उच्च वोल्टेज सबस्टेशनमा फाउल्ट करेन्ट लिमिटरको योग्यता विश्लेषण

१ परिचय

बिजुली ऊर्जाको तेजीसँग बढ्दो मागको पूरा गर्न, विद्युत उत्पादन, प्रसारण र वितरण प्रणालीहरूको विकास गर्नुपर्छ। यस विकासबाट उत्पन्न भएको मुख्य समस्याहरूभित्र एक छ जो छोटो-सिर्जन धारामा तेजीसँग वृद्धि हुने। छोटो-सिर्जन धारामा वृद्धिले निम्न खतराहरू पनि ल्याउँछ:

• फाउल्ट मार्गमा श्रृंखला-सम्बन्धित उपकरणहरूको अतिरिक्त ताप;
• धारा बिच्छेद दौरान अतिरिक्त अस्थायी र फिर्ता वोल्टेज, जसले इन्सुलेशन प्रणालीहरूलाई क्षति पुर्‍याउँछ;
• कुण्डली-आधारित उपकरणहरू (जस्तै, ट्रान्सफार्मर, जनरेटर, रिअक्टर) मा अत्यधिक यान्त्रिक शक्ति उत्पन्न हुनु;
• फाउल्ट धाराको परिमाण र साफ गर्ने समयको आधारमा प्रणालीको संभावित अस्थिरता;
• वर्तमान लगाउने सर्किट ब्रेकरहरू वृद्धिको फाउल्ट धारालाई बिच्छेद गर्न असमर्थ हुन सक्छ, यसले समय र पैसामा महँगो बदलाको आवश्यकता उत्पन्न गर्छ; यस्तो खर्चहरूलाई ट्रान्सफार्मरहरूलाई समान्तर राख्ने र प्रणालीको जोड्न घटाउने राहने रास्ता छ, यसले प्रसारण क्षमता र प्रणालीको विश्वसनीयतालाई घटाउँछ;
• वृद्धिको फाउल्ट धाराले सुधार गर्ने कार्यलाई लामो बनाउँछ, यसले लामो बिजुली बन्दी र अधिक आर्थिक नुक्सान उत्पन्न गर्छ;
• ग्रिडको विश्वसनीयता घटाउँछ।

वर्तमानमा, यी प्रभावहरूलाई कम गर्न तीन प्रमुख समाधानहरू उपलब्ध छन्:

• कम फाउल्ट सम्भावना भएको ग्रिड संरचना निर्माण गर्ने;
• उच्च बिच्छेद क्षमताका सर्किट ब्रेकरहरू प्रयोग गर्ने वा कमजोर ब्रेकरहरूलाई योग्य ब्रेकरहरूले बदल्ने;
• ग्रिडलाई साथै छोटो-सिर्जन स्तर घटाउने। यी समाधानहरूको संयोजन आमतौरले विश्वसनीय प्रणालीको सीमा भित्र अनुकूल नेटवर्क डिझाइन प्राप्त गर्ने लागि प्रयोग गरिन्छ। तर, फाउल्टको सम्भावना पूर्णतया निकाल्न सकिँदैन, र बढ्दो छोटो-सिर्जन धारामा आधारित विद्युत उपकरणहरू निर्माण गर्ने व्यापारिक रूपमा असम्भव छ। तेस्रो समाधान निम्न तरिकाले विभाजित गरिन सकिन्छ:
  • प्रणालीको जोड्न घटाउने (जस्तै, बस स्प्लिटिङ);
  • फाउल्ट धारा सीमावाहक (FCLs) प्रयोग गर्ने।

उच्च बिच्छेद क्षमताका सर्किट ब्रेकरहरूलाई बदल्ने एउटा महँगो समाधान हुन्छ र केही अवस्थामा यो सम्भव नहुन सक्छ। अत्यन्त, रिले विशेषताको आधारमा फाउल्ट पत्ता लगाउने प्रोटेक्सन प्रणालीहरूमा देरी देखिन्छ। सर्किट ब्रेकरको कार्य र आर्क नष्ट हुन त्यही देरी हुन्छ, यसले फाउल्ट घटनादेखि ३-५ चक्रहरूमा फाउल्ट पूरा रूपमा साफ गर्न लाग्छ। त्यसैले, फाउल्ट धारालाई पहिलो २-८ चक्रहरूमा बिच्छेद गर्न सकिँदैन। यस कालावधीमा, फाउल्ट मार्गमा श्रृंखला-सम्बन्धित उपकरणहरूमा अत्यधिक धारा प्रवाहित हुन्छ, र यो छोटो कालावधी पनि विनाशक छ, विशेष गरी पहिलो चक्रमा जहाँ फाउल्ट धाराको DC घटक विशेष रूपमा उच्च हुन्छ।

बस स्प्लिटिङ र प्रणालीको जोड्न घटाउने यी समस्यालाई समाधान गर्ने विकल्पहरू मानिन्छ। तर, यी अन्य कार्यात्मक चुनौतीहरू पनि ल्याउँछ, जस्तै प्रसारण क्षमताको घटना, शक्ति प्रवाहको परिवर्तन, र वृद्धिको नुक्सान। FCLs को आवश्यकता लागात्तिक र दुर्बल उपकरणहरूलाई सुरक्षित गर्न उत्पन्न हुन्छ। सामान्यतया, सबै प्रस्तावित FCL रणनीतिहरू फाउल्ट दौरान श्रृंखला मार्गमा उच्च प्रतिरोध राख्ने आधारमा हुन्छ, त्यसको लागि अनुप्रयोगमात्र फरक छ। आदर्श FCLको वांछित विशेषताहरू आमतौरले यस्ता छन्:

• सामान्य विद्युत प्रणालीको शर्तहरूमा अत्यधिक निम्न प्रतिरोध;
• फाउल्ट दौरान उच्च प्रतिरोध राख्ने;
• फाउल्ट धाराको DC घटक लिमिट गर्ने त्वरित कार्य;
• छोटो समयमा बहुल चालना र स्व-पुनर्स्थापन क्षमता;
• विद्युत प्रणालीमा हार्मोनिकहरूको परिचालन नहुन;
• अस्थायी अतिरिक्त वोल्टेजको न्यूनतमकरण;
• उच्च विश्वसनीयता।

२ फाउल्ट धारा सीमावाहकहरूको विश्वसनीयता

सबस्टेशनहरूमा FCLs को उपयोग आमतौरले दुई प्रमुख कारणले अनुकूलित छ:

• स्थापित सर्किट ब्रेकरहरूलाई उच्च छोटो-सिर्जन क्षमताका सर्किट ब्रेकरहरूले बदल्ने महँगो समाधानलाई टाल्न;
• कार्यात्मक वा विश्वसनीयता सम्बन्धी कारणले बस स्प्लिटिङ टाल्न। वर्तमानमा, FCLs को विश्वसनीयता विशेषताहरूको बारेमा कुनै विश्वसनीय स्रोत वा सन्दर्भ उपलब्ध छैन; त्यसैले, यस अध्ययनमा, यस समस्यालाई तकनीकी विशेषताहरूको आधारमा विश्लेषण गर्ने लक्ष्य छ। केही FCLs उच्च रूपमा जटिल प्रौद्योगिकी प्रयोग गर्छन्, जसले उनीहरूको विश्वसनीयतालाई घटाउँछ।

FCLs को विभिन्न प्रकारहरू छन्, जुन भित्र रिझोनेन्ट-प्रकारका र सुपरकंडक्टिव FCLs अधिक प्रमुख छन्।

A. रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs

रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs को लागि धेरै विन्यासहरू प्रस्तावित गरिएका छन्। यी आमतौरले श्रृंखला-रिझोनेन्ट-प्रकारका र समान्तर-रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs मा विभाजित गरिन्छ। रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs मा फाउल्ट सीमावाहनको लागि केही अनुकूल विशेषताहरू छन्, जस्तै:

• धारा बिच्छेद बिना कार्य;
• फाउल्टको त्वरित प्रतिक्रिया;
• फाउल्ट दौरान छोटो-सिर्जन धारालाई बहाल गर्ने क्षमता;
• रिसेट क्षमता।

तर, रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs मा अनेक घटकहरू छन्, र एकैको घटकको सही कार्य आधारमा योको सम्पूर्ण विश्वसनीयता निर्भर छ। अत्यन्त, केही रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs बाहिरी ट्रिग्गर उपकरणको आवश्यकता छ, जसको अर्थ फाउल्ट पत्ता लगाउन र ट्रिग्गर शुरू गर्ने लागि अतिरिक्त घटकहरू आवश्यक छन्। यो प्रणालीको जटिलता बढाउँछ र विश्वसनीयता घटाउँछ। त्यसैले, स्व-ट्रिग्गर गर्ने FCLs अधिक विश्वसनीय छन्।

B. सुपरकंडक्टिव FCLs

रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs भन्दा, सुपरकंडक्टिव FCLs मा कम घटकहरू छन् र यी स्व-ट्रिग्गर गर्ने छन्। फाउल्ट धारा सीमावाहनको रणनीति साधारण र सुपरकंडक्टिव सामग्रीको प्राकृतिक व्यवहार आधारमा छ। सुपरकंडक्टिवता धेरै ठूलो तापमानमा फेला पर्छ, त्यसैले सुपरकंडक्टिव FCLs अतिरिक्त ठण्डाउने उपकरणको आवश्यकता छ, जसले निवेश लागत बढाउँछ। यस पेपरमा प्रस्तावित अवधारणा FCLs को उपयोगले सबस्टेशनको विश्वसनीयतामा प्रभावको मूल्याङ्कन गर्न विस्तृत छ।

३ FCLs को विफलता ढाँचाहरू

उच्च वोल्टेजको सबस्टेशनहरूमा अन्य घटकहरू जस्तै, FCLs मा विभिन्न विफलता ढाँचाहरू छन्, जुन FCLs लाई समावेश गरेको प्रसारण सबस्टेशनहरूको विश्वसनीयता मूल्याङ्कन गर्दा ल्याउनुपर्छ। यस अनुभागमा विभिन्न प्रकारका FCLs को विफलता दरहरूको तुलना गरिन्छ।

पूर्ण प्रणालीको विश्वसनीयता र यसको उपप्रणालीहरूको संख्या बीच एक मौलिक सम्बन्ध छ, जुन सबै उपप्रणालीहरू सही रूपमा काम गर्नुपर्छ यसले वांछित सम्पूर्ण कार्य प्राप्त गर्न।

• A. सक्रिय विफलता ढाँचाहरू
• B. निष्क्रिय विफलता ढाँचाहरू
• C. नियत विफलता ढाँचाहरू

स्पष्ट छ, ट्रिग्गर प्रणाली आवश्यक गर्ने FCLs (बाहिरी ट्रिग्गर गर्ने FCLs) मा उच्च विफलता दरहरू छन्। सामान्यतया, ट्रिग्गर वा कम्युटेशन लगाउने कुनै FCL मा अनेक स्विचिङ उपकरणहरूको क्रमिक कार्य लगाउने आवश्यक छ, जसले तथ्यित योजना र समन्वय आवश्यक छ, जसले पारम्परिक सर्किट ब्रेकरहरूभन्दा जटिलता बढाउँछ।

रिझोनेन्ट-प्रकारका FCLs (दोनै बाहिरी र स्व-ट्रिग्गर गर्ने) मा, ऑपरेटिङ शर्तहरू जस्तै तापमानको परिवर्तन वा रेटिङ बिना ऑपरेटिङ गर्दा रिझोनेन्ट घटकको विशेषतामा परिवर्तन बिच्छेद गर्ने विफलता ढाँचाहरू उत्पन्न हुन सक्छ।

सुपरकंडक्टिव FCLs मा यी विफलता ढाँचाहरू केवल अतिरिक्त ठण्डाउने गर्दा हुन्छ, जसको घटना धेरै देखिन्छ। त्यसैले, सुपरकंडक्टिव FCLs मा यी विफलता ढाँचाहरू अस्तित्वमा छैन भन्न सकिन्छ। अधिकांश स्थितिमा, सुपरकंडक्टिव FCLs निर्धारित परामितिहरू र लाखो चालना र पुनर्स्थापन चक्रहरू सहित डिझाइन गरिन सकिन्छ। अत्यन्त, ठूलो FCLs बजाय छोटो FCLs प्रयोग गर्ने विश्वसनीयता र धारा सीमावाहन क्षमतालाई सुधार गर्छ। तालिका १ विभिन्न प्रकारका FCLs मा विभिन्न विफलता ढाँचाहरूको घटना दरहरूको संक्षिप्त तुलना गर्दछ।

४ व्यावहारिक अनुप्रयोग

चित्र १ मा दिएको नमूना सबस्टेशनलाई FCLs को उपयोगले सबस्टेशनको विश्वसनीयतामा प्रभाव मूल्याङ्कन गर्न उपयोग गरिन्छ। यसलाई जनाइ रहेको छ कि रक्षण दौरान, रक्षण योजनाहरूको प्रबन्ध गर्न र सबस्टेशनको विन्यासको लचीलाता बढाउन बस-सेक्सनिङ सर्किट ब्रेकरहरू प्रयोग गर्ने सामान्य रीति छ। जब सबस्टेशनमा फाउल्ट धाराको स्तर सर्किट ब्रेकरहरूको बिच्छेद क्षमतालाई पार गर्छ, यसले बस-सेक्सनिङ सर्किट ब्रेकरलाई FCLसँग बदल्ने ए