Kraftverkdesign: En introduksjon

Elektriske understasjoner utgjør nødvendige deler av kraftdistribusjonsnettverket, og fungerer som knutepunkter for overføring og distribusjon av elektrisitet. Disse komplekse fasilitetene krever omfattende planlegging, design og implementering for å sikre en stabil og effektiv strømforsyning.

I denne artikkelen skal vi se på grunnlaget for design av elektriske understasjoner, inkludert ulike komponenter, oppsettshensyn og miljømessige faktorer.

Kriterier for planlegging av understasjon

Maksimal feilnivå på en ny understasjonsbuss kan ikke overstige 80% av strømbryterens beregnede bruttkapasitet.

Den 20% bufferen er ment for å dekke økningen i kortslutningsnivåer som følge av systemets utvikling.

Strømavbrytningens hastighet og generering av strøm, samt feilhåndteringskapasiteten til spenningskontroller ved ulike spenningsnivåer, kan regnes ut som:

Kapasiteten til en enkelt understasjon på ulike spenningsnivåer bør generelt ikke overstige.

Størrelsen og antallet av koblingstransformatorer (ICTs) må planlegges slik at feil på en enkelt enhet ikke overbelaster de gjenværende ICTs eller det underliggende systemet.

En fastslått bryter kan ikke avbryte mer enn fire forsyningsledninger for et 220 kV-system to for et 400 kV-system og én for et 765 kV-system.

Krav til understasjonssystem

Terminologi

Reliabilitet: Reliabiliteten i kraftsystemet er det ubruddte forsyningen av strøm ved den nødvendige spenningen og frekvens. Busbarer, sirkuitsbrytere, transformatorer, isolatører og reguleringsenheter påvirker understasjonens reliabilitet.

Feilhastighet: Det er det årlige gjennomsnittlige feiltallet.

Avbrytingstid: Avbrytingstid refererer til tiden som kreves for å reparere en defekt komponent eller skifte til en annen forsyningskilde.

Skiftetid: Tiden fra avbrytning start til gjenoppretting av tjenesten via skifteoperasjon.

Skjemaswitching: Plasseringen av busbarer & utstyr tar hensyn til kostnad, fleksibilitet og systemreliabilitet.

Fase til jordavstand: Understasjons fase til jordavstand er 

• Avstand mellom ledning & konstruksjon. 

• Avstand mellom levende utstyr og konstruksjoner &

• Avstand mellom levende ledning og jord.

Fase til fase avstand: Understasjons fase til fase avstander er 

• Avstand mellom levende ledninger. 

• Avstand mellom levende ledninger & apparater og 

• Avstand mellom levende terminaler i sirkuitsbrytere, isolatører, etc.

Jordavstand: Dette er minimumsavstanden fra enhver plass der en menneske kan måtte stå, til den nærmeste ikke-jordpotensielle delen av en isolator som støtter den levende ledningen.

Seksjonell avstand: Dette er minimumsavstanden fra enhver stående plass til den nærmeste uskjulte levende ledning. Bruk høyden til en person med strekte hender og fasen til jordavstanden for å beregne seksjonell avstand.

Sikkerhetsavstand: Dette inkluderer jord- og seksjonsgap.

Understasjonens elektrostatiske felt: Spenningsførte ledere eller metalldele skaper elektrostatiske felt. EHV-understasjoner (over 400 kV) har elektrostatiske felt som varierer avhengig av geometrien til den spenningsførte delen/metalldelen og den nærliggende jordede gjenstanden eller jorda.

Generelt

• Overføringslinjer, 

• underoverføringsledninger, 

• generasjonskretser, og 

• spenningsøkende og spenningsnedtakende transformatorer 

kobles til understasjoner eller skiftestasjoner. 

Understasjoner fra 66 til 40 kV kalles EHV. Over 500 kV kalles de UHV.

Designbekymringer og metoder for EHV-understasjoner er liknande, men noen elementer dominerer ved ulike spenningsnivåer. Opptil 220 kV kan skiftesvingninger ignoreres, men over 345 kV er de essensielle.

Kriterier og studier for understasjon

Kravene for understasjonens design vil bli bestemt av følgende studier.

• Laststrømstudier

• Kortslutningsstudier

• Transient stabilitetsstudier

• Transient overspenningstudier

Laststrømstudier

• En understasjon sikrer pålitelig strømoverføring til systemlastene. 

• Strømbæringsbehovet for den nye understasjonen (eller) skiftestasjonen fastsettes gjennom laststrømstudier både når alle linjer er i drift og når valgte linjer er ut av drift for vedlikehold. 

• Etter vurdering av flere laststrømsforhold, kan utstyrskapasitet og nødsituasjonskapasitet beregnes.

Kortslutningsstudier

• I tillegg til kontinuerlige strømmer, må utstyr i understasjon ha kortvarige kapasiteter.

• Disse må være tilstrekkelige for å gjøre det mulig for utstyret å motstå varme og mekanisk trykk fra kortslutningsstrøm uten skade.

• For å gi tilstrekkelig avbrytingskapasitet i brytere, styrke i postisolatorer, og passende innstilling for beskyttelsesreler som oppdager feilen.

• Det maksimale og minimale kortslutningsstrømmene for ulike typer og plasseringer av kortslutninger og systemkonfigurasjoner må etableres.

Overgangsstabilitetsstudier

• Normalt er generatorens mekaniske inngang lik elektrisk utgang i tillegg til generatortap.

• Systemgeneratorer roterer med 50 Hz så lenge dette fortsetter. Enhver forstyrrelse i mekanisk eller elektrisk flyt fører til at generatorhastigheten avviker fra 50 Hz og oscillerer rundt et nytt likevektspunkt.

• En svært vanlig forstyrrelse er kortslutning. Kortslutninger nær generatoren senker terminalspenningsnivået og øker maskinens hastighet.

• Etter at feilen er rettet, vil enheten fede overflødig energi inn i strømsystemet for å gjenopprette sitt opprinnelige tilstand.

• Når elektriske koblinger er sterke, dekelererer maskinen raskt og stabiliserer seg. Svake koblinger vil føre til ustabilitet i maskinen.

• Faktorer som påvirker stabilitet inkluderer:

• Feilalvorlighetsgrad,

• Hastighet ved feilavklaring,

• Koblinger mellom maskin og system etter feilavklaring.

• Understasjons overgangsstabilitet avhenger av

• Type og hastighet av linje- og busbeskyttelsesrelering,

• Bryterens avbrytingstid, og

• Buskonfigurasjon når feilen er avklart.

• Den siste poenget påvirker busoppsettet.

• Kun én linje vil bli påvirket hvis en feil blir løst under primærrelering.

• En sperrt bryter kan føre til at flere linjer går tapt under bryterfeilrelering, noe som svekker systemets kobling.

Overgangsoverspenningstudier

• Overgangsoverspenning kan oppstå som følge av lyn eller kretsskifting.

• Overgangsnettverksanalyser (TNA) er den mest nøyaktige metoden for å bestemme skifteoverspenning.

Understasjonsoppsett

Understasjonsoppsettet bestemmes av fysiske og elektriske hensyn, inkludert følgende:

• Systemtrygghet

• Operasjonsmessig fleksibilitet

• Enkel beskyttelsesoppsett

• Begrensning av kortslutningsnivåer

• Vedlikeholdsanlegg

• Enkel utvidelse

• Stedlige faktorer

• Økonomi

Systemtrygghet

• Ideelle understasjoner inneholder separate brytere for hver krets og tillater bytte av busbarer eller brytere under vedlikehold eller ved feil.

• Systemtrygghet kan bestemmes ved å tillate 100% avhengighet av understasjonens integritet eller ved å tillate en prosentandel nedetid på grunn av periodiske feil (eller) vedlikehold.

• Selv om et dobbelt busbarsystem med dobbelt bryterdesign er perfekt, er det et dyrt understasjon.

Operasjonsfleksibilitet

• Kontroll av MVA- og MVAR-belastning under alle kretsforkoblingsforhold er essensielt for generatorbelastnings effektivitet.

• Belastningskretser må grupperes for å gi optimal kontroll i vanlige og nødsituasjoner.

Enkle beskyttelsesordninger

• Hvis en kretsavbryter kontrollerer mange kretser eller flere kretsavbrytere er brutte, kan dette mildres ved busseksjonering.

• Selv om beskyttelsesrelaying er enkelt, er et enebusssystem stivt for komplisert beskyttelse.

Begrensning av kortslutningsnivåer

• En understasjon kan deles inn i to deler, enten helt eller gjennom reaktorforbindelse, for å redusere kortslutningsnivåer.

• Riktig bruk av kretsavbrytere i ringkretser kan gi en tilsvarende funksjon.

Vedlikeholdsfasiliteter

• Vedlikehold kreves under drift av understasjon, enten planlagt (eller) nødsituasjon.

• Ytelsen til understasjonen under vedlikehold avhenger av beskyttelsesforanstaltningene.

Enkel utvidelse

• Oppsettet av understasjonen skal tillate utvidelse av båyer for nye matere.

• Når systemet blir bedre, kan det være nødvendig å bytte fra et enebusssystem til et dobbeltbusssystem eller utvide en nettstasjon til et dobbeltbusssystem.

• Plass og utvidelsesfasiliteter vil være tilgjengelige.

Stedsfaktorer

• Tilgjengelighet av sted er essensielt for planlegging av understasjon. Det kan være nødvendig å bygge en stasjon med mindre fleksibilitet på begrenset plass.

• En understasjon med færre kretsavbrytere og en enklere skisse tar mindre plass.

Økonomi

• Hvis økonomien er mulig, kan en forbedret skruingsordning for teknologiske krav opprettes.

Understasjonsoppsett og skruingsordning

Understasjonsoppsett og skruingsordning må nøye designes basert påIEEE 141 for å sikre effektivitet og sikkerhet i elektriske distribusjonssystemer.

• Transformatorer,

• Kretsavbrytere, og

• Skruer

må velges basert på spenning og belastningskrav.

For å maksimere plass, forenkle vedlikehold og tillate utvidelse, må oppsettet bli nøye planlagt. Busbarer skal effektivt koble utstyr, og kretser skal forbedre strømflyt og pålitelighet.

For rask feiloppdagelse og isolering er robuste beskyttelses- og kontrollsystemer nødvendige. Regulatoriske standarder og miljømessige hensyn bestemmer transformasjonsstasjonens design for å sikre sikkerhet, pålitelighet og miljøoverholdelse.

Flere aspekter bør tas i betraktning ved utformingen av et EHV-oppsett og skiftekonfigurasjoner:

• Det skal være pålitelig, sikkert og sikre god tjenestefortsettelse.

Typiske busbar-skjemaer og beskyttelse for transformasjonsstasjoner er forklart i detalj i:

1. Hva er elektrisk busbar? Typer, fordeler, ulemper &

2. Busbarbeskyttelsesskjemaer

Forskjellige busbar-konfigurasjoner gir ulike fordeler i form av redundans, driftsflexibilitet og vedlikeholdsadgang.

Effektiv busbaroppsett sikrer effektiv strømflyt og forenkler fremtidig utvidelse.

Switchyard-strukturer

Strukturer er nødvendige for å støtte og installere bus elektrisk utstyr og terminere overføringslinjekabler.

Strukturer kan være laget av stål, tre, RCC eller PSC. Basert på sidejord, trenger de fundament.

Transformasjonsstasjoner bruker fabrikkerte stålkonstruksjoner for deres fordeler.

Den

• Faseavstand, 

• Jordavstand, 

• Isolatorer, 

• Busslengde, og 

• Utstyrsvekt 

har effekt på konstruksjonens design.

• Bøyning, 

• Flangeinntrekking, 

• Loddrett og horisontal klipp, og 

• Kryssvindelinntrykk 

må forhindre stålbjelkes og bålens mislykking. 

Gitterboks-bål skal være 1/10 til 1/15 av spennvidden & kvadrat. Vanligvis kan bjelkeflaks ikke overskride 1/250 av spennvidden. 

Konstruksjonsbolter og mutter må ha 16 mm i diameter, unntatt i lettlastede seksjoner der de kan være 12 mm.

Designlasten for kolonner og bål skal omfatte 

• ledningspanning, 

• jordtrådspanning, 

• isolator- og monteringsegenvekt, og 

• brødfaktor (omkring 350 kg), 

• arbeider- og verktøyvekt (200 kg) 

• vind- og påslaglast 

under utstyrsdrift.

Spennvidden for overføringslinjen må avsluttes ved understationsportkonstruksjoner. Den kan gå opp til +15 grader vertikalt og +30 grader horisontalt.

Anleggskonstruksjonene kan malinges eller varmebelastes.

Konstruksjoner laget med belasted stål krever minimal vedlikehold.

Imidlertid ga malingede konstruksjoner bedre korrosjonsbestandighet i noen ekstremt forurensede områder.

Normalt brukte faseavstander som:

Bussbarutforming

For å forenkle koblingen mellom de mange komponentene som utgjør en transformasjon, er bussbarer lederstaver som brukes for å overføre elektrisk strøm gjennom transformasjonen.

Elektriske tap reduseres, strømforsyningen blir mer konsekvent, og transformasjonsytelsen forbedres når bussbarer er riktig utformet og dimensjonert.

Transformasjon – Kontrollsystemer

Transformasjonsautomatisering optimaliserer drift og effektivitet ved å kombinere kontrollsystemer, intelligente enheter og kommunikasjonsnettverk.

Sanntidsovervåking, fjernkontroll, dataanalyse og prediktiv vedlikehold forbedrer påliteligheten og reduserer nedetid gjennom automatisering.

Avanserte kontrollsystemer som SCADA forbedrer transformasjonsautomatisering, datainnsamling og fjernkontroll.

Transformasjonsautomatisering bruker SCADA-systemer for sentralisert kontroll og overvåking.

SCADA-systemer samler inn data fra transformasjonen for å forbedre strømflyt, ta beslutninger og løse feil raskt.

Transformasjonsutforming – Kommunikasjonsprotokoller

Transformasjonsutstyr og kontrollsenter trenger effektive kommunikasjonsnettverk for å dele data og kontroll.

Arkitekturen for understasjonsdesign krever pålitelige kommunikasjonsprotokoller som IEC 61850, DNP3 eller Modbus for interoperabilitet, dataintegritet og sikkert nett.

Erklæring: Respektér originalteksten, godt innhold fortjener å deles, ved krænking kontakt for sletting.