مجموعات مفاتيح الفصل في شبكات التيار المباشر عالي الجهد

مفاتيح الفصل في التيار المباشر عالي الجهد (HVDC):
تُستخدم مفاتيح الفصل في التيار المباشر عالي الجهد (DS) لفصل الدوائر المختلفة في شبكات نقل التيار المباشر عالي الجهد. على سبيل المثال، يتم استخدام مفاتيح الفصل HVDC لأداء واجبات التحويل مثل تبديل تيار الشحن للخط أو الكابل، وتبديل الخط الخالي من الحمل، أو تبديل النقل عبر الكابل، بالإضافة إلى فصل المعدات بما في ذلك بنك المحول (صمام الثايستور)، وبنك المرشح، وخط الأرض. كما يتم استخدام مفاتيح الفصل HVDC في معدات التوزيع الكهربائية ذات التيار المستمر لإنهاء التيار المتبقى أو التسرب عبر القاطع بعد إزالة تيار العطل.

الشكل 1: مثال على رسم بياني لقطب واحد لمفتاح الفصل في نظام التيار المباشر عالي الجهد ثنائي القطب

يوضح الشكل 1 مثالًا على رسم بياني لقطب واحد مع المعدات المرتبطة بالتحويل (باستثناء قاطع التحويل العائد المعدني) في نظام نقل التيار المباشر عالي الجهد ثنائي القطب في اليابان. بشكل عام، تكون متطلبات مفاتيح الفصل HVDC وES في نظام التيار المباشر عالي الجهد مشابهة لمفاتيح الفصل HVAC وES المستخدمة في نظام التيار المتردد، ولكن بعض المعدات تتضمن متطلبات إضافية اعتمادًا على تطبيقاتها. يوفر الجدول 1 الوظائف الرئيسية للتحويل المفروضة على هذه المفاتيح الفاصلة HVDC (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

الجدول 1: الوظائف الرئيسية للتحويل لمفتاح الفصل (DS) المطبق على نظام التيار المباشر عالي الجهد ثنائي القطب

مجموعات مفاتيح الفصل في التيار المباشر عالي الجهد:
المجموعة أ: يتطلب من مفتاح الفصل أن يقطع تيار شحن الخط بسبب الشحنات المتبقية في الكابل البحري الذي له سعة كبيرة نسبيًا (حوالي 20 μF). يتم تصريف الجهد المتبقى في الخط بعد توقف المحول عبر دائرة الضبط في بنك المحول في كلتا محطتي C/S (Anan C/S و Kihoku C/S) إلى الأرض. ثابت زمن التصريف هو حوالي 40 ثانية، مما يتوافق مع وقت تصريف مدته 3 دقائق. تم تحديد تيار التصريف بـ 0.1 أمبير بناءً على القيمة المحسوبة من الجهد المتبقى البالغ 125 كيلوفولت ومقاومة دائرة الضبط في صمام الثايستور.

المجموعة ب: يتم استخدام مفتاح الفصل عادةً لتحويل الخط المعطوب إلى خط الحيادي السليم لاستخدام خط الحيادي كخط نقل مؤقتًا أو دائمًا بعد توقف النظام تمامًا. تتطلب هذه نفس المواصفات الخاصة بمفتاح الفصل للمجموعة أ.

المجموعة ج: يتطلب من مفتاح الفصل أن ينقل التيار الأقصى من مفتاح الفصل إلى مفتاح الالتفاف (BPS) المتصل بالتوازي مع بنك المحول لإعادة تشغيل الوحدة. يتم تحديد مواصفات تيار النقل بـ 2800 أمبير في هذا المشروع. يوضح الشكل 2 عملية نقل التيار الأقصى من مفتاح الفصل إلى مفتاح الالتفاف.

في البداية، يتم توقف وحدة بنك المحول العلوي بينما يتم تشغيل وحدة بنك المحول السفلي. لتشغيل الوحدة العلوية من حالة التوقف، يتم فتح مفتاح الفصل C1 لتحويل التيار الأقصى إلى مفتاح الالتفاف. بناءً على التحليل بدائرة مكافئة لعملية نقل التيار الموضحة في الشكل 2 ج، يتم تقديم متطلبات مفتاح الفصل للمجموعة ج بواسطة الجهد DC 1 فولت عند تيار أقصى قدره 2800 أمبير، حيث تم حساب الجهد باستخدام المقاومة والتأخير لكل وحدة طول تتوافق مع طول نقل التيار بما في ذلك DC-GIS.

الشكل 2: عملية نقل التيار لمفتاح الفصل للمجموعة ج. (أ) وضع إغلاق مفتاح الفصل، (ب) وضع فتح مفتاح الفصل، (ج) دائرة مكافئة لمفتاح الفصل

المجموعة د: يتطلب من مفتاح الفصل أن يقطع تيار شحن بنك المحول عند توقف وحدة بنك المحول. حتى لو تم توقف صمام الثايستور، يتدفق تيار موجي عبر السعة الطارئة لبنك المحول. تظهر النتائج التحليلية أنه من المرجح للغاية أن يتم قطع التيار الموجي بأقل من 1 أمبير، وأن الجهد الاسترداد بسبب الفرق بين الجهد DC المتبقى على جانب المحول والجهد DC على جانب الخط والذي يشمل مكونات التيار الموجي أقل من 70 كيلوفولت كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 3: الفروق الجهدية بين نقاط اتصال مفتاح الفصل

خاتمة حول تجميع مفاتيح الفصل في التيار المباشر عالي الجهد:
تم تصميم أداء جميع مفاتيح الفصل HVDC للمجموعات من أ إلى د استنادًا إلى مفاتيح الفصل AC، وتم تأكيد أدائها من خلال الاختبارات المعملية مع ظروف الاختبار الموضحة في الجدول 1. لا توجد اختلافات كبيرة في التصميم بين مفاتيح الفصل HVAC وHVDC باستثناء المسافة الزحف، والتي تكون أطول بنسبة حوالي 20% لتطبيقات التيار المباشر.

الشكل 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) المستخدمة في GIS 500 كيلوفولت-DC

تعتبر المعدات الكهربائية المعزولة بالغاز (DC-GIS) التي تتكون من عدة مفاتيح فصل HVDC ومفاتيح الأرض (ES) أيضًا مستخدمة في شبكات التيار المباشر عالي الجهد قريبة من الساحل. يوضح الشكل 4 مثالًا على DC-GIS بما في ذلك مفاتيح الفصل DC ومفاتيح الأرض DC التي تم تركيبها في محطة المحول في نظام التيار المباشر عالي الجهد ثنائي القطب، والذي تم تدشينه في عام 2000.