Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai-Elektronikai Intézeti Tanszék. Villamosmérnöki szak Villamos energetikai szakirány

Átírás

1 Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai-Elektronikai Intézeti Tanszék Villamosmérnöki szak Villamos energetikai szakirány Szécsény 20kV-os kapcsolóállomás rekonstrukció Szakdolgozat Losonczi Balázs ZK31GC 2016

2 Tartalomjegyzék Bevezetés Jelenlegi állapot bemutatása Az állomás elhelyezkedése Az állomás jelenlegi állapota Rekonstrukció szükségessége Rekonstrukciós kényszer Stratégiai célok Megoldási javaslatok bemutatása I. Ütem II. Ütem Zárlatszámítás A zárlatok keletkezése A rekonstrukció utáni állapot zárlati viszonya Az állomási berendezéseinek bemutatása HFKV Segédüzemű rendszer Segédüzemi rendszer feladata Egyenáramú segédüzem Akkumulátortöltő és telep Szünetmentes energiaellátás Váltakozóáramú segédüzem Távközlés A jelenlegi távközlési rendszer A rendszer külső jelátviteli igényei Ideiglenes állapotok Az új távközlési rendszer Állomási kommunikációs rendszerek és eszközök bemutatása Kommunikációs rendszer bemutatása Az új irányítástechnikai rendszer kialakítása az alállomáson Védelmi rendszer Védelmi rendszer feladati Automatikák... 27

3 A 132 kv-os távvezeték és a 132/22 kv-os transzformátor védelmi és automatika rendszere A 22 kv-os gyűjtősín (tokozott kapcsoló-berendezés) és sínbontó mező védelme kv-os leágazások védelmi rendszere kv-os kondenzátor védelmi rendszere Távlati lehetőségek Összefoglalás Summary Köszönetnyilvánítás Irodalomjegyzék... 38

4 Bevezetés A mai világban jelenleg a villamos energiaszolgáltatás elengedhetetlen feladat az áramszolgáltatók számára ugyanis a fogyasztói igények napról napra növekednek és egyre több a fogyasztók létszáma. A fogyasztók minőségi energiaszolgáltatást várnak el az áramszolgáltatóktól ezért folyamatosan fejleszteni kell a hálózatot, hogy a fogyasztókhoz minőségi, és az elvárásoknak megfelelő energia jusson el. A célom egy olyan követelményrendszer megalkotása, amely elősegíti hogy az alállomás biztonságosan és a fogyasztók igényeit maximálisan kiszolgálva üzemeljen. Szakdolgozatom tárgya a Szécsény városban üzemelő 20kV-os kapcsolóállomás fejlesztése egy 132/22 kv-os alállomási szintre. Feladatom a kapcsolóállomás fejlesztésénél felmerülő problémák kutatása és a vezénylőépület berendezéseinek, a hálózatra gyakorolt hatásainak vizsgálata és kiértékelése. A szakdolgozatom első részében a kapcsolóállomás jelenlegi állapotát illetve a rekonstrukció szükségességének okait, később pedig a megoldási javaslatokat írom le. A megoldásul szolgáló ütemezési javaslatokat kifejtem, amelyekben már az új alállomásra vonatkozó fejlesztéseket fogom bemutatni. Az ütemezési javaslatok szemléltetésének érdekében ábrákat és rajzokat használok fel. A hálózaton fellépő zárlatokról zárlatszámítást végzek az új transzformátor nagy,- és középfeszültségű oldalainál is. A következő részben az állomás beltéri valamint szabadtéri berendezéseinek paramétereit és jellemzőit mutatom be. Feladatom utolsó részében pedig a távlati lehetőségekre térek ki és a továbbiakban lehetséges alállomási bővítésekre. A dolgozatomat igyekszem részletesen bemutatott és érthető ábrákkal, valamit a helyszínen készített fotók segítségével színesebbé tenni. 1

5 1. Jelenlegi állapot bemutatása 1.1 Az állomás elhelyezkedése Az ÉMÁSZ Hálózati Kft sz. 20kV-os kapcsolóállomása Szécsény déli oldalán, a Varsányi úton található, a 0210 hrsz-on. Az ingatlan alapterülete nagyobb mint a bekerített terület így maga az új alállomás megépítése kivitelezhető úgy hogy az elosztóhálózati kapcsolóállomás zavartalanul működhet. 1.ábra. Szécsény kapcsolóállomás jelenlegi állapotának nyomvonal rajza. 2

6 Az állomáson jelenleg a szabadtéren elhelyezett betonoszlopokon lévő 22kV-os kapcsolóberendezések foglalnak helyet a szabadtéri kondenzátor teleppel. A leágazások a 22kV-os távvezetéki oszlopokhoz sodronyokkal csatlakoznak. A kapcsolóállomás közvetlen közelében található a 132 kv-os Nagybátony- Balassagyarmat távvezeték szakasz. A 132 kv-os távvezetéki nyomvonal gyakorlatilag az állomási terület mellett halad el, befeszítése az állomásba viszonylag kisebb volumenű tervezési és kivitelezési munkát igényel Az állomás jelenlegi állapota Jelenleg egy telemechanizált egy-gyüjtősínes, két sínbontóval és egy kondenzátor mezővel ellátott kapcsolóállomás ami kapcsolási funkciót lát el Balassagyarmat- Nógrádkövesd-Salgótarján alállomásokból táplált elosztóhálózaton és így biztosítani tudja Szécsény város üzembiztos ellátását. 2. ábra. Jelenlegi elrendezés 3

7 Feszültségszint: Alállomás területe: 20kV mezők: 22 kv 8793 m2 8 vonali, 1 kondenzátor, 2 sínbontó 1.táblázat. Fontosabb jellemzők a jelenlegi elrendezésben. Az állomás 22kV-os leágazásai az alábbiak: Balassagyarmat leágazás Nógrádkövesd leágazás Endrefalva leágazás Lucfalva leágazás Zagyvapálfalva leágazás Nógrádszakál leágazás Indusztria leágazás Szécsény leágazás Szécsény város terhelése jelenleg 3 MW körül van. A térséget ellátó négy állomásból megtáplált szécsényi kapcsoló berendezésen keresztül egymást tartalékoló öt 22 kv-os vonal terhelése összesen a szécsényi 3 MW-on felül 6,6-7 MW. 3. ábra. Terhelési viszonyok pillanatnyi képe.(2015. március) 4

8 T9 Balassagyarmat Károlyfalva Miskolc központi Miskolc Észak Mezőcsát OZDK Szerencs Lillafüred Gyöngyös Miskolc Nyugat Nagybátony CORA Hatvan Sátoraljaújhely Nyékládháza Tiszaújváros Kazincbarcika Rétság Jászberény Lőrinci CHINOIN HATK Salgótarján Eger Sas u. Eger-Dél Karancskeszi Rudabánya DAM Nagykáta Eger-Észak Mezőkövesd Miskolc Dél Encs Gesztely Miskolc Kelet Heves Perkupa Ózd ÉMÁSZ Borsodnádasd Serényfalva Sajószentpéter Nógrádkövesd SZÉC Ricse Recsk 2. Rekonstrukció szükségessége 2.1. Rekonstrukciós kényszer Az ÉMÁSZ kapcsolóállomásaira sajnos jellemző hogy az életkoruk nagyon magas illetve rossz műszaki állapotba vannak. Az állomás területén épület nincs csak konténer helyiség, a szabadtéren pedig az oszlopkapcsoló rendszer található. A jelenlegi szabványokhoz képest ezek a berendezések és készülékek, technológiailag már elavultnak számítanak és a működésük is már olykor bizonytalanná válik. Napjainkban a berendezések karbantartása is nagyon körülményessé vált. A régi olajos primer készülék átlagéletkora 43 év míg a szekunder rendszer átlagéletkora 26 év KÖF ber. átlag KÖF Szekunder átlag diagram. Az ÉMÁSZ állomások berendezéseinek életkora évekbe kifejtve Stratégiai célok Figyelembe kell venni a táppontszaporítást, ugyanis a térség energiaellátását biztosító Balassagyarmat-Nagybátony-Salgótarján alállomásokból megtáplált elosztóhálózat hosszú vonalain fellépő veszteségeket csökkenteni kell, valamint a KÖF hálózat kapacitását növelni. Az új 132kV-os táppont létesítésével a MEH mutatókat is sikerül javítani. Az új alállomás a jelenleg üzemelő 22kV-os kapcsolóállomást kiváltja. 5

9 3. Megoldási javaslatok bemutatása A tervezett alállomás az előírásoknak és követelményeknek megfelelően fog megépülni. A cél az, hogy a meglévő 22 kv-os kapcsolóállomás üzeme mellett új 132/22 kv-os állomás épüljön meg, egy új 132 és 22 kv-os szabadtérrel és egy olyan épülettel amiben a kapcsoló-és vezénylőegység foglal helyet, valamint tűzivíztározóval. Az alállomás berendezési már jóval korszerűbbek lesznek mint elődeik és a karbantartásuk is egyszerűbben elvégezhető. A leendő alállomásnak célszerű olyan kialakításúnak lenni-e hogy az a későbbiekben alkalmas legyen a továbbfejlesztésre és az esetleges bővíthetőségekre I. ütem Ahhoz hogy az alállomás kiépítését elkezdhessék első soron a telek területét meg kell tisztítani. A jelenlegi állapothoz képesti legfőbb változás az elavult és rossz állapotú technológia cseréjén túl az új vezénylő-kapcsolóépület létesítése, mely már alkalmas a későbbi ütemekben kialakításra kerülő 132kV-os alállomást is kiszolgálni. Első körben a 22kV-os kapcsolóállomás melletti déli oldalon lévő Nógrádkövesd leágazáson található számú oszlopot el kell bontani, mert útban van. Jelen pillanatban az oltóvíz tároló helyén foglal helyet az oszlop. A terv szerint ez az oszlop az új kapcsoló-és vezénylőépület mellett fog megépülni. Az új oszlop telepítése során a feszültség nélkül maradt szakaszt, az Indusztria leágazás számú 22kV-os távvezetéki oszlopáról kell megtáplálni így biztosítani tudjuk az energiaellátást. Ez az ideiglenes kábelezés az alállomás megépítése után bontandó, a leágazás energiaellátást pedig az új kapcsoló-berendezésből kapja a külső segédüzemi kapcsoló-berendezésen keresztül. 6

10 4. ábra Az oszlopáthelyezés elrendezési rajza. Az I. ütemben a műszaki állapot javítása érdekében először az alállomási épület épül meg egy 22kV-os toksorral, vezénylővel, szekunder térrel és a segédüzemmel. Az alállomás építésénél először 132kV-on egyetlen távvezetéki betáplálás épül meg a Nagybátony-Balassagyarmat egyrendszerű távvezetékről leágazva, ami T alakzatban csatlakozik és megtáplálja az egyetlen végponti transzformátort. A távvezetéki csatlakozást úgy kell megoldani hogy a következő ütemben lehetséges legyen az alállomás egy-gyűjtősínes felfűzése. 7

11 5. ábra 132kV-os leágazás felül és oldalnézeti rajza. Jelen kiépítésben 1 db 126/22kV-os legfeljebb 25MVA teljesítményű transzformátor fog üzemelni. Az esetleges későbbi átépítések miatt a transzformátor fogadó berendezések 40MVA-es transzformátor beépítését is lehetővé teszik. A fázisok sorrendjére nagy figyelmet kell fordítani a távvezetékről való lecsatlakozáskor, melyet ha a készülékállító úton állva balról jobbra nézünk akkor a sorrend: L1, L2, L3. A szabadtéri készülékeket betonalapokra szerelt tűzihorganyzott acélszerkezetekre kell helyezni. A szerkezetek rögzítése a beton alaphoz tőcsavarokkal történik. A leágazás berendezéseinek tartószerkezetei középmagas elrendezésűek. A készülékek a földfelszíntől legalább 2 méteres magasságban vannak elhelyezve a tartószerkezeteken. Az állomás elrendezésének olyannak kell lenni-e hogy a berendezések megközelíthetőek legyenek szerelőkosaras és darus kocsival. Az állomás területén a készülékeket 300 mm 2 keresztmetszetű alumínium vezetéksodronnyal kötik össze. Az épületben a 22kV-os kapcsoló-berendezés rekeszenként fémtokozott, két sínszakaszos kialakítású. A szabadtéren kap helyet a középfeszültségű berendezések közül a csillagpont kezelés. 8

12 Az épület helyet ad a 22kV-os kapcsoló-berendezésnek a relétérnek, vezénylőnek, távközlési, HFKV és segédüzemi berendezéseknek. Az új épületben ahol a kapcsoló és vezénylő egységek lesznek, olyan kialakításúak hogy a teljes végkiépítésnél a kapcsolóberendezéseit és relészekrényeit fogadni tudja. A külső segédüzem céljára betonházas transzformátor állomás lesz elhelyezve az új kapcsoló és vezénylőépület nyugati oldalán. Az alállomás bejárata az állomás keleti oldalán lesz kialakítva. Az új alállomás megépítése után, a meglévő 22 kv-os kapcsolóállomásból kicsatlakozó leágazások első távvezetéki oszlopaitól kábeleket kell indítani az új kapcsoló-berendezés vonatkozó celláiba, majd az átterhelés után, a meglévő 22 kv-os kapcsolóállomás bontható. 6. ábra I. ütem elrendezési rajza a megépítés után II. ütem Az előző ütemhez képest egy másik transzformátor bővítése és az ahhoz tartozó berendezések kerülnek megépítésre. Az I. ütemben már a transzformátor alapok és sínek kiépítése megtörtént így a II. számú transzformátort be lehet építeni a helyére. A beépítéssel egyidejűleg ki kell építeni a vagyonvédő falat aminek az alapja az I. ütembe megépült. A II. számú transzformátor műszaki paraméterei megegyezik az I. számú transzformátoréval. A kiépítés szinte ugyanolyan sorrendben történik mint az előző ütemben azzal a különbséggel hogy a Nagybátony-Balassagyarmat egyrendszerű 9

13 távvezeték szakasz 91-es és 92-es számú oszlopai között a sodronyos összekötés bontásra kerül. A biztonsági övezet határa az állomáson kívülre, de a tulajdoni határon belülre esik. Amennyiben szükségessé válik zajvédő fal beépítése, a szükséges hely rendelkezésre áll a transzformátor körül. 7. ábra. Teljes kiépítés elrendezési rajz. 4. Zárlatszámítás 4.1. A zárlatok keletkezése A zárlatok hatására a hibahelyen a normál üzemi feszültség csökken, esetenként nullaértékű lesz. A hibahely felé zárlati áram fog folyni, aminek a nagysága az üzemi áram többszöröse lesz. Nagyon fontos a védelmek szempontjából az esetleges zárlatok kiszámítása hiszen a zárlati adatok ismeretében lehet a védelmeket beállítani. A zárlat 10

14 miatt kialakuló feszültségletörés gyakran teljes hálózat részeket érint, amely a stabil üzemet felboríthatja. A zárlati áram nagysága akár az üzemi áram 10 vagy akár 100-szorosát is elérheti, és ezzel az áramkörben lévő transzformátorokat, vezetékeket, készülékeket olyan túlmelegedésnek tesszük ki amely már nagy mértékben károsíthatja a berendezések épségét. Az ilyen hatásoktól való megóvás érdekében a hálózatban keletkező zárlatokat rendkívül gyorsan és biztonságosan kell megszüntetni. A zárlatszámítást a saját zárlati teljesítmény módszerével végeztem el. Ez egy egyszerű és gyors módszer hiszen nem szükséges hozzá teljesítmény illetve feszültségredukció sem A rekonstrukció utáni állapot zárlati viszonya Először a 126kV-os hálózati oldal zárlati értékeit számítottam majd ezt követően a 22kV-os oldal adatait számoltam. 8. ábra. A számítandó hálózatkép elvi kapcsolási rajza A mögöttes hálózat teljesítmény értékeit és a távvezeték kilométerenkénti reaktancia értékét megkaptam az ÉMÁSZ Hálózati kft.-től. A mögöttes hálózat háromfázisú zárlati teljesítményei: Maximális: S MHmax Z3F = 1385 MVA Minimális: S MHmin Z3F = 552MVA 11

15 A számításhoz szükséges transzformátor adatok: Transzformátor névleges feszültsége: U n = 126/22 kv Transzformátor névleges teljesítménye: S n = 25 MVA Transzformátor dropja: ε tr = 9.84 % A minimális zárlati értékeket a Nagybátony-Szécsény vezetékszakasz kikapcsolt állapotában számoltam. A transzformátor saját zárlati teljesítménye: S tr = 100 S ε n = = MVA tr 9.84 A 126 kv-os oldal 3 fázisú maximális zárlati árama: I MHmax Z3F = S MHmax Z3F U n 3 = 1385 = 6.35 ka A 126 kv-os oldal 3 fázisú minimális zárlati árama: I MHmin Z3F = S MHmin Z3F U n 3 = 552 = 2.53 ka A 126 kv-os oldal 2 fázisú maximális zárlati árama: I 120max Z2F = 3 2 I Z3F MHmax = = 5.49 ka A 126 kv-os oldal 2 fázisú minimális zárlati árama: I 120min Z2F = 3 2 I Z3F MHmin = = 2.19 ka A 22 kv-os oldal maximális háromfázisú zárlati teljesítménye: 20max = S tr MHmax S Z3F MHmax S tr + S Z3F S Z3F = = MVA

16 A 22 kv-os oldal maximális háromfázisú zárlati árama: I 20max Z3F = S 20max Z3F U n 3 = = 5.63 ka 22 3 A 22 kv-os oldal maximális kétfázisú zárlati teljesítménye: S 20max Z2F = 3 2 S Z3F 20max = = MVA A 22 kv-os oldal maximális kétfázisú zárlati árama: I 20max Z2F = 3 2 I Z3F 20max = = 4.87 ka 2 A 22 kv-os oldal minimális háromfázisú zárlati teljesítménye: 20min = S tr MHmin S Z3F MHmin S tr + S Z3F S Z3F = = 174 MVA A 22 kv-os oldal minimális háromfázisú zárlati árama: I 20min Z3F = 20min S Z3F U n 3 = 174 = 4.56 ka 22 3 A 22 kv-os oldal minimális kétfázisú háromfázisú zárlati teljesítménye: S 20min Z2F = 3 2 S Z3F 20min = = MVA A 22 kv-os oldal minimális kétfázisú zárlati árama: I 20min Z2F = 3 2 I Z3F 20min = = 3.95 ka 2 Balassagyarmat 18 km-es leágazás A 22 kv-os Balassagyarmati távvezeték impedancia értéke : Z v = j0.405 Az impedancia értékből meghatározható a vezeték kilométerenkénti reaktancia értéke az alábbi számítás szerint. 13

17 A szabadvezeték reaktanciájának értéke egységnyi hosszra vonatkoztatva Ohm-ban kifejezve: X v = = 0.42 Ω km A Balassagyarmat-Szécsény szakasz 18 km hosszú vezeték reaktanciája: X v = X v l = = 7.60 Ω A távvezetékre vonatkozó zárlati teljesítmény: S v = U n 2 = 222 = MVA X v 7.60 A leágazás háromfázisú zárlati teljesítménye a vezeték végén, a 22 kv-os oldal minimális háromfázisú teljesítményéből számolva: BGYAR = S v 20min S Z3F S 20min v + S Z3F S Z3F = = MVA A leágazás háromfázisú zárlati árama a hibahelyen: I BGYAR Z3F = S BGYAR Z3F U n 3 = = 1.22 ka 22 3 A leágazás kétfázisú zárlati teljesítménye a hibahelyen: S BGYAR Z2F = A leágazás kétfázisú zárlati árama: 3 2 S Z3F BGYAR = = MVA I BGYAR Z2F = 3 2 I Z3F BGYAR = = 1.05 ka 2 Azoknál a védelmeknél, amik az áramnövekedést érzékelik, célszerű a legkisebb zárlati áramok érétkeit figyelembe venni a beállítás során. Tehát ha a kisebb áramnál már megszólalnak a védelmek, akkor a nagyobb zárlati áramok sem okoznak problémát. A számításaimban a mögöttes hálózat minimális zárlati teljesítmény értékeit is felhasználtam. Az kiszámolt eredmények alapján a védelmi rendszerek megfelelő értékre való beállítása már lehetséges ami elengedhetetlen üzembiztonsági szempontból. 14

18 5. Az állomás berendezéseinek bemutatása 5.1. HFKV A hangfrekvenciás központi vezérlő rendszer (HFKV) elsődlegesen azon fogyasztók kiés bekapcsolására használható amelyek a hálózatra csatlakoznak. A HFKV segítségével a terhelési csúcsokat simítani lehet. Ezek a csúcsok általában az esti és délutáni órákban mutatkoznak meg. Az éjjeli vagy a déli órákban, amikor kevesen tartózkodnak otthon éppen terhelési völgy van. A simítást újabb fogyasztók bevonásával illetve a csúcsterhelés alatti kikapcsolásával valósítja meg. Az 50Hz-es hálózatnak bizonyos pontjaira hangfrekvenciás jelsorozatot helyez rá. Azon fogyasztók amiket a HFKV vezérel vevőkészülékekkel szerelik. Korábban az ÉMÁSZ Rt. kapcsolóórákat alkalmazott a különböző hőtárolós készülékek vezérlésére, azonban ezek működtetése igen gazdaságtalan volt és ez megemelte a villamosenergia vásárlási költségét. A költségek csökkentésének érdekében így az áramszolgáltató kénytelen volt áttérni a hangfrekvenciás központi vezérlésre (HFKV). A HFKV rendszereket és évek között építették ki. A vidéki áramszolgáltatók HFKV rendszereinek a jelbetáplálása középfeszültségen, míg az ELMŰ Nyrt hálózatán 132 kv-on történik. A HFKV-val végezhető vezérlések: azon megszakítók működtetése amik az irányítástechnikai rendszeren keresztül nem működtethetőek, fogyasztásmérők tarifa átkapcsolása, a közvilágítás kapcsolása, díszvilágítás kapcsolása, védelmi szirénák működtetése, hőtárolós berendezések vezérlése. 15

19 A HFKV rendszer berendezései: vezérlő számítógépek hangfrekvenciás adó csatoló egység hangfrekvenciás vevőkészülék szűrők A HFKV rendszer csatolási fajtái: Soros csatolás: Ennél a csatolási módszernél a csatoló és adóberendezéseket a 126/22 kv-os transzformátor alacsonyabb feszültségszintű oldalán helyezik el. A soros csatolás áramváltó jellegű. Teljesítményigényeket nézve ez a csatolási módszer kedvezőbb. Párhuzamos csatolás: Ez a módszer nem terjedt el a negatív üzemi tapasztalatok miatt. 9. ábra. HFKV csatolások fajtái. 16

20 A rekonstrukció alá vont alállomásban új, az ÉMÁSZ rendszeréhez igazodó hangfrekvenciás központi vezérlő rendszer épül ki. A rendszer a transzformátorok 22 kv-os betáplálásainál csatlakozik a 22 kv-os hálózathoz. Az 1 db háromfázisú csatolótranszformátor a 126/22 kv-os transzformátor melletti 22 kv-os kábelrendezőbe kerül elhelyezésre. A HFKV rendszer irányítástechnikai funkcióit saját mezőgép látja el, amely a relétérben elhelyezett relészekrénybe kerül telepítésre. A HFKV rendszer soros csatolású. Elemei: szabadtéren 1 db három fázisú csatoló transzformátor, szabadtéren 1 db csatoláskapcsoló szekrény, a HFKV helyiségben: sönt rezgőkör, adóberendezés helyi vezérlő konzollal, vezénylő és relétérben: relészekrény Segédüzemű rendszer Segédüzemi rendszer feladata Az alállomás segédüzemi rendszerének fő feladat, hogy a villamos és gépészeti berendezések működését biztosítsa, illetve energiát tudjon tárolni a vezénylőépületen belül és kívül is. Nagyon fontos szempont a tervezésnél az üzembiztonság kérdése. Egy esetleges hiba esetén ha a primer energiautak megszűnnek, a segédüzemi energiának rendelkezésre kell állnia. A segédüzemi rendszer részei: egyenáramú elosztó-berendezés, 2 db akkumulátor-töltő és hozzá tartozó telepek, szünetmentes ellátó rendszer, komplex segédüzemi irányítástechnika, automatika és felügyeleti rendszer, a rendszer teljes kábelezése. váltakozóáramú elosztó-berendezés 17

21 Egyenáramú segédüzem Az egyenáramú segédüzem feladata az alállomás azon berendezések egyenáramról történő ellátása, melyeknek a váltakozó feszültség kiesése esetén is működőképesnek kell lenniük. Az állomáson belül egy egysínes, két sínfélre osztott dióda kuplungos egyenáramú segédüzemi berendezés kerül megépítésre. Az egyenáramú segédüzem névleges feszültségértéke 220V±10% melynek földelési típusa TT. A rendszer negatív pólusa földelt. A berendezést alkotó egységek: 2 db akkumulátortöltő, 2db fogyasztói elosztó, 2db akkumulátor elosztó egység, 1 db diódakuplung. 10. ábra. Egyenáramú segédüzem áttekintő kapcsolási rajza. A berendezés egységei egy integrált rendszert alkotnak. Az akkumulátortöltő a váltakozóáramú segédüzemi elosztóból kapja az energiát. A berendezés felügyeleti 18

22 rendszerrel lesz ellátva. A rendszerben lévő fogyasztók elosztószekrénybe kerülnek beépítésre és közvetlenül csatlakoznak a felügyeleti rendszerhez és a töltő vezérlőhöz. A felügyeleti rendszer képes a telepek belső meghibásodásainak jelzésére valamint figyeli a töltő feszültséget, leágazások feszültségét és a sínfeszültséget. A rendszer az irányítástechnikához csatlakozik Akkumulátortöltő és telep Az akkumulátor telepet egy áramkorlátos gyorstöltésre és hőmérsékletfüggő csepptöltésre alkalmas akkumulátortöltő készülék fogja tölteni. Az akkumulátor telep egy külön helyiségben helyezkedik a vezénylőépületben melyet savgyűjtővel látnak el, szellőzése méretezett szellőzőkkel valósul meg. A töltőberendezés az akkumulátor tér falának túl oldalán található a vezénylő-és relétérben. Az állomásba savas ólomakkumulátor telep kerül elhelyezésre amelyek gázrekombinációs dugóval vannak ellátva. Az akkumulátor telep felépítése két párhuzamos 50%-os kapacitású telepből áll. Ezek a telepek önálló felügyeleti rendszerrel rendelkeznek. Az akkumulátor kapacitása két órás töltés kimaradás esetén, biztosítja a legnagyobb áramfelvételű védelmi működés biztonságos végrehajtását, továbbá a normál üzemi terhelés tíz órás elviselésére is képes a segédüzemi feszültség megtartása mellett. 19

23 11. ábra. Akkumulátor telep helyiségének alaprajza Szünetmentes energiaellátás Az állomás építése alatt, az új és a jelenlegi szünetmentes elosztók párhuzamosan fognak üzemelni. A berendezés egy különálló elosztó résszel rendelkezik a szünetmentes áramellátás részére. A szünetmentes berendezés olyan kialakítású hogy kézi kapcsolóval ki lehet iktatni. Az állomásba telepítésre kerülő szünetmentes áramellátó berendezés alkalmas a folyamatos akkumulátoros üzemre, amely az alállomási akkumulátorból veszi az egyenáramú energiát Váltakozóáramú segédüzem A váltakozóáramú segédüzemi rendszer a vezénylőépületen belül, a vezénylő-és relétérben lesz elhelyezve. 20

24 A berendezés főbb jellemzői: A váltakozóáramú energiaellátás névleges feszültsége 400/231 V, 50HZ A földelés TN-C-S típusú 12. ábra. Váltakozóáramú segédüzem áttekintő kapcsolási rajza. A betáplálások közti átkapcsolás automatikus, a tartalék betáplálás pedig kézi kapcsolású. A váltakozóáramú ellátás betáplálása a 126/22 kv-os transzformátor szekunder oldalára csatlakozó 22/0,4 kv áttételű csillagpontképző transzformátor kisfeszültségű oldala. A segédüzem további betáplálása a külső 22 kv-os hálózatról táplált 0,4 kv-os segédüzemi transzformátor kisfeszültségű oldala. Abban az esetben ha a két transzformátoros bővítésre kerül sor, a harmadik tartalék betáplálást a külső segédüzemi betáplálás fogja biztosítani. A betáplálások közti átkapcsolásokat egy külön erre a célra készült digitális segédüzemi automatika végzi el. Az automatika programozható. A betáplálások feszültségértékeit ellenőrizve hajtja végre a fő illetve a tartalék táppontok működéseket. Ez a készülék a védelmi és automatika adatgyűjtéshez is csatlakozik. A segédüzemi rendszer egy segédüzemi mezőgép segítségével illeszkedik az irányítástechnikához. A mezőgéphez egy aktív kezelőfelület kapcsolódik, amely az alállomási fejgéphez csatlakozik. 21

25 5.3. Távközlés A jelenlegi távközlési rendszer A meglévő külső átviteli kapcsolatokat, URH kapcsolat biztosítja a Balassagyarmati állomás felé. A távközlési rendszer elemei jelenleg a meglévő állomási konténerekben helyezkednek el A rendszer külső jelátviteli igényei A rendszernek biztosítania kell az alállomásból kilépő : irányítástechnikai rendszer jelátvitelét: Az irányítástechnikai rendszerbe tartozik az alállomási információhalmaz amely a KDSZ és ÜIK felé jut el, továbbá a részletesebb információhalmaz a Balassagyarmati fejgéphez irányul. Az alállomás távkezelésének biztosítása is ide tartozik. a védelmi rendszerek jelátvitelét: A zavaríró rendszer távlekérdezési és a védelmek, automatikák távparaméterezési lehetőségeit foglalja magába. az elszámolási mérések adatátvitelét, távlekérdezhetőségét: Az elszámolási mérés lekérdezés jelátvitelét értjük. A biztonságtechnikai rendszerek jelátvitelét: Tűz és vagyonvédelmi rendszerek távparaméterezhetőségét és a riasztások továbbítását értjük. A beszédkapcsolatok jelátvitelét: Az üzemviteli célú, iparági beszédkapcsolatot és a nyilvános elérési lehetőséget. Egyéb készülékek jelátvitelét: HFKV berendezés és a hálózatdiagnosztikai készülékek jelátvitelét. 22

26 Ideiglenes állapotok Az alállomás átépítése során a távközlési rendszer átépítését a következők szerint lehet kialakítani: Új távközlési berendezés telepítése az épülő új kapcsoló- vezénylő épületbe. A szolgáltatói kábeleket át kell forgatni az új vezénylő épületbe. A meglévő épületbe az átépítés idejére az ütemezéstől függően vissza kell adni a még ott lévő berendezések részére kommunikációs kapcsolatokat. Az új fejgép és a régi fejgép ideiglenes kapcsolatát biztosítani kell Az új távközlési rendszer A tervezett adatátviteli kapcsolatok átstrukturálása szükséges bérelt optikai összeköttetésre: Optikai kábel kapcsolatok ÉMÁSZ tulajdonú leágazással az MVM tulajdonú gerincre, a SCADA kapcsolat biztosításának fontossága. Az új alállomásban a távbeszélő és adatátviteli kapcsolatokat strukturált hálózat segítségével kell szétosztani. URH oszlop létesítése szükséges beszédcélú URH kapcsolathoz és a DECT sugárzó elhelyezésére Állomási kommunikációs rendszerek és eszközök bemutatása Kommunikációs rendszer bemutatása Az ÉMÁSZ Nyrt. részletes követelményrendszerrel rendelkezik az alállomási irányítástechnikai berendezések alkalmazása tekintetében, amely kiterjed az irányítástechnika működésére, a bejelentkezések kezelésére, az illetékességre, az oktatásra, dokumentációra, tartalékolásra, a berendezések dobozolására, a gyári és helyszíni átvételre, és a szállításra vonatkozó egyéb követelményekre. 23

27 Mezőorientált, elosztott irányítástechnikai rendszert hozunk létre, amelyben a mezőgépek kezelik a mezők (és állomási közös) technológiai berendezéseit, elvégzik a mezőszintű feldolgozásokat, illetve egy központi egység biztosítja a kommunikációt és az állomásszintű feldolgozásokat, például az állomási reteszt, naplófunkciókat, stb. Az ÉMÁSZ Nyrt. SCADA rendszere felső irányban ethernet bázisú kommunikációt igényel. Az állomás alsó szintű kommunikációja ethernet bázisú IEC61850 szerinti kommunikációval valósul meg. A rendszer az alábbi részekből áll: központi egység (állomási fejgép), mezőgépek, védelmek mezőgépfunkciót ellátó egységei, kommunikáció a KDSZ, helyi megjelenítő, a védelmes kommunikációs rendszer és aláosztott rendszer irányában, hurkolt optikai hálózat, IEC61850 képes (GOOSE) ethernet switchek, NTP GPS időszinkronozó egységgel, a védelmi rendszer funkcióit kiszolgáló Eurogateway (védelmes fejgép) és switch, alállomási kezelői munkahely. Működtetési lehetőséget biztosít: helyi (mezőszintű) aktív séma kijelzőről, helyi megjelenítőről, az illetékes ÜIK-ból, a KDSZ-ből. 24

28 13. ábra. Irányítástechnikai rendszer központi egységei Az új irányítástechnikai rendszer kialakítása az alállomáson Irányítástechnikai rendszer központi eleme a fejgép, ami az állomási kommunikációs rendszeren keresztül folyamatosan kapcsolatot tart a mezőgépekkel illetve a védelmekkel, valamint megvalósítja a felső irányú kommunikációt (helyi megjelenítő, ÜIK, KDSZ). A fejgépnek kapcsolatot kell tartania az ÉMÁSZ ÜIK/KDSZ irányba is. GPS alapú időszinkronizációt kell megvalósítani. A rendszer részeinek időszinkronizációját NTP protokoll segítségével kell megoldani. A rendszer alsóbb szintű elemei, a mezőgépek, védelmek, automatikák és az irányítástechnikai fejgép között a kommunikációs kapcsolatot IEC61850 szabvány szerinti kommunikációval kell megoldani. Az IEC61850 szabvány szerint, megfelelő nagy megbízhatóságú ethernet hálózatot kell kiépíteni. A használatos egységeknek támogatniuk kell az IEC61850 kommunikáció minden feltételét. 25

29 A rendszer felépítése multimódusú optikai kábellel fog történni. A transzformátor mező és az állomási közös részek önálló irányítástechnikai mezőgépei, amelyeket a vezénylőbe, a védelemmel közös irányítástechnikai/védelmi szekrényekbe kerülnek elhelyezésre: 1 db 126/22 kv-os transzformátor teljes irányítástechnikája, beleértve a 132 kvos, illetve a 22 kv-os oldalak irányítástechnikáját és a transzformátor-szabályzót is, állomási közös mezőgép, segédüzemi mezőgép. HFKV mezőgép A 22 kv-os leágazások irányítástechnikája a tokozott berendezések szekunder cellafülkékben kerültek elhelyezésre. A funkciót integrált védelem-irányítástechnikai készülék látja el. A segédüzemi irányítástechnikája egy saját segédüzemi mezőgép végzi, amely egységes módon bekötésre kerül az állomási fejgépbe. Az állomási vagyonvédelmi és tűzjelző rendszere felől is jelzéseket várunk a közös mezőgépbe, behatolás illetve tűz esetén. Mezőnként egy-egy aktív séma kezelőfelület kapcsolódik a mezőgépekhez, amely a leágazásszintű kezelés biztosítja. A 22 kv-os reteszelési rendszert kommunikációs úton, az IEC61850 szerinti rendszer nyújtotta eszközökkel kell megoldani. A mező szintű reteszelését szoftveres úton kell megvalósítani. A teljes irányítástechnikai rendszer rendelkezik üzemkészség ellenőrzéssel, bármely komponens kiesésének esetén hibajelzést ad a felsőbb szint felé. Számítógépes megjelenítő épül amely megjeleníti, naplózza, archiválja és jelzi az irányítástechnikai műveleteket. A számítógépet, nyomtatót, monitort és operációs rendszert a berendezés szállítója fogja biztosítani. Az irányítástechnikai rendszert alkotó berendezések energiaellátása egyenfeszültségről történik Védelmi rendszer Védelmi rendszer feladatai A villamosenergia-rendszer minden berendezése és készüléke üzembiztos üzemállapotra van tervezve. Azonban előfordulhat olyan tervezési és üzemviteli hiba amely az üzembiztos rendszer működését befolyásolja. 26

30 A fogyasztók felé a villamosenergia-ellátást meghibásodás esetén is biztosítani kell, tehát olyan készülékeket kell alkalmazni amelyek érzékelik a hibás működést és meg is tudják azokat szüntetni. A védelmi rendszer a létrejött hibák és a rendellenes állapotok érzékelésére is szolgál. A rendszer a hibákat először elhárítja és a berendezéseket kikapcsolja, majd ezután az üzemirányító központnak jelez a rendellenes állapotról. Ezeket a folyamatokat emberi beavatkozás nélkül végzi el a védelmi rendszer Automatikák A védelmek működése elengedhetetlen automatikák nélkül, hiszen a védelmek beavatkozása után helyre kell állítani a normális üzemállapotot. Az automatikák a normális üzemállapot helyreállítását rendkívül gyorsan és biztonságosan oldják meg, ezzel egyidejűleg pedig a kiesést minimalizálják. Az automatikák nem igényelnek emberi beavatkozást ami üzembiztonsági szempontból stabilabb állapotot, gazdaságilag pedig kedvezőbb lehetőséget nyújt. Az automatikákból érdemes kiemelni az átkapcsoló és visszakapcsoló automatikákat. Átkapcsoló automatika tulajdonságai: A kikapcsolt berendezés helyett egy másik berendezést kapcsol be a rendszerbe. Állapotvezérléskor a már korábban bekövetkezett esemény indítja el az automatikát. Eseményvezérlésről akkor beszélünk, amikor a védelem az automatikával összeköttetésbe van, és a védelem indítja el az automatikát egy meghatározott esemény által. Visszakapcsoló automatika tulajdonságai: A visszakapcsoló automatikák feladata a már kikapcsolt berendezés visszakapcsolása a rendszerbe. A visszakapcsolás csak akkor lehetséges ha, a zárlat nem tartós jellegű valamint ha a lekapcsolás gyors mert a zárlati hely sérülését meg kell akadályozni. A rövid feszültségmentes holtidővel működő visszakapcsolást gyorsvisszakapcsolásnak nevezzük. 27

31 A 132 kv-os távvezeték és a 132/22 kv-os transzformátor védelmi és automatika rendszere Az alállomás 132 kv-os villamos energia ellátása a Nagybátony-Balassagyarmat távvezetékről történik egyszeres T kialakítású kapcsolással. A primer diszpozíció megépítése lehetővé fogja tenni a kettős T, valamint a gyűjtősínes állomás kialakítását. Jelenleg az állomás, a védelem szempontjából egy darab mereven földelt csillagpontú 126/22 kv-os végponti transzformátorral működik. A transzformátor szokásos védelmi funkcióin kívül, C védelemmel (végponti fáziskiválasztó) is rendelkeznie kell, illetve az autonóm földzárlati tartalékvédelmet sántaüzemi reteszeléssel kell ellátni. A C védelem a transzformátor védelem 132 kv-os emeletébe lesz beépítve, ami a transzformátor védelmi szekrényében kap helyet. Autonóm földzárlati tartalékvédelmet a távvezetéki megszakító mellé kell kialakítani,amit a transzformátor 132 kv-os bevezető szigetelőjébe beépített áramváltóról táplálunk meg. A transzformátor mezőben a fenti funkciók ellátására az alábbi védelem-automatika készülékek kerültek alkalmazásra. 14. ábra. 132/22 kv-os transzformátor védelemi rendszer elvi rajza. 28

32 Két emeletes digitális transzformátor komplex védelem és automatika, amely tartalmazza: Differenciálvédelem, 132 kv-os oldali független késleltetésű két időfokozatú túláramvédelem, 22 kv-os oldali független késleltetésű túláramvédelem (I>t), Segédüzemi transzformátor 22 kv-os oldali független késleltetésű túláramvédelem, Hosszúföld két időfokozatú túláramvédelem, 22 kv-os oldali nagy érzékenységű zérussorrendű túláramvédelem, 22 kv-os oldali Uo> feszültségnövekedési védelem, Visszakapcsoló automatika, Üzemviteli logikák. 22 kv-os oldali admittancia földzárlatvédelem Gyűjtősínvédelem logikai funkció, Megszakító beragadás védelem logikai funkció A 22 kv-os gyűjtősín (tokozott kapcsoló-berendezés) és sínbontó mező védelme A 22 kv-os gyűjtősín fáziszárlati alapvédelmére egy egyenáramú logikai gyűjtősínvédelem szolgál. A gyűjtősín zárlat érzékelését a transzformátor 22 kv-os oldali túláramvédelem gyorsfokozata érzékeli. A védelem az IEC61850 hálózaton keresztül a leágazási védelmektől megkapott blokkoló impulzus fennállásának idejéig nem kezdi el a kioldást. A feladat a transzformátor komplex védelmi egységekbe integrált funkcióként valósul meg. A 132 kv-os betáplálás esetén a gyűjtősín megtáplálása az egyik 22 kv-os íven keresztül történik. A tartalék betáplálásként alkalmazásra kerülő leágazás zárlatvédelmének beállítását célszerű ideiglenesen a többi leágazáshoz szelektív késleltetéssel ellátni a gyűjtősín szelektív védelme érdekében. 29

33 15. ábra. 22kV-os gyűjtősín és sínbontó védelem elvi rajza kv-os leágazások védelmi rendszere A 22 kv-os leágazásokba az alábbi védelem-automatika készülékek kerülnek alkalmazásra: Alapvédelemként digitális túláramvédelem és automatika: 22 kv-os többfokozatú túláramvédelem. Visszakapcsoló automatika. Gyűjtősínvédelmi blokkoló impulzus képzése. Megszakító beragadásvédelem indítása. FAM/KÜA logika leágazási funkciói. FTK kioldás fogadása. Admittancia földzárlat védelem Tartalékvédelemként kompakt digitális túláramvédelem: 22 kv-os túláramvédelem. 30

34 kv-os kondenzátor védelmi rendszere A 22 kv-os kondenzátor leágazásba az alábbi védelem-automatika készülékek kerülnek alkalmazásra: Alapvédelemként digitális túláramvédelem és automatika amelybe, a 22 kv-os többfokozatú túláramvédelem, bekapcsolás késleltető logika, gyűjtősínvédelmi blokkoló impulzus képzése, megszakító beragadásvédelem indítása és az admittancia földzárlat védelem tartoznak. Tartalékvédelemként digitális 22 kv-os kondenzátor aszimmetria védelem. Megjegyzés: a kondenzátor csak a 126/22 kv-os transzformátor kikapcsolt állapotában, feszültségtartási problémák miatt lesz bekapcsolva. 16. ábra. 20kV-os kondenzátor leágazás védelem elvi rajza. 6. Távlati lehetőségek Az alállomás végkiépítésben 132 kv-on szabadtéri, egy-gyűjtősínes kapcsolóberendezésként építhető ki, amelyhez három távvezetéki mező csatlakozhat. A 3. tartalék távvezetéki leágazás az állomás keleti oldalán helyezhető el. Az állomás végkiépítésben 2 db 126/22 kv-os, legfeljebb 25 MVA teljesítményű transzformátorral üzemel. 31

35 Továbbá lehetőség van 40 MVA-es transzformátorok beépítésére és a 20kV-os oldalon 16 leágazással rendelkező tokozott berendezések megépítésére. Az alállomáson megépített védőcsövek és transzformátor alapok lehetővé teszik a további kábelek bővítését a későbbiekben. Fontosabb jellemzők a bővíthetőségre: Feszültségszint: Alállomás terhelhetősége: Alállomás területe: 132kV névleges áram: 132kV zárlati szilárdság: 132kV elrendezés: 132kV mezők: Transzformátorok: 22kV cellák: 132/22 kv 40 MVA 8793 m A 19,2 ka Egy-gyűjtősínes 3 vonali, 1 sínbontó, 2transzformátor 2x40MVA 16 leágazás, 1 sínbontó, 2 transzformátor 2. táblázat. A bővíthetőség jellemzői 32

36 A teljes kiépítés után a 91. és 92. számú távvezetéki oszlopok között a sodronyos összekötés bontható. 17. ábra. Teljes kiépítés elrendezési rajza 33

37 18. ábra. Teljes kiépítés egyvonalas rajz 34

38 Összefoglalás A Szécsény 22kV-os kapcsolóállomás rekonstrukciójának befejezésével egy olyan biztonságos alállomás épül meg ami kiváló minőségben tudja a villamosenergiát szolgáltatni. Az alállomás a teljes kiépítés után képes ellátni a térség energiaigényét és biztosítani annak folyamatos üzembiztonságát. Az alállomás területén a legkorszerűbb berendezések kerültek beépítésre amik már megfelelnek a mai kor követelményeinek. Egy teljesen új vezénylőépületet és transzformátort kellett kiépíteni, majd az épületben a 22kV-os tokozott kapcsolóberendezés és az ehez tartozó készülékek (védelem, távközlés, segédüzemű rendszer, HFKV berendezés, kommunikációs rendszer) kaptak helyet. Az alállomás jelen állapotában még kapcsolóállomásként üzemel. A szakdolgozatomban számítási példával igazoltam az új alállomáson megépült transzformátor és légvezeték hálózat zárlati viszonyait, amik nagyon fontosak a védelmek beállításánál. Szakdolgozatom befejezéseként úgy gondolom hogy sikerült mélyebben kifejteni az alállomás megépítésével kapcsolatos kivitelezési és műszaki kérdéseket, ezért úgy gondolom hogy sikerült elérni a szakdolgozatom célját. 35

39 Summary The Szécsény 22 kv switching station to complete the reconstruction of the substation to be built in a safe which can provide high-quality electricity. The substation after the full deployment is able to supply the energy needs of the region and ensure its continued operational safety. In the area of the substation of the art facilities have been installed that already meet the requirements of the modern age. The brand new control building and transformer had to be established, and the building of 22kV enclosed switchgear and related equipment more difficult (defense, telecommunications, auxiliary power systems, HFKV equipment, communication systems) were placed. This state still operates as a switching station of the substation. In my thesis I proved calculation example of the new transformer substation built and air-supply fault conditions, which are very important for the protection settings. Completion of my thesis, I think that could exert a deeper implementation and technical issues related to the construction of the substation, so I believe that we succeeded to achieve its goal of my thesis. 36

40 Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretném köszönetemet kifejezni tervezésvezetőmnek Borsody Zoltán egyetemi adjunktus Úrnak, a konzultációs munkák során nyújtott segítségéért. Hálával tartozom Ungvári Zoltán Úrnak, konzulensemnek, aki a dolgozat megírásához tanácsaival, ötleteivel, odafigyelésével és segítőkészségével segítette munkámat. Köszönetemet szeretném kifejezni az ELMŰ műszaki szakértőjének Németh János Úrnak, aki a zárlatszámítási alapadatokkal járult hozzá a szakdolgozatom sikeres elkészítéséhez. 37

41 Irodalomjegyzék 1. Dr. Novothny Ferenc Villamosenergia-rendszerek I, Budapest Dr. Novothny Ferenc Villamosenergia-ellátás I, Budapest Dr. Novothny Ferenc Villamos energetika I, Budapest Borsody Zoltán Segédüzem oktatási segédlet Borsody Zoltán HFKV oktatási segédlet Borsody Zoltán Oktatási segédlet Borsody Zoltán Telemechanika oktatási segédlet ÉMÁSZ Hálózati kft. Szécsény kapcsolóállomás terv dokumentációk 38