Grupació de interruptors desconnectadors en xarxes HVDC

Interruptors de desconnexió HVDC:
Els interruptors de desconnexió HVDC (DS) s'utilitzen per desconnectar diversos circuits en les xarxes de transmissió HVDC. Per exemple, el DS HVDC es pot aplicar a tasques de commutació com la commutació de corrents de càrrega de línia o cable, la commutació de línia sense càrrega, o la commutació de transferència de cable, a més de desconnectar equips que inclouen un banc de convertidors (vàlvula de tiristor), un banc de filtres i una línia de terra. El DS HVDC també s'aplica a l'equiment de conmutació DC per interrompre la corrent residual o de fuga a través d'un interruptor després de treure una corrent de fallada.

Figura 1: Exemple d'un diagrama de pol únic d'interruptor de desconnexió HVDC en un sistema HVDC bipolar

La Figura 1 mostra un exemple d'un diagrama de pol únic amb l'equip de commutació relacionat (excepte el disjuntor de transferència de retorn metàl·lic) en el sistema de transmissió HVDC bipolar al Japó. En general, els requisits per als DS HVDC i ES en el sistema HVDC són similars als dels DS HVAC i ES utilitzats en el sistema AC, però alguns equips inclouen requisits addicionals depenent de la seva aplicació. La Taula 1 dona les principals tasques de commutació imposades a aquests DS HVDC (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Taula 1: Principals tasques de commutació de l'interruptor de desconnexió (DS) aplicat al sistema HVDC bipolar

Grups d'interruptors de desconnexió HVDC:
Grup A: El DS ha d'interrompre la corrent de descàrrega de la línia deguda a les càrregues residuals d'un cable submarí que té una capacitance relativament gran (aproximadament 20 μF). La tensió residual induïda en la línia després d'una parada del convertidor es descarrega a través d'un circuit snubber en un banc de convertidors en ambdós C/S (Anan C/S i Kihoku C/S) a terra. La constant de temps de descàrrega és d'uns 40 s, que correspon a un temps de descàrrega de 3 min. La corrent de descàrrega es va establir a 0,1 A basant-se en el valor calculat a partir de la tensió residual de 125 kV i la resistència del circuit snubber en la màquina de tiristors.

Grup B: El DS normalment s'utilitza per commutar una línia de transmissió defectuosa a una línia neutral sana per utilitzar la línia neutral com a línia de transmissió temporal o permanent després que el sistema s'hagi aturat completament. Això requereix les mateixes especificacions que el DS del grup A.

Grup C: El DS ha de transferir la corrent nominal de càrrega des del DS al commutador bypass (BPS) connectat en paral·lel amb un banc de convertidors per reiniciar la unitat del banc. L'especificació de la corrent de transferència és de 2800 A en aquest projecte. La Figura 2 il·lustra un procés de transferència de corrent nominal des del DS al BPS.

En primer lloc, la unitat superior del banc de convertidors s'atura i la unitat inferior del banc de convertidors es manté operativa. Per operar la unitat superior del banc des d'una condició d'aturada, el DS C1 s'obre a continuació per commutar la corrent nominal al BPS. Basant-se en l'anàlisi amb un circuit equivalent del procés de transferència de corrent mostrat en la Figura 2c, els requisits per al DS del grup C es donen per una tensió de CC 1 V a una corrent nominal de 2800 A, on la tensió s'ha calculat amb la resistència i inductància per unitat de longitud corresponent a la longitud de transferència de corrent, inclos el DC-GIS.

Figura 2: Operació de transferència de corrent DS del grup C. (a) Posició tancada del DS, (b) Posició oberta del DS, (c) Circuit equivalent del DS

Grup D: El DS ha d'interrompre la corrent de càrrega del banc de convertidors quan una unitat del banc de convertidors s'atura. Encara que la màquina de tiristors s'atura, una corrent de riple flueix a través de la capacitance estranya del banc de convertidors. El resultat analític mostra que és molt probable que la corrent de riple es talli a menys de 1 A, i la tensió de recuperació deguda a la diferència entre la tensió DC residual del costat del convertidor i la tensió DC del costat de la línia, que inclou components de riple, és menor de 70 kV, tal com es mostra en la Figura 3.

Figura 3: Diferència de tensió entre els contactes del DS

Conclusió sobre l'agrupació d'interruptors de desconnexió HVDC:
El rendiment de commutació de tots els DS HVDC dels grups A a D s'ha dissenyat basant-se en el DS AC, i el seu rendiment s'ha confirmat amb proves de fabricació amb les condicions de prova mostrades a la Taula 1. No hi ha diferències significatives de disseny entre el DS HVAC i el DS HVDC, excepte la distància de rampa, que és aproximadament un 20% més llarga per a les aplicacions HVDC.

Figura 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) utilitzats per GIS DC de 500 kV

L'equip de conmutació aïllat per gas (DC-GIS) compost per diversos DS HVDC i interruptors de terra (ES) també s'aplica en xarxes HVDC properes a la costa. La Figura 4 mostra un exemple de DC-GIS que inclou DS DC i ES DC instal·lats a la subestació de conversió en el sistema HVDC bipolar, que es va posar en servei el 2000.