Несинхронно преключване на тока в високонапреговите автомати за защита
Когато две части на електрическа мрежа с едно и също оперативно напрежение са свързани, ако техните еквивалентни източници имат различни фазови ъгли, при които някои или всички фази са с фазово отместване от 180°, възниква явление на фазово отместване при превключването. По време на операцията за превключване, превключвателят среща напрежения от източниците с различни фазови ъгли, което води до наличието на фазово отместени токове в връзката. Тези токове трябва надеждно да бъдат прекъснати от превключвателите от двете страни на връзката.
Специфично, разликата в фазовия ъгъл между въртящите се вектори, представляващи напреженията на източниците, довежда до несинхронизирани моментни вълновидни форми на напрежението, причинявайки значителни преходни токове и напрежения в момента на превключването. За преходното възстановително напрежение (TRV) тази задача за превключване се характеризира с активни мощностни източници от двете страни на превключвателя, увеличавайки сложността и предизвикателствата на операцията за превключване.
Както е показано на Фигура 1, допускаме, че мощностните източници S1 и S2 представят два източника с различни фазови ъгли. Когато превключвателят превключва между тези два източника, разликата в фазовите ъгли може да доведе до значително увеличение на преходния ток, което поставя по-високи изисквания към превключвателя. Следователно, превключвателят трябва да има достатъчна способност да справя с тези условия на висок стрес, осигурявайки безопасни и надеждни операции за превключване.
Основни точки:
Фазово отместване при превключване: Възниква при превключване между два източника с различни фазови ъгли.
Преходни токове: Генерира се значителен преходен ток поради разликите в фазовите ъгли.
Преходно възстановително напрежение (TRV): Задачата за превключване включва активни мощностни източници от двете страни на превключвателя, което увеличава сложността.
Изисквания към превключвателя: Превключвателят трябва да е способен да справя с условия на висок стрес, за да осигури безопасни и надеждни операции за превключване.
В предходно обсъдени задачи за превключване при дефект, компонентът на преходното възстановително напрежение (TRV) от страната на нагрузката в крайна сметка намалява до нула. Обаче, при фазово отместване, компонентът TRV от страната на S2 постепенно намалява до възстановителното напрежение на мощностната честота (RV) на източника S2. Както е показано на Фигура 2, приемаме, че фазовата разлика между двата източника е 90°, а реактивните съпротивления при краткосрочни замърсители са равни.
Следователно, основната характеристика на операцията за превключване при фазово отместване е изключително високи пики на TRV, докато скоростта на ръст на напрежението при повторно запалване (RRRV) и токът остават относително умерени. Учитывайки, че пикът на TRV при фазово отместване е най-висок сред всички операции за превключване, той типично се използва като стандарт за оценка на други комплексни условия за превключване, като изчистване на дефекти на дълги линии за пренос или управление на дефекти на серийно компенсираните линии.
Основни точки:
TRV от страната на нагрузката: Във всички случаи, компонентът TRV от страната на нагрузката намалява до нула. TRV от страната на S2 при фазово отместване: Намалява до възстановителното напрежение на мощностната честота (RV) на източника S2.
Пик на TRV: Изключително висок при фазово отместване.
RRRV и ток: Остават относително умерени.
Стандарт за сравнение: Пикът на TRV при фазово отместване е най-висок, което го прави общ стандарт за оценка на други комплексни условия за превключване.
Характеристики на TRV при фазово отместване при превключване
В предходно обсъдени ситуации за превключване при дефект, компонентът на преходното възстановително напрежение (TRV) от страната на нагрузката във всички случаи намалява до нула. Обаче, при фазово отместване, компонентът TRV от страната на намалява до възстановителното напрежение на мощностната честота (RV) на източника . Това поведение е илюстрирано на Фигура 2, където се приема, че фазовата разлика между двата източника е 90°, а реактивните съпротивления при краткосрочни замърсители се считат равни.
Разширено описание
В предходно обсъдени ситуации за превключване при дефект, компонентът на преходното възстановително напрежение (TRV) от страната на нагрузката винаги намалява до нула. Обаче, при фазово отместване, компонентът TRV от страната на намалява до възстановителното напрежение на мощностната честота (RV) на източника . Както е показано на Фигура 2, тук се приема, че фазовата разлика между двата източника е 90°, а реактивните съпротивления при краткосрочни замърсители са равни.
Следователно, ключовите характеристики на операцията за превключване при фазово отместване са:
Много високи пики на TRV: Пиковите стойности на TRV са значително по-високи в сравнение с други режими за превключване.
Умерени RRRV и ток: Скоростта на ръст на напрежението при повторно запалване (RRRV) и нивата на тока остават умерени, въпреки високите пики на TRV.
Учитывайки, че пикът на TRV при фазово отместване е най-висок сред всички режими за превключване, тази ситуация често се използва като стандарт за оценка на други специални условия за превключване, като:
Изчистване на дефекти на дълги линии за пренос
Управление на дефекти на серийно компенсираните линии
Основни точки:
TRV от страната на нагрузката: Винаги намалява до нула във всички ситуации за превключване при дефект.
-страничен TRV при фазово отместване: Намалява до възстановителното напрежение на мощностната честота (RV) на източника .
Пик на TRV: Изключително висок при фазово отместване.
RRRV и ток: Остават относително умерени.
Стандарт за сравнение: Пикът на TRV при фазово отместване е най-висок, което го прави общ стандарт за оценка на други комплексни условия за превключване.
Фигура 3 илюстрира две ситуации, които могат да доведат до фазово отместване. В първата ситуация (ляво изображение), генератор е случайно свързан към мрежата от превключвател при неправилен фазов ъгъл. Във втората ситуация (дясно изображение), различни части на мрежата за пренос губят синхронизация, често поради краткосрочно замърсяване някъде в мрежата.
В двете случая, фазово отместени токове протичат през мрежата, които трябва надеждно да бъдат прекъснати от превключвателите. Тези ситуации поставят значителни предизвикателства пред системата за енергия, тъй като фазовото отместване може да доведе до високи преходни токове и напрежения, които изискват превключвателите да се справят с тези екстремни условия ефективно.
Основни точки:
Ситуация 1 (Ляво изображение): Генератор е свързан към мрежата при неправилен фазов ъгъл, довеждайки до фазово отместване.
Ситуация 2 (Дясно изображение): Различни части на мрежата за пренос губят синхронизация, често поради краткосрочно замърсяване, причинявайки фазово отместване.
Фазово отместени токове: В двете ситуации, фазово отместени токове протичат през мрежата.
Изисквания към превключвателя: Превключвателите трябва надеждно да прекъснат тези фазово отместени токове, за да поддържат стабилността и безопасността на системата.
Превключване между генератор и система
При използване на повишаващ трансформатор, превключването между генератора и системата за енергия може да се случи както от страната на високото напрежение (HV), така и от страната на средното напрежение (MV) на трансформатора. Това превключване може да се случи не само при дефекти на системата или спиране на електроцентрали, но и по време на синхронизация и десинхронизация.
Тежестта на условията при фазово отместване зависи от:
Разлика в фазовия ъгъл: Колкото по-голяма е разликата в фазовия ъгъл между генератора и мрежата, толкова по-тежка е ситуацията при фазово отместване.
Състояние на возбуждане на ротора: Нивото на возбуждане в ротора на генератора също влияе на тежестта на ситуацията при фазово отместване. Обикновено, системата за контрол на возбуждане бързо намалява магнитното поле на ротора, за да минимизира въздействието на ситуацията при фазово отместване.
За справяне с тези предизвикателства, електроцентралите са оборудвани с различни защитни и контролни устройства:
Устройства за защита при изчезване на синхронизация: Тези устройства откриват и предотвратяват генератора да губи синхронизация с мрежата.
Устройства за проверка на синхронизация: Тези устройства гарантират, че генераторът е свързан към мрежата при правилния фазов ъгъл, предотвратявайки ситуацията при фазово отместване.
Оборудване за контрол на синхронизация: Тези устройства помагат за гладка синхронизация между генератора и мрежата.
Фигура 4 илюстрира този типичен разположение, показвайки връзката между повишаващия трансформатор, генератора и системата за енергия, както и конфигурацията на съответните защитни и контролни устройства.
Основни точки:
Местоположение на превключване: Превключването между генератора и системата за енергия може да се случи както от страната на високото напрежение (HV), така и от страната на средното напрежение (MV) на повишаващия трансформатор.
Ситуации при фазово отместване: Тежестта на ситуацията при фазово отместване зависи от разликата в фазовия ъгъл и състоянието на возбуждане на ротора.
Защитни и контролни устройства: Електроцентралите са оборудвани с устройства за защита при изчезване на синхронизация, устройства за проверка на синхронизация и оборудование за контрол на синхронизация, за да осигурят безопасни и надеждни операции за превключване.
2-Превключване между две системи:
Превключването между две системи за енергия обикновено се случва в ситуации с несбалансираност на мощността и нестабилност на системата. Примери включват големи нарушения в системата, ситуации по време на възстановяване на системата и поради неправилна работа на защитните системи.
По-важните линии за пренос може да бъдат оборудвани с блокиране при фазово отместване в техните защитни системи и/или специална системна защита, за да се предотврати разделението на системите при сериозни условия на фазово отместване.
Заключения относно явленията при фазово отместване:
Номиналните токове при фазово отместване са предложени да бъдат 25% от номиналния краткосрочен ток. Поради икономически и статистически причини, са предложени минимални пики от анализите на TRV: RV от 2.0 p.u. и превишаване от 25%.
Тъй като разделението на системите се съпровожда с каскадно спиране на въздушни линии и следователно увеличаване на импеданса на системата, максималната стойност от 25% от номиналния краткосрочен ток изглежда разумна дори и днес. Максималната стойност на тока при фазово отместване е важен параметър за способностите на високонапрегнатите превключватели.
Големи нарушения показват фазови ъгли при фазово отместване много по-големи от стойностите от 105° до 115°, свързани с пики на TRV в стандарти. Това се отнася както за радиални, така и за мрежови системи; обаче, историческите събития са показали, че големи фазови ъгли при фазово отместване могат да се появят едновременно с ниски оперативни напрежения. Комбинацията от голям фазов ъгъл при фазово отместване и ниско оперативно напрежение дава пики на TRV, подобни на тези, споменати в стандарти за ситуации с относително ниски фазови ъгли и номинално напрежение (максимално оперативно напрежение).
Превключвателите на системите за пренос, използвани за свързване или разединяване на традиционни електроцентрали, също могат да бъдат изложени на превключване при фазово отместване. За разединяване на електроцентрали по време на нестабилни колебания на мощността, същите разглеждания, както за разделението на системите, са приложими, макар и с внимание към възможността, че трябва да се определи условие за проба на дефект, ограничен от трансформатор.
За разединяване на електроцентрали поради грешна синхронизация, същите условия и изисквания, както описани за превключвателите на ген
