Vaiheeseen jäänyt virta vaihdettaessa korkeajännitteisissä särkytyslaitteissa
Kun kaksi osaa sähköverkosta, joilla on sama toimintajännite, yhdistetään, tapahtuu vaihe-eroon perustuva kytkentäilmiö, jos niiden vastineina olevien lähteiden vaihekulmat ovat erisuuret, ja jotkin tai kaikki vaiheet ovat 180° vaihe-erossa. Kytkentäoperaation aikana sulku kohtaa lähdemäisten jännitteiden eri vaihekulmilla, mikä johtaa vaihe-eron mukaisten sähkövirtojen ilmestyminen yhteydessä. Nämä virrat on keskeytettävä luotettavasti yhteyden molemmissa päissä olevilla sulkujen avulla.
Erityisesti lähdemäisten jännitteiden vaihekulman ero aiheuttaa epäsamanvaituisia hetkellisiä jännitekuvioita, mikä aiheuttaa merkittäviä väliaikaista virtaa ja jännitetta kytkennän hetkellä. Väliaikaista palautumisjännitteen (TRV) kannalta tämä kytkentätehtävä on tunnistettavissa aktiivisen voimanlähteen olemassaolosta sulun molemmissa päissä, mikä lisää kytkennän monimutkaisuutta ja haasteita.
Kuvan 1 mukaisesti, oletetaan, että S1 ja S2 edustavat kahden eri vaihekulman voimalähdettä. Kun sulku kytketään näiden kahden lähteen välillä, vaihekulman ero voi aiheuttaa merkittävän väliaikaista virran kasvua, mikä asettaa suurempia vaatimuksia sululle. Siksi sulun on oltava riittävän kykyinen käsitellä näitä korkean stressin olosuhteita, varmistamalla turvalliset ja luotettavat kytkennät.
Tärkeimmät pisteet yhteenvetona
Vaihe-eron perusteella kytkentä: Tapahtuu, kun kytketään kahden eri vaihekulman lähteen välillä.
Väliaikaista virtaa: Merkittäviä väliaikaista virtaa syntyy vaihekulman erojen vuoksi.
Väliaikaista palautumisjännite (TRV): Kytkentätehtävä sisältää aktiivisia voimanlähteitä sulun molemmissa päissä, mikä lisää monimutkaisuutta.
Sulun vaatimukset: Sulun on oltava kykenevä käsittelemään korkean stressin olosuhteita, varmistamalla turvalliset ja luotettavat kytkennät.
Aiempina keskusteluna olevissa sijainnissa TRV-osakomponentti kuormituksen puolella lopulta heikkenee nollaan. Kuitenkin vaihe-eron perusteella kytkennässä S2:n puolella oleva TRV-komponentti heikkenee hitaasti S2:n voimanlähteen taajuuspalautusjännitteeseen (RV). Kuvassa 2 oletetaan, että kahden lähteen jännitevaihe-ero on 90°, ja lyhytsulun reaktorit ovat tasa-arvoisia impedanssissa.
Näin ollen vaihe-eron perusteella kytkennän tärkein piirre on poikkeuksellisen korkeat TRV-huipput arvot, kun taas uudelleenkytkennän jännitteen nousunopeuden (RRRV) ja virtauksen tason pysyvät suhteellisen tasaisina. Koska TRV-huippuarvo vaihe-eron olosuhteissa on kaikista kytkennöistä korkein, sitä käytetään usein vertailukohtana muissa monimutkaisissa kytkennöissä, kuten pitkien siirtolinjojen sijaintien selventämisessä tai sarjasuojattujen linjojen sijaintien käsittelyssä.
Tärkeimmät pisteet yhteenvetona:
Kuormituspuolen TRV: Kaikissa tapauksissa kuormituspuolen TRV-komponentti heikkenee nollaan. S2-puolen TRV vaihe-eron perusteella: Heikkenee S2-lähteen taajuuspalautusjännitteeseen (RV).
TRV-huippu: Poikkeuksellisen korkea vaihe-eron perusteella kytkennässä.
RRRV ja virtaus: Pysyvät suhteellisen tasaisina.
Viitestandardi: Vaihe-eron olosuhteissa TRV-huippuarvo on korkein, mikä tekee siitä yleisen viitteen muissa monimutkaisissa kytkennöissä.
Vaihe-eron perusteella kytkennän TRV-ominaisuudet
Edellisissä keskusteluna olevissa sijainnissa kuormituspuolen TRV-komponentti heikkenee nollaan kaikissa tapauksissa. Kuitenkin vaihe-eron perusteella kytkennässä -puolen TRV-komponentti heikkenee -lähden taajuuspalautusjännitteeseen (RV). Tämä ilmenee kuvassa 2, jossa oletetaan, että kahden lähteen jännitevaihe-ero on 90°, ja lyhytsulun reaktorit ovat tasa-arvoisia impedanssissa.
Yksityiskohtainen kuvaus
Edellisissä keskusteluna olevissa sijainnissa kuormituspuolen TRV-komponentti heikkenee aina nollaan. Kuitenkin vaihe-eron perusteella kytkennässä -puolen TRV-komponentti heikkenee -lähden taajuuspalautusjännitteeseen (RV). Kuvassa 2 oletetaan, että kahden lähteen jännitevaihe-ero on 90°, ja lyhytsulun reaktorit ovat tasa-arvoisia impedanssissa.
Näin ollen vaihe-eron perusteella kytkennän tärkeät ominaisuudet ovat:
Erittäin korkeat TRV-huippuarvot: TRV-huippuarvot ovat huomattavasti korkeammat verrattuna muihin kytkennöihin.
Suhteellisen tasaiset RRRV ja virtaus: Uudelleenkytkennän jännitteen nousunopeuden (RRRV) ja virtauksen taso pysyvät tasaisina, huolimatta korkeista TRV-huippuarvoista.
Koska TRV-huippuarvo vaihe-eron olosuhteissa on kaikista kytkennöistä korkein, tätä tilannetta käytetään usein viitteeksi arvioidessaan muita erityisiä kytkennöitä, kuten:
Pitkiin siirtolinjojen sijaintien selventäminen
Sarjasuojattujen linjojen sijaintien käsittely
Tärkeimmät pisteet yhteenvetona:
Kuormituspuolen TRV: Aina heikkenee nollaan kaikissa sijainnissa.
-puolen TRV vaihe-eron perusteella: Heikkenee -lähden taajuuspalautusjännitteeseen (RV).
TRV-huippu: Erittäin korkea vaihe-eron perusteella kytkennässä.
RRRV ja virtaus: Pysyvät suhteellisen tasaisina.
Viitestandardi: TRV-huippuarvo vaihe-eron olosuhteissa on korkein, mikä tekee siitä yleisen viitteen muissa monimutkaisissa kytkennöissä.
Kuva 3 havainnollistaa kaksi skenaariota, jotka voivat johtaa vaihe-eron olosuhteisiin. Ensimmäisessä skenaariossa (vasen kuva) generaattori kytketään verkkoon sululla väärällä vaihekulmalla. Toisessa skenaariossa (oikea kuva) eri osat siirtoverkosta menettävät synkronismin, usein lyhytsulun vuoksi jossakin verkossa.
Molemmissa tapauksissa vaihe-eron mukaan virtaat kulkevat verkossa, ja ne on keskeytettävä luotettavasti sulkujen avulla. Nämä tilanteet asettavat merkittäviä haasteita sähköverkolle, sillä vaihe-ero voi johtaa korkeisiin väliaikaista virtauksiin ja jännitteisiin, vaatien sulkujen kykyä käsitellä näitä äärimmäisiä olosuhteita tehokkaasti.
Tärkeimmät pisteet yhteenvetona:
Skenaario 1 (vasen kuva): Generaattori kytketään verkkoon väärällä vaihekulmalla, mikä johtaa vaihe-eron olosuhteisiin.
Skenaario 2 (oikea kuva): Siirtoverkon eri osat menettävät synkronismin, yleensä lyhytsulun vuoksi, mikä johtaa vaihe-eron olosuhteisiin.
Vaihe-eron mukaan virtaat: Molemmissa skenaarioissa vaihe-eron mukaan virtaat kulkevat verkossa.
Sulun vaatimus: Sulut on keskeyttävä luotettavasti nämä vaihe-eron mukaan virtaat, ylläpitääksesi järjestelmän vakauden ja turvallisuuden.
Generaattorin ja järjestelmän välinen kytkentä
Kun käytetään jännitteentehoa, generaattorin ja sähköjärjestelmän välinen kytkentä voi tapahtua joko jännitteentehon korkeajännite- (HV) tai keskijännitepuolella (MV). Tämä kytkentä voi tapahtua ei ainoastaan järjestelmän sijainnissa tai voimalan pysäyttämisessä, vaan myös synkronoinnin ja synkronoinnin purkamisen yhteydessä.
Vaihe-eron olosuhteiden vakavuus riippuu seuraavista tekijöistä:
Vaihekulman ero: Mitä suurempi vaihekulman ero generaattorin ja verkon välillä, sitä vakavampi on vaihe-eron olosuhde.
Rotorin jännitystila: Generaattorin rotorin jännitystaso vaikuttaa myös vaihe-eron olosuhteiden vakavuuteen. Yleensä jännityksen ohjaussysteemi pienentää nopeasti rotorin magneettikentän voimakkuutta, vähentääksesi vaihe-eron olosuhteen vaikutusta.
Näiden haasteiden ratkaisemiseksi voimalaitoksissa on erilaisia suoja- ja ohjauslaitteita:
Synkronisointia koskevat suojauslaitteet: Nämä havaitsevat ja estävät generaattorin synkronismin menettämisen verkon kanssa.
Synkronointitarkastuslaitteet: Nämä varmistavat, että generaattori kytketään verkkoon oikealla vaihekulmalla, estäen vaihe-eron olosuhteita.
Synkronointiohjauslaitteet: Nämä auttavat saavuttamaan sileän synkronoinnin generaattorin ja verkon välillä.
Kuva 4 havainnollistaa tätä tyypillistä asettelua, näyttäen yhteyden jännitteentehoon, generaattoriin ja sähköjärjestelmään, sekä liittyvien suoja- ja ohjauslaitteiden konfiguraation.
Tärkeimmät pisteet yhteenvetona:
Kytkennän sijainti: Generaattorin ja sähköjärjestelmän välinen kytkentä voi tapahtua joko jännitteentehon korkeajännite- (HV) tai keskijännitepuolella (MV).
Vaihe-eron olosuhteet: Vaihe-eron olosuhteiden vakavuus riippuu vaihekulman eroista ja rotorin jännitystilasta.
Suoja- ja ohjauslaitteet: Voimalaitoksissa on synkronisointia koskevia suojauslaitteita, synkronointitarkastuslaitteita ja synkronointiohjauslaitteita, varmistaakseen turvalliset ja luotettavat kytkennät.
2-Kahden järjestelmän välinen kytkentä:
Kahden sähköjärjestelmän välinen kytkentä tapahtuu yleensä tilanteissa, joissa on voiman epätasapaino ja järjestelmän epävakaus. Esimerkkejä ovat suuret järjestelmäongelmat, järjestelmän palautusprosessissa ja suojausjärjestelmien väärä toiminta.
Tärkeimmille siirtolinjoille voi olla asennettu synkronointia koskevia estoja suojausjärjestelmässä ja/tai sovellettava erityinen järjestelmälaajuinen suojaus, joka estää järjestelmien erottamisen vakavan vaihe-eron olosuhteissa.
Vaihe-eron ilmiöiden päätelmät:
Nominal vaihe-eron virta on ehdotettu olevan 25% nominal lyhytsulun virrasta. Taloudellisista ja tilastollisista syistä TRV-analyysien minimihuippuarvoista on ehdotettu: RV 2,0 p.u. ja ylikuormitus 25%.
Koska järjestelmän erottuminen tulee yhteishäiriön aiheuttamana ilmajohtojen sarjakatkosten kanssa ja siten järjestelmän impedanssin kasvuna, 25% nominal lyhytsulun virrasta vaikuttaa järkevältä, jopa nykyisin. Vaihe-eron virran maksimiarvo on tärkeä parametri korkeajännite-sulkujen kyvykkyydelle.
Suuret häiriöt näyttävät vaihe-eron kulmia, jotka ovat paljon suurempia kuin 105–115 astetta, jotka liittyvät TRV-huippuarvoihin standardeissa. Tämä koskee sekä radiaalisia että verkostettuja verkkoja; kuitenkin historialliset tapahtumat ovat osoittaneet, että suuret vaihe-eron kulmat voivat esiintyä samanaikaisesti matalilla toimintajännitteillä. Suuren vaihe-eron kulman ja matalan toimintajännitteen yhdistelmä tuottaa TRV-huippuarvoja, jotka ovat samankaltaisia kuin standardien mainitsemat tilanteissa, joissa on suhteellisen pieni vaihe-eron kulma ja nominal jännite (maksimi toimintajännite).
Siirtöjärjestelmien sulkujen käyttö yhdistämään tai erottamaan perinteisiä voimaloja voi myös altistua vaihe-eron kytkennälle. Voimaloiden erottamisessa epävakaina sijainneissa samat harkinnat ovat sovellettavissa kuin järjestelmän erottamisessa, mutta huomioiden mahdollisuuden, että on määriteltävä transformaattorirajoitettu sijaintitesteihin.
Voimaloiden erottamisessa virheellisen synkronoinnin vuoksi samankaltaiset olosuhteet ja vaatimukset kuin keskijännitegeneraattorien sulkujen käsittelyssä, ja simulointeja tarvitaan arvioimaan, pystyykö suunnitelma täyttämään velvollisuuden. Tällaisten tapahtumien simuloinnit tulisi sisältää suojausjärjestelmien vasta-aika, generaattorin jännitteen alenemisen ilmiön ja rotorin kiihtymisen/hidastumisen, määrittääksesi, kattavatko vaihe-eron virta ja TRV virheellisen synkronoinnin jälkeen käyttäjän määrittelemät olosuhteet, esimerkiksi 180 astetta.
