Електрическа подстанция: Компоненти, типове, дизайн и приложения

Анелектрическа подстанцияе една от онези части на електроенергийната система, които повечето хора рядко забелязват, но почти всяка надеждна електроснабдителна мрежа зависи от нея. Електричеството трябва да премине през различни нива на напрежение, преди да достигне домове, фабрики, търговски сгради, центрове за данни или проекти за възобновяема енергия. Подстанциите правят това възможно.

В зависимост от приложението, електрическата подстанция може да преобразува напрежението, да превключва вериги, да защитава оборудването, да наблюдава електрическите условия и да контролира как се движи мощността през мрежата. В голяма преносна мрежа една подстанция може да покрива огромна площ и да съдържа високо{1}}силови трансформатори, прекъсвачи, шини, защитни системи и друго оборудване. По-малка разпределителна подстанция може да бъде много по-компактна.

За комунални услуги, EPC изпълнители, промишлени съоръжения, разработчици на енергия от възобновяеми източници и други енергийни проекти, проектирането на подстанция рядко е свързано с едно оборудване. Трансформаторът, разпределителната уредба, системата за защита, системата за заземяване и контролното оборудване трябва да работят заедно.

Анелектрическа подстанцияе съоръжение, където електроенергията се преобразува, превключва, контролира, защитава или разпределя.

Основната идея е доста проста. Електричеството, генерирано в електроцентрала, обикновено трябва да бъде повишено до по-високо напрежение, преди да може да пътува на дълги разстояния. Трансформатор в генераторна станция повишава напрежението, намалява тока и следователно спомага за ограничаване на загубите при предаване.

Тъй като електричеството се приближава до крайния потребител, подстанциите постепенно намаляват напрежението до нива, които са подходящи за регионално разпределение и крайно потребление.

Типичният път на захранване изглежда така:

Генерация на електроенергия → Стъпка-трансформатор → Преносна подстанция → Разпределителна подстанция → Потребители

Действителните нива на напрежение варират от една мрежа до друга. Преносните подстанции могат да работят на110 kV, 220 kV, 330 kV, 500 kV, 765 kV, или по-висока. Разпределителните мрежи често използват средни-нива на напрежение, като напр10 kV, 11 kV, 20 kV или 35 kV.

Така че, докато трансформацията на напрежението е основна част от това, което прави една подстанция, това със сигурност не е цялата история.

Електрическата подстанция има няколко работни места и те са тясно свързани.

функция	Описание
Трансформация на напрежението	Повишава или понижава напрежението за предаване и разпределение
Превключване	Свързва или изключва вериги и оборудване
защита	Открива повреди и изолира повредени участъци
Контрол и мониторинг	Измерва електрическите параметри и управлява потока на мощността

С други думи, електрическата подстанция не е просто място, където е инсталиран трансформатор. Това е важна контролна и защитна точка в рамките на електрическата мрежа.

Оборудването в една подстанция зависи от нейното ниво на напрежение, капацитет, местоположение и предназначение. Все пак няколко основни компонента са общи за много инсталации.

Theсилов трансформаторобикновено е една от най-големите части на оборудването в aподстанция.

Основната му задача е да променя напрежението от едно ниво на друго, като същевременно пренася ефективно електрическа енергия. Преносна подстанция, например, може да намали 220 kV до 110 kV, докато разпределителна подстанция може да намали средното напрежение до по-ниско напрежение на използване.

Големите маслени-трансформатори се използват широко за подстанции с голям-капацитет, тъй като могат да се справят с големи мощности и да осигурят ефективно охлаждане.

В зависимост от проекта трансформаторът може да включвавключен-товарен стъпален превключвател (OLTC), изключен-ключов стъпален превключвател, ONAN или ONAF охлаждане, Реле на Бухолц, устройство за освобождаване на налягането, индикатори за температурата на маслото и намотките, резервоар за консерватор и оборудване за онлайн наблюдение.

Проектите за възобновяема енергия имат свои собствени изисквания.Слънчеви ферми, вятърни паркове, и системите за съхранение на енергия от батерии могат да използватповишаващи-трансформатори на генератора, колекторни трансформатори или специално проектирани трансформатори за свързване към мрежата.

A прекъсвачпренася ток по време на нормална работа и прекъсва веригата, когато е необходимо.

Ако възникне повреда, защитното реле открива ненормалното състояние и изпраща сигнал за изключване към прекъсвача. След това прекъсвачът отваря веригата и помага да се предотврати разпространението на повредата.

-Подстанциите за високо напрежение могат да използват SF₆ прекъсвачи или по-нови технологии, проектирани с по-малко въздействие върху околната среда. Вакуумните прекъсвачи са често срещани в приложения със средно{2}}напрежение.

Правилният избор зависи от нивото на напрежение, тока на повреда, капацитета на прекъсване, работните условия и изискванията на проекта.

Разединителите, често наричани изолатори, се използват главно за осигуряване на електрическа изолация по време на поддръжка.

Те обикновено не са предназначени да прекъсват големи токове на повреда. Вместо това те се задействат, след като съответната верига е била изключена, което позволява на персонала по поддръжката да работи върху оборудване с ясна точка на физическа изолация.

Това е важна разлика:прекъсвачите прекъсват тока, докато разединителите осигуряват изолация.

Шините са проводими връзки, които свързват входящи и изходящи вериги в подстанцията.

Могат да се използват различни проектиединична шина, двойна шина, пръстеновидна шина, прекъсвач-и--половин, или други договорености. Няма единична конфигурация, която да работи най-добре навсякъде.

Разположението на шините влияе върху надеждността, гъвкавостта на поддръжката, изолирането на повредата и цената на проекта. Критичните подстанции могат да използват по-сложни устройства, тъй като осигуряват по-голяма гъвкавост по време на поддръжка или повреда на оборудването.

A токов трансформатор (CT)преобразува висок първичен ток в по-нисък, стандартизиран вторичен ток, който може да бъде безопасно измерен чрез защитно и измервателно оборудване.

CT обикновено се използват за защита от свръхток, защита от -заземяване, диференциална защита, измерване на енергия и общ мониторинг на мощността.

Получаването на правилното съотношение и точност на CT е важно. Защитните КТ, по-специално, трябва да работят правилно по време на високи токове на повреда, така че трябва да се вземат предвид класът на точност, натоварването, характеристиките на насищане и изискванията за защита.

Трансформаторите на напрежение (VTs), известни също като потенциални трансформатори (PTs), намаляват високото системно напрежение до по-безопасни нива за измерване и защита.

Те осигуряват сигнали за напрежение към измервателни уреди, релета, контролно оборудване и системи за наблюдение, без директно да свързват тези вериги с ниско{0}}напрежение към системата с високо{1}}напрежение.

Енергийните системи могат да изпитват преходни пренапрежения, причинени от удари на мълнии и превключващи операции.

Отводители на пренапреженияпомагат за защита на трансформатори, разпределителни уреди, кабели и друго оборудване, като ограничават тези пренапрежения на напрежението и осигуряват път за енергия от удар към земята.

Техният избор зависи от системното напрежение, условията на заземяване, временното пренапрежение и координацията на изолацията. Това е сравнително малък компонент в сравнение със силов трансформатор, но ролята му със сигурност не е второстепенна.

Защитните релета по същество са част-от защитната система на подстанцията, която взема решения.

Те следят ток, напрежение, честота, фазови отношения и други електрически параметри. Когато идентифицират необичайно състояние, те могат да изпратят сигнал за изключване към съответния прекъсвач.

Общите защитни функции включватсвръхток, земна повреда, диференциал, пренапрежение, ниско напрежение, свръхчестота, ниска честота и дистанционна защита.

Съвременните цифрови релета могат да комбинират няколко защитни функции с измерване, запис на събития, комуникация и дистанционно наблюдение. Това направи системите за защита на подстанциите значително по-способни от по-старите електромеханични конструкции.

Надеждната система за заземяване е от съществено значение както за защитата на оборудването, така и за безопасността на персонала.

Системата за заземяване осигурява контролиран път за тока на повреда и помага да се поддържа напрежението на докосване и стъпалото в приемливи граници. Използва се типична мрежа за заземяване на подстанциявкопани проводнициизаземителни електродисвързани с трансформаторни резервоари, рамки на оборудването, стоманени конструкции и други проводими части.

Дизайнът на заземяването зависи от фактори като съпротивление на почвата, наличен ток на повреда, време-за отстраняване на повредата, размери на мрежата и приложими изисквания за безопасност.

Има няколко начина за класифициране на електрическа подстанция. Най-често срещаните подходи се основават на неговата функция, ниво на напрежение, инсталационна среда или приложение.

A подстанция-нагореувеличава напрежението, произведено от генераторно съоръжение, до по-високо предавателно напрежение.

Генераторът може да произвежда електричество при относително ниско напрежение в сравнение с преносната мрежа. Повишаващият-трансформатор на генератора повишава това напрежение, преди електричеството да влезе в преносната система.

По-високото предавателно напрежение означава по-нисък ток за същото ниво на мощност, което спомага за намаляване на загубите в преносните линии.

Стъпка{0}}подстанция прави обратното.

Той намалява високото предавателно напрежение до по-ниско напрежение за регионално или местно разпределение. Например, преносна линия 220 kV може да захранва подстанция, където напрежението е намалено до 110 kV или 35 kV.

Оттам допълнително разпределително оборудване може да намали допълнително напрежението, преди електричеството да достигне до потребителите.

A разпределителна подстанцияобикновено се намира по-близо до електрическия товар.

Намалява мощността на средно{0}}напрежение до по-ниско разпределително напрежение и захранва няколко изходящи вериги. Разпределителните подстанции могат да обслужват жилищни общности, търговски обекти, фабрики, инфраструктурни проекти и други товари.

Техният дизайн често е по-компактен от този на голяма преносна подстанция, въпреки че необходимият капацитет може да бъде значителен.

Превключващата подстанция изпълнява основно комутационни и защитни функции, а не голяма трансформация на напрежението.

Той може да свързва различни преносни или разпределителни вериги, да разделя мрежа на секции и да подобрява оперативната гъвкавост. На някои места превключвателните подстанции се използват за подобряване на надеждността без инсталиране на големи силови трансформатори.

Промишлена подстанция доставя електричество на големи индустриални съоръжения като фабрики, мини, стоманодобивни заводи, химически заводи и преработвателни съоръжения.

Тези проекти често имат високи изисквания за надеждност и качество на захранването. Високи стартови токове, големи двигатели,хармоници, чувствителното оборудване и непрекъснатите производствени процеси могат да повлияят на дизайна на подстанцията.

Центровете за данни са друг добър пример. Техните електрически системи може да изискват резервни трансформатори, високо-качествена защита, хармонично управление и внимателно координирани резервни захранващи системи.

Големите слънчеви фотоволтаични централи, вятърните паркове и системите за съхранение на енергия от батерии обикновено изискват специална електрическа инфраструктура за свързване към мрежата.

Подстанцията за възобновяема енергия може да включва колекторни трансформатори, разпределителна уредба за средно{0}}напрежение, силови трансформатори, системи за защита, измерване, компенсация на реактивна мощност и оборудване за свързване към мрежата.

Дизайнът на трансформатора трябва да вземе предвид профила на генериране на проекта, изискванията на мрежовия-код, хармониците, условията на околната среда и условията на работа.

Подстанциите също могат да бъдат класифицирани според това къде е инсталирано оборудването.

Външните подстанции се използват широко заприложения със средно{0}} и високо-напрежение.

Основното оборудване се монтира на открито върху бетонни основи или стоманени конструкции. Това разположение осигурява достатъчно място за големи трансформатори, прекъсвачи, шини и връзки за високо-напрежение.

Външните подстанции често са практичен избор за големи проекти за пренос и разпределение, особено когато има достатъчно земя.

В закрита подстанция основното оборудване е инсталирано в специална сграда или заграждение.

Този подход може да бъде полезен, когато земята е ограничена или когато оборудването се нуждае от допълнителна защита от прах, влага, замърсяване или неоторизиран достъп.

Градските подстанции, промишлените съоръжения и проектите със строги пространствени ограничения могат да използват вътрешна разпределителна уредба и сухи-тип трансформатори за създаване на по-компактна инсталация.

Подстанциите за високо{0}}напрежение обикновено се разделят навъздушно{0}}изолирани подстанции (AIS)игазо{0}}изолирани подстанции (GIS).

AIS използва атмосферния въздух като основна изолационна среда между захранваните компоненти. Обикновено изисква повече пространство, но оборудването е относително достъпно за визуална проверка и поддръжка.

GIS поставя-компоненти с високо напрежение в запечатани метални кутии с помощта на изолационен газ или алтернативна изолационна среда. Резултатът може да бъде много по-малък отпечатък, който е особено полезен в градове, индустриални зони, подземни инсталации и други места-с ограничено пространство.

Характеристика	AIS	ГИС
Средна изолация	въздух	Изолационен газ/среда
Отпечатък	По-голям	По-компактен
Първоначална цена	Като цяло по-ниски	Като цяло по-високи
Място за монтаж	Изисква повече земя	Подходящ за сайтове с ограничен достъп
Достъп за поддръжка	Сравнително просто	По-специализирани
Типични приложения	Обслужващи и-подстанции за открити площи	Градски, промишлени и{0}}ограничени подстанции

Няма универсален победител между AIS и GIS. Изборът обикновено се свежда до наличната земя, бюджета на проекта, нивото на напрежението, условията на околната среда, стратегията за поддръжка и необходимия отпечатък.

Проектиране наелектрическа подстанциязапочва с разбиране на електрическата система, която трябва да обслужва.

Инженерите първо разглеждат очакваното натоварване, нива на напрежение, нива на повреда, изисквания за надеждност, бъдещо разширение и точка на свързване към мрежата. Тези фактори оформят почти всяко следващо дизайнерско решение.

Капацитет на трансформаторае едно от първите основни съображения. Трансформаторът трябва да се справи с очакваното натоварване, без да бъде ненужно прекомерен. В същото време често е необходима разумна надбавка за бъдещ растеж.

Продължителната работа при прекомерно натоварване може да повиши температурата на намотките и маслото, да ускори стареенето на изолацията и да съкрати експлоатационния живот на трансформатора.

Условия на-късо съединениесъщо се нуждаят от внимателно внимание. Прекъсвачите, шините, трансформаторите, трансформаторите, кабелите и другите основни компоненти трябва да имат подходяща устойчивост на късо{1}} съединение и прекъсващи способности.

Координация на защитатае друг ключов въпрос. Една добра система за защита трябва бързо да изолира повреда, като същевременно избягва ненужни пътувания на здраво оборудване. Звучи просто, но правилната координация може да изисква подробни системни проучвания.

Theфизическо оформлениесъщо има значение. Електрическите разстояния, достъпът за поддръжка, маршрутизирането на кабелите, противопожарната защита, дренажът, вентилацията, шумът, транспортирането на оборудването и бъдещото разширение трябва да бъдат взети предвид преди началото на строителството.

За по-големи проекти проектирането на подстанция обикновено включва електрически проучвания, спецификации на оборудването, проектиране на защита и управление, гражданско инженерство, проектиране на заземяване, подробна работа по оформлението и въвеждане в експлоатация.

За комунални услуги и EPC изпълнители, избор на правилнототрансформатор на подстанцияе една от най-важните части на проекта.

Спецификацията на трансформатора обикновено обхваща номинална мощност, първично и вторично напрежение, честота, векторна група, импеданс, диапазон на отклоняване, ниво на изолация, загуби, повишаване на температурата, метод на охлаждане и приложими стандарти.

За маслен{0}}силов трансформатор, спецификациятаможе също така да обхваща трансформаторно масло, устройство за консерватор, охлаждащо оборудване, втулки, стъпален превключвател, устройства за наблюдение и други аксесоари.

За вътрешни инсталации, aсух{0}}тип трансформаторможе да бъде практичен вариант, когато пожарната безопасност, инсталацията на закрито, условията на околната среда или изискванията за поддръжка го правят подходящ.

Изборът на трансформатор не трябва да се основава само на MVA или kVA рейтинг. Работната среда има голямо значение.

Околна температура, надморска височина на монтаж, профил на натоварване, хармоници, характеристики на генериране на възобновяема енергия, очаквани условия на претоварване и изисквания към мрежата могат да повлияят на дизайна на трансформатора.

За проект за възобновяема енергия, например, трансформаторът може да има много различен работен профил от конвенционален промишлен трансформатор. Прилага се същият основен принцип на трансформация на напрежението, но детайлите на дизайна могат да бъдат доста различни.

Оборудването на подстанцията обикновено се проектира, произвежда и тества в съответствие със съответните международни, национални и-проектни стандарти.

За силови трансформатори,IEC 60076е един от основните международни стандарти. В зависимост от местоположението на проекта и изискванията на клиента може също да се прилагат стандарти IEEE и ANSI.

Разпределителната апаратура, прекъсвачите, измервателните трансформатори, защитното оборудване и другите компоненти на подстанцията имат свои собствени приложими стандарти.

За международни проекти е добра идея да потвърдите изискваните стандарти в началото на процеса на възлагане на обществена поръчка. В противен случай оборудване, което изглежда технически подходящо на хартия, може да се нуждае от допълнително тестване, документация или промени в дизайна по-късно.

Проблемът с подстанцията рядко остава изолиран.

Повреда на трансформатор, повреда на шина, повреда в защитата или повреда на прекъсвача може да прекъсне захранването на много по-голяма област. За промишлени предприятия и центрове за данни дори сравнително кратко прекъсване може да има сериозни оперативни и финансови последици.

Ето защо критичните подстанции често използват резервирани трансформатори, секционирани шини, резервна защита, независими контролни захранвания и множество нива на наблюдение.

Мониторингът на състоянието на трансформатора също става все по-важен.Тестване на масло, анализ на разтворен газ (DGA), наблюдение на температурата, наблюдение на втулки и онлайн наблюдение на частичен разряд могат да помогнат за идентифициране на развиващите се проблеми, преди те да се превърнат в големи повреди.

Често е много по-лесно и много по-евтино да се справите с ранно предупреждение, отколкото с неочаквана повреда на трансформатора.

Ролята наелектрическа подстанциясе променя, тъй като енергетиката става все по-децентрализирана и по-дигитална.

Слънчеви електроцентрали, вятърни паркове, системи за съхранение на енергия от батерии, инфраструктура за електрически превозни средства, центрове за данни и големи промишлени товари създават нови изисквания към мрежата.

В същото време съвременните подстанции използват интелигентни електронни устройства, комуникационни мрежи, дистанционно наблюдение, автоматизирано управление и цифрови системи за защита. Операторите могат да получат много повече информация за състоянието на оборудването и работата на мрежата, отколкото в миналото.

Проектите за възобновяема енергия са особено интересни, тъй като потоците на електроенергия вече не винаги са предвидими или еднопосочни-. Една подстанция може да се наложи да се справи с променящите се нива на генериране, изисквания за реактивна мощност, хармоници и изисквания за -код на мрежата през целия ден.

Това прави работата на трансформатора, координацията на защитата, качеството на захранването и мониторинга на системата все по-важни.

Анелектрическа подстанцияе критична част от енергийната система. Той променя напрежението, контролира потока на мощността, защитава електрическото оборудване, изолира повреди и осигурява наблюдението, необходимо за поддържане на надеждната работа на мрежата.

Трансформаторът може да е най-видимият и скъп компонент, но той е само една част от системата.Силови трансформатори, разпределителни уреди, прекъсвачи, защитни релета, CT, VT, шини, ограничители на пренапрежения, заземителни системи и контролно оборудваневсички трябва да работят заедно.

За комунални услуги, EPC изпълнители, промишлени съоръжения, разработчици на възобновяема енергия и други енергийни проекти, добрият дизайн на подстанция започва с разбиране на действителните работни условия, а не просто с избор на оборудване от стандартен каталог.

Тъй като търсенето на електроенергия продължава да расте, разширяването на възобновяемата енергия и съхранението на батерии се ускорява, а товарите с висока{0}}плътност, като центровете за данни с изкуствен интелект, оказват по-голям натиск върху мрежата, необходимостта от надеждни подстанции ще става все по-важна.

За производители на трансформатори катоТрансформатор Yawei, това означава разработване на решения, които могат да се адаптират към различни нива на напрежение, капацитет, инсталационна среда и изисквания на проекта. Независимо дали приложението е преносна подстанция, разпределителна подстанция, проект за възобновяема енергия, промишлено съоръжение или друга енергийна инфраструктура, трансформаторът остава централна част от надеждна електрическа система.

Свържете се сега

В: Колко скоро можете да доставите трансформатора?

О: Зависи от количеството и капацитета на трансформатора, обикновено в рамките на един месец от чертежа на датата, потвърден от купувача.

В: Колко време можете да предоставите гаранция за качество?

О: 24 месеца от работата на трансформатора за дата.

В: Какъв метод на плащане приемате?

A: T/T (банков превод) предпочитан, L/C се приемат и двете.