Проектирование систем передачи электроэнергии: ключевые соображения и ограничения

Расширение сетей передачи и возникающие ограничения

Электрическая передача энергии от электростанций к подстанциям растет с увеличением потребности в энергии. По мере расширения систем передачи за десятилетиями, избыточная мощность на линиях передачи, кажется, потребляется ростом системы или пользователями передачи, разрабатывающими более экономичные планы для удовлетворения системного спроса. Расширение ведет к большему потреблению, что способствует дальнейшему расширению. Понимание соображений и ограничений, связанных с проектированием систем передачи, даст инженерам понимание того, как это влияет на эксплуатацию и надежность.

Ограничения передачи

Рост расширения приводит к тому, что пользователи потребляют всё больше энергии на основе своего спроса. Затор в передаче энергии возникает, когда передача больше не может вместить увеличенный поток мощности. Причины заторов могут варьироваться, но общая проблема — поток мощности по конкретному маршруту невозможен без риска для надежности. Определим общие ограничения и связанные с ними последствия.

Термические ограничения

Линии передачи имеют свой термический предел, превышение которого может привести к провисанию проводов. Это может привести к неисправности линии, где электрическая дуга возникает к близкой растительности, сооружениям и, конечно, к земле. Когда это происходит, защитные компоненты передачи отключают неисправную линию для сохранения терминального оборудования от серьезных повреждений.

Когда линия отключается для ремонта, другие линии передачи испытывают увеличенные нагрузки для компенсации потерь. Перегрузка может привести к превышению термических пределов эксплуатационных ограничений. Если эта ситуация не будет должным образом сдержана быстро, другие линии, компенсирующие потери, могут пережить тот же сценарий.

Понимание того, что это временное решение только для аварийных ситуаций, и что линии передачи энергии все еще могут превысить свой термический предел. По этой причине линии передачи часто имеют аварийный рейтинг. Этот рейтинг дает конкретное количество времени, позволяющее более высокие передачи нагрузки для минимизации риска достижения термического предела.

Напряженные ограничения (Voltage Constraints)

Обычно реактивность линии передачи энергии на принимающих концах значительно меньше напряжения, приложенного на начальном конце. Более крупные отклонения напряжения выше или ниже номинального значения могут вызвать повреждение оборудования у потребителя или поставщика. Это дает причину для наличия операционного напряженного ограничения для поддержания эксплуатации, соответствующей требованиям. Это ограничение намного важнее в районах, где линии передачи разбросаны и длинны.

Операционные ограничения

Нагрузки постоянно меняются — это могут быть малые или большие изменения. Небольшие изменения нагрузки обычно происходят, когда механическая мощность на стороне генерации подстраивается под электрический спрос. Пока вариация мала, связь между системами может оставаться в синхронизме. Система останется стабильной, пока нагрузки не набирают величину и не осциллируют на низких частотах. Эти осцилляции могут привести к проблемным напряжениям и частотным проблемам, которые могут привести к нестабильности и возможным отключениям.

Крупные осцилляции происходят из-за обслуживания, неисправностей или нарушений в линиях передачи энергии. Более широкие частотные диапазоны могут вызвать неконтролируемые ситуации, которые могут привести к неустойчивости нестационарного состояния. Превентивные меры необходимы для минимизации потенциальной нестабильности.

Напряженная нестабильность происходит, когда системы подвергаются большим потокам реактивной мощности. Это результат разности напряжений от начала до конца линии. Это приводит к падениям напряжения на принимающем конце. Более низкие напряжения увеличивают ток и могут способствовать потерям. Напряженный коллапс — конечное последствие. Потенциально вызывая повреждение оборудования и возможные отключения.

Определение проектирования линии электропередачи

Существует ряд соображений, учитываемых в проектировании линии передачи. Линии передачи энергии имеют специфические параметры, определяющие их. Эти параметры имеют последствия для экологических эффектов. Основные параметры включают:

• Номинальное напряжение
• Длина линии
• Диапазон высот
• Расчетные нагрузки

Номинальное напряжение — приближение к тому, каким был бы фактический линейный напряжение. Фактическое напряжение варьируется на основе сопротивления, расстояния, соединительного оборудования и электрической производительности линии. Диапазон высот примерно означает ожидаемую погоду и рельеф. Расчетная нагрузка также основана на погодном факторе. Например, расчетная нагрузка, которую ветер и лед накладывают на линии передачи энергии и опоры. Это влияет на размеры опор, длины, дизайн опоры, механическую прочность проводника и демпфирование ветра.

Параметры проектирования опор

Опоры линий передачи спроектированы для удержания проводников отдельно от местного окружения и друг от друга. Чем выше напряжения передачи энергии, тем большее расстояние разделения необходимо. Когда дуга может перепрыгнуть от линии передачи к земле, происходит сценарий неисправности к земле. Это когда происходит передача электричества к окружению. Это также может происходить между проводниками. Это называется межфазным коротким замыканием.

Первое проектное соображение — расстояние между проводниками, опорой и другими потенциальными дуговыми структурами. Это дает общее представление о физических размерах опоры. Это включает высоту опоры, расстояние между проводниками и длину изоляторов для монтажа.

Следующее проектное соображение — конструкционная прочность рамы опоры для поддержания первых проектных требований. Это учитывает компонентные, погодные и возможные ударные нагрузки.

Финальное проектное соображение — обеспечение необходимого фундамента для поддержки опоры и предопределенных расчетных нагрузок.

Параметры клиренсов проектирования

Базовая функция опоры — изолировать проводники от окружения, других проводников и потенциальных дуговых структур. Клиренсы основаны на фаза-опора, фаза-фаза и фаза-земля. Фаза-опора клиренсы обычно поддерживаются изоляторными цепями, которые должны учитывать возможное движение проводников. Фаза-земля клиренс основан на высоте опоры, чтобы минимизировать температуру линии и потенциал провисания, и контролировать растительность и потенциальные дуговые структуры. Фаза-фаза разделение контролируется через геометрию опоры и ограничение движения линии.

Проектирование защиты от молний

Чем выше опора, тем выше вероятность потенциального удара молнии. Удары молнии могут привести к значительным повреждениям передачи энергии и потребительского оборудования. Для минимизации повреждений от ударов молнии дополнительный комплект кабелей прокладывается от вершины опоры к земле для следования молнии. Обычно их называют тросами-удароприемниками и они помогают обеспечить предотвращение отказов оборудования.

Проектирование подавления движения проводников

Погодные эффекты, производящие движение проводников, могут потенциально вызвать повреждение оборудования передачи энергии. Наиболее распространенным типом демпфера передачи энергии является демпфер Стокбриджа. Они устанавливаются под проводниками, смежно от точки крепления проводников к опоре. Адекватное предсказание погодных эффектов может помочь в определении требуемого дизайна демпфера для опоры передачи. Они предотвращают вибрационные эффекты погоды от потенциального повреждения коммунального оборудования.

E3.Cable для физического дизайна компоновки

E3.Cable позволяет универсальное сочетание электротехнического и механического CAD в изысканную платформу. Это предоставит инструменты и функции, которые сделают проектирование линий передачи энергии, подстанционных соединений и опор передачи легким и простым. Обеспечивает необходимые функции для предотвращения коллизий дизайна при соблюдении геометрических требований для механических структур.

Позволяет создание взаимосвязанных системных панелей и линий передачи с простыми функциями drag-and-drop snap-in. Создает легкий безошибочный дизайн на основе входных параметров, основанных на спросе пользователя. Предоставляет некоторые из следующих:

• Создание физического представления панелей контроллеров
• Проверка правил проектирования (Design Rule Check)
• Обнаружение коллизий (Clash Detection)
• Предотвращение ошибок размещения

E3.3D Routing Bridge

E3.3D Routing Bridge обеспечивает легкий переход между наиболее используемыми MCAD-программами на рынке к маршрутизации и конфигурации линий передачи энергии. Легко передавать MCAD-файлы в E3.3D Routing Bridge для определения длины и диаметра линии передачи энергии для параметров дизайна. Это предоставляет промежуточный шаг между объединением механических и электротехнических аспектов инженерии в одной простой для использования программе. E3.3D Routing Bridge предоставляет более четкое изображение взаимосвязей между проводниками, линиями передачи энергии, изоляторами и необходимыми клиренсами для достижения операционных инженерных параметров. Оно предоставляет следующие функции:

• Переносимая информация о компонентах в MCAD
• Проверка коллизий компонентов в MCAD
• Учет провисания или изгибов передачи
• Расчет длины линий передачи энергии и сегментов в MCAD

Правильные инструменты проектирования

Понимание ограничений и соображений проектирования — только первый шаг к проектированию лучшего оборудования передачи энергии. Наличие лучших инструментов для производства лучшего качества и надежности будет служить инженерам на порядки лучше. Сделайте следующий шаг в подготовке проектной инженерии.

Прокомментируйте текущие проектные процессы, используемые для ваших систем передачи, и как их можно улучшить.