Kõrvaldaja lüliti grupeerimine HVDC võrkudes

HVDC katkiselemendid:
HVDC katkiselemente (DS) kasutatakse erinevate tsirkuitide lahutamiseks HVDC edastusvõrkudes. Näiteks HVDC DS-rakendusi on näiteks joone või kabeli laetusejoone vahetamine, tühi joone või kabele ülekandmine, lisaks seadmete lahutamiseks, sealhulgas muunduripanga (tiristorvalv), filtreerimispanga ja maandussideme lahutamiseks. HVDC DS-d kasutatakse ka DC katkiselemendina, et lõpetada jääkvool või lekkevool katkija läbi pärast veavoolu ärahoidmist.

Joonis 1: Ühepolüüsilise HVDC katkiselementi joonistuse näide bipoolaarses HVDC süsteemis

Joonis 1 näitab ühepolüüsilise joonistuse näidet koos seotud vahetamisseadmetega (välja arvatud metallikas tagasiside katkija) Jaapanis asuvates bipoolaarsetes HVDC edastusvõrkudes. Üldiselt on HVDC DS-i ja ES-i nõuded HVDC-s sarnased HVAC DS-i ja ES-i nõuetega AC-süsteemides, kuid mõned seadmed sisaldavad lisanõudeid sõltuvalt nende rakendusest. Tabel 1 annab peamised vahetamisülesanded, mis kehtivad neile HVDC DS-le (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tabel 1: Peamised vahetamisülesanded HVDC katkiselementile (DS) bipoolaarses HVDC süsteemis

HVDC katkiselementide grupid:
Rühm A: Katkiselementil tuleb katkestada joone laetusevool, mis tuleneb merealuse kabele suurendatud kapatsitancest (umbes 20 μF). Muunduri peatumise järel joones induktseeritud jääkvool väljastatakse läbi snubber-tsükli muunduripangas mõlemas C/S-is (Anan C/S ja Kihoku C/S) maapinna poole. Väljavoolu aegkonstant on umbes 40 sekundit, mis vastab 3 minutilise väljavoolu aegule. Väljavool määrati 0,1 A, arvestades 125 kV jääkvoolu ja tiristorivalve snubber-tsüklis oleva vastusega arvutatud väärtust.

Rühm B: Katkiselementit kasutatakse tavaliselt vigase edastusjoone vahetamiseks tervikliku neutraalse joone poole, et kasutada neutraaljoont ajutiselt või püsivalt edastusjooneks pärast süsteemi täielikku peatamist. Selleks on vaja sama spetsifikatsiooni, mis rühma A katkiselemendil.

Rühm C: Katkiselementil tuleb nominalvooli ülekanda katkiselementilt paralleelsesse muunduripanga ühendatud ümberringiks (BPS) selleks, et taaskäivitada pangayksus. Selle projekti korral on nominalvooli ülekandemäär 2800 A. Joonis 2 illustreerib nominalvooli ülekandeprotsessi katkiselementilt BPS-le.

Esiteks peatatatakse ülemine muunduripangayksus ja töötab alumine muunduripangayksus. Ülemise pangayksuse käivitamiseks peatatud olekust avatakse katkiselement C1, et nominalvooli ülekanda BPS-le. Analüüsi alusel, näidatud ekvivalentse tsükliga vooluülekandeprotsessi, näidatakse joonis 2 c, et rühma C katkiselementi nõuded on 1 V DC voltaga nominalvooli 2800 A korral, kus voltaga arvutati ühiku pikkuse vastuse ja induktiivsusega, vastavalt vooluülekandepikkusele, mis hõlmab DC-GIS-i.

Joonis 2: Rühma C katkiselementi vooluülekandeprotsess. (a) Katkiselement sulges, (b) Katkiselement avanes, (c) Ekvivalentne tsükkel katkiselementi jaoks

Rühm D: Katkiselementil tuleb katkestada muunduripanga laetusevool, kui muunduripangayksus on peatatud. Isegi kui tiristorivalv on peatatud, siis voolab ripplivahe läbi muunduripanga sirgkaptsitantsi. Analüüsi tulemus näitab, et on väga tõenäoline, et ripplivahe on vähem kui 1 A, ja taastumisvoltaž, mis tuleneb muunduripoolse jääkvoolu ja joonipoolse DC voltaži erinevusest, mis sisaldab ripplikomponente, on vähem kui 70 kV, nagu näidatakse joonis 3.

Joonis 3: Voltažierinevus katkiselementi kontaktide vahel

HVDC katkiselementide gruppimise kokkuvõte:
Kõigi rühmade A kuni D HVDC katkiselementide vahetamisomadused on disainitud AC katkiselementide põhjal, ja nende omadusi on kinnitatud tehases katsetustega, mille tingimused on näidatud tabelis 1. HVAC katkiselementide ja HVDC katkiselementide vahel ei ole olulisi disainierinevusi, välja arvatud kriipelustruktuuri, mis on HVDC rakenduste puhul umbes 20% pikem.

Joonis 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) kasutatud 500 kV-DC GIS-i jaoks

Gaasiisolatsiooniga katkiselement (DC-GIS), mis koosneb mitmest HVDC katkiselementist ja maandussidemest (ES), on kasutatud ka HVDC võrkudes, mis asuvad lähedal rannikule. Joonis 4 näitab näidet DC-GIS-st, mis sisaldab DC katkiselemente ja DC maandussidemeid, mis on paigaldatud muunduriasemas bipoolaarses HVDC süsteemis, mis oli valmis 2000. aastal.