Evolution of Substation Switchgear Circuit Diagrams
Abstract
The evolution the switchgear circuit diagrams of high voltage substations have passed from the beginning of the last century to nowadays is analyzed. The influence of trends in the development of electrical apparatuses, power grids and power systems as a whole on the topological and operational features of the circuit diagrams is shown. Characteristic time stages of circuit diagram standardization are identified along with cause-and-effect relationships regarding changes in the corresponding technical solutions. The first stage was characterized by the unchallenged dominance of a circuit diagram with double busbars, with one busbar system being the main one and the other the standby one (from early 20th century to the late 1940s). The second stage was marked by the widespread adoption of transfer busbar for this circuit diagram and the transition to fixed connections (from the late 1940s to the late 1960s). The third stage was characterized by the introduction of ring circuit diagrams for large power plants and substations in the 330-500 kV backbone electrical networks (from the second half of the 1960s and early 1970s until the end of the 20th century). The fourth (current) stage is associated with the widespread use of SF6 CBs, which have simplified the circuit diagrams while reducing their uniformity due to an excessive increase in the number of circuit diagrams. The results of a multifactor analysis of the current set of typical alternative circuit diagrams of substation switchgears are presented, taking into account aspects of reliability, cost-effectiveness, convenience of operation, environmental friendliness, and compactness. The advisability of deeply unifying a number of circuit diagrams is proven, including the selection of the most preferred solutions. It is recommended to expand the application areas of ring circuit diagrams to high voltage electrical installations of all voltage classes.
References
2. Приказ Минэнерго РФ от 26.02.2024 № 131 «Об утверждении укрупненных нормативов цены типовых технологических решений капитального строительства объектов электроэнергетики в части объектов электросетевого хозяйства».
3. К 95-летию оперативно-диспетчерского управления. Ч. 1. Электрические станции, 2016, № 2, с. 58–61.
4. Славнин М.И. Коммутация современных электрических станций. M.- Л.: Госэнергоиздат, 1933, 244 с.
5. Глазунов А.А. Технические заметки о районных электрических станциях САСШ. М.: Государственное объединенное научно-техническое издательство, 1931, 70 с.
6. Барзам А.Б., Кувшинский Н.Н. К выбору схем коммутации высоковольтных подстанций. – Электрические станции, 1939, № 3, с. 29–32.
7. Славнин М.И. Одиночная система шин на станциях и подстанциях. – Электрические станции, 1950, № 4, с. 33–37.
8. Грудинский П.Г. Анализ повреждаемости и условий эксплуатации в распределительных устройствах 110–220 кВ и выводы для проектирования. М.: Министерство электростанций, 1957, 127 с.
9. Двоскин Л.И. Эволюция главных схем электрических соединений ГРЭС и ТЭЦ. – Электрические станции, 1974, № 4, с. 50–57.
10. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: ЭНАС, 2012, 376 с.
11. Электрические сети и станции / под ред. Л.Н. Баптиданова. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, 466 с.
12. Электрическая часть электростанций и подстанций / под ред. А.А. Глазунова. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1951, 744 с.
13. Баптиданов Л.Н., Тарасов В.И. Электрооборудование электрических станций и подстанций в двух томах, т. 2. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959, 320 с.
14. Двоскин Л.И. Схемы и конструкции распределительных устройств. М.: Энергия, 1974, 222 с.
15. Двоскин Л.И. Выбор схемы электрических соединений узловой понижающей подстанции. – Энергетическое строительство, 1969, № 9, с. 50–56.
16. Якуб Ю.А. Типизация проектных решений понижающих подстанций 110–220 кВ. – Электрические станции, 1970, № 3, с. 42–53.
17. Хейфиц М.Э., Якуб Ю.А. Новая типизация схем электрических соединений понижающих подстанций 35–500 кВ. – Электрические станции, 1974, № 9, с. 69–78.
18. Типовые материалы для проектирования 407-03-456.87. Альбом 1. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств напряжением 6…750 кВ подстанций и указания по их применению. М.: Энергосетьпроект, 1987, 78 с.
19. СТО 56947007–29.240.30.047–2010. Рекомендации по применению типовых принципиальных электрических схем распределительных устройств подстанций 35–750 кВ. Стандарт ОАО «СО ЕЭС». 2011, 128 с.
20. Лисовский Г.С., Хейфиц М.Э. Главные схемы и электротехническое оборудование подстанций 35–500 кB. М.: Энергия, 1977, 368 с.
21. Гринев Н.В., Мисриханов М.Ш., Шунтов А.В. Об унификации схем распределительных устройств напряжением до 220 кВ подстанций. – Электрические станции, 2024, № 5, с. 8–16.
#
1. GOST R 59279-2020. Shemy printsipial’nye elektricheskie raspredelitel’nyh ustroystv ot 35 do 750 kV. Tipovye resheniya. Rekomendatsii po primeneniyu (Unified Power Energy System and Isolated Power Systems. Electrical Networks. Basic Circuit Diagrams of Switchgears at Voltages from 35 kV up to 750 kV for Substations. Generic Solutions. Application Recommendations). M.: Standartinform, 2021, 154 p.
2. Prikaz Minenergo RF (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation) No. 131 dated 26.02.2024.
3. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 2016, No. 2, pp. 58–61.
4. Slavnin M.I. Kommutatsiya sovremennyh elektricheskih stantsiy (Switching of Modern Electric Stations). M.- Л..: Gosenergoizdat, 1933, 244 p.
5. Glazunov A.A. Tehnicheskie zametki o rayonnyh elektricheskih stantsiyah SASSh (Technical Notes on District Electric Power Plants of the North American United States). M.: Gosudarstvennoe ob’‘edinennoe nauchno-tehnicheskoe izdatel’stvo, 1931, 70 p.
6. Barzam A.B., Kuvshinskiy N.N. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 1939, No. 3, pp. 29–32.
7. Slavnin M.I. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Sta-tions), 1950, No. 4, pp. 33–37.
8. Grudinskiy P.G. Analiz povrezhdaemosti i usloviy ekspluatatsii v raspredelitel’nyh ustroystvah 110–220 kV i vyvody dlya proektirovaniya (Analysis of Damage and Operating Conditions in 110-220 kV Switchgear and Design Conclusions). M.: Ministerstvo elektrostantsiy, 1957, 127 p.
9. Dvoskin L.I. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 1974, No. 4, pp. 50–57.
10. Spravochnik po proektirovaniyu elektricheskih setey (Electrical Grid Design Reference) / Ed. by D.L. Faybisovich. M.: ENAS, 2012, 376 p.
11. Elektricheskie seti i stantsii (Electrical Power Grids and Stations) / Ed. by L.N. Baptidanov. M.-L.: Gosenergoizdat, 1963, 466 p.
12. Elektricheskaya chast’ elektrostantsiy i podstantsiy (Electrical Part of Power Plants and Substations) / Ed. by A.A. Glazunov. M.-L.: Gosenergoizdat, 1951, 744 p.
13. Baptidanov L.N., Tarasov V.I. Elektrooborudovanie elektricheskih stantsiy i podstantsiy v dvuh tomah (Electrical Equipment of Power Stations and Substations in Two Volumes), vol. 2. M.-L.: Gosenergoizdat, 1959, 320 p.
14. Dvoskin L.I. Shemy i konstruktsii raspredelitel’nyh ustroystv (Circuits and Designs of Switchgear). M.: Energiya, 1974, 222 p.
15. Dvoskin L.I. Energeticheskoe stroitel’stvo – in Russ. (Energy Construction), 1969, No. 9, pp. 50–56.
16. Yakub Yu.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Sta-tions), 1970, No. 3, pp. 42–53.
17. Heyfits M.E., Yakub Yu.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 1974, No. 9, pp. 69–78.
18. Tipovye materialy dlya proektirovaniya 407-03-456.87. Al’bom 1. Shemy printsipial’nye elektricheskie raspredelitel’nyh ustroystv napryazheniem 6…750 kV podstantsiy i ukazaniya po ih primeneniyu (Standard Materials for the Design of 407-03-456.87. Album 1. Schematic Diagrams of Electrical Switchgear Voltage 6...750 kV Substations and Instructions for Their Use). M.: Energoset’proekt, 1987, 78 p.
19. STO 56947007–29.240.30.047–2010. Rekomendatsii po primeneniyu tipovyh printsipial’nyh elektricheskih shem raspredelitel’nyh ustroystv podstantsiy 35–750 kV. Standart OAO «SO EES» (Recommendations for the Use of Standard Schematic Diagrams of Switchgear Substations 35–750 kV. The Standard of JSC "SO UES"). 2011, 128 p.
20. Lisovskiy G.S., Heyfits M.E. Glavnye shemy i elektrotehnicheskoe oborudovanie podstantsiy 35–500 kV (Main Circuits and Electrical Equipment of 35–500 kV Substations). M.: Energiya, 1977, 368 p.
21. Grinev N.V., Misrihanov M.Sh., Shuntov A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 2024, No. 5, pp. 8–16
