Fiablereco Analizo de Fektkurentlimigiloj en Alta-Voltaga Substacio

1 Enkonduko

Por kontentigi la rapide kresantan demandon pri elektra energio, la sistemoj de elektroenergiprodukado, transdonado kaj distribuado devas evolui konformajn manierojn. Unu el la gravaj problemoj kaŭzitaj de tiu evoluo estas la rapida pligrandiĝo de kortuŝtrarobloj. La pligrandiĝo de kortuŝtrarobloj kondukas al pluraj danĝeroj:

• supermaldolĉigo de serieligita aparataro laŭ la erarvojo;
• pligrandiĝo de transeksa kaj rekomuna voltajo dum strumbrekigo, kiu povas damaĝi izoladajn sistemojn;
• kreiĝo de ekstreme altaj mekanikaj fortoj en spirala aparataro (ekz., transformiloj, generiloj, reaktoroj);
• ebleca sistemebla instabileco depende de la grandeco kaj klarigo-tempo de la erarstrumo;
• ekzistantaj strekrombrombriloj eble ne plu kapablas interrompi la pligrandigitan erarstrumon, necesigante kostemajn anstataŭigojn en tempo kaj mono; por eviti tiajn kostojn, paralelaj potenctransformiloj povas esti limigitaj aŭ sistemeblaj interligiloj reduktitaj, kio kompromisigas la transdonadan kapablon kaj sistemeblan fidindon;
• pligrandigitaj erarstrumoj prilongigas korigeblajn agojn, kondukantaj al pli longa ĉesiga tempodurado kaj pli grandaj ekonomiaj perdoj;
• redukta retebla fidindo.

Aktuale, tri ĉefaj solvoj estas disponeblaj por atenui tiujn efektojn:

• konstruado de reteblaj strukturoj kun minimuma erarebleco;
• uzo de strekrombrombriloj kun pli alta interrompa kapablo aŭ anstataŭigo de malfortaj rombriloj per pli kapablaj unuoj;
• modifado de la reto por redukti la nivelojn de kortuŝtro. Kombinaĵo de tiuj solvoj estas tipike uzata por atingi optimuman reton proksimigante la sistemeblan fidindon en akcepteblaj limoj. Tamen, la ebleco de eraroj neniam povas esti tute eliminata, kaj dizaino de potenca aparataro bazita sur ĉiam pligrandiganta kortuŝtron estas komerce nepraktikebla. La tria solvo povas esti pludividita en:
  • redukto de sistemebla interligilo (ekz., bus-divido);
  • apliko de erarstrumlimigiloj (FCLs).

Anstataŭigo de strekrombrombriloj kun pli alta interrompa kapablo estas kostema solvo kaj povas ne esti realigebla en certaj kazoj. Krome, protektaj sistemoj montras malfruajn detektadojn de eraroj bazitaj sur relekspecifikoj. Strekrombrombrila operacio kaj arkmalaperado ne estas instanta, kutime postulas 3–5 ciklojn por plene klarigi eraron. Konsekvenca, erarstrumoj kutime ne povas esti interrompitaj en la unua 2–8 cikloj post okazo de eraro. Dum tiu periodo, tre altaj strumoj fluas tra serieligita aparataro en la erarvojo, kaj eĉ tiu mallonga daŭro povas esti disfalciga, speciale en la unua ciklo kiam la DC-komponento de la erarstrumo estas aparte alta.

Bus-divido kaj reduktita sistemebla interligilo povas esti konsideritaj kiel alternativoj por trakti tiun problemon. Tamen, ili enkondukas aliajn operaciajn defiojn, kiel reduktita transdonada kapablo, ŝanĝita potenca fluo, kaj pli grandaj perdoj. La bezono por FCLs origine venas de la neceso protekti kosteman kaj vulnereblan aparataron. Ĝenerale, ĉiuj proponitaj FCL-strategioj baziĝas sur enmeto de alta impedanco en la seriovon dum eraro, nur diferenciĝante en realigo. La dezirataj karakterizoj de idealaj FCLs estas tipike:

• tre malalta impedanco sub normalaj potencaj sistemoj kondiĉoj;
• enmeto de alta impedanco dum eraro;
• rapida operacio por limigi la DC-komponenton de la erarstrumo;
• kapablo por multoblaj operacioj en mallonga tempo kaj self-recovery;
• neniu enkonduko de harmonoj en la potenca sistemo;
• minimumigo de transeksaj supervoltajoj;
• alta fidindo.

2 Fidindo de Erarstrumlimigiloj

La aplikado de FCLs en substanacioj estas ĝenerale motivita de du ĉefaj kialoj:

• evitado de la kostema solvo anstataŭigi instalitajn strekrombrombrilojn per tiuj havantaj pli altan kortuŝtran kapablecon;
• mantenado de substanacia topologio kaj evitado de bus-divido pro operaciakaj aŭ fidindeblaj kialoj. Aktuale, ne estas disponeblaj fidindaj fontoj aŭ referencoj pri la fidindeblaj karakterizoj de FCLs; do, en tiu studo, ni celas analizi tiun temon konsiderante teknikajn karakterizojn. Iuj FCLs uzas tre kompleksajn teknologiojn, kiuj povas redukti ilian fidindecon.

Estas diversaj tipoj de FCLs, inter kiuj rezonantaj kaj superkonduktaj FCLs estas pli eminente.

A. Rezonantaj FCLs

Multaj konfiguroj por rezonantaj FCLs estas proponitaj. Ili estas ĝenerale klasifikitaj kiel serierezonantaj kaj paralelrezonantaj FCLs. Rezonantaj FCLs posedas plurajn favorajn karakterizojn por erarlmitigo, inkluzive:

• operacio sen strumbrekigo;
• rapida respondo al eraroj;
• kapablo porti kortuŝtron dum la daŭro de la eraro;
• resetkapablo.

Tamen, rezonantaj FCLs ĝenerale konsistas el pluraj komponantoj, kaj la tuta fidindeco dependas de la korekta operacio de ĉiu komponanto. Krome, iuj rezonantaj FCLs bezonas eksteran trigilon, signifante ke ekstraj komponantoj estas neceseblaj por senti la kortuŝtron kaj iniciati la trigilon. Tio pligrandigas la kompleksecon de la sistemo kaj reduktas la fidindecon. Do, self-trigilaj FCLs estas evidentaj pli fidindaj.

B. Superkonduktaj FCLs

Komparite al rezonantaj FCLs, superkonduktaj FCLs bezonas pli malmultajn komponantojn kaj estas self-trigilaj. La strategio de erarstrumlimigo estas simpla kaj bazita sur la natura konduto de superkonduktaj materialoj. Superkondukto ekzistas nur je tre malaltaj temperaturoj, do superkonduktaj FCLs bezonas ekstran refreŝigilequipon, pligrandigante investajn kostojn. La koncepto proponita en tiu artikolo estas limigita al evaluo de la impakto de FCL-aplikado sur la fidindecon de substanacio.

3 Malbonfunkciado de FCLs

Kiel aliaj komponantoj en alta-volta substanacio, FCLs montras malsamajn malbonfunkciadomodojn, kiuj devas esti konsideritaj kiam oni asertas la fidindecon de transdonaj substanacioj kun FCLs. Ĉi tiu sekcio komparas la malbonfunkciadotarifojn de malsamaj tipoj de FCLs.

Estas fundamenta rilato inter la fidindeco de kompleta sistemo kaj la nombro de ĝiaj sub-sistemoj, ĉiuj kiuj devas funkcii korekte por atingi la deziratan tutan funkcion.

• A. Aktivaj malbonfunkciadomodoj
• B. Pasivaj malbonfunkciadomodoj
• C. Fiksaj malbonfunkciadomodoj

Klaras, ke FCLs bezonantaj trigilsistemon (eksterne trigilaj FCLs) havas pli altajn malbonfunkciadotarifojn. Ĝenerale, ĉiu FCL engaĝanta trigigon aŭ kommutigon implicus sekvencajn operaciojn de pluraj ŝaltiloj, bezonantaj precizan sinkronigon kaj koordinadon, signife pligrandigante la kompleksecon kompare al konvenciaj strekrombrombriloj.

En rezonantaj FCLs (ankaŭ eksterne kaj self-trigilaj), fiksaj malbonfunkciadomodoj povas aperi pro variasoj en la karakterizoj de la rezonantaj elementoj kaŭzitaj de ŝanĝoj en funkciadokondiĉoj, kiel temperaturo, aŭ funkciado sub neratingaj kondiĉoj.

Superkonduktaj FCLs montras tiajn malbonfunkciadomodojn nur sub troa refreŝigo, kio malofte okazas. Do, oni povas diri, ke superkonduktaj FCLs esence ne havas tiun malbonfunkciadomodon. En plejparto de kazoj, superkonduktaj FCLs povas esti dizainitaj kun prevideblaj parametroj kaj rezisti milojn de aktivigaj kaj recuperaĵcikloj. Krome, uzo de pli malgrandaj FCLs anstataŭ pli grandaj povas plibonori ambaŭ fidindecon kaj strumlimigan kapablecon. Tablo 1 mallonge komparas la okazaĵtarifojn de malsamaj malbonfunkciadomodoj tra diversaj tipoj de FCLs.

4 Praktika Apliko

Specimen-substanacio montrita en Fig. 1 estas uzata por evalui la impakton de implemento de FCLs sur la fidindecon de substanacio. Bone konas, ke dum manĝado, uzado de bus-sekciantaj strekrombrombriloj por administri protektajn skemojn kaj plibonorigi la flekseblecon de substanacaj konfiguroj estas komuna praktiko. Kiam la nivelo de erarstrumo en substanacio superpasas la interrompan kapablecon de la strekrombrombriloj, anstataŭigo de la bus-sekcianta rombrilo per FCL fariĝas viabla solvo. Efektive, Inter-Bus FCL estas unu el la plej komunaj aplikoj de FCLs.

Supozu, ke ĉiuj ŝarĝoj konektitaj al la 330 kV bus estas identaj. La fidindecevaluo fokusas sur Ŝarĝo 1 ĉe la maldekstra 330 kV bus kaj Ŝarĝo 5 ĉe la dekstra 330 kV bus. La ŝarĝa fidindeco estas evaluita per jenaj indikiloj: (1) ŝarĝperda probablo (%); (2) jara ĉesa tempodurado (U). La 330 kV bus estas supozita plene fidinda. Por eviti neutilajn kalkulojn, malbonfunkciadomodoj engaĝantaj samtempan malbonfunkciadon de pli ol tri komponantoj ne estas konsideritaj. Ĉar la okazaĵtarifo de tiaj malbonfunkciadomodoj estas tre malalta, ĉi tiu supozo ne enkondukas signifan eraron.

Tablo 2 montras la malbonfunkciadotarifojn kaj riparotempo de la komponantoj. Por la komenca analizo, ni komencas kalkulante la fidindecindeksojn asociitajn kun la maldekstra 330 kV bus. Por informita kaj kompleta komparo, teorie, ni devus kalkuli la fidindecindeksojn por ĉiuj ŝarĝpunktoj de L1 ĝis L7. Tamen, donante, ke ĉi tiuj ŝarĝoj estas similaj kaj konektitaj al la sama bus, ili havos similajn malbonfunkciadomodojn. Do, ni nur bezonas kalkuli la fidindecindeksojn por Ŝarĝpunkto 1 (L1) ĉe la maldekstra bus kaj Ŝarĝpunkto 5 (L5) ĉe la dekstra bus.

Kiel menciite supre, du probabilistikaj indikiloj estas uzitaj por la analizo: ŝarĝperda probablo (en f/jaro) kaj jara ĉesa tempodurado (en horoj/jaro, A). Ĉi tiuj indikiloj estas evaluitaj por la kazo de unuopa komponanta malbonfunkciado.

Por la kazo de samtempa malbonfunkciado de du komponantoj, la ekvivalenta malbonfunkciadotarifo (λₑ), meza ĉesa tempodurado (r), kaj jara ĉesa tempodurado (u) esprimiĝas kiel sekvas:

Por la kazo de samtempa malbonfunkciado je tri niveloj, ĝi esprimiĝas kiel sekvas:

Konsiderante ĉiujn malbonfunkciadomodojn, la totala malbonfunkciadotarifo kaj la totala jara ĉesa tempodurado povas esti kalkulitaj kiel sekvas:

Tablo 3 montras la fidindeceanalizresultojn por la ŝarĝoj.

Nun, la sama kalkulo estas farita por la feeders ĉe la alia 230 kV bus. Tablo 4 montras la rezultojn rilatantajn al la ŝarĝpunkto LS.

5 Konkludo

Ĉi tiu artikolo prezentas la aplikon de erarstrumlimigiloj (FCLs) por plibonori la fidindecon de substanacio, priskribas la matematikan modelon kaj proceduron por fidindecekalkulo, kaj evalutas la impakton de FCL-implemento sur la fidindecon de substanacio. La rezultoj indikas, ke la fidindeco de substanacio estas plibonoriga per uzo de FCLs. Ankaŭ sensibilanalizo estas farita por esplori la influon de diversaj parametroj—kiel la aktiva malbonfunkciadotarifo, pasiva malbonfunkciadotarifo, kaj riparotempo de la FCL—sur la fidindecindeksoj.