Prekidanje nepromenljivog strujnog toka u visokonaponskim prekidačima
Kada se dve strane električne mreže sa istim radnim naponom povezuju, javlja se fenomen preklapanja faza ako njihovi ekvivalentni izvori imaju različite fazne uglove, pri čemu su neke ili sve faze između njih isprekidane za 180°. Tijekom operacije prebacivanja, prekidač naleti na naponske izvore s različitim faznim uglom, što dovodi do prisutnosti fazno isprekidanih struja u vezama. Ove struje moraju pouzdano prekinuti prekidači s obje strane veze.
Konkretno, razlika faznih uglova između vektora koji predstavljaju naponske izvore rezultira nesinkroniziranim trenutnim naponskim valovima, što uzrokuje značajne privremene struje i naponske opterećenja u trenutku prebacivanja. Za privremeni oporavak napona (TRV), ovaj zadatak prebacivanja karakterizovan je aktivnim naponskim izvorima s obje strane prekidača, što povećava složenost i izazove operacije prebacivanja.
Kao što je prikazano na Slici 1, pretpostavimo da izvori S1 i S2 predstavljaju dva izvora s različitim faznim uglom. Kada prekidač prebaci između ovih dva izvora, razlika faznog ugla može dovesti do značajnog porasta privremenih struja, što stavlja veće zahtjeve na prekidač. Stoga, prekidač mora imati dovoljnu sposobnost da upravlja s tim visokim opterećenjima, osiguravajući sigurne i pouzdane operacije prebacivanja.
Sažetak ključnih tačaka
Preklapanje faza: Dešava se prilikom prebacivanja između dva izvora s različitim faznim uglom.
Privremene struje: Značajne privremene struje nastaju zbog razlike faznih uglova.
Privremeni oporavak napona (TRV): Zadatak prebacivanja uključuje aktivne naponske izvore s obje strane prekidača, što povećava složenost.
Zahtjevi za prekidačem: Prekidač mora biti sposoban da upravlja s visokim opterećenjima kako bi osigurao sigurne i pouzdane operacije prebacivanja.
U prethodno diskutiranim zadacima prebacivanja grešaka, komponenta privremenog oporavka napona (TRV) na strani opterećenja konačno opada na nulu. Međutim, u preklapanju faza, komponenta TRV na strani S2 postepeno opada na frekvencijski oporavak napona (RV) izvora S2. Kao što je prikazano na Slici 2, pretpostavlja se da je razlika faznog ugla između dva izvora 90°, a da su impedancije kratkosnih reaktora jednake.
Stoga, glavna karakteristika operacije preklapanja faza jeste izuzetno visoki vrhovi TRV, dok brzina rasta ponovnog napona (RRRV) i struja ostaju relativno umjerene. Uzimajući u obzir da je vrh TRV pod uslovima preklapanja faza najviši od svih operacija prebacivanja, obično se koristi kao standard za procjenu drugih složenih uslova prebacivanja, poput otklanjanja grešaka na dugim linijama prijenosa ili obrade grešaka na serijalno kompenziranim linijama.
Sažetak ključnih tačaka:
TRV na strani opterećenja: U svim slučajevima, komponenta TRV na strani opterećenja opada na nulu. TRV na strani S2 u preklapanju faza: Opada na frekvencijski oporavak napona (RV) izvora S2.
Vrh TRV: Izuzetno visok pod uslovima preklapanja faza.
RRRV i struja: Ostaju relativno umjerene.
Referentni standard: Vrh TRV pod uslovima preklapanja faza je najviši, što ga čini uobičajenim referentom za procjenu drugih složenih uslova prebacivanja.
Karakteristike TRV u preklapanju faza
U prethodno diskutiranim scenarijima prebacivanja grešaka, komponenta privremenog oporavka napona (TRV) na strani opterećenja opada na nulu u svim slučajevima. Međutim, u preklapanju faza, komponenta TRV na strani opada na frekvencijski oporavak napona (RV) izvora . Ovo ponašanje je prikazano na Slici 2, gdje se pretpostavlja da je razlika faznog ugla između dva izvora 90°, a da su impedancije kratkosnih reaktora jednake.
Profinjeno opisivanje
U prethodno diskutiranim scenarijima prebacivanja grešaka, komponenta privremenog oporavka napona (TRV) na strani opterećenja uvijek opada na nulu. Međutim, u preklapanju faza, komponenta TRV na strani opada na frekvencijski oporavak napona (RV) izvora . Kao što je prikazano na Slici 2, pretpostavlja se da je razlika faznog ugla između dva izvora 90° i da su impedancije kratkosnih reaktora jednake.
Stoga, ključne karakteristike operacije preklapanja faza su:
Izuzetno visoki vrhovi TRV: Vrhovi TRV su značajno viši u usporedbi s drugim modovima prebacivanja.
Umjerene RRRV i struja: Brzina rasta ponovnog napona (RRRV) i nivo struja ostaju umjerene, unatoč visokim vrhovima TRV.
Uzimajući u obzir da je vrh TRV pod uslovima preklapanja faza najviši od svih modova prebacivanja, ovaj scenarij često se koristi kao referent za procjenu drugih posebnih uslova prebacivanja, kao što su:
Otklanjanje grešaka na dugim linijama prijenosa
Obrada grešaka na serijalno kompenziranim linijama
Sažetak ključnih tačaka:
TRV na strani opterećenja: Uvijek opada na nulu u svim scenarijima prebacivanja grešaka.
-strana TRV u preklapanju faza: Opada na frekvencijski oporavak napona (RV) izvora izvora.
Vrh TRV: Izuzetno visok pod uslovima preklapanja faza.
RRRV i struja: Ostaju relativno umjerene.
Referentni standard: Vrh TRV pod uslovima preklapanja faza je najviši, što ga čini uobičajenim referentom za procjenu drugih složenih uslova prebacivanja.
Slika 3 ilustruje dva scenarija koji mogu dovesti do uslova preklapanja faza. U prvom scenariju (lijeva slika), generator se slučajno poveže na mrežu prekidačem na pogrešnom faznom uglu. U drugom scenariju (desna slika), različiti dijelovi mreže prijenosa gube sinkronizaciju, često zbog događaja kratak spoj negdje u mreži.
U oba slučaja, fazno isprekidane struje teku kroz mrežu, koje moraju pouzdano prekinuti prekidači. Ovi situaciji predstavljaju značajne izazove za električnu mrežu, jer preklapanje faza može dovesti do visokih privremenih struja i napona, što zahtijeva da prekidači efikasno rade pod ovim ekstremnim uslovima.
Sažetak ključnih tačaka:
Scenarij 1 (lijeva slika): Generator se poveže na mrežu na pogrešnom faznom uglu, što dovodi do preklapanja faza.
Scenarij 2 (desna slika): Različiti dijelovi mreže prijenosa gube sinkronizaciju, obično zbog događaja kratak spoj, što dovodi do preklapanja faza.
Fazno isprekidane struje: U oba scenarija, fazno isprekidane struje teku kroz mrežu.
Zahtjevi za prekidačem: Prekidači moraju pouzdano prekinuti ove fazno isprekidane struje kako bi održali stabilnost i sigurnost sistema.
Prebacivanje između generatora i sistema
Koristeći transformator za povećanje napona, prebacivanje između generatora i električnog sistema može se desiti na visokonaponskoj (HV) strani ili srednjeg napona (MV) strani transformatora. Ovo prebacivanje može se dogoditi ne samo tijekom grešaka sistema ili propala elektrana, već i tijekom sinkronizacije i desinkronizacije.
Tezina uslova nesinkronizacije ovisi o:
Razlika faznih uglova: Što je veća razlika faznih uglova između generatora i mreže, to je teži uslov nesinkronizacije.
Stanje rotorne magnetizacije: Nivo magnetizacije rotora generatora također utječe na težinu uslova nesinkronizacije. Obično, sistem kontroliranja magnetizacije brzo smanji jakost magnetskog polja rotora kako bi smanjio utjecaj uslova nesinkronizacije.
Da bi se suočili s ovim izazovima, elektrane su opremljene različitim zaštitnim i kontrolnim uređajima:
Uređaji za zaštitu od nesinkronizacije: Ovi uređaji detektuju i sprječavaju generator da izgubi sinkronizaciju s mrežom.
Uređaji za provjeru sinkronizacije: Ovi uređaji osiguravaju da se generator poveže na mrežu na ispravnom faznom uglu, sprečavajući uslove nesinkronizacije.
Oprema za kontrolu sinkronizacije: Ova oprema pomaže u postizanju gladke sinkronizacije između generatora i mreže.
Slika 4 ilustruje ovu tipičnu raspodjelu, pokazujući vezu između transformatora za povećanje napona, generatora i električnog sistema, kao i konfiguraciju pripadajuće zaštitne i kontrolne opreme.
Sažetak ključnih tačaka:
Lokacija prebacivanja: Prebacivanje između generatora i električnog sistema može se desiti na visokonaponskoj (HV) strani ili srednjeg napona (MV) strani transformatora za povećanje napona.
Uslovi nesinkronizacije: Težina uslova nesinkronizacije ovisi o razlici faznih uglova i stanju rotorne magnetizacije.
Zaštitna i kontrolna oprema: Elektrane su opremljene uređajima za zaštitu od nesinkronizacije, uređajima za provjeru sinkronizacije i opremom za kontrolu sinkronizacije kako bi osigurali sigurne i pouzdane operacije prebacivanja.
2-Prebacivanje između dva sistema:
Prebacivanje između dva električna sistema obično se dešava u situacijama s neravnotežom snage i nestabilnošću sistema. Primjeri se odnose na velike poremećaje sistema, situacije tijekom obnavljanja sistema i zbog pogrešnog rada zaštitnih sistema.
Važnije linije prijenosa mogu biti opremljene blokadom nesinkronizacije u svojoj zaštitnoj opremi i/ili može se primijeniti specifična zaštita na nivou cijelog sistema kako bi se spriječilo odvajanje sistema pod teškim uslovima nesinkronizacije.
Zaključci o fenomenima nesinkronizacije:
Nominirane struje nesinkronizacije predlažu se da budu 25% nominirane struje kratkog spoja. Iz ekonomskih i statističkih razloga, predlažu se minimalne vrhove vrijednosti iz analiza TRV: RV od 2,0 p.u. i prekomjerni pad od 25%.
Kako se odvajanje sistema dešava uz kaskadno isključivanje nadzemnih linija i time povećanje impedancije sistema, maksimalna vrijednost od 25% nominirane struje kratkog spoja čini se razumnom, čak i danas. Maksimalna vrijednost struje nesinkronizacije je važan parametar za sposobnosti visokonaponskih prekidača.
Veliki poremećaji pokazuju uglove nesinkronizacije mnogo veće od vrijednosti od 105 do 115 stepeni povezanih s vrhovima TRV u standardima. To se odnosi na radijalne i mrežaste mreže; međutim, povijesni događaji su pokazali da se veliki uglovi nesinkronizacije mogu pojaviti u isto vrijeme kao niske radne napone. Kombinacija velikog ugla nesinkronizacije i niskog radnog napona daje vrhove TRV slične onima navedenim u standardima za situacije s relativno niskim uglom nesinkronizacije i nominiranim naponom (maksimalni radni napon).
Visokonaponski prekidači transmisnog sistema koji se koriste za povezivanje ili odspajanje konvencionalnih elektrana mogu biti izloženi preklapanju faza. Da bi se odspojile elektrane tijekom nestabilnih oscilacija snage, primjenjuju se ista razmatranja kao i za odvajanje sistema, ali s pažnjom na mogućnost da mora biti specificiran uvjet ograničenog testa greške transformatora.
Da bi se odspojile elektrane zbog pogrešne sinkronizacije, primjenjuju se slični uvjeti i zahtjevi kao što su opisani za srednjonaponske generatorne prekidače, a simulacije su nužne kako bi se procijenilo da li dizajn može ispuniti zadatak. Simulacije takvih događaja trebaju uključiti vrijeme odgovora zaštitnih sistema, fenomen depresije napon
