Pagbabago ng kasalukuyang pag-switch na out of phase sa High Voltage Circuit Breakers

Kapag nakuha ang dalawang bahagi ng isang elektrikong network na may parehong operasyonal na voltaje, nagaganap ang phase displacement switching kung ang kanilang katumbas na mga pinagmulan ay may iba't ibang phase angles, kung saan ang ilan o lahat ng mga phase ay 180° out of phase. Sa panahon ng switching operation, ang circuit breaker ay nakakalabas ng source voltages na may iba't ibang phase angles, na nagdudulot ng pagkakaroon ng phase-displaced currents sa koneksyon. Ang mga current na ito ay dapat na ma-interrupt nang maipaglaban ng circuit breakers sa parehong gilid ng koneksyon.

Partikular, ang pagkakaiba ng phase angle sa pagitan ng mga rotating vectors na kumakatawan sa mga source voltages ay nagresulta sa hindi synchronized instantaneous voltage waveforms, na nagdudulot ng malaking transient currents at voltage stresses sa oras ng switching. Para sa transient recovery voltage (TRV), ang switching task na ito ay inilarawan ng aktibong power sources sa parehong gilid ng circuit breaker, na nagpapataas ng komplikado at hamon ng switching operation.

Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, asumahan na ang mga power sources S1 at S2 ay kumakatawan sa dalawang pinagmulan na may iba't ibang phase angles. Kapag ang circuit breaker ay nagswitch sa pagitan ng dalawang pinagmulan na ito, ang pagkakaiba ng phase angle ay maaaring magresulta sa malaking pagtaas ng transient current, na nagbibigay ng mas mataas na breaking demands sa circuit breaker. Kaya, ang circuit breaker ay dapat na may sapat na kakayahan upang makahandle ang mga high-stress conditions, na siguruhin ang ligtas at maipaglaban ang switching operations.

Key Points Summary

• Phase Displacement Switching: Nagaganap kapag nagswitch sa pagitan ng dalawang pinagmulan na may iba't ibang phase angles.

• Transient Currents: Malaking transient currents ang ginagawa dahil sa pagkakaiba ng phase angle.

• Transient Recovery Voltage (TRV): Ang switching task ay kasama ang aktibong power sources sa parehong gilid ng circuit breaker, na nagpapataas ng komplikado.

• Circuit Breaker Requirements: Ang circuit breaker ay dapat na may kakayahan na makahandle ng high-stress conditions upang siguruhin ang ligtas at maipaglaban ang switching operations.

Sa mga naunang napag-usapan na fault switching tasks, ang Transient Recovery Voltage (TRV) component sa load side ay huling lumubog hanggang zero. Gayunpaman, sa phase displacement switching, ang TRV component sa S2 side ay unti-unting lumubog hanggang sa power frequency recovery voltage (RV) ng S2 source. Tulad ng ipinapakita sa Figure 2, ito ay asumahan na ang pagkakaiba ng voltage phase sa pagitan ng dalawang pinagmulan ay 90°, at ang short-circuit reactors ay may equal impedance.

Kaya, ang pangunahing tampok ng phase displacement switching operation ay lubhang mataas na TRV peaks, habang ang Rate of Rise of Restriking Voltage (RRRV) at current ay nananatiling relatyibong moderate. Dahil ang TRV peak sa ilalim ng phase displacement conditions ay ang pinakamataas sa lahat ng switching operations, ito ay karaniwang ginagamit bilang benchmark para sa pagsusuri ng iba pang complex switching conditions, tulad ng clearing faults sa long-distance transmission lines o handling faults sa series-compensated lines.

Key Points Summary:

• Load-side TRV: Sa lahat ng kaso, ang TRV component sa load side ay lumubog hanggang zero. S2-side TRV sa Phase Displacement: Lumubog hanggang sa power frequency recovery voltage (RV) ng S2 source.

• TRV Peak: Lubhang mataas sa ilalim ng phase displacement switching.

• RRRV at Current: Nananatiling relatyibong moderate.

• Reference Standard: Ang TRV peak sa ilalim ng phase displacement conditions ay ang pinakamataas, kaya ito ay karaniwang reference para sa pagsusuri ng iba pang complex switching conditions.

Characteristics of TRV in Phase Displacement Switching

Sa naunang napag-usapan na fault switching scenarios, ang Transient Recovery Voltage (TRV) component sa load side ay lumubog hanggang zero sa lahat ng kaso. Gayunpaman, sa phase displacement switching, ang TRV component sa S2 side ay lumubog hanggang sa power frequency recovery voltage (RV) ng S2 source. Ito ay ipinapakita sa Figure 2, kung saan ito ay asumahan na ang pagkakaiba ng voltage phase sa pagitan ng dalawang pinagmulan ay 90°, at ang short-circuit reactors ay tinuturing na equal.

Refined Description

Sa naunang napag-usapan na fault switching scenarios, ang Transient Recovery Voltage (TRV) component sa load side ay palaging lumubog hanggang zero. Gayunpaman, sa phase displacement switching, ang TRV component sa S2 side ay lumubog hanggang sa power frequency recovery voltage (RV) ng S2 source. Tulad ng ipinapakita sa Figure 2, ito ay asumahan na ang pagkakaiba ng voltage phase sa pagitan ng dalawang power sources ay 90° at equal ang short-circuit reactors.

Kaya, ang pangunahing karakteristik ng phase displacement switching operation ay:

• Lubhang Mataas na TRV Peaks: Ang peak values ng TRV ay lubhang mataas kumpara sa iba pang switching modes.

• Moderate RRRV at Current: Ang Rate of Rise of Restriking Voltage (RRRV) at current levels ay nananatiling moderate, bagaman may mataas na TRV peaks.

Dahil ang TRV peak sa ilalim ng phase displacement conditions ay ang pinakamataas sa lahat ng switching modes, ang scenario na ito ay kadalasang ginagamit bilang reference para sa pagsusuri ng iba pang special switching conditions, tulad ng:

• Clearing faults sa mahabang transmission lines

• Handling faults sa series-compensated lines

Key Points Summary:

• Load-side TRV: Palaging lumubog hanggang zero sa lahat ng fault switching scenarios.

• S2-side TRV sa Phase Displacement: Lumubog hanggang sa power frequency recovery voltage (RV) ng S2 source.

• TRV Peak: Lubhang mataas sa ilalim ng phase displacement switching.

• RRRV at Current: Nananatiling relatyibong moderate.

• Reference Standard: Ang TRV peak sa ilalim ng phase displacement conditions ay ang pinakamataas, kaya ito ay karaniwang benchmark para sa pagsusuri ng iba pang complex switching conditions.

Ang Figure 3 ay ipinapakita ang dalawang scenario na maaaring magresulta sa phase displacement conditions. Sa unang scenario (left image), ang generator ay di sinasadyang konektado sa grid ng circuit breaker sa maliwang phase angle. Sa ikalawang scenario (right image), ang iba't ibang bahagi ng transmission network ay nawalan ng synchronization, kadalasang dahil sa short circuit na nangyari sa anumang bahagi ng network.

Sa parehong kaso, ang phase-displaced currents ay umuusbong sa network, na dapat na ma-interrupt nang maipaglaban ng circuit breakers. Ang mga sitwasyong ito ay nagbibigay ng malaking hamon sa power system, dahil ang phase displacement ay maaaring magresulta sa mataas na transient currents at voltages, na nangangailangan ng circuit breakers na makahandle ng mga extreme conditions na ito nang epektibo.

Key Points Summary:

• Scenario 1 (Left Image): Ang generator ay konektado sa grid sa maliwang phase angle, na nagresulta sa phase displacement.

• Scenario 2 (Right Image): Ang iba't ibang bahagi ng transmission network ay nawalan ng synchronization, kadalasang dahil sa short circuit, na nagresulta sa phase displacement.

• Phase-Displaced Currents: Sa parehong scenario, ang phase-displaced currents ay umuusbong sa network.

• Circuit Breaker Requirement: Ang circuit breakers ay dapat na maipaglaban ang mga phase-displaced currents upang mapanatili ang stability at ligtas ng sistema.

Switching Between Generator and System

Kapag ginagamit ang step-up transformer, ang switching sa pagitan ng generator at power system ay maaaring mangyari sa high-voltage (HV) side o medium-voltage (MV) side ng transformer. Ang switching na ito ay maaaring mangyari hindi lamang sa oras ng system faults o power plant trips kundi pati na rin sa synchronization at desynchronization events.

Ang severity ng out-of-phase conditions ay depende sa:

• Phase Angle Difference: Ang mas malaking phase angle difference sa pagitan ng generator at grid, ang mas severe ang out-of-phase condition.

• Rotor Excitation State: Ang antas ng excitation sa rotor ng generator ay din nag-aapekto sa severity ng out-of-phase condition. Karaniwan, ang excitation control system ay mabilis na bubuwasan ng magnetic field strength ng rotor upang bawasan ang impact ng out-of-phase condition.

Upang harapin ang mga hamon na ito, ang mga power plants ay may iba't ibang protective at control devices:

• Out-of-Step Protection Devices: Ang mga ito ay detekta at pinaprevent ang generator mula sa pagkawala ng synchronization sa grid.

• Synchronism Check Devices: Ang mga ito ay sigurado na ang generator ay konektado sa grid sa tamang phase angle, na pinaprevent ang out-of-phase conditions.

• Synchronization Control Equipment: Ang mga ito ay tumutulong sa pagkamit ng smooth synchronization sa pagitan ng generator at grid.

Ang Figure 4 ay ipinapakita ang typical layout, na nagpapakita ng koneksyon sa pagitan ng step-up transformer, generator, at power system, pati na rin ang configuration ng associated protective at control devices.

Key Points Summary:

• Switching Location: Ang switching sa pagitan ng generator at power system ay maaaring mangyari sa high-voltage (HV) side o medium-voltage (MV) side ng step-up transformer.

• Out-of-Phase Conditions: Ang severity ng out-of-phase conditions ay depende sa phase angle difference at rotor excitation state.

• Protective at Control Devices: Ang mga power plants ay may out-of-step protection, synchronism check devices, at synchronization control equipment upang siguruhin ang ligtas at maipaglaban ang switching operations.

2-Switching between Two Systems:

Ang switching sa pagitan ng dalawang power systems ay kadalasang nangyayari sa mga sitwasyon na may power unbalance at system instability. Halimbawa, ang malaking system disturbances, mga sitwasyon sa oras ng system restoration, at dahil sa mis-operation ng protection systems.

Ang mas mahalagang transmission lines ay maaaring mayroong out-of-phase blocking sa kanilang protection system at/o isang espesyal na system-wide protection na inilapat upang maprevent ang separation ng mga systems sa ilalim ng severe out-of-phase conditions.

Conclusions of out-of-phase phenomena:

• Ang rated out-of-phase currents ay inihanda na 25% ng rated short-circuit current. Para sa economic at statistical reasons, ang minimum peak values mula sa TRV analyses ay inihanda: a RV ng 2.0 p.u. at an overshoot ng 25% .

• Bilang resulta ng system separation na kasama ang cascading tripping ng overhead lines at pagtaas ng system impedance, ang maximum value ng 25% ng rated short circuit current ay mukhang reasonable, kahit ngayon. Ang maximum value ng out-of-phase current ay isang mahalagang parameter para sa high voltage circuit breaker capabilities.

• Ang malaking disturbances ay nagpapakita ng out-of-phase angles na mas malaki kaysa sa 105 degree to 115 degree values na nauugnay sa TRV peak values sa standards. Ito ay applicable sa parehong radial at meshed networks; gayunpaman, ang mga historical events ay nagpakita na ang malaking out-of-phase angles ay maaaring mangyari sa parehong oras ng mababang operating voltages. Ang combination ng malaking out-of-phase angle at mababang operating voltage ay nagbibigay ng TRV peak values na katulad ng nabanggit sa standards para sa mga sitwasyon na may relatyibong mababang out-of-phase angle at rated voltage (maximum operating voltage).

• Ang transmission system circuit breakers na ginagamit para i-connect o i-disconnect ang conventional power plants maaaring mapaglabanan sa out-of-phase switching din. Upang i-disconnect ang power plants sa oras ng unstable power swings, ang parehong considerations para sa system separation ay applicable, bagaman may pag-iingat para sa possibility na ang transformer limited fault test condition ay dapat na ispesipiko.

• Upang i-disconnect ang power plants dahil sa faulty synchronization, ang parehong conditions at requirements na inilalarawan para sa medium voltage generator circuit breakers ay applicable, at ang simulations ay kinakailangan upang husgahan kung ang design ay maaaring matugunan ang duty. Ang simulations ng mga event na ito ay dapat na kasama ang response time ng protection systems, ang depression phenomenon ng generator voltage, at ang acceleration/deceleration ng rotor upang matukoy kung ang out-of-phase current at TRV pagkatapos ng false synchronization ng generators ay nakakatakip ng conditions na prescribed ng user, halimbawa, 180 degree.