Ultra-High-Voltage Konbertagailuen Bistaketen Iturriko Kablegilearen Akats Analisia

1.Konbertagailu-bihurtzailetako Blokeoaren Printzipioa
1.1 Konbertagailu-bihurtzaileen Funtzionamendua
Ultra-altu-tentsioko (UHV) konbertagailu-bihurtzaileak adinarrizko korrontea (AC) eta zuzeneko korrontea (DC) artean bihurtzeko arrakasta izan ohi dituzte tiristor-bihurtzaile edo insulatu-gate bikote polarra (IGBT) erabiliz. Tiristor-bihurtzaile bat hartuta, askotan tiristor anitz serie eta paraleloki loturik dauden osatzen du. Tiristoreen aktibazio (piztea) eta desaktibazioaren kontrolatu eginez, bihurtzaileak korrontea regulatzen eta bihurtzen du. Arrunta den lanapenean, konbertagailu-bihurtzaileak AC-ren DC-ra edo alderantziz bihurtzen du lehenduz finkaturiko pizte sekuentzia eta orduen arabera [1].

1.2 Konbertagailu-bihurtzailearen Blokeorako Arrazoia eta Prozesua
Konbertagailu-bihurtzailearen blokea hainbat arrazoiengatik gertatu daiteke, hala nola tensio altu, korronte altu, barne-komponenteen akatsak eta kontrol eta babesteko sistemaren anomaliak. Anomaliak detektatzean, kontrol eta babesteko sistema blokeo komando bat azkar eman dezake, tiristoreen edo IGBT-bihurtzaileen guztiak desaktibatuz, horrela konbertagailu-bihurtzailea blokeatzen ari den.

Blokeo-prozesuan, sistema elektrikoaren parametroak aldaketak nabarmenak izaten dituzte. Adibidez, birretzaile aldetan, konbertagailu-bihurtzailea blokeatu ondoren, AC-ren korrontea azkar jaitsi egiten da. Baina, lerro-induktziaren ondorioz, DC-ren korrontea ez du zero ra iritsi eta neurria jarraitzen du neurgarri-neutralaren bidez zehar, erdi-luzerako korrontea sortuz. Momentu honetan, neurgarri-neutralaren interruptorrek azkar egin behar dute DC korrontea ebaki eta sistema-osagaiak gorabehera handiko korronteak eragindako ziurtasuna babesteko [2].

2.Neurgarri-Neutralaren Interruptorerako Lanaldiak Konbertagailu-bihurtzailearen Blokeoan
2.1 Elektriko Parametroen Aldaketa
Konbertagailu-bihurtzailea blokeatzean, neurgarri-neutralaren interruptorren tensio eta korrontea aldaketak nabarmenak izaten dituzte. DC aldetan, blokeatutako konbertagailu-bihurtzaileak korronte normala saihesteko, neurgarri-neutralaren eta asoziatutako osagaietan korronte altu gertatzen da. Eta, sistemaren elektromagnetikoa transiente prozesuengatik, neurgarri-neutralaren interruptorren gainean tensio altu agertu daiteke.

Adibidez, UHV DC transmitizio-proiektu batetan, konbertagailu-bihurtzailea blokeatu ondoren, neurgarri-neutralaren korrontea azkar erdiguneko korrontearen 2-3 herren artean igaro zen, eta neurgarri-neutralaren interruptorren tensioa aldaketak nabarmenak izan zituen, normalean erabiltzen diren tensioaren 1.5 herren artean heltzen. Taula 1 elektro-parametroen aldaketen adierazpen grafikoa ematen du konbertagailu-bihurtzailearen blokeoan.

Taula 1: Elektriko Parametroen Aldaketa Zehatzeko UHV DC Transmitizio-Proiektu Batetan Konbertagailu-bihurtzailearen Blokeoan

2.2 Tentsio Aldaketak
Konbertagailu balioa blokeatzen denean, neutroko busgailuaren iturri-itzaleak ez du elektrikoki tentsioa besterik ezin ditu uste, baina mekanikoki ere tentsioa suportatu behar du. Elektriko tentsioa oso gehienetan igoteko tensio handi eta korronte handiengandik erortzen da, hau da, iturri-itzaleen kontaktuen erosi elektrikoari buruzko tentsioa handitzen da, eta horrek haien eginkizun-aldia laburtzen du. Mekanikoki tentsioa bereizten da iturri-itzalearen funtzionamenduan sortzen diren indarrak, ireki eta itxi egiten duten ekintzak azkarrean egin direnean, eta korronte aldaketak azkarrean gertatzen direnean eragindako elektromagnetiko indarrak garrantzi handikoak dira. Adibidez, konbertagailu balioa blokeatzean arrakasta asko gertatzen denean, neutroko busgailuaren iturri-itzalearen funtzionamenduko osagai batzuk loxu edo erositu egin daitezke, hau horrek beren ireki eta itxi normala eragin dezake [3].

3. Ondorio Arruntasak eta Arrazoianalisi Neutroko Busgailu Iturri-Itzaleentzat UHV Konbertagailu Balio Blokeatzean
3.1 Isolamenduko Hutsak
3.1.1 Akatsaren Ermua
Isolamenduko hutsak konbertagailu balio blokeatzean neutroko busgailu iturri-itzaleentzat akats mota arrunta bat da. Bere oinarrizko erakuspena isolamenduko materialen zaharregoa edo zeraman, hau da, isolamenduko prestazioak jaisten dira, eta horrek flashover edo kolapsorako bidea irekitzen dio. Adibidez, zenbait UHV DC transmitizio proiektuetan, lan luzean, neutroko busgailu iturri-itzalearen barruko izolareko porcelanak kontaminazio gainazaleko eta trinkadura garrantzitsuak erakusten dituzte, isolamenduko prestazioak oso jaitsiz.

3.1.2 Arrazoianalisi
Isolamenduko hutsen arrazoia anitzak dira. Lehenik, tenperatura altuan eta korronte handitan lan egitea isolamenduko materialen zaharregora eraman dezake, horrek denboran zehar isolamenduko ahalmena jaisten du. Bigarren, konbertagailu balio blokeatzean sortzen diren igoteko tensio handi eta korronte handi isolamenduko materialen gainean tentsio handia eragiten dute, zaharregoko prozesua azaltzen laguntzen duena. Gainera, ingurumen lan okerrak—higain handi eta kontaminazio altuak—isolamenduko gainazalean kontaminazioa bildu dezake, isolamenduko prestazioak gehiago jaisten. Adibidez, kostaldeko UHV DC transmitizio proiektu batean, higain handi eta aire saldu handi duen leku batean, neutroko busgailu iturri-itzalearen izolareko porcelanaren gainean film konduktiboa sortzen da erraz, isolamenduko indarra oso jaisten, eta flashover akatsak maiz gertatzen dira.

3.2 Funtzionamenduko Sistema Akatsak
3.2.1 Akatsaren Ermua
Funtzionamenduko sistema akatsak oso gehienetan ireki/itxi denbora anormala edo ezin izatea ireki/itxi (funtzionamendu negatiba) bezala erakusten dira. Adibidez, konbertagailu balio blokeatzean, neutroko busgailu iturri-itzaleak ireki denbora luzea erakusten du, DC korrontea ezin du beti atzeratzea, edo ezin du ondo itxi, hots kontaktua txarto dela ulertzeko.

3.2.2 Arrazoianalisi
Funtzionamenduko sistema akatsen arrazoia anitzak dira. Batetik, mekanikoko osagai guztiak lan maiztasun handitan zaharregora eraman daitezke, horrek erosioa edo deformazioa eragin dezake, prestazioak jaisten. Adibidez, sistemako muelleak fatigatuta elastikotasuna galdu dezakete, horrek ireki/itxi indarra ezin duela jasotzeko. Bestetik, kontrol zirkuituak—relayen akatsak edo kontrol kableen hautsak—sistemak komandoak ezin duela jaso edo exekutatzeko erraztu dezakete. Gehiago, konbertagailu balio blokeatzean, kontrol signalak interferentzia elektromagnetiko handiagatik aldatu daitezke, horrek funtzionamendu okerra edo negatiboa eragin dezake. Adibidez, zenbait UHV DC transmitizio proiektuetan, kontrol kableak korronte handiko busgailuen ondo pasatzen direnean, valve blokeatzean magnetismo indarru handiak sortzen dira, horrek iturri-itzaleak ezin duela ireki eragin dezake.

3.3 Kontaktuak Akatsak
3.3.1 Akatsaren Ermua
Kontaktuak akatsak oso gehienetan kontaktuak erosteko, kontaktu arteko ilara handitzea, eta kontaktuak soldadura. Konbertagailu balio blokeatzean, neutroko busgailu iturri-itzaleak korronte handiak atzeratzen ditu, temperatura altuko arkugabeak sortzen dira, hau da, kontaktu gaineko errosioa eragiten da. Errosio luzeak kontaktu gaineko ezberdintasunak eta ilara handiagoa eragin dezake, horrek funtzionamendu normala eragin dezake. Kasu serioenetan, kontaktuak soldadura egin dezakete, horrek iturri-itzaleak ezin duela ireki eragin dezake.

3.3.2 Arrazoianalisi
Kontaktuak akatsen arrazoia nagusia konbertagailu balio blokeatzean sortzen diren korronte handi eta arkugabe temperatura altuak dira. Korronte handiak Joule kaloreak sortzen ditu, kontaktuaren tenperatura handitzen du, eta arkugabearen kalore intentsiboak errosioa azaltzen laguntzen du. Gehiago, kontaktu materialen ezaugarriak eta fabrikazio kalitateak arkugabearen ilara eragin dezakete. Arkugabe ilara txikiagoa duten materialak edo prosesu ezegokiak dituzten kontaktuak errosio oso gehiago egin dezakete. Adibidez, UHV DC proiektu batean, neutroko busgailu iturri-itzaleak arkugabe ilara txikiko kontaktuak erabili zituen; blokeatze askoren ondoren, errosio handia gertatu zen, kontaktu ilara oso handira joan zen, eta horrek funtzionamendu normala eragin zuen.

3.4 Korronte Transformator Akatsak
3.4.1 Akatsaren Ermua
Korronte transformatorrak akatsak oso gehienetan segundario kanpoan zirkuito irekita, birabiltzaile isolamenduko hutsak, eta nukleo saturatzea dira. Konbertagailu balio blokeatzean, DC korronteko aldaketa bruska transformatorra tentsio handira eraman dezake, horrek akats gertatzen ditu. Adibidez, segundario zirkuito irekita tensio altu oso arriskutsuak sortu ditzake, materiala eta pertsona arriskura eraman dezakete; birabiltzaile isolamenduko hutsak barneko zirkuito txikia sortu dezakete, neurketaren zehaztasuna jaisten; eta nukleo saturatzea neurketaren erroreak handitzen ditu, horrek babesteko ekintzak okerrak gertatzen ditu.

3.4.2 Arrazoianalisi
Korronte transformatorrak akatsen arrazoia hurrengoak dira: Lehenik, konbertagailu balio blokeatzean korronte handiak birabiltzaileei kalore termiko eta elektromagnetiko tentsio handiak eragin dezake, horrek isolamenduko hutsak sortu dezakete. Bigarren, isolamenduko prestazioak denboran zehar naturalki jaisten dira, horrek transformatzaileak baldintza anormaltan, adibidez, valve blokeatzean, oso askeagoak bihurtzen dira. Gehiago, diseinu edo aukerapen okerra—hala nola, korronte zehaztua okerra edo zehaztasun maila okerra—valve blokeatzean nukleo saturatzea eragin dezake. Adibidez, UHV DC proiektu batean, korronte transformatorraren korronte zehaztua oso baxua zen; valve blokeatzean, nukleo oso azkar saturatu zen, horrek korrontea ezin zuen zehazki neurtu, eta horrek babesteko releak okerrak gertatzen ditu.

IEE-Business-eko hainbat UHV DC transmitazio proiektuetatik hartutako akats datuen analisi estatistikoa egiteko, artikulu honek konbertagailuaren balioak blokeatzeko denboran neutral busbar circuit breaker-en akats moten proportzioa hobeto ulertzeko. Emaitzak taula 2-n agertzen dira.

Taula 2: UHV Konbertagailu Balio Blokeoan Neutral Busbar Circuit Breaker-en Akats Moten Proportzioa

4. UHVT konbertitzaile-balbak blokeatzean neutro-barraren zirkuitu-etengailuentzako akats-prebentzio eta kudeaketa-neurriak
4.1 Akats-prebentzio neurriak
4.1.1 Ekipamenduaren hautaketaren eta diseinuaren optimizazioa
UHV DC transmisio-proiektuen eraikuntza-fasean, konbertitzaile-balbak blokeatzean bezalako egoera arraroek neutro-barraren zirkuitu-etengailuetan izan dezaketen eragina kontuan hartu behar da, eta horren arabera egin behar da ekipamenduaren hautaketa eta diseinua. Gako-osagaiak hautatu behar dira—adibidez, isolamendu-maila altua duten etengailuak, arkuarekiko erresistentzia handia duten kontaktuak, eragiketa-mekanismo fidagarriak eta egokiak diren tentsio-transformadoreak. Adibidez, isolamendu-material aurreratuak eta prozesu fabrikazio aurreratuak erabiliz eginiko porzelana-isolatzaileek isolamenduaren fidagarritasuna hobetzen dute; arkuarekiko erresistentzia handia duten kontaktu-materialak kontaktuen bizitza luzatzen dute; eta ondo diseinatutako eragiketa-mekanismo batek zehaztasuna eta fidagarritasuna bermatzen du eragiketa-denboraldi guztietan.

4.1.2 Ekipamenduaren monitorizazioa eta mantentzea indartzea
Ekipamenduaren monitorizazio-sistema osatu bat ezarri behar da neutro-barraren zirkuitu-etengailuaren parametro eragileak jarraian jarraitu ahal izateko, hala nola parametro elektrikoak, tenperatura, presioa, bibratzioa eta beste egoera-adierazle batzuk. Datuen analisien bidez, akats-arrisku potentzialak lehenago antzeman daitezke. Adibidez, termografia infragorria erabil daiteke kontaktu eta konexio-puntuetan tenperatura neurtzeko; tenperatura-igoera arraroek azterketa eta ekintza zuzenkorrak ekarri behar dituzte denbora betean. Isolamenduaren erresistentziaren eta deskarga partzialekoaren monitorizazio onlineak isolamendu-egoera ebaluatzeko laguntzen du. Gainera, mantentze-lan ohikoenak—hala nola garbitzea, lubrifikazioa eta estutzea—indartu behar dira ekipamendua funtzionamendu-optimoan mantentzeko.

4.1.3 Eragiketa-ingurunearen kalitatearen hobetzea
Neutro-barraren zirkuitu-etengailuaren ingurune eragilea hobetu behar da ingurumen-kondizio aldarteekiko eragina murrizteko. Adibidez, aire-garbitze-sistemak instalatu daitezke subestazioetan, airean dauden kontaminatzaileak eta gas korrosiboak murrizteko; ur-laguntzarako neurri eraginkorrak—hala nola hezegailuak—erabiliz ekipamenduaren inguruan lehorra mantendu daiteke. Kostaldean edo industrialki nahaste handia duten eremuetan, tratamendu babestu bereziak—hala nola estalki anti-korrosiboak—aplikatu daitezke ekipamenduaren degradazioaren aurkako erresistentzia handitzeko.

4.2 Akatsen kudeaketa-neurriak
4.2.1 Akats-diagnostiko azkar teknologien aplikazioa
Neutro-barraren zirkuitu-etengailuan akats bat detektatzen denean, diagnostiko azkarreko teknologiak erabili behar dira akats mota eta erroreak zehazki identifikatzeko. Sistema diagnostiko adimentsuek datu eragile erreala eta akatsen ezaugarriak erabiliz, akatsen lokalizazio azkarra lortzen dute datuen analisiaren eta eredu oinarriko kalkuluen bitartez. Adibidez, unezko korronte eta tentsio-parametroen monitorizazio eta analisia erabil daiteke isolamendu-hustea, kontaktu-hondamena edo tentsio-transformadorearen akatsa gertatu den jakiteko; bibratzio-analisiek eragiketa-mekanismoan dauden arazo mekanikoak erakuts ditzakete.

4.2.2 Akatsen kudeaketa-prozedura arrazionalen ezarpena
Akatsen kudeaketa-prozedura xehetuak eta arrazionalak garatu behar dira akatsak gertatzen direnean erantzun azkar eta eraginkorra ziurtatzeko. Prozedura hauek akatsaren jakinarazpena, azterketa tokikoaren egitea, akats-diagnostikoa, konponketarako planifikazioa, konponketa-ren exekuzioa, ekipamenduaren probak eta onarpena barnebiltzen ditu. Prozesu osoan zehar segurtasun-protokoloak zorrotz jarraitu behar dira pertsonala eta ekipamendua babesteko. Adibidez, isolamendu-akatsak konpontzen direnean, lehenik energia-deskargua egin behar da eta gorde den energia askatu behar da azterketa eta konponketaren aurretik; osagaien ordezkapenaren ondoren, proba zorrotzak eta onarpen-kontrolak beharrezkoak dira errendimendua eskakizunak betetzen dituela ziurtatzeko.

4.2.3 Ekipamendu babeslarri eta plan alternatiboak
Neutro-barraren zirkuitu-etengailuen akatsen eragina sistemaren eragiketan gutxitzeko, ekipamendu babeslarriak eskuragarri izan behar dira, eta plan alternatibo osatuak prestatu behar dira. Akats larri bat gertatzen bada eta ezin bada laster konpondu, ekipamendu babeslarriak azkar deployatu daitezke sistema normalera itzultzeko. Ekipamendu babeslarien mantentze eta proba erregularra beharrezkoa da onartasun-egoera onean mantentzeko. Plan alternatiboak erantzun-egoera larriko prozedurak, langileen ardura, komunikazio-protokoloak eta beste elementu garrantzitsu batzuk zehaztu behar ditu larrialdietan ordena eta eraginkortasuna ziurtatzeko.

5.Ondorioa
UHV konbertitzaile-balbak blokeatzean, neutro-barraren zirkuitu-etengailuek akats-multzokiko arriskuak pairatzen dituzte—isolamendu-husteak, eragiketa-mekanismoaren akatsak, kontaktu-hondamena eta tentsio-transformadoreen akatsak barne—eta horrek UHV DC transmisio-sistemen eragiketa segurua eta egonkorra nabarmen kaltea ekar dezake. Konbertitzaile-balben blokeo-mekanismoa eta neutro-barraren zirkuitu-etengailuen egoera eragilea baldintza horietan aztertuz, akats mota ohikoenak eta haien eragileak argi identifika daitezke, kasu ikasketen xehetasunek lagunduta. Akats horiek eraginkortasunez prebenitzeko eta konpontzeko, neurri prebentiboiak inplementatu behar dira ekipamenduaren hautaketan eta diseinuan, eragiketa-monitorizazioan eta mantentzean, eta ingurunearen hobetzean. Aldi berean, akatsen kudeaketa-estrategiak—hala nola diagnostiko azkarreko teknologiak, konponketa-prozedura estandarizatuak eta sistema babeslari larriak—hartu behar dira UHV DC transmisio-sistemen eragiketa-fidagarritasuna gehitzeko.