طراحی زیرстанسیون برق: مقدمه
زیرстанسیونهای برق بخشهای ضروری شبکه توزیع برق هستند و به عنوان مراکز انتقال و توزیع برق عمل میکنند. این تأسیسات پیچیده نیازمند برنامهریزی، طراحی و اجرای دقیق برای تأمین برق مداوم و کارآمد هستند.
در این مقاله، به بنیادهای طراحی زیرستانسیون برق شامل اجزا مختلف، نگرانیهای طرح و عوامل محیطی خواهیم پرداخت.
معیارهای برنامهریزی زیرستانسیون
سطح خطا حداکثر در اتوبوس زیرستانسیون جدید نمیتواند بیش از ۸۰٪ ظرفیت شکستن مدار قطعکننده باشد.
بوفر ۲۰٪ برای حساب کردن افزایش سطح خطا کوتاهمدار در طول توسعه سیستم در نظر گرفته شده است.
نرخ جریان قطع و تولید جریان، همچنین تواناییهای زمان پاکسازی خطا در دستگاههای تغییر مسیر 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 |
ظرفیت هر زیراستانسیون در سطوح ولتاژ مختلف به طور کلی نباید بیش از حد معین باشد.
| زیرстанیون | سطح ولتاژ |
| ۷۶۵ کیلوولت | ۲۵۰۰ مگاوات |
| ۴۰۰ کیلوولت | ۱۰۰۰ مگاوات |
| ۲۲۰ کیلوولت | ۳۲۰ مگاوات |
| ۱۱۰ کیلوولت | ۱۵۰ مگاوات |
اندازه و تعداد ترانسفورماتورهای 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 گیر کرده نمیتواند بیش از ۴ خط فیدر برای یک سیستم ۲۲۰ کیلوولت، دو خط فیدر برای یک سیستم ۴۰۰ کیلوولت و یک خط فیدر برای یک سیستم ۷۶۵ کیلوولت را قطع کند.
نیازمندیهای سیستم زیراستانیون
| 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 توزیع برق، تأمین پیوسته انرژی در ولتاژ و فرکانس مورد نیاز است. میلههای شین، دیودهای کلیدی، ترانسفورماتورها، جداکنندهها و دستگاههای تنظیمکننده بر قابلیت اطمینان زیرстанیون تأثیر میگذارند.
نرخ خرابی: میزان متوسط خرابی سالانه است.
زمان قطعی: زمان قطعی به مدت زمان لازم برای تعمیر قطعه خراب یا تغییر به منبع تامین دیگر اشاره دارد.
زمان کلیدزنی: مدت زمان از شروع قطعی تا بازگشت به خدمت رسانی از طریق عملیات کلیدزنی.
طرح کلیدزنی: قراردادن میلههای شین و تجهیزات با توجه به هزینه، انعطافپذیری و قابلیت اطمینان سیستم صورت میگیرد.
فاصله فاز به زمین: فاصله فاز به زمین در زیرستان
فاصله بین هادی و ساختار.
فاصله بین تجهیزات زنده و ساختارها &
فاصله بین هادی زنده و زمین.
فاصله فاز به فاز: فاصلههای فاز به فاز در زیرستان
فاصله بین هادیهای زنده.
فاصله بین هادیهای زنده و تجهیزات و
فاصله بین ترمینالهای زنده در دیودهای کلیدی، جداکنندهها و غیره.
فاصله زمین: فاصله حداقل از هر مکانی که انسان ممکن است بخواهد در آنجا ایستاد تا نزدیکترین بخش غیرزمینی از یک عایق که هادی زنده را حمایت میکند.
فاصله بخشی: فاصله حداقل از هر مکان ایستادنی تا نزدیکترین هادی زنده بدون پوشش. برای محاسبه فاصله بخشی، ارتفاع یک فرد با دستهای گسترده و فاصله فاز به زمین را در نظر بگیرید.
فضای ایمنی: این شامل فضای ایمنی زمین و بخشی است.
میدان الکتریکی خودآسانسازی زیراستانسیون: خطوط ناقل توان یا قطعات فلزی میدانهای الکترواستاتیکی ایجاد میکنند. زیراستانسیونهای با ولتاژ بالا (بیش از ۴۰۰ کیلوولت) میدانهای الکترواستاتیکی دارند که بر اساس هندسه خط ناقل توان/بخش فلزی و شیء یا زمین نزدیک متغیر است.
عمومی
خطوط انتقال،
پیمانههای تحتانتقال،
مدارهای تولید، و
تقویتکنندهها و تضعیفکنندهها
به زیراستانسیونها یا ایستگاههای تغییر مسیر متصل میشوند.
زیراستانسیونهای با ولتاژ ۶۶ تا ۴۰ کیلوولت به عنوان EHV شناخته میشوند. بالای ۵۰۰ کیلوولت، آنها UHV هستند.
نگرانیها و روشهای طراحی برای زیراستانسیونهای EHV مشابه است، اما برخی عناصر در سطوح مختلف ولتاژ غالب هستند. تا ۲۲۰ کیلوولت، پرشهای تغییر مسیر میتوانند نادیده گرفته شوند، اما بالای ۳۴۵ کیلوولت، ضروری هستند.
معیارهای طراحی زیراستانسیون و مطالعات
نیازمندیهای طراحی زیراستانسیون توسط مطالعات زیر تعیین خواهد شد.
مطالعات جریان بار
مطالعات کوتاهمدار
مطالعات پایداری موقت
مطالعات ولتاژ اضافی موقت
مطالعات جریان بار
یک زیراستانسیون اطمینان از انتقال قدرت به بارهای سیستم را فراهم میکند.
نیازهای جریانبرداری زیراستانسیون 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.
بعد از ارزیابی چندین حالت جریان بار، نرخهای مستمر و اضطراری تجهیزات محاسبه میشوند.
مطالعات کوتاهمدار
به علاوه بر نرخهای جریان مداوم، تجهیزات زیرстанیون باید دارای نرخهای کوتاهمدت باشند.
این نرخها باید به اندازه کافی باشند تا تجهیزات قادر به تحمل حرارت و فشارهای مکانیکی جریان کوتاهمدار بدون آسیب شدن باشند.
برای ارائه قابلیت قطع مناسب در قطعکنندهها، مقاومت در عایقهای ستونی و تنظیم مناسب برای رلههای محافظ که خطای را تشخیص میدهند.
باید حداکثر و حداقل جریانهای کوتاهمدار برای انواع مختلف و مکانهای مختلف کوتاهمدار و پیکربندیهای سیستم تعیین شود.
مطالعات پایداری موقت
ورودی مکانیکی معمولی ژنراتور با خروجی الکتریکی آن به اضافه ضایعات ژنراتور برابر است.
ژنراتورهای سیستم به طور مداوم با ۵۰ هرتز چرخ میکنند. هر اختلال در جریان مکانیکی یا الکتریکی باعث میشود سرعت ژنراتور از ۵۰ هرتز جدا شده و حول نقطه تعادل جدید نوسان کند.
یکی از اختلالات بسیار رایج کوتاهمدار است. کوتاهمدار نزدیک ژنراتور ولتاژ پایینتر را ایجاد میکند و ماشین را سریعتر میکند.
بعد از رفع خطا، دستگاه انرژی اضافه را به سیستم تغذیه میکند تا وضعیت اصلی آن بازگردانده شود.
هنگامی که پیوندهای الکتریکی قوی هستند، ماشین به سرعت کاهش سرعت مییابد و پایدار میشود. پیوندهای ضعیف باعث ناپایداری ماشین میشوند.
عوامل موثر بر پایداری شامل:
شدت خطا،
سرعت رفع خطا،
پیوندهای بین ماشین و سیستم پس از رفع خطا.
پایداری موقت زیرستانیون به
نوع و سرعت رلههای محافظ خط و باس،
زمان قطع قطعکننده، و
پیکربندی باس پس از رفع خطا.
نقطه آخر تأثیر بر پیکربندی باس دارد.
فقط یک خط تحت تأثیر قرار میگیرد اگر خطا در حین رلهگری اولیه رفع شود.
قطعکنندهای که بلاک شده باشد ممکن است چند خط را در حین رلهگری شکست قطعکننده از دست دهد و پیوند سیستم را ضعیف کند.
مطالعات ولتاژ موقت بالا
ولتاژ موقت بالا میتواند ناشی از برق یا تغییر مدار باشد.
مطالعات تحلیلگر شبکه موقت (TNA) روش دقیقترین برای تعیین ولتاژ بالای تغییر مدار است.
پیکربندی و ترتیب زیرستانیون
ترتیب زیرستانیون توسط ملاحظات فیزیکی و الکتریکی، از جمله موارد زیر تعیین میشود:
امنیت سیستمها
انعطافپذیری عملیاتی
آسانسازی ترتیبهای محافظتی
محدود کردن سطحهای کوتاهمدار
تسهیلات نگهداری
گسترش آسان
عوامل محلی
اقتصادی بودن
امنیت سیستمها
زیرستانیونهای ایدهآل شامل قطعکنندههای جداگانه برای هر مدار و اجازه جایگزینی باسبارها یا قطعکنندهها در حین نگهداری یا خطا هستند.
امنیت سیستم میتواند با اجازه ۱۰۰٪ وابستگی به تمامیت زیرستانیون یا اجازه درصدی غیرفعالی به دلیل خطاها (یا) نگهداری دورهای تعیین شود.
اگرچه سیستم باسبار دوگانه با طراحی قطعکننده دوگانه کامل است، اما یک زیرستانیون گرانقیمت است.
انعطافپذیری عملیاتی
کنترل بار MVA و MVAR تحت تمام شرایط اتصال مدار برای کارایی بارگذاری ژنراتور ضروری است.
مدارهای بار باید به گروههایی تقسیم شوند تا کنترل بهینه در شرایط عادی و اضطراری فراهم شود.
آسانسازی تنظیمات حفاظتی
اگر یک قطعکننده مدار چندین مدار را کنترل کند یا بیشتر قطعکنندهها خراب شوند. این مشکل با تقسیمبندی اتوبوس میتواند حل شود.
حتی اگر رلههای حفاظتی ساده باشند، سیستم تک اتوبوس برای حفاظت پیچیده سختگیر است.
محدود کردن سطوح کوتاهمداری
یک زیراستانسیون میتواند به دو بخش، کاملاً یا از طریق اتصال رآکتور، تقسیم شود تا سطوح کوتاهمداری کاهش یابد.
استفاده صحیح از قطعکنندهها در سیستمهای حلقهای میتواند امکان مشابهی را فراهم کند.
تسهیلات نگهداری
نگهداری در طول عملیات زیراستانسیون، آمادهشده (یا) اضطراری لازم است.
عملکرد زیراستانسیون در حین نگهداری به ترتیبات حفاظتی بستگی دارد.
گسترش آسان
طرح زیراستانسیون باید امکان گسترش بیبند برای خطوط جدید را فراهم کند.
با بهبود سیستم، ممکن است لازم باشد از ترتیب تک اتوبوس به سیستم دو اتوبوس یا گسترش یک ایستگاه شبکهای به یک ایستگاه دو اتوبوس تغییر داده شود.
فضا و تسهیلات گسترش موجود خواهد بود.
عوامل محلی
در دسترس بودن محل برای برنامهریزی زیراستانسیون ضروری است. ساخت یک ایستگاه با انعطافپذیری کمتر در مکانهای محدود ممکن است لازم باشد.
زیراستانسیون با تعداد کمتری قطعکننده و طرح سادهتر فضای کمتری اشغال میکند.
اقتصادیبودن
اگر اقتصادی مناسب باشد، یک ترتیب کلیدزنی بهبود یافته برای نیازهای فناوری میتواند ایجاد شود.
طرح زیراستانسیون و ترتیب کلیدزنی
طرح زیراستانسیون و ترتیب کلیدزنی باید بر اساس IEEE 141 به دقت طراحی شود تا کارایی و ایمنی سیستم توزیع برق تضمین شود.
تبدیلکنندهها،
قطعکنندههای مدار، و
کلیدها
باید بر اساس نیازهای ولتاژ و بار انتخاب شود.
برای به حداکثر رساندن فضا، تسهیل تعمیر و نگهداری و امکان گسترش، طرح باید با دقت برنامهریزی شود. میلههای اصلی باید به طور کارآمد تجهیزات را به هم متصل کنند و مدارها باید جریان الکتریسیته و قابلیت اطمینان را بهبود بخشند.
برای تشخیص و جداسازی سریع خطا، سیستمهای محافظت و کنترل محکم نیاز است. استانداردهای نظارتی و نگرانیهای زیستمحیطی طراحی زیرстанیون را تعیین میکنند تا امنیت، وابستگی و رعایت مقررات زیستمحیطی را تضمین کنند.
چندین جنبه در طراحی چیدمان EHV و پیکربندیهای تغییر دهنده باید در نظر گرفته شود:
باید قابل اعتماد، امن و تداوم خدمات عالی را تضمین کند.
طرحهای معمولی میلههای اصلی زیرستانیون و محافظت آنها به تفصیل در:
میله اصلی الکتریکی چیست؟ انواع، مزایا و معایب &
طرحهای محافظت میله اصلی
پیکربندیهای مختلف میله اصلی مزایای مختلفی در زمینه تکرارپذیری، انعطافپذیری عملیاتی و دسترسی به تعمیر و نگهداری ارائه میدهند.
چیدمان کارآمد میله اصلی مطمئن میشود که جریان الکتریسیته به صورت کارآمد باشد و گسترش آینده را تسهیل میکند.
ساختارهای سوئیچیارد
ساختارها برای حمایت و نصب تجهیزات الکتریکی میله و پایانیافتن کابلهای خط انتقال نیاز است.
ساختارها میتوانند از فولاد، چوب، RCC یا PSC ساخته شوند. بر اساس خاک جانبی، نیاز به بنیاد دارند.
زیرستانیونها از ساختارهای فولادی ساخته شده استفاده میکنند به دلیل مزایای آنها.
پاکسازی فاز،
پاکسازی زمین،
ایزولاتورها،
طول باریکه، و
وزن تجهیزات
طراحی ساختاری را تحت تاثیر قرار میدهند.
خم شدن،
خمش فلانژ،
برقآتشی عمودی و افقی، و
خرابی وب
باید از خرابی دستگاههای فولادی و دانهها جلوگیری کند.
دانههای جالویی باید ۱/۱۰ تا ۱/۱۵ طول پرتاب باشند. معمولاً، انحراف دستگاه نمیتواند بیش از ۱/۲۵۰ طول پرتاب باشد.
پیچها و مهرههای ساختاری باید قطر ۱۶ میلیمتری داشته باشند، به جز در بخشهای با بار کم که میتوانند ۱۲ میلیمتر باشند.
بار طراحی برای ستونها و دانهها باید شامل
تنش هادی،
تنش سیم زمین،
وزن ایزولاتورها و لوازم جانبی، 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 ساختارهای پرتی صرفهجویی زیرстанیون متوقف شود. میتواند تا ۱۵ درجه عمودی و ۳۰ درجه افقی حرکت کند.
ساختارهای میدان میتوانند رنگ شوند یا داغ غوطهور شوند.
ساختارهای ساخته شده با فولاد روغنی نیاز به نگهداری کمی دارند.
با این حال، ساختارهای رنگ شده مقاومت به خوردگی بهتری در برخی مناطق بسیار آلوده داشتند.
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 انرژی الکتریکی در سراسر زیرستانسیون استفاده میشوند.
وقتی باربرها به درستی طراحی و اندازهگیری میشوند، تلفات الکتریکی کاهش مییابد، توزیع قدرت منظمتر 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 زنده، کنترل دوردست، تحلیل داده و نگهداری پیشبینیشده با اتوماسیون قابلیت اطمینان را بهبود میبخشند و زمان خاموشی را کاهش میدهند.
سیستمهای کنترل پیشرفته مانند SCADA، اتوماسیون زیرستانسیون، جمعآوری داده و کنترل دوردست را بهبود میبخشند.
اتوماسیون زیرستانسیون از سیستمهای SCADA برای کنترل و نظارت مرکزی استفاده میکند.
سیستمهای SCADA دادههای زیرستانسیون را جمعآوری میکنند تا جریان قدرت را بهبود بخشند، تصمیمات بگیرند و خطاهای موجود را سریعاً حل کنند.
طراحی زیرستانسیون – پروتکلهای ارتباطی
طرح معماری زیرстан به پروتکلهای ارتباطی قابل اعتمادی نظیرIEC 61850، DNP3 یا Modbus برای همکاری بین سیستمها، حفظ دادهها و امنیت سایبری نیاز دارد.
بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که شایسته به اشتراک گذاشتن هستند، در صورت تخلف لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.
