Hybrid HVDC-brytare Definitioner

Definitioner för hybrid HVDC strömbrytare

Standarddefinitioner för AC-strömbrytare

• Begränsningar: De standarddefinitioner som gäller för AC-strömbrytare översätts inte direkt till HVDC-skydd eftersom tidsramarna och dynamiken är olika.
• Tidsramar: AC-strömbrytare har en relativt lång tid att agera jämfört med DC-strömbrytare. Vanligtvis kommer felströmmen som en AC-strömbrytare avbryter nästan att ha nått ett stabilt tillstånd när skyddet trätt i kraft, men detta är inte alltid fallet.

HVDC-strömbrytare

• Svarstid: HVDC-strömbrytare måste agera innan den direkta strömfelströmmen når ett stabilt värde, på grund av begränsningarna hos elektroniken inuti strömbrytarna och omvandlarna själva.

Viktiga grenar och deras funktioner

1. Primär gren:

   • För ström under normal drift.

2. Sekundär gren:

   • För felström under en kort period.

3. Energiabsorberingsgren:

   • Begränsar spänningen över strömbrytaren och absorberar eventuell extra energi från det direkta nätet.

Viktiga tidsdefinitioner för hybridströmbrytare

1. Felförlopp (Tf):

   • Ögonblicket då de elektriska förhållandena i nätet ändras, vilket resulterar i ett överströmförhållande.

2. Dektider:

   • Tiden det tar från felförloppet till det ögonblick då skyddssystemet upptäcker felet.

3. Lokaliseringstid:

   • Tiden det tar för skyddssystemet att bestämma vilka strömbrytare som ska öppnas från det ögonblick felet upptäcks.

4. Drifttid:

   • Tiden det tar för strömbrytaren att gå från "Stängd" till "Öppen" status.

5. Avbrotts tid (Tint):

   • Tiden mellan felförloppet och strömbrytaren bygger upp tillräcklig spänning för att betydande motsätta sig felströmmen.

6. Kommutations tid (Tcom):

   • Tiden det tar för strömmen i primärgrenen att minska till noll, eller så nära noll att nästa steg i strömbrytarens operation kan genomföras.

7. Rensningstid (Tclr):

   • Tiden det tar från felförloppet till det ögonblick då den direkta linje strömmen når noll, eller knäspänningen för varistorerna (I_knee) uppnås.

8. Strömbegränsningsdrifttid (Tlim):

   • Tiden då strömbrytaren börjar fungera som en felströmbegränsare.

ABB-designad proaktiv hybridströmbrytare (PHCB) HVDC

Designöversikt

Den proaktiva hybridströmbrytaren (PHCB) HVDC, designad av ABB, består av två parallella grenar:

1. Normal strömpassage:

   • Mekanisk växel: Förblir stängd under normal drift.
   • Lastkommutationsväxel (LCS): En lågspänningsseriestack av halvledarslutare som är påslagen under normal drift.

2. Huvudströmbrytar element:

   • Huvudbrytare: En stack av halvledarslutare som är avstängd under normal drift.

3. Energiabsorberingsgren:

   • Kombinerad med sekundärgren för att lägga till funktioner till strömbrytaren. Detta möjliggör att delar av sekundärgren kan växlas oberoende av varandra. Denna funktion gör det möjligt för strömbrytaren att fungera som en felströmbegränsare i vissa situationer.

Normal drift

• Avkopplare: Stängd
• LCS: Påslagen
• Huvudbrytare: Avstängd

Drift vid fel villkor

1. Feldetektion:

   • LCS stängs av.
   • Huvudbrytaren slås på.
   • LCS ger tillräcklig spänning för att kommutera strömmen från primärgrenen till sekundärgrenen.
   • LCS kan utlösas innan felet bekräftas, vilket tillåter detektoralgoritmen att bearbeta parallellt med strömbrytarens operation.

2. Strömovertagande:

   • När hela strömmen flödar genom huvudbrytaren öppnas den höghastighetsmekaniska avkopplaren.
   • När mekaniska växeln är fullständigt öppnad stängs huvudcirkuitbrytaren av, huvudbrytarens ström avbryts, och linjens energi dissiperas i varistorerna.
   • Den relativt långsamma serie restströmsavkopplingscirkuitbrytaren används för att bryta länkströmmen genom huvudbrytaren och relaterade enheter, vilket kan vara betydande beroende på hur energiabsorberingsgrenen är designad. Denna växel ger också full isolering.

Illustrativ exempel

Figur 3 visar en typisk felströmvågform med märkta tider och strömnivåer. Dynamiken har överdrivits för att göra det lättare att rita definitionerna:

• Felförlopp (Tf): Det ursprungliga ögonblicket för feluppkomst.
• Dektider: Tiden från Tf till detektering av felet.
• Lokaliseringstid: Tiden från detektering till fastställande av vilka brytare som ska öppnas.
• Drifttid: Tiden för brytaren att gå från stängd till öppen.
• Avbrotts tid (Tint): Tiden från Tf till tillräcklig spänningsuppbyggnad för att motsätta sig felströmmen.
• Kommutations tid (Tcom): Tiden för strömmen i primärgrenen att minska.
• Rensningstid (Tclr): Tiden från Tf till nollström eller Iknee.
• Strömbegränsningsdrifttid (Tlim): Tiden då brytaren börjar begränsa felströmmen.

Sammanfattning

Den proaktiva hybridströmbrytaren (PHCB) HVDC, designad av ABB, kombinerar mekaniska och halvledarslutare för att ge snabb, tillförlitlig och effektiv fel skydd för HVDC-system. Definitionerna och tidsramarna för hybrid HVDC-strömbrytare belyser de unika utmaningarna och kraven för DC-skydd, med fokus på snabb och precist operation för att säkerställa systemets säkerhet och stabilitet.