Návrh elektrické podsítě: Úvod

Elektrické podstanice představují zásadní části elektrické distribuční sítě a fungují jako uzly pro přenos a distribuci elektřiny. Tyto komplexní zařízení vyžadují důkladné plánování, návrh a implementaci, aby byl zajištěn konzistentní a efektivní dodávka elektřiny.

V tomto článku se podíváme na základy návrhu elektrických podstanic, včetně různých komponent, otázek rozvržení a environmentálních faktorů.

Kritéria plánování podstanic

Maximální úroveň poruchy na novém sběrném vedení podstanice nemůže být více než 80 % nominální kapacity průraznosti vypínače.

20% buffer je určen k zohlednění nárůstu úrovní krátkého zapojení v průběhu rozvoje systému.

Rychlost přerušení proudu a generování proudu, stejně jako schopnost vyřešení poruchy u přepínacího zařízení na různých napěťových úrovních, lze vypočítat následovně:

Kapacita jedné transformovny v různých napěťových úrovních obecně nesmí překročit.

Velikost a počet propojovacích transformátorů (ICTs) musí být plánovány tak, aby selhání jakéhokoli jednoho zařízení nepřetížilo zbývající ICTs nebo podkladový systém.

Zaseknutý spínač nemůže přerušit více než 4 vedení pro systém 220 kV, dva pro systém 400 kV a jeden pro systém 765 kV.

Požadavky na podstaniční systém

Názvosloví

Spolehlivost: Spolehlivost elektrického systému spočívá v ne přerušovaném dodávání energie v požadovaném napětí a frekvenci. Sběrnice, vypínače, transformátory, odpojovače a regulační zařízení ovlivňují spolehlivost podstanice.

Frekvence selhání: Je to průměrný roční počet selhání.

Doba výpadku: Doba výpadku se týká času potřebného k opravě selhavé komponenty nebo přepnutí na jiný zdroj dodávky.

Čas přepínání: Čas od začátku výpadku do obnovení služby prostřednictvím přepínací operace.

Přepínací schéma: Umístění sběrnic a zařízení berou v úvahu náklady, flexibilitu a spolehlivost systému.

Vzdálenost fáze od země: Vzdálenost fáze od země v podstani je 

• Vzdálenost mezi vodičem a konstrukcí. 

• Vzdálenost mezi živým zařízením a konstrukcemi &

• Vzdálenost mezi živým vodičem a zemí.

Vzdálenost mezi fázemi: Vzdálenosti mezi fázemi v podstani jsou 

• Vzdálenost mezi živými vodiči. 

• Vzdálenost mezi živými vodiči a zařízeními a 

• Vzdálenost mezi živými terminály ve vypínačích, odpojovačích atd.

Vzdálenost od země: Je to minimální vzdálenost od jakéhokoli místa, kde by mohl člověk stát, k nejbližší nezemské části izolátoru, který podporuje živý vodič.

Sekční vzdálenost: Je to minimální vzdálenost od jakéhokoli stojacího místa k nejbližšímu nezakrytému živému vodiči. Pro výpočet sekční vzdálenosti vezměte výšku člověka s nataženýma rukama a vzdálenost fáze od země.

Bezpečnostní vzdálenost: Zahrnuje to vzdálenost k zemi a částí.

Elektrostatické pole podstanice: Napájené vodiče nebo kovové části vytvářejí elektrostatická pole. VEH podstanice (nad 400 kV) mají elektrostatická pole, která se liší v závislosti na geometrii napájeného vodiče/kovové části a sousedícího uzemněného objektu nebo země.

Obecné

• Přenosové linky, 

• Podpřenosové vedení, 

• Generující obvody a 

• Transformátory pro zvýšení a snížení napětí 

jsou připojeny k podstanicím nebo přepínacím stanicím. 

Podstanice od 66 do 40 kV jsou označovány jako VEH. Nad 500 kV jsou označovány jako UHV.

Návrh a metody pro VEH podstanice jsou podobné, některé prvky však dominují na různých úrovních napětí. Až do 220 kV lze přepínací vlny ignorovat, ale nad 345 kV jsou zásadní.

Kritéria a studie návrhu podstanice

Požadavky na návrh podstanice budou určeny následujícími studiemi.

• Studie proudového toku

• Studie krátkého spojení

• Studie přechodné stability

• Studie přechodných přetlaků

Studie proudového toku

• Podstanice zajišťuje spolehlivý přenos energie na systémové zatížení. 

• Proudové požadavky nové podstanice (nebo) přepínací stanice jsou určeny studiemi proudového toku, když jsou všechny linky v provozu a když jsou vybrané linky mimo provoz kvůli údržbě. 

• Po vyhodnocení různých stavů proudového toku lze vypočítat trvalé a nouzové hodnoty zařízení.

Studie krátkého spojení

• Kromě kontinuálních proudových hodnot musí zařízení v elektrárnách mít krátkodobé hodnocení.

• Tyto musí být dostatečné, aby zařízení dokázala odolat tepelnému a mechanickému tlaku krátkodobého přetokového proudu bez poškození.

• Pro zajištění dostatečné přerušovací schopnosti v přerušovačích, pevnosti v podložkových izolátorech a vhodné nastavení ochranných relé, která detekují poruchu.

• Je třeba stanovit maximální a minimální přetokové proudy pro různé typy a lokace přetoků a konfigurace systému.

Studie tranzientní stability

• Běžný mechanický vstup generátoru je roven elektrickému výstupu plus ztráty generátoru.

• Generátory systému se otáčejí s frekvencí 50 Hz, pokud toto trvá. Jakákoli porucha v mechanickém nebo elektrickém toku způsobí, že se rychlost generátoru odkloní od 50 Hz a osciluje kolem nové rovnovážného bodu.

• Velmi běžnou poruchou je přetok. Přetoky blízko generátoru snižují napětí na dolním terminálu a zrychlují stroj.

• Po odstranění chyby zařízení přivede přebytečnou energii do elektřinového systému, aby obnovilo svůj původní stav.

• Pokud jsou elektrické spoje silné, stroj se rychle zpomalí a stabilizuje. Slabé spoje způsobí nestabilitu stroje.

• Faktory ovlivňující stabilitu zahrnují:

• Těžkost poruchy,

• Rychlost odstranění poruchy,

• Spoje mezi strojem a systémem po odstranění poruchy.

• Tranzientní stabilita elektrárny závisí na

• Typu a rychlosti ochrany link a sběrnic,

• Čase přerušení přerušovače a

• Konfiguraci sběrnice po odstranění poruchy.

• Poslední bod ovlivňuje uspořádání sběrnice.

• Pokud je porucha vyřešena během primárního relé, bude postižena pouze jedna linka.

• Zablokovaný přerušovač může způsobit, že během relé selhání přerušovače budou ztraceny více link, což oslabí vazbu systému.

Studie tranzientního přepětí

• Tranzientní přepětí může vzniknout z blesku nebo přepnutí obvodu.

• Studie pomocí analyzátoru tranzientní sítě (TNA) jsou nejpřesnějším způsobem, jak určit přepětí při přepínání.

Uspořádání elektrárny

Uspořádání elektrárny je určeno fyzickými a elektrickými zváženími, včetně následujících:

• Bezpečnost systému

• Flexibilita provozu

• Snadné ochranné uspořádání

• Omezení úrovní přetokového proudu

• Výbava pro údržbu

• Snadné rozšíření

• Faktory lokality

• Ekonomika

Bezpečnost systému

• Ideální elektrárny zahrnují samostatné přerušovače pro každý obvod a umožňují náhradu sběrnice nebo přerušovače během údržby nebo při poruchách.

• Bezpečnost systému lze určit tak, že se dovolí 100% závislost na integrity elektrárny, nebo dovolí určitý procento výpadku kvůli periodickým poruchám (nebo) údržbě.

• Ačkoli systém s dvojitou sběrnici a dvojitým přerušovačem je perfektní, je to drahá elektrárna.

Flexibilita provozu

• Kontrola zatížení MVA a MVAR pod všemi podmínkami spojení obvodů je nezbytná pro efektivitu zatížení generátoru.

• Obvody musí být seskupeny tak, aby poskytovaly optimální kontrolu v normálních i nouzových situacích.

Jednoduché ochranné uspořádání

• Pokud jeden spínač ovládá mnoho obvodů nebo více spínačů je poškozeno. Toto lze zmírnit dělením sběrnice.

• I když ochranné relé jsou jednoduché, jednosběrný systém je rigidní pro složitou ochranu.

Omezení úrovní krátkých obvodů

• Přípojná stanice může být rozdělena na dvě části, buď úplně nebo prostřednictvím reaktoru, k omezení úrovní krátkých obvodů.

• Správné použití spínačů v okruhových systémech může poskytnout podobné možnosti.

Servisní zařízení

• Údržba je potřebná během provozu přípojné stanice, ať už plánovaná nebo nouzová.

• Výkon přípojné stanice během údržby závisí na opatřeních ochrany.

Snadná rozšířitelnost

• Rozvržení přípojné stanice by mělo umožňovat rozšíření polí pro nové vedení.

• S vylepšením systému může být nutné přepnout z jednosběrného uspořádání na dvousběrný systém nebo rozšířit síťovou stanici na dvousběrnou stanici.

• Budou dostupné prostor a zařízení pro rozšíření.

Faktory lokality

• Dostupnost lokality je klíčová pro plánování přípojné stanice. V omezených místech může být nutné postavit stanici s menší flexibilitou.

• Přípojná stanice s méně spínači a jednodušší schématem zabírá méně místa.

Ekonomika

• Pokud je ekonomika možná, lze vytvořit vylepšené uspořádání přepínání pro technologické požadavky.

Rozvržení přípojné stanice a uspořádání přepínání

Rozvržení přípojné stanice a uspořádání přepínání musí být pečlivě navrženo na základě IEE-Business 141, aby se zajistila efektivita a bezpečnost elektrické distribuční soustavy.

• Transformátory,

• Spínače a

• Přepínače

musí být zvolen na základě požadavků na napětí a zatížení.

Pro maximalizaci prostoru, usnadnění údržby a umožnění rozšíření musí být rozvržení pečlivě plánováno. Sběrnice by měly efektivně spojovat zařízení a obvody by měly zlepšovat tok energie a spolehlivost.

Pro rychlé detekce a izolaci poruch jsou potřebné robustní systémy ochrany a řízení. Regulační normy a environmentální obavy určují návrh podstace, aby byla zajištěna bezpečnost, spolehlivost a dodržení environmentálních předpisů.

Při návrhu rozvržení EHV a konfigurací přepínání by měly být zohledněny následující aspekty:

• Mělo by být spolehlivé, bezpečné a zajišťovat vynikající kontinuitu služby.

Typické schémata sběrnic a ochrany v podstatcích jsou vysvětleny podrobně v:

1. Co je elektrická sběrnice? Typy, výhody, nevýhody &

2. Schémata ochrany sběrnic

Různé konfigurace sběrnic poskytují různé výhody v oblasti redundantnosti, flexibility provozu a přístupnosti pro údržbu.

Efektivní rozvržení sběrnic zajišťuje efektivní tok energie a usnadňuje budoucí rozšíření.

Struktury přepážkových dvorů

Struktury jsou potřebné k podpoře a instalaci elektrotechnického zařízení a ukončení kabelů přenosových linek.

Struktury mohou být vyrobeny z oceli, dřeva, železobetonu (RCC) nebo prémiového železobetonu (PSC). V závislosti na půdě stran jsou potřeba základy.

Podstatce používají montované ocelové konstrukce kvůli jejich výhodám.

The

• Fázové vzdálenosti, 

• Vzdálenost k zemi, 

• Izolátory, 

• Délka sběrnice a 

• Hmotnost zařízení 

mají vliv na konstrukční návrh.

• Ohýbání, 

• Pohybové nebezpečí flíce, 

• Svislá a vodorovná smyková síla a 

• Zánik stěny 

musí zabránit selhání ocelových nosníků a trámů. 

Mřížové skříně by měly být 1/10 až 1/15 rozpětí a čtverce. Obvykle nesmí deformace nosníku překročit 1/250 délky rozpětí. 

Kruhy a matice konstrukce musí mít průměr 16 mm, s výjimkou lehce zatěžovaných částí, kde mohou mít 12 mm.

Návrhové zatěžení sloupů a trámů by mělo zahrnovat 

• Tenzí vedoucích vodičů, 

• Tenzí zemního vodiče, 

• Hmotnost izolátorů a montážních materiálů a 

• Frakční zatěž (asi 350 kg), 

• Hmotnost pracovníka a nástrojů (200 kg) 

• Větrné a dopadové zatěžení 

během provozu zařízení.

Rozpětí přenosové linie musí být ukončeno strukturami portálu transformační stanice. Může dosahovat až +15 stupňů svisle a +30 stupňů vodorovně.

Konstrukce nádvoří mohou být natřené nebo horko cinkované. 

Konstrukce vyrobené z cinkované oceli vyžadují minimální údržbu. 

Nicméně, natřené konstrukce poskytly lepší odolnost proti korozi v některých extrémně kontaminovaných oblastech.

Obvykle používané fázové vzdálenosti jsou:

Návrh sběrnice

Aby bylo umožněno spojení mnoha komponent, které tvoří podstanici, jsou sběrnice vodičové pruhy používané k přenosu elektrické energie po celé podstanici.

Elektrické ztráty jsou sníženy, rozdělení energie je zajištěno konzistentněji a výkon podstanice se zlepšuje, pokud jsou sběrnice návrhem a rozměry správně navrženy.

Podstanice – Řídicí systémy

Automatizace podstanice optimalizuje provoz a efektivitu kombinací řídicích systémů, inteligentních zařízení a komunikačních sítí.

Reálné časové monitorování, dálkové ovládání, analýza dat a prediktivní údržba zlepšují spolehlivost a snižují dobu výpadku prostřednictvím automatizace.

Pokročilé řídicí systémy, jako je SCADA, zlepšují automatizaci podstanice, shromažďování dat a dálkové ovládání.

Automatizace podstanice využívá SCADA systémy pro centralizované řízení a monitorování.

SCADA systémy shromažďují data podstanice, aby zlepšily tok energie, učinily rozhodnutí a rychle odstranily poruchy.

Návrh podstanice – Komunikační protokoly

Zařízení podstanice a řídící centrá musí disponovat efektivními komunikačními sítěmi pro sdílení dat a řízení.

Návrh architektury podstanice vyžaduje spolehlivé komunikační protokoly jako IEC 61850, DNP3 nebo Modbus pro vzájemnou propojitelnost, integrity dat a kybernetickou bezpečnost.

Prohlášení: Respektujte původ, dobré články stojí za sdílení, pokud dochází k porušení práv, obraťte se na nás s žádostí o odstranění.