Nyílászó kapcsolók csoportosítása a HVDC hálózatokban

HVDC kapcsolók:
Az HVDC kapcsolók (DS) különböző áramkörök leválasztására használódnak az HVDC átviteli hálózatokban. Például az HVDC DS-eket olyan feladatokra alkalmazzák, mint az utasítás-váltó vagy kábel-töltési áram váltása, üres utasítás vagy kábel-átváltás, valamint felszerendelések leválasztása, beleértve egy konverter bankot (thyristor végződő), szűrő bankot és földelő utasítást. Az HVDC DS-eket DC kapcsolóeszközökben is alkalmazzák, hogy leállítsák a maradék vagy szivárgási áramot a meghibásodási áram kitisztítása után.

Ábra 1: Egy példa egyegypólos diagramra HVDC kapcsoló esetén dipoláris HVDC rendszerben

Az 1. ábra egy példát mutat egyegypólos diagramra és a hozzá tartozó váltó felszerendelésekre (kivéve a Metális visszahelyező váltót) Japán dipoláris HVDC átviteli rendszerében. Általánosságban, az HVDC DS-ek és ES-ek követelményei az HVDC rendszerben hasonlók a HVAC DS-ek és ES-ekhez, amelyeket AC rendszerekben használnak, de néhány felszerendelés további követelményeket tartalmaz alkalmazástanúján. A 1. táblázat felsorolja ezeknek az HVDC DS-eknek (CIGRE JWG A3/B4.34 2017) fő váltási feladatait.

Táblázat 1: Fő váltási feladatai a dipoláris HVDC rendszerben használt váltókapcsolóknak (DS)

HVDC váltókapcsoló csoportok:
Csoport A: A DS-nak el kell tennie a vonal töltési áramának megszakítását a részleges töltés miatt, ami nagyobb képességű (kb. 20 μF) alagút-kábelek esetén lép fel. A konverter leállítása után a vonalban indukált maradék feszültség a snubber áramkörön keresztül mindkét C/S-en (Anan C/S és Kihoku C/S) a földre lesz tisztítva. A tisztítási időállandó kb. 40 s, ami megfelel egy 3 perces tisztítási időnek. A tisztítási áramot 0,1 A-ra állították be, a 125 kV-es maradék feszültség és a thyristor végződőben lévő snubber áramkör ellenállása alapján.

Csoport B: A DS általában arra használható, hogy egy hibás utasítást átirányítsa egy egészséges neutrális utasításra, hogy az neutrális utasítást ideiglenesen vagy hosszabb távon utasításnak használják a rendszer teljes leállítása után. Ennek ugyanazokkal a specifikációkkal kell rendelkeznie, mint a csoport A DS-nek.

Csoport C: A DS-nak át kell adnia a nominál terhelési áramot a DS-ről a párhuzamosan csatlakoztatott konverter bankhoz kapcsolt mellékúton (BPS) ahhoz, hogy újrainduljon a bank egysége. Ez a projektben 2800 A-os áramátadást igényel. A 2. ábra bemutatja a nominál áramátadási folyamatot a DS-től a BPS-ig.

Először a felső konverter bank egységet állítják le, míg az alsó konverter bank egység működik. Ahhoz, hogy a felső bank egységet egy leállított állapotból működtessék, a DS C1-et nyissanák, hogy a nominál áram átkerüljön a BPS-be. A 2. c ábra általánosított áramkör alapján a csoport C DS-ekre vonatkozó követelményeket adunk meg, amelyekben a nominál áram 2800 A mellett a DC feszültség 1 V, ahol a feszültséget a DC-GIS belefoglalásával számítottuk ki a hosszúságban lévő ellenállás és induktancia segítségével.

Ábra 2: Csoport C DS működése áramátadás során. (a) DS bezárva, (b) DS kinyitva, (c) DS ekvivalens áramkör

Csoport D: A DS-nak el kell tennie a konverter bank töltési áramának megszakítását, amikor a konverter bank egységet állítják le. Még akkor is, ha a thyristor végződő le van állítva, hullámzó áram folyik a konverter bank paraszitásos kapacitancián keresztül. Az elemzés eredménye szerint nagy valószínűséggel a hullámzó áram kevesebb, mint 1 A, és a helyreállítási feszültség, ami a konverter oldali maradék DC feszültség és a vonal oldali DC feszültség, ami tartalmazza a hullámzó összetevőket, közötti különbség kevesebb, mint 70 kV, ahogy a 3. ábra mutatja.

Ábra 3: Feszültségkülönbség a DS kontaktusok között

Következtetés az HVDC váltókapcsoló csoportokról:
Az A–D csoportba tartozó összes HVDC DS váltási teljesítményét az AC DS alapján tervezték, és gyárteszteléssel igazolták, a Táblázat 1-ben megadott tesztelési feltételekkel. Nincsenek jelentős tervezési különbségek a HVAC DS és az HVDC DS között, kivéve a húzódási távolságot, ami az HVDC alkalmazásoknál kb. 20%-kal hosszabb.

Ábra 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) 500 kV-DC GIS-hez

A gáz-elkülönített kapcsolórendszer (DC-GIS), amely több HVDC DS és földelő kapcsolóból (ES) áll, szintén alkalmazható az HVDC hálózatokban, közel a partvonalhoz. A 4. ábra egy példát mutat a DC-GIS-re, beleértve a DC DS-eket és DC ES-eket, amelyeket a 2000-ben beüzemelt dipoláris HVDC rendszer konverter állomásán telepítettek.