Електрична підстанція: компоненти, типи, конструкція та застосування

Анелектрична підстанціяце одна з тих частин енергетичної системи, яку більшість людей рідко помічає, але майже кожна надійна електромережа залежить від неї. Електроенергія має проходити через різні рівні напруги, перш ніж досягти будинків, фабрик, комерційних будівель, центрів обробки даних або проектів відновлюваної енергетики. Підстанції це дозволяють.

Залежно від застосування, електрична підстанція може перетворювати напругу, перемикати ланцюги, захищати обладнання, контролювати електричні умови та контролювати, як електроенергія переміщується через мережу. У великій мережі електропередачі підстанція може охоплювати величезну територію та містити силові трансформатори високої-напруги, автоматичні вимикачі, шини, системи захисту та інше обладнання. Менша розподільна підстанція може бути набагато компактнішою.

Для комунальних підприємств, EPC-підрядників, промислових об’єктів, розробників відновлюваної енергетики та інших енергетичних проектів проектування підстанції рідко пов’язане з одним обладнанням. Трансформатор, розподільний пристрій, система захисту, система заземлення та контрольне обладнання мають працювати разом.

Анелектрична підстанціяце об’єкт, де електроенергія перетворюється, комутується, контролюється, захищається або розподіляється.

Основна ідея досить проста. Електроенергію, вироблену на електростанції, зазвичай потрібно підняти до вищої напруги, перш ніж вона зможе подолати великі відстані. Трансформатор на електростанції підвищує напругу, зменшуючи струм і, отже, допомагаючи обмежити втрати при передачі.

У міру наближення електроенергії до кінцевого споживача підстанції поступово знижують напругу до рівнів, придатних для регіонального розподілу та кінцевого споживання.

Типовий шлях живлення виглядає приблизно так:

Генерація електроенергії → Step{0}}Up Transformer → Transmission Substation → Distribution Substation → Consumers

Фактичні рівні напруги відрізняються від однієї мережі до іншої. Електричні підстанції можуть працювати на110 кВ, 220 кВ, 330 кВ, 500 кВ, 765 кВ, або вище. Розподільні мережі часто використовують середні-рівні напруги, наприклад10 кВ, 11 кВ, 20 кВ або 35 кВ.

Отже, хоча перетворення напруги є основною частиною того, що робить підстанція, це, звичайно, не вся історія.

Електрична підстанція має кілька робіт, і вони тісно пов'язані між собою.

функція	опис
Перетворення напруги	Підвищує або знижує напругу для передачі та розподілу
Перемикання	Підключає або відключає схеми та обладнання
захист	Виявляє несправності та ізолює пошкоджені ділянки
Контроль і моніторинг	Вимірює електричні параметри та керує потоком електроенергії

Іншими словами, підстанція - це не просто місце, де встановлений трансформатор. Це важлива точка контролю та захисту в енергосистемі.

Обладнання всередині підстанції залежить від її рівня напруги, потужності, розташування та призначення. Тим не менш, кілька основних компонентів є загальними для багатьох установок.

Theсиловий трансформаторзазвичай є одним із найбільших устаткування в aпідстанція.

Його основна робота полягає в тому, щоб змінювати напругу з одного рівня на інший при ефективній передачі електроенергії. Передавальна підстанція, наприклад, може знизити напругу з 220 кВ до 110 кВ, тоді як розподільна підстанція може знизити середню напругу до нижчої напруги використання.

Великі масляні-трансформатори широко використовуються на підстанціях-великої потужності, оскільки вони можуть працювати з великою потужністю та забезпечувати ефективне охолодження.

Залежно від проекту трансформатор може включати в себеувімкнено-перемикач РПН навантаження (OLTC), вимкнено-перемикач РПН, Охолодження ONAN або ONAF, Естафета Бухгольца, пристрій для скидання тиску, індикатори температури масла та обмотки, бачок консерватора та обладнання для онлайн-моніторингу.

Проекти відновлюваної енергетики мають свої вимоги.Сонячні ферми, ВЕС, і можуть використовуватися системи зберігання енергії акумуляторапідвищувальні трансформатори-генератора, колекторні трансформатори або спеціально розроблені трансформатори для підключення до мережі.

A автоматичний вимикачпропускає струм під час нормальної роботи та розриває ланцюг, коли це необхідно.

Якщо виникає несправність, захисне реле виявляє ненормальний стан і надсилає сигнал відключення на автоматичний вимикач. Потім вимикач розмикає ланцюг і запобігає поширенню несправності.

Підстанції високої{0}}напруги можуть використовувати автоматичні вимикачі SF₆ або новіші технології, розроблені з меншим впливом на навколишнє середовище. Вакуумні вимикачі поширені в системах із середньою{2}}напругою.

Правильний вибір залежить від рівня напруги, струму пошкодження, відключаючої здатності, умов експлуатації та вимог проекту.

Роз'єднувачі, які часто називають ізоляторами, в основному використовуються для забезпечення електричної ізоляції під час технічного обслуговування.

Зазвичай вони не призначені для переривання великих струмів замикання. Натомість вони працюють після знеструмлення відповідного ланцюга, що дозволяє обслуговуючому персоналу працювати на обладнанні з чіткою точкою фізичної ізоляції.

Це важлива відмінність:автоматичні вимикачі переривають струм, а роз'єднувачі забезпечують ізоляцію.

Шинопроводи - це провідні з'єднання, які з'єднують вхідні та вихідні кола в межах підстанції.

Можуть використовуватися різні проектиодинарна шина, подвійна шина, кільцева шина, вимикач-і--половина, або інші домовленості. Немає єдиної конфігурації, яка найкраще працює скрізь.

Розташування шин впливає на надійність, гнучкість обслуговування, усунення несправностей і вартість проекту. На критично важливих підстанціях можуть використовуватися складніші механізми, оскільки вони забезпечують більшу гнучкість під час технічного обслуговування або відмов обладнання.

A трансформатор струму (КТ)перетворює високий первинний струм у менший стандартизований вторинний струм, який можна безпечно виміряти за допомогою захисного та вимірювального обладнання.

ТТ зазвичай використовуються для захисту від надточного струму, захисту-від замикань на землю, диференціального захисту, вимірювання енергії та загального моніторингу потужності.

Важливо правильно визначити коефіцієнт і точність КТ. Захисні трансформатори струму, зокрема, повинні працювати належним чином під час високих струмів замикання, тому необхідно враховувати клас точності, навантаження, характеристики насичення та вимоги до захисту.

Трансформатори напруги (VT), також відомі як трансформатори потенціалу (PT), знижують високу напругу в системі до більш безпечного рівня для вимірювання та захисту.

Вони подають сигнали напруги до лічильників, реле, контрольного обладнання та систем моніторингу без прямого підключення цих ланцюгів низької-напруги до системи-високої напруги.

Системи живлення можуть відчувати перехідні перенапруги, спричинені ударами блискавки та перемиканнями.

Обмежувачі перенапругдопомагають захистити трансформатори, розподільні пристрої, кабелі та інше обладнання, обмежуючи ці стрибки напруги та забезпечуючи шлях для енергії стрибків на землю.

Їх вибір залежить від напруги системи, умов заземлення, тимчасової перенапруги та координації ізоляції. Це відносно невеликий компонент порівняно з силовим трансформатором, але його роль, безумовно, не другорядна.

Захисні реле, по суті, є частиною-системи захисту підстанції, яка приймає рішення.

Вони контролюють струм, напругу, частоту, співвідношення фаз та інші електричні параметри. Коли вони визначають ненормальний стан, вони можуть надіслати сигнал відключення відповідному автоматичному вимикачу.

Загальні функції захисту включаютьперевантаження по струму, замикання на землю, диференціал, перенапруга, знижена напруга, підвищена частота, низька частота та дистанційний захист.

Сучасні цифрові реле можуть поєднувати кілька функцій захисту з вимірюванням, записом подій, зв'язком і дистанційним моніторингом. Це зробило системи захисту підстанцій значно ефективнішими, ніж старі електромеханічні конструкції.

Надійна система заземлення необхідна як для захисту обладнання, так і для безпеки персоналу.

Система заземлення забезпечує контрольований шлях для струму пошкодження та допомагає підтримувати напругу дотику та крокову напругу в прийнятних межах. Використовується типова сітка заземлення підстанціїзакопані провідникиізаземлюючі електродиз'єднані з баками трансформаторів, каркасами обладнання, сталевими конструкціями та іншими струмопровідними частинами.

Конструкція заземлення залежить від таких факторів, як питомий опір ґрунту, доступний струм пошкодження, час-усунення пошкодження, розміри сітки та застосовні вимоги безпеки.

Існує кілька способів класифікації електричної підстанції. Найпоширеніші підходи ґрунтуються на його функції, рівні напруги, середовищі встановлення або застосуванні.

A підвищення{0}}підстанціїзбільшує напругу, вироблену генеруючою установкою, до вищої напруги передачі.

Генератор може виробляти електроенергію за відносно низької напруги порівняно з мережею передачі. Підвищувальний трансформатор-генератора підвищує цю напругу перед тим, як електроенергія надходить у систему передачі.

Вища напруга передачі означає менший струм за того самого рівня потужності, що допомагає зменшити втрати в лініях передачі.

Знижена-підстанція робить навпаки.

Він зменшує високу напругу передачі до нижчої напруги для регіонального чи місцевого розподілу. Наприклад, лінія електропередачі 220 кВ може живити підстанцію, де напруга знижена до 110 кВ або 35 кВ.

Звідти додаткове розподільне обладнання може ще більше знизити напругу до того, як електроенергія досягне споживачів.

A розподільна підстанціязазвичай розташований ближче до електричного навантаження.

Він знижує середню-напругу до нижчої напруги розподілу та живить кілька вихідних ланцюгів. Розподільчі підстанції можуть обслуговувати житлові будинки, комерційні забудови, заводи, інфраструктурні проекти та інші навантаження.

Їх конструкція часто компактніша, ніж конструкція великої підстанції, хоча необхідна потужність може бути значною.

Комутаційна підстанція в основному виконує функції комутації та захисту, а не велике перетворення напруги.

Він може з’єднувати різні ланцюги передачі або розподілу, розділяти мережу на секції та підвищувати робочу гнучкість. У деяких місцях комутаційні підстанції використовуються для підвищення надійності без встановлення великих силових трансформаторів.

Промислова підстанція забезпечує електроенергією великі промислові об’єкти, такі як фабрики, шахти, металургійні заводи, хімічні заводи та переробні підприємства.

Ці проекти часто мають високі вимоги до надійності та якості електроенергії. Високі пускові струми, великі двигуни,гармонікичутливе обладнання та безперервні виробничі процеси можуть впливати на конструкцію підстанції.

Центри обробки даних — ще один гарний приклад. Для їхніх електричних систем можуть знадобитися резервні трансформатори, високо-якісний захист, керування гармоніками та ретельно скоординовані системи резервного живлення.

Великі сонячні фотоелектричні станції, вітряні електростанції та системи зберігання енергії від акумуляторів зазвичай потребують спеціальної електричної інфраструктури для підключення до мережі.

Підстанція відновлюваної енергії може включати колекторні трансформатори, розподільні пристрої середньої{0}}напруги, силові трансформатори, системи захисту, вимірювання, компенсації реактивної потужності та обладнання для підключення до мережі.

Конструкція трансформатора повинна враховувати профіль генерації проекту, вимоги-коду мережі, гармоніки, умови навколишнього середовища та умови експлуатації.

Підстанції також можна класифікувати за місцем встановлення обладнання.

Зовнішні підстанції широко використовуються длязастосування середньої- та високої-напруги.

Основне обладнання встановлюється на відкритому повітрі на бетонних фундаментах або сталевих конструкціях. Таке розташування забезпечує достатньо місця для великих трансформаторів, автоматичних вимикачів, збірних шин і з’єднань високої-напруги.

Зовнішні підстанції часто є практичним вибором для великих проектів з передачі та розподілу, особливо там, де є достатньо землі.

На закритій підстанції основне обладнання встановлюється всередині спеціальної будівлі або корпусу.

Цей підхід може бути корисним, коли територія обмежена або коли обладнання потребує додаткового захисту від пилу, вологи, забруднення або несанкціонованого доступу.

На міських підстанціях, промислових об’єктах і проектах із жорсткими просторовими обмеженнями можуть використовуватися внутрішні розподільні пристрої та сухі-трансформатори для створення більш компактної установки.

Підстанції високої{0}}напруги прийнято поділяти напідстанції з повітряною{0}}ізоляцією (AIS)ігазоізоляційні підстанції (GIS).

AIS використовує атмосферне повітря як основне ізоляційне середовище між компонентами під напругою. Зазвичай для цього потрібно більше місця, але обладнання відносно доступне для візуального огляду та обслуговування.

GIS розміщує-високовольтні компоненти всередині герметичних металевих корпусів за допомогою ізоляційного газу або альтернативного ізоляційного середовища. Результатом може стати набагато менший слід, що особливо корисно в містах, промислових зонах, підземних спорудах та інших місцях-з обмеженим простором.

Особливість	AIS	ГІС
Середня ізоляція	повітря	Ізоляційний газ/середовище
Слід	Більший	Більш компактний
Початкова вартість	Загалом нижче	Загалом вище
Місце установки	Потрібно більше землі	Підходить для обмежених сайтів
Доступ для обслуговування	Відносно просто	Більш спеціалізовані
Типові застосування	Комунальні та відкриті{0}}підстанції	Міські, промислові та-обмежені підстанції

Немає універсального переможця між AIS та GIS. Вибір зазвичай зводиться до доступної землі, бюджету проекту, рівня напруги, умов навколишнього середовища, стратегії обслуговування та необхідної площі.

Проектування анелектрична підстанціяпочинається з розуміння електричної системи, яку вона повинна обслуговувати.

Інженери спочатку дивляться на очікуване навантаження, рівні напруги, рівні несправностей, вимоги до надійності, майбутнє розширення та точку підключення до мережі. Ці фактори формують майже кожне подальше дизайнерське рішення.

Трансформаторна потужністьє одним із перших основних міркувань. Трансформатор повинен витримувати очікуване навантаження без зайвих габаритів. У той же час часто необхідний розумний запас для майбутнього зростання.

Постійна робота при надмірному навантаженні може підвищити температуру обмотки та масла, прискорити старіння ізоляції та скоротити термін служби трансформатора.

Умови-короткого замиканнятакож потребують пильної уваги. Автоматичні вимикачі, шини, трансформатори, трансформатори струму, кабелі та інші основні компоненти повинні мати належну стійкість до короткого{1}}замикання та переривання.

Координація захистує ще одним ключовим питанням. Хороша система захисту повинна швидко ізолювати несправність, уникаючи непотрібних відключень справного обладнання. Це звучить просто, але для правильної координації може знадобитися детальне вивчення системи.

Theфізичне розташуваннятакож має значення. Електричні відстані, доступ для технічного обслуговування, прокладка кабелю, протипожежний захист, дренаж, вентиляція, рівень шуму, транспортування обладнання та майбутнє розширення – все це необхідно розглянути перед початком будівництва.

Для великих проектів проектування підстанції зазвичай включає електротехнічні дослідження, специфікації обладнання, проектування захисту та контролю, цивільне будівництво, проектування заземлення, детальну роботу по плануванню та введення в експлуатацію.

Для комунальних служб і EPC підрядників, вибір правильнотрансформатор підстанціїє однією з найважливіших частин проекту.

Специфікація трансформатора зазвичай охоплює номінальну потужність, первинну та вторинну напругу, частоту, векторну групу, імпеданс, діапазон відводів, рівень ізоляції, втрати, підвищення температури, метод охолодження та відповідні стандарти.

Специфікація для масляного-силового трансформаторатакож може охоплювати трансформаторне масло, пристрій консерватора, охолоджувальне обладнання, втулки, перемикач, пристрої моніторингу та інші аксесуари.

Для встановлення всередині приміщень aсухий-трансформаторможе бути практичним варіантом, якщо це доцільно для пожежної безпеки, встановлення в приміщенні, умов навколишнього середовища або вимог до обслуговування.

Вибір трансформатора не повинен базуватися лише на потужності МВА або кВА. Операційне середовище має досить велике значення.

Температура навколишнього середовища, висота установки, профіль навантаження, гармоніки, характеристики генерації відновлюваної енергії, очікувані умови перевантаження та вимоги до мережі можуть впливати на конструкцію трансформатора.

Для проекту з відновлюваної енергетики, наприклад, трансформатор може мати робочий профіль, який дуже відрізняється від звичайного промислового трансформатора. Застосовується той самий основний принцип перетворення напруги, але деталі конструкції можуть бути зовсім іншими.

Обладнання підстанції зазвичай проектується, виготовляється та перевіряється відповідно до відповідних міжнародних, національних стандартів і стандартів-спеціального проекту.

Для силових трансформаторів,IEC 60076є одним із основних міжнародних стандартів. Залежно від місця розташування проекту та вимог замовника також можуть застосовуватися стандарти IEEE та ANSI.

Розподільні пристрої, автоматичні вимикачі, вимірювальні трансформатори, захисне обладнання та інші компоненти підстанції мають власні застосовні стандарти.

Для міжнародних проектів гарною ідеєю є підтвердити необхідні стандарти на початку процесу закупівель. В іншому випадку обладнання, яке виглядає технічно придатним на папері, може потребувати додаткового тестування, документації або змін у конструкції пізніше.

Проблема підстанції рідко залишається ізольованою.

Несправність трансформатора, несправність шини, несправність захисту або несправність автоматичного вимикача можуть призвести до переривання живлення значно більшої території. Для промислових підприємств і центрів обробки даних навіть відносно короткий збій може мати серйозні операційні та фінансові наслідки.

Ось чому на критично важливих підстанціях часто використовуються резервні трансформатори, секційні шини, резервний захист, незалежні джерела живлення керування та кілька рівнів моніторингу.

Моніторинг стану трансформатора також стає все більш важливим.Тестування масла, аналіз розчинених газів (DGA), моніторинг температури, моніторинг вводів і моніторинг часткового розряду в режимі онлайн можуть допомогти виявити проблеми, що розвиваються, перш ніж вони переростуть у серйозні несправності.

Часто набагато легше та дешевше впоратися з раннім попередженням, ніж з несподіваною несправністю трансформатора.

Роль велектрична підстанціязмінюється, оскільки енергетика стає все більш децентралізованою та більш цифровою.

Сонячні електростанції, вітряні електростанції, системи зберігання енергії від акумуляторів, інфраструктура електромобілів, центри обробки даних і великі промислові навантаження створюють нові вимоги до мережі.

Водночас на сучасних підстанціях використовуються інтелектуальні електронні пристрої, мережі зв’язку, дистанційного моніторингу, автоматизованого керування та цифрові системи захисту. Оператори можуть отримати набагато більше інформації про стан обладнання та продуктивність мережі, ніж це було раніше.

Проекти відновлюваної енергетики особливо цікаві, оскільки потоки електроенергії вже не завжди передбачувані чи одно-направлені. Підстанції може знадобитися впоратися зі змінними рівнями генерації, вимогами до реактивної потужності, гармоніками та вимогами до-коду мережі протягом дня.

Це робить продуктивність трансформатора, координацію захисту, якість електроенергії та моніторинг системи все більш важливими.

Анелектрична підстанціяє важливою частиною енергосистеми. Він змінює напругу, контролює потік електроенергії, захищає електричне обладнання, усуває несправності та забезпечує моніторинг, необхідний для надійної роботи мережі.

Трансформатор може бути найбільш помітним і дорогим компонентом, але це лише одна частина системи.Силові трансформатори, розподільні пристрої, автоматичні вимикачі, реле захисту, трансформатори струму, трансформатори струму, шини, розрядники перенапруг, системи заземлення та контрольне обладнаннявсі повинні працювати разом.

Для комунальних підприємств, EPC-підрядників, промислових об’єктів, розробників відновлюваної енергетики та інших енергетичних проектів хороший проект підстанції починається з розуміння фактичних умов експлуатації, а не простого вибору обладнання зі стандартного каталогу.

Оскільки попит на електроенергію продовжує зростати, розширення використання відновлюваних джерел енергії та зберігання акумуляторів прискорюється, а навантаження з високою-щільністю, як-от центри обробки даних штучного інтелекту, створюють більший тиск на мережу, потреба в надійних підстанціях ставатиме все більш важливою.

Для виробників трансформаторів, таких якТрансформатор Yawei, це означає розробку рішень, які можуть адаптуватися до різних рівнів напруги, потужності, умов встановлення та вимог проекту. Трансформатор залишається центральною частиною надійної електричної системи, незалежно від того, чи це підстанція передачі, розподільна підстанція, проект з відновлюваної енергетики, промисловий об’єкт чи інша енергетична інфраструктура.

Зв'язатися зараз

Q: Як швидко ви можете доставити трансформатор?

Відповідь: це залежить від кількості та потужності трансформатора, як правило, протягом одного місяця з дати креслення, підтвердженої покупцем.

З: Як довго ви можете надати гарантію якості?

A: 24 місяці після роботи трансформатора дати.

З: Який спосіб оплати ви приймаєте?

A: Бажано T/T (банківський переказ), акредитив приймається обидва.