Grupiranje prekidača u mrežama HVDC

Prekidaci visokonaponske jednosmjernostrujne (HVDC) mreže:
Prekidaci visokonaponske jednosmjernostrujne (HVDC) mreže (DS) koriste se za odspajanje različitih krugova u mrežama HVDC prijenosa. Na primjer, HVDC DS primjenjuje se za zadatke prekida kao što su prekid struja punjenja linije ili kabela, prekid prazne linije ili prekid prenosa kabela, uz prekid opreme koja uključuje banku pretvarača (tiристорska valjka), banku filtra i zemlju. HVDC DS također se primjenjuje na DC prekidačku opremu za prekid ostatne ili curenje struje kroz prekidni uređaj nakon otklanjanja struje greške.

Slika 1: Primjer dijagrama jednopolovne HVDC prekidne opreme u bipolarnoj HVDC sistemu

Slika 1 pokazuje primjer dijagrama s povezanom prekidnom opremom (osim prekidnika za prenos metaličkim povratnim putem) u bipolarnom sustavu HVDC prijenosa u Japanu. Općenito, zahtjevi za HVDC DS i ES u HVDC sustavu slični su zahtjevima za HVAC DS i ES koji se koriste u AC sustavu, ali neka oprema uključuje dodatne zahtjeve ovisno o njihovoj primjeni. Tablica 1 daje glavne zadatke prekida koje se primjenjuju na ove HVDC DS (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tablica 1: Glavni zadaci prekidne opreme (DS) primjenjene na bipolarni HVDC sustav

Grupe prekidnih prekidača visokonaponske jednosmjernostrujne (HVDC) mreže:
Grupa A: DS treba prekinuti struju punjenja linije zbog ostataka naboja podmorskog kabela koji ima relativno veliku kapacitetnu vrijednost (približno 20 μF). Ostatak napona induciran u liniji nakon zaustavljanja pretvarača ispušten je kroz smrtnički krug u banci pretvarača na obje C/S (Anan C/S i Kihoku C/S) do zemlje. Konstanta ispuštanja vremena iznosi oko 40 s, što odgovara vremenu ispuštanja od 3 min. Struja ispuštanja postavljena je na 0,1 A temeljem vrijednosti izračunate iz ostatka napona od 125 kV i otpora smrtničkog kruga u tiристорska valjka.

Grupa B: DS obično se koristi za prebacivanje oštećene prijenosne linije na zdravu neutralnu liniju kako bi se neutralna linija privremeno ili stalno koristila kao prijenosna linija nakon potpunog zaustavljanja sustava. To zahtijeva ista specifikacije kao DS grupe A.

Grupa C: DS treba prebaciti nominalnu radnu struju s DS na omični prekidnik (BPS) spojen paralelno s bankom pretvarača kako bi se ponovno pokrenula jedinica banke. Specifikacija prebacivanja struje u ovom projektu iznosi 2800 A. Slika 2 ilustrira proces prebacivanja nominalne struje s DS na BPS.

Na početku, gornja jedinica banke pretvarača zaustavlja se, a donja jedinica banke pretvarača radi. Kako bi se gornja jedinica banke pokrenula iz stanja zaustavljanja, DS C1 otvara se kako bi nominalna struja prebačila u BPS. Na temelju analize s ekvivalentnim krugom procesa prebacivanja struje prikazanim na slici 2c, zahtjevi za DS grupe C dani su naponom DC 1 V na nominalnoj struji od 2800 A, gdje je napon izračunat s otporom i induktivnošću po jedinici duljine koja odgovara duljini prebacivanja struje uključujući DC-GIS.

Slika 2: Rad DS prebacivanja struje grupe C. (a) Položaj DS zatvoren, (b) Položaj DS otvoren, (c) Ekvivalentni krug DS

Grupa D: DS treba prekinuti struju punjenja banke pretvarača kada se jedinica banke pretvarača zaustavi. Čak i ako je tiристорska valjka zaustavljena, talasasta struja teče kroz strjužnu kapacitetnost banke pretvarača. Analitički rezultati pokazuju da je vrlo vjerojatno da će talasasta struja biti prekinuta manje od 1 A, a oporavni napon zbog razlike između ostatka DC napona na strani pretvarača i DC napona na strani linije koji uključuje talasaste komponente manji je od 70 kV, kao što je prikazano na slici 3.

Slika 3: Razlika napona između kontakata DS

Zaključak o grupiranju prekidnih prekidača visokonaponske jednosmjernostrujne (HVDC) mreže:
Performanse svih HVDC DS-ova grupa A do D dizajnirane su na osnovi AC DS, a njihove performanse potvrđene su fabričkim testovima s testnim uvjetima prikazanim u tablici 1. Ne postoje značajne razlike u dizajnu između HVAC DS i HVDC DS osim udaljenosti kropanja, koja je približno 20% duža za primjene HVDC.

Slika 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) korišteni za 500 kV-DC GIS

Gas-insulated switchgear (DC-GIS) sastavljen od nekoliko HVDC DS i zemljujućih prekidača (ES) također se primjenjuje u HVDC mrežama blizu obale. Slika 4 pokazuje primjer DC-GIS uključujući DC DS i DC ES koji su instalirani na pretvarajućoj postaji u bipolarnom HVDC sustavu, koji je uveden u uporabu 2000. godine.