گروه‌بندی دستکش‌های جداکننده در شبکه‌های HVDC

سوییچ‌های جداکننده HVDC:
سوییچ‌های جداکننده HVDC (DS) برای قطع مدارهای مختلف در شبکه‌های انتقال HVDC استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، DS HVDC برای وظایف تغییر مسیر مانند تغییر جریان شارژ خط یا کابل، تغییر جریان خط خالی یا کابل، علاوه بر قطع تجهیزات شامل بانک تبدیل‌دهنده (دریچه تریستور)، بانک فیلتر و خط زمینی استفاده می‌شود. DS HVDC همچنین در دستگاه‌های سوییچ‌گیری DC استفاده می‌شود تا جریان باقی‌مانده یا نشتی را پس از رفع جریان خطا از طریق یک مهارکننده متوقف کند.

شکل ۱: مثالی از نمودار یک قطبی سوییچ جداکننده HVDC در سیستم HVDC دوقطبی

شکل ۱ نمونه‌ای از نمودار یک قطبی با تجهیزات مرتبط با تغییر مسیر (به جز براکر انتقال بازگشت فلزی) در سیستم انتقال HVDC دوقطبی در ژاپن را نشان می‌دهد. به طور کلی، نیازهای DS و ES در سیستم HVDC مشابه DS و ES استفاده شده در سیستم AC هستند، اما برخی تجهیزات شامل نیازهای اضافی در ارتباط با کاربرد آنها می‌باشند. جدول ۱ وظایف اصلی تغییر مسیر که بر DS HVDC تحمیل می‌شود (CIGRE JWG A3/B4.34 2017) را نشان می‌دهد.

جدول ۱: وظایف اصلی تغییر مسیر سوییچ جداکننده (DS) که در سیستم HVDC دوقطبی استفاده می‌شود

گروه‌بندی سوییچ‌های جداکننده HVDC:
گروه A: DS باید قادر به قطع جریان تخلیه خط باشد که ناشی از بار باقی‌مانده کابل زیرآبی با ظرفیت نسبتاً بزرگ (تقریباً ۲۰ میکروفاراد) است. ولتاژ باقی‌مانده در خط پس از توقف تبدیل‌دهنده از طریق مدار مهارکننده در بانک تبدیل‌دهنده در هر دو C/S (Anan C/S و Kihoku C/S) به زمین تخلیه می‌شود. ثابت زمانی تخلیه حدود ۴۰ ثانیه است که معادل زمان تخلیه ۳ دقیقه است. جریان تخلیه به ۰.۱ آمپر تنظیم شده است که بر اساس مقدار محاسبه شده از ولتاژ باقی‌مانده ۱۲۵ کیلوولت و مقاومت مدار مهارکننده در دریچه تریستور تعیین شده است.

گروه B: DS معمولاً برای تغییر مسیر خط انتقال خراب شده به خط نیوترال سالم استفاده می‌شود تا خط نیوترال به طور موقت یا دائمی به عنوان خط انتقال پس از توقف کامل سیستم استفاده شود. این نیازمند مشخصات مشابه DS گروه A است.

گروه C: DS باید قادر به انتقال جریان بار اسمی از DS به سوییچ دورزن (BPS) که به صورت موازی با بانک تبدیل‌دهنده متصل شده است تا واحد بانک را دوباره روشن کند. مشخصات جریان انتقال در این پروژه ۲۸۰۰ آمپر است. شکل ۲ فرآیند انتقال جریان اسمی از DS به BPS را نشان می‌دهد.

در ابتدا واحد بالایی بانک تبدیل‌دهنده متوقف شده و واحد پایینی بانک تبدیل‌دهنده در حال عملیات است. برای عملیات واحد بالایی از حالت توقف، DS C1 باز شده و جریان اسمی به BPS منتقل می‌شود. بر اساس تحلیل با مدار معادل فرآیند انتقال جریان نشان داده شده در شکل ۲c، نیازهای DS گروه C با ولتاژ DC ۱ ولت در جریان اسمی ۲۸۰۰ آمپر تعیین می‌شود که ولتاژ با مقاومت و القای واحد طول متناظر با طول انتقال جریان شامل DC-GIS محاسبه شده است.

شکل ۲: عملیات DS انتقال جریان گروه C. (a) موقعیت بسته DS، (b) موقعیت باز DS، (c) مدار معادل DS

گروه D: DS باید قادر به قطع جریان شارژ بانک تبدیل‌دهنده باشد وقتی که واحد بانک تبدیل‌دهنده متوقف شده است. حتی اگر دریچه تریستور متوقف شده باشد، جریان نوسانی از طریق ظرفیت جانبی بانک تبدیل‌دهنده می‌جوشد. نتیجه تحلیل نشان می‌دهد که احتمال بسیار بالایی وجود دارد که جریان نوسانی کمتر از ۱ آمپر قطع شود و ولتاژ بازیابی ناشی از تفاوت ولتاژ DC باقی‌مانده سمت تبدیل‌دهنده و ولتاژ DC سمت خط که شامل مؤلفه‌های نوسانی است کمتر از ۷۰ کیلوولت است که در شکل ۳ نشان داده شده است.

شکل ۳: تفاوت ولتاژ بین تماس‌های DS

نتیجه‌گیری درباره گروه‌بندی سوییچ‌های جداکننده HVDC:
عملکرد تمام DS‌های HVDC گروه‌های A تا D بر اساس DS AC طراحی شده و عملکرد آنها با تست‌های کارخانه‌ای با شرایط تست نشان داده شده در جدول ۱ تأیید شده است. تفاوت طراحی قابل توجهی بین DS HVAC و DS HVDC وجود ندارد به جز فاصله لغزش که برای کاربردهای HVDC حدود ۲۰٪ بیشتر است.

شکل ۴: DC-DS&ES، DC-CT&VT، DC-MOSA (LA) استفاده شده برای GIS ۵۰۰ کیلوولت-DC

سوییچ‌گیری عایق گازی (DC-GIS) تشکیل شده از چندین DS و ES HVDC نیز در شبکه‌های HVDC نزدیک ساحل استفاده می‌شود. شکل ۴ نمونه‌ای از DC-GIS شامل DS و ES DC که در ایستگاه تبدیل‌دهنده در سیستم HVDC دوقطبی نصب شده است که در سال ۲۰۰۰ بهره‌برداری شده است را نشان می‌دهد.