Erikoistekijöiden ryhmittely HVDC-verkoissa

HVDC-eristyskytkimet:
HVDC-eristyskytkimiä (DS) käytetään eri piirien katkaisemiseen HVDC-siirtovälineverkoissa. Esimerkiksi HVDC-DS soveltuu tehtäviin kuten linjan tai kaapelin latausvirran katkaisemiseen, tyhjän linjan tai kaapelin siirtokatkaisuun sekä laitteiden, mukaan lukien muuntimayksikkö (thyristorivalssi), suodatusyksikkö ja maalinja, eristämiseen. HVDC-DS sovelletaan myös DC-seglavälineisiin keskeyttääkseen jäännös- tai vuodonvirta keskeyttäjän kautta vianpurkamisen jälkeen.

Kuva 1: Yhden polven diagrammi HVDC-eristyskytkimestä bipolaarisessa HVDC-järjestelmässä

Kuva 1 näyttää esimerkin yhden polven diagrammista liittyvillä kytkentälaitteilla (paitsi metallinen palautuskatkaisija) Japonian bipolaarisessa HVDC-siirtovälinejärjestelmässä. Yleisesti ottaen HVDC-DS:n ja ES:n vaatimukset HVDC-järjestelmässä ovat samankaltaisia kuin HVAC-DS:n ja ES:n vaatimukset AC-järjestelmässä, mutta joissakin laitteissa on lisävaatimuksia riippuen niiden sovelluksesta. Taulukko 1 antaa tärkeimmät kytkentyt, jotka asetetaan näille HVDC-DS:lle (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Taulukko 1: Tärkeimmät kytkentyt eristyskytkimelle (DS) bipolaarisessa HVDC-järjestelmässä

HVDC-eristyskytkimien ryhmät:
Ryhmä A: DS:n on katkaisettava linjan purkuvirta, joka johtuu merikaapelissa olevasta suuresta kapasitanssista (noin 20 μF). Muuntimen pysäytystä seuraavana induktoidun linjajännitteen purku tapahtuu snubber-kytkennän kautta muuntimayksikössä molemmissa C/S:ssä (Anan C/S ja Kihoku C/S) maahan. Purkuaika on noin 40 s, mikä vastaa purkuaikaa 3 min. Purkuvirta asetettiin 0,1 A:ksi perustuen arvoon, joka laskettiin jäännösjännitteen 125 kV ja thyristorivalssin snubber-kytkennän vastuksen perusteella.

Ryhmä B: DS:n käytetään yleensä virheellisen siirtolinjan kytkemiseen terveeseen neutraaliin linjaan, jotta neutraalin linja voidaan käyttää siirtolinjana tilapäisesti tai pysyvästi järjestelmän täydellisen pysähtymisen jälkeen. Tämä vaatii samoja specifiikkejä kuin ryhmän A DS.

Ryhmä C: DS:n on siirrettävä nimellinen kuormitusvirta DS:stä ohituskatkaisimeen (BPS), joka on kytketty rinnalle muuntimayksikön kanssa, jotta voidaan uudelleenkäynnistää yksikkö. Siirtovirtan specifiikki on 2800 A tässä projektissa. Kuva 2 havainnollistaa nimellisen virtan siirtoprosessia DS:stä BPS:ään.

Aluksi ylemmän muuntimayksikön pysäytetään ja alamman muuntimayksikön toimittaa. Ylemmän yksikön toimittamiseksi pysäytettyä tilaa varten avataan DS C1 kommutoidakseen nimellisen virtan BPS:ään. Analyysin perusteella virtansiirron ekvivalenttikytkennällä, kuvassa 2 c, ryhmän C DS:n vaatimukset ovat DC 1 V jännitteellä 2800 A:n nimellisellä virtalla, missä jännite laskettiin vastuksen ja induktiivisuuden per pituusyksikkö virtansiirron pituuden mukaan, mukaan lukien DC-GIS.

Kuva 2: Virtansiirron DS-operaatio ryhmässä C. (a) DS suljettuna, (b) DS auki, (c) DS:n ekvivalenttikytkennä

Ryhmä D: DS:n on katkaisettava muuntimayksikön latausvirta, kun muuntimayksikkö pysäytetään. Vaikka thyristorivalssi pysäytettäisiinkin, heijastevirta kulkee muuntimayksikön satunnaiskapasitanssin kautta. Analyysin mukaan on hyvin todennäköistä, että heijastevirta katkaistaan alle 1 A:ksi, ja palautusjännite, joka johtuu eroavaisuudesta muuntimen puolen jäännösjännitteessä ja linjan puolen DC-jännitteessä, jossa on heijastekomponentteja, on alle 70 kV, kuten kuvassa 3.

Kuva 3: Jänniteero DS:n kosketusten välillä

Loppupuhe HVDC-eristyskytkimien ryhmittelystä:
Kaikkien HVDC-DS-ryhmien A-D kytkentyjen suorituskyky suunniteltiin perustuen AC-DS:hen, ja sen suorituskyky varmistettiin tehtaallisten testien avulla, joiden testausolosuhteet on esitetty taulukossa 1. HVAC-DS:n ja HVDC-DS:n välillä ei ole huomattavia suunnitteluerotuksia paitsi valumaetäisyys, joka on noin 20 % pidempi HVDC-sovelluksissa.

Kuva 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) käytetty 500 kV-DC GIS:issä

Kaasuinsuloitu seglaväline (DC-GIS), joka koostuu useista HVDC-DS:stä ja maakytkeistä (ES), sovelletaan myös HVDC-verkkoihin lähellä rannikkoa. Kuva 4 näyttää esimerkin DC-GIS:stä, joka sisältää DC-DS:n ja DC-ES:n, jotka asennettiin muuntimayksikköön bipolaarisessa HVDC-järjestelmässä, joka otettiin käyttöön vuonna 2000.