Перемикання струму з розбіжністю фаз у високонапігних автоматичних вимикачах
Коли дві частини електричної мережі з однаковим напругою з'єднуються, відбувається явище перемикання фазового зсуву, якщо їхні еквівалентні джерела мають різні фазові кути, і деякі або всі фази знаходяться на 180° від фази. Під час операції перемикання автоматичний вимикач стикається з напругами джерел з різними фазовими кутами, що призводить до появи токів з фазовим зсувом у з'єднанні. Ці токи повинні надійно перериватися автоматичними вимикачами з обох боків з'єднання.
Зокрема, різниця фазових кутів між обертовими векторами, що представляють напруги джерел, призводить до несинхронних моментальних форм напруги, що викликає значні переходні токи та напруженості в момент перемикання. Для переходної відновлюваної напруги (TRV) ця задача перемикання характеризується активними джерелами живлення з обох боків автоматичного вимикача, що збільшує складність та виклики операції перемикання.
Як показано на рисунку 1, припустимо, що джерела живлення S1 і S2 представляють два джерела з різними фазовими кутами. Коли автоматичний вимикач перемикається між цими двома джерелами, різниця фазових кутів може призвести до значного збільшення переходного току, що ставить більші вимоги до пропускної здатності автоматичного вимикача. Тому автоматичний вимикач повинен мати достатню здатність для обробки цих високонапружених умов, забезпечуючи безпечне та надійне перемикання.
Підсумок ключових моментів
Перемикання з фазовим зсувом: Відбувається при перемиканні між двома джерелами з різними фазовими кутами.
Перехідні токи: Значні переходні токи генеруються через різницю фазових кутів.
Перехідна відновлювана напруга (TRV): Задача перемикання включає активні джерела живлення з обох боків автоматичного вимикача, що збільшує складність.
Вимоги до автоматичного вимикача: Автоматичний вимикач повинен мати здатність обробляти високонапружений режим для забезпечення безпечного та надійного перемикання.
У раніше обговорених задачах перемикання при аваріях, компонент TRV на стороні навантаження остаточно затухає до нуля. Однак, при перемиканні з фазовим зсувом, компонент TRV на стороні S2 поступово затухає до напруги відновлення промислової частоти (RV) джерела S2. Як показано на рисунку 2, припускається, що різниця фазових кутів між двома джерелами становить 90°, а короткозамкнуті реактори мають рівну імпеданс.
Тому основною характеристикою операції перемикання з фазовим зсувом є особливо високі піки TRV, тоді як швидкість зростання напруги повторного удару (RRRV) та ток залишаються відносно помірними. Оскільки пік TRV при умовах фазового зсуву є найвищим серед усіх операцій перемикання, його зазвичай використовують як стандарт для оцінки інших складних умов перемикання, таких як ліквідація аварій на довгих лініях передачі або обробка аварій на лініях з серійною компенсацією.
Підсумок ключових моментів:
TRV на стороні навантаження: У всіх випадках, компонент TRV на стороні навантаження затухає до нуля. TRV на стороні S2 при фазовому зсуві: Затухає до напруги відновлення промислової частоти (RV) джерела S2.
Пік TRV: Особливо високий при перемиканні з фазовим зсувом.
RRRV та ток: Залишаються відносно помірними.
Стандартний відлік: Пік TRV при умовах фазового зсуву є найвищим, що робить його загальним стандартом для оцінки інших складних умов перемикання.
Характеристики TRV при перемиканні з фазовим зсувом
У раніше обговорених сценаріях перемикання при аваріях, компонент TRV на стороні навантаження завжди затухає до нуля. Однак, при перемиканні з фазовим зсувом, компонент TRV на стороні затухає до напруги відновлення промислової частоти (RV) джерела . Це показано на рисунку 2, де припускається, що різниця фазових кутів між двома джерелами становить 90°, а короткозамкнуті реактори є рівними.
Детальний опис
У раніше обговорених сценаріях перемикання при аваріях, компонент TRV на стороні навантаження завжди затухає до нуля. Однак, при перемиканні з фазовим зсувом, компонент TRV на стороні затухає до напруги відновлення промислової частоти (RV) джерела . Як показано на рисунку 2, припускається, що різниця фазових кутів між двома джерелами становить 90°, а короткозамкнуті реактори є рівними.
Тому ключові характеристики операції перемикання з фазовим зсувом такі:
Дуже високі піки TRV: Піки TRV значно вищі порівняно з іншими режимами перемикання.
Помірні RRRV та ток: Швидкість зростання напруги повторного удару (RRRV) та рівень току залишаються помірними, незважаючи на високі піки TRV.
Оскільки пік TRV при умовах фазового зсуву є найвищим серед усіх режимів перемикання, цей сценарій часто використовують як стандарт для оцінки інших специфічних умов перемикання, таких як:
Ліквідація аварій на довгих лініях передачі
Обробка аварій на лініях з серійною компенсацією
Підсумок ключових моментів:
TRV на стороні навантаження: Завжди затухає до нуля у всіх сценаріях перемикання при аваріях.
-side TRV in Phase Displacement: Затухає до напруги відновлення промислової частоти (RV) джерела source.
Пік TRV: Особливо високий при перемиканні з фазовим зсувом.
RRRV та ток: Залишаються відносно помірними.
Стандартний відлік: Пік TRV при умовах фазового зсуву є найвищим, що робить його загальним стандартом для оцінки інших складних умов перемикання.
Рисунок 3 ілюструє два сценарії, які можуть призводити до умов фазового зсуву. У першому сценарії (ліва частина), генератор невпинно підключається до мережі автоматичним вимикачем при неправильному фазовому куті. У другому сценарії (права частина), різні частини мережі передачі втрачають синхронізацію, часто через коротке замкнення, що відбувається десь в мережі.
У обох випадках, токи з фазовим зсувом проходять через мережу, які повинні надійно перериватися автоматичними вимикачами. Ці ситуації ставлять значні виклики енергосистемі, оскільки фазовий зсув може призводити до високих переходних токів та напруг, що вимагає від автоматичних вимикачів ефективно обробляти ці екстремальні умови.
Підсумок ключових моментів:
Сценарій 1 (ліва частина): Генератор підключається до мережі при неправильному фазовому куті, що призводить до фазового зсуву.
Сценарій 2 (права частина): Різні частини мережі передачі втрачають синхронізацію, зазвичай через коротке замкнення, що призводить до фазового зсуву.
Токи з фазовим зсувом: У обох сценаріях, токи з фазовим зсувом проходять через мережу.
Вимоги до автоматичного вимикача: Автоматичні вимикачі повинні надійно переривати ці токи з фазовим зсувом для підтримки стабільності та безпеки системи.
Перемикання між генератором та системою
При використанні підвищувального трансформатора, перемикання між генератором та енергосистемою може відбуватися на боку високої (HV) або середньої (MV) напруги трансформатора. Це перемикання може відбуватися не тільки під час аварій системи або відключення електростанції, але також під час синхронізації та десинхронізації.
Ступінь умов фазового зсуву залежить від:
Різниця фазових кутів: Чим більша різниця фазових кутів між генератором та мережею, тим більш серйозні умови фазового зсуву.
Стан роторної запалювання: Рівень запалювання в роторі генератора також впливає на ступінь умов фазового зсуву. Зазвичай, система керування запалюванням швидко зменшує силу магнітного поля ротора, щоб мінімізувати вплив умов фазового зсуву.
Для вирішення цих викликів, електростанції оснащені різними захисними та керуючими пристроями:
Захисні пристрої від втрати синхронізації: Вони виявляють та запобігають втраті синхронізації генератора з мережею.
Приспособлення перевірки синхронізації: Вони забезпечують, що генератор підключається до мережі при правильному фазовому куті, запобігаючи умовам фазового зсуву.
Обладнання керування синхронізацією: Вони допомагають досягти гладкої синхронізації між генератором та мережею.
Рисунок 4 ілюструє цю типову конфігурацію, показуючи з'єднання між підвищувальним трансформатором, генератором та енергосистемою, а також конфігурацію пов'язаних захисних та керуючих пристроїв.
Підсумок ключових моментів:
Місце перемикання: Перемикання між генератором та енергосистемою може відбуватися на боку високої (HV) або середньої (MV) напруги підвищувального трансформатора.
Умови фазового зсуву: Ступінь умов фазового зсуву залежить від різниці фазових кутів та стану роторної запалювання.
Захисні та керуючі пристрої: Електростанції оснащені пристроями від втрати синхронізації, приспособленнями перевірки синхронізації та обладнанням керування синхронізацією для забезпечення безпечного та надійного перемикання.
2-Перемикання між двома системами:
Перемикання між двома енергосистемами зазвичай відбувається в ситуаціях з дисбалансом потужності та нестабільністю системи. Приклади включають великі системні збурення, ситуації під час відновлення системи та через неправильну роботу систем захисту.
Більш важливі лінії передачі можуть бути оснащені блокуванням від фазового зсуву в своїх системах захисту, або може бути застосовано спеціальну системну захисту, щоб запобігти розділенню систем при серйозних умовах фазового зсуву.
Висновки щодо явищ фазового зсуву:
Номінальні токи фазового зсуву було запропоновано встановити на рівні 25% від номінального короткозамкнутого току. З економічних та статистичних причин, мінімальні пікові значення з аналізу TRV було запропоновано: RV 2.0 p.u. та перевищення 25%.
Оскільки розділення системи супроводжується каскадним відключенням надземних ліній, що призводить до збільшення імпедансу системи, максимальне значення 25% від номінального короткозамкнутого току здається розумним, навіть сьогодні. Максимальне значення току фазового зсуву є важливим параметром для здатностей високонапружених автоматичних вимикачів.
Великі збурення показують фазові зсуви значно більші, ніж значення 105° до 115°, пов'язані з піками TRV в стандартах. Це стосується як радіальних, так і сітчастих мереж; однак, історичні події показали, що великі фазові зсуви можуть відбуватися одночасно з низькою робочою напругою. Комбінація великого фазового зсуву та низької робочої напруги дає піки TRV, схожі на ті, що згадані в стандартах для ситуацій з відносно низьким фазовим зсувом та номінальною напругою (максимальною робочою напругою).
Автоматичні вимикачі систем передачі, використов
