Ha egy alállomási projekt nem felel meg a teljesítményelvárásoknak, a kiváltó ok szinte mindig az első alapozás előtt hozott döntésekre vezethető vissza. Az elrendezés túl szűk a biztonságos karbantartáshoz, a transzformátor besorolása nem hagy teret a terhelésnövekedésre, vagy a védelmi séma hibásan illeszkedik a downstream berendezésekhez. Ezek nem építési problémák; ezek tervezési problémák, és feszültség alá helyezés után exponenciálisan drágábbak lesznek a javításuk. Ez az útmutató végigvezeti a teljes tervezési folyamatot – a funkcionális követelmények meghatározásától az alapvető berendezések kiválasztásáig és a megfelelőségi dokumentáció elkészítéséig –, hangsúlyt fektetve azokra a döntésekre, amelyek közvetlenül befolyásolják a költségeket, a lábnyomot és a hosszú távú működési megbízhatóságot.

Mi az elektromos alállomás és miért számít a tervezés?

Az elektromos alállomás egy olyan csomópont az elektromos hálózatban, ahol a feszültséget átalakítják, az áramot vezetik és a védelmet koordinálják. Három funkciót lát el, amelyek meghatározzák a tervezést: feszültség transzformáció (növelés az átvitelhez vagy le az elosztáshoz), kapcsolás és útválasztás (áramkörök csatlakoztatása vagy leválasztása) és védelem (hibák törlése a felfelé és a későbbi berendezések védelmére). A tervezési fázisban minden döntés végső soron ezt a három funkciót szolgálja, és minden tervezési hiba az egyikben hibásan jelenik meg.

Az iparági tapasztalatok azt mutatják, hogy a tervezési döntések a projekt életciklus-költségének nagyjából 80%-át teszik ki. A nem megfelelő hűtési kapacitással kiválasztott transzformátor arra kényszeríti a kezelőt, hogy később külső hűtést telepítsen. A megfelelő kihúzási hely nélkül elhelyezett kapcsolószekrény a megszakítócserét többnapos daruzássá teszi. Egy alulméretezett földelőhálózat veszélyes érintési feszültséget termel vonal-föld hibák során. E példák mindegyike egy túl korán megírt specifikációra vagy egy kellő alapos vizsgálat nélkül jóváhagyott elrendezésre vezethető vissza. A tervezési szakasz az, ahol a megbízhatóságot meg lehet szerezni, és ahol elkerülhető a költségtúllépés.

1. lépés – Határozza meg az alállomás típusát és a funkcionális követelményeket

Mielőtt bármilyen számítást elkezdene, a projektcsapatnak meg kell válaszolnia egy alapvető kérdést: milyen szerepet játszik ez az alállomás a hálózatban? A válasz meghatározza a feszültségszinteket, a megszakítóigényeket, a redundáns útvonalakat és még az állomás fizikai formáját is. Három funkcionális kategória fedi le a legtöbb projektet.

Átviteli vs. elosztó vs. kollektor alállomások

Az átviteli alállomások 110 kV-on és magasabb feszültségen működnek, jellemzően nagyfeszültségű vezetékeket kötnek össze, és nagy terhelési központokat táplálnak. Ezek robusztus védelmi sémákat, redundáns buszkonfigurációkat és a magasabb rendszerfeszültségek miatti nagy felszerelési távolságokat igényelnek. Az elosztó alállomások 35 kV-ra vagy az alá csökkennek, és helyi terhelést szolgálnak ki. Több darab, kompaktabb, és gyakran egyszerűbb, gazdaságosabb egybuszos elrendezéssel tervezték. A kollektor alállomások összesítik az elosztott termelésből – napelemfarmokból, szélerőművekből vagy akkumulátortárolókból – származó teljesítményt, és növelik az átviteli feszültséget. Kialakításukban a fordított teljesítményáram megfontolások, a meddőteljesítmény-kezelés és a gyors terhelési változékonyság dominálnak.

A besorolás fontos, mert ez határozza meg a mérnöki prioritásokat. Az átviteli állomás a rendelkezésre állást és a hibatűrést helyezi előtérbe; a gyűjtőállomás az áramminőséget és a rugalmasságot helyezi előtérbe; az elosztóállomás a költséghatékonyságot és az egyszerű működést helyezi előtérbe.

Beltéri vs. kültéri vs. kompakt előregyártott elrendezések

A fizikai forma a tervezési döntési fa második fő ága. A kültéri légszigetelt alállomások (AIS) a hagyományos választás: a berendezéseket beton alátétre szerelik, a gyűjtősíneket rácsszerkezetekre támasztják, és minden feszültség alatt álló alkatrész ki van téve az időjárásnak. A bőséges földterülettel és mérsékelt hóeséssel rendelkező vidéki területekhez illeszkednek. A beltéri gázszigetelt alállomások (GIS) minden feszültség alatt álló részt kén-hexafluoriddal zárnak egy kompakt fémházban. Megfelelőek városi területeken, tengerparti területeken és minden olyan helyen, ahol a föld költséges, vagy ahol a sópermet felgyorsítaná a szabad vezetékek korrózióját.

E két véglet között helyezkedik el az előregyártott vagy csúszótalpas alállomás. Ebben a konfigurációban a transzformátor, a kapcsolóberendezések és a segédrendszerek gyárilag egy vagy több időjárásálló burkolatba vannak összeszerelve, és egyetlen szállítható egységként szállítják. A szigorú ütemtervű projekteknél – megújuló energiát hasznosító erőművek építése, vészhelyzeti hálózat-helyreállítás vagy ideiglenes ipari ellátás – az előregyártott forma az alapozás előkészítésére, a kábellezárásra és a végső tesztelésre csökkenti a helyszíni munkát. A helyszíni telepítési idő általában hónapról egy-két hétre csökken. A fő tervezési feladat a megfelelő behatolás elleni védelemmel, megfelelő belső szellőzéssel, valamint a kábelvezetéshez és a kezelői hozzáféréshez elegendő térrel rendelkező burkolat kiválasztása.

2. lépés – Terhelésszámítás és kapacitástervezés

A transzformátor kapacitása az egyetlen legnagyobb költségtényező egy alállomáson, és ez az a paraméter, amellyel az üzemeltető személyzet meg fog élni a berendezés 20-40 éves élettartama alatt. Az alulméretezés túlterhelést okoz, és felgyorsítja a szigetelés öregedését; A túlméretezés tőkét pazarol és növeli az üresjárati veszteségeket. A tervezésnek egyensúlyban kell tartania ezeket a kockázatokat a jövőbeli kereslet előrejelzésével.

A standard megközelítés a terhelési leltárral kezdődik: listázza ki az összes kapcsolódó terhelést, osztályozza típusa szerint (lakásos, kereskedelmi, ipari vagy generációs), és alkalmazza a megfelelő keresleti tényezőket. Az egybeeső csúcsot a keresleti tényező és a diverzitási tényező – a rendszer maximális igényének az egyéni maximális igények összegéhez viszonyított aránya – segítségével számítjuk ki. Egy tipikus közmű-tervezési kritérium 1,2–1,3 szorzót alkalmaz a számított terhelésre, hogy figyelembe vegye a jövőbeni növekedést és a működési esetlegességeket. Ha az alállomás N-1 biztonságot igénylő kritikus terheléseket szolgál ki, akkor a transzformátor kapacitásának elegendőnek kell lennie a teljes terhelés elviselésére egy üzemen kívüli egység mellett.

Ez a tervezési horizont közvetlenül beépül a fizikai elrendezésbe. Az egy transzformátor számára tervezett állomásnak, amelyen egy második egység támasztéka van, az első naptól kezdve ki kell osztani a gyűjtősín helyet, a kábelárkokat és az alapozási területet. Az utólagos bővítés mindig drágább, mint a tervezett bővítés – a munkálatokat korlátozza a meglévő lábnyom, és kimaradásokra van szükség az új csatlakozásokhoz.

3. lépés – Egysoros diagram (SLD) és buszkonfiguráció tervezése

Az egysoros diagram minden alállomás tervezésének alapdokumentuma. Meghatározza, hogy hány bejövő és kimenő betáplálás létezik, hová csatlakoznak a transzformátorok és a megszakítók, és hogyan vannak elrendezve a védelmi zónák. Minden további tervezés – a relé beállításai, a megszakítók névleges értékei, a gyűjtősín feszültsége, a fizikai elrendezés – az SLD-ből származik. Minden tervezési felülvizsgálatot az egysoros diagram elolvasásával kell kezdeni, és a berendezés beszerzését nem szabad befejezni, amíg azt jóváhagyják.

Alkatrész azonosítás az SLD-ben

Az elosztó osztályú alállomások tipikus SLD-je a következő elemeket tartalmazza: a bejövő vezetéket (vagy kábelt) szakaszolóval és megszakítóval, a lecsökkentő transzformátort az OLTC-vel (terhelés alatti fokozatkapcsolóval), ha van, a kimenő gyűjtősínszakaszt és több betápláló áramkört megszakítóval, áramváltókkal és szakaszolóval. A feszültségtranszformátorok és túlfeszültség-levezetők a gyűjtősínre vagy közvetlenül a kábelvégződésekre csatlakoznak. A kritikus kölcsönhatás a következő: a megszakító végrehajtja a hiba megszakítását, a szakaszoló látható légrést biztosít a karbantartáshoz, és a földelő kapcsoló (ha van) biztosítja, hogy a leválasztott áramkör feszültségmentes legyen és földelve legyen, mielőtt a személyzet közeledne.

Amikor egy projekt SLD-jét definiálják, az első döntés a busz topológiára vonatkozik. Az egybuszos elrendezés az összes áramkört egyetlen közös gyűjtősínről táplálja. Egyszerű, költséghatékony, és a legtöbb elosztó alállomás ezt használja, ha az ellátásbiztonsági követelmény szerény. A duplabuszos elrendezés az egyes áramköröket váltószakaszolón keresztül két gyűjtősín valamelyikéhez köti, lehetővé téve bármelyik busz eltávolítását karbantartás céljából, és indokolt, ha a terhelés nem szakítható meg a gyűjtősín-munka során. A gyűrűs busz vagy másfél megszakító konfiguráció a nagyfeszültségű átviteli állomások számára van fenntartva, ahol egyetlen buszhiba nem szakíthat meg több betáplálót.

4. lépés – A transzformátor és a kapcsolóberendezés kiválasztása (alapberendezésekre vonatkozó döntések)

A transzformátor- és kapcsolóberendezés-kiválasztás az a szakasz, ahol a legtöbb beszerzési megrendelés ténylegesen megírásra kerül, és ahol megtörténik a különbség a praktikus, karbantartható és az elméleti állomás között. A paraméterek ebben a szakaszban számítanak a névleges feszültség, a kapacitás, a hűtési osztály, a fokozatkapcsoló típusa és a transzformátor veszteségi szintje; és névleges feszültség, rövidzárlati megszakítóáram és szigetelő közeg a kapcsolóberendezéshez.

Olajba merülő és száraz típusú transzformátorok: kulcsfontosságú kiválasztási kritériumok

A szigetelő- és hűtőközeg meghatározza a transzformátor burkolati követelményeit, tűzállóságát és karbantartási munkaterhelését. Az olajba merülő transzformátorok ásványolajat használnak a dielektromos szigetelésre és a hőelvezetésre egyaránt. Nagy túlterhelési képességgel, régóta fennálló szervizrekordokkal és viszonylag alacsony gyártási költséggel rendelkeznek. A kompromisszum az, hogy az olajhoz szigetelőrendszerre van szükség – egy gödörre vagy tűzveszélyes falra –, és a dielektromos folyadék tűz- és szennyezési kockázatot jelent, amelyet a létesítmény teljes élettartama alatt kezelni kell. Azon kültéri területeken, ahol elegendő terület van az olajszigeteléshez és a tűzelválasztáshoz, az olajba merülő egységek továbbra is a standard választás marad 35 kV-os és afeletti feszültség esetén. Azok az olvasók, akik áttekintik a tipikus közüzemi választásokat, érdemes megvizsgálni A 35 kV-os olajbemerített teljesítménytranszformátor specifikációi annak megerősítésére, hogy a szabványos minősítések hogyan illeszkednek a terjesztési osztályú rendszerekhez.

20000KVA 35KV olajba merülő teljesítménytranszformátor gyártók, gyár Jiangsu Dingxin Electric is China OEM <p>20000KVA 35KV</p> 35kv Oil-Immersed Power Transformer Manufacturers and Factory, 35k... Termék megtekintése →

A száraz típusú transzformátorok öntött gyantát vagy H osztályú szigetelt tekercseket használnak léghűtéssel. Megszüntetik a tűzveszélyt, az olajvisszatartási követelményt és a havi olajminőségi mintavételt. Beltéri létesítményeknél – sokemeletes épületeknél, parkolópadlókban, alagutakban vagy bármely olyan helyen, ahol az égő olajtó katasztrofális hatását okozhatja – gyakorlatilag kötelező a száraz típus. Az életciklus működési költsége valamivel magasabb, mivel a száraz típusú egységek üresjárati veszteségei nagyobbak és túlterhelési kapacitásuk kisebb, de a kisebb szerkezeti igény gyakran ellensúlyozza a tőkekülönbséget.

Gyűjtősín, megszakító és leválasztó kapcsoló koordinációja

A központi kapcsolókomponensek szigorú funkcionális hierarchiával rendelkeznek. A megszakító az az elem, amely megszakítja a hibaáramot – névleges rövidzárlati megszakítóképességének meg kell haladnia a maximális szimmetrikus hibaáramot a telepítés helyén. A leválasztó kapcsoló ezzel szemben nem a terhelési vagy hibaáramok megszakítására szolgál; csak leválaszt egy már feszültségmentesített áramkört, hogy látható törést hozzon létre. A gyűjtősínt vagy a maximális folyamatos áramerősségre (elosztó főbusz esetén), vagy az N-1 vészhelyzetből eredő vészhelyzetre kell méretezni. A koordinációs követelmény viszonylag egyszerű, de szigorú: a megszakító szünteti meg a hibákat, a szakaszoló támogatja a megszakító karbantartását, a gyűjtősínnek pedig a megszakító által megtisztított hibaáram során is el kell viselnie a termikus és mechanikai igénybevételeket, nem csak normál működés közben. Megbízhatósági osztály értékelésénél megadni fémfalú nagyfeszültségű kapcsolószekrények A nyitott keretes AIS-elrendezésekkel szemben a beltéri és kompakt telepítések fókuszpontja.

KYN28 fém zárt nagyfeszültségű kapcsolószekrény gyártók, gyár - Jiangs A Jiangsu Dingxin Electric a kínai OEM KYN28 fémmel zárt nagyfeszültségű kapcsolószekrény gyártója és gyára, fémmel zárt, nagy térfogatú... Termék megtekintése →

Hogyan csökkentik a kompakt megoldások a lábnyomot és a telepítési időt

Ha a helyszín körülményei korlátozzák a földterületet, a telepítési időt vagy a költségvetést, a tervezőnek komolyan meg kell fontolnia az előregyártott alállomást elsődleges megoldásnak, nem pedig tartaléknak. Egy 35 kV-os elosztási projekt hagyományos kültéri alállomásához a helyszín osztályozása, a berendezések alapozása, a gyűjtősín-szerkezetek és a vezérlőterem épülete szükséges – jellemzően hat-kilenc hónapos építési időszak. Egy előregyártott alállomás egyetlen, gyárilag tesztelt tokozásba integrálja a transzformátort, a középfeszültségű kapcsolóberendezéseket, a kisfeszültségű kapcsolóberendezéseket és a segédrendszereket (mérőórák, védőrelék, fűtés, világítás és kommunikáció). A helyszíni munka egy előkészített lábazatra, a burkolat felszerelésére, az alkatrészek közötti kábelezésre és a végső üzembe helyezési tesztre korlátozódik. A teljes telepítés napokon belül elvégezhető.

A megújuló energia projektek esetében, ahol a termelés ütemezését a turbina vagy a PV-modul szállítási dátumai határozzák meg, gyakran a kompakt alállomás a kritikus útelem. A gyárilag épített egység teljesen eltávolítja a kritikus útról az építőipari munkákat. A városi elosztásnál a kompakt lábnyom nagyságrenddel csökkentheti a telekszerzési költségeket. Az ipari felhasználók számára, akiknek a bővítés során átmeneti áramra van szükségük, a kompakt egység áthelyezhető és újra felhasználható. A tervezőnek ezeket az alternatívákat egymás mellett kell értékelnie, nemcsak a transzformátor és a kapcsolóberendezés első költségét, hanem a telekköltséget, az építőipari munkákat és a késleltetett feszültségellátás kereskedelmi költségeit is. A teljesen integrált megoldásokat értékelők áttekinthetik nagy- és kisfeszültségű előregyártott alállomási lehetőségek annak felmérésére, hogy mely konfigurációk felelnek meg az adott projektkorlátoknak.

1600KVA 11KV 12KV 13,8KV magas és alacsony feszültségű előregyártott alállomás A Jiangsu Dingxin Electric a kínai OEM 1600KVA 11KV 12KV 13,8KV magas és alacsony feszültségű előregyártott alállomások gyártói és gyárai, H... Termék megtekintése →

5. lépés – Fizikai elrendezés, földelés és biztonsági tervezés

Az elrendezés és a biztonsági tervezés egy elméleti elektromos rendszert működőképes fizikai üzemmé alakít. Az alapvető megkötés a biztonsági távolságok: a minimális légtávolság a különböző fázisú feszültség alatt álló részek, a feszültség alatt álló részek és a földelt szerkezetek, valamint a feszültség alatt álló részek és a hozzáférhető területek között. Ezeket az értékeket az IEC 61936 az 1 kV-ot meghaladó váltakozó áramot meghaladó berendezésekre, valamint az IEEE 1428 (többek között) a nagyfeszültségű tervezés speciális szempontjaira határozza meg; A rendszertervezőknek hivatkozniuk kell az IEC 60076 szabványra is a transzformátorok tesztelésére és telepítésére vonatkozó határértékekre vonatkozóan. Az USA-ban a NEC/NESC keretrendszer vonatkozik a közművekre. Az értékek nem opcionálisak – meghatározzák azt a fizikai borítékot, amelyen belül minden berendezést el kell helyezni.

A földelési tervezés célja a lépésfeszültség és az érintési feszültség biztonságos szintre való korlátozása vonal-föld hiba esetén. A szabványos műszaki referencia az IEEE Std 80, amely képleteket ad a maximális megengedett érintési és léptetőfeszültség meghatározásához a hiba időtartama és a test ellenállása alapján. A fizikai földelési rendszer egy eltemetett vízszintes rácsból (jellemzően csupasz rézvezetőkből), függőleges földelő rudakból áll a rácsok metszéspontjainál, valamint csatlakozásokból minden berendezés keretéhez és szerkezetéhez. A rácsot integrálni kell az alállomás villámvédelmi rendszerébe: a túlfeszültség-levezetők tranziens energiát adnak le a földre, a földi hálózat pedig referenciasíkot biztosít az egész állomás számára. Egy kompakt alállomás esetében a földelés viszonylag egyszerű, mivel a berendezés gyárilag van kötve, de a burkolatot továbbra is csatlakoztatni kell a telephely földelőelektróda-rendszeréhez olyan vezetékkel, amely a teljes hibaáramot elvezeti.

A tűzbiztonság inkább a tervezés hajtóereje, mintsem utólagos gondolat. Egy bizonyos térfogat felett (jellemzően 500 liter/rekesz) olajba merülő transzformátorokhoz tűzvédő védőréteg szükséges a transzformátor és a szomszédos berendezések között. A transzformátortűz hősugárzása határozza meg, hogy az állomásnak szüksége van-e dedikált tűzoltó rendszerre (vízpermet vagy hab), hogy a köteg falát tűzállósági minősítéssel kell-e ellátni, és mekkora minimális távolságra van szükség a transzformátor és a kapcsoló- vagy vezérlőhelyiségek között.

6. lépés – Védelmi, vezérlő- és felügyeleti rendszerek

A védelmi rendszer az alállomás idegrendszere; érzékeli a rendellenes állapotokat, elszigeteli a hibás zónát, és üzemben hagyja az egészséges hálózatot. Az architektúra három rétegben épül fel. A fő védelem nagy sebességgel működik (általában 20-40 milliszekundum), és lefedi az elsődleges eszközt - transzformátort, azaz differenciálvédelmet és Buchholz relét (az olajban lévő gáz észlelésére); egy vonal esetében ez távolságvédelem vagy vezetővezeték-védelem. A tartalék védelem redundáns hibaelhárítást biztosít időkésleltetéssel, ha a fő rendszer meghibásodik. A megszakító meghibásodás elleni védelme, a harmadik szint, kioldja a szomszédos megszakítókat, ha az elsődleges megszakító nem szünteti meg a hibát a megadott időn belül.

A felügyeleti vezérlés és adatgyűjtés (SCADA) a távoli működést hozza a tervezésbe. Az alállomást fel kell szerelni a diszpécserközponttal kommunikáló RTU-kkal vagy mezővezérlővel, amely a négy kulcsparamétert továbbítja: telemetria (mért értékek, például feszültség, áram és teljesítmény), távjelzés (megszakítók és szakaszolók állapota), távvezérlés (megszakítók távvezérlése) és távszabályozás (beállítások váltása vagy relé változtatása a leágazókon). A modern felügyelet állapotadatokat ad hozzá: olajhőmérséklet, tekercselési hőmérséklet, oldott gáz elemzése, részleges kisülés és terhelési profilok. A tervezésnek kezdettől fogva helyet kell biztosítania ezeknek a mérőeszközöknek és kommunikációs interfészeiknek, de a helyi HMI-n vagy műszerfalon való megjelenítésük egyszerű konfigurációs döntés.

Szabványok, megfelelőség és dokumentáció

A tervezési munkák mindaddig nem fejeződnek be, amíg a tervezést áttekinthető, engedélyezhető és megépíthető szabvány szerint dokumentálják. A nemzetközi keretet három domináns szabványrendszer határozza meg. Az IEC 60076 sorozat szabályozza a transzformátorok tesztelését és teljesítményét; Az IEC 62271 szabályozza a nagyfeszültségű kapcsoló- és vezérlőberendezéseket; Az IEEE 80 (már hivatkozva) lefedi a földelés biztonságát, az IEEE 1428 és az IEEE 665 pedig specifikus tervezési szempontokat támogat; és a kínai GB szabványsorozat továbbra is releváns az adott gyártási bázisra gyártott projekteknél (például a GB 50059 az alállomások tervezésére vonatkozik). Egyik szabvány sem helyettesíti a többit; sok exportprojekt megköveteli az Egyesült Államokban az IEEE-nek, a legtöbb más régióban az IEC-nek, a fogadó országban pedig a helyi hálózati kódnak való megfelelést.

Az alállomás-tervezési szerződés kimeneti dokumentumkészlete nagyjából hasonló az összes iparágban. A szállítandó anyagok az egysoros diagram (SLD), az általános elrendezési rajzok (terv és metszet), a földelő hálózat elrendezése az érintési/lépcsős feszültség számítási jelentéssel, a védelmi koordinációs és relé beállítási tanulmányok, a kábelterv és a szigetelési rajzok, az anyagjegyzék és az egyes főbb tételek műszaki leírása. E csomag nélkül az állomást az üzemeltető nem tudja megépíteni, tesztelni vagy elfogadni. Az ezekbe a dokumentumokba való befektetés az, ami elválasztja az ismételhető tervezési folyamatot a rögtönzött építési projekttől.

Végső gondolatok

Az alállomás tervezése iteratív, nem lineáris. A terhelés számítása befolyásolja a transzformátor specifikációját, ami befolyásolja a gyűjtősín névleges értékeit, ami aztán meghajtja az elrendezési burkot – és az egyik paraméter változása a többien keresztül kaszkádolódik. A leghasznosabb tervezési folyamat zárt visszacsatolási kört tart fenn: a berendezések kiválasztását, a fizikai elrendezést és a védelmi koordinációt egyetlen integrált rendszerként tekintik át, nem pedig egymást követő feladatokként. Minden tervezési döntésnél egy egyszerű teszt érvényes: "Kényelmesen üzemeltethetem-e ezt az állomást harminc év múlva, az eredeti berendezéssel, a vártnál 20%-kal nagyobb terhelés mellett?" Ha a kényelmetlen válasz „nem”, akkor a tervezés ezen puha pontja most nagyobb figyelmet érdemel – az üzembe helyezés után sokkal drágább lesz a megoldás. Azoknak a tervezőknek, akik egy teljes áttekintést keresnek, amely párhuzamos az itt leírt lépésekkel, a mi lépésről lépésre alállomás tervezési mérnöki útmutató az egyes fázisokról rendszerszempontból elmélyült tárgyalást nyújt.