پست فشار قوی چیست؟
پست فشار قوی چیست؟
پست های فشار قوی برق از نظر تبدیل ولتاژ و یا فراهم آوردن تجهیزات کلیدزنی میتوانند مدلهای مختلفی داشته باشند. از مهم ترین پست های فشار قوی می توان به مدل های نیروگاهی، پست های کلید زنی و پست های کاهنده اشاره کرد. پست نیروگاهی اغلب در محوطه ی نیروگاه ساخته شده و به صورت افزاینده است. در این پست ولتاژ خروجی نیروگاه افزایش داده شده و به ولتاژ انتقال تبدیل می شود. پست های کلید زنی به منظور اتصال خطوط و افزایش قابلیت مانور ساخته می شوند. در این پست ها تبدیل ولتاژ انجام نشده و از انواع سکسیونرها و بریکر ها استفاده می شود. پست های کاهنده در قسمت های انتهایی شبکه وجود داشته و ولتاژ انتقال را به سطوح دیگر مانند فوق توزیع و توزیع تبدیل می کنند. پست های کاهنده در اطراف شهر و مناطق صنعتی احداث می شوند.
نوع تجهیزات پست فشار قوی و محل استقرار آنها بسیار مهم است. از این نظر میتوان پستها را در مدلهای عایق هوا، گازی، ترکیبی، زیر زمینی و غیره دسته بندی کرد. در تصویر زیر تجهیزات گازی استفاده شده در یک پست انتقال شامل سکسیونرها، بریکر و باسبار را مشاهده میکنید.
طراحی پست فشار قوی
جهت احداث پست برق فشار قوی به نقشه های دقیقی نیاز است. به صورت کلی دیاگرامها در پستهای فشار قوی روی موارد زیر متمرکز می شوند:
- نوع پست از نظر سوئیچینگ یا مبدل
- مکان یابی
- نوع و آرایش تجهیزات مانند تعداد باسبارها، کوپلاژها، ترانسفورماتورها،
- تعداد و نوع خطوط ورودی و خروجی
- محل قرارگیری فیزیکی تجهیزات
- سیستمهای حفاظتی
- سیستم ارت
- جبران سازی توان راکتیو
- سیستمهای تامین برق اضطراری مانند UPS
- سیستمهای مانیتورینگ
- ساختمان پست
- سیستم روشنایی و غیره
طراحی دیاگرامهای الکتریکی مربوط به پست برق فشار قوی با پاسخ به سوالهای چرا، کجا و با چه خصوصیاتی آغاز میشود. توسعهی شبکهها، افزایش بار، اتصال یک نیروگاه جدید، فرسودگی تاسیسات، افزایش قابلیت پایداری، صادرات، واردات و غیره میتوانند یک چرای محکم برای احداث پستهای فشارقوی جدید و یا توسعهی پستهای قدیمی باشد.
پس از مشخص کردن نوع پست از نظر مبدل یا کلیدزنی باید در مورد محل احداث پست نیز به دقت تحقیق شود. در نظر داشته باشید که یک اشتباه در طراحی پروژههای گران قیمتی مانند احداث پست، میتوان هزینههای سنگینی را درپی داشته باشد. برای اینکار میتوان سوالهای مهمی را مطرح کرده و به آنها پاسخ داد:
- آیا تغییر در ظرفیت تجهیزات یک پست قدیمی نیاز ما را پوشش میدهد؟ ب عنوان مثال جایزگزینی ترانسفورماتورهای موجود با مدلهای قدرتمندتر
- آیا میتوان یک پست قدیمی را توسعه داد تا شرایط کنونی و آینده را پوشش دهد؟ مانند اضافه کردن تجهیزات جدید به پستهای در حال کار
- آیا در محل تاسیسات دیگر مانند نیروگاهها میتوان یک پست جدید احداث کرد؟
- آیا با احداث یک پست سیار یا موبایل نیازهای کنونی رفع میشود؟
- آیا نیاز است یک پست کاملا جدید احداث شود؟
- آیا این پست نیاز به توسعههای بعدی خواهد داشت؟
در تصویر زیر نمونهای از یک پست سیار یا موبایل را مشاهده می کنید.
ساخت پست فشار قوی از انتخاب محل آن شروع می شود. از طریق دیاگرامهای G.I.S یا نشه های جغرافیایی می توان بهترین محل احداث پست را انتخاب کرد. هنگام انتخاب محل پست باید آیتم های زیر را مدل نظر قرار دهیم:
- تاسیاست و شبکههای موجود
- دسترسی
- امنیت
- توسعههای بعدی و غیره
مد نظر قرار دادن تاسیسات و بسترهای موجود؛ هزینههای کلی و نیاز به احداث خطوط جدید جهت اتصال را کاهش داده و در نهایت نوع تجهیزات پست فشار قوی را مشخص میکند. محل احداث، نوع پست، سطح ولتاژ و اهمیت آن تا حد زیادی آرایش و جزئیات تجهیزات را مشخص می کند. آرایش به معنی نحوهی قرارگیری تجهیزات، تعداد باسبارها، تعداد بریکرها، سکسیونر ها و غیره است. جزئیات تجهیزات نیز به مدل های معمولی، گازی و غیره اشاره می کند. به عنوان مثال اغلب پستهای فشار قوی که در خارج از شهرها احداث میشوند از نوع عایق هوا A.I.S: Air-Insulated Substation یا نصب در محلهای باز هستند. طبق تصویر تمام این تجهیزات با فاصلهی بسیار زیاد از یکدیگر در فضای گستردهای قرار داده میشوند. این گروه از پستها نسبت به مدلهای دیگر ساده و ارزانتر هستند ولی فضای بسیار زیادی اشتغال میکنند. در این تصویر نمای جانبی و بالا از یک پست 110 کیلو ولت با آرایشIn-Line را مشاهده می کنید.
پستهای فشار قوی تنها در بیابانها قرار نداشته و در اغلب اوقات نیاز است در دل یک شهر، مراکز صنعتی و یا مراکز تجاری بسیار بزرگ نیز احداث شوند. این پستها بیشتر از نوع کاهنده بوده و جهت تبدیل ولتاژ فشارقوی به فشار متوسط استفاده میشوند. این پستها در ایران تحت عنوان پستهای فوق توزیع نیز شناخته میشوند. با ترکیب تجهیزات و کوچک تر کردن سایز آنها می توان پستهای فشرده یا ترکیبی را با عنوان های Mixed Technology یا Compact/Hybrid طراحی کرد. برخی از روش های ترکیب و کوچک کردن تجهیزات عبارتند از:
- قرار دادن بریکر در یکی از مقرههای ورودی سکسیونر Side-break disconnector
- قرار دادن بریکر و سکسیونر در یک محفظهی پر از گاز یا روغن Dead Tank
- استفاده از بریکرهای قابل جابجایی
- ترکیب تجهیزات قابل نصب در فضای باز با تجهیزات گازی
در تصویر یک بریکر Dead Tank را مشاهده می کنید.
کوچک تر کردن، ترکیب و یا حذف کردن برخی از تجهیزات مزایای زیادی دارد. کاهش تجهیزات علاوه بر کاهش فضا باعث کاهش خطاهای الکتریکی و غیر الکتریکی می شود. در تصویر زیر استفاده از بریکرهای قابل جابجایی در یک پست با یک باسبار و ترانسفورماتور کوچک تا حد زیادی ابعاد پست را کاهش داده است.
باتوجه به تراکم بالای ساختمانها و ارزش زمین در مراکز شهرها از پستهای دیگری تحت عنوان پستهای گازی G.I.S: Gas-Insulated Switchgear for Substations استفاده میشود. این پستها اغلب در فضای سرپوشیده و به صورتهای روی زمینی و زیر زمینی احداث می شوند. پست های گازی نسبت به مدلهای قبلی فضای بسیار کمتری اشغال میکند زیرا تمام قسمتهای برق دار آن ها در محفظههای پر از گاز قرار دارد.
پروسه طراحی پست پس از مشخص کردن نوع و محل احداث آن آغاز می شود. معمولا اولین بخش از طراحی پست مربوط به طراحی نقشه ی تک خطی است. در این دیاگرام به صورت کلی مشخص میشود که پست به چه منظوری، با چه آرایشی و با چه تعداد ورودی و خروجی احداث خواهد شد. اصطلاح آرایش یا شینهبندی به تعداد و مدل اتصال باسبارها در یک پست اشاره میکند. در واقع طرح شینهبندی و تجهیزات اتصال دهندهی آنها به یکدیگر مانند بریکرها و سکسیونرها، میزان قابلیت اطمینان پست را مشخص می کند. آرایش پست در روشهای بهرهبرداری، ابعاد، تعداد تجهیزات و در نتیجه هزینهی تمام شده پست نیز بسیار مهم است. در تصویر زیر شمای تک خطی و اجزای یک بی سوئیچگیر گازی را مشاهده می کنید.
در تصویر زیر دیاگرام تک خطی یک پست تبدیل با دو خط ورودی، دو ترانسفورماتور، دو باسبار و چهار فیدر خروجی را مشاهده می کنید. این آرایش تحت عنوان شینهی سادهی تقسیم شده با بریکر و سکسیونر شناخته میشود.
جهت مطالعه ده ها مقاله ی تخصصی دیگر، بخش مقالات طراحی تاسیسات فشار متوسط را مشاهده کنید.
حفاظت در پست های فشار قوی
در پستهای فشار قوی برق بخشهای حفاظتی بسیار متنوع و پیچیدهای وجود دارد. بخش حفاظتی شامل حفاظت خطوط یا فیدرهای ورودی، حفاظت ترانسفورماتورها، باسبارها، فیدرهای خروجی، سیستمهای جبران سازی مانند خازن، راکتور و غیره می شود. پلنهای حفاظتی با توجه به المانهای مختلفی مانند وظیفه، عملکرد، نوع و تعداد ورودیها، سطح ولتاژ، اهمیت تجهیزات تحت حفاظت، نوع تجهیزات تحت حفاظت، اهمیت تاسیسات در پایداری شبکه، اهمیت بار و غیره طراحی میشوند. با توجه به تنوع تاسیسات نمیتوان برای پست ها تنها یک طرح کلی و ثابت ارائه کرد. دیاگرامهای مربوط به هر بخش به صورت جداگانه طراحی و در انتها ارتباطهای مورد نیاز با بخشهای دیگر و حفاظتهای پشتیبان به آنها اضافه میشود.
ارتباط با بخش های دیگر میتواند به صورت الکتریکی و یا به صورت شبکههای انتقال اطلاعات باشد. ارتباط بین سیستمهای حفاظتی و کنترلی تنها به یک پست محدوده نشده و در تاسیسات بسیار مهم، بین دو یا چند پست نیز برقرار میشوند. طراحی این قسمت نیز با اضافه کردن جزئیات بیشتر از جمله ترانسفورماتورهای ولتاژ، جریان و فانکشنها به دیاگرامهای تک خطی آغاز میشود. به عنوان مثال در تصویر زیر، حفاظت یکی از فیدرهای خروجی از پست فشارقوی با فانکشنهای مختلف از جمله اتو ریکلوزر را مشاهده میکنید. در ادامه و برای آشنایی بیشتر با پلنهای حفاظتی مختلف در پست فشار قوی، چند دیاگرام آورده شده است.
بارها یا مصرف کنندهها در یک شبکهی حقیقی از نظر میزان توان درخواستی و محل قرارگیری بسیار متنوع و پراکنده هستند. پراکندگی بارها باعث می شود تا نتوان تمام بارهای موجود در شبکه را به صورت متمرکز و توسط یک نیروگاه تامین کرد. از طرفی تامین برق مصرف کنندهها توسط یک نیروگاه ضریب اطمینان بالایی ندارد. فرض کنید هر استان از طریق نیروگاه محلی خود تغذیه شود. در این شرایط هرگونه خروج نیروگاه به صورت بابرنامه و بدون برنامه باعث بروز خاموشیهای طولانی مدت خواهد شد. برای رفع مشکلات فوق معمولا تمام نیروگاهها و مصرف کنندهها از طریق خطوط انتقال به یکدیگر متصل شده و یک شبکهی سراسری را به وجود میآورند. در این روش تفاوتی نمیکند که کدام نیروگاه و یا چه فاصلهای در حال تامین توان مورد نیاز شبکه است.
خطوط فشار قوی میتوانند از چند نقطهی متفاوت تغذیه شده و حالتهای مختلفی از نظر جهت جریان داشته باشند. در این شبکه حفاظت خطوط ورودی و خروجی پستهای فشار قوی بسیار پیچیده بوده و شامل فانکشنهای خاصی مانند جهت یابی، فاصله یابی، مشخص کردن نوع خطا و غیره می شود. در تصویر زیر سیستم حفاظتی یک بی خط ورودی به پست فشار قوی را مشاهده میکنید. فانکشن های حفاظتی معمولا با کدهای استاندارد نمایش داده می شود. فانکشنهای این خط عبارتنداز:
- کد 79 مربوط به رلهی وصل مجدد
- کد L87 مربوط به رلهی دیفرانسیل خط
- کد BF مربوط به سیستم تشخیص اشکال در بریکر
- کد 25 مربوط به کنترل سنکرون
- کد 59 مربوط به اضافه ولتاژ
- کد N21/21 مربوط به رله دیستانس
- کد N67 مربوط به اضافه جریان جهت دار
- کد 85 مربوط به اتصال به تجهیزات حفاظتی انتهای خط
خطوط فشار قوی از چند سو تغذیه، وضعیت کاملا مشخصی از نظر جهت جریان ندارند. در خطوط دو سو تغذیه معمولا سیستمهای حفاظتی مجهز به المانها تشخیص جهت خطا و جدا سازی همزمان از دو پست مختلف هستند. جهت ارتباط بین دو پست مختلف از روش تله پروتکشن Teleprotection استفاده می شود. این ارتباط بین سیستمهای حفاظتی خطوط در پستهای مختلف بوده و میتواند به صورت سیمهای مستقل، فیبر نوری مستقل، استفاده از سیم گارد و غیره طراحی شود. ارتباط تله پروتکشن Teleprotection تنها جهت صدور فرمان قطع از یک سمت نبوده و در برخی موارد جهت تشخیص خطا نیز استفاده میشود. در تصویر زیر استفاده از فانکشن دیفرانسیل خط با کد L87 و راتباط بین آنها در دو پست مختلف را مشاهده میکنید.
در خطوط فشار قوی حفاظت های دیگری مانند حفاظت اضافه جریان، خطای زمین، حفاظت های جهت دار و غیره نیز وجود دارد. این فانکشنها گاها به عنوان حفاظت پشتیبان نیز شناخته میشوند. جهت حفاظت ترانسفورماتور پست فشار قوی از بریکرها و فانکشنهای بیشتری استفاده خواهد شد. در نظر داشته باشید سیستم حفاظت ترانسفورماتور با توجه به ظرفیت و نوع آن میتوان بسیار متنوع باشد. در حفاظت ترانسفورماتورهای معمولی از دو بریکر اولیه و ثانویه استفاده میشود. جهت حفاظت اتوترانسفورماتور یا ترانسفورماتورهای سه سیم پیچه به سه بریکر نیاز است. در تصویر زیر سیستم حفاظت ترنسفورماتور معمولی به همراه فانکنشنهای آن از جمله حفاظتهای جریانی و دیفرانسیل را مشاهده میکنید. در پست فشار قوی حفاظتهای دیگری جهت باسبار و فیدرهای خروجی نیز وجود دارد. جهت کسب اطلاعات بیشتر مقاله ی حفاظت ترانس را مطالعه کنید.
بخش های دیگر پست فشار قوی
مسائل مربوط به سیستم زمین نیز در پستهای انتقال اهمیت زیادی دارد. در این محیط تنها کوبیدن چند میله و یا قراردادن صفحه در زمین کافی نیست. پست های فشار قوی باید دارای یک پلن دقیق و محاسبه شده برای اتصال زمین باشند. دیاگرامهای مربوط به سیستم زمین مشخص کننده ی هدف، روش اجرا و مواد اولیه هستند. به عنوان مثال در تصویر زیر ابعاد و روش اجرای یک شبکهی زمین در پست را مشاهده میکنید.
پستهای فشار قوی همانند نیروگاهها دارای چندین سطح کنترلی از جمله ادوات نصب شده در محل هر تجهیز، مرکز کنترل داخل سایت و مراکز کنترل بیرون از سایت هستند. این بخشها از نظر تغذیهی الکتریکی، اتصال به ترانسهای ولتاژ و جریان، درگاههای ارتباطی، روشهای نصب، بهرهبرداری و غیره شرایط متفاوتی دارند. با توجه به موارد ذکر شده در مجموعه اسناد یک پست فشار قوی دیاگرامهای دیگری جهت نمایش وضعیت و اتصالات سیستمهای حفاظتی و رلهها، UPSها، باطریها، خطوط DC، خطوط AC به صورت تکفاز و سه فاز، شبکههای انتقال اطلاعات، سیستمهای روشنایی، امنیتی و غیره نیز وجود دارند.
خطوط فشار قوی
انرژی الکتریکی در نیروگاههای مقیاس بزرگ معمولا با ولتاژ فشار متوسط تولید می شود. ولتاژ خروجی مولد ها با ترانسفورماتورهای نیروگاهی افزایش پیدا کرده و در نهایت به خطوط انتقال تزریق میگردد. تاسیسات مختلفی در پروسهی تولید و انتقال انرژی الکتریکی مانند نیروگاهها، شبکهها و پستها وجود دارد. پستها و خطوط فشار قوی جهت انتقال توان الکتریکی نیروگاه ها با مقادیر بالا در مسافتهای طولانی ساخته می شوند. در تصویر زیر نحوه ی ارتباط پست ها توسط خطوط فشار قوی را مشاهده می کنید. این دیاگرام اصطلاحا نقشه ی جغرافیایی یا GIS نام دارد.
دیاگرامهای خطوط فشارقوی بیشتر مربوط به نوع خط، نوع و سطح ولتاژ، موقعیت جغرافیایی، تعداد مدار، تجهیزات نصب شده در خط، نقاط خاص مانند جابجایی فاز، تغییر نوع خط، هادی، کابل، آرایش، طول خط، فاصله با دیگر قسمتها یا حریم، سیستمهای حفاظتی، سیستمهای ارت، روش اتصال به خطوط یا پستها و غیره میشود. نیاز سنجی اولین قدم در طراحی و احداث خطوط فشارقوی است. خطوط فشارقوی به علتهای مختلفی از جمله اتصال نیروگاه یا پست جدید به شبکه، توسعهی شبکه، افزایش پایداری شبکه، ایجاد تغییر در خطوط قدیمی و غیره احداث میشوند.
بحث نیاز سنجی با مطالعهی شبکهی فعلی و استناد به دیاگرامهای دیگر از جمله G.I.S آغاز میشود. با قطعی کردن تصمیم برای احداث یک خط جدید باید بررسی تاسیسات موجود و انتخاب بهترین مسیر انجام شود. این آیتم ها میتواند هزینههای احداث خطوط جدید را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. سطح ولتاژ، نوع ولتاژ، مسافت و محل احداث از عوامل مهم در انتخاب نوع خط هستند. خطوط فشارقوی در اکثر اوقات به صورت هوایی اجرا میشوند ولی در شرایط خاص می توان از خطوط کابلی و خطوط گازی نیز استفاده کرد. این شبکهها میتوانند به صورت مستقیم در زمین دفن شده و یا در کانالهای خاصی قرار بگیرند.
هنگام احداث خطوط زمینی کابلی یا گازی موارد زیر بسیار مهم هستند:
- موقعیت جغرافیایی کل مسیر
- اطلاعات بستر دفن یا قرارگیری
- عمق دفن
- فاصله از طرفین
- نقاط جابجایی
- نصب تجهیزات
- طول واحدها
- فاصله با مدارها و تاسیسات دیگر
- موقعیت جغرافیایی نقاط مفصل، تغییر سایز، تغییر نوع کابل و غیره
در خطوط هوایی این اطلاعات مربوط به موارد زیر خواهد شد:
- موقعیت جغرافیایی کل مسیر
- اطلاعات تاورها
- اطلاعات هادیها
- اطلاعات مقرهها
- آرایش و تعداد مدار
- سیستم زمین
- حریمها
- موقعیت جغرافیایی نصب تجهیزات و نقاط جابجایی فاز یا تغییر سایزهادی
نوع ولتاژ و سیستم انتقال آن در طراحی خطوط فشار قوی بسیار مهم است. در شبکههای معمول از انتقال ولتاژ متناوب به صورت سهفازه استفاده میشود اما روشهای دیگری مانند انتقال ولتاژ بالای DC با تعداد هادیهای کمتر نیز وجود دارد.
با کنارهم قرار دادن اطلاعات مهمی مانند تاسیسات الکتریکی و غیر الکتریکی موجود، نوع ولتاژ، سطح ولتاژ، اطلاعات جغرافیایی محل احداث، تعداد مدارهای مورد نیاز، میزان توان عبوری از خط و غیره میتوان به یک جمع بندی کلی برای طراحی خطوط فشار قوی دست پیدا کرد. این اطلاعات به صورتهای مختلف در دیاگرامها ترسیم شده و در اختیار شرکتهای مجری قرار می گیرد. تصویر کنید نیاز باشد تا یک خط فشار قوی هوایی از نوع جریان متناوب بین دو نقطه احداث شود. برای اینکار ابتدا یک دیاگرام جامع از مسیر عبور به صورت جغرافیایی تهیه میشود.
در نظر داشته باشید که یک خط در مسیر خود ممکن است با رودخانهها، جنگلها، جادهها، تاسیسات آب، گاز و غیره برخورد کند.در این دیاگرام با دقت مشخص میشود که خط از چه مسیری عبور کرده و نسبت به عوامل طبیعی و تاسیسات دیگر چه شرایطی و فاصلههایی دارد. هر یک از موارد ذکر شده از نظر فاصله با خطوط برق دارای قوانین خاصی هستند که باید در ترسیم دیاگرام جغرافیایی قبل از اجرا لحاظ شود. از طرفی مسیر عبور خط تا حد زیادی ساختار مکانیکی مانند اندازه و ارتفاع تاورها، نوع و تعداد مقرهها، خصوصیات سیم حفاظتی، فونداسیون و غیره را مشخص میکند. با قطعی شدن مسیر عبور خط، محسبات الکتریکی و غیر الکتریکی انجام شده و دیاگرامهای مربوط به تاورها، مقرهها، آرایش شبکه، سیستم زمین، هادی حفاظتی و غیره ترسیم میشود. علاوه بر تاورها، ایزولاتورها یا مقرهها نیز در خطوط انتقال بسیار مهم هستند. مقرهها به دو شکل کلی واحدهای جداگانه یا یکپارچه در خطوط استفاده میشوند.
یکی از مهمترین دیاگرام در احداث خطوط فشار قوی مربوط به موقعیت جغرافیایی است. در این دیاگرام تعداد تاورها، محل قرارگیری آنها، نوع آنها، هادی و یراقآلات استفاده شده، سیم گارد و موارد دیگر به صورت کامل مشخص میشود. علاوه بر دیاگرام جغرافیایی از موارد دیگری مانند فونداسیون، ساخت تارو، روش احداث و کنارهم قرار دادن یراقآلات و غیره نیز استفاده میشود.
در مقره های جداگانه، تعداد واحدها بر اساس ولتاژ خط انتخاب شده و به یکدیگر متصل میشوند. در این روش ممکن است برای عاق کردن یک فاز از چندین مقرهی به هم متصل شده استفاده شود. در طرف مقابل مقرههای یکپارچه قرار دارند. این مقرهها برای نصب در خطوط با ولتاژ مشخص طراحی شده و بدنهای کاملا یکپارچه دارند.
تشکر
سپاس از نظر لطف شما
عالی و مفید بود با تشکر فراوان
سپاس از نظر لطف شما. خوشحالیم که براتون مفید بوده.