Hybrid HVDC bryterdefinisjoner

Definisjoner for hybrid HVDC strømbrytere

Standarddefinisjoner for AC strømbrytere

• Begrensninger: Standarddefinisjonene for AC strømbrytere overføres ikke direkte til HVDC-beskyttelse fordi tidsrammene og dynamikken involvert er forskjellige.
• Tidsrammer: AC strømbrytere har en relativt lang tid til å handle sammenlignet med DC strømbrytere. Typisk vil feilstrømmene som en AC strømbryter avbryter være nær stabiltilstand når beskyttelsen trer i kraft, men dette er ikke alltid tilfelle.

HVDC strømbrytere

• Svarstid: HVDC strømbrytere må handle før DC-feilstrømmen har nådd en stabil verdi, på grunn av begrensningene i elektronikken innenfor strømbryterne og konverterne selv.

Nøkkelfelt og deres funksjoner

1. Hovedgren:

   • Fører strømmen under normal drift.

2. Secondary Branch:

   • Fører feilstrømmen i en kort periode.

3. Energiabsorberingsgren:

   • Begrenser spenningen over strømbryteren og absorberer eventuell ekstra energi fra DC-nettet.

Nøkkel-tidsdefinisjoner for hybrid strømbrytere

1. Feiloppståelse (Tf):

   • Øyeblikket da elektriske forhold i nettet endrer seg, noe som resulterer i en overstrømningssituasjon.

2. Deteksjonstid:

   • Tiden det tar fra feiloppståelse til øyeblikket beskyttelsessystemet oppdager feilen.

3. Lokaliseringstid:

   • Tiden det tar for beskyttelsessystemet å bestemme hvilke strømbrytere som skal åpnes fra øyeblikket en feil blir oppdaget.

4. Operasjonstid:

   • Tiden det tar for strømbryteren å overgå fra "Lukket" tilstand til "Åpen" tilstand.

5. Avbrytelsestid (Tint):

   • Tiden mellom feiloppståelse og strømbryteren bygger nok spenning til å motvirke feilstrømmen betydelig.

6. Kommutasjonstid (Tcom):

   • Tiden det tar for strømmen i hovedgrenen å synke til null, eller så nær null at neste fase i strømbryterens operasjon kan foregå.

7. Ryddingstid (Tclr):

   • Tiden det tar fra feiloppståelse til øyeblikket DC-linje-strømmen når null, eller knestrommet av varistorene (I_knee) blir nådd.

8. Strømbegrensning operasjonstid (Tlim):

   • Tiden da strømbryteren starter å fungere som en feilstrømbegrenser.

ABB designet proaktiv hybrid strømbryter (PHCB) HVDC

Oversikt over design

Den proaktive hybride strømbryteren (PHCB) HVDC, designet av ABB, består av to parallelle gren:

1. Normal strømvei:

   • Mekanisk bryter: Forblir lukket under normal drift.
   • Lastkommutasjonsbryter (LCS): En lavspennings serie-stak av halvlederbrytere som er slått på under normal drift.

2. Hovedstrømbryterelement:

   • Hovedbryter: En stak av halvlederbrytere som er slått av under normal drift.

3. Energiabsorberingsgren:

   • Kombinert med sekundær gren for å legge til funksjonalitet til strømbryteren. Dette tillater deler av sekundær gren å bli slått uavhengig av hverandre. Denne funksjonen lar strømbryteren fungere som en feilstrømbegrenser i visse situasjoner.

Normal drift

• Skillebryter: Lukket
• LCS: Slått på
• Hovedbryter: Slått av

Drift under feilsituasjon

1. Feildeteksjon:

   • LCS er slått av.
   • Hovedbryteren er slått på.
   • LCS gir nok spenning til å kommutere strøm fra hovedgren til sekundær gren.
   • LCS kan utløses før feilen er bekreftet, noe som tillater deteksjonsalgoritmen å prosessere parallelt med strømbryterens operasjon.

2. Overføring av strøm:

   • Når all strøm flyter gjennom hovedbryteren, åpnes hurtig mekanisk skillebryter.
   • Når mekanisk bryter er fullstendig åpen, slås hovedkretsbryteren av, hovedbryterstrømmen blir avbrutt, og linjeenergien dissiperes i varistorene.
   • Den relativt sakte serie reststrømskillebryter brukes for å bryte lekkasje-strøm gjennom hovedbryteren og relaterte enheter, som kan være betydelig avhengig av hvordan energiabsorberingsgrenen er designet. Denne bryteren gir også full isolasjon.

Illustrativ eksempel

Figur 3 viser et typisk feilstrøm-bølgeform med merkede tidspunkter og strømverdier. Dynamikken er overdratt for å gjøre det mulig å tegne definisjonene lett:

• Feiloppståelse (Tf): Det initielle øyeblikket da feilen oppstår.
• Deteksjonstid: Tid fra Tf til deteksjon av feilen.
• Lokaliseringstid: Tid fra deteksjon til avgjørelse om hvilke brytere som skal åpnes.
• Operasjonstid: Tid for bryteren å overgå fra lukket til åpen.
• Avbrytelsestid (Tint): Tid fra Tf til nok spenning bygges opp for å motvirke feilstrømmen.
• Kommutasjonstid (Tcom): Tid for strøm i hovedgrenen å synke.
• Ryddingstid (Tclr): Tid fra Tf til null strøm eller Iknee.
• Strømbegrensning operasjonstid (Tlim): Tid da bryteren starter å begrense feilstrømmen.

Oppsummering

Den proaktive hybride strømbryteren (PHCB) HVDC, designet av ABB, kombinerer mekaniske og halvlederbrytere for å gi rask, pålitelig og effektiv feilbeskyttelse for HVDC-systemer. Definisjonene og tidsrammene for hybrid HVDC strømbrytere fremhever de unike utfordringene og kravene ved DC-beskyttelse, med vekt på rask og nøyaktig operasjon for å sikre systemets sikkerhet og stabilitet.