Augstsprieguma pārveidošanas stacijās sarkanā straumes ierobežotāju uzticamības analīze

1 Ievads

Lai sasniegtu strauji pieaugošo prasību pēc elektriskās enerģijas, jāattīstās arī elektroenerģijas ražošanas, pārvades un sadalīšanas sistēmas. Šīs attīstības rezultātā radās kritiska problēma - ātrais sazārājstrāva pieaugums. Sazārājstrāvas pieaugums rada vairākas briesmas:

• sekotās ierīces ceļa pārkarstīšanās;
• pieauga šķīdinājuma laikā notikušie strūka momentānās un atveseļošanās spriegumi, kas var bojāt izolācijas sistēmas;
• izraisa ļoti lielus mehāniskos spēkus spuldzes pamatā esošajā aprīkojumā (piemēram, transformatoros, ģeneratoros, reaktoruose);
• var rasties sistēmas nestabilitāte, atkarībā no kļūdas strāvas apjomam un tās novēršanas laika;
• esamos strūka šķīdinātāji vairs nevarētu apturēt pieaugušo kļūdas strāvu, nepieciešami dārgi aizstājēji laikā un naudā; lai izvairītos no šādiem izdevumiem, paralēlie transformatori var tikt ierobežoti vai sistēmas savienojamība samazināta, kas komprometē pārnesa spēju un sistēmas uzticamību;
• pieaugušas kļūdas strāvas pagarina labojumu veikšanas laiku, kas noved pie ilgākiem bezstrāvas periodiem un lielākiem ekonomiskajiem zaudējumiem;
• samazina tīkla uzticamību.

Pašlaik ir pieejamas trīs galvenās risinājuma varianti, lai mazinātu šos efektus:

• tīklu struktūru izveidošana ar minimālo kļūdas varbūtību;
• lietošana strūka šķīdinātāji ar lielāku šķīdināšanas spēju vai aizstāšana vājākiem šķīdinātājiem ar spēcīgākiem;
• tīkla modifikācija, lai samazinātu sazārājstrāvas līmeni. Parasti tiek izmantota šo risinājumu kombinācija, lai sasniegtu optimālo tīkla dizainu, uzturējot sistēmas uzticamību pieņemamā līmenī. Tomēr kļūdu iespēja nekad pilnībā nevar tikt izslēgta, un elektroenerģijas aprīkojuma projektēšana, balstoties uz nebeidzami pieaugošām sazārājstrāvām, ir komerciāli nereālistiska. Trešais risinājums var tikt papildus sadalīts:
  • sistēmas savienojamības samazināšana (piemēram, autobusu sadalīšana);
  • kļūdas strāvas ierobežotāju (FCL) lietošana.

Strūka šķīdinātāju aizstāšana ar lielāku šķīdināšanas spēju ir dārga risinājuma variante un dažos gadījumos nav iespējama. Tāpat aizsardzības sistēmas rāda kavējumu kļūdas detektēšanā, balstoties uz releju specifikāciju. Strūka šķīdinātāju darbība un loka iznīcināšana nav salīdzinoši ātras, parasti nepieciešams 3-5 cikli, lai pilnībā iznīcinātu kļūdu. Tādējādi, kļūdas strāvas parasti nevar tikt apturētas pirmajos 2-8 ciklos pēc kļūdas radīšanās. Šajā laikā caur sekotām ierīcēm plūst ļoti lielas strāvas, un pat šis īsais periods var būt iznīcinājošs, jo īpaši pirmajā ciklā, kad kļūdas strāvas Gaila komponenta ir ļoti augsta.

Autobusu sadalīšana un sistēmas savienojamības samazināšana var tikt apsvērti kā alternatīvi šim jautājumam. Tomēr tie ievieš citas operatīvās grūtības, piemēram, samazināto pārnesa spēju, mainīgo enerģijas plūsmu un pieaugošus zaudējumus. FCL nepieciešamība rastos no vajadzības aizsargāt dārgas un aizsardzības vajadzīgas ierīces. Parasti visi piedāvātie FCL stratēģijas balstājas uz augstas impedancijas ievietošanu sekotā ceļa laikā, atšķirība tikai realizācijā. Ideālā FCL gaidītie īpašības parasti ir:

• ļoti zema impedancija normālās elektrotīkla apstākļos;
• augstas impedancijas ievietošana kļūdas laikā;
• ātra darbība, lai ierobežotu kļūdas strāvas Gaila komponentu;
• spēja veikt vairākas darbības īsā laikā un pašnovērošanās;
• bez harmonisku ieviešanas elektrotīklā;
• momentāno pārspriegumu minimizēšana;
• augsta uzticamība.

2 Kļūdas strāvas ierobežotāju uzticamība

FCL lietošana pārveidotajos stacijās parasti motivēta diviem galvenajiem iemesliem:

• izvairīšanās no dārga risinājuma, aizstājot instalētos strūka šķīdinātājus ar tiem, kas spēj nodrošināt lielāku sazārājstrāvas spēju;
• stacijas topoloģijas uzturēšana un izvairīšanās no autobusu sadalīšanas operatīvo vai uzticamības iemeslu dēļ. Pašlaik nav pieejamas uzticamas avoti vai atsauces par FCL uzticamības raksturojumiem; tādējādi šajā pētījumā mēs cenšamies analizēt šo jautājumu, ņemot vērā tehniskos raksturlielus. Daži FCL izmanto ļoti sarežģītas tehnoloģijas, kas var samazināt to uzticamību.

Ir dažādi FCL veidi, starp kuriem rezonānce un superprovdoktīvie FCL ir vērojamāki.

A. Rezonāncu FCL

Ir piedāvāti daudzi rezonānces FCL konfigurācijas. Tie parasti tiek klasificēti kā seriālās rezonances FCL un paralēlās rezonances FCL. Rezonānces FCL ir vairākas priekšrocības kļūdas ierobežošanai, tostarp:

• Darbība bez strāvas šķīdināšanas;
• Ātrs atbildes laiks kļūdām;
• Spēja nodrošināt sazārājstrāvu laikā kļūdas laikā;
• Atjaunošanās spēja.

Tomēr, rezonānces FCL parasti sastāv no vairākiem komponentiem, un kopējā uzticamība atkarīga no katras komponentes pareizas darbības. Papildus tam, daži rezonānces FCL prasa ārējo aktivācijas ierīci, kas nozīmē, ka nepieciešami papildu komponenti, lai uzsvertu sazārājstrāvu un aktivizētu aktīvāciju. Tas palielina sistēmas sarežģītību un samazina uzticamību. Tādējādi, pašaktivizējoši FCL ir skaidri uzticamāki.

B. Superprovdoktīvie FCL

Salīdzinājumā ar rezonānces FCL, superprovdoktīvie FCL prasa mazāk komponentu un ir pašaktivizējoši. Kļūdas strāvas ierobežošanas stratēģija ir vienkārša un balstīta uz superprovdoktīvo materiālu dabisku uzvedību. Superprovodība pastāv tikai ļoti zemās temperatūras, tāpēc superprovdoktīvie FCL prasa papildu dzesēšanas aprīkojumu, kas palielina investīciju izmaksas. Šajā darbā piedāvātais koncepts ir ierobežots, lai novērtētu FCL lietojuma ietekmi uz stacijas uzticamību.

3 FCL kļūdas režīmi

Tāpat kā citi augstsprieguma staciju komponenti, FCL parāda dažādus kļūdas režīmus, kas jāņem vērā, novērtējot transmisijas staciju uzticamību, kurās ir integrēti FCL. Šajā sadaļā tiek salīdzināti dažādo FCL veidu kļūdas koeficienti.

Ir fundamentāla sakarība starp pilnas sistēmas uzticamību un tās apakšsistēmu skaitu, kas visi jādarbojas pareizi, lai sasniegtu gaidāmo kopējo funkciju.

• A. Aktīvie kļūdas režīmi
• B. Pasīvie kļūdas režīmi
• C. Fiksētie kļūdas režīmi

Skaidrs, ka FCL, kas prasa aktīvācijas sistēmu (ārēji aktivizēti FCL), ir ar augstākiem kļūdas koeficientiem. Kopumā, jebkurš FCL, kas ietver aktīvāciju vai komutāciju, ietver vairāku slēdzeņu sekvenciālas darbības, kas prasa precīzu sinhronizāciju un koordināciju, palielinot sarežģītību salīdzinājumā ar tradicionālajiem strūka šķīdinātājiem.

Rezonānces FCL (gan ārēji, gan pašaktivizējoši) fiksētie kļūdas režīmi var rasties rezonances elementu raksturojumu maiņas dēļ, kas izraisīta darbības apstākļu, piemēram, temperatūras, maiņa vai darbība nenorādītos apstākļos.

Superprovdoktīvie FCL parāda šādus kļūdas režīmus tikai pārmērīgiem dzesēšanas apstākļiem, kas reti notiek. Tātad, var teikt, ka superprovdoktīvie FCL būtībā nemaz nav šāda kļūdas režīma. Lielākā daļa gadījumos, superprovdoktīvie FCL var tikt projektēti ar prognozējamām parametriem un izturēt tūkstošiem aktivācijas un atjaunošanās ciklu. Tāpat, izmantojot mazākus FCL, nevis lielākus, var uzlabot gan uzticamību, gan strāvas ierobežošanas spēju. Tabula 1 īsumā salīdzina dažādo FCL veidu dažādo kļūdas režīmu parādīšanās koeficientus.

4 Praktiskā lietošana

Fig. 1 parādītā parauga stacija tiek izmantota, lai novērtētu FCL lietošanas ietekmi uz stacijas uzticamību. Zināms, ka remonta laikā, izmantojot autobusu šķīdinātājus, lai pārvaldītu aizsardzības shēmas un uzlabotu stacijas konfigurācijas elastību, ir bieži sastopama prakse. Ja stacijas kļūdas strāvas līmenis pārsniedz strūka šķīdinātāju šķīdināšanas spēju, autobusa šķīdinātāja aizstāšana ar FCL kļūst par praktisku risinājumu. Tatsākā, Inter-Bus FCL ir viens no visbiežāk sastopamiem FCL lietojumiem.

Piedodiet, ka visas pievienotās tabulas un attēli netika tulkoši, jo tie ir vizuāli saturīgi elementi, kas jāpielāgo atbilstoši mērķa valodai un kontekstam. Ja nepieciešams, šie elementi var tikt pielāgoti vai atjaunoti, lai atbilstu tulkojumam. Turpināsim ar tekstu.

Pieņemsim, ka visi krājumi, kas piesaistīti 330 kV autobusei, ir vienādi. Uzticamības novērtēšana koncentrējas uz Krājumu 1 kreisajā 330 kV autobusā un Krājumu 5 labajā 330 kV autobusā. Krājumu uzticamība tiek novērtēta, izmantojot šādus rādītājus: (1) Krājuma zaudēšanas varbūtība (%); (2) Gada bezstrāvas laiks (U). 330 kV autobuss tiek pieņemts kā pilnībā uzticams. Lai izvairītos no nepieciešamajiem aprēķiniem, ne tiek ņemti vērā kļūdas režīmi, kas ietver vairāk nekā trīs komponentu pārtraukumu. Tā kā šādu kļūdas režīmu parādīšanās koeficients ir ļoti zems, šī pieņēmums neatrisina būtisku kļūdu.

Tabula 2 parāda komponentu kļūdas koeficientus un remonta laikus. Sākot ar sākotnējo analīzi, sākam ar krājumu uzticamības rādītāju aprēķināšanu, kas saistīti ar kreiso 330 kV autobusu. Lai panāktu informētu un visaptverošu salīdzinājumu, teorētiski mums vajadzētu aprēķināt uzticamības rādītājus visiem krājumu punktiem no L1 līdz L7. Tomēr, ņemot vērā, ka šie krājumi ir līdzīgi un savienoti ar to pašu autobusu, tiem būs līdzīgi kļūdas režīmi. Tāpēc mums tikai jāaprēķina uzticamības rādītāji Krājuma Punkta 1 (L1) kreisajā autobusā un Krājuma Punkta 5 (L5) labajā autobusā.

Kā minēts iepriekš, divi varbūtiski rādītāji tiek izmantoti analīzei: krājuma zaudēšanas varbūtība (f/gadā) un gada bezstrāvas laiks (stundās/gadā, A). Šie rādītāji tiek novērtēti viena komponenta pārtraukuma gadījumā.

Divu komponentu pārtraukuma gadījumā ekvivalentais kļūdas koeficients (λₑ), vidējais bezstrāvas laiks (r) un gada bezstrāvas laiks (u) tiek izteikti šādi:

Trīs līmeņu pārtraukuma gadījumā tas tiek izteikts šādi:

Ņemot vērā visus kļūdas režīmus, kopējo kļūdas koeficientu un kopējo gada bezstrāvas laiku var aprēķināt šādi:

Tabula 3 parāda krājumu uzticamības analīzes rezultātus.

Tagad tiek veikts tāds pats aprēķins otrajā 230 kV autobusā. Tabula 4 parāda rezultātus, kas saistīti ar krājumu punktu LS.

5 Secinājumi

Šajā darbā tiek piedāvāta kļūdas strāvas ierobežotāju (FCL) lietošana, lai uzlabotu stacijas uzticamību, aprakstīta matemātiskā modelis un procedūra uzticamības aprēķināšanai, un novērtēta FCL li