Проектиране на електрическа подстанция: Въведение

Електрическите подстанции са есенциални части от мрежата за разпределение на енергия, функционирайки като хабове за предаване и разпределение на електричество. Тези сложни обекти изискват стриктно планиране, проектиране и изпълнение, за да се осигури постоянен и ефективен доставка на енергия.

В този пост ще разгледаме основите на проектирането на електрически подстанции, включително различни компоненти, проблеми с разположението и екологични фактори.

Критерии за планиране на подстанции

Максималният ниво на дефект на нова подстанция не може да бъде повече от 80% от номиналната капацитет за прекъсване на автоматичния предпазен ключ.

Буферът от 20% е предназначен да компенсира увеличението на нивото на краткосрочните замыкания при развитие на системата.

Скоростта на прекъсване на тока и генерирането на ток, както и способността за изчистване на дефектите на комутационното оборудване при различни напрежения, могат да бъдат изчислени като:

Капацитетът на всяка единична подстанция при различни нива на напрежение обикновено не трябва да надхвърля.

Размерът и броят на свързващите трансформатори (ICTs) трябва да бъдат планирани така, че отказ на единичен агрегат да не прекарва останалите ICTs или основната система.

Закачен преривател не може да прекъсне повече от 4 подавателя за 220 кВ система, два за 400 кВ система и един за 765 кВ система.

Изисквания към системата на разпределителна станция

Номенклатура

Надежност: Надежността на електроенергийната система се изразява чрез непрекъснатото доставяне на енергия при необходимата напрегнатост и честота. Шинопроводи, автоматични предпазители, трансформатори, изолатори и регулационни устройства влияят върху надеждността на подстанцията.

Честота на отказите: Това е средната годишна честота на откази.

Време на прекъсване: Времето на прекъсване се отнася до времето, необходимо за поправка на отказал компонент или превключване към различен източник на доставка.

Време за превключване: Времето от началото на прекъсването до възстановяване на услугата чрез операция за превключване.

Схема за превключване: Разположението на шинопроводи и оборудване взима предвид разходите, гъвкостта и надеждността на системата.

Клиренция фаза-земя: Клиренцията фаза-земя на подстанцията е 

• Разстояние между проводника и конструкцията. 

• Разстояние между живо оборудване и конструкции &

• Разстояние между жив проводник и земя.

Клиренция фаза-фаза: Клиренциите фаза-фаза на подстанцията са 

• Разстояние между живи проводници. 

• Разстояние между живи проводници и апарати и 

• Разстояние между живи терминали в автоматични предпазители, изолатори и т.н.

Клиренция до земята: Това е минималното разстояние от всяко място, където човек може да стои, до най-близкия не-земен потенциален част на изолатор, поддържащ живия проводник.

Секционна клиренция: Това е минималното разстояние от всяко място, където човек може да стои, до най-близкия неекраниран жив проводник. Изчислете секционната клиренция, като вземете височината на човек с протегнати ръце и клиренцията фаза-земя.

Безопасно разстояние: Това включва разстоянието до земята и сечение.

Електростатично поле на подстанцията: Енергизирани проводници или метални части създават електростатични полета. ЕХВ подстанции (над 400 кВ) имат електростатични полета, които се изменят в зависимост от геометрията на енергизираната част/метална порция и близките заземени обекти или земя.

Общо

• Линии за пренос,

• Подлесителни фидери,

• Генериращи цепи и

• Стъпкови трансформатори за повишаване и намаляване на напрежението

се свързват с подстанции или комутационни станции.

Подстанции от 66 до 40 кВ се наричат ЕХВ. Над 500 кВ те са УХВ.

Дизайнът и методите за ЕХВ подстанции са подобни, но някои елементи доминират при различни нива на напрежение. До 220 кВ, комутиращите вълни могат да бъдат игнорирани, но над 345 кВ те са съществени.

Критерии и изследвания за проектиране на подстанции

Изискванията за проектиране на подстанцията ще бъдат определени от следните изследвания.

• Изследвания на потоковете на товар

• Изследвания на короткия замыкай

• Изследвания на преходната стабилност

• Изследвания на преходните прекомерни напрежения

Изследвания на потоковете на товар

• Подстанцията осигурява надежден пренос на енергия към системните товари.

• Потребностите за пренос на ток на новата подстанция (или) комутационна станция се определят чрез изследвания на потоковете на товар, докато всички линии са в действие и докато избрани линии са извън за поддръжка.

• След оценка на различни условия на потоковете на товар, могат да бъдат изчислени продължителни и аварийни класации на оборудването.

Изследвания на короткия замыкай

• Освен постоянните токови характеристики, оборудването на електропоставката трябва да разполага с краткосрочни характеристики.

• Те трябва да бъдат достатъчни, за да позволят на оборудването да издържа топлината и механичните напрежения от краткосрочния ток без повреда.

• За да се осигури адекватна прекъсваща способност на прекъсвачите, здравина на изолаторите и подходяща настройка на защитните реле, които усещат дефекта.

• Максималните и минималните краткосрочни токове за различни видове и местоположения на краткосрочни токове и конфигурации на системата трябва да бъдат установени.

Изучаване на преходна стабилност

• Нормалният механичен вход за генератор е равен на електрическия изход в добавка към загубите на генератора.

• Генераторите на системата се въртят на 50 Hz докато това продължава. Всяко разстройство в механичния или електрическия поток причинява скоростта на генератора да се отклони от 50Hz и да осцилира около нова точка на равновесие.

• Едно много често срещано разстройство е краткосрочен ток. Краткосрочният ток близо до генератора намалява терминалното напрежение и ускорява машината.

• След коригиране на грешката, устройството ще подава излишна енергия в електроенергийната система, за да възстанови своето оригинално състояние.

• Когато електрическите връзки са силни, машината забавя бързо и се стабилизира. Слаби връзки ще предизвикат нестабилност на машината.

• Факторите, влияещи върху стабилността, включват:

• Тежестта на дефекта,

• Бързината на изчистване на дефекта,

• Връзки между машина и система след разрешаване на дефекта.

• Преходната стабилност на електропоставката зависи от

• Тип и бързина на релейната защита на линии и шини,

• Времето за прекъсване на прекъсвача, и

• Конфигурацията на шините след изчистване на дефекта.

• Последният пункт влияе върху конфигурацията на шините.

• Ако дефектът бъде разрешен по време на пърична релейна защита, само една линия ще бъде засегната.

• Заблокиран прекъсвач може да причини загуба на множество линии по време на релейна защита при отказ на прекъсвач, ослабявайки връзката на системата.

Изучаване на преходни надпревишавания на напрежението

• Преходните надпревишавания на напрежението могат да произтичат от мълнии или превключване на веригата.

• Изучаванията с Преходен анализатор на мрежата (TNA) са най-точният начин за определяне на превключването на надпревишавания на напрежението.

Разположение на електропоставката

Разположението на електропоставката се определя от физически и електрически фактори, включително следните:

• Сигурност на системата

• Гъвкавост на операциите

• Лесни аранжации за защита

• Ограничаване на нивата на краткосрочния ток

• Съоражения за поддръжка

• Лесно разширение

• Фактори на мястото

• Икономика

Сигурност на системата

• Идеалните електропоставки включват отделни прекъсвачи за всяка верига и позволяват замяна на шините или прекъсвачите по време на поддръжка или дефект.

• Сигурността на системата може да бъде определена, като се позволи 100% зависимост от целостта на електропоставката, или като се позволи процент недоступност поради периодични дефекти (или) поддръжка.

• Въпреки че системата с две шини и двойни прекъсвачи е перфектна, тя е скъпа електропоставка.

Гъвкавост на операциите 

• Контролът върху зареждането с MVA и MVAR при всички условия за свързване на веригата е съществен за ефективността на зареждането на генератора. 

• Веригите за зареждане трябва да бъдат групирани, за да осигурят оптимален контрол в нормални и аварийни условия. 

Лесни разположения за защита

• Ако един прекъсвател контролира много вериги или повече прекъсватели са повредени. Това може да бъде намалено чрез разделение на шината. 

• Дори ако защитното реле е просто, единична шина система е жестка за сложна защита. 

Ограничаване на нивата на краткосрочните замиквания

• Подстанцията може да бъде разделена на две части, или напълно, или чрез връзка с реактор, за да се намалят нивата на краткосрочните замиквания. 

• Правилното използване на прекъсватели в пръстеновите системи може да предостави подобна функционалност.

Съоръжения за поддръжка

• Поддръжката е необходима по време на експлоатацията на подстанцията, планирана (или) спешна. 

• Изпълнението на подстанцията по време на поддръжка зависи от мерките за защита.

Лесно разширяване

• Разположението на подстанцията трябва да позволява разширение на боксовете за нови питащи линии. 

• С усъвършенстването на системата може да стане необходимо да се премине от единична шина до двойна шина или да се разголеми мрежовата станция до двойна шина. 

• Пространството и съоръженията за разширяване ще бъдат налични.

Фактори на мястото

• Наличността на място е съществена за планирането на подстанцията. Строителството на станция с по-малка гъвкавост може да бъде необходимо на ограничени места. 

• Подстанцията с по-малко прекъсватели и по-проста схема заема по-малко пространство.

Икономика

• Ако икономиката е реална, може да бъде създадено подобрено разпределение за технологични изисквания.

Разположение на подстанцията и схема за комутация

Разположението на подстанцията и схемата за комутация трябва да бъдат внимателно проектирани в съответствие с IEEE 141 за осигуряване на ефективност и безопасност на електрическата разпределителна система. 

• Трансформатори, 

• Прекъсватели и 

• Ключове 

трябва да се избере въз основа на напрежението и изискванията за натоварване.

За максимизиране на пространството, облекчаване на поддръжката и позволяване на разширение, компоновката трябва да бъде внимателно планирана. Шинните трасета трябва ефективно да свързват оборудването, а веригите трябва да подобрят потока на енергията и надеждността.

За бързо откриване и изолация на дефекти, са необходими робусни системи за защита и управление. Регулаторните стандарти и околните фактори определят проектирането на трансформаторна станция, за да се гарантира безопасност, надеждност и съответствие на околната среда.

При проектирането на компоновка и конфигурации за комутация на ВН трябва да се вземат предвид няколко аспекти:

• Тя трябва да бъде надеждна, сигурна и да осигурява отлична непрекъснатост на услугата.

Типичните схеми и защита на шинните трасета в трансформаторните станции са обяснени подробно в:

1. Какво е електрическо шинно трасе? Видове, преимущества, недостатъци &

2. Схеми за защита на шинните трасета

Различните конфигурации на шинните трасета предлагат различни преимущества по отношение на резервираност, оперативна гъвкавост и достъпност за поддръжка.

Ефективната компоновка на шинните трасета гарантира ефективен поток на енергия и облекчава бъдещото разширяване.

Строителни конструкции на периферийния двор

Конструкции са необходими за подкрепа и инсталиране на електрическо оборудване и прекъсване на кабели от линии за пренос.

Конструкциите могат да бъдат направени от стомана, дърво, ЖБК или ПЖБ. В зависимост от почвата, те нуждаят фундаменти.

Трансформаторните станции използват метални конструкции поради техните преимущества.

Това

• Фазово разстояние, 

• Разстояние до земята, 

• Изолатори, 

• Дължина на шината, и 

• Тегло на оборудването 

влияют върху конструктивния дизайн.

• Изкривяване, 

• Компрессия на фланговете, 

• Вертикална и хоризонтална съпротива, и 

• Опукване на веба 

трябва да предотвратят провала на стоманените балки и греди. 

Плътните коробести греди трябва да са 1/10 до 1/15 от простирането и квадрата. Обикновено, изкривяването на балката не може да надвиши 1/250 от дължината на простирането. 

Болтовете и мутрите на конструкцията трябва да са с диаметър 16 мм, освен в леко натоварени секции, където те могат да бъдат 12 мм.

Проектната нагрузка за колони и греди трябва да включва 

• Напрежение на проводника, 

• Напрежение на земната жица, 

• Тегло на изолаторите и арматурата, и 

• Частична нагрузка (около 350 кг), 

• Тегло на работника и инструментите (200 кг) 

• Вятърни и ударни нагласи 

по време на експлоатацията на оборудването.

Простирането на надземната линия трябва да завършва с конструкциите на подстанцията. То може да достигне до +15 градуса вертикално и +30 градуса хоризонтално.

Конструкциите в двора могат да бъдат боядисани или горещо цинковани. 

Конструкциите, направени с цинкована стомана, изискват минимално поддръжка. 

Въпреки това, боядисаните конструкции предоставиха по-добро съпротивление на корозията в някои екстремно замърсени области.

Обикновено използваните фазови разстояния са:

Проектиране на шини

За да се облекчи връзката между много компонентите, които съставляват подстанцията, шините са проводливи пръчки, използвани за предаване на електрическа енергия в цялата подстанция.

Електрическите загуби се намаляват, разпределението на енергията става по-последователно и производителността на подстанцията се подобрява, когато шините са проектирани и размерът им е правилен.

Подстанция – Системи за управление

Автоматизацията на подстанциите оптимизира операцията и ефективността чрез комбиниране на системи за управление, интелигентни устройства и мрежи за комуникация.

Мониторинг в реално време, дистанционно управление, анализ на данни и предиктивно поддържане подобряват надеждността и намаляват прекъсванията при автоматизация.

Развитите системи за управление като SCADA подобряват автоматизацията на подстанциите, събирането на данни и дистанционното управление.

Автоматизацията на подстанциите използва SCADA системи за централизирано управление и мониторинг.

SCADA системите събират данни от подстанцията, за да подобрят потока на енергията, вземат решения и бързо решават проблеми.

Проектиране на подстанции – Протоколи за комуникация

Оборудването на подстанцията и центровете за управление се нуждаят от ефективни мрежи за комуникация, за да споделят данни и управление.

Архитектурата на проектирането на подстанцията изисква надеждни протоколи за комуникация като IEC 61850, DNP3 или Modbus за взаимодействие, цялостност на данните и киберсигурност.

Изявление: Почитайте оригинала, добрият статия е стойност за споделяне, ако има нарушение на правата се обратете за изтриване.