คำนิยามของตัวตัดวงจร HVDC แบบผสม

คำนิยามสำหรับวงจรตัดกระแส HVDC ไฮบริด

คำนิยามมาตรฐานสำหรับวงจรตัดกระแส AC

• ข้อจำกัด: คำนิยามมาตรฐานสำหรับวงจรตัดกระแส AC ไม่สามารถแปลตรงไปยังการป้องกัน HVDC ได้เนื่องจากช่วงเวลาและภาวะพลวัตที่เกี่ยวข้องแตกต่างกัน
• ช่วงเวลา: วงจรตัดกระแส AC มีเวลาในการทำงานที่ค่อนข้างยาวเมื่อเทียบกับวงจรตัดกระแส DC โดยทั่วไป กระแสไฟฟ้าที่วงจรตัดกระแส AC ตัดจะมีลักษณะใกล้เคียงกับสถานะคงที่เมื่อระบบป้องกันทำงาน แต่ไม่เสมอไป

วงจรตัดกระแส HVDC

• เวลาตอบสนอง: วงจรตัดกระแส HVDC ต้องทำงานก่อนที่กระแสไฟฟ้าความผิดปกติ DC จะเข้าสู่สถานะคงที่ เนื่องจากข้อจำกัดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในวงจรตัดกระแสและคอนเวอร์เตอร์เอง

สาขาหลักและฟังก์ชันของพวกเขา

1. สาขาหลัก:

   • นำกระแสไฟฟ้าในระหว่างการทำงานปกติ

2. สาขารอง:

   • นำกระแสไฟฟ้าความผิดปกติเป็นระยะเวลาสั้นๆ

3. สาขาดูดซับพลังงาน:

   • จำกัดแรงดันข้ามวงจรตัดกระแสและดูดซับพลังงานเพิ่มเติมจากสายส่งไฟฟ้า DC

คำนิยามเวลาสำคัญสำหรับวงจรตัดกระแสไฮบริด

1. การเริ่มต้นความผิดปกติ (Tf):

   • ช่วงเวลาที่สภาพทางไฟฟ้าของเครือข่ายเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้เกิดภาวะกระแสไฟฟ้าเกิน

2. เวลาตรวจจับ:

   • เวลาที่ใช้จากการเริ่มต้นความผิดปกติจนถึงช่วงเวลาที่ระบบป้องกันตรวจจับความผิดปกติ

3. เวลาระบุตำแหน่ง:

   • เวลาที่ใช้จากระยะเวลาที่ตรวจจับความผิดปกติจนถึงช่วงเวลาที่ระบบป้องกันตัดสินใจว่าจะเปิดวงจรตัดกระแสใด

4. เวลาทำงาน:

   • เวลาที่ใช้สำหรับวงจรตัดกระแสระหว่างการเปลี่ยนสถานะจาก "ปิด" เป็น "เปิด"

5. เวลาตัดกระแส (Tint):

   • เวลาระหว่างการเริ่มต้นความผิดปกติและวงจรตัดกระแสรวมแรงดันเพียงพอที่จะต้านทานกระแสไฟฟ้าความผิดปกติอย่างมาก

6. เวลาการสลับ (Tcom):

   • เวลาที่ใช้สำหรับกระแสไฟฟ้าในสาขาหลักที่ลดลงเหลือศูนย์ หรือใกล้ศูนย์เพียงพอที่จะทำให้ขั้นตอนถัดไปของวงจรตัดกระแสสามารถดำเนินการได้

7. เวลาล้าง (Tclr):

   • เวลาที่ใช้จากการเริ่มต้นความผิดปกติจนถึงช่วงเวลาที่กระแสไฟฟ้าในสายส่ง DC ลดลงเหลือศูนย์ หรือถึงกระแสไฟฟ้า Iknee ของวาริสเตอร์

8. เวลาทำงานในการจำกัดกระแส (Tlim):

   • เวลาที่วงจรตัดกระแสริเริ่มทำงานเป็นวงจรจำกัดกระแสความผิดปกติ

วงจรตัดกระแสไฮบริดแบบปฏิบัติการเชิงรุก (PHCB) HVDC ที่ออกแบบโดย ABB

ภาพรวมการออกแบบ

วงจรตัดกระแสไฮบริดแบบปฏิบัติการเชิงรุก (PHCB) HVDC ที่ออกแบบโดย ABB ประกอบด้วยสองสาขาขนาน:

1. เส้นทางกระแสไฟฟ้าปกติ:

   • สวิตช์กลไก: อยู่ในสถานะปิดในระหว่างการทำงานปกติ
   • สวิตช์สลับโหลด (LCS): ซ้อนกันเป็นชุดของสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์แรงดันต่ำที่เปิดอยู่ในระหว่างการทำงานปกติ

2. องค์ประกอบหลักในการตัดกระแส:

   • วงจรตัดกระแสหลัก: ซ้อนกันเป็นชุดของสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ที่ปิดอยู่ในระหว่างการทำงานปกติ

3. สาขาดูดซับพลังงาน:

   • รวมกับสาขารองเพื่อเพิ่มฟังก์ชันให้กับวงจรตัดกระแส ทำให้ส่วนต่างๆ ของสาขารองสามารถสลับเปิด-ปิดแยกกันได้ คุณสมบัตินี้ทำให้วงจรตัดกระแสมีความสามารถในการจำกัดกระแสความผิดปกติในบางสถานการณ์

การทำงานปกติ

• สวิตช์แยก: ปิด
• LCS: เปิด
• วงจรตัดกระแสหลัก: ปิด

การทำงานในกรณีความผิดปกติ

1. การตรวจจับความผิดปกติ:

   • LCS ถูกปิด
   • วงจรตัดกระแสหลักถูกเปิด
   • LCS ให้แรงดันเพียงพอในการสลับกระแสจากสาขาหลักไปยังสาขารอง
   • LCS อาจถูกกระตุ้นก่อนที่ความผิดปกติจะได้รับการยืนยัน ทำให้กระบวนการตรวจจับสามารถทำงานขนานกับการทำงานของวงจรตัดกระแสได้

2. การโอนกระแส:

   • เมื่อมีกระแสทั้งหมดไหลผ่านวงจรตัดกระแสหลัก สวิตช์กลไกความเร็วสูงถูกเปิด
   • เมื่อสวิตช์กลไกเปิดอย่างเต็มที่ วงจรตัดกระแสหลักถูกปิด กระแสในวงจรตัดกระแสหลักถูกตัด และพลังงานในสายส่งถูกดูดซับโดยวาริสเตอร์
   • สวิตช์วงจรตัดกระแสที่มีความเร็วต่ำใช้ในการตัดกระแสรั่วผ่านวงจรตัดกระแสหลักและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งอาจมีความสำคัญขึ้นอยู่กับการออกแบบของสาขาดูดซับพลังงาน สวิตช์นี้ยังให้การแยกทางไฟฟ้าอย่างเต็มที่

ตัวอย่างเชิงภาพ

รูปที่ 3 แสดงรูปคลื่นกระแสไฟฟ้าความผิดปกติที่มีการระบุเวลาและค่ากระแส ภาวะพลวัตได้ถูกขยายเพื่อให้สามารถวาดคำนิยามได้ง่าย:

• การเริ่มต้นความผิดปกติ (Tf): ช่วงเวลาเริ่มต้นของความผิดปกติ
• เวลาตรวจจับ: เวลาจาก Tf จนถึงการตรวจจับความผิดปกติ
• เวลาระบุตำแหน่ง: เวลาจากการตรวจจับจนถึงการกำหนดว่าวงจรตัดกระแสถูกเปิด
• เวลาทำงาน: เวลาที่วงจรตัดกระแสริเริ่มการเปลี่ยนสถานะจากปิดเป็นเปิด
• เวลาตัดกระแส (Tint): เวลาจาก Tf จนถึงการสร้างแรงดันเพียงพอที่จะต้านทานกระแสไฟฟ้าความผิดปกติ
• เวลาการสลับ (Tcom): เวลาที่กระแสในสาขาหลักลดลง
• เวลาล้าง (Tclr): เวลาจาก Tf จนถึงกระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์หรือ Iknee
• เวลาทำงานในการจำกัดกระแส (Tlim): เวลาที่วงจรตัดกระแสริเริ่มการทำงานในการจำกัดกระแสความผิดปกติ

สรุป

วงจรตัดกระแสไฮบริดแบบปฏิบัติการเชิงรุก (PHCB) HVDC ที่ออกแบบโดย ABB รวมเอาสวิตช์กลไกและสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์เข้าด้วยกันเพื่อให้การป้องกันความผิดปกติที่รวดเร็ว น่าเชื่อถือ และมีประสิทธิภาพสำหรับระบบ HVDC คำนิยามและช่วงเวลาสำหรับวงจรตัดกระแส HVDC ไฮบริดเน้นถึงความท้าทายและความต้องการเฉพาะของระบบป้องกัน DC ย้ำถึงความจำเป็นในการทำงานอย่างรวดเร็วและแม่นยำเพื่อรักษาความปลอดภัยและเสถียรภาพของระบบ