Was ist eine Umspannwerkszelle? Arten und Funktionen

Ein Umspannwerksfeld bezieht sich auf eine vollständige und unabhängig betreibbare Anordnung von elektrischen Geräten innerhalb eines Umspannwerks. Es kann als grundlegende Einheit des elektrischen Systems des Umspannwerks angesehen werden, die in der Regel aus Schaltgeräten, Trennschaltern (Isolatoren), Erdungsschaltern, Messgeräten, Schutzrelais und anderen zugehörigen Geräten besteht.

Die Hauptfunktion eines Umspannwerksfelds besteht darin, elektrische Energie aus dem Energiesystem in das Umspannwerk zu leiten und sie dann an die erforderlichen Bestimmungsorte weiterzuleiten. Es ist ein wesentlicher Bestandteil für den normalen Betrieb eines Umspannwerks. Jedes Umspannwerk enthält mehrere Felder, wobei jedes Feld unabhängig arbeitet und mit eigenen Schutz-, Steuer- und Schaltgeräten ausgestattet ist, um eine abgeteilte Steuerung und Sicherung innerhalb des Umspannwerks zu ermöglichen.

Allgemein hängt die Anzahl der Felder in einem Umspannwerk von den Anforderungen und der Kapazität des Energiesystems ab. Größere Energiesysteme erfordern mehr Felder, um eine effizientere abgeteilte Steuerung und Sicherung zu erreichen. Die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Umspannwerksfelder spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Gesamtstabilität und -sicherheit des Energiesystems. Daher müssen Planung, Herstellung und Betrieb & Wartung der Umspannwerksfelder den nationalen Normen und Vorschriften entsprechen, um einen ordnungsgemäßen Umspannwerksbetrieb sicherzustellen und die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Energiesystems zu erhöhen.

Basierend auf verschiedenen Gerätekonfigurationen und Arbeitsprinzipien können Umspannwerksfelder in die folgenden gängigen Typen unterteilt werden:

• Ölgefüllte Umspannwerksfelder
  Ölgefüllte Felder sind versiegelte Gehäuse für elektrische Geräte, die mit speziellem Isolieröl gefüllt sind. Sie werden hauptsächlich in Hochspannungs- und Hochstrom-Übertragungssystemen eingesetzt und bieten effektiv Funktionen wie Isolation, Unterbrechung und Isolation.

• Gas-isolierte Schaltanlagen (GIS) Felder
  GIS-Felder nutzen Gas-isolierende Elektrotechnik, was die Größe der Geräte erheblich reduziert. Diese Felder verwenden hochdruckiges SF6-Gas zur Isolation und zum Bogenlöschvorgang und bieten Vorteile wie kompakte Größe, geringes Gewicht und hohe Leistungsstärke. Sie werden häufig in städtischen Gebieten, Petrochemieanlagen, Raumfahrtanlagen und anderen Umgebungen eingesetzt, die hohe Schutz- und Raumeffizienz erfordern.

• Vakuumschalter-Umspannwerksfelder
  Vakuumschalter-Felder verwenden Vakuumschaltertechnologie, bei der das Schalten und der Bogenlöschvorgang in einer Hochvakuumumgebung stattfinden. Diese Felder enthalten kein Isoliergas, bieten verbesserte Sicherheit und sind für Hochspannungsanwendungen (typischerweise bis und über 12 kV) und Hochstromszenarien geeignet.

• Führungslose Umspannwerksfelder
  Führungslose Felder beziehen sich auf Feldkonfigurationen, die Faser-Optik-Verbindungen für Datenübertragung und Steuersignale anstelle traditioneller metallischer Leiter verwenden. Solche Felder bieten Vorteile wie hohe Sicherheit, Blitzeinschlagresistenz und starke Abwehr von elektromagnetischer Störung. Sie sind auch nicht von extremen Temperaturen oder korrosiven Umgebungen beeinträchtigt.

Die oben genannten sind vier gängige Arten von Umspannwerksfeldern; es können jedoch je nach spezifischen Anwendungsszenarien und Systemanforderungen auch andere Arten existieren.

Die Aufteilung der Felder innerhalb eines Umspannwerks sollte basierend auf den funktionalen Anforderungen des Umspannwerks und den Bedürfnissen des Energiesystems erfolgen. Im Allgemeinen kann die Feldsegmentierung aus den folgenden Perspektiven betrachtet werden:

• Funktionale Segmentierung:
  Felder können nach ihren Rollen kategorisiert werden, z.B. Haupttransformatorfelder, Ausgangsleitungsfelder, Verbindungsfelder, Busbarfelder, Koppelkondensatorfelder und Blindleistungskompensationfelder. Die funktionale Segmentierung ermöglicht eine rationale Anordnung und Integration der Geräte im Umspannwerk.

• Segmentierung basierend auf elektrischen Parametern:
  Felder können auch nach Spannungsebenen kategorisiert werden, wie z.B. Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung. Unterschiede in den elektrischen Parametern beeinflussen Sicherheit, Zuverlässigkeit, Kapazität und Impedanz, was wiederum die Auswahl, Installation und Inbetriebnahme der Geräte beeinflusst.

• Räumliche Gestaltungsbetrachtungen:
  Die Feldaufteilung muss räumliche Anordnung und Platzvergabe berücksichtigen. Die Abmessungen und Anordnung der Felder sollten basierend auf der Art und Spezifikation der Geräte bestimmt werden, um ausreichende Belüftung, Sicherheit und einfache Wartung zu gewährleisten.

• Betrachtungen zur Betriebs- und Wartungsfreundlichkeit:
  Zur Erleichterung des Betriebs und der Wartung können Felder nach Gerätetyp und -funktion gruppiert werden. Die Planung von Verbindungen und Wartungszugangswege muss ebenfalls in die Gestaltung einbezogen werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Segmentierung der Umspannwerksfelder elektrische Parameter, Gerätefunktionalität, räumliche Anordnung und Betriebs-/Wartungsanforderungen berücksichtigen muss, um eine optimale Geräteintegration und eine effiziente Umspannwerksleistung zu erreichen.