Dizajn električnih podstanica Uvod

Električne podstanice čine ključne dijelove mreže za distribuciju struje, funkcionirajući kao čvorišta za prenos i distribuciju električne energije. Ove složene instalacije zahtijevaju surov planiranje, dizajn i implementaciju kako bi se osigurala konstantna i učinkovita snabdijevanje strujom.

U ovom postu pogledat ćemo temelje dizajna električnih podstaničkih objekata, uključujući različite komponente, pitanja rasporeda i okolišne faktore.

Kriteriji planiranja podstanica

Maksimalni nivo greške na novoj magistrali podstanice ne smije biti veći od 80% nominalne kapacitete prekidnika.

20% bufer predviđen je za račun rastućih nivoa kratkog spoja s razvojem sustava.

Brzina prekida struje i generiranja struje, kao i sposobnosti otklanjanja grešaka switch geara na različitim naponim mogu se izračunati kao:

Kapacitet bilo koje pojedinačne podstanice na različitim nivoima napona općenito ne bi trebao prelaziti.

Veličina i broj spojnih transformatora (ICTs) moraju biti planirani na način da otkaz bilo jedne jedinke ne opterežuje preostale ICTs ili temeljni sustav.

Zaseban prekidač ne može prekinuti više od 4 ishoda za 220 kV sustav, dva za 400 kV sustav i jedan za 765 kV sustav.

Zahtjevi sustava podstanice

Terminologija

Pouzdanost: Pouzdanost sustava za snabdevanje električnom energijom jest neprekidno snabdevanje strujom na potrebnoj naponu i frekvenci. Šine, prekidači, transformatori, odvojači i regulacijska oprema utječu na pouzdanost podstaničke opreme.

Stopa otkaza: To je prosječna godišnja stopa otkaza.

Vrijeme ispadanja: Vrijeme ispadanja odnosi se na vrijeme potrebno za popravak otkazane komponente ili prelazak na drugi izvor snabdijevanja.

Vrijeme preklapanja: Vrijeme od početka ispadanja do obnovljene usluge putem operacije preklapanja.

Shema preklapanja: Razmještaj šina i opreme uzima u obzir troškove, fleksibilnost i pouzdanost sustava.

Razmak faze do zemlje: Razmak faze do zemlje u podstaničkoj opremi je 

• Razmak između vodnika i konstrukcije. 

• Razmak između živih opreme i konstrukcija &

• Razmak između živog vodnika i zemlje.

Razmak faze do faze: Razmaci faze do faze u podstaničkoj opremi su 

• Razmak između živih vodnika. 

• Razmak između živih vodnika i opreme i 

• Razmak između živih terminala u prekidačima, odvojačima itd.

Razmak do zemlje: To je minimalni razmak s bilo koje lokacije gdje bi čovjek mogao stajati do najbliže dijelove izolatora koji podržavaju živi vodnik i koji nisu na zemlji.

Sekcijski razmak: To je minimalni razmak s bilo koje lokacije gdje bi čovjek mogao stajati do najbližeg nezaslonjenog živog vodnika. Za izračun sekcijskog razmaka uzmi visinu osobe s rukama proširenim i razmak faze do zemlje.

Sigurnosni razmak: To uključuje tlo i sektorski razmak.

Elektrostatičko polje podstanice: Napajani vodići ili metalički dijelovi stvaraju elektrostatička polja. EHV podstancije (preko 400 kV) imaju elektrostatička polja koja variraju ovisno o geometriji napajanog vodiča/metaličkog dijela i susjednog zemljenog objekta ili tla.

Općenito

• Prijenosne linije, 

• Podprijenosni vodiči, 

• Generirajuće krugove, i 

• Transformatori za povećanje i smanjenje napona 

spajaju se na podstancije ili prekidačke stanice. 

Podstancije od 66 do 40 kV nazivaju se EHV. Iznad 500 kV, one su UHV.

Zabave dizajna i metode za EHV podstancije su slične, no neki elementi dominiraju na različitim nivoima napona. Do 220 kV, prekidni valovi mogu se zanemariti, ali iznad 345 kV, oni su bitni.

Kriteriji i studije dizajna podstancija

Zahtjevi za dizajn podstancija određivat će se sljedećim studijama.

• Studije protoka opterećenja

• Studije kratkog spoja

• Studije privremene stabilnosti

• Studije privremenog pretjerivanja napona

Studije protoka opterećenja

• Podstanica osigurava pouzdan prijenos struje sustavu opterećenja. 

• Potrebe nove podstanice (ili) prekidačke stanice za prenos struje određuju se studijama protoka opterećenja dok su sve linije uključene i dok su odabrane linije isključene za održavanje. 

• Nakon procjene nekoliko stanja protoka opterećenja, mogu se izračunati kontinuirani i hitni kapaciteti opreme.

Studije kratkog spoja

• Osim kontinuiranih strujnih ocjena, oprema podstanice mora imati i kratkotrajne ocjene.

• Ti moraju biti dovoljno visoki da omoguče opremi izdržati toplinsko i mehaničko pritisnje kratkog spoja bez oštećenja.

• Da bi se osigurala zadovoljavajuća prekidna sposobnost u prekidačima, čvrstoća u stožernim izolatorima i odgovarajuće postavke zaštita releja koji otkrivaju kvar.

• Maksimalne i minimalne struje kratkog spoja za različite vrste i lokacije kratkog spoja te konfiguracije sustava moraju biti utvrđene.

Studije privremene stabilnosti

• Normalni mehanički unos generatora jednak je električnom izlazu uz gubitke generatora.

• Generatori sustava vrti se na 50 Hz sve dok to traje. Bilo kakva perturbacija u mehaničkom ili električnom toku uzrokuje da brzina generatora odstupi od 50 Hz i oscilira oko nove ravnoteže.

• Veoma uobičajena perturbacija je kratak spoj. Kratki spojevi blizu generatora snižavaju napon na donjem terminalu i ubrzavaju stroj.

• Nakon ispravljanja greške, uređaj će pretjeranu energiju vraćati u elektroenergetski sustav kako bi se vratio u svoje originalno stanje.

• Kada su električne veze snažne, stroj brzo usporava i stabilizira se. Slabe veze uzrokovat će nestabilnost stroja.

• Faktori koji utječu na stabilnost uključuju:

• Težinu kvara,

• Brzinu otkrivanja kvara,

• Veze između stroja i sustava nakon rješavanja kvara.

• Privremena stabilnost podstanice ovisi o

• Vrsta i brzina zaštita relaja linija i busova,

• Vrijeme prekida prekidača, i

• Konfiguracija busa nakon otkrivanja kvara.

• Posljednja točka utječe na raspored busa.

• Samo jedna linija će biti utjecana ako se kvar riješi tijekom primarnog relajanja.

• Zablokiran prekidač može uzrokovati gubitak više linija tijekom relajanja neuspjeha prekidača, oslabljivši vezu sustava.

Studije privremenog prenapona

• Privremeni prenapon može nastati zbog munje ili prebacivanja krugova.

• Studije Transient Network Analyzer (TNA) su najtočniji način određivanja prenapona pri prebacivanju.

Raspored podstanice

Raspored podstanice određen je fizičkim i električkim razmatranjima, uključujući sljedeće:

• Sigurnost sustava

• Flexibilnost operacija

• Jednostavne postavke zaštite

• Ograničavanje nivoa kratkog spoja

• Facilitete za održavanje

• Lako proširivanje

• Faktori lokacije

• Ekonomija

Sigurnost sustava

• Idealne podstanice uključuju zasebne prekidače za svaki krug i omogućuju zamjenu busova ili prekidača tijekom održavanja ili kvarova.

• Sigurnost sustava može se odrediti dopuštanjem 100% ovisnosti o integritetu podstanice ili dopuštanjem određenog postotka propusta zbog periodičnih kvarova (ili) održavanja.

• Iako je sustav s dvostrukim busom i dvostrukim prekidačem savršen, to je skupa podstanica.

Flexibilnost operacija

• Kontrola opterećenja MVA i MVAR pod svim uvjetima povezivanja krugova je ključna za učinkovitost opterećenja generatora.

• Kružne veze moraju biti grupirane kako bi se osigurala optimalna kontrola u normalnim i hitnim situacijama.

Jednostavne mjerodavnosti zaštite

• Ako jedan prekidač kontroliše mnoge krugove ili ako je više prekidača oštećeno, to se može smanjiti putem odjeljenja busa.

• Čak i kada je zaštita relaying jednostavna, jednosistemski bus je ograničen za složene mjere zaštite.

Ograničavanje nivoa kratkih spojeva

• Postaja može biti podijeljena na dvije dijelove, potpuno ili putem vezanja reaktora, kako bi se smanjili nivoi kratkih spojeva.

• Pravilno korištenje prekidača u prstenastim sustavima može pružiti sličnu mogućnost.

Servisne mogućnosti

• Održavanje je potrebno tijekom rada postaje, bilo planirano ili hitno.

• Prestavljanje postaje tijekom održavanja ovisi o provizijama za zaštitu.

Jednostavna proširenja

• Razmještaj postaje trebao bi omogućiti proširenje boksa za nove isporuke.

• Kako se sustav poboljšava, može biti potrebno preći s jednosistemskog busa na dvostrukosistemski bus ili proširiti mrežnu postaju na dvostrukosistemsku postaju.

• Prostori i mogućnosti proširenja bit će dostupni.

Faktori lokacije

• Dostupnost lokacije je ključna za planiranje postaje. Konstrukcija postaje s manjom fleksibilnošću može biti nužna na ograničenim mjestima.

• Postaja s manjim brojem prekidača i jednostavnijim shematskim prikazom zauzima manje prostora.

Ekonomska isplativost

• Ako su ekonomija izvedive, unaprijeđeni sustav prebacivanja može biti stvoren za tehnološke potrebe.

Razmještaj postaje i rasporedbi prebacivanja

Razmještaj postaje i raspored prebacivanja moraju biti pažljivo dizajnirani temeljem IEEE 141 kako bi se osigurala učinkovitost i sigurnost električnog distribucijskog sustava.

• Transformatori,

• Prekidači i

• Prekidači

mora biti odabrana na temelju zahtjeva za naponom i opterećenjem.

Da bi se maksimiziralo prostorno iskorištavanje, olakšao održavajući rad i omogućilo proširenje, raspored mora biti pažljivo planiran. Busbare trebaju učinkovito povezivati opremu, a kola trebaju poboljšavati protok struje i pouzdanost.

Za brzo otkrivanje i izolaciju grešaka potrebni su robustni sustavi zaštite i kontrole. Pravilnici i ekološke zabrinutosti određuju dizajn podstanice kako bi se osigurala sigurnost, pouzdanost i ekološka usklađenost.

Pri dizajnu EHV rasporeda i konfiguracija prekidanja treba uzeti u obzir nekoliko aspekata:

• Trebala bi biti pouzdana, sigurna i osigurati odličnu kontinuitet usluge.

Tipične sheme busbara podstanica i zaštita objašnjene su detaljno u:

1. Što je električna busbara? Vrste, prednosti, nedostaci i

2. Sheme zaštite busbara

Različite konfiguracije busbara pružaju različite prednosti u pogledu nadmoćnosti, operativne fleksibilnosti i dostupnosti održavanja.

Učinkoviti raspored busbara osigurava učinkovit protok struje i omogućuje buduće proširenje.

Konstrukcije switchyarda

Konstrukcije su potrebne za podršku i instalaciju električne opreme busa te terminiranje kabela prijenosnih linija.

Konstrukcije mogu biti izrađene od čelika, drva, RCC-a ili PSC-a. Na temelju tla, potrebni su temelji.

Podstanice koriste izrađene čelikane konstrukcije zbog njihovih prednosti.

The

• Razmak faza, 

• Razmak do tla, 

• Izolatori, 

• Duljina busa, i 

• Težina opreme 

utječu na konstrukcijski dizajn.

• Savijanje, 

• Klizanje flanži, 

• Vertikalan i horizontalni strujanje, i 

• Oštećenje weba 

mora spriječiti propast čelika i gredera. 

Mrežasti kutni grede trebaju biti 1/10 do 1/15 spana i kvadrata. Obično, defleksija grede ne smije preći 1/250 duljine spana. 

Prijelazi i mutne konstrukcije moraju biti 16 mm u promjeru, osim u svjetlim opterećenim dijelovima gdje mogu biti 12 mm.

Dizajnersko opterećenje za stupove i gredere treba obuhvaćati 

• Napetost voditelja, 

• Napetost zemljišta, 

• Težina izolatora i hardvera, i 

• Frakcijsko opterećenje (oko 350 kg), 

• Težina radnika i alata (200 kg) 

• Vjetar i udarno opterećenje 

tijekom rada opreme.

Span prijenosne linije mora završiti na gantrijskim strukturama podstanice. Može dosegnuti +15 stupnjeva vertikalno i +30 stupnjeva horizontalno.

Strukture dvorišta mogu biti obojane ili hladno galvanizirane. 

Strukture napravljene od galvaniziranog čelika zahtijevaju minimalnu održavaju. 

Međutim, obojane strukture pružaju bolju otpornost na koroziju u nekim ekstremno kontaminiranim područjima.

Obično korišteni razmaci faza:

Dizajn šine

Kako bi se olakšala veza između mnogih komponenti koje čine podstanicu, šine su vodljive trake koje se koriste za prenos električne energije kroz podstanicu.

Električni gubitci se smanjuju, distribucija struje postaje više konzistentna, a performanse podstanice se poboljšavaju kada su šine pravilno dizajnirane i dimenzionirane.

Podstanica – Kontrolni sustavi

Automatizacija podstanice optimizira operaciju i učinkovitost kombiniranjem kontrolnih sustava, pametnih uređaja i komunikacijskih mreža.

Vremensko praćenje, udaljeni nadzor, analiza podataka i prediktivno održavanje poboljšavaju pouzdanost i smanjuju vrijeme neaktivnosti putem automatizacije.

Napredni kontrolni sustavi poput SCADA poboljšavaju automatizaciju podstanice, prikupljanje podataka i udaljeni nadzor.

Automatizacija podstanice koristi SCADA sustave za centralizirani nadzor i kontrolu.

SCADA sustavi prikupljaju podatke podstanice kako bi poboljšali protok snage, donijeli odluke i brzo riješili greške.

Dizajn podstanice – Protokoli komunikacije

Oprema podstanice i kontrolne centri trebaju učinkove komunikacijske mreže za dijeljenje podataka i kontrolu.

Dizajn arhitekture podstancice zahtijeva pouzdane protokole komunikacije poput IEC 61850, DNP3 ili Modbus za međusobnu usklađenost, integritet podataka i kibernetičku sigurnost.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vrijede dijeliti, u slučaju kršenja autorskih prava obratite se za brisanje.