Limitatore di Corrente di Cortocircuito | Guida all'Installazione & Ricerca

James

Campo: Operazioni Elettriche

China

1 Posizioni per l'installazione dei limitatori di corrente di cortocircuito (FCL)

Alle terminali del generatore：L'installazione di un FCL in questa posizione riduce il livello di corrente di cortocircuito nella rete durante i guasti, minimizza lo stress meccanico e termico sul generatore e, di conseguenza, riduce le perdite negli apparecchi e dispositivi.
Nelle sottostazioni di distribuzione della centrale：I livelli di corrente di cortocircuito in questa posizione sono generalmente molto elevati. L'installazione di un FCL può ridurre significativamente le correnti di guasto.
Lungo l'intera barra di raccordo：Quando l'aumento della domanda di carico richiede trasformatori più grandi, gli interruttori esistenti e gli interruttori di separazione potrebbero non necessitare di essere sostituiti. A livelli di potenza superiori, possono essere utilizzati trasformatori ad alta capacità e bassa impedenza per mantenere la regolazione della tensione, limitando lo stress delle correnti di guasto sul trasformatore. Dopo aver limitato la corrente di guasto sul lato ad alta tensione del trasformatore, un cortocircuito sulla barra di raccordo a media tensione causerà solo una minima caduta di tensione sulla barra di raccordo ad alta tensione.
Sulle linee di collegamento di rete：L'installazione di FCL ai punti di interconnessione della rete offre benefici significativi in termini di controllo del flusso di potenza, stabilità della tensione, sicurezza dell'approvvigionamento, stabilità del sistema e mitigazione dei disturbi.
Nelle interconnessioni tra barre di raccordo：Dopo aver connesso barre di raccordo separate con un FCL, l'impatto delle correnti di cortocircuito non aumenta significativamente. Quando si verifica un guasto su una barra, la caduta di tensione attraverso l'SFCL aiuta a mantenere i livelli di tensione sulla barra difettosa, permettendole di rimanere in servizio. La connessione di più barre di raccordo consente l'operazione parallela dei trasformatori, riducendo l'impedenza del sistema, migliorando la capacità di regolazione della tensione e eliminando la necessità di trasformatori con cambio di rapporto. Il potere eccessivo da una barra può alimentare i carichi su un'altra, migliorando l'utilizzo della capacità nominale del trasformatore.
Nelle posizioni dei reattori limitatori di corrente：In condizioni normali, l'FCL bypassa il reattore limitatore di corrente, evitando cadute di tensione e perdite di potenza inutili.
Sui ramificatori dei trasformatori：L'installazione di un FCL sul ramificatore del trasformatore protegge l'equipaggiamento a valle e riduce le correnti di inrush durante le operazioni di commutazione.
Sui ramificatori della barra di raccordo：Se un FCL non è installato sul ramificatore del trasformatore, dovrebbe essere installato sul ramificatore della barra di raccordo. Anche se ciò potrebbe richiedere più unità FCL, riduce le perdite sulla barra sia in condizioni normali che in caso di guasto.
Ai punti di connessione dei generatori locali：Gli FCL sono estremamente vantaggiosi per la connessione di ulteriori fonti di generazione distribuita (ad esempio, centrali termiche, parchi eolici) poiché riducono il contributo di queste fonti alla corrente totale di cortocircuito.
Per la chiusura di anelli aperti：Nelle reti a media tensione, gli anelli vengono talvolta mantenuti aperti a causa di elevate correnti di cortocircuito. Gli FCL possono essere utilizzati per chiudere questi anelli, migliorando l'affidabilità dell'approvvigionamento, l'equilibrio della tensione e riducendo le perdite della rete.

2 Direzioni di ricerca per i limitatori di corrente di cortocircuito

Attualmente, le applicazioni degli FCL sono limitate a progetti individuali. Per una diffusione su larga scala, sono urgentemente necessarie le seguenti aree di ricerca:

Indagare il ruolo degli FCL nell'aumento della capacità di trasmissione di potenza e il loro impatto sulla stabilità della rete; proporre parametri fondamentali che soddisfino i requisiti di stabilità del sistema di potenza.
Studiare le posizioni ottimali di installazione e le configurazioni di capacità per gli FCL basate su strutture tipiche di reti regionali, e determinare i parametri chiave che soddisfano sia la stabilità del sistema che le capacità termiche e meccaniche di resistenza degli apparecchi.
Ricerca di strategie di coordinamento e controllo tra più FCL o tra FCL e dispositivi FACTS esistenti.
Indagare l'integrazione del controllo degli FCL con i sistemi di controllo convenzionali e i sistemi di protezione a relè.
Studiare metodi per incorporare il controllo degli FCL nei sistemi di dispatch e controllo della rete esistenti.
Analizzare gli impatti reciproci tra gli FCL e il sistema di potenza quando vengono dispiegati in varie posizioni di carico, e sviluppare strategie di mitigazione corrispondenti.
Esplorare il ruolo degli FCL nelle grandi reti di potenza interconnesse.

Gli FCL sono dispositivi ad alta tensione e alta potenza, e la loro affidabilità ed economicità sono indicatori critici di prestazioni. Migliorare l'affidabilità richiede non solo topologie di circuito razionali e strategie di controllo mature, ma anche semplicità nel design e nel controllo. L'ottimizzazione del design del sistema per ridurre dimensioni, peso e costi rimane un obiettivo centrale nella ricerca sugli FCL. Inoltre, la capacità anti-interferenza e la stabilità operativa del sistema di controllo sono essenziali per una limitazione affidabile della corrente di guasto.

Un altro problema degli FCL è la loro funzione singola - rimangono inattivi durante l'operazione normale, aumentando i costi di investimento della rete. Nelle reti di distribuzione, spesso vengono installati vari dispositivi di compensazione della qualità dell'energia (ad esempio, Restauratori Dinamici di Tensione (DVR), Condizionatori Unificati di Qualità dell'Energia (UPQC), Generatori Statici di Var Avanzati (ASVG), Accumulatori Superconduttivi di Energia Magnetica (SMES)) per migliorare la qualità dell'energia. Se un dispositivo potesse essere progettato per fornire funzioni di compensazione multiple in condizioni normali (migliorando la qualità dell'energia) e presentare immediatamente alta impedenza durante i guasti del sistema per limitare la corrente di guasto, raggiungerebbe la multifunzionalità. Un tale dispositivo potrebbe offrire principi e prestazioni di limitazione della corrente migliorate rispetto agli FCL esistenti.

3 Problemi attuali con i limitatori di corrente di cortocircuito

Come nuovo dispositivo di protezione, gli FCL stanno ricevendo sempre maggiore attenzione, e la loro futura applicazione nei sistemi di potenza sembra promettente. Tuttavia, analizzare i loro potenziali impatti ed effetti è una sfida inevitabile. I principali problemi attuali includono:

Il comportamento dinamico degli FCL durante i transitori di guasto, inclusi gli impatti sulla stabilità sincrona e sulla stabilità del carico.
Strategie di controllo dei guasti degli FCL e la loro coordinazione con i sistemi di protezione a relè.
Progettazione di sistemi di rilevamento ultra-rapidi dei guasti e controllori per gli FCL.
Impatto degli FCL sulla qualità dell'energia, in particolare riguardo alla generazione di armoniche.
Posizionamento integrato ottimale degli FCL nei sistemi di potenza.
Effetti degli FCL sullo stato operativo degli apparecchi e componenti esistenti nella rete.
Valutazione economica delle applicazioni degli FCL nei sistemi di potenza. Affrontare questi problemi promuoverà notevolmente lo sviluppo e l'adozione della tecnologia FCL.