विद्युत धारा सीमाविधि | प्रौद्योगिकी र ग्रिड स्थिरतामा प्रभाव

१ फाउल्ट करेन्ट लिमिटर (FCL) प्रविधिको परिचय

पारम्परिक फाउल्ट करेन्ट सीमितकरण विधिहरू—जस्तै उच्च-अवरोधी ट्रान्सफार्मरहरू, नियत रिएक्टरहरू, वा विभाजित बसबार ऑपरेशन—ग्रिड संरचनामा ह्रास, स्थिर-अवस्था प्रणाली अवरोध मेषी बढी, र प्रणालीको सुरक्षा र स्थिरतामा कमी गर्दछन्। यी दृष्टिकोणहरू आजकालको जटिल र ठूलो पैमानाका विद्युत ग्रिडहरूको लागि दिन पछि दिन अनुपयुक्त हुँदै जाँदैछन्।

इसले, फाउल्ट करेन्ट लिमिटरहरू (FCLs) द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको सक्रिय फाउल्ट करेन्ट सीमितकरण प्रविधिहरू नैमाला ग्रिड ऑपरेशनमा निम्न अवरोध देखाउँछन्। जब फाउल्ट भएको छ भने, FCL झट उच्च-अवरोधी अवस्थामा रूपान्तरित हुन्छ, फाउल्ट करेन्टलाई निम्न स्तरमा सीमित गर्दछ, यसरी फाउल्ट करेन्टको गतिशील नियन्त्रण सम्भव हुन्छ। FCLs श्रेणीको रिएक्टर-आधारित करेन्ट सीमितकरणको पारम्परिक अवधारणालाई विद्युत प्रविधि, सुपरकंडक्टिभिटी, र चुंबकीय सर्किट नियन्त्रण जस्ता उन्नत प्रविधिहरूसँग एकीकृत गर्दै विकसित भएका छन्।

FCLको मौलिक सिद्धान्तलाई चित्र १ मा दिइएको ढाँचाले सरल बनाउन सकिन्छ: नैमाला सिस्टेम ऑपरेशनमा, स्विच K बन्द छ, र FCLले कुनै करेन्ट-लिमिटिङ अवरोध भेटिँदैन। केवल फाउल्ट भएको छ भने, K झट खुल्छ, रिएक्टरलाई फाउल्ट करेन्ट सीमित गर्न राख्दै।

धेरै FCLहरू यी मौलिक ढाँचाको आधारमा वा उसको विस्तारित रूपहरूमा आधारित छन्। विभिन्न FCLहरूको मुख्य अन्तर यो छ कि करेन्ट-लिमिटिङ अवरोधको प्रकृति, स्विच Kको लागू गरिएको र त्यसका साथ जोडिएको नियन्त्रण रणनीतिहरूमा हुन्छ।

२ FCL लागू गरिने योजना र अनुप्रयोगको स्थिति

२.१ सुपरकंडक्टिभ फाउल्ट करेन्ट लिमिटर (SFCLs)

SFCLहरूलाई यदि तिनीहरू सुपरकंडक्टिभको सुपरकंडक्टिभ र नॉर्मल अवस्थामा (S/N अवस्थामा) रूपान्तरणलाई करेन्ट सीमितकरणका लागि प्रयोग गर्छन् भने खुश्क र न खुश्क प्रकारमा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ। रचनात्मक रूपमा, तिनीहरूलाई रिसिस्टिभ, ब्रिज-प्रकार, चुंबकीय शील्डिङ, ट्रान्सफार्मर-प्रकार, वा स्युरेटेड-कोर प्रकारमा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ। खुश्क SFCLहरू S/N अवस्थामा (जब ताप, चुंबकीय क्षेत्र, वा करेन्ट महत्वपूर्ण मानको बाहेक बढ्छ) रूपान्तरणलाई निर्भर गर्दछन्, जहाँ सुपरकंडक्टिभ सुन्य अवरोध बाट उच्च अवरोधमा जान्छ, यसरी फाउल्ट करेन्ट सीमित गर्दछ।

न खुश्क SFCLहरू सुपरकंडक्टिभ कोइलहरूलाई अन्य घटकहरू (जस्तै, विद्युत प्रविधि वा चुंबकीय तत्वहरू) सँग जोडेका छन् र ऑपरेशनल मोडहरूलाई नियन्त्रण गर्दछन् यसरी शॉर्ट-सर्किट करेन्ट सीमित गर्न सकिन्छ। SFCLहरूको व्यावहारिक अनुप्रयोगलाई सामान्य सुपरकंडक्टिभ चुनौतिहरू जस्तै लागत र शीतलीकरण दक्षता आफ्नो लागि सामान्य चुनौतिहरू देखाउँछ। अत्याधिक, खुश्क SFCLहरूको लामो बहाली समय, सिस्टेम रिक्लोजिङसँग संघर्ष गर्न सक्छ, जबकि न खुश्क SFCLहरूको अवरोध बदलने रिले प्रोटेक्सन निर्धारणमा प्रभाव पार्न सक्छ, जसको लागि फेरी सेट गर्नुपर्छ।

२.२ चुंबकीय तत्व फाउल्ट करेन्ट लिमिटर

यीहरूलाई फ्लक्स-कैंसेलिङ र चुंबकीय स्युरेशन स्विच प्रकारमा विभाजित गरिन सकिन्छ। फ्लक्स-कैंसेलिङ प्रकारमा, दुई विन्डिङहरू एउटै कोरमा विपरीत पोलारिटीको लागि लपेटिएका छन्। नैमाला ऑपरेशनमा, बराबर र विपरीत फ्लक्सहरू एउटै रूपमा रद्द हुन्छन्, यसरी निम्न लीक अवरोध देखाउँछ।

फाउल्ट भएको छ भने, एक विन्डिङ बाइपास गरिन्छ, फ्लक्स संतुलन भङ्ग गर्दछ, र उच्च अवरोध प्रस्तुत गर्दछ। चुंबकीय स्युरेशन स्विच प्रकारमा, नैमाला ऑपरेशनमा विद्युत अवरोध विद्युत अवरोध (DC बायस आदि) द्वारा स्युरेटेड गरिन्छ, यसरी निम्न अवरोध देखाउँछ। फाउल्ट भएको छ भने, फाउल्ट करेन्टले कोरलाई स्युरेशनबाहेक ले जान्छ, फाउल्ट करेन्ट सीमित गर्न उच्च अवरोध बनाउँछ। जटिल नियन्त्रण आवश्यकताको कारण, चुंबकीय तत्व लिमिटरहरूको अनुप्रयोग सीमित छ।

२.३ PTC रेजिस्टर फाउल्ट करेन्ट लिमिटर

पॉजिटिभ तापमान गुणांक (PTC) रेजिस्टरहरू गैर-रेखीय छन्; तिनीहरू नैमाला ऑपरेशनमा निम्न रेजिस्टन्स र न्यूनतम ताप देखाउँछन्। शॉर्ट-सर्किटमा, तिनीहरूको ताप झट बढ्छ, मिलिसेकेन्डहरूमा रेजिस्टन्स ८-१० अर्डर बढ्दछ। PTC रेजिस्टर आधारित FCLहरूले निम्न वोल्टेज अनुप्रयोगहरूमा व्यापारिक उपयोग पाएका छन्।

तर, दुर्गुणहरू यस्ता छन्: इन्डक्टिभ करेन्ट सीमितकरणमा उत्पन्न उच्च ओवरवोल्टेज (समान्तर ओवरवोल्टेज सुरक्षा आवश्यक); ऑपरेशनमा रेजिस्टर विस्तार गर्दा उत्पन्न यान्त्रिक दबाव; सीमित वोल्टेज/करेन्ट रेटिङ (सैकडाहरू वोल्ट, केही एम्पियर), जसले श्रृंखला-समान्तर जोडन र उच्च वोल्टेज उपयोगको लागि सीमा राख्छ; र लामो बहाली समय (केही मिनेट) र छोटो सेवा जीवन, जसले ठूलो पैमानाका लागि विस्तार रोक्दछ।

२.४ सोलिड-स्टेट फाउल्ट करेन्ट लिमिटर (SSCLs)

SSCLहरू विद्युत प्रविधि आधारित नयाँ प्रकारको शॉर्ट-सर्किट लिमिटरहरू हुन्, जुन नैमाला पारम्परिक रिएक्टरहरू, विद्युत प्रविधि यन्त्रहरू, र कंट्रोलरहरू बनेका छन्। तिनीहूले विभिन्न टोपोलोजीहरू, झटका उत्तर, उच्च ऑपरेशनल दीर्घकालिकता, र सरल नियन्त्रण देखाउँछन्। विद्युत प्रविधि यन्त्रहरूको अवस्थालाई नियन्त्रण गर्दै, SSCLको तुल्यकालीन अवरोध बदलिएको छ फाउल्ट करेन्ट सीमित गर्न। SSCLहरूलाई नयाँ FACTS यन्त्र मानिन्छ, जसलाई दिन पछि दिन धेरै ध्यान दिइएको छ। तर, फाउल्टमा, विद्युत प्रविधि यन्त्रहरूले पूर्ण फाउल्ट करेन्ट लिनुपर्छ, जसको लागि उच्च यन्त्र प्रदर्शन र क्षमता आवश्यक छ। धेरै SSCLहरू वा अन्य FACTS नियन्त्रण प्रणालीहरूको बीच निर्देशन गर्न एक महत्वपूर्ण चुनौती रहेको छ।

२.५ आर्थिक फाउल्ट करेन्ट लिमिटर

यीहरू परिपक्व प्रविधि, उच्च विश्वसनीयता, निम्न लागत, र बाहिरी नियन्त्रण बिना स्वचालित स्विचिङ सुरु गर्न सकिन्छ। यीहरूलाई मुख्यतया आर्क-करेन्ट ट्रान्सफर र श्रृंखला-रेझोनन्ट प्रकारमा विभाजित गरिन सकिन्छ। आर्क-करेन्ट ट्रान्सफर प्रकारमा एक वैक्युम स्विच र करेन्ट-लिमिटिङ रेजिस्टर समान्तर रूपमा लगाएका छ। नैमाला ऑपरेशनमा, लोड करेन्ट स्विचद्वारा प्रवाह गर्छ। शॉर्ट-सर्किट भएको छ भने, स्विच खुल्छ, करेन्टलाई रेजिस्टरमा ट्रान्सफर गर्न बाध्य गर्दछ फाउल्ट करेन्ट सीमित गर्न।

समस्याहरू यस्ता छन्: ट्रान्सफर करेन्टलाई वैक्युम आर्क वोल्टेज र त्रुटिपूर्ण इन्डक्टन्स असर गर्छ; ट्रान्सफर समय स्विच गति अवलंबी; र निम्न आर्क वोल्टेजमा करेन्ट ट्रान्सफर गर्ने कठिनता, जसको लागि आर्क वोल्टेज बढाउन र करेन्ट जीरो-क्रॉसिङ बाध्य गर्ने अनुकूल यन्त्रहरू आवश्यक छन्। श्रृंखला-रेझोनन्ट FCLहरूले स्युरेटेड रिएक्टर वा सर्ज आरेस्टरहरूको रूपमा स्विचहरू प्रयोग गर्छन्। नैमाला ऑपरेशनमा, कैपसिटर र इन्डक्टर समान्तर रेझोनन्ट र निम्न अवरोध देखाउँछ। फाउल्टमा, उच्च करेन्टले रिएक्टरलाई स्युरेटेड गर्छ वा आरेस्टर सक्रिय गर्छ, रेझोनन्ट बिग्रिन्छ, र रिएक्टर लाइनमा राख्दछ फाउल्ट करेन्ट सीमित गर्न। चुंबकीय निर्वातन फास्ट स्विचहरू यसरी कैपसिटर बाइपास गर्न सक्छ।

२.६ FCL इंजिनियरिङ अनुप्रयोगको वर्तमान स्थिति

व्यावहारिक मूल्यको लागि, FCLहरूले फाउल्टमा झट अवरोध राख्नुपर्छ, र त्यसपछि स्वचालित रिसेट, अनेक लगातार ऑपरेशन, निम्न हार्मोनिक उत्पादन, र स्वीकार्य निवेश र ऑपरेटिङ लागत देखाउनुपर्छ। वर्तमानमा, तात्कालिक तकनीकी चुनौतिहरू र आर्थिक लागतको कारण, विश्वभर विभिन्न प्रयोगात्मक प्रोटोटाइपहरू विकसित गरिएपछि पनि, वास्तविक ग्रिड अनुप्रयोग दुर्लभ छ, जसले निम्न वोल्टेज, निम्न क्षमता वाला पायलट परियोजनाहरूमा सीमित छ।

यो क्षेत्र बाहिर अग्रिम शुरु भएको थियो, जहाँ ठोस-स्टेट र सुपरकंडक्टिभ FCLको व्यापारिक उपयोगमा उल्लेखनीय प्रगति भएको छ। १९९३ मा, यूएसएको न्यू जर्सीमा आर्मी पावर सेन्टरमा ४.६ किलोवोल्ट फीडरमा ६.६ MW ठोस-स्टेट ब्रेकर (एन्टी-पैरेलल GTOs द्वारा) लगाएको थियो, जसले ३०० माइक्रोसेकेन्डभित्र फाउल्ट क्लियर गर्न सक्थ्यो। १९९५ मा, एपीआरआई र वेस्टिंगहाउसले एपीएसजी उपस्टेशनमा १३.८ kV/६७५ A ठोस-स्टेट FCL लगाएका थिए। सुपरकंडक्टिभ FCLको लागि, १९९८ मा ACEC-Transport र GEC-Alsthomले एक हाइब्रिड AC/DC FCL विकसित गरेका थिए, जसले व्यापारिक उपयोग पाएको थियो। १९९९ मा, जनरल एटोमिक्स र अन्यहरूले एक साथ १५ kV/१२०० A SFCL विकसित गरेका थिए, जसले साउथर्न कैलिफोर्निया एडिसन (SCE) उपस्टेशनमा लगाएको थियो।

देशीय FCL अनुसन्धान धेरै दिन पछि शुरु भएको थियो, तर त्वरित रूपमा प्रगति भएको थियो। २००७ मा, तियानजिन इलेक्ट्रोमेकानिकल होल्डिंग्स र बेइजिंग युनडियन इंगना सुपरकंडक्टिभ केबल कम्पनी लिमिटेडले विकसित गरेको चीनको ३५ kV सुपरकंडक्टिभ स्युरेटेड-कोर FCL युननानको पुजी उपस्टेशनमा ग्रिड-कनेक्टेड परीक्षण ऑपरेशनमा लगाएको थियो—त्यो विश्वको सर्वोच्च वोल्टेज, सर्वोच्च क्षमता वाला सुपरकंडक्टिभ लिमिटर थियो। श्रृंखला-रेझोनन्ट FCLको लागि, चीन इलेक्ट्रिक पावर रिसर्च इन्स्टिट्युट, झोंगडियन पुरी, र ईस्ट चाइना ग्रिडले एक साथ विकसित गरेको चीनको पहिलो ५०० kV यन्त्र २००९ को अन्तिम तिमीमा ५०० kV बिंगयाओ उपस्टेशन