Strømstykker | Installations- & forskningsguide

1 Placeringer for installation af strømbegrænsere (FCLs)

• Ved generatorudgangene：Installation af en FCL på dette sted nedsætter kortslutningsstrømniveauet i netværket under fejl, minimaliserer mekanisk og termisk stress på generatoren, og reducerer dermed tab i udstyr og enheder.

• Ved distributionsunderstationerne i anlægget：Kortslutningsstrømniveauer på dette sted er typisk meget høje. Installation af en FCL kan betydeligt supprimere fejlstrømme.

• Over hele busbaren：Når øget belastningsbehov kræver større transformatorer, behøver eksisterende kredsløbsbrydere og afkoblingskontakter ikke erstattes. Ved højere effektniveauer kan høj kapacitet, lav impedans-transformatorer bruges til at opretholde spændingsregulering, mens man begrænser fejlstrømstress på transformatorerne. Efter begrænsning af fejlstrøm på den højspannings side af transformatorerne vil en kortslutning på en mellemspændingsbusbare kun forårsage en minimal spændningsfald på den højspannings busbare.

• Ved nettets forbinderled：Installation af FCLs ved netværksforbindelsespunkter giver betydelige fordele i form af kontrol af strømforskydning, spændingsstabilitet, leveringsikkerhed, systemstabilitet og styring af forstyrrelser.

• Ved busbarforbindelser：Efter at have forbundet separate busbare med en FCL, øges virkningen af kortslutningsstrømmer ikke betydeligt. Når der opstår en fejl på en busbare, hjælper spændingsfaldet over SFCL med at opretholde spændingsniveauer på den defekte busbare, hvilket gør det muligt for den at blive i drift. Forbindelse af flere busbare gør det muligt at drive transformatorer parallel, reducerer systemimpedansen, forbedrer spændingsreguleringskapaciteten, og eliminerer behovet for tap-changing transformatorer. Overskudsstrøm fra en busbare kan levere belastninger på en anden, hvilket forbedrer udnyttelsen af transformatorernes nominelle kapacitet.

• Ved placeringer for strømbegrænsende reaktorer：Under normale forhold shortes strømbegrænsende reaktor af FCL, hvilket undgår unødvendig spændingsfald og strømtab.

• Ved transformatorforespor：Installation af en FCL ved transformatorforespor beskytter nedstremsudstyr og reducerer inrush-strømme under skiftoperateringer.

• Ved busbarforespor：Hvis en FCL ikke er installeret ved transformatorforespor, bør den installeres ved busbarforespor. Selvom dette kan kræve flere FCL-enheder, reducerer det tab på busbaren både under normale og fejlsituationer.

• Ved lokale generatorforbindelsespunkter：FCL'er er yderst nyttige for at forbinde yderligere decentraliserede energikilder (fx varmekraftværker, vindparker), da de reducerer bidraget fra disse kilder til den samlede kortslutningsstrøm.

• Til lukning af åbne løkker：I mellemspændingsnetværk holdes løkker ofte åbne på grund af høje kortslutningsstrømme. FCL'er kan bruges til at lukke disse løkker, hvilket forbedrer leveringsreliabilitet, spændingsbalance og reducerer nettab.

2 Forskningsretninger for strømbegrænsere

I øjeblikket er anvendelser af FCL'er begrænset til individuelle projekter. For stor-skala implementering er følgende forskningsområder akut:

• Undersøg rolle af FCL'er i forbedring af strømtransmissionskapacitet og deres indflydelse på netstabilitet; foreslå grundlæggende parametre, der opfylder kravene til strømsystemets stabilitet.

• Studér optimale installationssteder og kapacitetskonfigurationer for FCL'er baseret på typiske regionale netstrukturer, og bestem nøgleparametre, der tilfredsstiller både systemstabilitet og udstyrs termiske/mekaniske tålegrenser.

• Forsk i koordinations- og kontrolstrategier mellem flere FCL'er eller mellem FCL'er og eksisterende FACTS-enheder.

• Undersøg integration af FCL-kontrol med konventionelle systemkontroller og relæbeskyttelsessystemer.

• Studér metoder til integration af FCL-kontrol i eksisterende strømnets dispatch- og kontrolsystemer.

• Analyser gensidige indflydelse mellem FCL'er og strømsystemet, når de implementeres ved forskellige belastningssteder, og udvikl tilsvarende modereringsstrategier.

• Udforsk rollen for FCL'er i store sammenhængende strømnet.

FCL'er er højspændings, højeffekt-enheder, og deres pålidelighed og kostnadseffektivitet er afgørende prestationindikatorer. Forbedring af pålidelighed kræver ikke kun rationelle kredsløbstopologier og modne kontrolstrategier, men også simplicitet i design og kontrol. Optimering af systemdesign for at reducere størrelse, vægt og omkostninger er stadig et centralt mål i FCL-forskning. Desuden er kontrolsystemets modstandskraft over for støj og driftsstabilitet afgørende for pålidelig fejlstrømbegrænsning.

Et andet problem med FCL'er er deres enkeltfunktionalitet - de er inaktive under normal drift, hvilket øger investeringsomkostninger i netværket. I distributionsnetværk installeres ofte forskellige strømkvalitetskompenstationsenheder (fx Dynamic Voltage Restorers (DVR), Unified Power Quality Conditioners (UPQC), Advanced Static Var Generators (ASVG), Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)) for at forbedre strømkvaliteten. Hvis en enhed kunne designes til at give flere kompensationsfunktioner under normal drift (forbedring af strømkvaliteten) og hurtigt præsentere høj impedans under systemfejl for at begrænse fejlstrøm, ville det opnå multifunktionalitet. En sådan enhed kunne også byde på forbedrede strømbegrænsningsprincipper og -ydeevne sammenlignet med eksisterende FCL'er.

3 Nuværende problemer med strømbegrænsere

Som en ny beskyttelsesenhed får FCL'er mere og mere opmærksomhed, og deres fremtidige anvendelse i strømsystemer ser lovende ud. Dog er analyse af deres potentielle indflydelse og effekter en uundgåelig udfordring. De vigtigste nuværende problemer inkluderer:

• Den dynamiske adfærd af FCL'er under fejltransienter, herunder indflydelse på synkroniseringstabilitet og belastningsstabilitet.

• Fejlkontrolstrategier for FCL'er og deres koordinering med relæbeskyttelsessystemer.

• Design af ultra-hurtige fejldetektionssystemer og kontrollere for FCL'er.

• Indflydelse af FCL'er på strømkvaliteten, især med hensyn til harmonisk generering.

• Optimal integreret placering af FCL'er i strømsystemer.

• Effekter af FCL'er på driftsstatus for eksisterende udstyr og komponenter i netværket.

• Økonomisk vurdering af FCL-anvendelser i strømsystemer. Løsning af disse problemer vil betydeligt fremme udviklingen og anvendelsen af FCL-teknologi.

Specifikke problemer for superledende strømbegrænsere (SFCL'er):

• Stabilitet af superledende magneter.

• Genoprettelsestid for superledere efter en fejl.

• Varmeafgift fra superledere efter strømbegrænsning.