Что такое подстанции?
Подстанции - это места, где линии передачи связаны друг с другом. Они выполняют ряд функций. Один из них заключается в том, что они позволяют подавать питание от различных генерирующих станций в магистральные коридоры передачи.
Оборудование подстанции HV для инженеров в двух словах (на фото: подвал под осенью, фото: Андерс Элиассон через Flickr)
Силовые подстанции также обеспечивают конечную точку для соединений с другими системами и местом, где трансформаторы могут быть подключены к мощности подачи в системы передачи или распределения.
Они позволяют сегментировать линии передачи, чтобы обеспечить степень избыточности в трактах передачи.
Подстанции обеспечивают местоположение:
- Если к системе передачи могут быть подключены компенсационные устройства, такие как шунтирующие или последовательные реакторы или конденсаторы.
- Если линии электропередачи могут быть обесточены, либо для обслуживания, либо из-за электрической неисправности, связанной с линией.
- Для защитного, контрольного и измерительного оборудования.
Давайте рассмотрим содержание следующего обсуждения:
-
Оборудование общей подстанции:
- автобус
- Защитные реле
- Автоматические выключатели
- трансформеры
- Выключатели
- Молниеотводы
- Измерительное оборудование
- Система SCADA
-
Другое оборудование, которое вы можете видеть на подстанциях:
- Шунтирующие реакторы
- Серийные реакторы
- Шунтирующие конденсаторы
- Конденсаторы серии
- Трансформаторы, регулирующие фазовый угол
- ФАКТЫ (Гибкие системы передачи переменного тока)
- Статические VAr-компенсаторы (SVC)
- Контроллеры с контролируемым тиристором (TCSC)
- Статические компенсаторы (STATCOM)
- Унифицированные контроллеры потока питания (UPFC)
- SVC Light (STATCOM)
Оборудование общей подстанции
Для подстанций используется ряд конструкций. Тем не менее, есть общие для всех элементы, поэтому давайте посмотрим:
1. Автобус
Шина - это имя, присвоенное электрической структуре, к которой подключены все линии и трансформаторы. Автобусы двух типов: открытый и закрытый.
Закрытые автобусы используются, когда подстанции расположены в зданиях или на открытом воздухе, где пространство стоит на высоте. Они включают использование изоляционного газа, такого как гексафторид серы (SF6), чтобы обеспечить уменьшение расстояния между фазами, находящимися под напряжением.
Конструкции автобусов спроектированы так, чтобы выдерживать большие механические силы, которые могут возникать в результате полей, создаваемых высокими токами короткого замыкания. Эти силы меняются с третьей силой тока. Секция шины является частью шины, к которой подключена одна линия или трансформатор.
Открытый автобус
Вернуться к содержанию ↑
2. Защитные реле
Защитные реле - это устройства, которые непрерывно контролируют напряжения и токи, связанные с линией и ее терминалами, для обнаружения сбоев или сбоев в линии / оборудовании.
Такие отказы называются неисправностями и включают контакт между фазами или между одной или несколькими фазами и землей. Реле приводят в действие автоматические выключатели.
Шкаф для реле защиты
Вернуться к содержанию ↑
3. Автоматические выключатели
Автоматические выключатели - это устройства, которые способны прерывать поток электроэнергии, чтобы изолировать либо линию, либо трансформатор. Они делают это, открывая цепь и гася дугу, которая образуется с использованием различных технологий, таких как масло, вакуум, воздушный взрыв или гексафторид серы (SF6).
Выключатели могут быть последовательно с линией или трансформатором или могут быть установлены с обеих сторон секции шины, где соединяется линия.
Они позволяют автоматически отключать отдельные линии или трансформаторы от обслуживания (обесточиваются), когда оборудование (защитные реле) обнаруживает рабочие условия вне безопасного диапазона.
Они должны быть способны прерывать очень высокие токи, возникающие во время сбоев, и оцениваются по количеству тока, который они могут прерывать. Эти уровни тока неисправности могут быть в 20 или 30 раз больше, чем ток в нормальных рабочих условиях, то есть тысячи ампер.
Выключатель SF6 для выхлопных газов 550 кВ
Автоматические выключатели также позволяют удалять линии или трансформаторы из обслуживания для обслуживания. Автоматические выключатели обычно прерывают все три фазы одновременно, хотя в некоторых специальных применениях могут использоваться однофазные автоматические выключатели, которые будут открывать только фазу с проблемой.
Чтобы свести к минимуму воздействие электрических «ударов» на систему передачи, минимизация общего времени срабатывания реле для обнаружения состояния и автоматического выключателя для открытия схемы является критическим вопросом конструкции.
d
Вернуться к содержанию ↑
4. Трансформаторы
Трансформаторы - это устройства, которые используются для подключения устройств, работающих на двух разных уровнях напряжения. Например, трансформатор будет использоваться для подключения шины 138 кВ к шине 13 кВ. Трансформатор подключается ко всем трем фазам шины. Физически трансформаторы могут включать в себя все три фазы внутри одного резервуара или могут быть три отдельных резервуара, по одному на фазу.
У единиц большей мощности могут быть три отдельных резервуара, поскольку их размер и вес могут быть ограничивающим фактором из-за проблем с транспортировкой.
Трансформаторы могут быть сконструированы с двумя механизмами для регулировки отношения напряжения:
-
Одним из механизмов является обеспечение более одной фиксированной позиции крана на одной стороне трансформатора. Например, трансформатор может иметь номинальный коэффициент вращения 345/138, с фиксированными отводами на обмотке 345 кВ 327, 8, 336, 7, 345, 353, 6 и 362, 3.
Трансформатор должен быть отключен, чтобы отрегулировать коэффициент фиксированного отвода.
- Другой механизм называется нажатием кнопки под нагрузкой (TCUL). В этом механизме соотношение можно регулировать, когда трансформатор находится под напряжением, обеспечивая большую гибкость работы. Некоторые трансформаторы имеют оба типа механизмов. При фиксированной регулировке крана в обмотке высокого напряжения и регулировке TCUL в обмотке низкого напряжения.
Другим типом трансформатора является автотрансформатор, который используется, когда объекты с почти одинаковым напряжением должны быть подключены, например, от 138 кВ до 115 кВ.
Вместо того, чтобы иметь два отдельных пути для электричества, соединенных только магнитным потоком через трансформатор, как в обычном блоке, обмотка автотрансформатора включает в себя отвод на обмотке более высокого напряжения, которая обеспечивает более низкое напряжение.
Все более крупные трансформаторы имеют механизмы для удаления тепла, генерируемого в резервуаре, с использованием какого-либо способа циркуляции теплоизоляционного / охлаждающего масла трансформатора через внешний теплообменник с ребрами, установленными со стороны трансформатора и вентиляторами, для циркуляции воздуха через ребра для максимального рассеивания тепла,
Автотрансформатор Siemens 350MVA 400/110 / 33kV в Подунайском Бискупице
Вернуться к содержанию ↑
5. Отключить выключатели
Разъединители используются для открытия цепи, когда требуется только ток зарядки. Они будут использоваться в основном для подключения или отключения выключателей или трансформаторов, которые не выдерживают ток нагрузки.
Они также используются вместе с автоматическими выключателями для обеспечения другого уровня безопасности для работников, вставив второе отверстие между оборудованием станции, не обслуживаемым для работы, и неподвижным участком линии или шины.
Вернуться к содержанию ↑
6. Молниеотводы
Молниеотводы используются для защиты трансформаторов и распределительных устройств от воздействия высокого напряжения из-за удара молнии или переключения.
Они предназначены для переполнения, когда напряжение на трансформаторе превышает предварительно выбранный уровень, который выбирают инженеры-конструкторы станции для координации с основным уровнем изоляции трансформатора (BIL).
Высоковольтные разрядники
Вернуться к содержанию ↑
7. Измерительное оборудование
Измерительное оборудование предназначено для измерения нагрузки на линии и трансформатора и напряжения шины, поэтому обслуживающий персонал может обеспечить, чтобы эти средства находились в допустимых пределах.
В некоторых местах также используется измерительное оборудование для измерения потока энергии для биллинга, необходимого для продажи и покупки энергии между различными участниками рынка электроэнергии.
Контрольно-измерительные панели
Вернуться к содержанию ↑
8. Система SCADA
SCADA - это аббревиатура для системного контроля и сбора данных. Это отражает улучшение измерительных, телекоммуникационных и вычислительных технологий, которые позволяют все больше и больше автоматизировать работу подстанции. Узнайте больше о SCADA-системах.
Вернуться к содержанию ↑
Другое оборудование, которое вы можете видеть на подстанциях
В зависимости от электрических характеристик конкретной части системы передачи другое оборудование, которое может быть расположено на подстанции:
1. Шунтирующие реакторы
Шунтирующие реакторы (реакторы, подключенные от возбужденной шины к земле) устанавливаются для управления высокими напряжениями, которые происходят особенно ночью из-за емкостного эффекта легко нагруженных линий передачи. Эти реакторы могут быть всегда под напряжением, или их можно включить только в определенное время.
Шунт-реакторы также используются для уменьшения или контроля высоких напряжений, которые могут возникать при внезапной потере блока нагрузки клиента.
Обмотки, изоляция и внешний бак подобны обмоткам, используемым для трансформаторов.
Реактор шунта, подключенный к системе питания между фазой и фазой заземления, и нейтральной точкой, фазой и фазой и обеспечивает реактивную мощность. (фото: jwzn-teee.com)
Вернуться к содержанию ↑
2. Серийные реакторы
Серийные реакторы устанавливаются в линии передачи для увеличения импеданса линии, для уменьшения уровней тока в случае коротких замыканий или для снижения нагрузки при различных условиях эксплуатации.
Реакторы серии (фото: ABB)
Вернуться к содержанию ↑
3. Шунтирующие конденсаторы
Шунтирующие конденсаторы устанавливаются для обеспечения системы mVArs для поддержки уровней напряжения.
Шунтирующие конденсаторы
Вернуться к содержанию ↑
4. Конденсаторы серии
Конденсаторы серии устанавливаются для снижения эффективного импеданса линии передачи.
Они будут установлены в очень длинных линиях передачи, чтобы эффективно уменьшить электрический угол между передающей и принимающей частями системы, что позволило бы больше мощности протекать по линии и увеличивать пределы стабильности.
Конденсаторы серии
Вернуться к содержанию ↑
5. Трансформаторы, регулирующие фазовый угол
Трансформаторы, регулирующие фазовый угол, устанавливаются для управления потоком мощности по линии передачи, что приводит к тому, что более или менее энергия течет по желаемым линиям.
Они используют вариант конструкции обычного трансформатора, в котором благодаря специальному способу они наматываются, они электрически вводят угловой фазовый сдвиг в линию. Угол может быть увеличен или уменьшен поток мощности на линии.
Поскольку они дороги, они часто используются в кабельных системах, где из-за стоимости и ограниченной пропускной способности кабелей необходимо использовать максимальное использование всех возможностей параллельного кабеля.
В последние годы некоторые из них устанавливаются в воздушных линиях передачи для управления параллельным потоком, когда мощность протекает по путям в других системах, не участвующих в транзакциях, или не имеет достаточной пропускной способности.
Вернуться к содержанию ↑
6. ФАКТЫ (Гибкие системы передачи переменного тока)
ФАКТЫ (Гибкие системы передачи переменного тока) - это общее название, используемое для различных устройств, предназначенных для динамического управления напряжением, импедансом или фазовым углом линий ОВВ.
Разработка таких устройств была впервые запатентована в 1975 году JA Casazza. Разработка таких устройств была поощрена в 1980-х годах по программе Исследовательского института электроэнергетики (EPRI).
Эти устройства отражают и расширяют преимущества фиксированной серии и шунтирующих катушек индуктивности и конденсаторов, которые ранее обсуждались в том, что устройства FACTS обеспечивают быструю и точную настройку.
ФАКТЫ (Гибкие системы передачи переменного тока)
В зависимости от устройства эти устройства FACTS предоставляют ряд преимуществ:
- Повышенная пропускная способность,
- Быстрое управление напряжением,
- Улучшена стабильность системы и
-
Смягчение субсинхронного резонанса
(состояние, испытываемое в ряде регионов в Соединенных Штатах, где происходят колебания, вызванные взаимодействием систем управления генератором и емкостью длинных расстояний передачи).
Многие производители многих производителей, некоторые из которых находятся на стадии разработки и некоторые из них находятся в эксплуатации. Названия устройств несколько отличаются в зависимости от производителя.
Ниже перечислены некоторые из устройств:
6.1. Статические VAr-компенсаторы (SVC)
Эти устройства используют фиксированные банки конденсаторов, управляемых тиристорами, которые могут быстро включать и выключать их.
Во многих случаях существуют также индукторы с тиристорным переключением для предотвращения резонанса системы. Подробнее о SVC здесь.
Вернуться к содержанию ↑
6.2. Контроллеры с контролируемым тиристором (TCSC)
Тиристорный контроллер (или конденсатор серии) (TCSC) представляет собой реактор с тиристорным управлением, который размещается параллельно с конденсатором серии, что обеспечивает непрерывную и быстро изменяющуюся систему компенсации ряда.
Контроллеры серии с тиристорным управлением - TCSC (фото: SIEMENS)
Вернуться к содержанию ↑
6.3. Статические компенсаторы (STATCOM)
Статические компенсаторы (STATCOM) - это SVC с тиристорами выключения типа выключения (GTO). Они представляют собой твердотельные генераторы синхронного напряжения, которые состоят из многоимпульсных преобразователей напряжения, подключенных к шунту с линиями передачи.
Они не требуют конденсаторных батарей и шунтирующих реакторов, но полагаются на электронную обработку сигналов напряжения и тока для обеспечения индуктивной или емкостной реактивной мощности.
Они имеют дополнительное преимущество в том, что на их выход не оказывает серьезного влияния низкое напряжение системы.
Статический компенсатор - как это работает (ВИДЕО)
Вернуться к содержанию ↑
6.4. Унифицированные контроллеры потока питания (UPFC)
Эти устройства имеют шунтированный STATCOM с дополнительной последовательностью в линии передачи, поставляемой схемой постоянного тока STATCOM. Эти устройства сопоставимы с трансформаторами фазового сдвига.
Они могут контролировать все три основных параметра передачи мощности: напряжение, импеданс и фазовый угол.
Вернуться к содержанию ↑
6, 5. SVC Light (STATCOM)
Основаны на технологии преобразователя напряжения, оборудованной биполярными транзисторами с изоляцией (IGBT), компонентом переключения мощности. Они обеспечивают реактивную мощность, а также абсорбцию исключительно посредством электронной обработки сигналов напряжения и тока.
Кстати, SVL Light - это фирменный знак ABB.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Понимание электроэнергетических систем - Обзор технологии и рынка Джек Касацца Франк Делеа (покупка печатной копии из Amazon)