Анализа на грешките на прекинувачот за нултата магистрална жица во време на блокирање на високонапојните конвертерски клапки

1. Принцип блокирање на конвертерни вентилите за ултра-висок напон
1.1 Работен принцип на конвертерните вентили
Конвертерните вентили за ултра-висок напон (UHV) обично користат тиристорски вентили или изолирани двополуски транзистори (IGBT) за да го конвертираат променливото напон (AC) во постојан напон (DC) и обратно. Земајќи го тиристорскиот вентил како пример, се состои од повеќе тиристори поврзани паралелно и серијно. Контролирајќи ја активацијата (вклучувањето) и исклучувањето на тиристорите, вентилот регулира и конвертира електричната струја. Во нормална работа, конвертерниот вентил конвертира AC во DC или DC во AC според предефиниран редослед и време на активација [1].

1.2 Причини и процес на блокирање на конвертерните вентили
Блокирањето на конвертерниот вентил може да биде иницијализирано од различни фактори, вклучувајќи прекумерен напон, прекумерна струја, неисправности на внатрешни компоненти и аномалии во системот за контрола и заштита. Кога такви аномалии се детектираат, системот за контрола и заштита брзо испраќа команда за блокирање, спирајќи активацијата на сите тиристори или IGBT вентили, со што се блокира конвертерниот вентил.

Во текот на процесот на блокирање, значајни промени се случуваат во електричните параметри на системот. На пример, на страната на правоуглачот, после блокирањето на конвертерниот вентил, променливата струја на AC страната брзо пада. Меѓутоа, поради индуктивноста на линијата, DC струјата не пада моментално до нула, туку продолжува да текне преку патишта како нултата магистрала, формирајќи слободна струја. Во овој момент, прекинувачот на нултата магистрала мора брзо да функционира за да прекине DC струјата и да заштити опремата на системот од повреди причинети од прекумерна струја [2].

2. Работни услови на прекинувачот на нултата магистрала при блокирање на конвертерниот вентил
2.1 Промени во електричните параметри
Кога конвертерниот вентил е блокиран, напонот и струјата преку прекинувачот на нултата магистрала подлегнуваат драстични промени. На DC страната, бидејќи блокираниот конвертерен вентил спира нормалната тек на струјата, се појавува прекумерна струја во нултата магистрала и поврзаната опрема. Медијако, поради електромагнетни транзиентни процеси во системот, може да се појави прекумерен напон преку прекинувачот на нултата магистрала.

На пример, во еден проект за UHV DC пренос, после блокирањето на конвертерниот вентил, струјата во нултата магистрала моментално се зголеми до 2–3 пати од номиналната струја, а напонот преку прекинувачот на нултата магистрала покажа значајни флуктуации, достигнувајќи пикуване од 1,5 пати од нормалниот рабочи напон. Табела 1 визуелно илустрира промените во електричните параметри при блокирање на конвертерниот вентил.

Табела 1: Промени во електричните параметри при блокирање на конвертерниот вентил во еден проект за UHV DC пренос

2.2 Варијации на напон
Кога конвертерската клапа е блокирана, прекинувачот на нултата шина мора да издради не само електрически напон, туку и механички напон. Електрическиот напон главно произлегува од прекомерен напон и ток, кои интензивно изеднуваат контактите на прекинувачот и скратуваат нивниот временски период на служба. Механичкиот напон вешто резултира од ударни сили генерирања од рабочата механизма во текот на брзи операции со отварање и затварање, како и од електромагнетски сили причинети од брза промена на токот. На пример, при често блокирање на конвертерската клапа, делови од рабочата механизма на прекинувачот на нултата шина можат да станат слаби или изедени, што негативно влијае на неговата нормална функција на отварање и затварање [3].

3.Здружени типови на грешки и анализа на причините за прекинувачите на нултата шина во текот на блокирање на UHV конвертерска клапа
3.1 Пад на изолација
3.1.1 Прояви на грешката
Пад на изолација е еден од почестиот тип на грешка за прекинувачите на нултата шина во текот на блокирање на конвертерска клапа. Главно се манифестира како стареење или повреда на внатрешните материјали за изолација, што доведува до намалена изолационна перформанца и резултира во просечна разареждање или колапс. На пример, во некои проектите за длабоко-врска DC передавање со долготрајна работа, на површината на изолационите порцелански цеви во прекинувачот на нултата шина се појавиле загрязнувања и пукнатини, што значително компромитирала изолационата перформанца.

3.1.2 Анализа на причините
Причините за пад на изолација вклучуваат неколку аспекти. Прво, долготрајна работа под висок напон и голем ток постепено старее материјалите за изолација, намалувајќи ја нивната изолационата способност со времето. Второ, прекомерен напон и ток генерирања во текот на блокирање на конвертерска клапа импонираат тешки напон на материјалите за изолација, забрзувајќи процесот на стареење. Дополнително, тешки услови на работа - како висока влажност и тешко загрязнување - дозволуваат на површината на изолацијата да се накопчи загрязнување, дополнително намалувајќи ја изолационата перформанца. На пример, во проект за UHV DC предавање во прибережни региони со висока влажност и воздух со сол, проводлив филм лесно се формира на површината на изолационите порцелански цеви на прекинувачот на нултата шина, значително намалувајќи ја изолационата сила и доведувајќи до чести случаи на просечна разареждање.

3.2 Пад на рабочата механизма
3.2.1 Прояви на грешката
Пад на рабочата механизма главно се манифестира како аномални временски периоди на отварање/затварање или неможност за отварање/затварање (отказ на функционирање). На пример, во текот на блокирање на конвертерска клапа, прекинувачот на нултата шина може да има преизобилно долги временски периоди на отварање, не успевајќи да прекине DC токот своевремено, или може да не успее да се затвори правилно, што доведува до лош контакт.

3.2.2 Анализа на причините
Причините за пад на рабочата механизма се комплексни. Од една страна, механичките компоненти се стареат со времето поради чести операции, страдајќи од изедување или деформација што ја осуетува перформансата. На пример, пружините во механизмот можат да губат еластичност поради умор, доведувајќи до недостаточна сила за отварање/затварање. Од друга страна, грешки во контролниот кружник - како отказ на реле или повредени контролни кабели - можат да попречат на механизмот да прими или изведе команди правилно. Дополнително, електромагнетската интерференција во текот на блокирање на конвертерска клапа може да наруши контролните сигнали, доведувајќи до грешки или отказ на функционирање. На пример, во еден проект за UHV DC предавање, контролните кабели поставени близу до шини со голем ток испретерани силна магнетна интерференција во текот на блокирање на клапа, доведувајќи до отказ на прекинувачот за отварање.

3.3 Пад на контактите
3.3.1 Прояви на грешката
Пад на контактите главно вклучува ерозија на контактите, зголемување на контактната резистивност и сварување на контактите. Во текот на блокирање на конвертерска клапа, кога прекинувачот на нултата шина прекинува голем ток, се формираат високотемпературни дуги, што доведува до ерозија на површината на контактите. Долготрајна ерозија доведува до неравномерни површини на контактите и повишена резистивност, што осуетува нормалната функција. Во тешки случаи, контактите можат да се сваруваат, попречувајќи прекинувачот да се отвори.

3.3.2 Анализа на причините
Главната причина за пад на контактите е големиот ток и високотемпературната дуга генерирања во текот на блокирање на конвертерска клапа. Токот со голем проток генерира Јоулово нагревање, повисувајќи температурата на контактите, додека интензивната топлина на дугата забрзува ерозијата. Дополнително, карактеристиките на материалот за контактите и качеството на производството влијаат на отпорноста на дугата. Контактите направени од материјали со слаба отпорност на висока температура или дуга, или оние производени со недостаточни процеси, се подложни на ерозија. На пример, во еден проект за UHV DC предавање, прекинувачот на нултата шина користеше контактите со недостаточна отпорност на дугата; следејќи многу случаи на блокирање, се појави тешка ерозија, значително зголемувајќи контактната резистивност и осуетувајќи нормалната функција.

3.4 Пад на трансформаторот за ток
3.4.1 Прояви на грешката
Пад на трансформаторот за ток главно вклучува отворен вторичен кружник, повреда на изолацијата на виткањето и насытување на јадрото. Во текот на блокирање на конвертерска клапа, брзата промена на DC токот подложува трансформаторот за ток на значителен напон, што го прави подложен на пад. На пример, отворен вторичен кружник може да генерира опасно висок напон, што го опасува опремата и личностите; повреда на изолацијата на виткањето може да предизвика внатрешни кратки кружници, намалувајќи точноста на меренјето; и насытувањето на јадрото зголемува грешките на меренје, потенцијално активирајќи неточни заштитни акции.

3.4.2 Анализа на причините
Причините за пад на трансформаторот за ток вклучуваат следново: Прво, прекомерен ток во текот на блокирање на конвертерска клапа подложува виткањата на висок термален и електромагнетски напон, можеби повредувајќи изолацијата. Второ, перформансата на изолацијата природно се старее со времето, што го прави трансформаторот подложен на пад под аномални услови како блокирање на клапа. Дополнително, неправилен дизајн или избор - како погрешен номинален ток или класа на точност - може да доведе до насытување на јадрото во текот на случаи на блокирање. На пример, во еден проект за UHV DC предавање, номиналниот ток на трансформаторот за ток беше премногу нисок; во текот на блокирање на клапа, јадрото брзо се насити, не успејќи да мерува токот точно и предизвикајќи неточни функции на заштитните релеи.

За подобро разбирање на пропорцијата на секој тип грешка меѓу грешките на прекинувачите на нултата шина во моментот на блокирање на конвертерската клапа, овој труд е направил статистичка анализа на податоци за грешки од повеќе проекти за УВХ поставна трансмисија, со резултати прикажани во Табела 2.

Табела 2: Пропорција на типови на грешки на прекинувачите на нултата шина во моментот на блокирање на УВХ конвертерска клапа

4.Мерки за спречување и управување со грешки на прекинувачите на неутралната шина во време на блокирање на конверторските клапи на УВН
4.1 Мерки за спречување на грешки
4.1.1 Оптимизација на изборот и дизајн на опремата
Во фазата на изградба на проектите за пренос на ДС са УВН, треба да се наполну се земат предвид влијанието на аномалии како што е блокирањето на конверторските клапи врз прекинувачите на неутралната шина, и според тоа да се оптимизира изборот и дизајн на опремата. Треба да се изберат клучни компоненти – како прекинувачи со високо изолационно перформанса, контакти со одлична отпорност на дуг, надежни механизми за работа и трансформатори со одговарачки размери. На пример, изолационни порцелански цевчиња направени од напредни изолационни материјали и производствени процеси можат да подобрат надежноста на изолацијата; материјали на контакти со силна отпорност на дуг го прошируваат животот на контактите; и добро дизајниран механизам за работа гарантира точна и надежна работа при различни услови.

4.1.2 Подобрување на мониторингот и одржбата на опремата
Треба да се изгради целостен систем за мониторинг на опремата за непрекинува мониторинг на оперативните параметри на прекинувачот на неутралната шина, вклучувајќи ги електричките параметри, температурата, притисокот, вибрацијата и други индикатори на состојба. Преку анализата на податоците, ранимало можат да се идентификуваат потенцијални ризици од грешки. На пример, инфрачервената термографија може да се користи за мониторинг на температурите на контактите и точките на поврзување; аномални температурски нагласи ги активираат своевремените инспекции и корекциони акции. Онлајн мониторинг на изолационото отпорство и делниот одлажување помага во оцената на состојбата на изолацијата. Повисоката рутинска одржба – вклучувајќи ја чистењето, смазувањето и затеснувањето – треба да се јачи за да се осигура дека опремата останува во оптимално работно состојба.

4.1.3 Подобрување на качеството на работната средина
Работната средина на прекинувачот на неутралната шина треба да се подобри за намалување на негативните влијанија на околината. На пример, системи за чистење на воздухот можат да се инсталираат во преобразувачки станции за намалување на контаминантите во воздухот и корозивните гасови; ефективни мерки за контрола на влажноста – како дехумидификатори – можат да одржуваат сушествени услови околу опремата. Во прибережни области или области со тешка индустриска загадена, специјални заштитни третмани – како антикорозивни покрови – можат да се применат за подобрување на отпорноста на опремата на околната деградација.

4.2 Мерки за управување со грешки
4.2.1 Примена на технологии за брзо дијагностицирање на грешки
Кога се детектира грешка на прекинувачот на неутралната шина, треба да се применат технологии за брзо дијагностицирање на грешки за точно идентификување на типот и причината на грешката. Интелигентни дијагностички системи, комбинирани со реални временски оперативни податоци и карактеристики на грешките, овозможуваат брза локализација на грешките преку анализа на податоци и пресметки базирани на модели. На пример, реални временски мониторинг и анализа на параметрите на струја и напон можат да помогнат во определувањето дали се случила изолационска недостаточност, повреда на контактите или нефункционалност на трансформаторот на струјата; анализа на вибрациите може да открие механички проблеми во механизмот за работа.

4.2.2 Изградба на рационални процедури за управување со грешки
Детални и рационални процедури за управување со грешки треба да се развијат за осигурување на брз и ефикасен одговор кога се случат погрешки. Овие процедури треба да вклучуваат извештај за грешка, инспекција на местото, дијагностицирање на грешката, планирање на поправка, имплементација на поправката, тестирање на опремата и проверка на прифатливост. Низ целиот процес, стриктното следење на протоколите за безбедност е суштинско за заштита на личното и опремата. На пример, кога се работи на изолационски грешки, прво треба да се исключи напонот и да се испразни складираната енергија пред инспекција и поправка; по замена на компонентите, строго тестирање и проверка на прифатливост мора да потврди дека перформансата одговара на потребните стандарди.

4.2.3 Емергенцијална запасна опрема и планови за надворешни ситуации
За минимизирање на влијанието на грешките на прекинувачите на неутралната шина врз функционирањето на системот, треба да има достапна емергенцијална запасна опрема и да се формулираат целостни планови за надворешни ситуации. Во случај на тешка грешка која не може да се поправи своевремено, запасната опрема може брзо да се деплонира за враќање на нормалното функционирање на системот. Редовната одржба и тестирање на запасната опрема се неопходни за осигурување дека таа останува во добра стајања. Планот за надворешни ситуации треба да определи процедурите за емергенцијален одговор, одговорности на личното, протоколи за комуникација и други кључни елементи за овозможување на уреден и ефикасен емергенцијален одговор.

5.Заклучок
Во време на блокирање на конверторските клапи на УВН, прекинувачите на неутралната шина се соочуваат со многу ризици од грешки – вклучувајќи изолационска недостаточност, нефункционалност на механизмот за работа, повреда на контактите и грешки на трансформаторите на струјата – сите што значително можат да компромитираат безбедното и стабилно функционирање на системите за пренос на ДС са УВН. Со детална анализа на механизмот за блокирање на конверторските клапи и оперативното состојба на прекинувачите на неутралната шина во такви услови, обичните типови на грешки и нивните причини биле јасно идентификувани, поддржани со детални студии на случаи. За ефикасно спречување и управување со овие грешки, треба да се применат превентивни мерки во изборот и дизајн на опремата, мониторингот и одржбата на функционирањето, и подобрувањето на околината. Симултано, стратегии за управување со грешките – вклучувајќи технологии за брзо дијагностицирање, стандардизиране на процедурите за поправка и емергенцијални запасни системи – треба да се прифатат за подобрување на оперативната надежност на системите за пренос на ДС са УВН.