Strømsvingningsbegrenser | Installasjons- og forskningsguide

1 Plasseringer for installasjon av strømavbrytere (FCLs)

• Ved generatorutleger：Installasjon av en FCL på denne plasseringen reduserer kortslutningsstrømnivået i nettet under feil, minimerer mekanisk og termisk stress på generatoren, og dermed reduserer tap i utstyr og enheter.

• Ved distribusjonssubstasjoner i anlegg：Kortslutningsstrømnivåene på denne plasseringen er typisk veldig høye. Installasjon av en FCL kan betydelig dempe feilstrømmer.

• Gjennom hele busbar：Når økt lastbehov krever større transformatorer, trenger eksisterende sirkuitsikringer og skillekontakter kanskje ikke erstattes. Ved høyere effektnivåer kan høykapasitets, lavimpedans-transformatorer brukes for å opprettholde spenningstilpasning, samtidig som de begrenser feilstrømstress på transformator. Etter at feilstrømmen er begrenset på den høyspente siden av transformator, vil en kortslutning på en mellomspente busbar kun forårsake en minimal spenningsnedgang på den høyspente busbar.

• Ved nettforbindelseslinjer：Installasjon av FCLs ved nettforbindelsespunkter gir betydelige fordeler med hensyn til styring av strømoverføring, spenningstabilitet, leveransetrygghet, systemstabilitet og avvikshåndtering.

• Ved busbarforbindelser：Etter at separate busbar er koblet sammen med en FCL, øker innvirkningen av kortslutningsstrømmer ikke betydelig. Når det oppstår en feil på en busbar, bidrar spenningsnedgangen over SFCL til å opprettholde spenningsnivået på den defekte busbar, slik at den kan forbli i drift. Kobling av flere busbar muliggjør parallell drift av transformatorer, reduserer systemimpedans, forbedrer spenningstilpasningskapasitet, og eliminerer behovet for tapendrings-transformatorer. Overflodseffekt fra en busbar kan forsyne belastninger på en annen, noe som forbedrer utnyttelsen av transformatorers nominelle kapasitet.

• Ved plasseringer for strømbegrensningstrykk：Under normale forhold shortes FCL ut strømbegrensningstrykk, unngår unødvendig spenningsnedgang og effekttap.

• Ved transformatorfôrder：Installasjon av en FCL ved transformatorfôrder beskytter nedstremsutstyr og reduserer inrush-strømmer under slåoperasjoner.

• Ved busbarfôrder：Hvis en FCL ikke er installert ved transformatorfôrder, bør den installeres ved busbarfôrder. Selv om dette kan kreve flere FCL-enheter, reduserer det tap på busbar både under normale og feilsituasjoner.

• Ved lokale generatorforbindelsespunkter：FCLs er svært nyttige for tilkobling av ekstra distribuerte kraftgenereringskilder (f.eks. varmekraftverk, vindparker) da de reduserer bidraget fra disse kildene til den totale kortslutningsstrømmen.

• For lukking av åpne løkker：I mellomspente nettverk holdes løkker noen ganger åpne på grunn av høye kortslutningsstrømmer. FCLs kan brukes for å lukke disse løkkene, noe som forbedrer leveransefiabilitet, spenningbalanse og reduserer nettverktap.

2 Forskningsretninger for strømavbrytere

For øyeblikket er FCL-applikasjoner begrenset til individuelle prosjekter. For storstilt deployering, er følgende forskningsområder presserende:

• Undersøk rolle av FCLs i å forbedre strømoverføringsevne og deres innvirkning på nettstabilitet; foreslå grunnleggende parametre som oppfyller krav til stabilitet i kraftsystemer.

• Studér optimale installasjonssteder og kapasitetskonfigurasjoner for FCLs basert på typiske regionale nettstrukturer, og bestem nøkkelparametre som tilfredsstiller både systemstabilitet og utstyrs termiske/mekaniske tål-evner.

• Forsk på koordinering og kontrollstrategier blant flere FCLs eller mellom FCLs og eksisterende FACTS-enheter.

• Undersøk integrering av FCL-kontroll med konvensjonelle systemkontroller og relébeskyttelsessystemer.

• Studér metoder for å integrere FCL-kontroll i eksisterende nettverksdispatch- og kontrollsystemer.

• Analyser gjensidige innvirkninger mellom FCLs og kraftsystemet når de er deployert ved ulike belastningssteder, og utvikl tilhørende modereringsstrategier.

• Utforsk rollen til FCLs i store sammenhengende kraftnett.

FCLs er høyspente, høypotensenheter, og deres pålitelighet og kostnadseffektivitet er kritiske ytelsesindikatorer. Forbedring av pålitelighet krever ikke bare rasjonelle kretstopologier og modne kontrollstrategier, men også enkelhet i design og kontroll. Optimalisering av systemdesign for å redusere størrelse, vekt og kostnad er fortsatt et sentralt mål i FCL-forskning. I tillegg er motstandsdyktigheten mot støy og operasjonsstabiliteten av kontrollsystemet essensiell for pålitelig feilstrømbegrensning.

Et annet problem med FCLs er deres enkle funksjon - de er inaktive under normal drift, noe som øker nettinvesteringer. I distribusjonsnettverk blir ofte ulike kvalitetskompensasjonsenheter (f.eks. Dynamic Voltage Restorers (DVR), Unified Power Quality Conditioners (UPQC), Advanced Static Var Generators (ASVG), Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)) installert for å forbedre strømkvalitet. Hvis en enhet kunne designes for å gi flere kompensasjonsfunksjoner under normal drift (forbedring av strømkvalitet) og umiddelbart presentere høy impedans under systemfeil for å begrense feilstrøm, ville den oppnå multifunksjonalitet. Slik en enhet kunne også tilby forbedrede strømbegrensingsprinsipper og -ytelse sammenlignet med eksisterende FCLs.

3 Gjeldende problemer med strømavbrytere

Som et nytt beskyttende enhet mottar FCLs økende oppmerksomhet, og deres fremtidige bruk i kraftsystemer ser lovende ut. Men analysen av deres potensielle innvirkning og effekter er en uunngåelig utfordring. De viktigste aktuelle problemene inkluderer:

• Den dynamiske oppførselen til FCLs under feiltransienter, inkludert innvirkning på synkroniseringsstabilitet og laststabilitet.

• Feilkontrollstrategier for FCLs og deres samordning med relébeskyttelsessystemer.

• Design av ultra-hurtige feildeteksjonssystemer og kontroller for FCLs.

• Innvirkning av FCLs på strømkvalitet, spesielt angående harmonigenerering.

• Optimal integrert plassering av FCLs i kraftsystemer.

• Effekter av FCLs på driftsstatus for eksisterende utstyr og komponenter i nettet.

• Økonomisk evaluering av FCL-applikasjoner i kraftsystemer. Å håndtere disse problemene vil bidra betydelig til utviklingen og implementeringen av FCL-teknologi.

Spesifikke problemer for superledende strømavbrytere (SFCLs):

• Stabilitet av superledende magneter.

• Gjenopprettingsperiode for superledere etter en feil.

• Varmeavgi