Pagsisimula sa Pagdisenyo ng Subestation ng Elektrisidad
Ang mga substation ng kuryente ay mahahalagang bahagi ng network ng pagkakaloob ng kuryente, na gumagana bilang hub para sa pagpapadala at pagbabahagi ng kuryente. Ang mga komplikadong pasilidad na ito ay nangangailangan ng mahigpit na pagsusunod, disenyo, at pagpapatupad upang matiyak ang patnubay at mabisa na suplay ng kuryente.
Sa post na ito, susuriin natin ang pundasyon ng disenyo ng substation ng kuryente, kasama ang iba't ibang komponente, isyu sa layout, at mga pangkapaligiran na sanggunian.
Mga Kriterya sa Pagsusunod ng Substation
Ang pinakamataas na lebel ng pagkakamali sa bagong bus ng substation ay hindi maaaring higit sa 80% ng rated rupturing capacity ng circuit breaker.
Ang 20% buffer ay nakatakdang magbigay daan sa pagtaas ng short circuit levels habang ang sistema ay unti-unting umuunlad.
Ang rate ng paghihiwalay ng kuryente at pagbuo ng kuryente, pati na rin ang fault clearing time capabilities ng switch gear sa iba't ibang lebel ng voltaje, maaaring makalkula bilang:
| Oras ng Pagsanggal ng Sakit | Antas ng Volt | Oras ng Paggamit | Kakayahan ng Pagkabigay ng Kuryente | Kakayahan ng Pag-aming ng Kuryente |
| 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 |
Ang kapasidad ng anumang iisang substation sa iba't ibang lebel ng voltaje ay hindi dapat lampaasan sa pangkalahatan.
| Sub-Station | Antas ng Voltaje |
| 765 KV | 2500 MVA |
| 400 KV | 1000 MVA |
| 220 KV | 320 MVA |
| 110 KV | 150 MVA |
Ang laki at bilang ng mga interconnecting Transformers (ICTs) ay dapat ma plano nang ganyan na ang pagkakasira ng anumang iisang yunit ay hindi maaaring mag-overload sa natitirang ICTs o sa sistema sa ilalim nito.
Ang isang breaker na nakakabit ay hindi maaaring hagipin higit sa apat na feeder para sa 220 KV system, dalawa para sa 400 KV system, at isa para sa 765 KV system.
Mga Pangangailangan ng Sistema ng Sub-station
| 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 | ||
Nomenclatura
Pagkakatiwalaan: Ang pagkakatiwalaan ng sistema ng kuryente ay ang walang-hintong suplay ng kuryente sa kinakailangang boltahe at dalas. Ang mga busbar, circuit breaker, transformer, isolator, at regulating device ay nakakaapekto sa pagkakatiwalaan ng substasyon.
Failure Rate: Ito ay ang taunang average ng kabiguan.
Outage Time: Tumutukoy ang outage time sa oras na kinakailangan upang ayusin ang isang nabibigo na bahagi o lumipat sa ibang pinagmumulan ng suplay.
Switching Time: Oras mula sa pagsisimula ng outage hanggang sa pagbabalik ng serbisyo sa pamamagitan ng switching operation.
Switching Scheme: Isinasama ng pagkakalagay ng bus bar at kagamitan ang gastos, kakayahang umangkop, at pagkakatiwalaan ng sistema.
Phase-to-Ground Clearance: Ang phase to ground clearance ng substasyon ay
Distansya sa pagitan ng conductor at istraktura.
Distansya sa pagitan ng live equipment at mga istraktura at
Distansya sa pagitan ng live conductor at lupa.
Phase-to-Phase Clearance: Ang mga phase-to-phase clearances ng substasyon ay
Distansya sa pagitan ng mga live conductor.
Distansya sa pagitan ng mga live conductor at apparatus at
Distansya sa pagitan ng mga live terminal sa circuit breaker, isolator, atbp.
Ground Clearance: Ito ay ang pinakamaliit na clearance mula sa anumang lugar kung saan maaaring tumayo ang tao patungo sa pinakamalapit na bahagi na hindi nasa potensyal ng lupa ng isang insulator na sumusuporta sa live conductor.
Sectional Clearance: Ito ay ang pinakamaliit na clearance mula sa anumang posisyon ng pagtayo patungo sa pinakamalapit na unscreened live conductor. Kunin ang taas ng isang tao na may nakabukad na mga kamay at ang phase-to-ground clearance upang makalkula ang sectional clearance.
Pagsiguro ng Kaligtasan: Ito ay kabilang ang clearance sa lupa at sectional clearance.
Electrostatic Field ng Substation: Ang mga conductor na may enerhiya o bahagi ng metal ay lumilikha ng electrostatic fields. Ang EHV substations (higit sa 400 KV) ay may electrostatic fields na nag-iiba depende sa geometry ng conductor na may enerhiya / bahagi ng metal at ang kalapit na object na naka-ground o lupa.
Pamumuhun
Transmission lines,
Sub-transmission feeders,
Generating circuits, and
Step-up and step-down transformers
nagkonekta sa mga substation o switching stations.
Ang mga substation mula 66 hanggang 40 KV ay tinatawag na EHV. Sa itaas ng 500KV, sila ay UHV.
Ang mga pag-aalala at pamamaraan sa disenyo para sa EHV substations ay magkapareho, ngunit ang ilang elemento ay dominant sa iba't ibang antas ng voltage. Hanggang 220 KV, ang mga switching surges ay maaaring i-ignore, ngunit sa itaas ng 345 KV, sila ay mahalaga.
Kriterya at Pag-aaral sa Disenyo ng Sub-Station
Ang mga pangangailangan sa disenyo ng substation ay matutukoy sa pamamagitan ng mga sumusunod na pag-aaral.
Load Flow Studies
Short Circuit Studies
Transient Stability Studies
Transient Overvoltage Studies
Load Flow Studies
Ang isang substation ay nagbibigay ng maasahanang pagpapadala ng kuryente sa mga load ng sistema.
Ang mga pangangailangan sa pagdadala ng kuryente ng bagong substation (o) switching station ay matutukoy sa pamamagitan ng load flow studies habang lahat ng linya ay naka-operate at habang ang mga piniling linya ay nasa maintenance.
Pagkatapos ng pagsusuri ng iba't ibang kondisyon ng load flow, ang rating ng equipment at emergency ratings ay maaaring makalkula.
Short Circuit Studies
Bukod sa mga continuous current ratings, ang mga kagamitan ng substation ay kailangan din ng short time ratings.
Ang mga ito ay kailangang sapat upang mapayabong ng mga kagamitan ang init at mekanikal na presyon ng short circuit current nang walang pinsala.
Upang magbigay ng sapat na interrupting capability sa mga breaker, lakas sa post insulators, at angkop na setting para sa mga protective relays na nagsasabi ng fault.
Ang pinakamataas at pinakamababang short circuit currents para sa iba't ibang uri at lokasyon ng short circuits at system configurations ay kailangang itatag.
Pagaralan sa Transient Stability
Ang normal na mekanikal na input ng generator ay katumbas ng electrical output kasama ang mga pagkawala ng generator.
Ang mga generator ng sistema ay umiikot nang 50 Hz habang ito ay patuloy. Anumang pagkakaiba sa mekanikal o electrical flow ay nagdudulot ng pagbabago sa bilis ng generator mula sa 50Hz at lumilipad palibot ng bagong punto ng balanse.
Isang napakaraniwang pagkakaiba ay ang short circuit. Ang mga short circuit malapit sa generator ay binababa ang terminal voltage at nagpapabilis ng makina.
Pagkatapos iayos ang error, ang device ay magbibigay ng sobrang enerhiya sa power system upang ibalik ang orihinal na estado nito.
Kapag malakas ang electrical links, ang makina ay bumabagal mabilis at nabibilanggo. Ang mahinang ties ay magdudulot ng hindi stabil na makina.
Ang mga factor na nakakaapekto sa stability ay kinabibilangan ng:
Grado ng fault,
Bilis ng pagalis ng fault,
Links sa pagitan ng makina at sistema pagkatapos maayos ang fault.
Ang transient stability ng substation ay depende sa
Uri at bilis ng line at bus protection relaying,
Interrupting time ng breaker, at
Konpigurasyon ng bus pagkatapos maalis ang fault.
Ang huling punto ay nakakaapekto sa pagkakalinya ng bus.
Iisa lamang ang linya na apektado kung ang fault ay naayos sa panahon ng primary relaying.
Ang isang blocked breaker ay maaaring magresulta sa pagkawala ng maraming linya sa panahon ng breaker failure relaying, na nagpapahina ng sistema tie.
Pagaralan sa Transient Overvoltage
Ang transient overvoltage maaaring maging resulta ng lightning o switching ng circuit.
Ang Transient Network Analyzer (TNA) studies ay ang pinakamakuratibong paraan upang matukoy ang switching over voltage.
Layout ng Substation Arrangement
Ang layout ng substation arrangement ay matutukoy sa pamamagitan ng pisikal at electrical considerations, kabilang ang mga sumusunod:
Sistema Security
Flexibility ng Operations
Madaling Protection Arrangements
Limitasyon ng Short Circuit Levels
Facilities para sa Maintenance
Madaling Extension
Site Factors
Economy
Sistema Security
Ang ideal na sub-stations ay may hiwalay na breakers para sa bawat circuit at pinapayagan ang pagsasara ng bus-bars o breakers sa panahon ng maintenance o faults.
Ang sistema security ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagpayagan ng 100% dependence sa integrity ng substation o pagpayagan ng bahagi ng downtime dahil sa periodic faults (o) maintenance.
Bagama't ang double bus-bar system na may double breaker design ay perpekto, ito ay isang mahal na substation.
Pangangasiwaang Pabilidad
Ang pagkontrol sa MVA & MVAR loading sa lahat ng kondisyon ng koneksyon ng circuit ay mahalaga para sa epektibidad ng pag-load ng generator.
Ang mga load circuit ay dapat isama upang magbigay ng pinakamahusay na kontrol sa normal at emergency conditions.
Madaling Pagkakalat ng Proteksyon
Kung ang isang circuit breaker ay nagkokontrol ng maraming circuits o mas marami pang circuit breakers ang nasira. Ito ay maaaring mapaliwanag ng bus sectionalism.
Kahit na simple ang protektibong relaying, ang single bus system ay matigas para sa komplikadong proteksyon.
Paglimita ng Antas ng Maikling Circuit
Ang isang substation ay maaaring hatiin sa dalawang bahagi, buo o sa pamamagitan ng koneksyon ng reactor, upang bawasan ang antas ng maikling circuit.
Ang tama na paggamit ng mga circuit breaker sa ring systems ay maaaring magbigay ng katulad na pasilidad.
Pasilidad sa Pangangalawa
Ang pangangalawa ay kinakailangan sa operasyon ng substation, yaong plano (o) emergency.
Ang performance ng substation habang nangangalawa ay depende sa mga provision ng proteksyon.
Madaling Paglalawig
Ang layout ng substation ay dapat payagan ang paglalawig ng bay para sa mga bagong feeders.
Bilang ang sistema ay unlad, maaaring kinakailangan ang paglipat mula sa single bus arrangement patungo sa double bus system o palawakin ang mesh station sa double bus station.
Ang espasyo at mga pasilidad para sa paglalawig ay magiging available.
Mga Factor ng Site
Ang availability ng site ay mahalaga para sa pagplano ng substation. Ang konstruksyon ng isang estasyon na may mas kaunti na pabilidad ay maaaring kinakailangan sa limitadong lugar.
Ang substation na may mas kaunti na mga breaker at mas simple na schematic ay okupado ng mas kaunti na espasyo.
Ekonomiya
Kung ang ekonomiya ay feasible, ang improved switching arrangement para sa teknikal na pangangailangan ay maaaring gawin.
Layout ng Substation at Switching Arrangement
Ang layout ng substation & switching arrangement ay dapat mabuti na disenyo batay sa IEEE 141 upang siguruhin ang epektibidad at kaligtasan ng electrical distribution system.
Transformers,
Circuit breakers, at
Switches
Dapat pinili batay sa mga pangangailangan ng boltase at load.
Upang makamit ang maksimum na espasyo, madaling pagmamaneho, at pahintulot para sa paglalawak, ang layout ay dapat maayos na plano. Ang mga busbar ay dapat matipid na kumonekta ng mga kagamitan, at ang mga circuit ay dapat mapabuti ang flow ng kuryente & reliabilidad.
Para sa mabilis na deteksiyon at isolasyon ng mga kaputanan, kailangan ng malakas na mga sistema ng proteksyon & kontrol. Ang mga pamantayan ng regulasyon & mga isyu sa kapaligiran ay nagpapasiya sa disenyo ng substation upang masiguro ang kaligtasan, pagkakatiwala, at pagtutugon sa kapaligiran.
Ang ilang aspeto ay dapat isipin habang nagsasagawa ng disenyo ng EHV layout at switching configurations:
Dapat ito mapagkakatiwalaan, ligtas, at masigurado ang mahusay na patuloy na serbisyo.
Ang karaniwang mga disenyo ng busbar ng substation at proteksyon ay inilalarawan bilang detalyado sa:
Ano ang Electrical Busbar? Uri, Mga Bentahe, Mga Di-bentahe &
Mga Skema ng Proteksyon ng Busbar
Ang iba't ibang mga konfigurasyon ng busbar ay nagbibigay ng iba't ibang mga bentahe sa termino ng redundansi, operasyonal na fleksibilidad, at aksesibilidad sa pagmamaneho.
Ang epektibong disenyo ng busbar ay sigurado ang epektibong flow ng kuryente & nagpapadali sa paglalawak sa hinaharap.
Estruktura ng Switchyard
Kailangan ang mga estruktura upang suportahan & i-install ang mga kagamitan ng elektrikal at tapusin ang mga cable ng transmission line.
Maaaring gawin ang mga estruktura mula sa bakal, kahoy, RCC, o PSC. Batay sa lupa, kailangan nila ng pundasyon.
Ginagamit ng mga substation ang mga ginawa sa bakal dahil sa kanilang mga bentahe.
Ang
Pagsisilbing clearance,
Ground clearance,
Insulators,
Haba ng bus, at
Bigat ng kagamitan
apektuhan ang disenyo ng istraktura.
Pagbend,
Flange buckling,
Bertikal at horizontal shear, at
Web crippling
dapat iwasan ang pagkabigo ng steel beam at girder.
Dapat ang lattice box girders ay 1/10 hanggang 1/15 ng span & square. Karaniwan, hindi maaaring lumampas sa 1/250 ng haba ng span ang defluxion ng beam.
Ang mga bolt at nut ng istraktura ay dapat 16 mm ang diameter, maliban sa mga bahagi na may light load kung saan maaari itong 12 mm.
Ang disenyo ng load para sa mga haligi at girders ay dapat kasama ang
Tension ng conductor,
Tension ng earth wire,
Bigat ng insulator at hardware, at
Fraction load (tungkol 350 kg),
Bigat ng manggagawa at tools (200 kg)
Wind at impact loads
sa panahon ng operasyon ng kagamitan.
Ang overhead line download span ay dapat matapos sa gantry structures ng substation. Maaari itong umabot hanggang +15 degrees bertikal at +30 degrees horizontal.
Ang mga istraktura sa yard ay maaaring ipinta o hot dip galvanized.
Ang mga istraktura na gawa sa galvanized steel ay nangangailangan ng minimal na pangangalaga.
Gayunpaman, ang mga istraktura na pininta ay nagbibigay ng mas mahusay na corrosion resistance sa ilang napakapolutadong lugar.
Karaniwang ginagamit na phase spacings bilang:
| 11 KV | 1.3 m |
| 33 KV | 1.5 m |
| 66 KV | 2.0 hanggang 2.2 m |
| 110 KV | 2.4 hanggang 3 m |
| 220 KV | 4.5 m |
| 400 KV | 7.0 m |
Pagsasangay ng Busbar
Upang mapadali ang koneksyon sa pagitan ng maraming komponenteng bumubuo ng isang substation, ang mga busbar ay mga konduktibong bar na ginagamit para sa pagpapadala ng elektrikal na lakas sa buong substation.
Ang mga pagkawala ng elektrikal ay nababawasan, ang pamamahagi ng lakas ay naging mas konsistente, at ang pagganap ng substation ay naging mas maayos kapag ang mga busbar ay wastong disenyo at sukat.
Substation – Mga Sistema ng Pagkontrol
Ang otomasyon ng substation ay pinapa-optimize ang operasyon at epektividad sa pamamagitan ng pagsasama ng mga sistema ng pagkontrol, intelligent devices, & communication networks.
Ang real-time monitoring, remote control, data analysis, & predictive maintenance ay nagpapabuti ng reliabilidad at nagbabawas ng downtime sa pamamagitan ng otomasyon.
Ang mga advanced control systems tulad ng SCADA ay nagpapabuti ng otomasyon ng substation, data collection, & remote control.
Ang otomasyon ng substation ay gumagamit ng mga SCADA systems para sa centralized control at monitoring.
Ang mga SCADA systems ay kumukolekta ng data ng substation upang mapabuti ang power flow, gawin ang mga desisyon, at matugunan ang mga fault nang mabilis.
Disenyo ng Substation – Protokol ng Komunikasyon
Ang disenyo ng arkitektura ng substasyon ay nangangailangan ng mga mapagkakatiwalaang protokol sa komunikasyon tulad ng IEC 61850, DNP3, o Modbus para sa pag-uugnay, integridad ng datos, & cybersecurity.
Pahayag: Igalang ang orihinal na nilalaman, ang mahusay na mga artikulo ay karapat-dapat na ibahagi, kung mayroong pagsasamantalang karapatan mangyaring makipag-ugnayan upang alisin ito.
