Bekæmpelsesmetoder for overspænding under skift i EHV

Hurtig indføjelse af shunt reaktorer

Formål:

Shunt reaktorer bruges primært til at kompensere for kapacitansen i lange transmissionsledninger, hvilket kan føre til overspændinger og problemer med reaktiv effekt. De giver en sekundær fordel ved at reducere switching-overspændinger, når de er forbundet, men dette er normalt ikke den primære grund, utilities installerer dem. De hovedmål for shunt reaktorer inkluderer:

• Kompensation for kapacitans: Lange transmissionsledninger har betydelig kapacitans, især på ekstremt højt spændingsniveau (EHV). Denne kapacitans kan forårsage overspændinger, især under let belastede forhold eller når ledningen er åben. Shunt reaktorer hjælper med at mindske disse overspændinger ved at give en reaktiv last, der modvirker de kapacitive effekter.

• Reduktion af switching-overspændinger: Selvom det ikke er den primære hensigt, kan shunt reaktorer også reducere switching-overspændinger. Når en kredsløbsbryder åbnes eller lukkes, kan kortvarige overspændinger opstå. Shunt reaktorer kan absorbere nogle af disse kortvarige effekter, hvilket reducerer størrelsen på overspændingerne.

Anvendelse:

• Shunt reaktorer installeres typisk på understationer langs lange transmissionsledninger, især i EHV-systemer, hvor kapacitanceffekten er mere udtalt.

• De tilføjes normalt ikke udelukkende for at reducere switching-overspændinger, da andre foranstaltninger (såsom lukningsmodstande eller kontrolleret lukning) er mere effektive til dette specifikke formål.

Lukningsmodstande

Formål:

Lukningsmodstande bruges til at begrænse spændingsstigningen ved modtagende ende af en transmissionsledning, når den energiseres. Det primære mål er at holde spændingen inden for acceptable grænser, typisk omkring 2 per enhed (p.u.), for at undgå skade på udstyr og sikre systemets stabilitet.

Funktion:

• Når en transmissionsledning energiseres, kan en pludselig strømstigning forårsage en betydelig spændingsstigning ved modtagende ende, hvilket fører til overspændingssituationer.

• Lukningsmodstande er midlertidigt forbundet i serie med kredsløbsbryderen under lukningsoperationen. De begrænser den initielle strømstigning og dæmper eventuelle resulterende kortvarige effekter, hvilket forhindrer, at spændingen overstiger 2 p.u.

• Når de kortvarige effekter er aftaget, bypasses modstanderne, og linjen fungerer normalt.

Fordele:

• Begrænsning af spænding: Holder spændingen ved modtagende ende inden for sikre grænser, beskytter udstyr og sikrer stabil drift.

• Dempning af kortvarige effekter: Reducerer størrelsen på switching-overspændinger, som kan være særdeles vigtigt i EHV-systemer.

Staggeret pol lukning

Princip:

Staggeret pol lukning indebærer lukning af individuelle poler i en trefas kredsløbsbryder halvt et cyklus fra hinanden. Ideen er at tillade, at kortvarige effekter i den første fase aftager, inden den næste fase lukkes, hvilket reducerer risikoen for alvorlige overspændinger.

Funktion:

• I et trefas system lukkes hver fase sekventielt, med en forsinkelse på halvt et cyklus (10 ms ved 50 Hz eller 8,33 ms ved 60 Hz) mellem hver fase.

• Ved at stagrere lukningen har kortvarige effekter fra den første fase tid til at aftage, inden den næste fase energiseres. Dette reducerer den kumulative effekt af kortvarige effekter og minimaliserer risikoen for overspændingshændelser.

Fordele:

• Dempning af kortvarige effekter: Tillader, at kortvarige effekter fra den første fase dissipates, inden den næste fase lukkes, hvilket reducerer den samlede alvor af overspændinger.

• Forenklet implementering: Kræver ikke komplekse styresystemer, hvilket gør det til en relativt enkel og kostnadseffektiv metode til at mindske overspændinger.

Linje-terminal arrester

Formål:

Linje-terminal arrester installeres ved enderne af transmissionsledninger for at beskytte mod overspændinger, forårsaget af lynnedslag eller switching-operationer. De begrænser overspændingerne ved de punkter, hvor de er installeret, til arresterens beskyttelsesniveau.

Funktion:

• Arrester er designet til at lede overskudsenergi væk fra systemet, når overspændinger overstiger en bestemt tærskel. De fastholder spændingen på et sikkert niveau, hvilket forhindre skade på udstyr og sikrer integriteten af transmissionsystemet.

• Typisk placeres arrester på begge ender af transmissionsledningen (sendende og modtagende terminaler). Men de begrænser kun overspændinger ved de specifikke lokationer og giver ikke beskyttelse langs hele linjens længde.

Fordele:

• Beskyttelse mod overspændinger: Beskytter effektivt udstyr ved linjeterminalerne mod overspændinger, forårsaget af lynnedslag eller switching.

• Målrettet beskyttelse: Leverer fokuseret beskyttelse på kritiske punkter i systemet uden behov for yderligere udstyr langs hele linjen.

Kontrolleret lukning

Princip:

Kontrolleret lukning er en avanceret mildtningsforanstaltning, der bruger en dynamisk styring til at analysere differentialspændingen over kredsløbsbryderen, forudsige fremtidige spændningsminimum, og lukke bryderen i det optimale øjeblik for at minimere overspændinger. Hele processen skal være fuldført inden for mindre end 0,5 sekunder for at være effektiv.

Funktion:

• En dynamisk styring overvåger konstant spændingsforskellen over kredsløbsbryderen.

• Den identificerer minimumspunkter for spændingen og forudsiger, hvornår fremtidige minimum vil opstå.

• Styringen lukker derefter bryderen ved det forudsagte minimumspunkt for spændingen, hvilket sikrer, at lukningen foregår under en lavspændingsperiode og minimaliserer risikoen for overspænding.

• Denne metode kræver hurtige og præcise kontrolalgoritmer, samt præcis timing for at sikre, at bryderen lukkes i det optimale øjeblik.

Fordele:

• Minimerede overspændinger: Ved at lukke bryderen i det optimale spændingspunkt, reducerer kontrolleret lukning betydeligt størrelsen på overspændinger.

• Forbedret systemstabilitet: Hjælper med at opretholde systemets stabilitet ved at forhindre overskuds-spændingsstigninger under linje-energisering.

• Avanceret teknologi: Udbyder en mere sofistikerede og effektiv løsning sammenlignet med traditionelle metoder som staggeret pol lukning eller lukningsmodstande.

Overspændingsprofil i EHV lange linjer

Figuren, der viser overspændingsprofilen i en EHV lang linje, demonstrerer effektiviteten af forskellige muligheder for begrænsning af overspændinger. Hver metode har sin egen indflydelse på overspændingsniveauer, og valget af metode afhænger af systemets specifikke krav.

• Hurtig indføjelse af shunt reaktorer: Reducerer overspændinger på grund af linjekapacitans og giver nogen reduktion i switching-overspændinger.

• Lukningsmodstande: Begrænser spændingen ved modtagende ende til 2 p.u., hvilket effektivt kontrollerer overspændinger under linje-energisering.

• Staggeret pol lukning: Reducerer den kumulative effekt af kortvarige effekter ved at tillade, at de aftager mellem fase-lukninger.

• Linje-terminal arrester: Beskytter linjeterminalerne mod overspændinger, men giver ikke beskyttelse langs hele linjen.

• Kontrolleret lukning: Minimerer overspændinger ved at lukke bryderen i det optimale spændingspunkt, hvilket tilbyder den mest effektive kontrol over kortvarige overspændinger.

Disse metoder kan anvendes individuelt eller i kombination for at opnå den ønskede overspændingsmildning i EHV lange linjer, afhængigt af systemets specifikke behov og begrænsninger.