Обмежувач перетину струму | Довідник з встановлення та досліджень

1 Місця для встановлення обмежувачів аварійних струмів (FCLs)

• На терміналах генератора：Встановлення FCL на цьому місці зменшує рівень короткозамкненого струму в мережі під час аварій, мінімізує механічний та тепловий навантаження на генератор, а також зменшує втрати в обладнанні та пристроях.

• На підстанціях розподілу електроенергії：Рівень короткозамкненого струму на цьому місці зазвичай дуже високий. Встановлення FCL може значно приглушити аварійні струми.

• По всій шині：При збільшенні потреби у навантаженні, яке вимагає більших трансформаторів, існуючі автомати та відключаючі комутатори можуть не потребувати заміни. На вищих рівнях потужності можна використовувати великі за ємністю, низькоімпедансні трансформатори для підтримки регулювання напруги, одночасно обмежуючи стрес аварійного струму на трансформатор. Після обмеження аварійного струму на високовольтному боці трансформатора, короткозамкнення на середньовольтній шині спричинить лише мінімальне падіння напруги на високовольтній шині.

• На лініях з'єднання мереж：Встановлення FCL на точках з'єднання мереж забезпечує значні переваги у керуванні потоком енергії, стабільності напруги, безпеці поставок, стабільності системи та зниження перешкод.

• На з'єднаннях шин：Після з'єднання окремих шин за допомогою FCL, вплив короткозамкненого струму не зростає значно. Коли на одній шині відбувається аварія, падіння напруги через SFCL допомагає зберегти рівень напруги на аварійній шині, дозволяючи їй залишатися в роботі. З'єднання кількох шин дозволяє паралельну роботу трансформаторів, зменшує опір системи, підвищує здатність до регулювання напруги та усуває потребу у трансформаторах з змінними кільцевими вузлами. Надлишкова потужність з однієї шини може забезпечувати навантаження на іншій, покращуючи використання номінальної потужності трансформаторів.

• На місцях встановлення реакторів обмеження струму：У нормальних умовах FCL коротить реактор обмеження струму, уникуючи непотрібного падіння напруги та втрат потужності.

• На фідерах трансформаторів：Встановлення FCL на фідері трансформатора захищає обладнання нижче та зменшує вхідні струми під час комутації.

• На фідерах шин：Якщо FCL не встановлено на фідері трансформатора, його слід встановити на фідері шини. Хоча це може вимагати більше одиниць FCL, це зменшує втрати на шині как у нормальних, так і у аварійних умовах.

• На точках підключення локальних генераторів：FCL дуже корисні для підключення додаткових розподілених джерел енергії (наприклад, теплових електростанцій, вітрильних ферм), оскільки вони зменшують внесок цих джерел до загального короткозамкненого струму.

• Для закриття відкритих колів：У середньовольтних мережах, контури іноді залишаються відкритими через високі короткозамкнені струми. FCL можна використовувати для закриття цих контурів, покращуючи надійність поставок, баланс напруги та зменшуючи втрати в мережі.

2 Напрямки досліджень для обмежувачів аварійних струмів

Наразі, застосування FCL обмежене окремими проектами. Для масового розгортання, наступні напрямки досліджень є необхідними:

• Дослідити роль FCL у підвищенні потужності передачі енергії та їх вплив на стабільність мережі; запропонувати основні параметри, які задовольняють вимоги стабільності електроенергетичних систем.

• Вивчити оптимальні місця встановлення та конфігурації потужності FCL на основі типових структур регіональних мереж, і визначити ключові параметри, які задовольняють як стабільність системи, так і термічні/механічні властивості обладнання.

• Дослідити координацію та стратегії керування між кількома FCL або між FCL та існуючими пристроями FACTS.

• Дослідити інтеграцію керування FCL зі стандартними системами керування та схемами реле захисту.

• Вивчити методи включення керування FCL до існуючих систем диспетчеризації та керування мережею.

• Аналізувати взаємний вплив FCL та електроенергетичної системи при розташуванні на різних точках навантаження, і розробити відповідні стратегії зниження.

• Дослідити роль FCL у великих з'єднаних електроенергетичних мережах.

FCL — це високовольтні, високопотужні пристрої, і їх надійність та економічність є критичними показниками продуктивності. Покращення надійності вимагає не лише раціональних топологій схем та зрілих стратегій керування, але й простоти конструкції та керування. Оптимізація проектування системи для зменшення розмірів, ваги та вартості залишається центральною метою досліджень FCL. Крім того, протизакінчення і стабільність роботи системи керування є важливими для надійного обмеження аварійного струму.

Іншим питанням FCL є їх однієї функції — вони залишаються неактивними під час нормальної роботи, що збільшує витрати на інвестиції в мережу. У розподільчих мережах часто встановлюються різні пристрої компенсації якості енергії (наприклад, Динамічні Відновлювачі Напруги (DVR), Сполучені Пристрої Компенсації Якості Енергії (UPQC), Передові Статичні Генератори Реактивної Потужності (ASVG), Супроводні Магнітні Системи Зберігання Енергії (SMES)) для поліпшення якості енергії. Якщо можна було б спроектувати пристрій, який би надав багатьох компенсаційних функцій в нормальних умовах (поліпшення якості енергії) та миттєво представляв високий імпеданс під час аварійних ситуацій для обмеження аварійного струму, це б досягло багатофункціональності. Такий пристрій також міг би запропонувати покращені принципи та характеристики обмеження струму порівняно з існуючими FCL.

3 Поточні проблеми з обмежувачами аварійних струмів

Як новий захисний пристрій, FCL отримують все більше уваги, і їх майбутнє застосування в електроенергетичних системах виглядає обіцяючим. Однак, аналіз їх потенційного впливу та ефектів є невід'ємною проблемою. Основні поточні проблеми включають:

• Динамічне поведінку FCL під час аварійних переходних процесів, включаючи вплив на стабільність синхронізації та стабільність навантаження.

• Стратегії керування аваріями FCL та їх координація з системами реле захисту.

• Проектування систем ультрависокошвидкісного виявлення аварій та контролерів для FCL.

• Вплив FCL на якість електроенергії, особливо щодо генерації гармонік.

• Оптимальне інтегроване розташування FCL в електроенергетичних системах.

• Ефекти FCL на операційний стан існуючого обладнання та компонентів в мережі.

• Економічна оцінка застосування FCL в електроенергетичних системах. Розв'язання цих проблем значно сприятиме розвитку та прийняттю технології FCL.

Специфічні питання для супроводних обмежувачів аварійних струмів (SFCLs):

• Стабільність супроводних магнітів.

• Час відновлення супроводників після аварії.

• Тепловиділення від супроводників після обмеження струму.