Compact Substation Selection and Engineering Guide

 

1. Panimula

 

Ang isang compact substation ay isang prefabricated power distribution system na binuo sa pabrika. Pinagsasama nito ang high-voltage switchgear, power transformer, at mababang-voltage distribution equipment, kasama ang pagsukat, proteksyon, kontrol, at mga pantulong na device, lahat ay naka-install sa loob ng selyadong enclosure. Sa pagsasagawa, ito ay isang kumpletong "ready-to-gamitin" na power transformation unit.

Karamihan sa mga bahagi ay paunang-naka-install at nasubok bago ihatid, at ang buong sistema ay inihahatid bilang isang pinagsamang pakete. Pinapabuti ng diskarteng ito ang pagkakapare-pareho at binabawasan ang trabaho sa-konstruksyon sa site, kaya naman malawakang ginagamit ang mga compact substation system sa mga modernong power network.

Ang konsepto ay orihinal na binuo sa Europe at madalas na tinutukoy bilang isang "European-style box substation." Ngayon, ang mga compact na substation ay naging mahalagang bahagi ng matalinong mga sistema ng pamamahagi, lalo na sa mga proyekto ng solar substation at wind power substation kung saan mahalaga ang mabilis na pag-deploy at pagiging maaasahan.

Sa SCOTECH, si G. Li, isang transformer engineer na may higit sa 30 taong karanasan sa larangan, ay madalas na naglalarawan sa compact substation bilang "isang produkto na mukhang simple sa labas, ngunit lubos na nakadepende sa mga detalye ng engineering sa loob."

 

2. Mga Kinakailangang Teknikal at Pagtutukoy​​​​​​​

 

 

 

2.1 Mga Pangunahing Teknikal na Kinakailangan

Dapat matugunan ng system ang mga sumusunod na minimum na pamantayan sa pagganap:

• Pagganap ng pagkakabukod: matatag sa ilalim ng mga kondisyon ng rate ng boltahe
• Kakayahang makatiis ng short-circuit: Higit sa o katumbas ng 20kA / 3s
• Limitasyon sa pagtaas ng temperatura: Mas mababa sa o katumbas ng 65K
• Klase ng proteksyon (outdoor): hindi mas mababa sa IP23D
• Grounding resistance: Mas mababa sa o katumbas ng 4Ω
• Tugma sa lokal na dalas ng grid (50Hz / 60Hz) depende sa rehiyon ng proyekto

Sa mga aktwal na proyekto, ang mga problema sa grounding at ventilation ay mas karaniwan kaysa sa mismong mga transformer failure, lalo na sa coastal at high-humidity regions.

 

2.2 Pangkalahatang Kondisyon sa Pagpapatakbo

Ang isang compact substation ay karaniwang idinisenyo para sa mga sumusunod na kondisyon sa kapaligiran:

• Temperatura sa paligid: -40℃hanggang +40℃(nako-customize para sa matinding klima)
• Altitude: Mas mababa sa o katumbas ng 1000m (ang mas mataas na altitude ay nangangailangan ng derating na disenyo)
• Walang matinding vibration o mechanical shock
• Walang kinakaing unti-unting gas o mabigat na alikabok na kapaligiran
• Iwasan ang baha-prone o mababa{1}}na mga lugar sa pag-install
• Kinakailangan ang mahusay na-maaliwalas na mga kondisyon sa pagpapatakbo

Binanggit ni G. Li na ang mga proyekto sa disyerto at mga proyekto sa baybayin ay maaaring gumamit ng parehong compact na istraktura ng substation, ngunit ang panloob na anti-mga diskarte sa kaagnasan at paglamig ay maaaring ganap na naiiba.

 

2.3 Mga Punto ng Kontrol sa Teknikal na Detalye

Sa pagsasanay sa engineering, ilang pangunahing parameter ang dapat na malinaw na tinukoy bago ang panipi at pagmamanupaktura:

• Na-rate na kapasidad (kVA range)
• Rated na antas ng boltahe (10kV / 20kV / 35kV system)
• Mga kinakailangan sa brand ng bahagi (ABB, Schneider, Siemens, atbp.)
• Antas ng proteksyon (IP rating)
• Material ng enclosure (metal o hindi{0}}metal na istraktura)

Direktang nakakaapekto ang mga parameter na ito sa istraktura ng gastos, oras ng paghahatid, at configuration ng disenyo ng compact na substation. Ang mga ito ay kritikal din sa panahon ng pagsusuri ng tagagawa ng compact substation para sa mga internasyonal na proyekto.

 

3. International Standards and Compliance

 

 

Para sa mga pandaigdigang proyekto, ang pagsunod sa mga internasyonal na pamantayan ay mahalaga. Ang compact na disenyo ng substation ay dapat na nakaayon sa mga kinakailangan ng IEC at rehiyonal na grid upang matiyak ang pagtanggap sa iba't ibang mga merkado.

 

3.1 Mga Pangunahing Pamantayan sa IEC

Ang pinakamahalagang internasyonal na pamantayan ay kinabibilangan ng:

• IEC 62271-202: Prefabricated na mga substation
• Serye ng IEC 60076: Mga power transformer
• IEC 60439 / IEC 61439: Mababang-boltahe na switchgear assemblies
• IEC 62271 series: Mataas na{1}}boltahe switchgear at control equipment

Sa mga proyekto sa ibang bansa, karaniwang binibigyang pansin ng mga customer ang mga ulat ng FAT, data ng pagtaas ng temperatura, at sertipikasyon ng bahagi sa halip na ang karaniwang numero lamang mismo.

 

3.2 Mga Pagkakaibang Pamantayang Pangrehiyon

Ang iba't ibang mga merkado ay may iba't ibang mga inaasahan sa pagsunod. Pangunahing sinusunod ng Europe ang mga kinakailangan ng IEC at CE, habang inilalapat ng United States ang mga pamantayan ng ANSI/IEEE. Ang mga proyekto sa Middle Eastern ay madalas na nangangailangan ng utility-mga partikular na grid code, lalo na para sa mataas na-temperatura na kapaligiran.

 

4. Istraktura ng System at Functional na Disenyo

 

4.1 High Voltage Compartment

Ang mataas na-boltahe na kompartimento ay humahawak sa papasok na kontrol ng kuryente, paglipat, at proteksyon. Karaniwang kinabibilangan ito ng mga vacuum circuit breaker, disconnector, kasalukuyang transformer, at surge arrester. Ang pangunahing tungkulin nito ay upang matiyak ang ligtas na koneksyon sa grid at paghihiwalay ng fault.

 

4.2 Transformer Compartment

Ang kompartimento ng transpormer ay ang pangunahing yunit ng conversion ng enerhiya. Ang isang compact substation transformer ay maaaring maging oil-immersed o dry-type depende sa mga kinakailangan sa application. Ang mga uri ng oil-ay malawakang ginagamit sa mga panlabas na pag-install dahil sa mas mahusay na pagganap ng paglamig, habang ang mga dry-type na transformer ay mas gusto sa sunog-mga sensitibong kapaligiran.

 

4.3 Mababa-Compartment ng Boltahe

Ang mababang-compartment ng boltahe ay responsable para sa panghuling pamamahagi ng kuryente, pagsukat, proteksyon, at kompensasyon ng reaktibong kapangyarihan. Tinitiyak nito ang matatag na boltahe ng output at ligtas na operasyon para sa mga end user.

 

5. Pag-uuri ng Mga Compact Substation

​​​​​​​

 

Ang istraktura at paggana ng isang compact substation ay nag-iiba depende sa mga sitwasyon ng aplikasyon.

Mula sa isang functional na perspektibo, maaaring hatiin ang mga system sa pamamahagi-mga substation na uri at mga substation ng henerasyon-uri. Ang huli ay karaniwang ginagamit sa solar substation at wind power substation projects, kung saan ang kapangyarihan ay pinapataas bago ang grid integration.

Sa istruktura, maaaring kasama sa mga layout ang I-type, U-type, L-type, at modular containerized na configuration. Pinipili ang iba't ibang diskarte sa disenyo ng compact substation batay sa espasyo sa pag-install, mga limitasyon sa transportasyon, at mga kinakailangan sa pagpapanatili.

Mahalaga rin ang adaptasyon sa kapaligiran. Ang mga compact na substation system ay maaaring i-customize para sa coastal corrosion resistance, mataas na -temperatura na operasyon, o mataas na-kondisyon sa altitude.

 

6. Pangkalahatang-ideya sa Pagpili ng Kagamitang Pang-elektrisidad

 

Ang isang compact na substation ay nagsasama ng maraming mga de-koryenteng bahagi, ang bawat isa ay pinili batay sa mga kinakailangan ng system at mga kondisyon ng disenyo ng compact na substation.

Ang mga bahagi ng mataas na-boltahe ay kinabibilangan ng mga vacuum circuit breaker, load switch, isolator, kasalukuyang transformer, at surge arrester. Tinitiyak nito ang ligtas na paglipat at proteksyon ng papasok na kapangyarihan.

Ang mga bahaging mababa ang-boltahe ay kinabibilangan ng mga molded case circuit breaker, air circuit breaker, contactor, relay, metro, at capacitor bank. Direktang nakakaapekto ang kanilang pagganap sa pagiging maaasahan ng compact substation at kalidad ng kuryente.

 

7. Mga Prinsipyo sa Pagpili ng Mga Pangunahing Kagamitan

 

7.1 Logic sa Pagpili ng Circuit Breaker

Ang mga vacuum circuit breaker ay ginustong para sa mga pang-industriyang aplikasyon dahil sa kanilang mataas na kapasidad sa pagsira at mahabang buhay ng serbisyo. Angkop ang mga ito para sa madalas na pagpapatakbo ng paglipat at mga kasalukuyang kapaligiran na may mataas na fault.

Ang mga switch ng load, sa kabilang banda, ay mas matipid-at ginagamit sa mga stable na load system. Gayunpaman, hindi sila makakagambala sa mga short-circuit current at dapat gamitin kasama ng mga piyus.

Para sa mga proyektong pang-export, kailangan ding kumpirmahin ng mga tagagawa ng compact substation ang kagustuhan sa brand, manual o motorized na mga kinakailangan sa pagpapatakbo, at mga detalye ng utility bago ang huling pagpili.

 

7.2 Pagpili ng Low Voltage Breaker

Ang mga mababang-voltage breaker ay dapat piliin batay sa mga katangian ng pagkarga:

• Rated current: 1.25–1.5 × load current
• Antas ng boltahe: 0.4kV system standard
• Mga Pole: 1P / 2P / 3P / 4P
• Breaking capacity: Icu / ics values
• Pagpili ng kurba ng biyahe batay sa uri ng pagkarga

Ang tamang pagpili ng breaker ay mahalaga para sa pangkalahatang pagganap ng proteksyon ng compact substation at pangmatagalang-katatagan ng pagpapatakbo.

 

8. Pagpili ng Transformer at Pagpaplano ng Kapasidad

 

Ang compact substation transformer ay ang pangunahing bahagi ng buong sistema. Sa karamihan ng mga kaso, ang pagpili nito ay direktang nakakaapekto sa kahusayan, pagganap ng kaligtasan, at pangmatagalang{1}}katatagan ng pagpapatakbo.

Ang mga oil-immersed transformer ay malawakang ginagamit sa mga panlabas na aplikasyon dahil sa kanilang mas mahusay na pagkawala ng init at medyo mas mababang gastos. Ang mga dry-type na transformer, sa kabilang banda, ay mas karaniwan sa panloob o sunog-mga sensitibong kapaligiran kung saan mas mataas ang mga kinakailangan sa kaligtasan.

Karaniwang kinakalkula ang kapasidad batay sa aktwal na pangangailangan ng pagkarga, na may karagdagang 10–20% na margin na nakalaan para sa pagpapalawak sa hinaharap. Ang karaniwang hanay ay karaniwang mula 50kVA hanggang 2500kVA, depende sa laki ng proyekto at senaryo ng aplikasyon.

Sa mga proyekto ng renewable energy, ang pagpili ng compact substation transformer ay nakasalalay din sa output ng inverter, boltahe ng koneksyon sa grid, at mga kondisyon sa kapaligiran ng site.

 

9. Enclosure Structure at Mechanical Design

 

Mga materyales

• Metal: bakal, hindi kinakalawang na asero, aluminyo-mga plato na pinahiran ng zinc
• Hindi-metal: GRC, fiberglass reinforced concrete, composite panel

 

Mga Tampok na Pang-istruktura

• Ganap na nakapaloob, hindi tinatablan ng panahon ang disenyo
• IP43 at mas mataas na antas ng proteksyon
• Modular o pinagsamang disenyo ng transportasyon

Ang pagpili ng materyal ng enclosure ay isang mahalagang bahagi ng compact na disenyo ng substation, lalo na para sa baybayin, mahalumigmig, o disyerto na kapaligiran kung saan nagiging kritikal ang resistensya ng kaagnasan at thermal performance.

 

10. Mga Kinakailangan sa Foundation at Pag-install

 

Ang isang matatag na pundasyon ay mahalaga para sa ligtas na operasyon. Ang lakas ng kongkreto ay hindi dapat mas mababa sa C30, at ang dimensional tolerance ay dapat nasa loob ng 5mm.

Ang pundasyon ay dapat na itinaas ng hindi bababa sa 300mm sa itaas ng antas ng lupa upang maiwasan ang akumulasyon ng tubig. Ang grounding resistance ay dapat mapanatili sa loob ng 4Ω, na tinitiyak ang kaligtasan ng kuryente sa ilalim ng mga kundisyon ng fault.

Ang sapat na espasyo sa pagpapanatili ay dapat na nakalaan sa paligid ng kagamitan, karaniwang hindi bababa sa 1.2m.

Para sa mga panlabas na pag-install ng compact substation, inirerekumenda din ang wastong drainage at anti-corrosion treatment para mapahusay ang pangmatagalang-reliability.

 

11. Pag-install at Pag-komisyon

 

Bago mag-energize, dapat kumpletuhin ang isang serye ng mga pangunahing pagsubok, kabilang ang pagsubok sa insulation resistance, pag-verify ng grounding, mga pagsusuri sa relay ng proteksyon, at mga pagsubok na walang-load operation.

Sa panahon ng pag-install, dapat na maayos na matiyak ang mekanikal na pagkakahanay sa pagitan ng compact substation at pundasyon. Kailangan ding sundin ng mga koneksyong elektrikal ang mahigpit na kontrol ng torque at mga kinakailangan sa pagkakabukod.

Depende sa mga pangangailangan ng proyekto, maaaring magbigay ng opsyonal na suporta gaya ng remote commissioning guidance o on{0}}site na teknikal na tulong upang matiyak ang maayos na pagsisimula at maaasahang operasyon.

Para sa mga internasyonal na proyekto ng EPC, maraming mga tagagawa ng compact substation ay nagbibigay din ng dokumentasyon sa pagkomisyon, mga tala ng FAT, at mga serbisyong teknikal na suporta bilang bahagi ng pakete ng paghahatid.

 

Konklusyon

Ang isang compact substation ay isa na ngayong pangunahing solusyon sa imprastraktura para sa mga modernong sistema ng pamamahagi ng kuryente. Sa pagtaas ng demand mula sa mga solar substation, wind power substation, at urban grid upgrades, patuloy na lumalawak ang papel ng mga compact substation system sa mga pandaigdigang proyekto ng enerhiya.

Naniniwala si Mr. Li na ang mga proyektong compact substation sa hinaharap ay maglalagay ng higit na atensyon sa kahusayan sa transportasyon, modular na kapalit, at renewable energy integration kaysa sa mga pangunahing function ng pamamahagi ng kuryente.