Dizajn električne podstajice: Uvod

Električne podstacje predstavljaju ključne sekcije mreže za raspodelu struje, funkcionisući kao čvorovi za prenos i raspodelu električne energije. Ove složene instalacije zahtevaju surovan planiranje, dizajn i implementaciju kako bi se osigurala konstantna i efikasna snabdevanje strujom.

U ovom postu pogledaćemo temelje dizajna električnih podstacija, uključujući različite komponente, pitanja rasporeda i okružne faktore.

Kriterijumi planiranja podstacija

Maksimalni nivo greške na novoj magistrali podstacije ne može biti veći od 80% kapaciteta prekidnika za prekid struje po merodavanju.

Rezerva od 20% namenjena je da obuhvati povećanje nivoa kratkog spoja sa razvojem sistema.

Brzina prekida struje i generisanja struje, kao i sposobnosti prekidnice za brisanje grešaka na različitim nivoima napona, mogu se izračunati kao:

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

Veličina i broj međusobno povezanih transformatora (ICTs) moraju biti planirani na način da kvar bilo jedne jedinice ne preopterežuje preostale ICTs ili podstavni sistem.

Zaključan prekidnik ne može prekinuti više od 4 ishoda za sistem od 220 KV, dva za sistem od 400 KV i jedan za sistem od 765 KV.

Zahtevi sistema podstanica

Номенклатура

Поверљивост: Поверљивост системе електропреводе је непрекидна снабдевина електричном струјом на захтеваној напонској и фреквенцијској вредности. Шинске магистрале, пресечни апарати, трансформатори, изолатори и регулацијски уређаји утичу на поверљивост подстанције.

Стопа грешака: То је годишња просечна стопа грешака.

Време прекида: Време прекида се односи на време потребно за поправку неисправног дела или прелаз на други извор снабдевине.

Време прелаза: Време од почетка прекида до повратка услуге путем операције прелаза.

Схема прелаза: Расположење шинских магистрала и опреме узима у обзир трошкове, флексибилност и поверљивост система.

Изузетак фаза-земља: Изузетак фаза-земља подстанције је 

• Растојање између проводника и структуре. 

• Растојање између живе опреме и структура &

• Растојање између живог проводника и земље.

Изузетак фаза-фаза: Изузетци фаза-фаза подстанције су 

• Растојање између живих проводника. 

• Растојање између живих проводника & опреме и 

• Растојање између живих терминала у пресечним апаратима, изолаторима итд.

Изузетак земља: То је минимални изузетак од било које локације где човек можда треба да стоји до најближег дијела изолатора који подржава жив проводник, а то није потенцијал земље.

Секциони изузетак: То је минимални изузетак од било које локације за стојање до најближег неекранираног живог проводника. Узмите у обзир висину осobe са протегнутим рукама и изузетак фаза-земља за израчунавање секционог изузетка.

Sigurnosno razmaka: To uključuje zemljano i sekcione razmake.

Elektrostatičko polje podstajice: Napajani vodovi ili metalički delovi stvaraju elektrostatička polja. EHV podstajice (preko 400 KV) imaju elektrostatička polja koja se razlikuju u zavisnosti od geometrije napajanog voda/metalne strane i susednog zemljenog objekta ili tla.

Opšte

• Transmisione linije, 

• Podtransmisione isporuke, 

• Generatorske krugove, i 

• Step-up i step-down transformatori 

se povezuju sa podstajicama ili prekidačkim stanicama. 

Podstajice od 66 do 40 KV nazivaju se EHV. Iznad 500KV, one su UHV.

Zabrinutosti i metode dizajna za EHV podstajice su slične, ali neki elementi dominiraju na različitim nivoima napona. Do 220 KV, prekidni talasi mogu biti zanemareni, ali iznad 345 KV, oni su esencijalni.

Kriterijumi i studije dizajna podstajica

Zahteve za dizajn podstajice će odrediti sledeće studije.

• Studije toka opterećenja

• Studije kratkog kola

• Studije privremene stabilnosti

• Studije privremenih preopterećenja

Studije toka opterećenja

• Podstajica osigurava pouzdan prijenos struje sistemskim opterećenjima. 

• Potrebe nove podstajice (ili) prekidačke stanice za prenos struje određuju se studijama toka opterećenja dok su sve linije uključene i dok su odabrane linije isključene zbog održavanja. 

• Nakon procene različitih uslova toka opterećenja, mogu se izračunati kontinuirana i hitna ocena opreme.

Studije kratkog kola

• Pored kontinuiranih strujnih karakteristika, oprema podstajice mora imati i kratkotrajne karakteristike.

• Ove moraju biti dovoljne da omoguče opremi da izdrži toplotu i mehanički pritisak kratkog spoja bez oštećenja.

• Da bi se osigurala dovoljna prekidna sposobnost u prekidačima, čvrstoća u post insulatorima i odgovarajuće podešavanje zaštita koje osećaju grešku.

• Maksimalni i minimalni kratični tokovi za različite vrste i lokacije kratkog spoja i konfiguracije sistema moraju biti utvrđeni.

Studije privremene stabilnosti

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

• Generatori sistema vrte se na 50 Hz sve dok to traje. Bilo kakva perturbacija u mehaničkom ili električnom toku dovodi do toga da brzina generatora odstupa od 50Hz i osciluje oko nove ravnotežne tačke.

• Veoma česta perturbacija je kratak spoj. Kratki spojevi blizu generatora sniže terminalnu napetost i ubrzavaju mašinu.

• Nakon ispravljanja greške, uređaj će pretovariti energiju u sistem kako bi se vratio u originalno stanje.

• Kada su električne veze jake, mašina brzo usporava i stabilizuje se. Slabe veze će dovesti do nestabilnosti mašine.

• Faktori koji utiču na stabilnost uključuju:

• Težinu greške,

• Brzinu ispravljanja greške,

• Veze između mašine i sistema nakon rešavanja greške.

• Privremena stabilnost podstajice zavisi od

• Vrsta i brzina štitnog releja linija i busova,

• Vreme prekida prekidača, i

• Konfiguracija busa nakon rešavanja greške.

• Poslednja tačka utiče na raspoređivanje busa.

• Samo jedna linija će biti uticnuta ako se greška reši tokom primarnog relejanja.

• Zaključan prekidač može dovesti do gubitka više linija tokom relejanja neuspeha prekidača, slabeći vezu sistema.

Studije privremenog prenapona

• Privremeni prenapon može nastati kao posledica munje ili preključivanja kola.

• Studije Privremenog Mrežnog Analizatora (TNA) su najtačniji način određivanja prenapona pri preključivanju.

Raspored podstajice

Raspored podstajice određen je fizičkim i električkim razmatranjima, uključujući sledeće:

• Sigurnost sistema

• Fleksibilnost operacija

• Lako podešavanje štita

• Ograničavanje nivoa kratkog spoja

• Servisne instalacije

• Lako proširenje

• Faktori lokacije

• Ekonomska efikasnost

Sigurnost sistema

• Idealne podstajice uključuju posebne prekidače za svaki kolo i omogućavaju zamenu busova ili prekidača tokom održavanja ili grešaka.

• Sigurnost sistema može se odrediti dopuštanjem 100% zavisnosti od integriteta podstajice ili dopuštanjem određenog procenata downtime-a zbog periodičnih grešaka (ili) održavanja.

• Iako je sustav sa dvostrukim busom i dvostrukim prekidačima savršen, to je skupa podstajica.

Fleksibilnost operacija

• Kontrola MVA i MVAR opterećenja pod svim uslovima spojeva je neophodna za efikasnost opterećenja generatora.

• Circuitsi sa opterećenjem moraju biti grupisani kako bi se osigurala optimalna kontrola u normalnim i hitnim situacijama.

Jednostavne zaštite

• Ako jedan prekidnik kontroluje mnogo circuitsa ili ako je više prekidnika oštećeno, to se može smanjiti podelom busa.

• Čak i kada je zaštitno relajanje jednostavno, jednosistemski bus je ograničen za složene zaštite.

Ograničavanje nivoa kratkog spoja

• Postaja se može podeliti na dve delove, potpuno ili putem veze reaktora, kako bi se smanjili nivoi kratkog spoja.

• Pravilna upotreba prekidnika u prstenastim sistemima može pružiti sličnu mogućnost.

Održavanje

• Održavanje je neophodno tokom rada postaje, bilo planirano ili hitno.

• Performanse postaje tokom održavanja zavise od zaštitnih mera.

Lako proširenje

• Raspored postaje treba da dozvoli proširenje boksa za nove feederse.

• Kako se sistem unapređuje, može biti potrebno preći sa jednosistemskog rasporeda na dvo-sistemski raspored ili proširiti mesh postaju na dvo-sistemsku postaju.

• Prostori i mogućnosti proširenja će biti dostupni.

Faktori lokacije

• Dostupnost lokacije je ključna za planiranje postaje. Konstrukcija postaje sa manjom fleksibilnošću može biti neophodna na ograničenim mestima.

• Postaja sa manje prekidnika i jednostavnijom shemom zauzima manje prostora.

Ekonomska isplativost

• Ako je ekonomika izvediva, može se kreirati poboljšana shema preključivanja za tehnološke zahteve.

Raspored postaje i shema preključivanja

Raspored postaje i shema preključivanja moraju biti pažljivo dizajnirani na osnovuIEEE 141 kako bi se osigurala efikasnost i bezbednost sistema distribucije električne energije.

• Transformatori,

• Prekidnici, i

• Prekidači

mora biti izabrano na osnovu zahteva za naponom i opterećenjem.

Da bi se maksimizirao prostor, olakšana održavanja i omogućena proširenja, raspored mora biti pažljivo planiran. Šine treba da efikasno povezuju opremu, a krovišta treba da poboljšaju protok struje i pouzdanost.

Za brzo otkrivanje i izolaciju grešaka potrebni su robustni sistemi zaštite i kontrole. Pravilnici i ekološke zabrinutosti određuju dizajn transformatorne stanice kako bi se osigurala bezbednost, zavisnost i usklađenost sa okruženjem.

Pri projektovanju rasporeda EHV i konfiguracija preključivanja treba uzeti u obzir nekoliko aspekata:

• Trebalo bi da bude pouzdan, siguran i da osigura odličnu kontinuitet usluge.

Tipični shemi šina i zaštita u transformatorskim stanicama su objašnjeni detaljno u:

1. Šta je električna šina? Tipovi, prednosti, nedostaci &

2. Sheme zaštite šina

Različite konfiguracije šina pružaju različite prednosti u pogledu redundantnosti, operativne fleksibilnosti i dostupnosti za održavanje.

Efikasan raspored šina osigurava efikasan protok struje i omogućava buduće proširenje.

Konstrukcije za switchyard

Konstrukcije su potrebne za podršku i instalaciju elektroopreme šina i terminaciju kabela visokonaponskih linija.

Konstrukcije mogu biti izrađene od čelika, drveta, RCC ili PSC. Na osnovu vrste tla, potrebne su temelji.

Transformatorske stanice koriste montirane čelikove konstrukcije zbog njihovih prednosti.

• Faza razmak,

• Razmak do tla,

• Izolatori,

• Dužina šine, i

• Težina opreme

uticu na konstruktivni dizajn.

• Savijanje,

• Korozija flanša,

• Vertikalni i horizontalni smicanje, i

• Osipa weba

moraju da spreče propadanje čelikačih grede i nosača.

Rešetkaste kutije grede treba da budu 1/10 do 1/15 spana i kvadratne. Obično, defleksija grede ne može preći 1/250 dužine spana.

Prečnik šrafova i matica za konstrukciju mora biti 16 mm, osim u sekcijama sa lakom opterećenosti gde mogu biti 12 mm.

Projektno opterećenje za stubove i grede treba da uključuje

• Napetost vodilja,

• Napetost zemljišta,

• Težinu izolatora i opreme, i

• Delovnu opterećenost (oko 350 kg),

• Težinu radnika i alata (200 kg)

• Vetar i udarne opterećenosti

tokom rada opreme.

Span površinske linije mora biti završen strukturnim elemenatima podstacijskih gantri. Može se povećati do +15 stepeni vertikalno i +30 stepeni horizontalno.

Konstrukcije dvorišta mogu biti obojane ili galvanizirane u toplom blagu.

Konstrukcije izrađene od galvaniziranog čelika zahtevaju minimalnu održavanje.

Međutim, obojane konstrukcije pružaju bolju otpornost na korozi

Dizajn šine

Da bi se olakšala veza između mnogih komponenti koje čine podstacionu, šine su provodne trake koje se koriste za prenos električne energije kroz celu podstacionu.

Električne gubitke se smanjuju, distribucija struje postaje konzistentnija, a performanse podstacije se poboljšavaju kada su šine pravilno dizajnirane i dimenzionisane.

Podstacija – Kontrolni sistemi

Automatizacija podstacije optimizuje operaciju i efikasnost kombinovanjem kontrolnih sistema, pametnih uređaja i komunikacionih mreža.

Vremenski monitoring, daljinska kontrola, analiza podataka i prediktivno održavanje poboljšavaju pouzdanost i smanjuju vreme neaktivnosti uz automatizaciju.

Napredni kontrolni sistemi, kao što je SCADA, poboljšavaju automatizaciju podstacije, prikupljanje podataka i daljinsku kontrolu.

Automatizacija podstacije koristi SCADA sisteme za centralizovanu kontrolu i monitoring.

SCADA sistemi prikupljaju podatke podstacije kako bi poboljšali protok struje, doneli odluke i brzo rešili greške.

Dizajn podstacije – Komunikacioni protokoli

Oprema podstacije i kontrolne centri trebaju efikasne komunikacione mreže da bi dele podatke i kontrolu.

Arhitektura dizajna podstana zahteva pouzdane protokole komunikacije poput IEC 61850, DNP3 ili Modbus za međusobnu usklađenost, integritet podataka i kibernetnu bezbednost.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vredi deliti, u slučaju kršenja autorskih prava molimo da kontaktirate za brisanje.