Pagsasadya ng Electrical Substation: Isang Pagpapakilala
Ang mga electrical substation ay mahalagang bahagi ng network ng power distribution, na gumagana bilang mga hub para sa pagpapadala at pagbabahagi ng kuryente. Ang mga kompleksong pasilidad na ito ay nangangailangan ng matinding pagsusunod, disenyo, at pagpapatupad upang masiguro ang patuloy at epektibong suplay ng kuryente.
Sa post na ito, susuriin natin ang mga pundasyon ng disenyo ng electrical substation, kasama ang iba't ibang komponente, isyu sa layout, at mga environmental factors.
Mga Kriterya sa Pagsusunod ng Substation
Ang pinakamataas na fault level sa bagong substation bus ay hindi maaaring higit sa 80% ng rated rupturing capacity ng circuit breaker.
Ang 20% buffer ay nakatakdang magbigay ng pananagutan sa pagtaas ng short circuit levels habang ang sistema ay unti-unting umuunlad.
Ang rate ng breaking current at generating current, kasama ang fault clearing time capabilities ng switch gear sa iba't ibang voltage levels, ay maaaring makalkula bilang:
| Oras ng Pag-aliw ng Sakit | Antas ng Volt | Oras ng Paggamit | Kakayahan ng Pagkumpol | Kakayahan ng Pag-aming |
| 150 ms | 33 kV | 60-80 ms | 25 KA | 62.5 KA |
| 120 ms | 132 kV | 50 ms | 25/31.5 KA | 70 KA |
| 100 ms | 220 kV | 50 ms | 31.5/40 KA | 100 KA |
| 100 ms | 400 kV | 40 ms | 40 KA | 100 KA |
Ang kapasidad ng anumang iisang substation sa iba't ibang antas ng voltaje ay hindi karaniwang dapat lampaan.
| Sub-Station | Antas ng Voltaje |
| 765 KV | 2500 MVA |
| 400 KV | 1000 MVA |
| 220 KV | 320 MVA |
| 110 KV | 150 MVA |
Ang laki at bilang ng mga interconnecting Transformers (ICTs) ay dapat na maayos na plano upang ang pagkasira ng anumang iisang yunit ay hindi magdudulot ng sobrang puno sa natitirang ICTs o sa sistema sa ilalim nito.
Ang isang stuck breaker ay hindi maaaring pagsakopin higit sa 4 feeders para sa 220 KV system, dalawa para sa 400 KV system, at isa para sa 765 KV system.
Mga Pangangailangan ng Sistema ng Sub-station
| 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 | ||
Terminolohiya
Pagkakatiwala: Ang pagkakatiwala ng sistema ng kuryente ay ang walang pagkaputol na pagkakaloob ng kuryente sa kinakailangang voltaje at frequency. Ang mga busbars, circuit breakers, transformers, isolators, at regulating devices ay nakakaapekto sa pagkakatiwala ng substation.
Rate ng Pagkakamali: Ito ang taunang average ng pagkakamali.
Oras ng Outage: Ang oras ng outage ay tumutukoy sa oras na kinakailangan upang ayusin ang isang component na nagkakamali o lumipat sa ibang pinagmulan ng suplay.
Oras ng Switching: Ang oras mula sa simula ng outage hanggang sa restorasyon ng serbisyo sa pamamagitan ng operasyon ng switching.
Sistemang Switching: Ang paglalagay ng mga bus bars & equipment ay inuuriin ang cost, flexibility, at pagkakatiwala ng sistema.
Phase-to-Ground Clearance: Ang clearance ng phase to ground ng substation ay
Ang distansya sa pagitan ng conductor & structure.
Ang distansya sa pagitan ng live equipment at structures &
Ang distansya sa pagitan ng live conductor at lupa.
Phase-to-Phase Clearance: Ang clearances ng phase-to-phase ng substation ay
Ang distansya sa pagitan ng live conductors.
Ang distansya sa pagitan ng live conductors & apparatus at
Ang distansya sa pagitan ng live terminals sa circuit breakers, isolators, etc.
Ground Clearance: Ito ang minimum clearance mula sa anumang lugar kung saan maaaring magtayo ang tao hanggang sa pinakamalapit na non-earth potential part ng insulator na sumusuporta sa live conductor.
Sectional Clearance: Ito ang minimum clearance mula sa anumang standing location hanggang sa pinakamalapit na unscreened live conductor. I-consider ang height ng tao na may stretched hands at ang phase-to-ground clearance upang kalkulahin ang sectional clearance.
Safety Clearance: Ito ay kasama ang clearance sa lupa at sectional clearance.
Substation Electrostatic Field: Ang mga kuryente na conductor o metal na bahagi ay lumilikha ng electrostatic fields. Ang mga EHV substations (higit sa 400 KV) ay may electrostatic fields na nag-iiba depende sa geometry ng energized conductor/metallic portion at ang kalapit na earthed object o ground.
General
Transmission lines,
Sub-transmission feeders,
Generating circuits, and
Step-up and step-down transformers
connect to substations or switching stations.
Ang mga substation mula 66 hanggang 40 KV ay tinatawag na EHV. Sa itaas ng 500KV, sila ay UHV.
Ang mga pag-aalala at pamamaraan sa disenyo para sa mga EHV substation ay kapareho, ngunit ang ilang elemento ay naghahari sa iba't ibang antas ng voltaje. Hanggang 220 KV, maaaring i-ignore ang switching surges, ngunit sa itaas ng 345 KV, sila ay mahalaga.
Sub-Station Design Criteria & Studies
Ang mga pangangailangan sa disenyo ng substation ay matutukoy sa pamamagitan ng mga sumusunod na pag-aaral.
Load Flow Studies
Short Circuit Studies
Transient Stability Studies
Transient Overvoltage Studies
Load Flow Studies
Ang isang substation ay nagbibigay ng maasahan na pagpapadala ng kuryente sa mga load ng sistema.
Ang mga pangangailangan sa pagdadala ng kuryente ng bagong substation (o) switching station ay matutukoy sa pamamagitan ng load flow studies habang lahat ng linya ay nakaon at habang ang mga piniling linya ay nasa maintenance.
Pagkatapos na masuri ang iba't ibang kondisyon ng load flow, maaaring makalkula ang ratings ng equipment at emergency ratings.
Short Circuit Studies
Bukod sa mga continuous current ratings, ang mga kagamitan sa substation ay kailangan may maikling oras na ratings.
Ang mga ito ay dapat sapat upang mapayabon ng mga kagamitan ang init at mekanikal na presyon ng maikling circuit current nang walang pinsala.
Upang magbigay ng sapat na interrupting capability sa mga breakers, lakas sa mga post insulators, at angkop na setting para sa mga protective relays na nagsesensya ng pagkakamali.
Dapat itatag ang pinakamataas at pinakamababang maikling circuit currents para sa iba't ibang uri at lokasyon ng maikling circuit at system configurations.
Paggalugad sa Transient Stability
Ang normal na mekanikal na input ng generator ay katumbas ng elektrikal na output kasama ang mga pagkawala ng generator.
Ang mga generator sa sistema ay umiikot nang 50 Hz hanggang sa ito ay patuloy. Anumang pagkakasala sa pagdaloy ng mekanikal o elektrikal ay nagdudulot ng pagalis ng bilis ng generator mula sa 50Hz at lumilipad palibot ng bagong punto ng ekwilibriyo.
Isang napakakaraniwang pagkakasala ay ang maikling circuit. Ang mga maikling circuit malapit sa generator ay bumababa sa terminal voltage at binibigyan ng mas mabilis na bilis ang makina.
Pagkatapos ng pagtama sa pagkakamali, ang device ay magbibigay ng sobrang enerhiya sa power system upang ibalik ang orihinal na estado nito.
Kapag malakas ang mga electrical links, ang makina ay mabilis na bumabagal at istabilo. Ang mahinang ugnayan ay magdudulot ng hindi istable ang makina.
Ang mga factor na nakakaapekto sa stability ay kinabibilangan ng:
Severity ng pagkakamali,
Bilis ng pag-clear ng pagkakamali,
Ugnayan sa pagitan ng makina at sistema pagkatapos ng pagtama ng pagkakamali.
Ang transient stability ng substation ay depende sa
Uri at bilis ng line at bus protection relaying,
Interrupting time ng breaker, at
Konfigurasyon ng bus pagkatapos matanggal ang pagkakamali.
Ang huling punto ay nakakaapekto sa pagkakayari ng bus.
Ang isang linya lamang ang apektado kung ang pagkakamali ay natatapos sa primary relaying.
Ang isang nablock na breaker ay maaaring magsanhi ng pagkawala ng maraming linya sa panahon ng breaker failure relaying, na nagbabawas ng lakas ng ugnayan ng sistema.
Paggalugad sa Transient Overvoltage
Ang transient overvoltage ay maaaring resulta mula sa lightning o switching ng circuit.
Ang mga pag-aaral ng Transient Network Analyzer (TNA) ang pinakamatuwid na paraan upang matukoy ang switching over voltage.
Paghahanda ng Substation Layout
Ang paghahanda ng substation ay naka-base sa pisikal at elektrikal na pag-aaral, kabilang ang mga sumusunod:
Sistema Security
Flexibility ng Operations
Madaling Protection Arrangements
Limitasyon ng Short Circuit Levels
Mga Pasilidad sa Maintenance
Madaling Extension
Mga Factor ng Site
Economy
Sistema Security
Ang ideal na sub-stations ay may hiwalay na breakers para sa bawat circuit at pinapayagan ang pagsasara ng bus-bars o breakers sa panahon ng maintenance o pagkakamali.
Ang seguridad ng sistema ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsasabi ng 100% dependensiya sa integrity ng substation o pagsasabi ng bahagi ng downtime dahil sa regular na pagkakamali (o) maintenance.
Bagama't ang double bus-bar system na may double breaker design ay perpekto, ito ay isang mahal na substation.
Pamamahala ng Operasyon
Ang pagkontrol sa MVA at MVAR loading sa ilalim ng lahat ng kondisyon ng koneksyon ng circuit ay mahalaga para sa efisyensiya ng pag-load ng generator.
Ang mga load circuit ay dapat pagsamahin upang magbigay ng optimal na kontrol sa normal at emergency conditions.
Madaling Pagsasaayos ng Proteksyon
Kung isang circuit breaker ang nagpapatakbo ng maraming circuits o kung mas maraming circuit breakers ang nasira. Ito ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng bus sectionalism.
Kahit na simple ang protective relaying, ang single bus system ay matigas para sa komplikadong proteksyon.
Paglimita ng Short Circuit Levels
Maaaring hatiin ang substation sa dalawang bahagi, buo o sa pamamagitan ng reactor connection, upang bawasan ang short circuit levels.
Ang wastong paggamit ng mga circuit breakers sa ring systems ay maaaring magbigay ng katulad na pasilidad.
Pasilidad sa Pagsasauli
Nararapat ang pagsasauli sa panahon ng operasyon ng substation, yaong plano (o) emergency.
Ang performance ng substation habang nasa pagsasauli ay depende sa mga provision ng proteksyon.
Madaling Paglalawak
Dapat payagan ng layout ng substation ang paglalawak ng bay para sa mga bagong feeders.
Bilang ang sistema ay unlad, maaaring kinakailangan ang paglipat mula sa single bus arrangement patungo sa double bus system o palawakin ang mesh station hanggang sa double bus station.
Magkakaroon ng espasyo at pasilidad para sa paglalawak.
Mga Factor ng Lokasyon
Mahalaga ang availability ng site para sa pagplano ng substation. Ang konstruksyon ng estasyon na may kaunting flexibility ay maaaring kinakailangan sa limitadong lugar.
Ang substation na may kaunting breakers at mas simpleng schematic ay okupado ng mas kaunting espasyo.
Ekonomiya
Kung ang ekonomika ay feasible, maaaring gawin ang mas maunlad na switching arrangement para sa teknikal na pangangailangan.
Layout ng Substation at Switching Arrangement
Dapat maipaplano nang maingat ang layout ng substation at switching arrangement batay sa IEEE 141 upang tiyakin ang efisyensiya at kaligtasan ng electrical distribution system.
Transformers,
Circuit breakers, at
Switches
dapat pumili batay sa mga pangangailangan sa boltaje at load.
Upang makamit ang maksimum na espasyo, mapadali ang pagmamaneho, at payagan ang paglalawig, ang layout ay kailangang maayos na plano. Ang mga busbar ay dapat makuha nang epektibong link ng mga kagamitan, at ang mga circuit ay dapat bumuti ang pagdaloy ng kuryente & reliabilidad.
Para sa mabilis na deteksiyon at paghihiwalay ng kasalanan, kailangan ng matatag na mga sistema ng proteksyon & kontrol. Ang mga pamantayan ng regulasyon & mga isyu sa kapaligiran ay nagpapasya sa disenyo ng substation upang masiguro ang kaligtasan, pagkakakilanlan, at pagtutugon sa mga regulasyon sa kapaligiran.
Ang ilang aspeto ay dapat isaalang-alang habang inilalay ang EHV layout at switching configurations:
Dapat ito maasahan, ligtas, at masigurado ang mahusay na patuloy na serbisyo.
Ang tipikal na mga scheme ng busbar ng substation at proteksyon ay ipinaliwanag bilang detalyado sa:
Ano ang Electrical Busbar? Uri, Mga Bentahe, Mga Di-bentahe &
Mga Scheme ng Proteksyon ng Busbar
Iba't ibang mga configuration ng busbar ay nagbibigay ng iba't ibang mga bentahe sa aspeto ng redundancy, operating flexibility, at maintenance accessibility.
Epektibong layout ng busbar sigurado ang epektibong pagdaloy ng kuryente & pinapahusay ang paglalawig sa hinaharap.
Struktura ng Switchyard
Kailangan ang mga struktura upang suportahan & i-install ang mga kagamitan ng elektrikal at terminahin ang mga kable ng transmission line.
Maaaring gawin ang mga struktura ng bakal, kahoy, RCC, o PSC. Batay sa soil sa gilid, kailangan nila ng mga pundasyon.
Ginagamit ng mga substation ang mga fabricated steel construction dahil sa kanilang mga bentahe.
Ang
Pagsisilbing clearance,
Ground clearance,
Insulators,
Haba ng bus, at
Bigat ng kagamitan
nakakaapekto sa disenyo ng istraktura.
Pagkokurbado,
Pagkuha ng flange,
Pataas at patayo na shear, at
Pagkabigot ng web
dapat iwasan ang pagkawala ng lakas ng beam at girder ng bakal.
Ang lattice box girders dapat maging 1/10 hanggang 1/15 ng span & square. Karaniwan, ang deflection ng beam hindi maaaring lampa sa 1/250 ng haba ng span.
Ang mga bolt at nut ng istraktura ay dapat 16 mm ang diameter, maliban sa mga seksyon na may light load kung saan maaari silang maging 12 mm.
Ang disenyo ng load para sa mga column at girder ay dapat kasama ang
Tension ng conductor,
Tension ng earth wire,
Bigat ng insulator at hardware, at
Fraction load (humigit-kumulang 350 kg),
Bigat ng manggagawa at tool (200 kg)
Wind at impact loads
sa panahon ng operasyon ng kagamitan.
Ang overhead line download span ay dapat matapos sa gantry structures ng substation. Ito maaaring umabot hanggang +15 degrees pataas at +30 degrees paalis.
Ang mga istraktura sa yard ay maaaring ma-paint o hot dip galvanized.
Ang mga istraktura na gawa sa galvanized steel ay nangangailangan ng minimal na pangangalaga.
Gayunpaman, ang mga istraktura na may paint ay nagbibigay ng mas mahusay na corrosion resistance sa ilang napakapulang lugar.
Karaniwang ginagamit na phase spacings bilang:
| 11 KV | 1.3 m |
| 33 KV | 1.5 m |
| 66 KV | 2.0 hanggang 2.2 m |
| 110 KV | 2.4 hanggang 3 m |
| 220 KV | 4.5 m |
| 400 KV | 7.0 m |
Disenyo ng Busbar
Upang mapadali ang koneksyon sa pagitan ng maraming komponente na bumubuo ng isang substation, ang mga busbar ay mga konduktibong bar na ginagamit para magpadala ng elektrikal na lakas sa buong substation.
Ang mga pagkawala ng kuryente ay nababawasan, ang distribusyon ng lakas ay naging mas maayos, at ang pagganap ng substation ay nagiging mas maayos kapag ang mga busbar ay disenyo at sukat na tama.
Substation – Mga Sistemang Kontrol
Ang awtomatikong substation ay pinapa-optima ang operasyon at epektividad sa pamamagitan ng pagsasama ng mga sistemang kontrol, intelligent devices, & communication networks.
Ang real-time monitoring, remote control, data analysis, & predictive maintenance ay nagpapabuti ng reliabilidad at nagbabawas ng downtime sa pamamagitan ng awtomatikong sistema.
Ang mga advanced na sistemang kontrol tulad ng SCADA ay nagpapabuti ng awtomatikong substation, data collection, & remote control.
Ang awtomatikong substation ay gumagamit ng mga sistemang SCADA para sa centralized control at monitoring.
Ang mga sistemang SCADA ay nagsasama ng data ng substation upang palakasin ang flow ng lakas, gumawa ng desisyon, at agarang iresolba ang mga fault.
Disenyo ng Substation – Protokolong Komunikasyon
Ang disenyo ng arkitektura ng substation ay nangangailangan ng mapagkakatiwalaang mga protokolo ng komunikasyon tulad ng IEC 61850, DNP3, o Modbus para sa inter-operabilidad, integridad ng data, & cybersecurity.
Pahayag: Respeto sa orihinal, mga magagandang artikulo na karapat-dapat na i-share, kung may labag sa karapatang-ari pakiusap ilipat.
