Planung von HV-Umspannstationen und Layout

Folienauskleidung von Ölauffangwannen unter Transformatoren (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Planung einer Hochspannungs-Umspannstation und eines Layouts (Foto von Noritaka Tasho @ Flickr)

Inhalt

  1. Einführung
  2. Erdung und Verklebung
  3. Berechnungsmethodik für die Erdungsmethode der Unterstation ( Erdungsmaterialien )
  4. Layout der Umspannstation
  5. Verschiedene Layouts für Unterstationen (einzelne Sammelschiene, Gitter, 1 1/2 cb)
  6. Prinzip der Stationslayouts (räumliche Trennung, Wartungszonen)
  7. Komponenten einer Umspannstation (cbs, cts, Isolatoren, Isolierungen, Transformatoren usw.)

Einführung

Unterstationen sind die Punkte im Stromnetz, an denen Übertragungsleitungen und Verteilungseinspeisungen durch Leistungsschalter oder Schalter über Sammelschienen und Transformatoren miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht die Steuerung von Stromflüssen im Netzwerk und allgemeine Schaltvorgänge für Wartungszwecke.

Der erste Schritt beim Entwurf einer Umspannstation ist die Entwicklung eines Erdungs- und Verbindungssystems.

Gehe zu Inhalt ↑

Erdung und Verklebung

Die Funktion eines Erdungs- und Verbindungssystems besteht darin, einen Erdungssystemanschluss bereitzustellen, an den Transformator-Neutralleiter oder Erdungsimpedanzen angeschlossen werden können, um den maximalen Fehlerstrom zu übertragen. Das Erdungssystem stellt außerdem sicher, dass keine thermischen oder mechanischen Schäden an den Geräten in der Umspannstation auftreten, was zu Sicherheits- und Wartungspersonal führt.

Das Erdungssystem garantiert auch einen Potentialausgleich, so dass keine gefährlichen Potentialgradienten in der Anlage entstehen.

Beim Entwurf der Schaltanlage müssen drei Spannungen berücksichtigt werden:

  1. Berührungsspannung: Dies ist der Potentialunterschied zwischen dem Surface-Potential und dem Potential an einem geerdeten Gerät, während ein Mann steht und die geerdete Struktur berührt.
  2. Stufenspannung: Dies ist die Potentialdifferenz, die sich entwickelt, wenn ein Mensch eine Distanz von 1 m mit seinen Füßen überbrückt, während er keine anderen geerdeten Geräte berührt.
  3. Gitterspannung: Dies ist die maximale Berührungsspannung, die im Gitter des Erdungsgitters entsteht.

Gehe zu Inhalt ↑

Berechnungsmethodik für die Berechnung der Unterstation

Berechnungen für Erdimpedanzen und Berührungs- und Stufenpotentiale basieren auf Messungen des Bodenwiderstands und der Systemfehler. Ein Gitteraufbau mit bestimmten Leitern wird dann analysiert, um den effektiven Erdungswiderstand der Anlage zu bestimmen, aus dem die Erdungsspannung berechnet wird. In der Praxis ist es üblich, die höchste Fehlerstufe für die Berechnung des Erdungssystems des Umspannwerks zu verwenden.

Zusätzlich muss ein ausreichender Spielraum sichergestellt werden, so dass eine Erweiterung des Systems möglich ist.

Um den spezifischen Widerstand der Erde zu bestimmen, werden Sondentests vor Ort durchgeführt. Diese Tests werden am besten bei trockenem Wetter durchgeführt, so dass konservative Widerstandsmesswerte erhalten werden.

Erdungsmaterialien

1. Leiter

Ein blanker Kupferleiter wird normalerweise für das Erdungsgitter der Unterstation verwendet. Die Kupferstäbe selbst haben normalerweise eine Querschnittsfläche von 95 Quadratmillimetern, und sie sind in einer flachen Tiefe von 0, 25-0, 5m in 3-7m Quadraten verlegt .

Zusätzlich zu dem vergrabenen Potentialerdungsnetz ist üblicherweise ein separater oberirdischer Erdungsring vorgesehen, mit dem die gesamte metallische Unterwerksanlage verbunden ist.

2. Verbindungen:

Verbindungen mit dem Netz und anderen Erdungsverbindungen sollten nicht gelötet werden, da die Hitze, die während der Fehlerbedingungen erzeugt wird, dazu führen kann, dass eine gelötete Verbindung versagt. Gelenke sind in der Regel verschraubt und in diesem Fall sollte das Gesicht der Gelenke verzinnt werden.

3. Erdungsstangen

Das Erdungsgitter muss durch Erdungsstäbe ergänzt werden, um die Ableitung von Erdschlussströmen zu unterstützen und den Erdungswiderstand der gesamten Anlage weiter zu reduzieren. Diese Stäbe bestehen normalerweise aus massivem Kupfer oder kupferplattiertem Stahl .

4. Switchyard Zaun

Erdung: Die Erdung des Schaltfeldes ist möglich und wird von verschiedenen Versorgungsunternehmen verwendet.

Diese sind:

  1. Erweitern Sie das Erdgitter der Station um 0, 5 bis 1, 5 m über den Zaunumfang hinaus. Der Zaun wird dann in regelmäßigen Abständen mit dem Gitter verbunden.
  2. Setzen Sie den Zaun über den Umfang des Schaltanlagen-Erdungsgitters und verbinden Sie den Zaun mit seinem eigenen Erdungsstangensystem. Dieses Erdungsstangensystem ist nicht mit dem Erdungssystem der Hauptanlage verbunden.

Gehe zu Inhalt ↑

Layout der Umspannstation

Das Layout der Umspannstation ist sehr wichtig, da es eine Versorgungssicherheit geben sollte .

In einer idealen Schaltanlage würden alle Schaltkreise und Geräte so dupliziert, dass nach einem Fehler oder während der Wartung eine Verbindung verfügbar bleibt. In der Praxis ist dies nicht möglich, da die Kosten für die Implementierung eines solchen Designs sehr hoch sind.

Es wurden Methoden gewählt, um einen Kompromiss zwischen vollständiger Versorgungssicherheit und Kapitalinvestitionen zu erreichen.

Es gibt vier Arten von Umspannwerken, die unterschiedliche Versorgungswerte liefern:

  • Kategorie 1 - In der Unterstation ist kein Ausfall für Wartungs- oder Fehlerzustände erforderlich.
  • Kategorie 2 - Kurzer Ausfall ist notwendig, um die Last für Wartungs- oder Fehlerzustände auf eine alternative Schaltung zu übertragen.
  • Kategorie 3 - Verlust eines Stromkreises oder Abschnitts der Unterstation aufgrund eines Fehlers oder einer Wartung.
  • Kategorie 4 - Ausfall der gesamten Schaltanlage wegen Störung oder Wartung.

Gehe zu Inhalt ↑

Verschiedene Layouts für Unterstationen

Einzelne Sammelschiene

Das allgemeine Schema für eine solche Unterstation ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Single-Busbar-Umspannwerk-Layout

Mit dieser Konstruktion ist es einfach, die Unterstation zu betreiben . Diese Konstruktion setzt auch eine minimale Abhängigkeit von der Signalisierung für einen zufriedenstellenden Schutzbetrieb. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den wirtschaftlichen Betrieb zukünftiger Feeder-Schächte zu unterstützen.

Eine solche Unterstation hat folgende Eigenschaften:

  1. Jeder Stromkreis ist durch einen eigenen Leistungsschalter abgesichert, daher führt ein Ausfall der Anlage nicht zwangsläufig zu einem Versorgungsausfall.
  2. Ein Fehler am Speise- oder Transformatorleistungsschalter führt zum Verlust des Transformators und des Einspeisungskreises, von denen einer nach dem Trennen des fehlerhaften Leistungsschalters wiederhergestellt werden kann.
  3. Ein Fehler am Leistungsschalter des Busabschnitts bewirkt eine vollständige Abschaltung der Unterstation. Alle Stromkreise können nach dem Trennen des fehlerhaften Leistungsschalters wiederhergestellt werden. Ein Sammelschienenfehler verursacht den Verlust eines Transformators und eines Abzweigs.
  4. Die Wartung eines Sammelschienenabschnitts oder eines Isolators verursacht den vorübergehenden Ausfall von zwei Stromkreisen.
  5. Die Wartung eines Abzweig- oder Transformatorleistungsschalters beinhaltet den Verlust des Stromkreises.
  6. Die Einführung von Bypass-Isolatoren zwischen Sammelschiene und Stromkreis-Trennschalter ermöglicht die Wartung von Stromkreisunterbrechern ohne Verlust dieses Stromkreises.

Gehe zu Inhalt ↑

Mesh-Unterstation

Das allgemeine Layout für eine vollständige Umspannstation wird im folgenden Schema gezeigt.

Vollständiges Netz-Unterstations-Layout

Die Eigenschaften einer solchen Unterstation sind wie folgt. Der Betrieb von zwei Leistungsschaltern ist erforderlich, um einen Stromkreis zu verbinden oder zu trennen, und die Trennung beinhaltet das Öffnen eines Netzes. Leistungsschalter können ohne Verlust von Versorgung oder Schutz gewartet werden, und es sind keine zusätzlichen Umgehungseinrichtungen erforderlich.

Sammelschienenfehler führen nur zum Ausfall eines Leistungsschalters. Unterbrecherfehler führen zum Verlust von maximal zwei Stromkreisen. im Allgemeinen werden nicht mehr als doppelt so viele abgehende Schaltkreise wie in Einspeisungen verwendet, um die Fähigkeiten und Nennwerte der Schaltungsausrüstung zu rationalisieren.

Gehe zu Inhalt ↑

Anderthalb Circuit Breaker Layout

Der Aufbau einer 1 1/2-Leistungsschalter-Unterstation ist im folgenden Schema dargestellt.

Anderthalb Circuit Breaker Layout

Der Grund dafür, dass ein solches Layout als ein 1/1-Leistungsschalter bekannt ist, liegt an der Tatsache, dass in der Konstruktion 9 Leistungsschalter vorhanden sind, die zum Schutz der 6 Abzweige verwendet werden. Somit schützen 1 1/2 Leistungsschalter 1 Einspeisung.

Einige Eigenschaften dieses Designs sind:

  1. Es gibt die zusätzlichen Kosten der Leistungsschalter zusammen mit der komplexen Anordnung.
  2. Es ist möglich, irgendein Paar von Schaltungen oder Gruppen von Paaren von Schaltungen zu betreiben.
  3. Es besteht eine sehr hohe Sicherheit gegen den Versorgungsausfall.

Gehe zu Inhalt ↑

Prinzip der Stationslayouts

Das Stationslayout besteht im Wesentlichen darin, eine Anzahl von Schaltanlagenkomponenten in einem geordneten Muster anzuordnen, das durch ihre Funktion und Regeln der räumlichen Trennung geregelt wird.

Räumliche Trennung

  1. Erdabstand - das ist der Abstand zwischen spannungsführenden Teilen und geerdeten Strukturen, Wänden, Schirmen und Boden.
  2. Phase Clearanc - das ist der Abstand zwischen den aktiven Teilen der verschiedenen Phasen.
  3. Trennabstand - dies ist der Abstand zwischen den Anschlüssen eines Trennschalters und den Anschlüssen dorthin.
  4. Abschnittsabstand - Dies ist der Abstand zwischen aktiven Teilen und den Anschlüssen eines Arbeitsabschnitts. Die Grenzen dieses Arbeitsbereichs oder Wartungsbereichs können der Boden oder eine Plattform sein, von der aus der Mann arbeitet.

Gehe zu Inhalt ↑

Trennung von Wartungszonen

Es gibt zwei Methoden zum Trennen von Geräten in einer Wartungszone, die isoliert und tot gemacht wurde:

  1. Die Bereitstellung einer Abschnittsfreigabe
  2. Verwendung einer dazwischenliegenden geerdeten Barriere

Die Wahl zwischen den beiden Methoden hängt von der Spannung und davon ab, ob es sich um horizontale oder vertikale Abstände handelt. Eine Sektion Clearance setzt sich zusammen aus der Reichweite eines Mannes mit 8 Fuß und einer Bodenfreiheit. Für die Spannung, bei der der Erdabstand 8 Fuß beträgt, ist der erforderliche Platz derselbe, unabhängig davon, ob ein Abschnittsabstand oder eine geerdete Barriere verwendet wird.

DAHER:

Trennung durch geerdete Barriere = Erdabstand + 50mm für die Barriere + Erdabstand
Trennung durch Abschnitt Clearance = 2.44m + Erderabstand

Bei vertikalen Räumen muss der Platzbedarf des Geräts und die Notwendigkeit einer Zugangsplattform bei höheren Spannungen berücksichtigt werden. Die Höhe der Plattform beträgt 1, 37 m unter dem höchsten Arbeitspunkt.

Gehe zu Inhalt ↑

Wartungszonen einrichten

Einige Wartungszonen sind leicht zu definieren und die Notwendigkeit für sie ist offensichtlich, wie es bei einem Leistungsschalter der Fall ist. Auf jeder Seite des Leistungsschalters sollte eine Trennvorrichtung vorhanden sein, um sie von benachbarten stromführenden Teilen zu isolieren, wenn sie isoliert sind, entweder durch Querschnittsabstände oder Erdungsbarrieren.

Gehe zu Inhalt ↑

Elektrische Trennungen

Zusammen mit der Wartungszonierung bilden die Trennungen zwischen den Komponenten der Unterstation und den sie verbindenden Leitern durch die Trennung von Abstand und Phasenabstand die Hauptbasis für die Auslegung der Schaltanlagen.

Es gibt mindestens drei solcher elektrischer Trennungen pro Phase, die in einer Schaltung benötigt werden:

  1. Zwischen den Klemmen des Sammelschienenisolators und ihren Anschlüssen.
  2. Zwischen den Anschlüssen des Leistungsschalters und ihren Anschlüssen.
  3. Zwischen den Anschlüssen des Speisetrennschalters und ihren Anschlüssen.

Gehe zu Inhalt ↑

Komponenten einer Umspannstation

Die Anlagenkomponenten werden nur in dem Umfang berücksichtigt, in dem sie das Anlagenlayout beeinflussen.

Leistungsschalter

Es gibt zwei Formen von offenen Leistungsschaltern:

  1. Dead Tank - Leistungsschalterfach liegt auf Erdpotential.
  2. Live Tank - Leistungsschalterfach liegt auf Leitungspotential.

Die Form des Leistungsschalters beeinflusst die Art und Weise, in der der Leistungsschalter untergebracht ist. Dies kann einer von vier Wegen sein.

1. Bodenmontage und Sockelmontage

Die Hauptvorteile dieser Art der Montage sind die Einfachheit, die einfache Montage, die einfache Wartung und die Beseitigung von Stützstrukturen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass in Innenstationen die Höhe des Gebäudes reduziert wird. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass zur Vermeidung von Gefahren für Personen der Leistungsschalter von einer geerdeten Barriere umgeben sein muss, die die erforderliche Fläche vergrößert.

Einziehbare Leistungsschalter

Diese haben den Vorteil, dass sie platzsparend sind, da die Isolatoren in demselben Freiraum untergebracht werden können, der zwischen dem einziehbaren Leistungsschalter und den spannungsführenden Festkontakten erlaubt ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Wartung einfach und sicher ist. Zusätzlich ist eine solche Montage ökonomisch, da mindestens zwei Isolatoren pro Phase noch benötigt werden, um die festen Leistungsschaltersteckkontakte zu tragen.

Suspended Leistungsschalter

Bei höheren Spannungen sind Spannungsisolatoren billiger als Pfosten- oder Sockelisolatoren. Bei dieser Art der Montage wird der Live-Tank-Leistungsschalter durch Spannungsisolatoren von Überkopfkonstruktionen aufgehängt und durch ähnliche Isolatoren, die mit dem Boden verbunden sind, in einer stabilen Position gehalten. Es besteht der beanspruchte Vorteil von verringerten Kosten und vereinfachten Grundlagen, und die Strukturen, die zum Aussetzen der Leistungsschalter verwendet werden, können für andere Zwecke verwendet werden.

Gehe zu Inhalt ↑

Stromtransformatoren

CTs können auf eine von sechs Arten untergebracht werden:

  1. Über Circuit Breaker Buchsen oder in Sockeln.
  2. In getrennten Pfostengehäusen.
  3. Über bewegliche Buchsen einiger Arten von Isolatoren.
  4. Über Leistungstransformatoren von Reaktordurchführungen.
  5. Über Wand- oder Dachdurchführungen.
  6. Über Kabel.

In allen außer der Sekunde der Liste belegen die CTs zufälligen Platz und haben keinen Einfluss auf die Größe des Layouts. Die Stromwandler werden in der oben aufgeführten Reihenfolge vom Schutzschalter entfernt. Die Unterbringung von CTs über Isolatorbuchsen oder Buchsen durch Wände oder Dächer ist normalerweise auf Unterstationen in Innenräumen beschränkt.

Gehe zu Inhalt ↑

Isolatoren

Dies sind im Wesentlichen Off-Load-Geräte, obwohl sie in der Lage sind, kleine Ladeströme von Sammelschienen und Verbindungen zu bewältigen. Die Auslegung von Isolatoren ist eng mit der Auslegung von Umspannwerken verbunden.

Das Isolatordesign wird in den folgenden Aspekten berücksichtigt:

  • Raumfaktor
  • Isolationssicherheit
  • Standardisierung
  • Einfache Wartung
  • Kosten

Einige Arten von Isolatoren umfassen:

  • Horizontale Isolationstypen
  • Vertikale Isolationstypen
  • Verschieben von Büschtypen

Gehe zu Inhalt ↑

Leitersysteme

Ein idealer Leiter sollte folgende Anforderungen erfüllen:

  • Sollte in der Lage sein, die spezifizierten Lastströme und Kurzzeitströme zu führen.
  • Sollte aufgrund seiner Situation Kräften standhalten können. Diese Kräfte umfassen Eigengewicht und
  • Gewicht anderer Leiter und Geräte, Kurzschlußkräfte und atmosphärische Kräfte wie Wind- und Eisbelastung.
  • Sollte bei Nennspannung koronafrei sein.
  • Sollte die minimale Anzahl von Verbindungen haben.
  • Sollte die Mindestanzahl von Stützisolatoren benötigen.
  • Sollte wirtschaftlich sein.

Das am besten geeignete Material für das Leitersystem ist Kupfer oder Aluminium . Stahl kann verwendet werden, weist jedoch Beschränkungen hinsichtlich schlechter Leitfähigkeit und hoher Korrosionsanfälligkeit auf. Um den Leiter ideal zu machen, wurden drei verschiedene Arten verwendet, und dazu gehören:

  • Flachflächige Leiter
  • Stranded Conductors
  • Röhrenleiter

Gehe zu Inhalt ↑

Isolierung

Die Isolierungssicherheit wurde unter den Zielen eines guten Umspannwerksdesigns sehr hoch bewertet.

Umfangreiche Untersuchungen zur Verbesserung der Überschlagseigenschaften sowie zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung werden durchgeführt. Erhöhte Kriechlänge, Widerstandsverglasung, Isolierungsschmierung und Schnurwäsche wurden mit unterschiedlichem Erfolg eingesetzt.

Gehe zu Inhalt ↑

Leistungstransformatoren

EHV-Leistungstransformatoren sind normalerweise mit allen drei Phasen in einem Tank eingetaucht . Autotransformatoren bieten den Vorteil kleinerer Abmessungen und geringerer Verluste.

Die verschiedenen Klassen von Leistungstransformatoren sind:

  • auf: Ölbad, natürliche Kühlung
  • ob: Ölbad, Luftkühlung
  • Ofn: Öl eingetaucht, Ölzirkulation gezwungen
  • ofb: Ölbad, Ölumlauf, Luftkühlung

Leistungstransformatoren sind normalerweise der größte Einzelposten in einer Unterstation. Für die Wirtschaftlichkeit von Versorgungsstraßen sind Transformatoren auf einer Seite einer Unterstation angeordnet, und die Verbindung zu Schaltanlagen erfolgt durch blanke Leiter. Wegen der großen Ölmenge ist es wichtig, Vorkehrungen gegen die Ausbreitung von Feuer zu treffen.

Daher ist der Transformator üblicherweise um einen Sumpf herum angeordnet, der zum Sammeln des überschüssigen Öls verwendet wird. Transformatoren, die sich befinden und eine Zelle sollten in einem explosionssicheren Raum eingeschlossen sein.

Gehe zu Inhalt ↑

Freileitungsabschlüsse

Zwei Methoden werden zum Beenden von Freileitungen in einer Unterstation verwendet.

  1. Leiter zu Umspannwerken oder Gebäuden spannen
  2. Leiter zu Erdwinden spannen.

Die Wahl wird durch die Höhe der Türme und die Nähe zum Umspannwerk beeinflusst. Die folgenden Abstände sollten beachtet werden:

SpannungspegelMindestbodenfreiheit
Weniger als 66kV6, 1 m
66 kV - 110 kV6, 4 m
110 kV - 165 kV6, 7 m
Größer als 165 kV7, 0 m

Gehe zu Inhalt ↑

Ressource: Herr Alvin Lutchman, Dozent an der University of West Indies

Verwandte elektrische Anleitungen und Artikel

SUCHE: Artikel, Software und Anleitungen