能源传输系统设计注意事项和约束

从发电厂到变电站中心的电能传输随着功率的增加而增长今天的需求。随着输电系统几十年来不断扩展，输电线路上的过剩容量似乎随着系统的增长或输电用户制定更经济的计划以满足系统需求而被消耗。扩张导致更多的消费，从而促进更多的扩张。了解设计传输系统所涉及的注意事项和限制将使工程师深入了解这如何影响操作和可靠性。

传输限制

扩张增长导致用户根据需求消耗越来越多的能源。当能量传输不能再适应增加的功率流时，会导致能量传输拥塞。输电拥堵的原因各不相同，但在不危及可靠性的情况下，特定路线上的功率流的常见需求问题是不可能的。让我们找出常见的约束条件以及与之相关的后果。

热约束

传输线有其自身的热限制，如果超过该限制会导致线下垂。这可能会导致线路故障，附近的植被、结构，当然还有地面会产生电弧。发生这种情况时，保护性传输组件会移除故障线路，以保护终端设备免受严重损坏。

当线路被拆除以进行维修时，其他传输线路会承受增加的负载以补偿损失。可能会导致过载，从而导致热限制超出其操作限制。如果这种情况不能迅速得到妥善解决，其他补偿损失的线路可能会遇到完全相同的情况。

了解此临时修复仅适用于紧急情况，并且能源传输线仍可能超过其热极限。出于这个原因，能源传输线通常具有紧急等级。该额定值给出了允许更高负载转移的特定时间量，以最大限度地减少达到热极限的机会。

电压限制

通常，接收端的能量传输线电抗远小于起始端施加的电压。高于或低于标称电压值的较大电压偏差可能会对消费者或供应商造成设备损坏。这给出了具有操作电压约束以维持满足要求的操作的理由。在能量传输线分散且冗长的地区，这种约束更为重要。

操作限制

负载不断变化，这可以是小的或大的变化。当发电侧的机械功率适应电力需求时，通常会发生相对较小的负载变化。只要变化很小，系统之间的连接就可以保持同步。只要负载不增加幅度并在低频下振荡，系统就会保持稳定。这些振荡会导致有问题的电压和频率问题，进而导致不稳定和可能的断电。

由于能量传输线路的维修、故障或中断，会发生大的振荡。较大的频率范围会导致无法控制的情况，从而导致非稳态不稳定。必须采取预防措施以尽量减少潜在的不稳定性。

当系统暴露于较大的无功功率流时，就会发生电压不稳定。这是线路起始端到接收端电压差的结果。这导致接收端的电压下降。较低的电压会增加电流并导致损耗。电压崩溃是最终结果。可能导致设备损坏和可能的停电。

定义能量传输线设计

有许多考虑因素会影响传输线设计。能量传输线具有定义它们的特定参数。这些参数对环境影响有影响。基本参数包括：

• 标称电压
• 线的长度
• 海拔范围
• 设计载荷

标称电压是实际线路电压的近似值。实际电压因电阻、距离、连接设备和线路的电气性能而异。海拔范围大致是指预计遇到的天气和地形。设计负荷也基于天气因素。例如风和冰对能量传输线和塔的设计载荷。这会影响塔的尺寸、长度、塔设计以及导体机械强度和风阻尼。

塔设计参数

输电塔旨在使导体与当地环境和彼此分开。能量传输电压越高，需要的分离距离就越大。当电弧可以从传输线跳到地面时会导致接地故障。这是当有电力转移到周围环境时。这也可能发生在导体之间。这称为相间故障。

第一个设计考虑是导体、塔架和其他潜在电弧结构之间的距离。这提供了塔的物理尺寸的一般概念。这包括用于安装的塔高、导体间距和绝缘体长度。

下一个设计考虑是塔架的结构强度以保持第一个设计要求。这考虑了组件、天气和可能的冲击载荷。

最终的设计考虑是提供必要的基础来支撑塔架和预定的设计载荷。

间隙设计参数

塔的基本功能是将导体与周围的导体、其他导体和潜在的电弧结构隔离。基于相到塔、相到相和相对地的间隙。相与塔之间的间隙通常由绝缘体串保持，绝缘体串必须考虑可能的导体运动。相距离地间隙基于塔的高度，以最大限度地降低线路温度和线路下垂的可能性，并控制植被和潜在的弧形结构。通过塔几何形状和限制线运动来控制相间分离。

防雷设计

塔越高，潜在雷击的机会就越大。雷击会对能量传输和消费设备造成相当大的损害。为了最大程度地减少雷击损坏，在塔顶和地面之间铺设了一组额外的电缆，以便闪电跟随。这些通常称为屏蔽线，有助于确保防止设备故障。

导体运动抑制设计

产生导体运动的风化效应可能会损坏能量传输设备。最常见的能量传输阻尼器类型是 Stockbridge 阻尼器。它们安装在导体下方，从导体上的连接点到塔相邻。对风化效应的充分预测有助于确定输电塔所需的阻尼器设计。这些可以防止风化的振动效应对公用事业设备造成潜在的损坏。

用于物理设计布局的E3.Cable

E3.Cable 允许将电气和机械 CAD 的多功能混合组合成一个复杂的平台。这将提供工具和功能，使设计能源传输线路、变电站互连和传输塔变得容易和简单。为您提供所需的功能，以防止设计发生冲突，同时保持机械结构的几何要求。

允许创建互连系统面板和传输线，并具有简单的拖放功能。根据用户需求，根据输入参数创建简单的无错误设计。提供以下部分内容。

• 创建面板控制器的物理表示
• 设计规则检查
• 冲突检测
• 防止放置错误

E3.3D 路由桥

E3.3D 布线桥提供了市场上最常用的 MCAD 软件与能源传输线布线和配置之间的轻松过渡。轻松将 MCAD 文件传输到 E3.3D 布线桥，以确定设计参数的能量传输线长度和直径。这提供了在一个易于使用的软件中加入机械和电气工程方面之间的中间步骤。 E3.3D 布线桥提供了更清晰的导体、能量传输线和绝缘体之间的互连图像以及实现操作工程参数所需的间隙。它提供以下功能：

• 可传输到 MCAD 的组件信息
• 在 MCAD 中检查组件冲突
• 考虑传输下垂或弯曲
• 在 MCAD 中计算能量传输线和段的长度

正确的设计工具

了解设计约束和考虑只是设计最佳能量传输设备的第一步。拥有可用于生产最佳质量和可靠性的最佳工具将为工程师提供更多服务。下一步准备设计工程。

评论当前用于您的传输系统的设计流程以及如何改进。