Raggruppamento degli interruttori di separazione nelle reti HVDC

Interruttori sezionatori HVDC:
Gli interruttori sezionatori HVDC (DS) vengono utilizzati per disconnettere vari circuiti nelle reti di trasmissione HVDC. Ad esempio, il DS HVDC viene applicato a compiti di commutazione come la commutazione della corrente di carica della linea o del cavo, la commutazione di linea o cavo a vuoto, nonché la disconnessione di apparecchiature che includono una banca di convertitori (valvola tiristorica), una banca di filtri e una linea di messa a terra. Il DS HVDC viene inoltre applicato agli apparati di manovra DC per interrompere la corrente residua o di fuga attraverso un interruttore dopo l'azzeramento di una corrente di guasto.

Figura 1: Esempio di diagramma monopolare dell'interruttore sezionatore HVDC in un sistema HVDC bipolare

La Figura 1 mostra un esempio di diagramma monopolare con le relative apparecchiature di commutazione (eccetto il commutatore di trasferimento del ritorno metallico) nel sistema di trasmissione HVDC bipolare in Giappone. In generale, i requisiti per i DS e ES HVDC nel sistema HVDC sono simili ai DS e ES HVAC utilizzati nel sistema AC, ma alcune apparecchiature includono requisiti aggiuntivi a seconda della loro applicazione. La Tabella 1 riporta i principali compiti di commutazione imposti su questi DS HVDC (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tabella 1: Principali compiti di commutazione dell'interruttore sezionatore (DS) applicato al sistema HVDC bipolare

Gruppi di interruttori sezionatori HVDC:
Gruppo A: Il DS deve interrompere la corrente di scarica della linea dovuta alle cariche residue di un cavo sottomarino che ha una capacità relativamente grande (circa 20 μF). La tensione residua indotta nella linea dopo l'arresto del convertitore viene scaricata attraverso un circuito snubber nella banca di convertitori in entrambi i C/S (Anan C/S e Kihoku C/S) a terra. La costante di tempo di scarica è di circa 40 s, che corrisponde a un tempo di scarica di 3 min. La corrente di scarica è stata fissata a 0,1 A in base al valore calcolato dalla tensione residua di 125 kV e alla resistenza del circuito snubber nella valvola tiristorica.

Gruppo B: Il DS viene normalmente utilizzato per commutare una linea di trasmissione in guasto su una linea neutrale sana, al fine di utilizzare la linea neutrale come linea di trasmissione temporanea o permanente dopo che il sistema è completamente fermato. Questo richiede le stesse specifiche del DS del gruppo A.

Gruppo C: Il DS deve trasferire la corrente nominale di carico dal DS all'interruttore bypass (BPS) connesso in parallelo con una banca di convertitori per riavviare l'unità. La specifica della corrente di trasferimento è di 2800 A in questo progetto. La Figura 2 illustra il processo di trasferimento della corrente nominale dal DS al BPS.

Inizialmente, l'unità superiore della banca di convertitori è fermata e l'unità inferiore è in funzione. Per far funzionare l'unità superiore da una condizione di arresto, il DS C1 viene aperto per commutare la corrente nominale nel BPS. In base all'analisi con un circuito equivalente del processo di trasferimento di corrente mostrato nella Figura 2c, i requisiti per il DS del gruppo C sono dati dalla tensione di 1 V CC a una corrente nominale di 2800 A, dove la tensione è stata calcolata con la resistenza e l'induttanza per unità di lunghezza corrispondenti alla lunghezza di trasferimento di corrente inclusa la DC-GIS.

Figura 2: Operazione di trasferimento di corrente del DS del gruppo C. (a) posizione chiusa del DS, (b) posizione aperta del DS, (c) circuito equivalente del DS

Gruppo D: Il DS deve interrompere la corrente di carica della banca di convertitori quando un'unità di banca di convertitori è fermata. Anche se la valvola tiristorica è fermata, una corrente ondosa fluisce attraverso la capacità parassita della banca di convertitori. Il risultato analitico mostra che è altamente probabile che la corrente ondosa sia tagliata a meno di 1 A, e la tensione di recupero dovuta alla differenza tra la tensione continua residua del lato convertitore e la tensione continua del lato linea, che include componenti ondose, è inferiore a 70 kV come mostrato nella Figura 3.

Figura 3: Differenza di tensione tra i contatti del DS

Conclusione sul raggruppamento degli interruttori sezionatori HVDC:
Le prestazioni di commutazione di tutti i DS HVDC dei gruppi A-D sono state progettate in base al DS AC, e le sue prestazioni sono state confermate da prove in fabbrica con le condizioni di prova mostrate nella Tabella 1. Non ci sono differenze significative di progettazione tra il DS HVAC e il DS HVDC, tranne la distanza di strisciamento, che è circa il 20% più lunga per le applicazioni HVDC.

Figura 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) utilizzati per la GIS 500 kV-DC

L'apparato di manovra isolato a gas (DC-GIS) composto da diversi DS e interruttori di messa a terra (ES) viene inoltre applicato nelle reti HVDC vicine alla costa. La Figura 4 mostra un esempio di DC-GIS che include DS e ES DC installati nella stazione di conversione nel sistema HVDC bipolare, che è stato commissionato nel 2000.