Ogranicznik Prądu Zawodzenia | Przewodnik instalacyjny i badawczy

1 Lokalizacje do montażu ograniczników prądu uszkodzeniowego (FCL)

• Na zaciskach generatora：Montaż FCL w tym miejscu redukuje poziom prądu uszkodzeniowego w sieci podczas awarii, minimalizuje mechaniczne i termiczne obciążenia generatora, a w konsekwencji zmniejsza straty w urządzeniach i sprzęcie.

• W rozdzielnicach dystrybucyjnych zakładu：Poziom prądu uszkodzeniowego w tym miejscu jest zwykle bardzo wysoki. Montaż FCL może znacznie stłumić prądy uszkodzeniowe.

• Przez całą szynę：Gdy wzrost zapotrzebowania na moc wymaga większych transformatorów, istniejące przełączniki i wyłączniki mogą nie wymagać wymiany. Przy wyższych poziomach mocy można używać transformatorów o dużej pojemności i niskiej impedancji, aby utrzymać regulację napięcia, jednocześnie ograniczając obciążenie prądem uszkodzeniowym. Po ograniczeniu prądu uszkodzeniowego po stronie wysokiego napięcia transformatora, uszkodzenie na szynie średniego napięcia spowoduje tylko minimalny spadek napięcia na szynie wysokiego napięcia.

• Na liniach łączących sieci：Montaż FCL na punktach łączenia sieci przynosi znaczne korzyści w zakresie kontroli przepływu mocy, stabilności napięcia, bezpieczeństwa dostaw, stabilności systemu i łagodzenia zakłóceń.

• Na połączeniach między szynami：Po połączeniu oddzielnych szyn za pomocą FCL, wpływ prądów uszkodzeniowych nie zwiększa się znacząco. Gdy wystąpi uszkodzenie na jednej szynie, spadek napięcia przez SFCL pomaga utrzymać poziom napięcia na uszkodzonej szynie, umożliwiając jej dalsze funkcjonowanie. Łączenie wielu szyn umożliwia równoległe działanie transformatorów, zmniejszając impedancję systemu, poprawiając zdolność regulacji napięcia i eliminując potrzebę transformatorów z regulacją stopniową. Nadmiar mocy z jednej szyny może zasilać obciążenia na innej, poprawiając wykorzystanie nominalnej pojemności transformatora.

• Na lokalizacjach reaktorów ograniczających prąd：W normalnych warunkach FCL skraca reaktor ograniczający prąd, unikając niepotrzebnego spadku napięcia i strat mocy.

• Na karmnikach transformatorów：Montaż FCL na karmniku transformatora chroni urządzenia poniżej i zmniejsza prądy wrywowe podczas operacji przełączania.

• Na karmnikach szyn：Jeśli FCL nie jest zamontowany na karmniku transformatora, powinien być zamontowany na karmniku szyny. Choć może to wymagać większej liczby jednostek FCL, zmniejsza straty na szynie zarówno w normalnych, jak i awaryjnych warunkach.

• Na punktach połączenia lokalnych generatorów：FCL są bardzo korzystne do łączenia dodatkowych źródeł generacji rozproszonej (np. elektrownie cieplne, farmy wiatrowe), ponieważ zmniejszają ich udział w całkowitym prądzie uszkodzeniowym.

• Dla zamykania otwartych pętli：W sieciach średniego napięcia pętle są czasem pozostawiane otwarte ze względu na wysokie prądy uszkodzeniowe. FCL mogą być używane do zamykania tych pętli, poprawiając niezawodność dostaw, bilans napięcia i zmniejszając straty w sieci.

2 Kierunki badań ograniczników prądu uszkodzeniowego

Obecnie zastosowania FCL są ograniczone do indywidualnych projektów. Dla szerokoskalowego wdrożenia pilnie potrzebne są następujące obszary badań:

• Zbadaj rolę FCL w zwiększaniu zdolności transmisji mocy i ich wpływ na stabilność sieci; zaproponuj podstawowe parametry spełniające wymagania stabilności systemu energetycznego.

• Studium optymalnych lokalizacji i konfiguracji pojemności FCL na podstawie typowych struktur regionalnych sieci, oraz określenie kluczowych parametrów spełniających zarówno wymagania stabilności systemu, jak i zdolności termicznej i mechanicznej sprzętu.

• Badanie strategii koordynacji i sterowania między wieloma FCL lub między FCL a istniejącymi urządzeniami FACTS.

• Zbadaj integrację sterowania FCL z konwencjonalnymi systemami sterowania i schematami ochrony przekaźnikowej.

• Studium metod integracji sterowania FCL z istniejącymi systemami dyspozycji i sterowania siecią.

• Analiza wzajemnych wpływy między FCL i systemem energetycznym przy wdrażaniu w różnych lokalizacjach obciążeń, a także opracowanie odpowiednich strategii łagodzenia.

• Eksploracja roli FCL w dużych złączonych systemach energetycznych.

FCL to urządzenia wysokiego napięcia i dużej mocy, a ich niezawodność i kosztowośc są kluczowymi wskaźnikami wydajności. Poprawa niezawodności wymaga nie tylko racjonalnych topologii obwodów i dojrzałych strategii sterowania, ale także prostoty w projektowaniu i sterowaniu. Optymalizacja projektu systemu w celu zmniejszenia rozmiaru, masy i kosztów pozostaje głównym celem badań nad FCL. Ponadto, zdolność odporności na zakłócenia i stabilność działania systemu sterowania są niezbędne dla niezawodnego ograniczania prądu uszkodzeniowego.

Innym problemem FCL jest ich jednofunkcyjność – pozostają one bezczynne w normalnym trybie pracy, co zwiększa koszty inwestycji w sieć. W sieciach dystrybucyjnych często instalowane są różne urządzenia kompensacji jakości energii (np. Dynamic Voltage Restorers (DVR), Unified Power Quality Conditioners (UPQC), Advanced Static Var Generators (ASVG), Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)) w celu poprawy jakości energii. Jeśli urządzenie mogłoby być zaprojektowane tak, aby podczas normalnej pracy zapewniało wiele funkcji kompensacyjnych (poprawiając jakość energii) i natychmiast prezentowało wysoką impedancję podczas awarii systemu, aby ograniczyć prąd uszkodzeniowy, osiągnęłoby wielofunkcyjność. Takie urządzenie mogłoby również oferować lepsze zasady i wydajność ograniczania prądu w porównaniu z istniejącymi FCL.

3 Obecne problemy ograniczników prądu uszkodzeniowego

Jako nowoczesne urządzenie ochronne, FCL zyskują coraz większe zainteresowanie, a ich przyszłe zastosowanie w systemach energetycznych wydaje się obiecujące. Jednak analiza ich potencjalnych wpływów i efektów stanowi nieunikniony wyzwanie. Głównymi obecnymi problemami są:

• Dynamiczne zachowanie FCL podczas przejściowych sytuacji awaryjnych, w tym wpływ na stabilność synchronizacji i stabilność obciążenia.

• Strategie sterowania awariami FCL i ich koordynacja z systemami ochrony przekaźnikowej.

• Projektowanie systemów detekcji awarii i sterowników o nadzwyczaj szybkim działaniu dla FCL.

• Wpływ FCL na jakość energii, szczególnie w kwestii generowania harmonicznych.

• Optymalna zintegrowana lokalizacja FCL w systemach energetycznych.

• Efekty FCL na stan działania istniejącego sprzętu i komponentów w sieci.

• Ocena ekonomiczna zastosowań FCL w systemach energetycznych. Rozwiązanie tych problemów znacznie przyczyni się do rozwoju i wdrożenia technologii FCL.

Specyficzne problemy dla superprzewodzących ograniczników prądu uszkodzeniowego (SFCL):

• Stabilność superprzewodzących magnesów.

• Czas odzyskiwania superprzewodników po awarii.

• Oddziaływanie ciepła przez superprzewodniki po ograniczeniu prądu.