400/220/132 KV Trafo Merkezi İnşaat ve Elektrik Tasarım Rehberi

400/220/132 kV gerilim seviyelerine sahip bir trafo merkezinin projelendirilmesindeki temel ve ilk aşama, söz konusu trafo merkezinin işletme koşulları altında karşılaması gereken toplam yükün (talep) nicel olarak belirlenmesi ve bu belirlenen yüke uygun bir şekilde sistemin geliştirilmesidir. Bu trafo merkezi, primer (birincil) iletim seviyesi olan 400 kV'tan aldığı yüksek güçlü enerjiyi, sekonder (ikincil) iletim seviyeleri olan 220 kV ve üçüncül (tersiyer) dağıtım seviyesi olan 132 kV'a dönüştürerek, bu gerilim seviyelerindeki diğer 220 kV ve 132 kV trafo merkezleri üzerinden çeşitli coğrafi konumlara yayılmış olan çoklu yük merkezlerine (tüketim noktalarına) merkezi bir noktadan enerji tedarik etmekle görevlidir.

Bu yüksek gerilim trafo merkezine, nominal kapasitesinin yaklaşık %87'si oranında bir yüklenme ile işletilmekte olan 400 kV seviyesindeki tek devre enerji iletim hatları vasıtasıyla, A, B ve C olarak adlandırılan üç farklı enerji üretim santralinden toplamda 1316 MW aktif güç transfer edilmektedir. Söz konusu aktif güç, trafo merkezinin primer (birincil) tarafında tesis edilmiş olan ve çift ana bara ile bir adet transfer bara konfigürasyonuna sahip 400 kV'luk bara sistemi üzerinden sisteme dahil edilmektedir.

636 MW değerindeki aktif elektrik gücü, nominal kapasitesinin %70'i seviyesinde bir yüklenme ile işletilmekte olan 400 kV'luk çift devre enerji iletim hatları aracılığıyla, eş zamanlı maksimum talebin (azami yük) 1,1 çeşitlilik faktörü ile karakterize edildiği bir coğrafi bölgenin enerji ihtiyacını karşılamak üzere tesis edilmiş olan 400 kV gerilim seviyesindeki bir trafo merkezine iletilmektedir.

İletilen toplam aktif gücün geri kalan 680 MW'lık kısmı, ortalama %80'lik bir yüklenme oranında ve 0,9'luk bir güç faktöründe işletilmekte olan, her biri 315 MVA görünür güç kapasitesine sahip üç adet özdeş ototransformatör grubuna (3 × 315 MVA ünite) uygulanmaktadır. Bu 315 MVA kapasiteli ototransformatörler, primer (birincil) taraflarındaki 400 kV'luk yüksek gerilim seviyesini, sekonder (ikincil) taraflarında 220 kV'luk orta gerilim seviyesine düşürme işlevini gerçekleştirmektedir. Söz konusu 680 MW'lık giriş aktif gücünün yaklaşık %6'lık bir kısmı, bu da yaklaşık 40 MW'a tekabül etmektedir, ototransformatörler içerisindeki elektriksel kayıplar (bakır kayıpları ve demir kayıpları) nedeniyle ısı enerjisi olarak dağılmaktadır.

Ototransformatörlerdeki kayıplar düşüldükten sonra geriye kalan 640 MW değerindeki aktif elektrik gücü, trafo merkezinin sekonder (ikincil) tarafında tesis edilmiş olan ve çift ana bara ile bir adet transfer bara konfigürasyonuna sahip 220 kV'luk bara sistemine aktarılmaktadır. Elektrik enerjisi sisteminin arz güvenilirliğini (supply reliability) artırmak amacıyla, bu 220 kV'luk bara sistemine ek olarak, konumu farklı iki ayrı trafo merkezinden daha enerji beslemesi yapılmaktadır.

E enerji üretim istasyonundan beslenen ve nominal kapasitesinin %68'i oranında bir yüklenme ile işletilmekte olan tek devreli enerji iletim hattı üzerinden 220 kV'luk bara sistemine 85 MW aktif güç sağlanmaktadır. Aynı zamanda, D enerji üretim istasyonundan beslenen ve nominal kapasitesinin %70'i oranında bir yüklenme ile işletilmekte olan çift devreli enerji iletim hattı aracılığıyla da söz konusu baraya 175 MW aktif güç iletilmektedir. Bu çoklu besleme topolojisi, kurulu güç içerisinde yer alan 315 MVA kapasiteli bir ototransformatör ünitesinin herhangi bir nedenle devre dışı kalması durumunda dahi, enerji tedarikinin belirli bir seviyede sürdürülebilirliğini (supply continuity) temin etmektedir.

Bu bağlamda, 220 kV'luk bara sistemine ulaşan toplam aktif güç miktarı, ototransformatörlerden sağlanan 640 MW, D üretim istasyonundan gelen 175 MW ve E üretim istasyonundan gelen 85 MW'ın vektörel toplamı sonucunda 900 MW olarak belirlenmektedir.

220 kV'luk bara sisteminden, her biri eş zamanlı maksimum talebi (azami yük) 1,35 çeşitlilik faktörü ile karakterize edilen 112,5 MW'lık bir yükü karşılayacak şekilde projelendirilmiş olan 'b' ve 'c' olarak adlandırılan iki ayrı 220 kV gerilim seviyesindeki trafo merkezine enerji iletimi gerçekleştirmek üzere, nominal kapasitelerinin %90'ı oranında bir yüklenme ile işletilen iki adet bağımsız 220 kV tek devre enerji iletim hattı tesis edilmiştir.

220 kV'luk bara sisteminden, her biri eş zamanlı maksimum talebi (azami yük) 1,35 çeşitlilik faktörü ile karakterize edilen 200 MW'lık bir yükü karşılayacak şekilde tasarlanmış olan 'd', 'e' ve 'f' olarak adlandırılan üç ayrı trafo merkezine enerji iletimi sağlamak üzere, nominal kapasitelerinin %80'i oranında bir yüklenme ile işletilen üç adet 220 kV çift devre enerji iletim hattı radyal olarak çıkış yapmaktadır. Bara sisteminde geriye kalan 288 MW değerindeki aktif elektrik gücü ise, ortalama %75'lik bir yüklenme oranında ve 0,8'lik bir güç faktöründe işletilmekte olan, her biri 160 MVA görünür güç kapasitesine sahip üç adet özdeş ototransformatör grubuna uygulanmaktadır.

Söz konusu 160 MVA kapasiteli ototransformatörler, primer (birincil) taraflarındaki 220 kV'luk orta gerilim seviyesini, sekonder (ikincil) taraflarında 132 kV'luk alt iletim seviyesine düşürme işlevini gerçekleştirmektedir. Uygulanan 288 MW'lık giriş aktif gücünün yaklaşık %6'lık bir kısmı, bu da yaklaşık 17 MW'a tekabül etmektedir, ototransformatörler içerisindeki elektriksel kayıplar (bakır kayıpları ve demir kayıpları) neticesinde ısı enerjisi formunda çevreye yayılmaktadır. Bu kayıplar hesaba katıldıktan sonra geriye kalan 271 MW değerindeki aktif elektrik gücü, trafo merkezinin üçüncül (tersiyer) tarafında tesis edilmiş olan çift ana bara konfigürasyonuna sahip 132 kV'luk bara sistemine aktarılmaktadır."

"Nominal kapasitesinin %54'ü oranında bir yüklenme ile işletilmekte olan 132 kV'luk çift devreli bir enerji iletim hattı üzerinden, 132 kV'luk bara sistemine 54 MW aktif güç enjekte edilmektedir. Bu yedek besleme konfigürasyonu, 220 kV'luk bara sistemindeki benzer uygulama prensibine paralel olarak tasarlanmıştır ve temel amacı, 160 MVA kapasiteli ototransformatör ünitelerinden herhangi birinin arızalanması veya devre dışı kalması durumunda dahi, trafo merkezinin operasyonel bütünlüğünün büyük ölçüde korunmasını ve enerji akışının kesintiye uğramamasını temin etmektir.

Bu durumda, 132 kV'luk bara sistemine ulaşan toplam aktif güç miktarı, ototransformatörlerden sağlanan 271 MW ve diğer trafo merkezinden gelen 54 MW'ın aritmetik toplamı sonucunda 325 MW olarak hesaplanmaktadır. Bu 132 kV'luk bara sisteminden, her biri eş zamanlı maksimum talebi (azami yük) 1,45 çeşitlilik faktörü ile karakterize edilen 90 MW'lık bir yükü karşılayacak şekilde projelendirilmiş olan 'g', 'h', 'i', 'j' ve 'k' olarak adlandırılan beş ayrı trafo merkezine enerji iletimi sağlamak üzere, nominal kapasitelerinin %90'ı oranında bir yüklenme ile işletilen beş adet 132 kV çift devre enerji iletim hattı radyal olarak çıkış yapmaktadır.

132 kV'luk bara sisteminden radyal olarak ayrılan 132 kV çift devre enerji iletim hatları üzerinden toplamda 310 MW aktif gücün dağıtımı gerçekleştirildikten sonra, bara sisteminde geriye kalan 15 MW'lık aktif güç, öncelikle 132 kV primer (birincil) ve 33 kV sekonder (ikincil) gerilim seviyelerine sahip iki sargılı bir transformatör vasıtasıyla düşürülerek 33 kV'a, ardından da 33 kV primer (birincil) ve 0.415 kV (415 V) sekonder (ikincil) gerilim seviyelerine sahip bir diğer iki sargılı transformatör aracılığıyla son tüketim seviyesi olan 0.415 kV'a (alçak gerilim) kademeli olarak indirgenmektedir. Bu dönüştürülen düşük gerilimli enerji, trafo merkezinin kesintisiz ve güvenilir bir şekilde işletilmesini temin etmek amacıyla kullanılan pompalama sistemleri, aydınlatma tesisatı, iklimlendirme (AC) ve havalandırma üniteleri gibi yardımcı servis (auxiliary) sistemlerinin enerji ihtiyacını karşılamaktadır.

Elektrik güç sisteminde oluşan reaktif güç dengesizliklerini gidermek, özellikle düşük yüklenme durumlarında iletim hatlarında meydana gelen aşırı reaktif güç üretimini dengelemek ve böylece sistem gerilimini kararlı bir aralıkta tutmak amacıyla, Statik VAR Kompanzatörleri (SVC'ler) olarak adlandırılan FACTS (Esnek AC İletim Sistemleri) cihazları kullanılmaktadır. SVC'ler, hızlı ve dinamik reaktif güç enjeksiyonu veya absorbsiyonu sağlayarak sistemin reaktif güç ihtiyacına anında cevap verebilmekte ve bu sayede gerilim regülasyonunu etkin bir şekilde gerçekleştirmektedirler.