MIEJSKIE STACJE ELEKTROENERGETYCZNE - NOWOCZESNE ROZWIĄZANIA STACJI WN/SN I SN/nn DR HAB. INŻ. WALDEMAR DOŁĘGA

Transkrypt

1 MIEJSKIE STACJE ELEKTROENERGETYCZNE - NOWOCZESNE ROZWIĄZANIA STACJI WN/SN I SN/nn DR HAB. INŻ. WALDEMAR DOŁĘGA Wisła,

2 Wprowadzenie Stacje w miastach System elektroenergetyczny Warszawy 51 stacji 110/15 kv (42 energetyki zawodowej, 9 przemysłowych) 5376 stacji 15/0,4 kv. Rozwiązania konstrukcyjne stacji miejskich GPZ (110kV/SN), RPZ (110kV/SN) - napowietrzne,wnętrzowe, kontenerowe. RSM (SN/SN) i PT (SN/nn): prefabrykowane: betonowe i metalowe, kontenerowe, zagłębione i podziemne; miejskie wnętrzowe SN stacje wbudowane, prefabrykowane budynkowe i wieżowe; kontenerowe stacje tymczasowe, przemieszczalne, słupowe. Źródło:

3 Wprowadzenie Stacja GPZ /przykład/ Schemat rozdzielni 110 kv Przykładowa stacja GPZ 110/20/10 kv w aglomeracji miejskiej Ogólny schemat rozdzielni 20 kv, 10 kv i potrzeb własnych 0,4 kv

4 Rozwiązania konstrukcyjne Wymagania podstawowe Wymagania dotyczące rozwiązań technicznych w stacjach elektroenergetycznych obejmują: dostateczną niezawodność pracy stacji, łatwość eksploatacji, spełnienie wymagań dotyczących warunków zasilania odbiorców (rezerwowanie zasilania), możliwość łatwej rozbudowy, bezpieczeństwo personelu obsługującego, możliwie najmniejsze nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacyjne. Wymagania muszą być spełnione zarówno w warunkach pracy normalnej jak i zakłóceniowej.

5 Rozwiązania konstrukcyjne Uwarunkowania Realizacja inwestycji związanej z budową nowej miejskiej stacji elektroenergetycznej 110 kv wymaga przygotowania złożonej dokumentacji na potrzeby procesu decyzyjnego z nią związanego. Prace obejmują zagadnienia techniczno-ekonomiczne oraz formalnoprawne. Podstawowe etapy realizacji procedur formalno-prawnych w przypadku inwestycji dotyczących stacji elektroenergetycznych obejmują: ujęcie inwestycji w studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego gminy, wprowadzenie inwestycji do miejscowego planu zagospodarowania terenu lub ustalenie lokalizacji inwestycji celu publicznego w drodze decyzji, uzyskanie pozwolenia na budowę, uzyskanie pozwolenia na użytkowanie inwestycji (po zakończeniu budowy). W obecnym stanie prawnym realizacja budowy nowej miejskiej stacji elektroenergetycznej wymaga stosowania się przez inwestorów (operatorów systemów dystrybucyjnych) do postanowień zawartych w bardzo wielu ustawach, szczegółowych aktach wykonawczych do tych ustaw, w formie rozporządzeń opracowanych przez właściwych Ministrów, oraz wielu przepisów szczegółowych, wytycznych i norm.

6 Rozwiązania konstrukcyjne Uwarunkowania Utrudnienia i bariery: formalno-prawne, środowiskowe i społeczne. Potencjalne oddziaływanie środowiskowe stacji 110 kv w aglomeracji miejskiej obejmuje m.in.: oddziaływanie pól elektromagnetycznych, wpływ na krajobraz, wpływ na klimat akustyczny, wpływ na wodę (podziemną i powierzchniową), wpływ na jakość gleb, wpływ na zwierzęta i rośliny, wpływ na zdrowie ludzi. Zróżnicowana waga czynników w zależności od miejsca lokalizacji stacji konieczność zastosowania odpowiedniego rozwiązania konstrukcyjnego. Decyzja o wyborze rozwiązania konstrukcyjnego zależy obok uwarunkowań środowiskowych od takich elementów jak: możliwość pozyskania terenu i koszty terenu pod budowę stacji elektroenergetycznej, warunki architektoniczne otoczenia i ograniczenie terenu, konieczność nawiązania do istniejącej zabudowy (wymaga zrealizowania stacji wnętrzowej z budynkiem o architekturze komponującej się otoczeniem). z

7 Rozwiązania konstrukcyjne Czynniki lokalizacyjne Czynniki lokalizacyjne przy wyborze rozwiązania konstrukcyjnego stacji 110 kv (GPZ, RPZ): mały koszt pozyskania terenu, zapewnienie rozbudowy stacji przez rezerwację terenu, możliwość dostosowania stacji do otoczenia pod względem architektonicznym, możliwie centralne położenie w stosunku do stacji zasilanych i odbiorców (problem w aglomeracjach miejskich w związku z zabudową wysoką i dużą koncentracją mocy odbieranej na małym obszarze), łatwość wyprowadzenia linii napowietrznych i kablowych ze stacji, możliwie najmniejszy obszar dotknięty skutkami zakłóceń występujących w stacji, korzystne rozwiązanie stacji pod względem nakładów inwestycyjnych kosztów eksploatacji. Zlokalizowanie stacji elektroenergetycznej 110 kv na terenie miasta wywołuje zakłócenia funkcjonalne w bezpośrednim oraz dalszym sąsiedztwie stacji.

8 Stacje 110 kv w aglomeracjach miejskich Dopuszczalne układy konstrukcyjne Dopuszczalne układy konstrukcyjne w rozdzielniach 110 kv: napowietrzne otwarte z szynami linkowymi, napowietrzne otwarte z szynami rurowymi, napowietrzne otwarte modułowe z zastosowaniem rozwiązań kompaktowych, napowietrzne hybrydowe zintegrowane pola z izolacją gazową przyłączane do klasycznych szyn zbiorczych, napowietrzne z izolacją gazową SF 6, wnętrzowe z izolacją gazową SF 6. W przypadku braku możliwości zrealizowania rozwiązania napowietrznego otwartego przewiduje się zastosowanie rozdzielni hybrydowej lub wnętrzowej z izolacją gazową SF 6.

9 Stacje 110 kv w aglomeracjach miejskich Układy napowietrzne Stacje w izolacji powietrznej Stacje w izolacji gazowej SF 6 Stacje o wysokim stopniu integracji Zestawienie % powierzchni terenu zajmowanego przez rozdzielnie stacji Źródło:

10 Stacje 110 kv w aglomeracjach miejskich Rozdzielnice GIS Cechy charakterystyczne: Budowa odmienna niż w przypadku rozwiązań napowietrznych. Zastosowanie jako medium izolacyjnego gazu SF 6 (funkcje: czynnik służący do gaszenia łuku elektrycznego i czynnik izolujący). Każdy GIS składa się z komór gazowych, a w nich znajdują się urządzenia elektroenergetyczne. Komory gazowe są rozdzielone pomiędzy sobą grodziami gazoszczelnymi, a ciśnienie gazu jest monitorowane. Obudowa wytwarzana ze specjalnie zaprojektowanego pod względem wytrzymałościowym i szczelności stopu aluminium. Rozdzielnice GIS można podzielić na rozdzielnice w obudowie: jednobiegunowej (każda faza jest rozmieszczona w osobnej obudowie, rozdzielnice zajmują znacznie większą powierzchnię), trójbiegunowej (wszystkie fazy są rozmieszczone w osobnej obudowie (stosowane w stacjach w aglomeracjach miejskich).

11 Rozdzielnice GIS 110 kv Zalety, wady Zalety rozdzielnic GIS: elastyczność rozwiązania, oszczędność miejsca, kompaktowość, wysoka niezawodność i bezpieczeństwo pracy, duża trwałość, modułowa konstrukcja z możliwością łatwej rozbudowy, ułatwiona obsługa, dostępność dodatkowych komponentów. Podstawowa wada rozdzielnic GIS: koszt realizacji (średnio dwukrotnie większy od rozwiązań napowietrznych). Stacja elektroenergetyczna RPZ Stadion (Warszawa) 110/15 kv, rozdzielnia 110 kv w układzie H5, obwody pierwotne w izolacji SF 6

12 Stacje 110 kv z rozdzielnicą GIS 110 kv Przykłady nowych stacji Stacja elektroenergetyczna RPZ Wilanów 110/15 kv w Warszawie, budynek stacji wnętrzowej 110/15 kv i rozdzielnica 110 kv Bezobsługowa dwutransformatorowa stacja RPZ Wilanów zasilana dwiema liniami kablowymi 110 kv. Wygląd budynku harmonizuje z sąsiadującą niską zabudową mieszkalną. Umieszczenie samochłodzących się transformatorów wewnątrz budynku i wyciszenie komór transformatorowych, spowodowało że generowany poziom hałasu przez pracujące urządzenia jest niesłyszalny z zewnątrz.

13 Stacje 110 kv z rozdzielnicą GIS 110 kv Przykłady nowych stacji Stacja elektroenergetyczna GPZ R-111 Wilcza we Wrocławiu, dwutransformatorowa z rozdzielnią 110 kv w izolacji gazowej z SF 6.

14 Stacje 110 kv z rozdzielnicą GIS 110 kv Przykłady modernizacji Stacja elektroenergetyczna RPZ Młynów 110/15 kv w Warszawie, budynek stacji wnętrzowej 110/15 kv i rozdzielnica 110 kv Budynek zabytkowy przedwojenna rozdzielnia elektryczna

15 Stacje 110 kv z rozdzielnicą GIS 110 kv Przykłady modernizacji Stacja elektroenergetyczna GPZ Jeżyce 110/15 kv w Poznaniu, budynek stacji wnętrzowej 110/15 kv i rozdzielnica 110 kv

16 Stacje 110 kv w aglomeracjach miejskich Rozdzielnie napowietrzne otwarte modułowe Rozdzielnie napowietrzne otwarte modułowe zbudowane są na bazie pól kompaktowych i aparatów wielofunkcyjnych. Zalety rozwiązań modułowych: znaczne zmniejszenie powierzchni terenu zajmowanego przez rozdzielnię w stosunku do rozwiązań konwencjonalnych, uproszczenie projektu rozdzielni dzięki zastosowaniu rozwiązań typowych pól, skrócenie czasu budowy oraz obniżenie kosztów inwestycji, zwiększenie przejrzystości układu rozdzielni, większa niezawodność pracy dzięki zintegrowaniu wielu funkcji w jednym urządzeniu, zwiększenie bezpieczeństwa obsługi, szybka i skuteczna reakcja w przypadku awarii elementu pola kompaktowego (naprawa polega na wymianie całego pola lub uszkodzonego modułu, elementu), ograniczenie prac montażowych, ograniczenie koniecznych prac serwisowych, poprawa estetyki.

17 Stacje 110 kv napowietrzne otwarte modułowe Moduły A Kompaktowe moduły A w rozdzielni 110 kv podwójnym systemem szyn zbiorczych z Moduł A dla rozdzielni jednosystemowej 110 kv

18 Stacje 110 kv napowietrzne otwarte modułowe Moduły B Plan stacji z tradycyjną rozdzielnią w układzie H całkowity obszar stacji: 2600 m 2 obszar rozdzielni 110 kv: 930 m 2 obszar uziemienia: 3700 m 2 Plan stacji z rozdzielnią w układzie H zbudowaną z pól kompaktowych systemu całkowity obszar stacji: 1200 m 2 obszar rozdzielni 110 kv: 300 m 2 obszar uziemienia: 1000 m 2 Źródło: Katalog Nowoczesne rozwiązania stacji, ABB

19 Stacje 110 kv napowietrzne otwarte modułowe Moduły B - rozdzielnia 110 kv w układzie mostkowym H5 Źródło: Katalog COMPASS, ABB

20 Stacje 110 kv napowietrzne otwarte modułowe Moduły C Kompaktowe moduły C stanowią rozwiązanie dla rozdzielni napowietrznej 110 kv, gdzie występują ograniczenia powierzchni. Cechy charakterystyczne rozwiązania: ruchomy wyłącznik i widoczne i bezpieczne przerwy odłącznikowe w powietrzu (uzyskane dzięki ruchowi całego wyłącznika). Żródło: Z lewej pole konwencjonalne z prawej pole kompaktowe C, podane wymiary zajmowanej powierzchni Żródło: Rzut izometryczny i zabudowa pola kompaktowego C

21 Stacje 110 kv napowietrzne otwarte modułowe Moduły D Kompaktowe moduły D stanowią rozwiązanie dla rozdzielni napowietrznej 110 kv, gdzie występują ograniczenia powierzchni. Moduł kompaktowy z odłącznikiem obrotowym, w którym pole jest zbudowane z umieszczonych na wspólnej ramie następujących aparatów: wyłącznika z izolacją SF 6, przekładnika prądowego lub kombinowanego, odłącznika poziomo-obrotowego, napędu silnikowego odłącznika i uziemnika. Widok ogólny rozdzielni napowietrznej 110 kv z modułami C I D

22 Stacje 110 kv napowietrzne otwarte modułowe Moduły D Kompaktowe pole D z odłącznikiem obrotowym, podane wymiary pola Żródło: Z lewej pole konwencjonalne z prawej pole kompaktowe D, podane wymiary zajmowanej powierzchni Żródło:

23 Stacje 110 kv napowietrzne otwarte modułowe Moduły D Stacja z rozdzielnią 110 kv w układzie H z polami kompaktowymi D Żródło:

24 Rozwiązania konstrukcyjne Miejskie stacje SN Nowoczesne rozwiązania miejskich stacji SN powinny odznaczać się m.in. takimi elementami jak: wysoka niezawodność, wysoka funkcjonalność, wysoka jakość wykonania, wykonanie z materiałów o bardzo dobrych parametrach technicznych, wysoka jakość zastosowanej aparatury, spełnienie najwyższych standardów bezpieczeństwa w zakresie eksploatacji, komfort obsługi, prostota montażu, możliwość rozbudowy i modernizacji, uwzględnienie ekologii, ograniczenie poziomu hałasu, zapewnienie ciągłości i wysokiej jakości dostaw energii elektrycznej do odbiorcy, możliwie małe gabaryty, nie wymagające dużej powierzchni do instalacji, dobra korelacja z otoczeniem, ograniczenie negatywnych skutków oddziaływania pola elektromagnetycznego na organizmy żywe. Ponadto powinny być to rozwiązania tanie, niewymagające poniesienia dużych nakładów inwestycyjnych.

25 Rozwiązania konstrukcyjne Miejskie stacje SN Intensywny rozwój nowoczesnych często innowacyjnych technologii, dynamiczny rozwój aparatury łączeniowej, bardzo duża konkurencja na rynku krajowym oraz coraz większe wymagania stawiane przez inwestorów (użytkowników) spowodowały ogromny postęp w rozwiązaniach stacji SN w kierunku poprawy ich niezawodności i jakości oraz zminimalizowania ich niekorzystnego wpływu na środowisko przyrodnicze i organizm człowieka. Aspekt funkcjonalności, niezawodności, bezpieczeństwa i komfortu obsługi stacji SN, ekologii oraz poprawy ich wyposażenia wewnętrznego, pełnej automatyzacji i wykorzystania nowoczesnej aparatury ma kluczowe znaczenie w obecnych i przyszłych rozwiązaniach tych stacji.

26 Rozwiązania konstrukcyjne Kontenerowe stacje prefabrykowane SN/nn Prefabrykowane kontenerowe stacje SN: realizowane są jako rozwiązania typowe lub nietypowe; umożliwiają w pełni: dowolną konfigurację stacji transformatorowej, wyposażenie jej w wysokiej klasy aparaturę oraz dostosowanie wyglądu, konstrukcji i wymiarów stacji do lokalnych. warunków terenowych. Szczególnie istotne są stosunkowo małe wymiary stacji prefabrykowanej. Gabaryty stacji SN są istotne w kontekście zagospodarowania przestrzeni i stanowią jeden z czynników decydujących o wyborze konkretnego rozwiązania. Przy czym nie mogą w żaden sposób wpływać na ograniczenie funkcjonalności stacji, jej funkcji technicznych czy utrudniać jej obsługę czy konserwację. Rozwiązania stacji prefabrykowanych SN potrafią obecnie w pełni połączyć stosunkowo małe gabaryty z jednoczesnym brakiem ograniczeń w kwestiach techniczno-użytkowych.

27 Kontenerowe stacje prefabrykowane SN/nn Prefabrykowane kontenerowe stacje transformatorowe SN/nn: służą do zasilania sieci elektroenergetycznych niskiego napięcia, o napięciu 6 20 kv, wyjątkowo 30kV, służą do zasilania: osiedli mieszkaniowych w miastach, parków i terenów rekreacyjnych, osiedli podmiejskich i wsi, placów budów, zakładów przemysłowych i warsztatów rzemieślniczych, są przeważnie wyposażone w transformatory o mocach znamionowych od 160 do 1000 kva (niekiedy do 1600 kva), są przystosowane do współpracy z siecią kablową lub kablowonapowietrzną SN o układzie pierścieniowym lub promieniowym oraz siecią kablową niskiego napięcia, charakteryzują się małymi wymiarami oraz krótkim czasem montażu, są wytwarzane w całości w specjalistycznych zakładach produkcyjnych (w miejscu zainstalowania wykonuje się jedynie ich montaż końcowy). Rola kontenerowych stacji - rozdział energii elektrycznej oraz zasilanie sieci elektroenergetycznych niskiego napięcia.

28 Kontenerowe stacje prefabrykowane SN/nn Prawidłowa praca stacji kontenerowych SN/nn w warunkach normalnych i minimalizacja skutków zakłóceń w stanach awaryjnych wymaga właściwego doboru: parametrów stacji, parametrów rozdzielnic SN i nn w niej zainstalowanych, ich konfiguracji i wyposażenia oraz parametrów aparatów zainstalowanych w stacji i przekrojów szyn, kabli oraz przewodów. Bezpieczeństwo użytkowania stanowi bardzo ważny czynnik oceny rozwiązań stacji kontenerowych. Szczególnie ważne - posiadanie przez stacje badań typu. Stacje prefabrykowane SN/nn charakteryzuje cała gama różnorodnych wielkości. Grupa specjalistycznych parametrów istotnych z punktu widzenia bezpieczeństwa (m.in. klasa odporności stacji na łuk wewnętrzny). Klasyfikacja odporności stacji na łuk wewnętrzny (IAC) obejmuje 3 klasy ochrony: IAC-A, IAC-B i IAC-AB.

29 Kontenerowe stacje prefabrykowane SN/nn Prefabrykowane kontenerowe stacje SN są w kraju wytwarzane przez różne krajowe specjalistyczne przedsiębiorstwa, które wytwarzają wiele stacji transformatorowych różnych typów o wysokich parametrach technicznych i wysokiej jakości, w pełni porównywalnych z wyrobami renomowanych firm światowych. Każde przedsiębiorstwo ma w swojej ofercie co najmniej kilka typów kontenerowych stacji transformatorowych końcowych i przelotowych. Stacje SN są wykonywane w obudowie betonowej lub metalowej. W stacjach SN instaluje się nowoczesną aparaturę. Duża waga - odpowiedni wygląd zewnętrzny (stacje mogą być stosowane zarówno na terenie zabudowanym, jak i w innych miejscach nie pogarszając estetyki miejsca, gdzie są zlokalizowane).

30 Podsumowanie Stacje elektroenergetyczne w miastach posiadają bardzo zróżnicowaną budowę, co jest podyktowane optymalizacją rozwiązania techniczno ekonomicznego. Przy projektowaniu i wyborze rozwiązania konstrukcyjnego takiej stacji brane są pod uwagę względy inwestycyjne oraz eksploatacyjne. Należą do nich m.in.: liczba instalowanych aparatów rozdzielczych, zajmowany teren, możliwość etapowej budowy, niezawodność, elastyczność oraz wymagania wynikające z roli danej stacji w systemie dystrybucyjnym. Rozdzielnie GIS są zalecane do budowy stacji w aglomeracjach miejskich. Mogą spełniać różnorodne wymogi architektoniczne, być zlokalizowane w centrach aglomeracji, blisko budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej oraz w miejscach w których jest wymagane ograniczenie powierzchni terenu zajmowanego przez stację elektroenergetyczną. Rozdzielnice w izolacji SF 6 cechują się wieloma zaletami w porównaniu z tradycyjnymi napowietrznymi rozwiązaniami stacji wyposażonymi w aparaturę stacyjną w izolacji powietrznej. Należą do nich przede wszystkim: duża niezawodność, niskie koszty eksploatacyjne oraz duża trwałość.

31 Podsumowanie Budowa stacji napowietrznych w aglomeracjach miejskich wymaga stosowania nowoczesnych rozwiązań modułowych lub hybrydowych (z aparaturą o wysokim stopniu integracji), aby maksymalnie ograniczyć powierzchnię niezbędną do budowy stacji. Stacje elektroenergetyczne w aglomeracjach miejskich muszą bezwzględnie uwzględniać ograniczanie kosztów eksploatacyjnych. Uzyskuje się je m.in. poprzez ograniczenie powierzchni terenów zajmowanych przez stacje i stosowanie kompaktowych rozwiązań modułowych. Rozdzielnice modułowe zajmują obszar średnio o 40 60% mniejszy niż klasyczne rozdzielnice napowietrzne. Kompresję tych rozwiązań uzyskuje się przez zintegrowanie funkcji spełnianych przez kilka aparatów w jednym rozwiązaniu konstrukcyjnym. Stacje elektroenergetyczne z rozdzielniami modułowymi w porównaniu z rozwiązaniami tradycyjnymi wymagają mniejszej liczby odłączników, fundamentów, konstrukcji wsporczych i połączeń elektrycznych, mają krótszy czas montażu, mają niższe koszty eksploatacji oraz zapewniają większe bezpieczeństwo obsługi dzięki redukcji liczby przeglądów i konserwacji.

32 Podsumowanie Miejskie stacje elektroenergetyczne SN najczęściej są realizowane w oparciu o nowoczesne różnorodne rozwiązania kontenerowych stacji prefabrykowanych SN. Obecnie na rynku krajowym jest dostępnych bardzo wiele takich rozwiązań, które odznaczają się wysokim poziomem jakości, niezawodności i bezpieczeństwa i w pełni umożliwiają wybór konstrukcji najbardziej przydatnej do określonych warunków eksploatacyjnych i środowiskowych z jednoczesnym uwzględnieniem możliwości finansowych i życzeń operatora systemu dystrybucyjnego. Krajowi producenci prefabrykowanych stacji SN mają bardzo szeroką ofertę obejmującą wiele typów nowoczesnych stacji. Zróżnicowane wielkości, a także wszechstronna kolorystyka wykończeniowa stacji kontenerowych umożliwia postawienie ich w różnych lokalizacjach w miastach. Zróżnicowane parametry techniczne umożliwiają pełne dostosowanie stacji do potrzeb i wymagań każdego projektu.

33 Dziękuję za uwagę