Fázisban kívüli áramerősítés magasfeszültségi átkapcsolókban

Amikor két azonos működési feszültségű elektromos hálózat része kapcsolódik, és a források fázisszögei eltérőek, akkor a fáziseltolódási jelenség lép fel, amelyben néhány vagy az összes fázis 180°-kal van eltolva. A kapcsolási művelet során a vezérlőkapcsoló találkozik olyan forrásfeszültségekkel, amelyek fázisszögei eltérőek, ami a kapcsolatban fáziseltolt áramok jelenlétét eredményezi. Ezeket az áramokat a kapcsolat mindkét oldalán lévő vezérlőkapcsolóknak megbízhatóan kell megszakítaniuk.

Kifejezetten, a forrásfeszültséget reprezentáló forgó vektorok fázisszögének különbsége aszinkron pillanatnyi feszültség-időgörbéket eredményez, ami jelentős átmeneti áramokat és feszültségterheléseket okoz a kapcsolási pillanatban. Az átmeneti helyreálló feszültség (TRV) esetén ez a kapcsolási feladat aktív teljesítményforrások jelenlétével jellemző a vezérlőkapcsoló mindkét oldalán, ami növeli a kapcsolási művelet bonyodalmát és kihívásait.

Ahogy az 1. ábrán is látható, feltételezzük, hogy S1 és S2 források két különböző fázisszögű forrást reprezentálnak. Amikor a vezérlőkapcsoló ezek között vált, a fázisszög különbség miatt jelentős átmeneti áramok keletkezhetnek, ami növeli a vezérlőkapcsoló szakítási igényeit. Ezért a vezérlőkapcsolónak elegendő képességgel kell rendelkeznie, hogy megbízhatóan kezelje ezeket a nagy terhelésű állapotokat, biztonságos és megbízható kapcsolási műveleteket biztosítva.

Fő pontok összefoglalása

• Fáziseltolódási kapcsolás: Folyik, ha két különböző fázisszögű forrás között kapcsolnak.

• Átmeneti áramok: Jelentős átmeneti áramok keletkeznek a fázisszög különbség miatt.

• Átmeneti helyreálló feszültség (TRV): A kapcsolási feladat aktív teljesítményforrásokat tartalmaz a vezérlőkapcsoló mindkét oldalán, ami növeli a bonyodalomot.

• Vezérlőkapcsoló követelményei: A vezérlőkapcsolónak elegendő képességgel kell rendelkeznie, hogy megbízhatóan kezelje a nagy terhelésű állapotokat, biztonságos és megbízható kapcsolási műveleteket biztosítva.

A korábban tárgyalt hibák kapcsolási feladataiban az átmeneti helyreálló feszültség (TRV) komponense a terhelési oldalon végsőleg nullához csökken. Azonban a fáziseltolódási kapcsolás esetén az S2 oldali TRV-komponens lassan csökken az S2 forrás hajtásfrekvenciás helyreálló feszültségéhez (RV). Ahogy a 2. ábrán is látható, feltételezzük, hogy a két forrás fázis szöge 90°, és a rövidzárló reaktorok egyenlő impedanciájúak.

Ezért a fáziseltolódási kapcsolási művelet fő jellemvonása kivételesen magas TRV-csúcsok, míg a visszaszaladt feszültség emelkedési sebessége (RRRV) és az áram relatíve mérsékelt marad. Mivel a fáziseltolódási körülmények közötti TRV-csúcs a legmagasabb az összes kapcsolási művelet között, általában mint alapmérték használják más összetett kapcsolási körülmények kiértékelésére, például hosszú távolságú átvitelvezetékek hibáinak tisztítására vagy soros-kompenzált vezetékek hibáinak kezelésére.

Fő pontok összefoglalása:

• Terhelési oldali TRV: Minden esetben a terhelési oldali TRV-komponens nullához csökken. S2-oldali TRV a fáziseltolódásban: Csökken az S2 forrás hajtásfrekvenciás helyreálló feszültségéhez (RV).

• TRV-csúcs: Kivételesen magas a fáziseltolódási kapcsolás esetén.

• RRRV és áram: Relatíve mérsékelt maradnak.

• Referencia szabvány: A fáziseltolódási körülmények közötti TRV-csúcs a legmagasabb, ezért gyakran használják más összetett kapcsolási körülmények kiértékelésére.

A fáziseltolódási kapcsolás TRV-jának jellemzői

A korábban tárgyalt hibák kapcsolási esetekben a terhelési oldali Transzien Helyreálló Feszültség (TRV) komponense minden esetben nullához csökken. Azonban a fáziseltolódási kapcsolás esetén az S2 oldali TRV-komponens csökken az S2 forrás hajtásfrekvenciás helyreálló feszültségéhez (RV). Ez a viselkedés a 2. ábrán látható, ahol feltételezzük, hogy a két forrás fázis szöge 90°, és a rövidzárló reaktorok egyenlő impedanciájúak.

Részletes leírás

A korábban tárgyalt hibák kapcsolási esetekben a terhelési oldali Transzien Helyreálló Feszültség (TRV) komponense mindig nullához csökken. Azonban a fáziseltolódási kapcsolás esetén az S2 oldali TRV-komponens csökken az S2 forrás hajtásfrekvenciás helyreálló feszültségéhez (RV). Ahogy a 2. ábrán is látható, ez feltételezi, hogy a két forrás fázis szöge 90°, és a rövidzárló reaktorok egyenlő impedanciájúak.

Tehát a fáziseltolódási kapcsolási művelet fő jellemvonásai:

• Nagyon magas TRV-csúcsok: A TRV-csúcs értékei jelentősen magasabbak, mint más kapcsolási módoknál.

• Mérsékelt RRRV és áram: A Visszaszaladt Feszültség Emelkedési Sebessége (RRRV) és az áramszintek relatíve mérsékelt maradnak, bár a TRV-csúcsok magasak.

Mivel a fáziseltolódási körülmények közötti TRV-csúcs a legmagasabb az összes kapcsolási módban, ezt a forgatókönyvet gyakran használják referenciaként más speciális kapcsolási körülmények kiértékelésére, mint például:

• Hosszú távolságú átvitelvezetékek hibáinak tisztítása

• Soros-kompenzált vezetékek hibáinak kezelése

Fő pontok összefoglalása:

• Terhelési oldali TRV: Mindig nullához csökken minden hibakapcsolási forgatókönyvben.

• S2-oldali TRV a fáziseltolódásban: Csökken az S2 forrás hajtásfrekvenciás helyreálló feszültségéhez (RV).

• TRV-csúcs: Kivételesen magas a fáziseltolódási kapcsolás esetén.

• RRRV és áram: Relatíve mérsékelt maradnak.

• Referencia szabvány: A fáziseltolódási körülmények közötti TRV-csúcs a legmagasabb, ezért gyakran használják más összetett kapcsolási körülmények kiértékelésére.

A 3. ábra két olyan forgatókönyvet mutat be, amelyek fáziseltolódási körülményekhez vezethetnek. Az első forgatókönyvben (bal oldali kép) egy generátort tévedésből rossz fázisszöggel kapcsolnak a hálózatra vezérlőkapcsolóval. A második forgatókönyvben (jobb oldali kép) a hálózat különböző részei veszítenek szinkronizációjukat, gyakran a hálózat valamelyik részén bekövetkező rövidzárló miatt.

Mindkét esetben fáziseltolt áramok folytanak a hálózaton, amelyeket a vezérlőkapcsolóknak megbízhatóan kell megszakítaniuk. Ezek a helyzetek jelentős kihívást jelentenek a villamosenergia-rendszer számára, mert a fáziseltolódás magas átmeneti áramokat és feszültségeket okozhat, amelyeket a vezérlőkapcsolóknak hatékonyan kell kezelniük.

Fő pontok összefoglalása:

• Forgatókönyv 1 (Bal oldali kép): Egy generátort rossz fázisszöggel kapcsolnak a hálózatra, ami fáziseltolódást okoz.

• Forgatókönyv 2 (Jobb oldali kép): A hálózat különböző részei veszítenek szinkronizációjukat, tipikusan rövidzárló miatt, ami fáziseltolódást okoz.

• Fáziseltolt áramok: Mindkét forgatókönyvben fáziseltolt áramok folytanak a hálózaton.

• Vezérlőkapcsoló követelmény: A vezérlőkapcsolóknak megbízhatóan kell megszakítaniuk ezeket a fáziseltolt áramokat, hogy fenntartsák a rendszer stabilitását és biztonságát.

Generátortól a rendszergéphez történő kapcsolás

Amikor lépcsős transzformátort használnak, a generátor és a villamosenergia-rendszer közötti kapcsolás a transzformátor magasfeszültségű (MF) vagy közepesfeszültségű (KF) oldalán is megvalósítható. Ez a kapcsolás nem csak rendszerhibák vagy erőmű zárások során történik, hanem szinkronizálási és deszinkronizálási események során is.

A fáziskülönbség súlyossága függ:

• Fázisszög különbség: Minél nagyobb a generátor és a hálózat fázisszögének különbsége, annál súlyosabb a fáziskülönbség.

• Rotor excitation állapota: A generátor rotorának excitation-szintje is befolyásolja a fáziskülönbség súlyosságát. Általában az excitation-ellenőrző rendszer gyorsan csökkenti a rotor mágneses mezőjének erejét, hogy minimalizálja a fáziskülönbség hatását.

Ezekkel a kihívásokkal szemben az erőművek különböző védelmi és ellenőrző eszközökkel vannak felszerelve:

• Lépésenkénti védelmi eszközök: Ezek észlelik és megelőzik, hogy a generátor elveszítse szinkronizációját a hálózattal.

• Szinkronizálási ellenőrző eszközök: Ezek biztosítják, hogy a generátort a hálózathoz a megfelelő fázisszöggel kapcsolják, így elkerülve a fáziskülönbséget.

• Szinkronizálási ellenőrző berendezések: Ezek segítenek sima szinkronizálást elérni a generátor és a hálózat között.

A 4. ábra ezt a tipikus elrendezést mutatja, bemutatva a lépcsős transzformátor, a generátor és a villamosenergia-rendszer közötti kapcsolatot, valamint a hozzájuk tartozó védelmi és ellenőrző eszközök konfigurációját.

Fő pontok összefoglalása:

• Kapcsolási hely: A generátor és a villamosenergia-rendszer közötti kapcsolás a lépcsős transzformátor magasfeszültségű (MF) vagy közepesfeszültségű (KF) oldalán is megvalósítható.

• Fáziskülönbség: A fáziskülönbség súlyossága függ a fázisszög különbségtől és a rotor excitation állapotától.

• Védelmi és ellenőrző eszközök: Az erőművek lépésenkénti védelmi, szinkronizálási ellenőrző eszközökkel és szinkronizálási ellenőrző berendezésekkel vannak felszerelve, hogy biztonságos és megbízható kapcsolási műveleteket biztosítsanak.

2-Két rendszer közötti kapcsolás:

Két villamosenergia-rendszer közötti kapcsolás általában energiameghajlás és rendszerinstabilitás esetén történik. Például nagy rendszerzavarok, rendszer-visszaállítási esetek, vagy a védelmi rendszerek hibás működése során.

A fontosabb átvitelvezetékek védelmi rendszerében lehet fáziskülönbség-blokkoló, vagy speciális rendszer-szintű védelem alkalmazható, hogy elkerüljék a rendszerek szeparációját súlyos fáziskülönbségi körülmények között.

A fáziskülönbségi jelenségek következtetései:

• A normált fáziskülönbségi áramok 25%-a a normált rövidzárló áramnak. Gazdasági és statisztikai okokból, a TRV-analízisből származó minimális csúcsértékek javasoltak: 2,0 p.u. RV és 25% túlfeszültség.

• Mivel a rendszer-separáció során a feszültségvezetők sorozatos zárása és a rendszer impedanciának növekedése történik, a normált rövidzárló áram 25%-a ma is ésszerűnek tűnik. A fáziskülönbségi áram maximum értéke fontos paraméter a magasfeszültségű vezérlőkapcsolók képességei szempontjából.

• Nagy zavarok sokkal nagyobb fáziskülönbséget mutatnak, mint a 105-115 fok, amely a TRV-csúcs értékeit adja a szabványokban. Ez vonatkozik mind a sugár-, mind a hálós hálózatokra; azonban a történelmi események azt mutatták, hogy nagy fáziskülönbségek és alacsony működési feszültségek egyszerre is előfordulhatnak. A nagy fáziskülönbség és az alacsony működési feszültség kombinációja hasonló TRV-csúcs értékeket eredményez, mint a szabványokban szereplő relatíve alacsony fáziskülönbséggel és normált feszültséggel (maximum működési feszültséggel) kapcsolatos esetek.

• Az átvitelvezetékek vezérlőkapcsolói, amelyek hagyományos erőműveket kapcsolnak vagy szakítanak, is fáziskülönbségi kapcsolásnak vehetnek részt. Az instabil energiaugrások során az erőművek szakításához ugyanazok a szempontok vonatkoznak, mint a rendszer-separációnál, figyelembe véve azonban, hogy a transzformátor korlátozott hiba vizsgálati feltételeket is meg kell adni.

• Az erőművek hibás szinkronizálás miatti szakításához hasonló feltételek és követelmények vonatkoznak, mint a közepesfeszültségű generátorvezérlőkapcsolók esetében, és szimulációk szükségesek ahhoz, hogy megállapíthassák