1. Процесс проектирования подстанции: поэтапный подход

От концепции до ввода в эксплуатацию подстанции 110 кВ потребовалось 16 месяцев, поскольку команда пропустила исследования распределения нагрузки на раннем этапе. Эта единственная оплошность привела к трем крупным заменам оборудования и перерасходу бюджета на 1,2 миллиона долларов. Проектирование подстанции будет успешным только в том случае, если вы будете следовать жесткой поэтапной методологии. На каждом этапе создаются конкретные результаты, которые подтверждают следующий набор решений.

Шестиэтапный процесс начинается с технико-экономического обоснования и выбора места. Инженеры собирают прогнозы нагрузки, экологические ограничения и требования к межсетевому соединению. Результатом является предварительная однолинейная диаграмма и концептуальный макет. На втором этапе проводятся глубокие системные исследования: анализ короткого замыкания, распределение нагрузки и устойчивость в переходных процессах. Эти исследования определяют уровни тока короткого замыкания, профили напряжения и требования к режиму выключателя, которые определяют все номиналы оборудования.

На третьем этапе выбирается основное оборудование — трансформаторы, распределительные устройства, шины и реакторы. Каждая спецификация связана с номерами исследований системы. Четвертый этап завершает физическую планировку, строительные работы и систему заземления. На пятом этапе проектируется архитектура защиты, управления и SCADA. Шестой этап включает строительство, испытания и ввод в эксплуатацию. Каждая передача между этапами должна включать официальный контрольный список проверки проекта.

Распространенной схемой отказа является проведение системных исследований после того, как оборудование уже заказано. Это приводит к компромиссам в координации защиты и может сделать трансформаторы уязвимыми для повреждения из-за короткого замыкания. Соблюдайте последовательность. Пусть цифры определяют выбор оборудования.

2. Ключевые системные исследования: короткое замыкание, распределение нагрузки и координация защиты.

Вы не можете подобрать автоматический выключатель или настроить срабатывание реле, не зная максимально доступного тока повреждения. Системные исследования – это не дополнительная бумажная работа. Они являются аналитической основой каждой технической спецификации. Тремя основополагающими исследованиями являются анализ коротких замыканий, анализ потоков нагрузки и координация защиты.

Анализ короткого замыкания рассчитывает трехфазные токи и токи замыкания на землю на каждой шине. Для типичной подстанции 110 кВ с восходящей сетью 2500 МВА уровень трехфазного симметричного повреждения часто находится между 20 кА и 40 кА. Однофазное замыкание на землю может превышать 30 кА, если нейтраль надежно заземлена. Эти цифры определяют отключающую способность автоматических выключателей, кратковременную стойкость шин и температурные пределы трансформаторов тока.

Анализ потока нагрузки подтверждает профили напряжения и загрузку оборудования при сценариях пиковой и минимальной генерации. Инженеры проверяют, что переключатели ответвлений трансформаторов способны поддерживать вторичное напряжение в пределах 0,95–1,05 о.е. Они также выявляют перегруженные линии и дефицит реактивной мощности. Координация защиты затем основывается на обоих исследованиях. Используя времятоковые кривые (TCC), проектировщики устанавливают временные шкалы реле и токи срабатывания таким образом, чтобы повреждение на фидере устранялось до того, как сработает резервная защита трансформатора. Интервалы координации 0,2–0,3 секунды между последовательными устройствами являются стандартной практикой.

В таблице ниже показаны типичные уровни короткого замыкания для распространенных напряжений подстанций с учетом значительного вклада сети.

Запустите эти исследования с помощью такого программного обеспечения, как ETAP, DIgSILENT PowerFactory или PSS/E. Всегда моделируйте конфигурацию сети наихудшего случая — максимальную выработку и все действующие линии.

3. Выбор оборудования: трансформаторы, распределительные устройства и шины.

Выбор оборудования — это то, где сталкиваются капитальные затраты, срок эксплуатации и ограничения на месте. Если вы сделаете ошибку, вы заплатите за это дважды — один раз в заказе на поставку и один раз в бюджете на обслуживание. Тремя наиболее важными решениями являются тип трансформатора, изоляционная среда распределительного устройства и конфигурация шин.

3.1 Тип трансформатора: масляный или сухой.

Масляные трансформаторы доминируют на подстанциях напряжением выше 35 кВ из-за их превосходного охлаждения и более высоких показателей BIL. Типичный агрегат 110 кВ/20 кВ, 50 МВА использует минеральное масло с принудительным масляным и принудительным воздушным охлаждением. Потери при полной нагрузке для такого агрегата составляют от 150 кВт до 200 кВт. Масляные трансформаторы предлагают более низкие первоначальные затраты на МВА и лучшую перегрузочную способность, но при установке внутри помещений или рядом со зданиями требуются системы пожаротушения и маслосборные ямы.

Производители масляных трансформаторов, завод OEM/ODM

Jiangsu Dingxin Electric - это китайские производители масляных трансформаторов на заказ и завод масляных трансформаторов OEM / ODM, онлайн-производство масляных трансформаторов на заказ.

Посмотреть продукт →

Трансформаторы сухого типа, особенно конструкции с литыми катушками из эпоксидной смолы , превосходно работают на городских подстанциях, подземных хранилищах и в местах со строгими нормами пожарной безопасности. Блок из литой смолы напряжением 35 кВ / 0,4 кВ и мощностью 2,5 МВА рассеивает тепло за счет естественной конвекции воздуха, устраняя необходимость в масляных насосах и радиаторах. Наказанием является более высокая первоначальная стоимость (примерно на 20–30 % больше, чем у эквивалентного маслонаполненного агрегата) и большая занимаемая площадь при той же кВА. В таблице ниже сравниваются две технологии по шести факторам принятия решений.

Производители трансформаторов сухого типа, Завод трансформаторов сухого типа

Jiangsu Dingxin Electric - это китайские производители трансформаторов сухого типа по индивидуальному заказу и завод по производству трансформаторов сухого типа OEM / ODM, онлайн-производитель трансформаторов сухого типа по индивидуальному заказу.

Посмотреть продукт →

3.2 Распределительное оборудование: АИС против ГИС

В распределительных устройствах с воздушной изоляцией (КРУ) в качестве изолирующей среды используется атмосферный воздух. Это выбор по умолчанию для открытых подстанций 35–220 кВ с большим пространством. Одна ячейка АИС 110 кВ занимает примерно 8 × 12 м. В отличие от этого, в распределительных устройствах с элегазовой изоляцией (КРУЭ) все части, находящиеся под напряжением, заключены в герметичные трубки, заполненные элегазом. Та же ячейка 110 кВ уменьшается примерно до 2х6 м. КРУЭ является обязательным для городских внутренних подстанций и прибрежных объектов, где солевое загрязнение может привести к разрушению изоляторов АИС в течение двух лет.

ГИС стоит в 2–3 раза дороже АИС при тех же рейтингах. Но когда стоимость земли превышает 500 долларов за квадратный метр, меньшая занимаемая площадь часто переворачивает общую стоимость установки в пользу ГИС. Техническое обслуживание КРУЭ для первичных контактов обходится дешевле, хотя мониторинг газа и обнаружение утечек добавляют дополнительный уровень затрат.

3.3 Конфигурация шинопровода

Схема с одним автобусом самая дешевая, но требует полного отключения станции на техническое обслуживание. Схемы с двойной шиной или полуторным выключателем обеспечивают эксплуатационную гибкость. Для подстанции 220 кВ с шестью фидерами полуторная схема добавляет около 30% капитальных затрат на распределительное устройство, но исключает полные отключения станции во время обслуживания выключателя. Выбирайте схему шины на основе критерия надежности N-1 коммунального предприятия.

4. Планировка подстанции и проект заземления

Физическое расположение и заземление неразделимы. Размещение оборудования определяет длину пути тока повреждения, что напрямую влияет на напряжение шага и прикосновения. Хорошо продуманная планировка также упрощает прокладку кабельных траншей, сокращает объем земляных работ и ускоряет строительство.

Начните с однолинейной схемы и назначьте физические отсеки. Расположите трансформаторный отсек рядом со зданием распределительного устройства, чтобы минимизировать длину шинопровода. Для наружных станций с воздушной изоляцией соблюдайте минимальные межфазные зазоры и межфазные зазоры в соответствии со стандартом IEC 61936-1. При 110 кВ стандартный межфазный зазор составляет 1300 мм, а между фазой и землей – 1100 мм. Для 220 кВ эти показатели возрастают до 2100 мм и 1800 мм соответственно.

При проектировании заземления общее сопротивление заземления должно составлять 1 Ом или менее для больших подстанций и 5 Ом для небольших распределительных станций. Сеть обычно состоит из оголенных медных проводников, закопанных на глубину 0,5–0,7 м, образующих сетку с интервалом 4–6 метров. Если удельное сопротивление почвы превышает 500 Ом·м, необходимо установить вертикальные заземляющие стержни или провести химическую обработку. Рассчитайте напряжения прикосновения и шага при наихудшем токе сети. Допустимое напряжение прикосновения для времени очистки щебня в течение 0,5 секунды составляет около 660 В. Если расчетное напряжение прикосновения превышает это значение, уменьшите расстояние между решетками или добавьте изоляцию поверхности.

Молниезащита использует метод катящейся сферы. Для подстанции II уровня защиты радиус сферы составляет 30 м. Располагайте защитные провода или молниеотводы так, чтобы все оборудование, находящееся под напряжением, находилось в пределах защитной зоны. Мачта высотой 20 м обеспечивает боковую защитную дистанцию ​​примерно 24 м при высоте оборудования 12 м.

5. Системы защиты и управления: от реле до SCADA

Защита должна быть быстрой, избирательной и надежной. Первичной защитой силового трансформатора мощностью более 10 МВА обычно является дифференциальное реле тока с ограничением гармоник. Это реле обнаруживает внутренние неисправности путем сравнения токов, входящих и выходящих из каждой обмотки. Для трансформатора 110/20 кВ, 50 МВА типичный дифференциальный срабатывание устанавливается на уровне 0,2–0,3 на единицу с наклоном 30–40 %, чтобы избежать отключения по насыщению трансформатора тока во время внешних замыканий.

Резервная защита включает в себя элементы максимальной токовой защиты с выдержкой времени на стороне высокого и низкого напряжения. Фазный максимальный ток срабатывания устанавливается на уровне 125–150 % тока полной нагрузки трансформатора; Для чувствительно заземленных систем порог срабатывания максимального тока на землю часто устанавливается на уровне 20–30 % от тока полной нагрузки. Защита от отказа выключателя инициирует отключение всех соседних выключателей, если основной выключатель не устранит повреждение в течение 150–200 мс.

Архитектура системы управления теперь повсеместно соответствует стандарту IEC 61850 для автоматизации подстанций. Цифровые реле, устройства объединения и контроллеры присоединений обмениваются данными по станционной шине, используя сообщения GOOSE для блокировки и MMS для интерфейсов SCADA. МЭК 61850 сокращает медную проводку на 60–80 % по сравнению с проводными схемами. Когда утилита использует устаревший интерфейс SCADA, шлюз протокола преобразует DNP3 или Modbus в станционную шину. Всегда указывайте, что настройки реле защиты должны храниться в энергонезависимом формате и что все записи событий синхронизируются по времени через главные часы SNTP или IRIG-B.

6. Особые соображения для подстанций возобновляемой энергии

Подстанция солнечной фермы не является уменьшенной версией распределительной станции. Он должен выдерживать высокий уровень гармоник, двунаправленный поток мощности и риск непреднамеренного секционирования. Игнорируйте эти факторы, и вы столкнетесь с неправильной работой реле и отключением инвертора.

Гармонические искажения инверторов обычно концентрируются на частотах низшего порядка — 5-й, 7-й, 11-й и 13-й. Общий коэффициент гармонических искажений (THD) в точке соединения должен оставаться ниже 5 % согласно стандарту IEEE 519. Когда THD превышает этот предел, инженеры добавляют пассивные настроенные фильтры или активные фильтры гармоник. Пассивный фильтр, настроенный на 5-ю гармонику с добротностью 20, может уменьшить ток этой гармоники на 80%. Активные фильтры, хотя и более дорогие, но адаптируются к изменяющимся рабочим точкам инвертора.

Обнаружение изолированности требует сочетания пассивных методов (пониженное/повышенное напряжение, пониженная/повышенная частота) и активных методов (сдвиг частоты, изменение экспорта реактивной мощности). Реле защиты от изолирования должно отключить установку в течение 2 секунд после потери сети. Выбор трансформатора также требует внимания. Специальный трансформатор для инверторного режима должен выдерживать дополнительную нагрузку на обмотку от гармонических токов. Фазосдвигающие трансформаторы может использоваться для создания конфигураций многоимпульсных выпрямителей, которые подавляют определенные порядки гармоник до того, как они достигнут сети, что снижает стоимость и занимаемую площадь фильтра.

Производители фазосдвигающих выпрямительных трансформаторов, завод OEM/ODM

Jiangsu Dingxin Electric - это китайские производители фазосдвигающих выпрямительных трансформаторов на заказ и OEM / ODM завод фазосдвигающих выпрямительных трансформаторов, изготовленный на заказ фазосдвигающий выпрямительный трансформатор онлайн

Посмотреть продукт →

Для ветряных электростанций при проектировании подстанции учитываются мерцания напряжения и возможность прохождения низкого напряжения (LVRT). Сопротивление трансформатора обычно составляет от 8% до 12%, чтобы ограничить падение напряжения во время запуска турбины. Убедитесь, что кривая LVRT ветряных турбин соответствует требованиям правил сети: оставаться подключенным в условиях нулевого напряжения в течение 150 мс является обычным требованием.

7. Международные стандарты: IEC против IEEE/ANSI – что вам нужно знать

Трансформатор, изготовленный в соответствии со стандартом МЭК 60076, не обязательно будет соответствовать требованиям IEEE C57.12.00 без внесения изменений в конструкцию. Различия проявляются в пределах повышения температуры, уровнях изоляции и условиях испытаний на шум. Экспортные проекты, которым не удается согласовать эти стандарты на этапе спецификации, неизбежно сталкиваются с дорогостоящей доработкой.

В таблице ниже выделены три критические точки расхождения.

Для распределительных устройств стандарт IEC 62271-1 определяет номинальное напряжение и ток иначе, чем IEEE C37. При выборе оборудования четко указывайте применимый стандарт и требуйте сертификат соответствия. Производители, способные поставлять продукцию с двойной сертификацией, исключают риски несоответствия. А Трансформатор европейского типа, монтируемый на подкладку. , например, может быть спроектирован так, чтобы удовлетворять требованиям координации изоляции как IEC, так и IEEE с небольшими изменениями пути утечки проходного изолятора.

2000 кВА 11 кВ Европейские производители силовых трансформаторов для подстанций, завод - Jiangsu Dingxin Electric Co., Ltd.

Jiangsu Dingxin Electric - это китайский OEM-производитель 2000 кВА 11 кВ, европейские производители и фабрики силовых трансформаторов для подстанций, оптовая продажа силовых трансформаторов для европейских подстанций, силовые трансформаторы для европейских подстанций.

Посмотреть продукт →

8. Оценка стоимости и сроки проекта

Бюджетный реализм отделяет одобренные проекты от отложенных предложений. Открытая подстанция AIS напряжением 110 кВ с двумя трансформаторами мощностью 50 МВА и шестью фидерными ячейками обычно обходится в сумму от 4 до 7 миллионов долларов США на оборудование и строительство. Только трансформаторный блок потребляет 30–35% от этой суммы. На распределительные устройства приходится 20–25%, а строительные работы и фундаменты добавляют еще 15–20%. Оставшаяся сумма покрывает защиту, контроль, SCADA и пуско-наладочные работы.

Временные рамки следуют предсказуемой схеме. Этап проектирования и закупки станции 110 кВ занимает 5–7 месяцев. Гражданское строительство и монтаж оборудования занимают 6–8 месяцев. Ввод в эксплуатацию и синхронизация сети занимают еще 2–3 месяца. Вся программа, от подписания контракта до коммерческой эксплуатации, занимает 12–18 месяцев. КРУЭ-станция 220 кВ с большим количеством ячеек и более высоким номинальным напряжением добавляет примерно 4–6 месяцев как к этапам проектирования, так и к монтажу.

Перерасход средств чаще всего возникает по трем причинам: поздние изменения в требованиях к межсетевому соединению, непредвиденные условия грунта, которые требуют глубокой закладки свай, и расширенные графики заводских приемочных испытаний (FAT) из-за несоответствия спецификаций. Выделите 10–15 % непредвиденных расходов на бюджет оборудования и зафиксируйте условия соглашения о межсетевом соединении до размещения крупных заказов на поставку.