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:

Kapaciteta nobene enote podstanice na različnih nivojih napetosti običajno ne bi smela presegati.

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

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:

1. Kaj je električni busbar? Vrste, prednosti, slabosti &

2. 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:

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

Oprema preobrazovalne postaje in centri nadzora potrebujejo učinkova komunikacijska omrežja za delitev podatkov in nadzor.

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.