전기 변전소 설계: 개요

Rabert T

필드: 전기공학

Canada

전기 변전소는 전력 분배 네트워크의 필수적인 부분으로, 전력을 전송하고 분배하는 허브 역할을 합니다. 이러한 복잡한 시설은 일관적이고 효율적인 전력 공급을 보장하기 위해 철저한 계획, 설계 및 구현이 필요합니다.

이 게시글에서는 다양한 구성 요소, 레이아웃 문제 및 환경 요인을 포함하여 전기 변전소 설계의 기초를 살펴보겠습니다.

변전소 계획 기준

새로운 변전소 버스의 최대 고장 수준은 회로 차단기의 정격 파괴 용량의 80%를 초과할 수 없습니다.

20% 버퍼는 시스템 개발에 따른 단락 수준의 증가를 고려하기 위한 것입니다.

다양한 전압 수준에서 스위치 기어의 단락 제거 시간 능력과 단락 전류 중단 속도 및 발생 전류는 다음과 같이 계산될 수 있습니다:

고장 제거 시간	전압 수준	운영 시간	차단 전류	인정 전류
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

다양한 전압 수준에서의 단일 변전소의 용량은 일반적으로 초과되어서는 안 됩니다.

변전소	전압 수준
765 KV	2500 MVA
400 KV	1000 MVA
220 KV	320 MVA
110 KV	150 MVA

상호 연결 변압기(ICTs)의 크기와 수는 단일 장치의 고장이 나머지 ICTs나 기반 시스템을 과부하시키지 않도록 계획되어야 합니다.

고장난 차단기는 220KV 시스템에서는 4개 이상의 피더, 400KV 시스템에서는 2개, 765KV 시스템에서는 1개를 중단할 수 없습니다.

변전소 시스템 요구사항

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
3	Power frequency withstand voltage	kVrms	520 kV	460 kV	275 kV		70 kV
4	Switching surge withstand voltage	kVp
4	(for 250/2500ms)	kVp
	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
10	Radio interference voltage		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
22	Bus equipment interconnection height from ground	meter	8	5.5	5		4
23	Strung busbar height	meter	>15	10	8		5.5

용어

신뢰성: 전력 시스템의 신뢰성은 필요한 전압과 주파수에서 중단 없이 전력을 공급하는 것입니다. 버스바, 회로 차단기, 변압기, 격리 장치 및 조정 장치는 변전소의 신뢰성에 영향을 미칩니다.

고장률: 연간 평균 고장률입니다.

정지 시간: 정지 시간은 고장난 구성 요소를 수리하거나 다른 공급원으로 전환하는 데 필요한 시간을 의미합니다.

전환 시간: 정지 시작부터 전환 작업을 통해 서비스가 복구될 때까지의 시간입니다.

전환 계획: 버스 바와 장비의 배치는 비용, 유연성 및 시스템 신뢰성을 고려합니다.

상대 지면 간격: 변전소 상대 지면 간격은

도체와 구조물 사이의 거리.
활선 장비와 구조물 사이의 거리 &
활선 도체와 지면 사이의 거리.

상대 상 간격: 변전소 상대 상 간격은

활선 도체 사이의 거리.
활선 도체와 장치 사이의 거리 &
회로 차단기, 격리 장치 등 활선 단자 사이의 거리.

지면 간격: 인간이 서있을 수 있는 위치에서 활선 도체를 지탱하는 절연체의 가장 가까운 비지면 전위 부분까지의 최소 간격입니다.

구역 간격: 서있는 위치에서 가장 가까운 무차폐 활선 도체까지의 최소 간격입니다. 손을 편 사람의 높이와 상대 지면 간격을 사용하여 구역 간격을 계산합니다.

안전 거리: 이에는 지상 및 구간 거리가 포함됩니다.

변전소 정전기장: 전기를 공급받은 도체 또는 금속 부품은 정전기장을 생성합니다. EHV 변전소(400 KV 이상)는 전기를 공급받은 도체/금속 부분의 기하학적 구조와 근처의 접지된 물체 또는 지면에 따라 변화하는 정전기장을 가지고 있습니다.

일반적인 사항

송전선로,
부송전선로,
발전 회로, 그리고
승압 및 강하 변압기

변전소 또는 스위칭 스테이션에 연결됩니다.

66 KV부터 40 KV까지의 변전소는 EHV로 불립니다. 500 KV 이상에서는 UHV입니다.

EHV 변전소의 설계 고려사항과 방법은 유사하지만, 다양한 전압 수준에서 특정 요소들이 주요하게 작용합니다. 220 KV 이하에서는 스위칭 서지는 무시할 수 있지만, 345 KV 이상에서는 필수적입니다.

변전소 설계 기준 및 연구

변전소 설계 요구사항은 다음 연구를 통해 결정됩니다.

부하 흐름 연구
단락 회로 연구
일시적 안정성 연구
일시적 과전압 연구

부하 흐름 연구

변전소는 시스템 부하에 대한 신뢰성 있는 전력 송전을 보장합니다.
새로운 변전소(또는) 스위칭 스테이션의 전류 용량 요구사항은 모든 선로가 작동 중인 경우와 일부 선로가 유지보수 중인 경우의 부하 흐름 연구를 통해 결정됩니다.
여러 부하 흐름 조건을 평가한 후 장비의 계속 및 비상 상황 등급을 계산할 수 있습니다.

단락 회로 연구

지속적인 전류 등급 외에도 변전소 장비는 단시간 등급이 필요합니다.
이들은 장비가 단락 전류의 열과 기계적 압력에 손상 없이 견딜 수 있을 만큼 충분해야 합니다.
단락을 감지하는 보호 릴레이의 적절한 설정, 차단기의 중단 능력 제공, 포스트 절연체의 강도를 위해 필요합니다.
다양한 유형과 위치의 단락 및 시스템 구성을 위한 최대 및 최소 단락 전류를 확립해야 합니다.

순시 안정성 연구

정상적인 발전기의 기계적 입력은 발전기 손실을 포함하여 전기 출력과 같습니다.
이 상태가 지속되는 한 시스템 발전기는 50 Hz로 회전합니다. 기계적 또는 전기적 흐름의 어떤 방해도 발전기 속도가 50Hz에서 벗어나 새로운 평형점 주변으로 진동하게 됩니다.
매우 일반적인 방해는 단락입니다. 발전기 근처의 단락은 단말 전압을 낮추고 기계를 가속화합니다.
오류를 수정한 후 장치는 원래 상태를 복원하기 위해 과잉 에너지를 전력 시스템에 공급합니다.
전기 연결이 강할 경우 기계는 빠르게 감속되고 안정화됩니다. 약한 연결은 기계의 불안정을 초래합니다.
안정성에 영향을 미치는 요인들:

결함의 심각성,
결함 제거 속도,
결함 해결 후 기계와 시스템 간의 연결.

변전소의 순시 안정성은 다음과 같습니다

라인 및 버스 보호 릴레이의 유형 및 속도,
차단기 중단 시간, 그리고
결함이 해결된 후의 버스 구성.

마지막 항목은 버스 배치에 영향을 미칩니다.
주 릴레이 동안 결함이 해결되면 하나의 라인만 영향을 받습니다.
차단기 고장 릴레이 동안 차단기가 막히면 여러 라인이 손실될 수 있어 시스템 연결이 약해집니다.

순시 과전압 연구

순시 과전압은 번개 또는 회로 스위칭으로 인해 발생할 수 있습니다.
순시 네트워크 분석기(TNA) 연구는 스위칭 과전압을 결정하는 가장 정확한 방법입니다.

변전소 배치 레이아웃

변전소 배치는 다음을 포함하여 물리적 및 전기적 고려 사항에 의해 결정됩니다:

시스템 보안
운영 유연성
간편한 보호 배치
단락 전류 수준 제한
유지 관리 시설
간편한 확장
사이트 요인
경제성

시스템 보안

이상적인 소변전소는 각 회로에 대한 별도의 차단기를 포함하고 유지 관리 또는 결함 동안 버스바 또는 차단기를 교체할 수 있도록 합니다.
시스템 보안은 변전소의 무결성에 100% 의존하거나 주기적인 결함(또는) 유지 관리로 인한 일정 비율의 다운타임을 허용함으로써 결정될 수 있습니다.
더블 버스바 시스템과 더블 차단기 설계는 완벽하지만, 비싼 변전소입니다.