Elektriese Onderstasie-ontwerp: 'n Inleiding
Elektriese ondertoebringstasies vorm essensiële dele van die kragverspreidingsnetwerk en funksioneer as nodusse vir die oordrag en verspreiding van elektrisiteit. Hierdie komplekse fasiliteite vereis streng beplanning, ontwerp en implementering om 'n konsekwente en doeltreffende kragvoorsiening te verseker.
In hierdie pos sal ons kyk na die grondslae van elektriese ondertoebringstasie-ontwerp, insluitend verskillende komponente, uitlegbesware en omgewingsfaktore.
Kriteria vir Ondertoebringstasiebeplanning
Die maksimum foutvlak op 'n nuwe ondertoebringstasiebus kan nie meer as 80% van die sirkuitskringer se bepaalde versteenskapasiteit wees nie.
Die 20% buffer is bedoel om die toename in kortsluitvlakke met die ontwikkeling van die stelsel te reken.
Die koers van stroomonderbreking en -generering, sowel as die foutverwyderingstydvermoëns van skakeltoerusting by verskillende spangroottes, kan soos volg bereken word:
| Foutverwyderingstyd | Spanningsvlak | Operasietyd | Breekstroombelasting | Akkingsstroombelasting |
| 150 ms | 33 kV | 60-80 ms | 25 KA | 62.5 KA |
| 120 ms | 132 kV | 50 ms | 25/31.5 KA | 70 KA |
| 100 ms | 220 kV | 50 ms | 31.5/40 KA | 100 KA |
| 100 ms | 400 kV | 40 ms | 40 KA | 100 KA |
Die kapasiteit van enige enkele transformasiehuis op verskillende spanningsvlakke moet in die algemeen nie oorskry.
| Onderstasie | Spanningsvlak |
| 765 KV | 2500 MVA |
| 400 KV | 1000 MVA |
| 220 KV | 320 MVA |
| 110 KV | 150 MVA |
Die grootte en aantal interverbindende transformasies (ICTs) moet so beplan word dat die faling van enige enkele eenheid nie die oorblywende ICTs of onderliggende stelsel oorbelaa nie.
'n Vastgeklempde skakelaar kan nie meer as vier voeders vir 'n 220 kV-stelsel twee vir 'n 400 kV-stelsel en een vir 'n 765 kV-stelsel onderskei nie.
Onderstasie Stelsel Vereistes
| S.No | Technical Parameter Description | Units | System | |||||
| 1 | System Nominal Voltage | kVrms | 400 kV | 220 kV | 132 kV | 33 kV | ||
| 2 | System Maximum Voltage | kVrms | 420 kV | 245 kV | 145 kV | 36 kV | ||
| 3 | Power frequency withstand voltage | kVrms | 630 kV | 460 kV | 275 kV | 70 kV | ||
| 520 kV | ||||||||
| 4 | Switching surge withstand voltage | kVp | ||||||
| (for 250/2500ms) | ||||||||
| 1). Line-to-Earth | 1050 kVp | Not | Not | Not | ||||
| 2). Across Isolating Gap | 900kVp+345kVrms | applicable | applicable | applicable | ||||
| 5 | Lightning Impulse Withstand Voltage | kVp for 1.2/50(ms) | ||||||
| 1). Line-to-Earth | 1425 kVp | 1050 kVp | 650 kVp | 170 kVp | ||||
| 2). Across isolating gap | 1425 kVp+ 240kVrms | 1200 kVp | 750 kVp | 195 kVp | ||||
| 6 | One minute power frequency withstand value | |||||||
| Dry | ||||||||
| Wet | kVrms | 520 | 460 | 275 | 70 | |||
| kVrms | 610 | 530 | 315 | 80 | ||||
| 7 | System frequency | Hz | 50 | |||||
| 8 | Variation in frequency | % | 2.5 | |||||
| 9 | Corona extinction voltage | 320 kV | 156 kV | 84 kV | ||||
| 10 | Radio interference voltage | 1000 mV at | 1000 mV | 1000 mV at | ||||
| 266 kV | at 167 kV | 93 kV | ||||||
| 11 | System Neutral rating | Solidly earthed | ||||||
| 12 | Continuous Current Rating | 1600 A (or) 2000 A | 1600 A | 800 A | 600 A | |||
| 13 | Symmetrical fault current (ISC) | kA | 40 | 40 | 31.5 | 25 | ||
| 14 | Short circuit fault current duration | Second | 1 | 1 | 1 | 3 | ||
| 15 | Dynamic short circuit (ISC) current rating | kAp | 100 kA | 100 kA | 79 kA | 62.5kA | ||
| 16 | Conductor spacing for AIS layouts (Phase-to-Ground) | meter | ||||||
| Phase-to-Phase | meter | 6.5 | 4.5 | 3 | 1.5 | |||
| 7 | 4.5 | 3 | 1.5 | |||||
| 17 | Design ambient temperatures | oC | 50 | |||||
| 18 | Pollution level as per IEC-815 & 71 | III | ||||||
| 19 | Creepage -Distance | mm | 10500 mm | 6125 mm | 3625 mm | 900 mm | ||
| 20 | Maximum fault clearing time | ms | <100 | <100ms | <150ms | |||
| 21 | Bay Width | meter | 27 | 16.4-18 | 10.4.12.0 | 5.5 | ||
| 22 | Bus equipment interconnection height from ground | meter | 8 | 5.5 | 5 | 4 | ||
| 23 | Strung busbar height | meter | >15 | 10 | 8 | 5.5 | ||
Nomenclatuur
Betroubaarheid: Die betroubaarheid van die kragstelsel is die ononderbroke voorsiening van krag by die vereiste spanning en frekwensie. Busbars, skakelaars, transformateurs, isolatories, en reguleringsapparate beïnvloed substasiebetroubaarheid.
Mislukkingskoers: Dit is die jaarlikse mislukkingsgemiddelde.
Storingtyd: Storingtyd verwys na die tyd wat benodig word om 'n mislukte komponent te herstel of oor te skakel na 'n verskillende voorsieningsbron.
Oorskakelingstyd: Tyd vanaf die begin van die storing tot diensherstel via oorskakelingoperasie.
Oorskakelingskema: Die plasing van busbars & toerusting neem koste, buigsameheid, en stelselbetroubaarheid in ag.
Fase-na-grondklaring: Substasie fase-na-grondklaring is
Afstand tussen geleider & struktuur.
Afstand tussen lewende toerusting en strukture &
Afstand tussen lewende geleider en aarde.
Fase-na-faseklaring: Substasie fase-na-faseklaring is
Afstand tussen lewende geleiders.
Afstand tussen lewende geleiders & toerusting en
Afstand tussen lewende terminals in skakelaars, isolatories, ens.
Grondklaring: Dit is die minimumklaring van enige plek waar 'n mens moontlik kan staan tot die naaste nie-aardepotensiaal deel van 'n isolator wat die lewende geleider ondersteun.
Seksionele klaring: Dit is die minimumklaring van enige staanplek tot die naaste ongeskrewe lewende geleider. Neem die hoogte van 'n persoon met uitgestrekte hande en die fase-na-grondklaring in ag om seksionele klaring te bereken.
Veiligheidsafstand: Dit sluit grond- en afdelingsafstand in.
Onderstasie-elektrostatische veld: Geladene geleiders of metalliese dele skep elektrostatische velde. EHV-onderstasies (meer as 400 KV) het elektrostatische velde wat wissel afhangende van die geometrie van die geladene geleider/metaliese deel en die naaste afgelaerde objek of grond.
Algemeen
Oordraglynne,
Sub-oordragvoerders,
Opwekkingssirkels, en
Spanningsverhoogende en spanningsverlaagende transformateurs
sluit aan by onderstasies of swaarstasies.
Onderstasies van 66 tot 40 KV word EHV genoem. Boven 500KV is hulle UHV.
Die ontwerpbesorgdhede en metodes vir EHV-onderstasies is soortgelyk, egter sommige elemente domineer op verskillende spanningvlakke. Tot 220 KV kan skakelingstuwing verwaarloos word, maar oor 345 KV is dit noodsaaklik.
Onderstasie-ontwerpkriteria & studies
Onderstasie-ontwerpvereistes sal bepaal word deur die volgende studies.
Laastroomstudies
Kortsluitsake
Oorgangsstabiliteitstudies
Oorgangsoverspanningstudies
Laastroomstudies
'n Onderstasie verseker betroubare kragoorvoer na stelselbelasting.
Die stroomdraendebesoeke van die nuwe onderstasie (of) swaarstasie word bepaal deur laastroomstudies terwyl alle lynne ingesluit is & terwyl geselekteerde lynne buite diens is vir instandhouding.
Na evaluering van verskeie laastroomtoestande, kan toerusting se voortsetting & noodgevalratings bereken word.
Kortsluitsake
Ondersteuningsuitrus moet, naast kontinue stroomratings, ook korttydse ratings hê.
Hierdie moet voldoende wees om die toerusting in staat te stel om kortsluitstroomhitte en meganiese drukke sonder skade te verdra.
Om voldoende onderbreekvermoë in breekers, sterkte in paalisolators, en gepaste instelling vir beskermingsreleë wat die fout opspoor, te verskaf.
Die maksimum & minimum kortsluitstromme vir verskillende tipes en plekke van kortsluite en stelselkonfigurasies moet vasgestel word.
Oorgangsblywende Stabiliteitstudies
Normale generator se meganiese invoer is gelyk aan elektriese uitvoer plus generatorverliese.
Stelselgeneratorte draai teen 50 Hz so lank as dit voortduur. Enige verstoring in meganiese of elektriese vloei veroorsaak dat die generatorspoed afwyk van 50Hz en om 'n nuwe ewewigspunt osilleer.
'n Baie algemene verstoring is kortsluiting. Kortsluitings naby die generator verlaag die terminaalvoltage en versnel die masjien.
Na die herstel van die fout, sal die toestel oormaatse energie in die kragstelsel pomp om sy oorspronklike toestand te herstel.
Wanneer elektriese verbindinge sterk is, vertraag die masjien vinnig en stabiliseer. Swak verbindinge sal masjiensonstabielheid veroorsaak.
Faktore wat stabiliteit beïnvloed, sluit in:
Fouterns,
Snelheid van foutverwydering,
Verbintenisse tussen masjien en stelsel na foutverwydering.
Oorgangsblywende stabiliteit van onderrigtingsafdelings hang af van
Tipe en spoed van lyn- en busbeskermingsreleë,
Onderbreektyd van breekers, en
Buskonfigurasie nadat die fout verwyder is.
Die laaste punt beïnvloed buskonfigurasie.
Slegs een lyn sal betrekke word as 'n fout tydens primêre releë opgelos word.
'n Geblokkeerde breek kan meerdere lyne verloor laat tydens breekfoutreleë, wat die stelselverbintenis verzwak.
Oorgangsoorvoltage Studies
Oorgangsoorvoltage kan veroorsaak word deur donder of sirkuitskakeling.
Oorgangsnetwerk-analise (ONA) studies is die akkuratesste manier om oorskakelingsoorvoltage te bepaal.
Ondersteuningsafdelingsindeling
Die onderrigtingsafdelingsindeling word bepaal deur fisiese en elektriese oorwegings, insluitend die volgende:
Sistemeveiligheid
Operasionele Vervangbaarheid
Gemaklike Beskermingsindeling
Beperking van Kortsluitvlakke
Onderhoudsfasiliteite
Gemaklike Uitbreiding
Plaaslike Faktore
Ekonomie
Sistemeveiligheid
Ideale onderrigtingsafdelings sluit aparte breekers vir elke sirkel in en maak moontlik die vervanging van busbalke of breekers tydens onderhoud of foute.
Sistemeveiligheid kan bepaal word deur 100% afhanklikheid van onderrigtingsafdelingsintegriteit toe te staan of 'n persentasie van neertyd toe te ken weens periodieke foute (of) onderhoud.
Alhoewel 'n dubbele busbaarsisteem met 'n dubbele breekertipe perfek is, is dit 'n duur onderrigtingsafdeling.
Operasioneel Vlerkbaarheid
Die beheer van MVA en MVAR-belasting onder alle kringverbindingsomstandighede is noodsaaklik vir die effektiwiteit van generator-belasting.
Belastingskringe moet gegroepeer word om optimale beheer in normale en noodsituasies te verseker.
Eenvoudige Beskermingsregstellings
As een skakeelaar verskeie kringe beheer of meer skakeelaars gebreek is, kan dit verminder word deur bus-seksionalisme.
Sel selfs as beskermende relaying eenvoudig is, is 'n enkelbus-stelsel stug vir ingewikkelde beskerming.
Beperking van Kortsluitvlakke
'n Onderstasie kan in twee dele verdeel word, óf volledig óf deur middel van 'n reaktorverbinding, om kortsluitvlakke te verlaag.
Gepaste gebruik van skakeelaars in ringstelsels kan 'n soortgelyke fasiliteit bied.
Onderhoudsfasiliteite
Onderhoud is nodig tydens die operasie van 'n onderstasie, óf geplande (of) noodgeval.
Die prestasie van die onderstasie tydens onderhoud hang af van die beskermingsvoorsieninge.
Gemaklike Uitbreiding
Die indeling van die onderstasie moet toelaat dat baie uitgebrei kan word vir nuwe voeders.
Soos die stelsel verbeter, mag dit nodig wees om oorgeskakel te word van 'n enkelbus-opsomming na 'n dubbelbus-stelsel of 'n mesh-stasie te vergroot na 'n dubbelbus-stasie.
Ruimte en uitbreidingsfasiliteite sal beskikbaar wees.
Plaaslike Faktore
Plaaslike beskikbaarheid is noodsaaklik vir die beplanning van 'n onderstasie. Konstruksie van 'n stasie met minder vlerkbaarheid kan nodig wees in beperkte plekke.
'n Onderstasie met minder skakeelaars en 'n eenvoudiger skematiese besetting neem minder ruimte in.
Ekonomie
Indien ekonomieë lewensvatbaar is, kan 'n verbeterde swaarreëlarrangement vir tegnologiese vereistes geskep word.
Onderstasie en Swaarreëlindeling
Die indeling van die onderstasie en swaarreëlarrangement moet sorgvuldig ontwerp word op grond van IEEE 141 om die doeltreffendheid en veiligheid van die elektriese verspreidingsstelsel te verseker.
Transformers,
Swaarreëls, en
Skakeelaars
moet gekies word op grond van spanning en belastingvereistes.
Om spasie te maksimaliseer, onderhoud te vergemaklik en uitbreiding toe te staan, moet die indeling sorgvuldig geplant word. Busleiers moet toerusting doeltreffend verbind, en kringte moet kragtoevoer & betroubaarheid verbeter.
Vir vinnige foutopsporing en isolering is robuuste beskerming & beheersisteme nodig. Regulatiewe standaarde & omgewingsbesorgdhede bepaal die ontwerp van transformasies om veiligheid, betroubaarheid en omgewingsnavoring te verseker.
Verskeie aspekte moet oorweeg word tydens die ontwerp van 'n EHV-indeling en skakelkonfigurasies:
Dit moet betroubaar, veilig en goeie dienskontinuïteit verseker.
Tipiese transformasiebusleier-skemas en beskerming word soos volg verduidelik in:
Wat is 'n Elektriese Busleier? Tipes, Voordelige, Nadelige &
Busleierbeskermingskemas
Verskillende busleierkonfigurasies bied verskillende voordele ten opsigte van redundansie, bedryfsbuigsaamheid en instandhoudingstoeganklikheid.
'n Doeltreffende busleierindeling verseker doeltreffende kragtoevoer & fasiliteer toekomstige uitbreiding.
Skakelplaasstrukture
Strukture is nodig om bus elektriese toerusting te ondersteun & te installeer en transmissielynkable te beeindig.
Strukture kan gemaak word van staal, hout, RCC of PSC. Op grond van sysoil het hulle fondamente nodig.
Transformasies gebruik gefabriseerde staalsoortgeboue vir hul voordele.
Die
Faseklaaring,
Grondklaaring,
Isolators,
Buslengte, en
Toerustinggewig
het effek op strukturele ontwerp.
Kromming,
Flensinkspanning,
Vertikale en horisontale skering, en
Webverlamming
moet staalbalk- en spantmislukking voorkom.
Roosterkastspante moet 1/10 tot 1/15 van die span en vierkant wees. Gewoonlik kan balkdefleksie nie 1/250 van die spanlengte oorskry nie.
Struktuurknoppe en moere moet 16 mm in diameter wees, behalwe in lig belaaide afdelings waar hulle 12 mm kan wees.
Die ontwerpbelasting vir kolomme en spante moet bestaan uit
Leierspanning,
Aardeleierspanning,
Isolator- en hardewaregewig, en
Breuklast (ongeveer 350 kg),
Arbeider- en gereedskapgewig (200 kg)
Wind- en impakbelasting
tynens toerustingbedryf.
Die overheadlyn aflaaipan moet deur die onderstasiegaljoenstrukture beeindig word. Dit kan tot +15 grade vertikaal en +30 grade horisontaal gaan.
Die yardstrukture kan geschilder of heetgedoopt galvaniseer word.
Strukture gemaak met galvaniseerde staal vereis min onderhoud.
Geschilderde strukture het egter beter korrusieverstandigheid in sommige uitermate besmette areas.
Normaal gebruikte faseafstande as:
| 11 KV | 1.3 m |
| 33 KV | 1.5 m |
| 66 KV | 2.0 tot 2.2 m |
| 110 KV | 2.4 tot 3 m |
| 220 KV | 4.5 m |
| 400 KV | 7.0 m |
Busleierontwerp
Om die verbinding tussen die vele komponente wat 'n transformasiepost saamstel, te fasiliteer, word busleiers gebruik om elektriese krag deur die transformasiepost oor te vervoer.
Elektriese verliese word verminder, kragverspreiding word meer konsekwent en transformasiepost prestasie word verbeter wanneer busleiers korrek ontwerp en grootte is.
Transformasiepost – Beheersisteme
Transformasiepost outomatisering optimaliseer operasie en doeltreffendheid deur beheersisteme, intelligente toestelle en kommunikasienetwerke te kombineer.
Real-time monitoring, afstandbediening, data-analise en voorspellende onderhoud verbeter betroubaarheid en verminder stilstaande tyd met outomatisering.
Geavanceerde beheersisteme soos SCADA verbeter transformasiepost outomatisering, data-insameling en afstandbediening.
Transformasiepost outomatisering maak gebruik van SCADA-stelsels vir gesentraliseerde beheer en monitoring.
SCADA-stelsels versamel transformasiepostdata om kragvloei te verbeter, besluite te neem en foute vinnig op te los.
Transformasiepostontwerp – Kommunikasieprotokolle
Die ontwerpargitektuur van 'n transformasie-stasie vereis betroubare kommunikasieprotokolle soos IEC 61850, DNP3, of Modbus vir interoperabiliteit, dataheiligmaking, & siberveiligheid.
Verklaring: Respekteer die oorspronklike, goeie artikels is deelbaar, indien inbreuk plaasvind kontak ons vir verwydering.
