Agrupación de interruptores desconectadores en redes HVDC

Interruptores de manobra HVDC:
Os interruptores de manobra HVDC (DS) utilizanse para desconectar varias circuitos nas redes de transmisión HVDC. Por exemplo, o DS HVDC aplica-se a tarefas de comutación como a conmutación da corrente de carga da liña ou do cabo, a transferencia de liñas ou cabos sen carga, ademais de desconectar equipos que inclúen un banco de conversores (válvula de tiristor), un banco de filtros e unha liña de aterramento. O DS HVDC tamén aplica-se ao equipamento de manobra DC para interromper a corrente residual ou de fuga a través dun interruptor despois de limpar unha corrente de fallo.

Figura 1: Exemplo dun diagrama de polo único de interruptor de manobra HVDC nun sistema HVDC bipolar

A figura 1 amosa un exemplo dun diagrama de polo único con equipo de comutación relacionado (excepto o interruptor de transferencia de retorno metálico) no sistema de transmisión HVDC bipolar no Xapón. En xeral, os requisitos para o DS HVDC e ES no sistema HVDC son similares aos DS HVAC e ES utilizados no sistema AC, pero algún equipo inclúe requisitos adicionais dependendo da súa aplicación. A táboa 1 dá as principais tarefas de comutación impuestas a estes DS HVDC (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Táboa 1: Principais tarefas de comutación do interruptor de manobra (DS) aplicado ao sistema HVDC bipolar

Grupos de interruptores de manobra HVDC:
Grupo A: O DS debe interromper a corrente de descarga da liña debido ás cargas residuais dun cabo submarino que ten unha capacitancia relativamente grande (aproximadamente 20 μF). A tensión residual inducida na liña despois da parada do conversor descárase a través dun circuito amortiguador no banco de conversores en ambos os C/S (Anan C/S e Kihoku C/S) ao terra. A constante de tempo de descarga é de aproximadamente 40 s, que corresponde a un tempo de descarga de 3 min. A corrente de descarga foi establecida en 0,1 A baseándose no valor calculado a partir da tensión residual de 125 kV e a resistencia do circuito amortiguador na válvula de tiristor.

Grupo B: O DS normalmente úsase para comutar unha liña de transmisión con fallo a unha liña neutra sana para usar a liña neutra como liña de transmisión temporal ou permanente despois de que o sistema estea completamente parado. Isto require as mesmas especificacións que o DS do grupo A.

Grupo C: O DS debe transferir a corrente nominal de carga do DS ao interruptor de bypass (BPS) conectado en paralelo cun banco de conversores para reiniciar a unidade. A especificación da corrente de transferencia é de 2800 A neste proxecto. A figura 2 ilustra un proceso de transferencia de corrente nominal do DS ao BPS.

Primeiro, a unidade superior do banco de conversores párase e a unidade inferior do banco de conversores opera. Para operar a unidade superior dende unha condición de parada, o DS C1 abre para comutar a corrente nominal ao BPS. Baseándose na análise cun circuito equivalente do proceso de transferencia de corrente mostrado na Fig. 2 c, os requisitos para o DS do grupo C danse pola tensión de DC 1 V a unha corrente nominal de 2800 A, onde a tensión foi calculada coa resistencia e inductancia por unidade de lonxitude correspondente á lonxitude de transferencia de corrente, incluíndo o DC-GIS.

Figura 2: Operación de DS de transferencia de corrente do grupo C. (a) posición de cierre do DS, (b) posición de abertura do DS, (c) circuito equivalente do DS

Grupo D: O DS debe interromper a corrente de carga do banco de conversores cando unha unidade do banco de conversores párase. Aínda que a válvula de tiristor pare, flúe unha corrente ondulada a través da capacitancia estrayada do banco de conversores. O resultado analítico mostra que é moi probable que a corrente ondulada sexa cortada a menos de 1 A, e a tensión de recuperación debido á diferenza entre a tensión DC residual do lado do conversor e a tensión DC do lado da liña, que inclúe componentes ondulados, é menor que 70 kV, como se mostra na Fig. 3.

Figura 3: Diferenza de tensión entre os contactos do DS

Conclusión sobre a agrupación de interruptores de manobra HVDC:
O rendemento de comutación de todos os DS HVDC dos grupos A a D foi deseñado baseándose no DS AC, e o seu rendemento foi confirmado por ensaios de fabrica coas condicións de ensaio mostradas na Táboa 1. Non hai diferenzas significativas de deseño entre o DS HVAC e o DS HVDC, excepto a distancia de rampa, que é aproximadamente un 20% maior para as aplicacións HVDC.

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

O equipo de manobra aislado a gas (DC-GIS) composto por varios DS HVDC e interruptores de aterramento (ES) tamén aplícase nas redes HVDC próximas á costa. A figura 4 amosa un exemplo de DC-GIS que inclúe DS DC e ES DC que foron instalados na estación de conversión no sistema HVDC bipolar, que foi comisionado en 2000.