محدد تيار العطل | دليل التثبيت والأبحاث

1 مواقع تركيب محددي التيار العابر للعيوب (FCLs)

• في محطات الكهرباء:تركيب FCL في هذا الموقع يقلل من مستوى تيار القصر في الشبكة أثناء العيوب، ويقلل من الضغط الميكانيكي والحراري على المحرك، وبالتالي يقلل من الخسائر في المعدات والأجهزة.

• في محطات التوزيع داخل المنشأة:مستوى تيار القصر في هذا الموقع عادة ما يكون مرتفعًا جدًا. يمكن أن يؤدي تركيب FCL إلى قمع كبير لتيار القصر.

• عبر الحافلة بأكملها:عندما تتطلب زيادة الطلب على الحمل استخدام محولات أكبر، قد لا يكون هناك حاجة لتغيير الدوائر المنفصلة والمفاتيح المنفصلة الموجودة. عند مستويات الطاقة الأعلى، يمكن استخدام محولات ذات سعة عالية ومقاومة منخفضة للحفاظ على تنظيم الجهد، مع الحد من الضغط الناجم عن تيار القصر على المحول. بعد حد تيار القصر على الجانب ذو الجهد العالي للمحول، سيسبب قصر دارة على الحافلة ذات الجهد المتوسط انخفاضًا بسيطًا فقط في الجهد على الحافلة ذات الجهد العالي.

• في خطوط الوصل الشبكية:توفر تركيب FCLs في نقاط الوصل الشبكي فوائد كبيرة فيما يتعلق بتحكم تدفق الطاقة والاستقرار الجهد وأمن التغذية واستقرار النظام وتخفيف الاضطرابات.

• في اتصالات الحافلات:بعد ربط الحافلات المنفصلة بواسطة FCL، فإن تأثير تيار القصر لا يزداد بشكل كبير. عندما يحدث عيب في حافلة واحدة، يساعد الانخفاض الجهد عبر SFCL على الحفاظ على مستويات الجهد على الحافلة المعيبة، مما يسمح لها بالبقاء في الخدمة. يمكن أن يمكّن ربط عدة حافلات من التشغيل المتوازي للمحولات، مما يقلل من مقاومة النظام ويحسن قدرة تنظيم الجهد ويقوم بإلغاء الحاجة إلى المحولات ذات التغييرات في الفتحة. يمكن أن توفر الطاقة الزائدة من حافلة واحدة للأحمال على حافلة أخرى، مما يحسن الاستفادة من السعة المحددة للمحولات.

• في مواقع المفاعلات الحالية المحددة:تحت الظروف الطبيعية، يقوم FCL بتقريب المفاعل الحالي المحدد، مما يتجنب الانخفاض غير الضروري في الجهد وخسارة الطاقة.

• في مغذيات المحولات:تركيب FCL في مغذي المحول يحمي المعدات下游设备，并在切换操作期间减少涌入电流。 - **在母线馈线上**：如果未在变压器馈线上安装FCL，则应在母线馈线上安装。尽管这可能需要更多的FCL单元，但可以在正常和故障条件下减少母线上的损耗。 - **在本地发电机连接点**：对于连接额外的分布式发电源（例如热电厂、风力发电场），FCL非常有益，因为它们可以减少这些电源对总短路电流的贡献。 - **用于闭合开环**：在中压网络中，由于高短路电流，有时会保持环路断开。可以使用FCL来闭合这些环路，提高供电可靠性、电压平衡并减少网络损耗。

2 故障限流器的研究方向

目前，FCL的应用仅限于个别项目。为了大规模部署，以下研究领域亟待解决：

• 研究FCL在提高输电能力和对电网稳定性的影响；提出满足电力系统稳定要求的基本参数。

• 基于典型区域电网结构，研究FCL的最佳安装位置和容量配置，并确定满足系统稳定性和设备热/机械承受能力的关键参数。

• 研究多个FCL之间或FCL与现有FACTS设备之间的协调控制策略。

• 研究FCL控制与传统系统控制和继电保护方案的集成。

• 研究将FCL控制纳入现有电网调度和控制系统的方法。

• 分析在不同负载位置部署FCL时FCL与电力系统之间的相互影响，并制定相应的缓解策略。

• 探索FCL在大型互联电网中的作用。

FCL是高压、大功率设备，其可靠性和成本效益是关键性能指标。提高可靠性不仅需要合理的电路拓扑结构和成熟的控制策略，还需要设计和控制的简单性。优化系统设计以减小尺寸、重量和成本仍然是FCL研究的核心目标。此外，控制系统的抗干扰能力和运行稳定性对于可靠的故障电流限制至关重要。

FCL的另一个问题是它们在正常运行期间处于非活动状态，从而增加了电网投资成本。在配电网络中，通常会安装各种电能质量补偿设备（如动态电压恢复器（DVR）、统一电能质量调节器（UPQC）、高级静止无功发生器（ASVG）、超导磁储能（SMES））来改善电能质量。如果能够设计一种在正常情况下提供多种补偿功能（改善电能质量）并在系统故障时立即呈现高阻抗以限制故障电流的设备，就可以实现多功能性。这样的设备还可以提供比现有FCL更好的限流原理和性能。

3 故障限流器的当前问题

作为一种新型保护装置，FCL正受到越来越多的关注，其在未来电力系统中的应用前景看好。然而，分析其潜在影响和效果是一个不可避免的挑战。主要的当前问题包括：

• FCL在故障瞬态期间的动态行为，包括对同步稳定性和负荷稳定性的影响。

• FCL的故障控制策略及其与继电保护系统的协调。

• 为FCL设计超快速故障检测系统和控制器。

• FCL对电能质量的影响，特别是谐波生成。

• FCL在电力系统中的最佳综合布置。

• FCL对电网中现有设备和组件运行状态的影响。

• FCL在电力系统中应用的经济评估。解决这些问题将极大地促进FCL技术的发展和采用。

超导故障限流器（SFCL）的具体问题：

• 超导磁体的稳定性。

• 故障后超导体的恢复时间。

• 电流限制后的超导体散热。

2 اتجاهات البحث لمحددي التيار العابر للعيوب (FCLs)

حالياً، تقتصر تطبيقات FCL على مشاريع فردية. للاستشراف على نطاق واسع، هناك حاجة ملحة للبحث في المجالات التالية:

• دراسة دور FCLs في تعزيز قدرة نقل الطاقة وتأثيرها على استقرار الشبكة؛ وتقديم المعلمات الأساسية التي تلبي متطلبات استقرار نظام الطاقة.

• دراسة مواقع التركيب الأمثل والسعة المثلى لـ FCLs بناءً على الهياكل الشبكية الإقليمية النموذجية، وتحديد المعلمات الرئيسية التي تلبي متطلبات استقرار النظام وقدرة تحمل المعدات الحرارية والميكانيكية.

• بحث استراتيجيات التنسيق والتحكم بين FCLs المتعددة أو بين FCLs والأجهزة FACTS الموجودة.

• دراسة دمج تحكم FCL مع أنظمة التحكم التقليدية وأنظمة حماية الريلاي.

• بحث طرق دمج تحكم FCL في أنظمة التوزيع والتحكم الحالية للشبكة.

• تحليل التأثيرات المتبادلة بين FCLs ونظام الطاقة عند نشرها في مواقع الأحمال المختلفة، وتطوير استراتيجيات التخفيف المناسبة.

• استكشاف دور FCLs في شبكات الطاقة الكبيرة المتصلة.

FCLs هي أجهزة ذات جهد عالي وقوة عالية، وتعتبر مؤشرات الأداء المتعلقة بالموثوقية والفعالية الاقتصادية مهمة للغاية. يتطلب تحسين الموثوقية ليس فقط تصاميم دائرة منطقية وإستراتيجيات تحكم ناضجة، ولكن أيضًا بساطة في التصميم والتحكم. يظل الهدف الرئيسي في بحث FCL هو تحسين تصميم النظام لتقليل الحجم والوزن والتكلفة. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر قدرة التحكم على مقاومة التداخل والاستقرار التشغيلي ضرورية لتحقيق حدود تيار العيب الموثوقة.

مشكلة أخرى مع FCLs هي أنها ذات وظيفة واحدة - فهي تبقى غير نشطة خلال التشغيل الطبيعي، مما يزيد من تكاليف الاستثمار في الشبكة. في شبكات التوزيع، غالبًا ما يتم تثبيت أجهزة مختلفة لتحسين جودة الطاقة (مثل DVR و UPQC و ASVG و SMES) لتحسين جودة الطاقة. إذا تم تصميم جهاز يمكنه تقديم وظائف تعويض متعددة في ظروف التشغيل العادية (تحسين جودة الطاقة) وتقديم مقاومة عالية فور حدوث عيب في النظام لتقييد تيار العيب، فإنه سيتم تحقيق الوظائف المتعددة. يمكن لهذا الجهاز أيضًا أن يقدم مبادئ وأداء أفضل لتحديد التيار مقارنة بـ FCLs الحالية.

3 القضايا الحالية لمحددي التيار العابر للعيوب (FCLs)

كجهاز حماية جديد، FCLs تستقبل المزيد من الاهتمام، ويبدو أن تطبيقها المستقبلي في أنظمة الطاقة واعد. ومع ذلك، فإن تحليل آثارها وتأثيراتها هو تحدي لا مفر منه. القضايا الرئيسية الحالية تشمل:

• سلوك FCLs الديناميكي خلال العيوب العابرة، بما في ذلك تأثيراتها على استقرار التزامن واستقرار الأحمال.

• استراتيجيات التحكم في العيوب لـ FCLs وتناغمها مع أنظمة حماية الريلاي.

• تصميم أنظمة كشف العيوب فائقة السرعة ومراقبتها لـ FCLs.

• تأثير FCLs على جودة الطاقة، خاصة فيما يتعلق بإنتاج التوافقيات.

• الوضع الأمثل لوضع FCLs في أنظمة الطاقة.

• تأثير FCLs على حالة التشغيل للمعدات والأجزاء الموجودة في الشبكة.

• تقييم الاقتصاد لتطبيقات FCLs في أنظمة الطاقة. حل هذه القضايا سيسهم بشكل كبير في تطوير وتبني تقنية FCL.

القضايا الخاصة بمحددي التيار العابر للعيوب الفائق التوصيل (SFCLs):

• استقرار المغناطيس الفائق التوصيل.

• وقت التعافي للموصلات الفائقة بعد العيب.

• إشعاع الحرارة من الموصلات الفائقة بعد تقييد التيار.