Metody łagodzenia przełączeniowych przepięć w sieciach EHV

Szybkie Wprowadzanie Reaktorów Szeregowych

Cel:

Reaktory szeregowe są przede wszystkim wykorzystywane do kompensacji pojemności długich linii przesyłowych, które mogą prowadzić do przepięć i problemów z reaktywną mocą. Dostarczają one dodatkowej korzyści poprzez redukcję przepięć przełącznikowych podczas podłączenia, ale to nie jest zwykle głównym powodem, dla którego przedsiębiorstwa energetyczne je instalują. Głównymi celami reaktorów szeregowych są:

• Kompensacja Pojemności: Długie linie przesyłowe mają znaczną pojemność, zwłaszcza na poziomie nadzwyczaj wysokich napięć (EHV). Ta pojemność może powodować przepięcia, szczególnie w warunkach małego obciążenia lub gdy linia jest otwarta. Reaktory szeregowe pomagają zmniejszyć te przepięcia, dostarczając reaktywne obciążenie, które kontruje efekty pojemnościowe.

• Redukcja Przepięć Przełącznikowych: Choć nie jest to główny cel, reaktory szeregowe mogą również zmniejszać przepięcia przełącznikowe. Gdy przerywacz otwiera się lub zamyka, mogą wystąpić przejściowe przepięcia. Reaktory szeregowe mogą absorbować niektóre z tych przejść, co zmniejsza ich natężenie.

Zastosowanie:

• Reaktory szeregowe są zwykle montowane w stacjach przekształtniowych wzdłuż długich linii przesyłowych, zwłaszcza w systemach EHV, gdzie efekt pojemnościowy jest bardziej zauważalny.

• Nie są one zwykle dodawane wyłącznie w celu zmniejszenia przepięć przełącznikowych, ponieważ inne środki (takie jak rezystory zamknięcia lub sterowane zamknięcie) są skuteczniejsze do tego konkretnego celu.

Rezystory Zamknięcia

Cel:

Rezystory zamknięcia są wykorzystywane do ograniczenia wzrostu napięcia na końcówce odbiorczej linii przesyłowej, gdy ta jest energizowana. Głównym celem jest utrzymanie napięcia w akceptowalnych granicach, zwykle około 2 jednostki per unit (p.u.), aby zapobiec uszkodzeniu sprzętu i zapewnić stabilność systemu.

Działanie:

• Gdy linia przesyłowa jest energizowana, nagły przypływ prądu może spowodować znaczący wzrost napięcia na końcówce odbiorczej, prowadząc do warunków przepięcia.

• Rezystory zamknięcia są tymczasowo podłączone szeregowo z przerywaczem podczas operacji zamknięcia. Ograniczają one początkowy przypływ prądu i tłumią wszelkie wynikające przejścia, zapobiegając przekroczeniu napięcia 2 p.u.

• Po ustąpieniu przejść rezystory są omijane, a linia działa normalnie.

Korzyści:

• Ograniczenie Napięcia: Utrzymuje napięcie na końcówce odbiorczej w bezpiecznych granicach, chroniąc sprzęt i zapewniając stabilne działanie.

• Tłumienie Przejść: Zmniejsza natężenie przepięć przełącznikowych, co jest szczególnie ważne w systemach EHV.

Stopniowe Zamknięcie Faz

Zasada:

Stopniowe zamknięcie faz polega na zamknięciu indywidualnych faz trójfazowego przerywacza, z różnica pół cyklu między fazami. Idea polega na umożliwieniu rozproszeniu przejść w pierwszej fazie, zanim zostanie zamknięta kolejna faza, co zmniejsza prawdopodobieństwo poważnych przepięć.

Działanie:

• W systemie trójfazowym każda faza jest zamknięta sekwencyjnie, z opóźnieniem pół cyklu (10 ms przy 50 Hz lub 8,33 ms przy 60 Hz) między fazami.

• Przez stopniowe zamknięcie, przejścia generowane przez pierwszą fazę mają czas na osłabnięcie, zanim zostanie energizowana kolejna faza. To zmniejsza kumulatywny efekt przejść i minimalizuje ryzyko zdarzeń przepięciowych.

Korzyści:

• Tłumienie Przejść: Pozwala na rozproszenie przejść z pierwszej fazy, zanim zostanie zamknięta kolejna faza, co zmniejsza ogólną nasilenie przepięć.

• Prosta Implementacja: Nie wymaga skomplikowanych systemów sterowania, co czyni go stosunkowo prostym i kosztoszczęśliwym sposobem na łagodzenie przepięć.

Arrestery Terminalne Linii

Cel:

Arrestery terminalne linii są montowane na końcach linii przesyłowych, aby chronić przed przepięciami spowodowanymi uderzeniami piorunów lub operacjami przełączania. Ograniczają one przepięcia w punktach, w których są zainstalowane, do poziomu ochronnego arrestera.

Działanie:

• Arrestery są zaprojektowane tak, aby odprowadzać nadmiarową energię z systemu, gdy przepięcia przekraczają określony próg. Zatrzymują napięcie na bezpiecznym poziomie, zapobiegając uszkodzeniom sprzętu i zapewniając integralność systemu przesyłowego.

• Typowo, arrestery są umieszczane na obu końcach linii przesyłowej (terminalach nadawczych i odbiorczych). Jednak ograniczają one przepięcia tylko w tych określonych lokalizacjach i nie zapewniają ochrony wzdłuż całej długości linii.

Korzyści:

• Ochrona Przed Przepięciami: Efektywnie chroni sprzęt na końcach linii przed przepięciami spowodowanymi uderzeniami piorunów lub operacjami przełączania.

• Skierowana Ochrona: Zapewnia skupioną ochronę w kluczowych punktach systemu bez potrzeby dodatkowego sprzętu wzdłuż całej linii.

Sterowane Zamknięcie

Zasada:

Sterowane zamknięcie to zaawansowana metoda łagodzenia, która wykorzystuje dynamiczny kontroler do analizy różnicowego napięcia na przerywaczu, przewidywania przyszłych minimum napięcia i zamknięcia przerywacza w optymalnym momencie, aby zminimalizować przepięcia. Cały proces musi być zakończony w mniej niż 0,5 sekundy, aby był skuteczny.

Działanie:

• Dynamiczny kontroler ciągle monitoruje różnicę napięcia na przerywaczu.

• Identyfikuje punkty minimum napięcia i przewiduje, kiedy wystąpią przyszłe minimum.

• Kontroler następnie zamyka przerywacz w przewidywanym punkcie minimum napięcia, zapewniając, że zamknięcie nastąpi podczas okresu niskiego napięcia i minimalizując ryzyko przepięcia.

• Ta metoda wymaga szybkich i dokładnych algorytmów sterujących, a także precyzyjnego czasowania, aby upewnić się, że przerywacz zamyka się w optymalnym momencie.

Korzyści:

• Minimalizacja Przepięć: Poprzez zamknięcie przerywacza w optymalnym punkcie napięcia, sterowane zamknięcie znacząco zmniejsza natężenie przepięć.

• Poprawa Stabilności Systemu: Pomaga utrzymać stabilność systemu, zapobiegając nadmiernym przypływom napięcia podczas energizacji linii.

• Zaawansowana Technologia: Oferuje bardziej sofistykowane i skuteczne rozwiązanie w porównaniu do tradycyjnych metod, takich jak stopniowe zamknięcie faz lub rezystory zamknięcia.

Profil Przepięć w Długich Liniach EHV

Wykres pokazujący profil przepięć w długiej linii EHV demonstruje skuteczność różnych opcji ograniczania przepięć. Każda metoda ma swój własny wpływ na poziomy przepięć, a wybór metody zależy od specyficznych wymagań systemu.

• Szybkie Wprowadzanie Reaktorów Szeregowych: Redukuje przepięcia związane z pojemnością linii i zapewnia pewne zmniejszenie przepięć przełącznikowych.

• Rezystory Zamknięcia: Ograniczają napięcie na końcówce odbiorczej do 2 p.u., efektywnie kontrolując przepięcia podczas energizacji linii.

• Stopniowe Zamknięcie Faz: Redukuje kumulatywny efekt przejść, pozwalając im osłabnąć między zamknięciami faz.

• Arrestery Terminalne Linii: Chronią końce linii przed przepięciami, ale nie zapewniają ochrony wzdłuż całej linii.

• Sterowane Zamknięcie: Minimalizuje przepięcia, zamykając przerywacz w optymalnym punkcie napięcia, oferując najskuteczniejszą kontrolę nad przejściowymi przepięciami.

Każda z tych metod może być używana osobno lub w połączeniu, aby osiągnąć pożądane łagodzenie przepięć w długich liniach EHV, w zależności od specyficznych potrzeb i ograniczeń systemu.