محدودکننده جریان خطا | راهنمای نصب و تحقیق

1 مکان‌های نصب محدودکننده جریان خطا (FCLs)

• در پایانه‌های ژنراتور:نصب یک FCL در این مکان سطح جریان کوتاه‌مداری در شبکه را در زمان خطاهای کاهش می‌دهد، تنش مکانیکی و حرارتی روی ژنراتور را کمینه می‌کند و در نتیجه ضایعات دستگاه‌ها و تجهیزات را کاهش می‌دهد.

• در زیرстанسیون‌های توزیع کارخانه:سطح جریان کوتاه‌مداری در این مکان معمولاً بسیار بالاست. نصب یک FCL می‌تواند به طور قابل توجهی جریان‌های خطای را کاهش دهد.

• در تمام باربر:وقتی که افزایش تقاضای بار نیاز به ترانسفورماتورهای بزرگتر است، شیرهای قطع و جداکننده‌های موجود ممکن است نیازی به تعویض نداشته باشند. در سطوح قدرت بالاتر، می‌توان از ترانسفورماتورهای ظرفیت بالا و مقاومت کم برای حفظ تنظیم ولتاژ استفاده کرد، در حالی که تنش جریان خطای ترانسفورماتور را محدود می‌کند. پس از محدود کردن جریان خطای سمت ولتاژ بالا ترانسفورماتور، یک کوتاه‌مداری در باربر ولتاژ متوسط فقط یک کاهش ولتاژ minimal در باربر ولتاژ بالا ایجاد می‌کند.

• در خطوط اتصال شبکه:نصب FCLs در نقاط اتصال شبکه مزایای قابل توجهی در کنترل جریان برق، ثبات ولتاژ، امنیت تأمین، ثبات سیستم و کاهش اختلالات ارائه می‌دهد.

• در اتصالات باربر:پس از اتصال باربرهای جداگانه با یک FCL، تأثیر جریان‌های کوتاه‌مداری به طور قابل توجهی افزایش نمی‌یابد. هنگامی که یک خطا در یک باربر رخ می‌دهد، کاهش ولتاژ در SFCL کمک می‌کند تا سطح ولتاژ باربر خراب شده حفظ شود و آن را قادر به ماندن در خدمت می‌سازد. اتصال چندین باربر امکان عملیات موازی ترانسفورماتورها را فراهم می‌کند، مقاومت سیستم را کاهش می‌دهد، توانایی تنظیم ولتاژ را افزایش می‌دهد و نیاز به ترانسفورماتورهای تغییر دهنده تپ را حذف می‌کند. انرژی اضافی از یک باربر می‌تواند بارهای دیگری را تأمین کند، استفاده از ظرفیت اسمی ترانسفورماتور را بهبود می‌بخشد.

• در مکان‌های رآکتورهای محدودکننده جریان:در شرایط عادی، FCL رآکتور محدودکننده جریان را کوتاه می‌کند و افت غیرضروری ولتاژ و ضایعات انرژی را اجتناب می‌کند.

• در فیدرهای ترانسفورماتور:نصب یک FCL در فیدر ترانسفورماتور تجهیزات پایین‌دست را محافظت می‌کند و جریان‌های ورودی در عملیات سوئیچینگ را کاهش می‌دهد.

• در فیدرهای باربر:اگر یک FCL در فیدر ترانسفورماتور نصب نشده باشد، باید در فیدر باربر نصب شود. اگرچه این ممکن است نیاز به واحد‌های FCL بیشتری داشته باشد، اما ضایعات در باربر را در شرایط عادی و خطا کاهش می‌دهد.

• در نقاط اتصال ژنراتور محلی:FCLs برای اتصال منابع تولید توزیع‌شده اضافی (مانند نیروگاه‌های گرمایی، مزارع بادی) بسیار مفید هستند، زیرا سهم این منابع در جریان کوتاه‌مداری کل را کاهش می‌دهند.

• برای بستن حلقه‌های باز:در شبکه‌های ولتاژ متوسط، گاهی اوقات حلقه‌ها به دلیل جریان‌های کوتاه‌مداری بالا باز می‌مانند. FCLs می‌توانند برای بستن این حلقه‌ها استفاده شوند، که باعث بهبود اطمینان تأمین، تعادل ولتاژ و کاهش ضایعات شبکه می‌شود.

2 جهت‌های تحقیق برای محدودکننده‌های جریان خطا

در حال حاضر، کاربردهای FCL به پروژه‌های فردی محدود است. برای گسترش در مقیاس بزرگ، نیاز به تحقیقات در زمینه‌های زیر وجود دارد:

• بررسی نقش FCLs در افزایش ظرفیت انتقال برق و تأثیر آنها بر ثبات شبکه؛ پیشنهاد پارامترهای بنیادی که نیازهای ثبات سیستم برق را برآورده می‌کنند.

• مطالعه مکان‌های نصب بهینه و ترکیبات ظرفیتی FCLs بر اساس ساختارهای شبکه منطقه‌ای معمولی، و تعیین پارامترهای کلیدی که هم ثبات سیستم و هم توان تحمل حرارتی/مکانیکی تجهیزات را برآورده می‌کنند.

• تحقیق در استراتژی‌های هماهنگی و کنترل بین چندین FCL یا بین FCLs و دستگاه‌های FACTS موجود.

• بررسی یکپارچه‌سازی کنترل FCL با سیستم‌های کنترل متعارف و طرح‌های حفاظتی رله.

• مطالعه روش‌های یکپارچه‌سازی کنترل FCL در سیستم‌های تخصیص و کنترل شبکه موجود.

• تحلیل تأثیرات متقابل بین FCLs و سیستم برق در موقعیت‌های بار مختلف، و توسعه استراتژی‌های مربوطه برای کاهش آنها.

• بررسی نقش FCLs در شبکه‌های برق متصل بزرگ.

FCLs دستگاه‌های ولتاژ بالا و قدرت بالا هستند و قابلیت اطمینان و اقتصادی بودن آنها شاخص‌های عملکردی بحرانی هستند. بهبود قابلیت اطمینان نیازمند نه تنها توپولوژی‌های مداری منطقی و استراتژی‌های کنترلی رسیده بلکه سادگی در طراحی و کنترل نیز می‌باشد. بهینه‌سازی طراحی سیستم برای کاهش اندازه، وزن و هزینه هدف مرکزی تحقیقات FCL است. علاوه بر این، توانایی مقاومت در برابر تداخل و ثبات عملیاتی سیستم کنترل برای محدود کردن قابل اعتماد جریان خطا ضروری است.

یک مشکل دیگر با FCLs این است که تابع واحدی دارند - در حالت عادی غیرفعال می‌مانند، که باعث افزایش هزینه‌های سرمایه‌گذاری شبکه می‌شود. در شبکه‌های توزیع، گاهی اوقات دستگاه‌های مختلف جبران‌کننده کیفیت توان (مانند DVR، UPQC، ASVG، SMES) برای بهبود کیفیت توان نصب می‌شوند. اگر یک دستگاه طراحی شود که در شرایط عادی توابع جبران‌کننده چندگانه (بهبود کیفیت توان) ارائه دهد و در زمان خطاهای سیستم مقاومت بالا ارائه دهد تا جریان خطا را محدود کند، چندکاره خواهد بود. چنین دستگاهی می‌تواند اصول و عملکرد محدود کننده جریان بهتری نسبت به FCLs موجود ارائه دهد.

3 مشکلات فعلی محدودکننده‌های جریان خطا

به عنوان یک دستگاه حفاظتی نوین، FCLs توجه بیشتری دریافت کرده‌اند و کاربرد آینده آنها در سیستم‌های برق امیدوارکننده به نظر می‌رسد. با این حال، تحلیل تأثیرات و اثرات بالقوه آنها چالشی اجتناب‌ناپذیر است. مشکلات اصلی فعلی شامل:

• رفتار دینامیکی FCLs در طول گذار خطاهای موقت، از جمله تأثیرات بر ثبات همزمان و ثبات بار.

• استراتژی‌های کنترل خطای FCLs و هماهنگی آنها با سیستم‌های حفاظتی رله.

• طراحی سیستم‌های تشخیص خطای فوق سریع و کنترل‌کننده‌های FCLs.

• تأثیر FCLs بر کیفیت توان، به ویژه در مورد تولید هارمونیک.

• قرارگیری یکپارچه بهینه FCLs در سیستم‌های برق.

• اثرات FCLs بر وضعیت عملیاتی تجهیزات و اجزای موجود در شبکه.

• ارزیابی اقتصادی کاربردهای FCLs در سیستم‌های برق. حل این مسائل به طور قابل توجهی توسعه و پذیرش فناوری FCL را ترویج خواهد کرد.

مسائل خاص برای محدودکننده‌های جریان خطا ابررسانا (SFCLs):

• ثبات مغناطیس‌های ابررسانا.

• زمان بازیابی ابررساناهای پس از خطای سیستم.

• انتشار گرما از ابررساناهای پس از محدود کردن جریان.