تعریف شکن هیبرید HVDC

تعریف‌های برای شکن‌های هیبرید HVDC

تعریف‌های استاندارد برای شکن‌های AC

• محدودیت‌ها: تعریف‌های استاندارد برای شکن‌های AC به طور مستقیم به حفاظت HVDC ترجمه نمی‌شوند زیرا چارچوب‌های زمانی و دینامیک‌های مربوطه متفاوت است.
• چارچوب‌های زمانی: شکن‌های AC نسبت به شکن‌های DC زمان عمل کردن بسیار طولانی‌تری دارند. معمولاً، جریان‌های خطا که یک شکن AC آن‌ها را قطع می‌کند تا زمان عمل کردن حفاظت تقریباً به حالت پایدار رسیده‌اند، اما این همیشه صدق نمی‌کند.

شکن‌های HVDC

• زمان پاسخ: شکن‌های HVDC باید قبل از اینکه جریان خطا DC به مقدار حالت پایدار برسد عمل کنند، به دلیل محدودیت‌های الکترونیکی در داخل شکن‌ها و خود تبدیل‌کننده‌ها.

شعبات کلیدی و وظایف آن‌ها

1. شعبه اصلی:

   • جریان را در حالت عملکرد عادی منتقل می‌کند.

2. شعبه ثانویه:

   • جریان خطا را برای مدت کوتاهی منتقل می‌کند.

3. شعبه جذب انرژی:

   • ولتاژ روی شکن را محدود می‌کند و هر انرژی اضافی از شبکه DC را جذب می‌کند.

تعریف‌های کلیدی زمان برای شکن‌های هیبرید

1. شروع خطا (Tf):

   • لحظه‌ای که شرایط الکتریکی شبکه تغییر می‌کند و منجر به شرایط جریان اضافی می‌شود.

2. زمان تشخیص:

   • زمانی که از شروع خطا تا لحظه‌ای که سیستم حفاظت خطا را تشخیص می‌دهد می‌گذرد.

3. زمان موقعیت‌یابی:

   • زمانی که سیستم حفاظت تصمیم می‌گیرد کدام شکن‌ها باید باز شوند از لحظه‌ای که خطا تشخیص داده می‌شود.

4. زمان عملیات:

   • زمانی که شکن از حالت "بسته" به حالت "باز" می‌رسد.

5. زمان قطع (Tint):

   • زمانی که از شروع خطا تا زمانی که شکن ولتاژ کافی برای مقاومت قابل توجه در برابر جریان خطا ایجاد می‌کند می‌گذرد.

6. زمان جابجایی (Tcom):

   • زمانی که جریان در شعبه اصلی به صفر یا به حدی نزدیک به صفر کاهش می‌یابد که مرحله بعدی عملیات شکن می‌تواند انجام شود.

7. زمان پاکسازی (Tclr):

   • زمانی که از شروع خطا تا لحظه‌ای که جریان خط DC به صفر یا جریان زانوی واریستورها (I_knee) می‌رسد می‌گذرد.

8. زمان عملیات محدود کننده جریان (Tlim):

   • زمانی که شکن شروع به عمل کردن به عنوان محدود کننده جریان خطا می‌کند.

شکن هیبرید پیشگیرانه (PHCB) HVDC طراحی شده توسط ABB

مرور طراحی

شکن هیبرید پیشگیرانه (PHCB) HVDC، طراحی شده توسط ABB، شامل دو شعبه موازی است:

1. مسیر جریان عادی:

   • سوئیچ مکانیکی: در حالت عملکرد عادی بسته می‌ماند.
   • سوئیچ جابجایی بار (LCS): یک دسته‌بندی سری از سوئیچ‌های نیمه‌رسانا که در حالت عملکرد عادی روشن است.

2. عضو اصلی قطع جریان:

   • شکن اصلی: یک دسته‌بندی از سوئیچ‌های نیمه‌رسانا که در حالت عملکرد عادی خاموش است.

3. شعبه جذب انرژی:

   • با شعبه ثانویه ترکیب شده تا عملکرد اضافی به شکن اضافه کند. این امکان را فراهم می‌کند که بخش‌های مختلف شعبه ثانویه به طور مستقل از یکدیگر کنترل شوند. این ویژگی اجازه می‌دهد شکن در شرایط خاصی به عنوان محدود کننده جریان خطا عمل کند.

عملکرد عادی

• واحد جداکننده: بسته
• LCS: روشن
• شکن اصلی: خاموش

عملکرد در شرایط خطا

1. تشخیص خطا:

   • LCS خاموش می‌شود.
   • شکن اصلی روشن می‌شود.
   • LCS ولتاژ کافی برای جابجایی جریان از شعبه اصلی به شعبه ثانویه فراهم می‌کند.
   • LCS ممکن است قبل از تأیید خطا فعال شود، این امکان را می‌دهد که الگوریتم تشخیص به طور موازی با عملکرد شکن پردازش شود.

2. انتقال جریان:

   • هنگامی که تمام جریان از طریق شکن اصلی جریان می‌یابد، جداکننده مکانیکی با سرعت بالا باز می‌شود.
   • وقتی که سوئیچ مکانیکی کاملاً باز است، شکن اصلی خاموش می‌شود، جریان شکن اصلی قطع می‌شود و انرژی خط در واریستورها پخش می‌شود.
   • سوئیچ جداکننده جریان باقی‌مانده سری با سرعت کم برای قطع جریان نشتی از طریق شکن اصلی و دستگاه‌های مرتبط استفاده می‌شود، که ممکن است به تبعیض طراحی شعبه جذب انرژی معنی‌دار باشد. این سوئیچ همچنین جداسازی کامل را فراهم می‌کند.

مثال نمایشی

شکل 3 یک موج جریان خطا نمونه با برچسب‌های زمان و مقدار جریان را نشان می‌دهد. دینامیک‌ها برای اینکه تعریف‌ها به راحتی قابل ترسیم باشند تقویت شده‌اند:

• شروع خطا (Tf): لحظه اولیه رخ دادن خطا.
• زمان تشخیص: زمان از Tf تا تشخیص خطا.
• زمان موقعیت‌یابی: زمان از تشخیص تا تعیین کدام شکن‌ها باید باز شوند.
• زمان عملیات: زمان برای انتقال شکن از حالت بسته به باز.
• زمان قطع (Tint): زمان از Tf تا ایجاد ولتاژ کافی برای مقاومت در برابر جریان خطا.
• زمان جابجایی (Tcom): زمانی که جریان در شعبه اصلی کاهش می‌یابد.
• زمان پاکسازی (Tclr): زمان از Tf تا جریان صفر یا I_knee.
• زمان عملیات محدود کننده جریان (Tlim): زمانی که شکن شروع به محدود کردن جریان خطا می‌کند.

خلاصه

شکن هیبرید پیشگیرانه (PHCB) HVDC، طراحی شده توسط ABB، سوئیچ‌های مکانیکی و نیمه‌رسانا را ترکیب می‌کند تا محافظت سریع، قابل اعتماد و کارآمد علیه خطا برای سیستم‌های HVDC فراهم کند. تعریف‌ها و چارچوب‌های زمانی برای شکن‌های هیبرید HVDC چالش‌ها و نیازهای منحصر به فرد حفاظت DC را برجسته می‌کنند و تاکید می‌کنند بر نیاز به عملکرد سریع و دقیق برای اطمینان از ایمنی و پایداری سیستم.