Руководство по выбору и проектированию компактной подстанции

 

1. Введение

 

Компактная подстанция представляет собой сборную систему распределения электроэнергии, собранную в заводских условиях. Оно объединяет распределительное устройство высокого-напряжения, силовой трансформатор и распределительное оборудование низкого-напряжения, а также устройства измерения, защиты, управления и вспомогательные устройства, установленные внутри герметичного корпуса. На практике это полностью готовый-к-блок преобразования мощности.

Большинство компонентов предварительно-установлены и протестированы перед поставкой, а вся система поставляется как единый интегрированный пакет. Такой подход повышает согласованность и сокращает объем строительных работ на-площадке, поэтому компактные системы подстанций широко используются в современных энергетических сетях.

Эта концепция изначально была разработана в Европе, и ее часто называют «подстанцией в европейском-стиле». Сегодня компактные подстанции стали ключевой частью интеллектуальных распределительных систем, особенно в проектах солнечных подстанций и ветроэнергетических подстанций, где быстрое развертывание и надежность имеют решающее значение.

В SCOTECH г-н Ли, инженер по трансформаторам с более чем 30-летним опытом работы, часто описывает компактную подстанцию ​​как «продукт, который выглядит простым снаружи, но во многом зависит от инженерных деталей внутри».

 

2. Технические требования и характеристики.​​​​​​​

 

 

 

2.1 Основные технические требования

Система должна соответствовать следующим минимальным стандартам производительности:

• Характеристики изоляции: стабильны при номинальном напряжении.
• Устойчивость к короткому-замыканию: не менее 20 кА/3 с.
• Предел повышения температуры: Меньше или равен 65K.
• Класс защиты (вне помещения): не ниже IP23D.
• Сопротивление заземления: меньше или равно 4 Ом.
• Совместимость с частотой местной сети (50 Гц/60 Гц) в зависимости от региона проекта.

В реальных проектах проблемы с заземлением и вентиляцией встречаются гораздо чаще, чем сами неисправности трансформатора, особенно в прибрежных регионах и регионах с-высокой влажностью.

 

2.2 Общие условия эксплуатации

Компактная подстанция обычно проектируется для следующих условий окружающей среды:

• Температура окружающей среды: от -40 до +40 градусов (настраивается для экстремального климата).
• Высота над уровнем моря: меньше или равна 1000 м (большая высота требует снижения номинальных характеристик).
• Отсутствие сильной вибрации или механических ударов.
• Отсутствие агрессивных газов и тяжелой пыли.
• Избегайте-подверженных затоплению или низменных- мест установки.
• Требуются хорошо-рабочие условия с хорошей вентиляцией.

Г-н Ли отметил, что проекты в пустыне и прибрежные проекты могут использовать одну и ту же компактную структуру подстанции, но внутренние стратегии защиты-коррозии и охлаждения могут быть совершенно разными.

 

2.3 Технические характеристики Контрольные точки

В инженерной практике перед составлением предложения и производством необходимо четко определить несколько ключевых параметров:

• Номинальная мощность (диапазон кВА)
• Номинальный уровень напряжения (системы 10 кВ/20 кВ/35 кВ)
• Требования к брендам компонентов (ABB, Schneider, Siemens и т. д.)
• Уровень защиты (рейтинг IP)
• Материал корпуса (металлическая или не-металлическая конструкция).

Эти параметры напрямую влияют на структуру затрат, сроки поставки и компактную конфигурацию конструкции подстанции. Они также имеют решающее значение при оценке производителей компактных подстанций для международных проектов.

 

3. Международные стандарты и соответствие

 

 

Для глобальных проектов соблюдение международных стандартов имеет важное значение. Компактная конструкция подстанции должна соответствовать требованиям IEC и региональной сети, чтобы гарантировать признание на различных рынках.

 

3.1 Основные стандарты МЭК

К наиболее важным международным стандартам относятся:

• МЭК 62271-202: Сборные подстанции.
• Серия IEC 60076: Силовые трансформаторы.
• IEC 60439/IEC 61439: Сборные распределительные устройства низкого-напряжения.
• Серия IEC 62271: Высоковольтное распределительное и управляющее оборудование.

В зарубежных проектах клиенты обычно обращают пристальное внимание на отчеты FAT, данные о повышении температуры и сертификацию компонентов, а не только на сам стандартный номер.

 

3.2 Различия в региональных стандартах

Разные рынки предъявляют разные требования к соблюдению требований. Европа в основном следует требованиям IEC и CE, тогда как США применяют стандарты ANSI/IEEE. Для проектов на Ближнем Востоке часто требуются специальные-сетевые нормы, особенно для условий с высокими-температурами.

 

4. Структура системы и функциональный дизайн

 

4.1 Отсек высокого напряжения

Отсек высокого-напряжения отвечает за управление входным питанием, коммутацию и защиту. Обычно оно включает в себя вакуумные выключатели, разъединители, трансформаторы тока и ограничители перенапряжения. Его основной функцией является обеспечение безопасного подключения к сети и локализация неисправностей.

 

4.2 Трансформаторный отсек

Трансформаторный отсек является основным блоком преобразования энергии. Компактный трансформатор подстанции может быть масляного-погружного или сухого-типа в зависимости от требований применения. Трансформаторы с масляным-погружным типом широко используются при наружной установке из-за лучших характеристик охлаждения, а трансформаторы сухого-типа предпочтительнее в пожароопасных- средах.

 

4.3 Отсек низкого-напряжения

Отсек низкого-напряжения отвечает за распределение конечной мощности, ее измерение, защиту и компенсацию реактивной мощности. Это обеспечивает стабильное выходное напряжение и безопасную работу для конечных пользователей.

 

5. Классификация компактных подстанций.

​​​​​​​

 

Структура и функции компактной подстанции различаются в зависимости от сценариев применения.

С функциональной точки зрения системы можно разделить на подстанции распределительного-типа и подстанции генерирующего-типа. Последний обычно используется в проектах солнечных подстанций и ветроэнергетических подстанций, где мощность увеличивается перед интеграцией в сеть.

Структурно макеты могут включать в себя тип I-, тип U-, тип L- и модульные контейнерные конфигурации. Различные подходы к проектированию компактной подстанции выбираются в зависимости от места для установки, ограничений транспортировки и требований к техническому обслуживанию.

Экологическая адаптация также важна. Компактные системы подстанций можно адаптировать к прибрежной коррозии, работе в пустыне при высоких-температурах или условиях большой-высоты.

 

6. Обзор выбора электрооборудования

 

Компактная подстанция объединяет несколько электрических компонентов, каждый из которых выбирается в зависимости от системных требований и условий проектирования компактной подстанции.

К высоковольтным-компонентам относятся вакуумные выключатели, выключатели нагрузки, изоляторы, трансформаторы тока и ограничители перенапряжения. Они обеспечивают безопасное переключение и защиту входящей мощности.

К компонентам низкого-напряжения относятся автоматические выключатели в литом корпусе, воздушные автоматические выключатели, контакторы, реле, счетчики и батареи конденсаторов. Их производительность напрямую влияет на надежность компактной подстанции и качество электроэнергии.

 

7. Ключевые принципы выбора оборудования

 

7.1 Логика выбора автоматического выключателя

Вакуумные выключатели предпочтительны для промышленного применения из-за их высокой отключающей способности и длительного срока службы. Они подходят для частых операций переключения и условий с высоким током повреждения.

С другой стороны, переключатели нагрузки более экономичны-и используются в системах со стабильной нагрузкой. Однако они не могут прерывать токи короткого-замыкания и должны использоваться с предохранителями.

Для экспортных проектов производителям компактных подстанций перед окончательным выбором также необходимо подтвердить предпочтения бренда, требования к ручному или моторизованному управлению и технические характеристики энергосистемы.

 

7.2 Выбор низковольтного выключателя

Низковольтные выключатели-должны выбираться в зависимости от характеристик нагрузки:

• Номинальный ток: 1,25–1,5 × ток нагрузки.
• Уровень напряжения: стандарт системы 0,4 кВ.
• Полюса: 1П/2П/3П/4П
• Отключающая способность: значения Icu / Ics.
• Выбор кривой отключения в зависимости от типа нагрузки.

Правильный выбор выключателя важен для обеспечения общей эффективности защиты компактной подстанции и долгосрочной-стабильности работы.

 

8. Выбор трансформатора и планирование мощности

 

Компактный трансформатор подстанции является основным компонентом всей системы. В большинстве случаев его выбор напрямую влияет на эффективность, безопасность и долгосрочную-стабильность работы.

Масляные-трансформаторы широко используются на открытом воздухе из-за лучшего рассеивания тепла и относительно низкой стоимости. С другой стороны, трансформаторы сухого-типа чаще встречаются внутри помещений или в пожароопасных- средах, где требования безопасности более высокие.

Емкость обычно рассчитывается на основе фактической потребности в нагрузке, с дополнительным запасом в 10–20 %, зарезервированным для будущего расширения. Стандартный диапазон обычно составляет от 50 до 2500 кВА, в зависимости от размера проекта и сценария применения.

В проектах по возобновляемой энергетике выбор компактного трансформатора подстанции также зависит от мощности инвертора, напряжения подключения к сети и условий окружающей среды на объекте.

 

9. Конструкция корпуса и механическая конструкция.

 

Материалы

• Металл: сталь, нержавеющая сталь, алюминиевые-оцинкованные пластины.
• Не-металлические материалы: стеклофибробетон, стеклофибробетон, композитные панели.

 

Конструктивные особенности

• Полностью закрытая, защищенная от атмосферных воздействий конструкция.
• Уровень защиты IP43 и выше.
• Модульная или интегрированная транспортная конструкция

Выбор материала корпуса является важной частью проектирования компактной подстанции, особенно для прибрежных, влажных или пустынных сред, где коррозионная стойкость и тепловые характеристики становятся критическими.

 

10. Требования к фундаменту и установке

 

Устойчивый фундамент необходим для безопасной эксплуатации. Прочность бетона должна быть не ниже С30, а допуск на размеры должен быть в пределах 5 мм.

Фундамент должен быть поднят не менее чем на 300 мм над уровнем земли, чтобы предотвратить скопление воды. Сопротивление заземления должно поддерживаться в пределах 4 Ом, чтобы обеспечить электрическую безопасность в условиях неисправности.

Вокруг оборудования должно быть зарезервировано достаточное пространство для обслуживания, обычно не менее 1,2 м.

При установке компактных подстанций на открытом воздухе также рекомендуется обеспечить надлежащий дренаж и -антикоррозионную обработку для повышения долгосрочной-надежности.

 

11. Установка и ввод в эксплуатацию

 

Перед подачей питания необходимо выполнить ряд основных испытаний, включая проверку сопротивления изоляции, проверку заземления, проверку реле защиты и испытания на работу без-нагрузки.

Во время установки необходимо обеспечить надлежащее механическое выравнивание между компактной подстанцией и фундаментом. Электрические соединения также должны соответствовать строгим требованиям по контролю крутящего момента и изоляции.

В зависимости от потребностей проекта может быть предоставлена ​​дополнительная поддержка, такая как руководство по удаленному вводу в эксплуатацию или техническая помощь-на месте, чтобы обеспечить плавный запуск и надежную работу.

Для международных проектов EPC многие производители компактных подстанций также предоставляют пуско-наладочную документацию, записи FAT и услуги технической поддержки как часть пакета поставки.

 

Заключение

Компактная подстанция в настоящее время является основным инфраструктурным решением для современных систем распределения электроэнергии. С ростом спроса на солнечные подстанции, ветровые подстанции и модернизацию городских сетей роль компактных систем подстанций в глобальных энергетических проектах продолжает расширяться.

Г-н Ли считает, что в будущих проектах компактных подстанций больше внимания будет уделяться эффективности транспортировки, модульной замене и интеграции возобновляемых источников энергии, а не только базовым функциям распределения электроэнергии.