Afbryderkontakternes gruppering i HVDC-net

HVDC afbrydere:
HVDC-afbrydere (DS) bruges til at afbryde forskellige kredsløb i HVDC-transmissionsnetværk. For eksempel anvendes HVDC DS til skiftetasker som linje- eller kabelopladningsstrømsskift, tom linje- eller kabelforskydning, samt udkobling af udstyr, herunder en omformerbank (thyristorventil), et filterbank, og en jordforbindelseslinje. HVDC DS anvendes også i DC-brydestationer for at afslutte rest- eller leckstrømmen gennem en afbryder efter en fejlstrøm er blevet fjernet.

Figur 1: Eksempel på en enkeltpol diagram af HVDC-afbryder i et bipolar HVDC-system

Figur 1 viser et eksempel på en enkeltpol diagram med relateret skifteudstyr (undtagen Metallic return transfer breaker) i det bipolar HVDC-transmissionsystem i Japan. Generelt er kravene til HVDC DS og ES i HVDC-systemet lignende de HVAC DS og ES, der anvendes i AC-systemet, men nogle udstyr inkluderer yderligere krav afhængigt af deres anvendelse. Tabel 1 giver de vigtigste skiftetasker, der pålægges disse HVDC DS (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tabel 1: Hovedskiftetasker for afbrydere (DS) anvendt i et bipolar HVDC-system

Gruppering af HVDC-afbrydere:
Gruppe A: DS skal afbryde linjens afladningsstrøm på grund af restladninger i en undervandskabel, der har en relativt stor kapacitance (omkring 20 μF). Den restlige spænding, der induceres i linjen efter en omformerstop, aflades gennem en snubberkreds i en omformerbank ved både C/Ss (Anan C/S og Kihoku C/S) til jorden. Afladningstiden er omkring 40 s, hvilket svarer til en afladningstid på 3 minutter. Afladningsstrømmen blev sat til 0,1 A baseret på værdien, der blev beregnet fra den restlige spænding på 125 kV og modstanden i snubberkredsen i thyristorventilen.

Gruppe B: DS anvendes normalt til at skifte en defekt transmissionslinje til en sund neutral linje for at bruge neutral linjen midlertidigt eller permanent som en transmissionslinje, når systemet er fuldstændigt stoppet. Dette kræver samme specifikationer som gruppe A DS.

Gruppe C: DS skal overføre den nominale belastningsstrøm fra DS til bypass switch (BPS), der er forbundet parallelle med en omformerbank, for at genstarte bankenheden. Specifikationen for overføringsstrømmen er 2800 A i dette projekt. Figur 2 illustrerer en nominal strømoverførselsproces fra DS til BPS.

Først stoppes den øvre omformerbankenhed, mens den nedre omformerbankenhed fungerer. For at starte den øvre bankenhed fra en stoppet tilstand, åbnes DS C1 næste for at kommutere den nominale strøm til BPS. Baseret på analyse med en ækvivalent kreds af strømoverførselsprocessen, vist i figur 2 c, er kravene til gruppe C DS givet ved en spænding på DC 1 V ved en nominel strøm på 2800 A, hvor spændingen blev beregnet med resistansen og induktansen pr. længdenhedsværdi, der svarer til strømoverførsellængden, herunder DC-GIS.

Figur 2: Strømoverførselsoperation af DS i gruppe C. (a) DS lukket position, (b) DS åben position, (c) ækvivalent kreds af DS

Gruppe D: DS skal afbryde en omformerbanks opladningsstrøm, når en omformerbankenhed stoppes. Selvom thyristorventilen stoppes, flyder en riplingstrøm gennem parasitkapacitancen i omformerbanken. Analyseresultatet viser, at det er højst sandsynligt, at riplingstrømmen bliver mindre end 1 A, og genskabelsespændingen pga. forskellen mellem den restlige DC-spænding på omformersiden og DC-spændingen på linjesiden, der inkluderer riplingkomponenter, er mindre end 70 kV, som vist i figur 3.

Figur 3: Spændingsforskelle mellem DS-kontakter

Konklusion om gruppering af HVDC-afbrydere:
Skifteydeevnen for alle HVDC DS i grupperne A til D blev designet baseret på AC DS, og dens ydeevne blev bekræftet ved fabrikstests med testbetingelser, vist i tabel 1. Der findes ingen betydelige designforskelle mellem HVAC DS og HVDC DS, undtagen for krypafstand, der er ca. 20% længere for HVDC-anvendelser.

Figur 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) anvendt i 500 kV-DC GIS

Gassikret brydestation (DC-GIS), sammensat af flere HVDC DS og jordforbindelsesswitches (ES), anvendes også i HVDC-net nær kysten. Figur 4 viser et eksempel på DC-GIS, der inkluderer DC DS og DC ES, der blev installeret ved omformerstationen i det bipolar HVDC-system, der blev indsat i drift i 2000.