Определения гибридного выключателя ВЧБ

Определения для гибридных выключателей HVDC

Стандартные определения для выключателей переменного тока

• Ограничения: Стандартные определения для выключателей переменного тока не могут быть непосредственно применены к защите HVDC, поскольку временные рамки и динамика процессов различаются.
• Временные рамки: У выключателей переменного тока есть относительно длительное время для срабатывания по сравнению с выключателями постоянного тока. Обычно ток короткого замыкания, который прерывает выключатель переменного тока, почти достигает устойчивого состояния к моменту срабатывания защиты, но это не всегда так.

Выключатели HVDC

• Время реакции: Выключатели HVDC должны действовать до того, как ток короткого замыкания постоянного тока достигнет устойчивого значения, из-за ограничений электроники внутри выключателей и преобразователей.

Основные ветви и их функции

1. Основная ветвь:

   • Проводит ток в нормальном режиме работы.

2. Вторичная ветвь:

   • Проводит ток короткого замыкания на короткий период времени.

3. Ветвь поглощения энергии:

   • Ограничивает напряжение на выключателе и поглощает дополнительную энергию от сети постоянного тока.

Основные временные определения для гибридных выключателей

1. Начало аварии (Tf):

   • Момент, когда электрические условия сети изменяются, приводя к перегрузке тока.

2. Время обнаружения:

   • Время, прошедшее с момента начала аварии до момента, когда система защиты обнаруживает аварию.

3. Время локализации:

   • Время, необходимое системе защиты для принятия решения о том, какие выключатели следует открыть, с момента обнаружения аварии.

4. Время операции:

   • Время, необходимое для перехода выключателя из состояния "Закрыто" в состояние "Открыто".

5. Время прерывания (Tint):

   • Время между началом аварии и моментом, когда выключатель создает достаточное напряжение, чтобы существенно противодействовать току короткого замыкания.

6. Время коммутации (Tcom):

   • Время, необходимое для уменьшения тока в основной ветви до нуля или близко к нулю, чтобы следующий этап операции выключателя мог произойти.

7. Время очистки (Tclr):

   • Время, прошедшее с момента начала аварии до момента, когда ток на линии постоянного тока достигает нуля или коленного тока варисторов (I_knee).

8. Время начала операции ограничения тока (Tlim):

   • Время, когда выключатель начинает работать как ограничитель тока короткого замыкания.

Гибридный активный выключатель HVDC (PHCB), разработанный ABB

Обзор конструкции

Гибридный активный выключатель HVDC (PHCB), разработанный ABB, состоит из двух параллельных ветвей:

1. Нормальный путь тока:

   • Механический выключатель: Остается закрытым в нормальном режиме работы.
   • Коммутирующий выключатель нагрузки (LCS): Низковольтная последовательная стопка полупроводниковых выключателей, которые включены в нормальном режиме работы.

2. Основной элемент прерывания тока:

   • Основной выключатель: Стопка полупроводниковых выключателей, которые выключены в нормальном режиме работы.

3. Ветвь поглощения энергии:

   • Сочетается со вторичной ветвью, чтобы добавить функциональность выключателю. Это позволяет секциям вторичной ветви переключаться независимо друг от друга. Эта функция позволяет выключателю работать как ограничитель тока короткого замыкания в определенных ситуациях.

Нормальная работа

• Разъединитель: Закрыт
• LCS: Включен
• Основной выключатель: Выключен

Работа при аварийных условиях

1. Обнаружение аварии:

   • LCS выключается.
   • Основной выключатель включается.
   • LCS обеспечивает достаточное напряжение для коммутации тока из основной ветви во вторичную ветвь.
   • LCS может быть запущен до подтверждения аварии, что позволяет алгоритму обнаружения работать параллельно с операцией выключателя.

2. Передача тока:

   • Как только весь ток будет протекать через основной выключатель, высокоскоростной механический разъединитель открывается.
   • Когда механический выключатель полностью открыт, основной выключатель выключается, ток основного выключателя прерывается, и энергия линии рассеивается в варисторах.
   • Относительно медленный последовательный выключатель остаточного тока используется для прерывания утечки тока через основной выключатель и связанные устройства, которая может быть значительной в зависимости от того, как спроектирована ветвь поглощения энергии. Этот выключатель также обеспечивает полную изоляцию.

Иллюстративный пример

На рисунке 3 показан типичный график тока короткого замыкания с помеченными временными и токовыми параметрами. Динамика была преувеличена, чтобы легко можно было сделать определения:

• Начало аварии (Tf): Изначальный момент возникновения аварии.
• Время обнаружения: Время от Tf до обнаружения аварии.
• Время локализации: Время от обнаружения до определения, какие выключатели следует открыть.
• Время операции: Время для перехода выключателя из состояния "Закрыто" в состояние "Открыто".
• Время прерывания (Tint): Время от Tf до достаточного нарастания напряжения, чтобы противодействовать току короткого замыкания.
• Время коммутации (Tcom): Время для уменьшения тока в основной ветви.
• Время очистки (Tclr): Время от Tf до нулевого тока или Iknee.
• Время начала операции ограничения тока (Tlim): Время, когда выключатель начинает ограничивать ток короткого замыкания.

Резюме

Гибридный активный выключатель HVDC (PHCB), разработанный ABB, сочетает механические и полупроводниковые выключатели, чтобы обеспечить быструю, надежную и эффективную защиту от аварий в системах HVDC. Определения и временные рамки для гибридных выключателей HVDC подчеркивают уникальные вызовы и требования защиты постоянного тока, акцентируя внимание на необходимости быстрой и точной работы для обеспечения безопасности и стабильности системы.