Ограничаващо устройство за ток на дефект | Ръководство за инсталиране и изследвания

1 Места за инсталиране на ограничителите на виновни токове (FCLs)

• На терминалите на генераторите：Инсталирането на FCL на това място намалява нивото на късноспойния ток в мрежата при аварии, минимизира механичното и термично напрежение върху генератора и следователно намалява загубите в оборудването и устройства.

• В разпределителните подстанции на предприятията：Нивата на късноспойния ток на това място обикновено са много високи. Инсталирането на FCL може значително да ограничи аварийните токове.

• През цялата шина：Когато увеличаването на потребността от натоварване изисква по-големи трансформатори, съществуващите автоматични предпазни устройства и разединители може да не е нужно да се заменят. При по-високи мощности могат да се използват висококапацитетни, нискоимпедансни трансформатори, за да се поддържа регулацията на напрежението, като се ограничава стреса от аварийния ток върху трансформатора. След ограничаването на аварийния ток на високонапрежената страна на трансформатора, късноспойността на средненапрежената шина ще причини само минимално падане на напрежението на високонапрежената шина.

• На мрежовите връзки：Инсталирането на FCLs в точките на мрежовата интерконекция предоставя значителни предимства в контрола на потока на енергията, стабилността на напрежението, сигурността на доставката, стабилността на системата и намаляването на нарушенията.

• При връзките между шините：След свързването на отделни шини чрез FCL, влиянието на късноспойните токове не се увеличава значително. Когато се случи авария на една шина, падането на напрежението през SFCL помага да се поддържат нивата на напрежението на дефектната шина, позволявайки й да остане в употреба. Свързването на множество шини позволява паралелна работа на трансформаторите, намалява импеданса на системата, подобрява способността за регулация на напрежението и елиминира необходимостта от трансформатори с променяеми контакти. Излишната мощност от една шина може да доставя натоварването на друга, подобрявайки използването на номиналната мощност на трансформаторите.

• В местата на ограничителите на тока：Под нормални условия FCL короткозамыка ограничителя на тока, избягвайки ненужното падане на напрежението и загубите на мощност.

• На фидерите на трансформаторите：Инсталирането на FCL на фидера на трансформатора защитава устройствата по-надолу и намалява въвеждащите токове при операции с комутация.

• На фидерите на шините：Ако FCL не е инсталиран на фидера на трансформатора, трябва да бъде инсталиран на фидера на шината. Въпреки че това може да изисква повече единици FCL, то намалява загубите на шината както при нормални, така и при аварийни условия.

• В точките за свързване на местните генератори：FCL са много полезни за свързване на допълнителни разпределени източници на енергия (например, термални електроцентрали, вятърни паркове), тъй като намаляват приноса на тези източници към общия късноспойен ток.

• За затваряне на отворени контури：В мрежите със средно напрежение, контурите понякога се държат отворени поради високите късноспойни токове. FCL могат да бъдат използвани за затваряне на тези контури, подобрявайки надеждността на доставката, баланса на напрежението и намаляването на загубите в мрежата.

2 Поставки за изследвания на ограничителите на виновни токове

В момента приложенията на FCL са ограничени до индивидуални проекти. За масовото разпространение, следните области на изследвания са спешно необходими:

• Изследване ролята на FCL във увеличаването на капацитета за предаване на енергия и техният ефект върху стабилността на мрежата; предложение на основни параметри, които отговарят на изискванията за стабилност на енергийната система.

• Изучаване оптималните места за инсталиране и конфигурации на капацитета на FCL, базирани на типични регионални структури на мрежата, и определяне на ключови параметри, които удовлетворяват както стабилността на системата, така и термичните и механичните способности на оборудването.

• Изследване на координацията и стратегиите за управление между множество FCL или между FCL и съществуващи FACTS устройства.

• Изучаване на интеграцията на контрола на FCL с конвенционалните системи за управление и схеми за релейна защита.

• Изучаване на методи за инкорпорация на контрола на FCL в съществуващите системи за диспечериране и управление на мрежата.

• Анализ на взаимните ефекти между FCL и енергийната система при инсталацията на различни точки на натоварване, и развитие на съответни стратегии за намаляване.

• Изследване ролята на FCL в големи свързани енергийни мрежи.

FCL са устройства с високо напрежение и висока мощност, и техната надеждност и икономичност са ключови показатели на производителност. Подобряването на надеждността изисква не само рационални топологии на схемите и зрелите стратегии за управление, но и простота в дизайна и управлението. Оптимизирането на системния дизайн, за да се намали размерът, теглото и цената, остава централна цел в изследванията на FCL. Освен това, способността за противодействие на интерференцията и оперативната стабилност на системата за управление са съществени за надеждното ограничаване на аварийния ток.

Друг проблем с FCL е, че те имат единствена функция – остават неактивни при нормална работа, което увеличава инвестициите в мрежата. В разпределителните мрежи, често се инсталират различни устройства за компенсиране на качеството на енергията (например, Динамични възстановители на напрежението (DVR), Унифицирани устройства за условие на качеството на енергията (UPQC), Напреднали статични генератори на реактивна мощност (ASVG), Суперпроводящи магнитни системи за съхранение на енергия (SMES)), за да се подобри качеството на енергията. Ако устройство може да бъде проектирано, за да предоставя множество функции за компенсация при нормални условия (подобряване на качеството на енергията) и да представи висок импеданс моментално при аварии, за да ограничи аварийния ток, то би постигнало многфункционалност. Такова устройство би могло да предложи подобрени принципи и производителност за ограничаване на тока в сравнение със съществуващите FCL.

3 Текущи проблеми с ограничителите на виновни токове

Като ново защитно устройство, FCL получават все по-голямо внимание, и бъдещето им в енергийните системи изглежда много обещаващо. Но анализирането на техния потенциален ефект и влияние е неизбежен предизвикателство. Основните текущи проблеми включват:

• Динамичното поведение на FCL при аварийни преходни процеси, включително влиянието върху стабилността на синхронизацията и стабилността на натоварването.

• Стратегии за контрол на аварии с FCL и техната координация с системите за релейна защита.

• Проектиране на ултра-бързи системи за детекция на аварии и контролери за FCL.

• Влияние на FCL върху качеството на енергията, особено във връзка с генерирането на хармоники.

• Оптимално интегрирано разположение на FCL в енергийните системи.

• Ефекти на FCL върху оперативното състояние на съществуващото оборудване и компоненти в мрежата.

• Икономически анализ на приложението на FCL в енергийните системи. Решаването на тези проблеми ще допринесе значително за развитието и приемството на технологията FCL.

Специфични проблеми за суперпроводящите ограничители на виновни токове (SFCLs):

• Стабилността на суперпроводящите магнити.

• Времето за възстановяване на суперпроводниците след авария.

• Разсейване на топлина от суперпроводниците след ограничаване на тока.