Sähköaseman suunnittelu: Johdanto

Sähköasemat muodostavat tärkeitä osia sähköjakelujärjestelmästä toimien siirtämisen ja jakamisen keskuksina. Nämä monimutkaiset laitokset vaativat huolellista suunnittelua, suunnittelua ja toteuttamista varmistaakseen jatkuvan ja tehokkaan sähköntuotannon.

Tässä artikkelissa tutustutaan sähköasemien perussuunnitteluun, mukaan lukien eri komponentit, asettelyongelmat ja ympäristötekijät.

Sähköaseman suunnitteluvaatimukset

Uuden sähköaseman bussin suurin sijaintivirhe ei voi olla enempää kuin 80 % kytkentäkatkaisimen määritetystä rikkoutumiskyvystä.

20 % varaus on tarkoitettu kattamaan lyhyyskierroksen tasojen kasvun järjestelmän kehityksen myötä.

Katkojen sähkövirran ja sähkövirran tuottamisen nopeus sekä virheiden poistoajan kyky eri jänniteasteilla voidaan laskea seuraavasti:

Yhden yksikön kapasiteetti eri jännitetasoilla ei yleensä saa ylittää.

Yhdistävien muuntimien (ICTs) koko ja määrä on suunniteltava siten, että yhden yksikön epäonnistuminen ei ylikuormita jäljellä olevia ICTs:iä tai taustajärjestelmää.

Jumissa oleva katkaisija ei voi keskeyttää enempää kuin neljää syöttölinjaa 220 KV-järjestelmällä, kaksi 400 KV-järjestelmällä ja yksi 765 KV-järjestelmällä.

Alamajan järjestelmän vaatimukset

Nimityskäytännöt

Luotettavuus: Sähköverkon luotettavuus on sähkön keskeytymättömän toiminnan tarjoaminen vaaditulla jännitteellä ja taajuudella. Johdinsilta, katkojat, muuntimet, eristyslaitteet ja säätölaitteet vaikuttavat alijärjestelmän luotettavuuteen.

Virheaste: Se on vuosittainen keskimääräinen vikaosto.

Vikaajan kesto: Vikaajan kesto tarkoittaa aikaa, joka kuluu virheen korjaamiseen tai siirtymiseen toiseen sähköntarjontaan.

Katkaisun vaihtoaika: Aika vikaajan alkamisesta palvelun palauttamiseen katkaisun avulla.

Katkaisun suunnitelma: Johdinsiltien ja laitteiden sijoitus ottaa huomioon kustannukset, joustavuuden ja järjestelmän luotettavuuden.

Phasen ja maan välisyvä: Alijärjestelmän phasen ja maan välinen syväys on 

• Johtimen ja rakenteen välinen etäisyys. 

• Elävän laitteen ja rakenteen välinen etäisyys &

• Elävän johtimen ja maan välinen etäisyys.

Phasen ja phasen välinen syväys: Alijärjestelmän phasen ja phasen välinen syväys on 

• Elävien johtimien välinen etäisyys. 

• Elävien johtimien ja laitteiden välinen etäisyys &

• Elävien liittokappaleiden välinen etäisyys katkoissa, eristyslaiteissa ym.

Maan syväys: Se on pienin etäisyys mistä tahansa paikasta, jossa ihmisen on mahdollista seisota, lähimpään maan potentiaalista eroavaan osaan sähköeristystä, joka tukee elävää johtinta.

Osasyvä: Se on pienin etäisyys mistä tahansa seisovasta paikasta lähimpään näkyvään elävään johtimeen. Lasketaan osasyvä käyttäen henkilön pituutta ulottuvilla käsillä ja phasen ja maan välistä syvyyttä.

Turvavyöhyke: Tämä sisältää maan ja osaston välisen turvavälin.

Alueellinen sähkökenttä: Sähköistetyt johtimet tai metalliset osat luovat sähkökenttiä. EHV-alustat (yli 400 kV) luovat sähkökenttiä, jotka vaihtelevat energoidun johtimen/metallosumman geometrian ja naapurustavan maanmääräisen kohteen tai maan mukaan.

Yleistä

• Siirtolinjat, 

• Alasiirtojohtimet, 

• Tuotantopolut, ja 

• Jännitekorottus- ja jännitelaskurit 

yhdistävät alueisiin tai kytkentäsijaisiin.

Alueet 66:sta 40 KV asti kutsutaan EHV:ksi. Yli 500 KV niitä kutsutaan UHV:ksi.

EHV-alusten suunnittelukysymykset ja menetelmät ovat samankaltaisia, mutta jotkut elementit dominoivat eri jänniteasteilla. Jopa 220 KV asti kytkentävyöryt voidaan sivuuttaa, mutta yli 345 KV ne ovat olennaisia.

Alueen suunnitteluvaatimukset & tutkimukset

Alueen suunnitteluvaatimukset määräytyvät seuraavien tutkimusten perusteella.

• Latausvirratutkimukset

• Lyhytsirkuititutkimukset

• Tilapäisestä vakaudetutkimukset

• Tilapäisten ylikuormitusvirratutkimukset

Latausvirratutkimukset

• Alue varmistaa luotettavan sähköntuotannon järjestelmän kuormille. 

• Uuden alueen (tai) kytkentäsijain virran kuljetustarpeet määräytyvät latausvirratutkimusten perusteella, kun kaikki linjat ovat päällä ja valitut linjat pois huollossa. 

• Useiden latausvirratilausten arvioinnin jälkeen laitteiden normaali- ja hätäarvot voidaan laskea.

Lyhytsirkuititutkimukset

• Lisäksi jatkuvalle sähkövirta-arvolle substation laitteilla on oltava lyhytaikaiset arvot.

• Nämä on oltava riittävät, jotta laitteet voivat kestää lyhytsulun sähkövirtan lämpö- ja mekaanisen paineen ilman vahinkoa.

• Tämä tarjoaa riittävän keskeyttämiskyvyn katkaisimissa, vahvuuden pylväsjännitteissä ja asianmukaisen asetuksen suojausrelaileille, jotka havaitsevat virheen.

• Erilaisten lyhytsulun tyypit ja sijainnit sekä järjestelmän konfiguraatiot määritellään maksimillaan ja minimillaan.

Tilapäinen vakausanalyysi

• Normaalissa toiminnassa generaattorin mekaaninen syöttö vastaa sähköistä tuotantoa lisäksi generaattorin hukkaloihin.

• Järjestelmän generaattorit pyörii 50 Hz:n tahtiin, kun tämä jatkuu. Mekaaninen tai sähköinen häiriö aiheuttaa generaattorin nopeuden poikkeavan 50 Hz:sta ja heilahtelemaan uuden tasapainopisteen ympärillä.

• Yleinen häiriö on lyhytsolu. Lyhytsolut lähellä generaattoria alentavat terminaalijännitettä ja kiihdyttävät laitetta.

• Virhekorjauksen jälkeen laite syöttää ylijäämäenergian sähköjärjestelmään palauttaakseen alkuperäisen tilan.

• Vahvojen sähköyhteyksien tapauksessa laite hidastuu nopeasti ja stabilisoituu. Heikot yhteydet aiheuttavat laitteen epävakauden.

• Stabiilisuuteen vaikuttavat tekijät ovat:

• Virheen vakavuus,

• Virheen poisto-nopeus,

• Yhteydet laitteen ja järjestelmän välillä virheen jälkeen.

• Substation tilapäinen vakaus riippuu

• Linjan ja bus-suojausrelaileiden tyypistä ja nopeudesta,

• Katkaisimen keskeyttämisajasta, ja

• Bus-konfiguraatiosta, kun virhe on korjattu.

• Viimeinen kohta vaikuttaa bus-järjestelyyn.

• Jos virhe ratkaistaan ensimmäisessä relaityksessä, vain yksi linja vaikutetaan.

• Estetty katkaisin voi aiheuttaa useiden linjojen menetyksen katkaisimen epäonnistumisrelaityksessä, heikentäen järjestelmän yhteyttä.

Tilapäiset ylivolttianalyysit

• Tilapäiset ylivoltit voivat johtua salamasta tai piirin kytkemisestä.

• Tilapäisen verkkoanalyysin (TNA) tutkimukset ovat tarkimmat tapa määrittää kytkemisylivoltit.

Substation Järjestely

Substation järjestely määräytyy fysikaalisista ja sähköisistä näkökohdista, mukaan lukien seuraavat:

• Järjestelmän turvallisuus

• Toiminnan joustavuus

• Helppo suojausjärjestely

• Lyhytsulun tason rajoittaminen

• Huoltomahdollisuudet

• Helppo laajennettavuus

• Sijaintitekijät

• Taloudellisuus

Järjestelmän turvallisuus

• Ideaalit substation sisältävät erilliset katkaisimet jokaiselle piirille ja mahdollistavat bus-baarit tai katkaisimet huollossa tai virheen sattuessa.

• Järjestelmän turvallisuus voidaan määrittää sallimalla 100 % riippuvuus substation eheydestä tai sallimalla prosenttiosuus aikana, jolloin säännölliset virheet (tai) huolto aiheuttavat aikaa pois.

• Vaikka kaksoisbus-barisysteemi kaksoiskatkaisimella on täydellinen, se on kalliikas substation.

Toimintajoustavuus

• MVA:n ja MVAR:n latauksen hallinta kaikissa piiriyhteyksissä on olennainen sähköntuotannon tehokkuuden kannalta.

• Latauspisteet on ryhmiteltävä optimaalisen hallinnan varmistamiseksi normaaleissa ja hätätilanteissa.

Yksinkertaiset suojajärjestelyt

• Jos yksi sulakehallitsija ohjaa useita piirejä tai jos useat sulkemisohjaimet menevät rikki, tätä voidaan vähentää bussijakamalla.

• Vaikka suojareleiden toiminta olisi yksinkertaista, yksipuolinen järjestelmä on jäykä monimutkaisille suoja-asetuksille.

Lyhyysvirtatasojen rajoittaminen

• Alasäilö voidaan jakaa kahdeksi osaksi, joko kokonaan tai reaktorin avulla, lyhyysvirtatasojen vähentämiseksi.

• Sulkemisohjainten asianmukainen käyttö renkaanmuodossa toimivissa järjestelmissä voi tarjota samankaltaisen toiminnallisuuden.

Huoltomahdollisuudet

• Huolto on tarpeen alasäilön toiminnassa, joko suunnitellusta (tai) hätähuollon vuoksi.

• Alasäilön toiminta huollossa riippuu suojatoimenpiteistä.

Helppo laajentaminen

• Alasäilön asetteluun tulisi olla mahdollisuus lisätä uusia syöttöpiirejä.

• Kun järjestelmä kehittyy, saattaa olla tarpeen siirtyä yksipuolisesta järjestelmästä kaksipuoliseen tai laajentaa verkostoa kaksipuoliseksi.

• Tila ja laajennusmahdollisuudet ovat saatavilla.

Sijaintitekijät

• Sijainnin saatavuus on olennainen alasäilön suunnittelussa. Rajoitetuilla paikoilla vähemmän joustavan aseman rakentaminen voi olla tarpeen.

• Vähemmän sulkemisohjaimia ja yksinkertaisemman kaavion omaava alasäilö vie vähemmän tilaa.

Talous

• Jos taloudelliset näkökohdat ovat toteutuskelpoisia, teknologian vaatimusten mukaista parannettua kytkentäjärjestelyä voidaan luoda.

Alasäilön ja kytkentäjärjestelyn asettelu

Alasäilön asettelu ja kytkentäjärjestely on suunniteltava huolellisesti perustuen IEEE 141 varmistaakseen sähköjakelujärjestelmän tehokkuuden ja turvallisuuden.

• Muuntimet,

• Sulkemisohjaimet ja

• Kytkimet

on pitää valita pään ja kuorman vaatimusten mukaan.

Tilaa maksimoimaan, ylläpidon helpottamiseksi ja laajentumisen mahdollistamiseksi, asettelun on oltava huolellisesti suunniteltu. Busbaarat pitäisi yhdistää laitteita tehokkaasti, ja piirien tulisi parantaa sähköntuotannon virtausta ja luotettavuutta.

Nopean vian havaitsemisen ja eristämisen kannalta tarvitaan vahvoja suoja- ja ohjausjärjestelmiä. Säännökselliset standardit ja ympäristöhuolen aiheuttavat alijärjestelmän suunnittelun varmistaakseen turvallisuuden, luotettavuuden ja ympäristölainsäädännön noudattamisen.

Suunniteltaessa EHV-asettelua ja kytkentäkonfiguraatioita tulee ottaa huomioon useita näkökohtia:

• Se tulisi olla luotettava, turvallinen ja taata erinomainen palvelujatkuvuus.

Typical substation busbar schemes and protection are explained as detailed in:

1. What is Electrical Busbar? Types, Advantages, Disadvantages &

2. Busbar Protection Schemes

Eri busbaarikonfiguraatiot tarjoavat erilaisia etuja päällekkäisyyden, toiminnan joustavuuden ja huollon saatavuuden kannalta.

Tehokas busbaariasetelma varmistaa tehokkaan sähköntuotannon virtauksen ja edistää tulevaa laajentumista.

Vaihtojärjestelmän rakenteet

Rakenteita tarvitaan bussi-, sähkölaite- ja siirtolinjan kabeleiden asentamiseen ja lopettamiseen.

Rakenteet voivat olla teräs-, puu-, RCC- tai PSC-valmistuksia. Ne tarvitsevat perustukset maaperän mukaan.

Alajärjestelmät käyttävät valmistettuja teräsrakenteita niiden etujen vuoksi.

The

• Vaiheväli, 

• maan väli, 

• eristimet, 

• leveys ja 

• laitteen paino 

vaikuttavat rakennusmuodostukseen.

• Joustaminen, 

• levyn kääntyminen, 

• pysty- ja vaakasuuntaiset leikkausvoimat, ja 

• verkon tuhoutuminen 

on estettävä teräsrahojen ja -kantien epäonnistumisesta. 

Ruudun muotoinen kantisuunnitelma pitäisi olla 1/10–1/15 siitä mitä etäisyys on. Yleensä raha-alama menee enintään 1/250 siitä mitä etäisyys on. 

Rakennekiinnityksen sivut pitäisi olla 16 mm suuret, paitsi kevyesti ladattujen osien tapauksessa, jossa ne voivat olla 12 mm suuret.

Sarakkeiden ja kantien suunnittelupainovoima sisältää 

• johtojännityksen, 

• maajohdon jännityksen, 

• eristimen ja kierrätysosien painon, ja 

• osapainon (noin 350 kg), 

• työntekijän ja työkalujen painon (200 kg) 

• tuulen ja iskujen aiheuttamat voimat 

laitteiden käytön aikana.

Ylöspäin kulkevan linjan latausväli on päätettävä alijärjestelmän portaisilla. Se voi nousta korkeintaan +15 astetta pystysuunnassa ja +30 astetta vaakasuunnassa.

Aitio-rakenteet voidaan maalia tai kuuma-kuivalauttaa. 

Kuuma-kuivalautattua terästä tehdetyt rakenteet vaativat vähän huollon. 

Kuitenkin maalatut rakenteet tarjosivat paremman korroosiovastuksen joissakin erittäin saastuneissa alueissa.

Yleisesti käytetty vaiheväli:

Johdin suunnittelu

Jotta voidaan helpottaa monien komponenttien yhteyksiä, jotka muodostavat alijärjestelyä, johdit ovat johtavia sivuja, joita käytetään sähkövoiman siirtämiseen koko alijärjestelyssä.

Sähköiset hukot vähenevät, sähkövoiman jakelu tehdään johdonmukaisemmaksi ja alijärjestelyn suorituskyky paranevat, kun johdit on suunniteltu ja mitattu oikein.

Alijärjestely – Ohjausjärjestelmät

Alijärjestelyn automaatio optimoi toiminnan ja tehokkuuden yhdistämällä ohjausjärjestelmät, älykäät laitteet ja viestintäverkot.

Reaaliaikainen valvonta, etäohjaus, tiedon analysointi ja ennustava huolto parantavat luotettavuutta ja vähentävät aikataulujen keskeytyksiä automaation avulla.

Edistyneet ohjausjärjestelmät, kuten SCADA, parantavat alijärjestelyn automaatiota, tiedonkeruuta ja etäohjausta.

Alijärjestelyn automaatio hyödyntää SCADA-järjestelmiä keskitetyssä ohjaus- ja valvontatehtävissä.

SCADA-järjestelmät keräävät alijärjestelydataa sähkövirran parantamiseksi, päätösten tekemiseksi ja ongelmien nopeaseen ratkaisemiseen.

Alijärjestelysuunnittelu – Viestintäprotokollat

Alijärjestelylaitteet ja ohjauskeskukset tarvitsevat tehokkaita viestintäverkkoja datan ja ohjauksen jakamiseen.

Aluelaitoksen suunnittelurakenteen tarvitsee luotettavia viestintäprotokollia kuten IEC 61850, DNP3 tai Modbus yhteentoimivuuden, tiedon eheyden ja tietoturvallisuuden takaamiseksi.

Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyvät artikkelit ansaitsevat jakamista, jos on loukkaus, ota yhteyttä poistamaan.