Strömbegränsare | Installations- och forskningsguide

James

Fält: Elektriska driftsåtgärder

China

1 Plats för installation av strömbegränsare (FCLs)

Vid generatoranslutningar：Installation av en FCL på denna plats minskar kortslutningsströmnivån i nätet vid fel, minimerar mekanisk och termisk belastning på generatören och därmed minskar förluster i utrustning och enheter.
Vid anläggningsfördelningsstationer：Kortslutningsströmnivåerna på denna plats är vanligtvis mycket höga. Installation av en FCL kan signifikant undertrycka felströmmar.
Över hela busbar：När ökad last kräver större transformatorer behöver existerande brytare och kopplingskontakter inte ersättas. Vid högre effektnivåer kan högeffekttransformatorer med låg impedans användas för att bibehålla spänningsreglering, samtidigt som de begränsar felströmbelastningen på transformatorn. Efter begränsning av felström på den högspända sidan av transformatorn kommer ett kortslutning på en mellanspänningsbusbar endast att orsaka en minimal spänningsfall på den högspända busbaren.
Vid nätbindningslinjer：Installation av FCLs vid nätinterkopsplatser ger betydande fördelar i form av kontroll av effektflöde, spänningsstabilitet, leveranssäkerhet, systemstabilitet och störningsminimering.
Vid busbarförbindelser：Efter anslutning av separata busbar med en FCL ökar påverkan av kortslutningsströmmar inte signifikant. När det uppstår ett fel på en busbar hjälper spänningsfallet över SFCL till att bibehålla spänningsnivåerna på den defekta busbaren, vilket gör att den kan fortsätta vara i drift. Anslutning av flera busbar möjliggör parallell drift av transformatorer, minskar systemimpedans, förbättrar spänningsregleringsförmågan och elimineras behovet av trapptransformatorer. Överflödig effekt från en busbar kan leverera laster på en annan, vilket förbättrar utnyttjandegraden av transformatorernas nominella kapacitet.
Vid platser för strömbegränsande reaktorer：Under normala förhållanden shortar FCL ut den strömbegränsande reaktorn, vilket undviker onödiga spänningsfall och effektavdrag.
Vid transformatorförsörjningar：Installation av en FCL vid transformatorförsörjningen skyddar nedströmsutrustning och minskar inrush-strömmar under växlingsoperationer.
Vid busbarförsörjningar：Om ingen FCL är installerad vid transformatorförsörjningen bör den installeras vid busbarförsörjningen. Även om detta kan kräva fler FCL-enheter, minskar det förluster på busbaren både under normala och felförhållanden.
Vid lokala generatoranslutningspunkter：FCLs är mycket gynnsamma för anslutning av ytterligare decentraliserade källor (t.ex. värmeenergifabriker, vindparker) eftersom de minskar bidraget från dessa källor till den totala kortslutningsströmmen.
För stängning av öppna loopar：I mellanspänningsnät hålls loopar ibland öppna på grund av höga kortslutningsströmmar. FCLs kan användas för att stänga dessa loopar, vilket förbättrar leveranssäkerheten, spänningsbalansen och minskar nätets förluster.

2 Forskningsriktningar för strömbegränsare

För närvarande är FCL-tillämpningar begränsade till enskilda projekt. För storskalig distribution behövs följande forskningsområden brådskande:

Undersök rollen för FCLs i att förbättra effekttransmitterningskapaciteten och deras påverkan på nätets stabilitet; föreslå grundläggande parametrar som uppfyller stabilitetskraven för elkraftsystem.
Studera optimala installationsplatser och kapacitetskonfigurationer för FCLs baserat på typiska regionala nätstrukturer, och fastställa nyckelparametrar som uppfyller både systemstabilitet och utrustningens termiska/mechaniska uthållighetsförmåga.
Forskning om koordinering och kontrollstrategier mellan flera FCLs eller mellan FCLs och befintliga FACTS-enhet.
Undersök integration av FCL-kontroll med konventionella systemkontroller och reläskyddsprogram.
Studera metoder för att integrera FCL-kontroll i befintliga nätlednings- och kontrollsystem.
Analysera de ömsesidiga påverkan mellan FCLs och elkraftsystemet när de distribueras vid olika belastningsplatser, och utveckla motsvarande lindringsstrategier.
Utforska rollen för FCLs i stora sammankopplade elkraftnät.

FCLs är högspännings- och högeffektutrustningar, och deras tillförlitlighet och kostnadseffektivitet är kritiska prestandaindicatorer. Förbättring av tillförlitlighet kräver inte bara rationella kretsstrukturer och mogna kontrollstrategier, utan också enkelhet i design och kontroll. Optimering av systemdesign för att minska storlek, vikt och kostnad är fortfarande ett centralt mål i FCL-forskning. Dessutom är störningsmotstånd och driftstabilitet hos kontrollsystemet avgörande för tillförlitlig felströmbegränsning.

Ett annat problem med FCLs är deras enda funktion - de är inaktiva under normal drift, vilket ökar nätinvesteringarna. I distributionsnät installeras ofta olika kvalitetskompenseringsenheter (t.ex. Dynamiska Spänningsåterställare (DVR), Enhetliga Kvalitetsreglerare (UPQC), Avancerade Statiska Var-generatorer (ASVG), Superledande Magnetiska Energilagringsenheter (SMES)) för att förbättra el-kvaliteten. Om en enhet kunde designas för att erbjuda flera kompensationsfunktioner under normal drift (förbättrad el-kvalitet) och omedelbart visa hög impedans vid systemfel för att begränsa felströmmen, skulle det uppnå multifunktionalitet. Sådana enheter skulle också kunna erbjuda förbättrade strömbegränsningsprinciper och prestanda jämfört med befintliga FCLs.

3 Aktuella problem med strömbegränsare

Som en ny beskyddande enhet får FCLs alltmer uppmärksamhet, och deras framtida tillämpning i elkraftsystem ser lovande ut. Men analys av deras potentiella påverkan och effekter är ett oundvikligt utmaning. De stora aktuella problemen inkluderar:

Det dynamiska beteendet hos FCLs under feltransienter, inklusive påverkan på synkronismstabilitet och laststabilitet.
Felkontrollstrategier för FCLs och deras samordning med reläskydsystem.
Design av ultra-snabba felupptäcks-system och reglerare för FCLs.
Påverkan av FCLs på el-kvaliteten, särskilt beträffande harmonisk generation.
Optimal integrerad placering av FCLs i elkraftsystem.
Effekter av FCLs på driftstatusen för befintlig utrustning och komponenter i nätet.
Ekonomisk utvärdering av FCL-tillämpningar i elkraftsystem. Att hantera dessa problem kommer att starkt främja utvecklingen och införandet av FCL-teknik.