Električna podstanica: Uvod
Električne podstanice predstavljajo ključne dele omrežja za distribucijo električne energije, ki delujejo kot vozlišča za prenašanje in distribucijo električne energije. Te kompleksne instalacije zahtevajo natančno načrtovanje, oblikovanje in izvajanje, da se zagotovi zanesljiva in učinkovita oskrba s strujom.
V tem prispevku bomo pregledali osnove oblikovanja električnih podstanic, vključno z različnimi komponentami, skrbi glede postavitve in okoljskimi dejavnik.
Kriteriji načrtovanja podstanic
Največji nivo napake na novem avtobusu podstanice ne sme biti večji od 80 % merilne kapacitete prekinitve preklopnika.
Odzivni prostor od 20 % je namenjen upoštevanju povečanja ravni kratkih krmeljnic s razvojem sistema.
Hitrost prekinitve tokov in generiranja tokov ter zmogljivosti časa odpravljanja napak za opremo za preklop pri različnih naponih lahko izračunamo kot:
| Čas odpravljanja napake | Nivo napetosti | Čas delovanja | Prekini tok | Tok prekidnice |
| 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 |
Kapaciteta nobene enote podstanice na različnih nivojih napetosti običajno ne bi smela presegati.
| Podnapetostna postaja | Raven napetosti |
| 765 kV | 2500 MVA |
| 400 kV | 1000 MVA |
| 220 kV | 320 MVA |
| 110 kV | 150 MVA |
Velikost in število povezovalnih transformatorjev (ICTs) morata biti načrtovana tako, da neuspeh katerega koli enega enota ne preobremenjuje preostalih ICT-jev ali podleglega sistema.
Zastojni odločnik ne more prekiniti več kot 4 napajal za sistem 220 KV, dva za sistem 400 KV in enega za sistem 765 KV.
Zahteve za podnapravno postajo
| 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 | ||
Terminologija
Zanesljivost: Zanesljivost sistema za oskrbo z energijo je neprekinjena oskrba z energijo na zahtevani napetosti in frekvenci. Šiniščnice, preklopniki, transformatorji, ločevalci in regulacijska oprema vplivajo na zanesljivost podstanice.
Stopnja odpovedi: To je letna povprečna stopnja odpovedi.
Čas odpovedi: Čas odpovedi se nanaša na čas, ki je potreben za popravilo odpovedlega komponenta ali preklop na drug vir oskrbe.
Čas preklopa: Čas od začetka odpovedi do obnove storitve preko operacije preklopa.
Shema preklopa: Postavitev šiniščnic in opreme upošteva stroške, prilagodljivost in zanesljivost sistema.
Razmik faza-do-zemlje: Razmik faza-do-zemlje v podstanci je
Razdalja med vodnikom in strukturo.
Razdalja med živimi opremami in strukturami &
Razdalja med živim vodnikom in zemljo.
Razmik faza-do-faze: Razmiki faza-do-faze v podstanci so
Razdalja med živimi vodniki.
Razdalja med živimi vodniki in aparati in
Razdalja med živimi terminali v preklopnikih, ločevalcih itd.
Razmik do zemlje: To je najmanjši razmik od katere koli lokacije, kjer bi lahko človek stal, do najbližje nezemeljske potencialne dele insulatorja, ki podpira žive vodnike.
Sekcijski razmik: To je najmanjši razmik od katere koli lokacije, kjer bi lahko stali, do najbližjega nezakritega živega vodnika. Upoštevajte višino osebe s protaženimi rokami in razmik faza-do-zemlje za izračun sekcijskega razmika.
Varnostni razmik: To vključuje razmik do tla in presečni razmik.
Elektrostatsko polje podstanice: Energetski napeti vodiči ali kovinske dele ustvarjajo elektrostatska polja. EHV podstanice (preko 400 kV) imajo elektrostatska polja, ki se spreminjajo glede na geometrijo energetsko napetega vodiča/kovinskega dela in sosednjih zemljenih objektov ali tla.
Splošno
Prenosne linije,
Podprenosne povezave,
Generirne občrtke, in
Poviševalni in sniževalni transformatorji
se povezujejo z podstanicami ali komutacijskimi stanicami.
Podstanice od 66 do 40 kV so imenovane EHV. Preko 500 kV so UHV.
Zadeve in metode za oblikovanje EHV podstanic so podobne, vendar nekatere elemente dominirajo pri različnih nivojih napetosti. Do 220 kV je mogoče zanemariti preklopne valovanja, vendar nad 345 kV so ključni.
Kriteriji in študije za oblikovanje podstanc
Zahteve za oblikovanje podstanc bodo določene z naslednjimi študijami.
Študije pretoka nalog
Študije kratkih krmelj
Študije prehodne stabilnosti
Študije prehodnih previsokih napetosti
Študije pretoka nalog
Podstanica zagotavlja zanesljivo prenoso energije na sistemske naloge.
Potrebe nove podstanice (ali) komutacijske stanice za prenašanje toka so določene z študijami pretoka nalog, medtem ko so vse linije v delu in medtem ko so izbrane linije brez delovanja zaradi vzdrževanja.
Po oceni več razmerij pretoka nalog lahko izračunamo zvezne in hitrne oznake opreme.
Študije kratkih krmelj
Oprema podstanice mora imeti tudi kratkotrajne ocene, poleg zmanjšanih tokovnih ocen.
Ti morajo biti dovolj visoki, da omogočijo opremi, da preživi toplotni in mehanični pritisk kratkotrajnega strmiha brez poškodbe.
Za zagotavljanje zadostne prekinilne zmogljivosti v prekiniteljih, čvrsto postavitev izolatorjev in ustrezno nastavitev zaščitnih releja, ki zaznajo napako.
Nujno je določiti največje in najmanjše kratkotrajne strmihe za različne vrste in lokacije kratkih krmelj in konfiguracije sistema.
Študije prehodne stabilnosti
Normalna mehanska vhodna moč generatorja je enaka električni izhodni moči ob upoštevanju izgub generatorja.
Generatorji sistema se vrtijo na 50 Hz, dokler to traja. Vsak motnji v mehanskem ali električnem pretoku povzroči, da hitrost generatorja odpove od 50 Hz in oscilira okoli nove ravnovesne točke.
Zelo pogosta motnja je kratki krmelj. Kratki krmelj blizu generatorja zniža terminalno napetost in pospeši stroj.
Po odpravljanju napake bo naprava vstopila z prekomerno energijo v elektroenergetske sistem, da bi obnovila svojo prvotno stanje.
Če so električne povezave močne, se stroj hitro uspori in stabilizira. Slabe veze bodo povzročile nestabilnost stroja.
Faktorji, ki vplivajo na stabilnost, so:
Težavnost napake,
Hitrost odstranjevanja napake,
Povezave med strojem in sistemom po reševanju napake.
Prehodna stabilnost podstanice je odvisna od
Vrste in hitrosti zaščitnega relejanja vodovodov in shranjevalnikov,
Časa prekinitve prekinitelja in
Konfiguracije shranjevalnika, ko je napaka odpravljena.
Zadnja točka vpliva na ureditev shranjevalnika.
Če se napaka reši med primarnim relejanjem, bo vplivala le na en vodovod.
Blokiran prekinitelj lahko povzroči izgubo več vodovodov med relejanjem neuspeha prekinitelja, s tem pa oslabi vez sistema.
Študije prehodnih prenapetosti
Prehodne prenapetosti lahko nastanejo zaradi nihanja ali preklopa krugov.
Študije z analizatorjem prehodnih omrežij (TNA) so najbolj točen način določanja prenapetosti pri preklopitvi.
Razporeditev podstanice
Razporeditev podstanice je določena fizičnimi in električnimi razmerami, vključno z naslednjimi:
Varnost sistema
Prostota delovanja
Enostavna ureditev zaščite
Omejevanje ravni kratkotrajnih strmih
Servisne možnosti
Enostavna razširitev
Faktorji lokacije
Gospodarnost
Varnost sistema
Idealne podstanice vključujejo ločene prekinitelje za vsak krug in omogočajo zamenjavo shranjevalnikov ali prekiniteljev med vzdrževanjem ali pri napakah.
Varnost sistema je mogoče določiti tako, da se dovoli 100% odvisnost od integritete podstanice, ali pa dovoli odstotek nedelovanja zaradi periodičnih napak (ali) vzdrževanja.
Čeprav je dvojni sistem shranjevalnikov z dvojnimi prekinitelji idealen, je to draga podstanica.
Operativna prilagodljivost
Kontrola obremenjenosti MVA in MVAR pri vseh pogoji povezave je ključna za učinkovitost obremenjenosti generatorja.
Obremenjene krožnice morajo biti združene, da bi omogočile optimalno nadzor v normalnih in nujnih pogojih.
Enostavne zaščitne razporeditve
Če en preklopnik nadzira več krožnic ali so pokvarjeni več preklopniški. To se lahko zmanjša s presečnim deljenjem busa.
Tudi če je zaščitno relaying preprosto, je enobusni sistem neprilagodljiv za zapleteno zaščito.
Omejevanje ravni kratkih krogov
Podstanicu je mogoče razdeliti na dva dela, celotno ali preko vezanja reaktorja, da se zmanjša raven kratkih krogov.
Pravilno uporaba preklopnikov v kolobarjih lahko zagotovi podobno možnost.
Vzdrževalna oprema
Med delovanjem podstanice je potrebno vzdrževanje, ali je to načrtovano ali nujno.
Delovanje podstanice med vzdrževanjem odvisno je od zaščitnih določb.
Enostavna razširitev
Razporeditev podstanice mora dovoljevati razširitev lokala za nove pretokove.
Ko se sistem izboljša, je morda potrebno preiti od enobusnega razporejanja na dvobusni sistem ali razširiti mrežno stanicu na dvobusno stanicu.
Prostor in možnosti za razširitev bodo na voljo.
Faktori lokacije
Dostopnost lokacije je ključna za načrtovanje podstanice. V omejenih prostorih je morda potrebno zgraditi stanicu z manjšo prilagodljivostjo.
Podstanica z manj preklopniki in preprostima shemo zaseda manj prostora.
Gospodarnost
Če je gospodarnost možna, se lahko ustvari izboljšana preklopna razporeditev za tehnološke zahteve.
Razporeditev podstanice in preklopne razporeditve
Razporeditev podstanice in preklopne razporeditve morata biti natančno oblikovani na osnovi IEEE 141 za zagotavljanje učinkovitosti in varnosti električnega distribucijskega sistema.
Transformatorji,
Preklopniki in
Preklopniki
morajo biti izbrani glede na zahteve napetosti in obremenitve.
Za optimalno izkoriščanje prostora, olajšanje vzdrževanja in omogočanje razširitve mora biti postavitev natančno načrtovana. Busbars morajo učinkovito povezovati opremo, in krugovi morajo izboljšati pretok energije & zanesljivost.
Za hitro zaznavanje in izolacijo napak so potrebni trdni sistemi za zaščito & nadzor. Regulatorjski standardi & okoljske skrbi določajo načrtovanje podstanice, da se zagotovi varnost, odvisnost in skladnost s predpisi o okolju.
Pri načrtovanju EHV postavitve in konfiguracij preklopov je treba upoštevati več vidikov:
Mora biti zanesljiva, varna in zagotavlja odlično neprekinjenost storitve.
Tipične sheme busbars in zaščita v podstanici so razložene podrobno v:
Kaj je električni busbar? Vrste, prednosti, slabosti &
Sheme zaščite busbars
Različne konfiguracije busbars ponujajo različne prednosti glede na redundantnost, operativno prilagodljivost in dostopnost za vzdrževanje.
Učinkovita postavitev busbars zagotavlja učinkovit pretok energije & omogoča prihodnjo razširitev.
Strukture prepričevanja
Strukture so potrebne za podporo & namestitev električne opreme bus in zaključek kabelov prenosnih linij.
Strukture lahko izdelajo iz jekla, lesa, RCC ali PSC. Glede na stran tla potrebujejo temelje.
Podstanice uporabljajo izdelane jeklene konstrukcije zaradi njihovih prednosti.
Razmik med fazami,
Razmik do tla,
Izolatorji,
Dolžina busa, in
Teža opreme
vplivajo na strukturni dizajn.
Pogib,
Skrčenje flanša,
Navpični in vodoravni strižni napor, in
Zrušenost sredine
morajo preprečiti odpoved črpalca in nosilca iz jekla.
Mrežasti okvirni nosilci morajo biti 1/10 do 1/15 širine razpona. Običajno se ne sme preseči odboja nosilca, ki je večji od 1/250 dolžine razpona.
Vitice in matice konstrukcije morajo biti 16 mm v premeru, razen v delih z manjšim obremenitvijo, kjer lahko merijo 12 mm.
Projektirana obremenitev za stolpe in nosilce bi morala vključevati
napetost vodnikov,
napetost zemeljskega vodnika,
težo izolatorjev in pripomočkov, in
delni nalog (okoli 350 kg),
težo delavca in orodja (200 kg)
vetrske in udarne obremenitve
med delovanjem opreme.
Razpon nadzorne linije mora biti zaključen s strukturami podpornih portalov podstani. Lahko doseže +15 stopinj navpično in +30 stopinj vodoravno.
Strukture dvorišča lahko barvimo ali jih hladno celovito galvaniziramo.
Strukture iz galvaniziranega jekla zahtevajo minimalno vzdrževanje.
Vendar pa barvane strukture zagotavljajo boljšo odpornost na korozijo v nekaterih zelo kontaminiranih območjih.
Običajno uporabljene razmiki med fazami:
| 11 kV | 1,3 m |
| 33 kV | 1,5 m |
| 66 kV | 2,0 do 2,2 m |
| 110 kV | 2,4 do 3 m |
| 220 kV | 4,5 m |
| 400 kV | 7,0 m |
Oblikovanje nosilca
Z namenom olajšanja povezave med mnogimi komponentami, ki sestavljajo preobrazovalno postajo, so nosilci vodljive trake, ki se uporabljajo za prenos električne energije skozi preobrazovalno postajo.
Ko so nosilci pravilno oblikovani in razseženi, se zmanjšajo električni izgubi, distribucija energije postane bolj enakomerna in se izboljša delovanje preobrazovalne postaje.
Preobrazovalna postaja – Sistemi nadzora
Avtomatizacija preobrazovalne postaje optimizira delovanje in učinkovitost s kombinacijo sistemov nadzora, pametnih naprav in komunikacijskih omrežij.
Časovno spremljanje, oddaljeni nadzor, analiza podatkov in prediktivno vzdrževanje z avtomatizacijo izboljšajo zanesljivost in zmanjšajo čas nezanesljivosti.
Napredni sistemi nadzora, kot je SCADA, izboljšujejo avtomatizacijo preobrazovalne postaje, zbiranje podatkov in oddaljeni nadzor.
Avtomatizacija preobrazovalne postaje uporablja SCADA sisteme za centraliziran nadzor in spremljanje.
SCADA sistemi zbirajo podatke preobrazovalne postaje, da izboljšajo pretok energije, sprejemajo odločitve in hitro rešujejo težave.
Oblikovanje preobrazovalne postaje – Protokoli komunikacije
Načrtovanje arhitekture podstanic zahteva zanesljive komunikacijske protokole, kot so IEC 61850, DNP3 ali Modbus, za usklajenost, celovitost podatkov in kibernetsko varnost.
Izjava: Spoštujte izvirnik, dobre članke je vredno deliti, v primeru kršitve avtorskih pravic se obrnite za odstranitev.
Priporočeno
