Дизайн электрических подстанций: Введение
پستهای برق قسمتهای ضروری از شبکه توزیع برق را تشکیل میدهند و به عنوان مرکز برای انتقال و توزیع برق عمل میکنند. این تسهیلات پیچیده نیازمند برنامهریزی، طراحی و اجرای دقیق هستند تا تأمین برق مداوم و کارآمد را تضمین کنند.
در این مقاله، به بنیادهای طراحی پستهای برق خواهیم پرداخت، از جمله اجزای مختلف، نگرانیهای طرح و عوامل محیطی.
معیارهای برنامهریزی پست
سطح حداکثر خطای در یک اتوبوس پست جدید نمیتواند بیشتر از ۸۰٪ ظرفیت شکست دهنده سوئیچ باشد.
بوفرا ۲۰٪ برای افزایش سطح کوتاهمداری با توسعه سیستم در نظر گرفته شده است.
نرخ جریان شکست و تولید جریان، به همراه توانایی زمانبرداری پاکسازی خطا در تجهیزات سوئیچ در سطوح ولتاژ مختلف، میتواند به صورت زیر محاسبه شود:
| زمان رفع خطا | سطح ولتاژ | زمان عملکرد | جریان قطع | جریان تأیید |
| ۱۵۰ میلیثانیه | ۳۳ کیلوولت | ۶۰-۸۰ میلیثانیه | ۲۵ کیلوآمپر | ۶۲.۵ کیلوآمپر |
| ۱۲۰ میلیثانیه | ۱۳۲ کیلوولت | ۵۰ میلیثانیه | ۲۵/۳۱.۵ کیلوآمپر | ۷۰ کیلوآمپر |
| ۱۰۰ میلیثانیه | ۲۲۰ کیلوولت | ۵۰ میلیثانیه | ۳۱.۵/۴۰ کیلوآمپر | ۱۰۰ کیلوآمپر |
| ۱۰۰ میلیثانیه | ۴۰۰ کیلوولت | ۴۰ میلیثانیه | ۴۰ کیلوآمپر | ۱۰۰ کیلوآمپر |
گنجایش هر زیرстанیون در سطوح ولتاژ مختلف به طور کلی نباید فراتر رود.
| زیرایستگاه | سطح ولتاژ |
| ۷۶۵ کیلوولت | ۲۵۰۰ مگاوات |
| ۴۰۰ کیلوولت | ۱۰۰۰ مگاوات |
| ۲۲۰ کیلوولت | ۳۲۰ مگاوات |
| ۱۱۰ کیلوولت | ۱۵۰ مگاوات |
حجم و تعداد ترانسفورماترهای اتصالی (ICTs) باید به گونهای برنامهریزی شود که خرابی هر واحد منفرد باعث بارگیری بیش از حد واحدهای باقیمانده یا سیستم زیربنایی نشود.
یک قطعکننده عیبدار نمیتواند بیش از چهار خط فیدر برای یک سیستم ۲۲۰ کیلوولت، دو خط برای یک سیستم ۴۰۰ کیلوولت و یک خط برای یک سیستم ۷۶۵ کیلوولت را قطع کند.
نیازمندیهای سیستم زیرстанسیون
| 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 | ||
نامگذاری
قابلیت اطمینان: قابلیت اطمینان سیستم توان برق، تأمین غیرمتوقف انرژی با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز است. شینها، قطع کنندههای دایره، ترانسفورماتورها، جداکنندهها و دستگاههای تنظیم کننده بر قابلیت اطمینان زیرстанسیون تأثیر میگذارند.
نرخ خرابی: میزان متوسط خرابی در طول یک سال است.
زمان قطع: زمان قطع به مدت زمان مورد نیاز برای تعمیر یک قطعه خراب یا تغییر به منبع تأمین انرژی دیگر اشاره دارد.
زمان جابجایی: مدت زمان از شروع قطع تا بازگشت خدمات از طریق عملیات جابجایی.
طرح جابجایی: قرار گرفتن شینها و تجهیزات به هزینه، انعطافپذیری و قابلیت اطمینان سیستم توجه دارد.
فاصله فاز-به-زمین: فاصله فاز-به-زمین زیرستانسیون
فاصله بین رساننده و ساختار.
فاصله بین تجهیزات زنده و ساختارها &
فاصله بین رساننده زنده و زمین.
فاصله فاز-به-فاز: فاصلههای فاز-به-فاز زیرستانسیون
فاصله بین رسانندههای زنده.
فاصله بین رسانندههای زنده و تجهیزات و
فاصله بین پایانههای زنده در قطع کنندهها، جداکنندهها و غیره.
فاصله زمین: حداقل فاصله از هر نقطهای که انسان ممکن است بایستد تا نزدیکترین بخش غیرزمینی از یک عایق که رساننده زنده را حمایت میکند.
فاصله بخشی: حداقل فاصله از هر نقطهای که انسان ممکن است بایستد تا نزدیکترین رساننده زنده بدون محافظ. برای محاسبه فاصله بخشی، ارتفاع یک شخص با دستهای باز و فاصله فاز-به-زمین را در نظر بگیرید.
امان: این شامل امنیت زمینی و بخشی است.
میدان الکترواستاتیکی زیرстанسیون: سیمهای مجهز به انرژی یا قطعات فلزی میدانهای الکترواستاتیکی ایجاد میکنند. زیرستانسیونهای EHV (بیش از ۴۰۰ کیلوولت) میدانهای الکترواستاتیکی دارند که با توجه به هندسه سیم مجهز به انرژی/بخش فلزی و شیء زمین شده یا زمین مجاور متغیر است.
عمومی
خطوط انتقال،
فیدرهای زیرانتقال،
مدارهای تولید، و
تبدیلکنندههای بالا بردن و پایین آوردن ولتاژ
به زیرستانسیونها یا ایستگاههای تغییر مسیر متصل میشوند.
زیرستانسیونهای از ۶۶ تا ۴۰ کیلوولت به عنوان EHV شناخته میشوند. بالای ۵۰۰ کیلوولت، آنها UHV هستند.
نگرانیها و روشهای طراحی زیرستانسیونهای EHV مشابه است، اما برخی عناصر در سطوح مختلف ولتاژ غالب هستند. تا ۲۲۰ کیلوولت، افزایشهای تغییر مسیر میتوانند نادیده گرفته شوند، اما بالای ۳۴۵ کیلوولت، آنها ضروری هستند.
معیارهای طراحی زیرستانسیون و مطالعات
نیازهای طراحی زیرستانسیون توسط مطالعات زیر تعیین خواهد شد.
مطالعات جریان بار
مطالعات کوتاه مداری
مطالعات پایداری موقت
مطالعات فشار بیش از حد موقت
مطالعات جریان بار
یک زیرستانسیون اطمینان از انتقال قدرت موثق به بارهای سیستم را فراهم میکند.
نیازهای حمل جریان زیرستانسیون یا ایستگاه تغییر مسیر جدید توسط مطالعات جریان بار تعیین میشود در حالی که تمام خطوط در حال عمل هستند و در حالی که خطوط منتخب برای نگهداری خارج شدهاند.
پس از ارزیابی چندین وضعیت جریان بار، نرخهای ادامه و اضطراری تجهیزات محاسبه میشوند.
مطالعات کوتاه مداری
به علاوه بر نرخهای جریان مداوم، تجهیزات زیرстан به نرخهای کوتاه مدت نیاز دارند.
این نرخها باید کافی باشند تا تجهیزات بتوانند جریان کوتاه مدار و فشارهای حرارتی و مکانیکی را بدون آسیب تحمل کنند.
برای ارائه قابلیت قطع مناسب در برشها، مقاومت در عایقهای ستونی و تنظیم مناسب برای رلههای محافظ که خطای را تشخیص میدهند.
باید بزرگترین و کوچکترین جریانهای کوتاه مدار برای انواع مختلف و مکانهای مختلف کوتاه مدار و ساختارهای سیستم تعیین شود.
مطالعات پایداری گذرا
ورودی مکانیکی معمولی ژنراتور با خروجی الکتریکی به اضافه از دست دادن ژنراتور برابر است.
ژنراتورهای سیستم به طور معمول با ۵۰ هرتز چرخ میکنند تا اینکه این حالت ادامه داشته باشد. هر اختلال در جریان مکانیکی یا الکتریکی باعث میشود سرعت ژنراتور از ۵۰ هرتز فاصله بگیرد و حول نقطه تعادل جدید نوسان کند.
یک اختلال بسیار رایج کوتاه مدار است. کوتاه مدار نزدیک ژنراتور ولتاژ پایینتر را در انتهای ماشین ایجاد میکند و سرعت آن را افزایش میدهد.
پس از رفع خطای، دستگاه انرژی اضافه را به سیستم تغذیه میکند تا وضعیت اصلی خود را بازیابی کند.
وقتی پیوندهای الکتریکی قوی هستند، ماشین به سرعت کاهش سرعت مییابد و پایدار میشود. پیوندهای ضعیف باعث ناپایداری ماشین میشوند.
فاکتورهای موثر بر پایداری شامل:
شدت خطا،
سرعت رفع خطا،
پیوندهای بین ماشین و سیستم پس از رفع خطا.
پایداری گذرا زیرستان به
نوع و سرعت رلههای محافظ خط و باس،
زمان قطع برش، و
ساختار باس پس از رفع خطا، بستگی دارد.
نقطه آخر ساختار باس را تحت تأثیر قرار میدهد.
فقط یک خط تحت تأثیر قرار میگیرد اگر خطا در طول رلههای اولیه رفع شود.
یک برش بلاک شده ممکن است باعث از دست دادن چند خط در طول رلههای شکست برش شود و پیوند سیستم را ضعیف کند.
مطالعات فشار بیش از حد گذرا
فشار بیش از حد گذرا میتواند ناشی از برقآبی یا تغییر در مدار باشد.
مطالعات تحلیلگر شبکه گذرا (TNA) بهترین روش برای تعیین فشار بیش از حد تغییر مدار است.
طرح ترتیب زیرستان
ترتیب زیرستان توسط در نظر گرفتن مسائل فیزیکی و الکتریکی، شامل موارد زیر تعیین میشود:
امنیت سیستمها
انعطافپذیری عملیاتی
سهولت در تنظیمات محافظ
محدود کردن سطح کوتاه مدار
تسهیلات نگهداری
سهولت در توسعه
عوامل محلی
اقتصادی بودن
امنیت سیستمها
زیرستانهای ایدهآل شامل برشهای جداگانه برای هر مدار و اجازه جایگزینی باسبارها یا برشها در حین نگهداری یا خطاهای است.
امنیت سیستم میتواند با اجازه دادن ۱۰۰٪ وابستگی به تمامیت زیرستان یا اجازه دادن به درصدی از وقت خاموشی به دلیل خطاهای دورهای (یا) نگهداری تعیین شود.
اگرچه یک سیستم باسبار دوگانه با طراحی برشهای دوگانه کامل است، اما یک زیرستان گران است.
چندرسانگی عملیاتی
کنترل بار MVA و MVAR در تمام شرایط اتصال مدار برای کارایی بار دهی ژنراتور ضروری است.
مدارهای بار باید به گروههایی تقسیم شوند تا کنترل بهینه در شرایط عادی و اضطراری فراهم شود.
آسانسازی تنظیمات محافظت
اگر یک قطعکننده مدار چند مدار را کنترل کند یا چند قطعکننده مدار خراب شوند. این مشکلات میتوانند با تقسیمبندی شین حل شوند.
حتی اگر حفاظت رلهای ساده باشد، سیستم یکشین برای حفاظت پیچیده سختگیرانه است.
محدود کردن سطح کوتاهمدارها
یک زیراستانسیون میتواند به دو بخش، کاملاً یا از طریق اتصال راکتور، تقسیم شود تا سطح کوتاهمدار کاهش یابد.
استفاده صحیح از قطعکنندههای مدار در سیستمهای حلقهای میتواند امکان مشابهی را فراهم کند.
تسهیلات نگهداری
نگهداری در طول عملیات زیراستانسیون، برنامهریزی شده (یا) اضطراری لازم است.
عملکرد زیراستانسیون در حین نگهداری به ترتیبات حفاظتی بستگی دارد.
آسانسازی گسترش
طرح زیراستانسیون باید اجازه گسترش بای برای فیدرهای جدید را دهد.
با بهبود سیستم، ممکن است لازم باشد از یک سیستم یکشین به یک سیستم دوشین تغییر داده شود یا یک استانسیون شبکهای به یک استانسیون دوشین تبدیل شود.
فضا و تسهیلات گسترش موجود خواهد بود.
عوامل محلی
موجودیت محل برای برنامهریزی زیراستانسیون ضروری است. ساخت یک استانسیون با انعطافپذیری کمتر در مکانهای محدود ممکن است ضروری باشد.
زیراستانسیون با تعداد کمتری قطعکننده و سیمنمای سادهتر فضای کمتری اشغال میکند.
اقتصادی
اگر اقتصادی ممکن باشد، میتوان یک ترتیب کلیدزنی بهبود یافته برای نیازهای فناوری ایجاد کرد.
طرح زیراستانسیون و ترتیب کلیدزنی
طرح زیراستانسیون و ترتیب کلیدزنی باید بر اساس IEE-Business 141 با دقت طراحی شود تا کارایی و ایمنی سیستم توزیع الکتریکی تضمین شود.
ترانسفورماتورها،
قطعکنندههای مدار، و
سوئیچها
باید بر اساس نیازهای ولتاژ و بار انتخاب شود.
برای به حداکثر رساندن فضا، تسهیل تعمیر و نگهداری و اجازه گسترش، باید طرح با دقت برنامهریزی شود. میلههای اصلی باید به طور کارآمد تجهیزات را متصل کنند و مدارها باید جریان برق و قابلیت اطمینان را بهبود بخشند.
برای تشخیص و جداسازی سریع خطا، سیستمهای محافظت و کنترل محکم لازم است. استانداردهای نظارتی و نگرانیهای زیستمحیطی طراحی زیرстан را تعیین میکنند تا ایمنی، قابلیت اعتماد و رعایت مقررات زیستمحیطی را تضمین کنند.
چند جنبه در طراحی یک طرح EHV و پیکربندیهای تغییر وضعیت باید در نظر گرفته شود:
باید قابل اعتماد، امن و ادامه خدمات عالی را تضمین کند.
طرحهای معمولی میلههای اصلی زیرستان و محافظت آنها به صورت دقیق در اینجا توضیح داده شده است:
میله اصلی الکتریکی چیست؟ انواع، مزایا و معایب &
طرحهای محافظت میلههای اصلی
پیکربندیهای مختلف میلههای اصلی مزایای مختلفی را در زمینه تکرارپذیری، انعطافپذیری عملیاتی و دسترسی به تعمیر و نگهداری ارائه میدهند.
طرح میله اصلی کارآمد مطمئن میشود که جریان برق به صورت کارآمد باشد و گسترش آینده را تسهیل کند.
ساختارهای سوییچیارد
ساختارها برای پشتیبانی و نصب تجهیزات الکتریکی میله و پایان دادن به کابلهای خط انتقال لازم هستند.
ساختارها میتوانند از فولاد، چوب، RCC یا PSC ساخته شوند. بر اساس خاک جانبی، آنها نیاز به پایههایی دارند.
زیرستانها از ساختارهای فولادی ساخته شده برای مزایای آنها استفاده میکنند.
پاکسازی فاز،
پاکسازی زمین،
ایزولاتورها،
طول باریکه، و
وزن تجهیزات
طراحی ساختاری را تحت تاثیر قرار میدهند.
خمش،
پیچش فلانژ،
برق قائم و افقی، و
خرابی وب
باید خرابی بام و باریکه فولادی را جلوگیری کند.
باریکههای جدارهای باید ۱/۱۰ تا ۱/۱۵ طول پرتاب باشند. معمولاً، انحراف بام نمیتواند بیش از ۱/۲۵۰ طول پرتاب باشد.
پیچها و مهرههای ساختار باید ۱۶ میلیمتر قطر داشته باشند، به استثنای بخشهای کمبار که میتوانند ۱۲ میلیمتر باشند.
بار طراحی برای ستونها و باریکهها باید شامل
تنش هادی،
تنش سیم زمین،
وزن ایزولاتور و لوازم، و
بار کسری (حدود ۳۵۰ کیلوگرم)،
وزن کارگر و ابزار (۲۰۰ کیلوگرم)
بار باد و ضربه
در حین عملیات تجهیزات.
پرتاب خط هوایی باید توسط سازههای پایانه زیرستون خاتمه یابد. میتواند تا ۱۵ درجه عمودی و ۳۰ درجه افقی حرکت کند.
سازههای محوطه میتوانند رنگآمیزی یا گالوانیزه شوند.
سازههای ساخته شده با فولاد گالوانیزه نیاز به نگهداری حداقلی دارند.
با این حال، سازههای رنگآمیزی شده در برخی مناطق بسیار آلوده مقاومت به خوردگی بهتری دارند.
فاصلههای فاز معمولاً به صورت:
| ۱۱ کیلوولت | ۱.۳ متر |
| ۳۳ کیلوولت | ۱.۵ متر |
| ۶۶ کیلوولت | ۲.۰ تا ۲.۲ متر |
| ۱۱۰ کیلوولت | ۲.۴ تا ۳ متر |
| ۲۲۰ کیلوولت | ۴.۵ متر |
| ۴۰۰ کیلوولت | ۷.۰ متر |
طراحی باربر
برای تسهیل ارتباط بین مولفههای مختلف که تشکیل دهنده یک زیرстанسیون هستند، باربرها نوارهای رسانا هستند که برای انتقال توان الکتریکی در سراسر زیرستانسیون استفاده میشوند.
زمانی که باربرها به درستی طراحی و اندازهگیری میشوند، تلفات الکتریکی کاهش مییابد، توزیع توان به صورت همگنتر انجام میشود و عملکرد زیرستانسیون بهبود مییابد.
زیرستانسیون – سیستمهای کنترل
اتوماسیون زیرستانسیون با ترکیب سیستمهای کنترل، دستگاههای هوشمند و شبکههای ارتباطی عملکرد و کارایی را بهینه میکند.
نظارت بهموقع، کنترل دوردست، تحلیل داده و نگهداری پیشبینیشده با اتوماسیون قابلیت اطمینان را بهبود میبخشند و زمان خرابی را کاهش میدهند.
سیستمهای کنترل پیشرفته مانند SCADA باعث بهبود اتوماسیون زیرستانسیون، جمعآوری داده و کنترل دوردست میشوند.
اتوماسیون زیرستانسیون از سیستمهای SCADA برای کنترل و نظارت مرکزی استفاده میکند.
سیستمهای SCADA دادههای زیرستانسیون را جمعآوری میکنند تا جریان توان را بهبود بخشند، تصمیمات را بگیرند و خطاها را سریعاً حل کنند.
طراحی زیرستانسیون – پروتکلهای ارتباطی
طرح معماری زیرستان به پروتکلهای ارتباطی قابل اعتماد نظیر IEC 61850، DNP3 یا Modbus برای همکاری بین سیستمها، تمامیت داده و امنیت سایبری نیاز دارد.
بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوب ارزش به اشتراک گذاری را دارند، در صورت وجود تخلف لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.
