробое на землю ток все-таки течет, но воспринимается как обычное потребление, а дуга при этом портит изоляцию кабеля и в конечном счете приводит к его повреждению и межфазному замыканию. Чтобы это предотвратить придумали специальную систему:
На три фазы кабеля ставят трансформатор со средней точкой, и при равной нагрузке на фазы напряжение в средней точке относительно земли равно нолю, а при замыкании на землю напряжение возрастает и является индикатором проблемы. Для определения конкретного кабеля. в котором произошло замыкание используют большие резисторы.
Также существуют дугогасящие катушки, которые позволяют компенсировать разность потенциалов, погасить дугу, и по рассказам иногда изоляция затягивается и ремонта кабеля не требуется.
Главный пульт подстанции: 
на шкафах нарисована схема подстанции и элементы управления вписаны в схему — перед входом строго напомнили никакие ручки не крутить и ничего не нажимать. За пультом куча шкафов с системами питания переменного и постоянного тока (вся защита работает на полностью автономной сети постоянного тока), систем сигнализации, пожаротушения и т.п. Все закрыты.
Вот так выглядит устройство высокочастотной связи, то самое, что подключено до высокочастотного заградителя и общается с себе подобными на других подстанциях.
В заключении нас пустили в зал телеметрии и РЗА: Ожидал чего-то интересного, но зал был заполнен закрытыми шкафами с непонятными аббревиатурами. Времени уже не оставалось и расспросить подробности не удалось.
Вот так выглядит один из шкафов где что-то видно: 
На фото универсальные преобразователи уровней, которые преобразуют 100В 5А в 24В 20 мА
Часть РЗА собрано на механических реле, часть на логических контроллерах. Вся информация выводится на рабочее место диспетчера на экране ПК, откуда может и управляться. Также вся информация поступает на центральный диспетчерский пункт сетевой организации.
На этом наша экскурсия закончилась, сдали каски и еще раз со стороны взглянув на ОРУ, в сопровождении охраны покинули территорию.
С точки зрения меня как ИТ-шника, подходы к защите, блокировкам, управлению, контролю организованы на высшем, можно сказать «железном» уровне — вполне можно позаимствовать при построении информационных систем.
