132/33 kV-os alállomások tervezési útmutatója a hálózatbővítéshez

A globális energiaigény rekordsebességgel növekszik. A nehézipar gyors villamosítása, a hiperképes adatközpontok robbanásszerű fejlődése és a hatalmas tengeri megújuló energiaprojektek integrációja miatt a meglévő régiós villamosenergia-hálózatok elértek hőmérsékleti határukat. A katasztrofális hálózati összeomlás megelőzése érdekében a villamosenergia-szolgáltatók és az EPC (tervezés, beszerzés és építés) vállalkozók jelenleg óriási, generációs szintű hálózatbővítési projekteket hajtanak végre.

Ezeknek az infrastrukturális fejlesztéseknek a központjában áll a 132/33 kV-os alállomás.

A helyileg szabványosított közepes feszültségű elosztódobozoktól eltérően egy 132/33 kV-os alállomás a kritikus, nagy terhelhetőségű híd szerepét tölti be a nagyfeszültségű országos átviteli hálózat és a régiókra szakított elosztóhálózatok között. A 132 000 volton érvényes mérnöki tűréshatárok kegyetlenek. Ezen a szinten egyetlen tervezési hiba nem csupán egy gyárat állít le; egész várost sötétségbe borít.

Mint az elektromos berendezések nagyüzemi szolgáltatója, világszerte tanácsadást nyújtunk átviteli nagyprojektekhez. Ha egy új 132/33 kV-os alállomás tervdokumentációját készíti, az alábbiakban felsoroljuk azokat a kritikus térbeli, redundancia- és automatizálási szempontokat, amelyeket mérnöki csapatának figyelembe kell vennie, hogy évtizedekre biztosítsa a hálózat stabilitását.

1. Térbeli topológia: AIS vs. GIS

Történetileg a város szélén egy 132/33 kV-os alállomás számára szükséges terület megszerzése viszonylag olcsó és egyszerű volt. Az építészek természetes módon az levegővel szigetelt kapcsolóberendezések (AIS) topológiáját választották. Azonban mivel a környező levegő gyenge dielektromos közeg, a 132 kV-on szükséges fázis-fázis és fázis-föld biztonsági távolságok rendkívül nagyok. Egy AIS-alapú 132/33 kV-os alállomás általában több hektár kerített területet, kiterjedt acél rácsos szerkezeteket és kiterjedt réz földelő hálózatot igényel.

Manapság a hálózatbővítések gyakran sűrű elővárosi vagy ipari területeken keresztül kell, hogy hatoljanak be, ahol a terület hiányos és kifizethetetlenül drága. A modern megoldás az 132/33 kV-os alállomás-tervezés áttérte a nagyfeszültségű gázisolt Váltóállvány (GIS) .

Azáltal, hogy a buszvezetékeket, megszakítókat és szétválasztókat földelt alumínium csövekbe helyezzük, amelyeket nyomott SF6 gázzal (vagy modern, környezetbarát gázalternatívákkal) töltünk fel, a dielektromos távolság méterekről csupán milliméterekre csökken.

Bár a GIS-alapú 132/33 kV alállomás kezdeti hardveres CAPEX-kiadása magasabb, a civil földmunkákban, a területbeszerzésben és a hosszú távú OPEX-ben elért jelentős megtakarítások miatt ez a modern villamos hálózat-bővítések pénzügyileg előnyösebb választása.

2. Transzformátor méretezése és az N-1 biztonsági tervezés

A létesítményen belül a legdrágább és legfontosabb eszköz a transzformátor. Mivel országos hálózati szintekkel foglalkozunk, ezek nem szokványos kereskedelmi egységek; hanem erősen testre szabottak. nagy teljesítményű átalakítók tömegük 80–120 tonna fölé emelkedik.

Amikor egy új 132/33 kV alállomás teljes kapacitását határozzák meg, a hálózattervezők nem egyszerűen a régió jelenlegi csúcsfogyasztásához igazíthatják a méretet. Szigorúan alkalmazniuk kell az „N-1 biztonsági kritériumot”.

Az N-1 szabály előírja, hogy egy 132/33 kV alállomásnak képesnek kell lennie a régió abszolút csúcsfogyasztásának ellátására akkor is, ha legnagyobb egysége váratlanul meghibásodik. Ezért egy megfelelően tervezett 132/33 kV alállomás ritkán támaszkodik egyetlen, óriási transzformátorra. Ehelyett a tervezők két vagy három párhuzamosan működő egységet telepítenek.

Például, ha egy fejlődő ipari zóna csúcsigénye 100 MVA, akkor az 132/33 kV-os alállomást ideális esetben két 100 MVA-os egységgel (vagy három 50 MVA-os egységgel) kell tervezni. Ha egy távvezetéki transzformátor belső hibája miatt meghibásodik, vagy rutin olajszűrés céljából lekapcsolják, a fennmaradó egységek azonnal átveszik a terhelést anélkül, hogy a régiós hálózat ellátása egyetlen másodpercig is megszakadna.

3. Dinamikus feszültségszabályozás OLTC segítségével

A hálózatbővítési projektek gyakran hosszú távolságokra történő áramellátást igényelnek. Amíg az áram száz kilométereken át utazik egy távoli vízerőműből vagy szélerőműből az 132/33 kV-os alállomására, a vezetékek ellenállása miatt jelentős feszültségesés következik be.

Az 132/33 kV-os alállomásának ezt a minőségromlást ki kell egyenlítenie, mielőtt az áramot továbbítja a 33 kV-os hálózatra.

Ennek eléréséhez az alállomás nagy teljesítményű transzformátorait erősített Terhelés alatti fokozatszabályozókkal (OLTC) az OLTC lényegében egy mechanikus sebességváltó a transzformátorhoz, amely fizikailag hozzáadja vagy eltávolítja az aktív tekercsek meneteit, hogy valós időben szabályozza a feszültségviszonyt – a teljesítményáramlás megszakítása nélkül. Amikor a regionális villamosenergia-igény este csúcsot ér, és a távvezeték feszültsége leesik, az 132/33 kV-os alállomáson belüli automatizált OLTC bekapcsol, így biztosítva, hogy a kimenő teljesítmény pontosan 33 000 volton maradjon stabil.

4. Rövidzárlati hibaszintek és digitális automatizálás

132 kV-on a rövidzárlati áramok erősen romboló hatásúak. Ha hiba keletkezik a hálózaton – például villámcsapás vagy lezuhanó távvezetéki oszlop esetén – az 132/33 kV-os alállomáson belüli védőreléknek csak ezredmásodpercek állnak rendelkezésre ahhoz, hogy azonosítsák a hiba helyét, és kikapcsolják a megfelelő megszakítókat a hiba elkülönítéséhez.

A régi alállomások lassú, karbantartás-igényes elektromechanikus relékre támaszkodtak. Egy modern, bővíthető 132/33 kV-os alállomást teljesen digitális csomópontként kell megépíteni az IEC 61850 szabványnak megfelelően.

A 132/33 kV-os alállomás digitalizálásával az intelligens elektronikus eszközök (IED-k) gyors, száloptikás kábeleken keresztül kommunikálnak, nem pedig nagy, sebezhető rézvezeték-csomókon keresztül. Ez lehetővé teszi a központi SCADA (felügyeleti vezérlés és adatgyűjtés) rendszer számára, hogy a teljes 132/33 kV-os alállomás valós idejű állapotát – például olajhőmérsékletét, gáznyomását és megszakítók állását – egy országos hálózatirányító központból, száz kilométerre lévő helyről is figyelemmel kísérje.

Végleges stratégiai tanács a hálózatfejlesztőknek

Egy nagyfeszültségű hálózati csomópont tervezése és felszerelésének beszerzése a nehézipari infrastruktúra egyik legösszetettebb logisztikai feladata. Egy 132/33 kV-os alállomás 40 éves beruházás, amely szó szerint meghatározza egész földrajzi régiók gazdasági növekedési potenciálját.

Nem engedheti meg magának, hogy a feszültségváltó berendezései és transzformátorai között integrációs eltérések lépjenek fel. A beszerzési kockázat kiküszöbölése és a projektidők gyorsítása érdekében a hálózattervezőknek közvetlenül egy függőlegesen integrált, első szintű felszerelésgyártóval kell együttműködniük. Ha a földkábel-hálózati (GIS) architektúráját, védőreléit és nagy teljesítményű transzformátorait egyetlen, bevált szállítótól szerzi be, akkor garantálhatja, hogy az újonnan üzembe helyezett 132/33 kV-os alállomása kiváló hálózati stabilitást, maximális N–1 redundanciát és évtizedekig tartó zavartalan áramellátást biztosít.