Ограничитель тока короткого замыкания | Руководство по установке и исследованию

1 Места установки ограничителей тока короткого замыкания (FCL)

• На выводах генератора：Установка FCL в этом месте снижает уровень тока короткого замыкания в сети при авариях, уменьшает механические и тепловые нагрузки на генератор, что в свою очередь снижает потери в оборудовании и устройствах.

• В распределительных подстанциях предприятия：Уровень тока короткого замыкания в этом месте обычно очень высок. Установка FCL может значительно снизить токи короткого замыкания.

• По всей шине：При увеличении спроса на нагрузку требуются более мощные трансформаторы, но существующие выключатели и разъединители могут не нуждаться в замене. При более высоких уровнях мощности можно использовать трансформаторы большой мощности и низкой индуктивности для поддержания регулирования напряжения, ограничивая при этом нагрузку на трансформатор от тока короткого замыкания. После ограничения тока короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, короткое замыкание на шине среднего напряжения вызовет лишь небольшое падение напряжения на шине высокого напряжения.

• На сетевых межсистемных линиях：Установка FCL на точках соединения сетей обеспечивает значительные преимущества в управлении потоком мощности, стабильности напряжения, безопасности поставок, стабильности системы и смягчении воздействий.

• На соединениях шин：После соединения отдельных шин с помощью FCL влияние токов короткого замыкания не увеличивается значительно. При возникновении аварии на одной шине падение напряжения через SFCL помогает поддерживать уровни напряжения на аварийной шине, позволяя ей оставаться в работе. Соединение нескольких шин позволяет параллельно работать трансформаторам, снижая импеданс системы, повышая способность регулирования напряжения и устраняя необходимость в трансформаторах с переключением отводов. Избыточная мощность одной шины может питать нагрузки на другой, улучшая использование номинальной мощности трансформаторов.

• На местах установки реакторов ограничения тока：В нормальных условиях FCL обходит реактор ограничения тока, избегая ненужного падения напряжения и потерь мощности.

• На фидерах трансформаторов：Установка FCL на фидере трансформатора защищает оборудование вниз по цепи и снижает токи включения при переключениях.

• На фидерах шин：Если FCL не установлен на фидере трансформатора, его следует установить на фидере шины. Хотя это может потребовать большего количества устройств FCL, это снижает потери на шине как в нормальных, так и в аварийных условиях.

• На точках подключения локальных генераторов：FCL очень полезны для подключения дополнительных источников распределенной генерации (например, тепловых электростанций, ветропарков), поскольку они снижают вклад этих источников в общий ток короткого замыкания.

• Для закрытия открытых контуров：В сетях среднего напряжения иногда оставляют контуры открытыми из-за высоких токов короткого замыкания. FCL можно использовать для закрытия этих контуров, улучшая надежность поставок, баланс напряжений и снижая потери в сети.

2 Направления исследований ограничителей тока короткого замыкания

В настоящее время применение FCL ограничено отдельными проектами. Для широкого внедрения необходимы следующие направления исследований:

• Изучение роли FCL в повышении пропускной способности передачи электроэнергии и их влияния на стабильность сети; предложение основных параметров, удовлетворяющих требованиям стабильности энергосистемы.

• Исследование оптимальных мест установки и конфигураций мощности FCL на основе типичных региональных сетевых структур, а также определение ключевых параметров, удовлетворяющих как требованиям стабильности системы, так и термическим и механическим характеристикам оборудования.

• Изучение координации и стратегий управления несколькими FCL или между FCL и существующими устройствами FACTS.

• Исследование интеграции управления FCL с традиционными системами управления и схемами релейной защиты.

• Изучение методов интеграции управления FCL в существующие системы диспетчеризации и управления сетью.

• Анализ взаимного влияния FCL и энергосистемы при размещении на различных точках нагрузки, а также разработка соответствующих стратегий смягчения.

• Исследование роли FCL в крупных взаимосвязанных энергосистемах.

FCL являются устройствами высокого напряжения и высокой мощности, и их надежность и экономическая эффективность являются ключевыми показателями производительности. Повышение надежности требует не только рациональных схемных решений и зрелых стратегий управления, но и простоты в дизайне и управлении. Оптимизация конструкции системы для уменьшения размеров, веса и стоимости остается центральной целью исследований FCL. Кроме того, антиинтерферентная способность и операционная стабильность системы управления являются важными для надежного ограничения тока короткого замыкания.

Еще одна проблема с FCL заключается в их одиночной функции — они остаются неактивными в нормальных условиях работы, что увеличивает затраты на инвестиции в сеть. В распределительных сетях часто устанавливаются различные устройства компенсации качества электроэнергии (например, динамические восстановители напряжения (DVR), универсальные устройства компенсации качества электроэнергии (UPQC), продвинутые статические генераторы реактивной мощности (ASVG), сверхпроводящие магнитные системы хранения энергии (SMES)) для улучшения качества электроэнергии. Если бы было возможно создать устройство, которое могло бы выполнять несколько функций компенсации в нормальных условиях (улучшение качества электроэнергии) и мгновенно представлять высокое сопротивление при авариях в системе для ограничения тока короткого замыкания, оно достигло бы многозадачности. Такое устройство также могло бы предложить улучшенные принципы и характеристики ограничения тока по сравнению с существующими FCL.

3 Текущие проблемы с ограничителями тока короткого замыкания

Как новое защитное устройство, FCL привлекают все больше внимания, и их будущее применение в энергосистемах выглядит многообещающим. Однако анализ их потенциального влияния и эффектов является неизбежным вызовом. Основные текущие проблемы включают:

• Динамическое поведение FCL во время переходных процессов аварий, включая влияние на синхронную стабильность и стабильность нагрузки.

• Стратегии управления авариями FCL и их координацию с системами релейной защиты.

• Проектирование сверхбыстрых систем обнаружения аварий и контроллеров для FCL.

• Влияние FCL на качество электроэнергии, особенно в отношении генерации гармоник.

• Оптимальное интегрированное размещение FCL в энергосистемах.

• Влияние FCL на эксплуатационное состояние существующего оборудования и компонентов в сети.

• Экономическая оценка применения FCL в энергосистемах. Решение этих вопросов будет способствовать значительному развитию и внедрению технологии FCL.

Специфические проблемы для сверхпроводящих ограничителей тока короткого замыкания (SFCL):

• Стабильность сверхпроводящих магнитов.

• Время восстановления сверхпроводников после аварии.

• Отведение тепла от сверхпроводников после ограничения тока.