HVDCグリッドにおける遮断スイッチのグループ化

HVDC分離スイッチ:
HVDC分離スイッチ（DS）は、HVDC送電ネットワーク内のさまざまな回路を切断するために使用されます。たとえば、HVDC DSは、ラインまたはケーブル充電電流の切り替え、無負荷ラインまたはケーブル転送切り替えなど、変換器バンク（サイリスタバルブ）、フィルターバンク、接地線を含む設備の切断に使用されます。また、障害電流をクリアした後、遮断器を通る残存またはリーク電流を終了するためのDC開閉装置にも適用されます。

図1：双極性HVDCシステムにおける単極HVDC分離スイッチの例

図1は、日本の双極性HVDC送電システムにおける関連切替機器（金属リターン転送ブレーカーを除く）を含む単極ダイヤグラムの例を示しています。一般的に、HVDC DSおよびESのHVDCシステムでの要件は、ACシステムで使用されるHVAC DSおよびESと類似していますが、用途によって追加の要件が必要な機器もあります。表1は、これらのHVDC DS（CIGRE JWG A3/B4.34 2017）に課される主要な切替要件を示しています。

表1：双極性HVDCシステムに適用される分離スイッチ（DS）の主要な切替要件

HVDC分離スイッチグループ:
グループA：DSは、比較的大きな容量（約20 μF）を持つ海底ケーブルの残留電荷によるライン放電電流を遮断することが求められます。コンバータ停止後のラインに誘導された残留電圧は、両C/S（阿南C/Sおよび紀北C/S）のコンバータバンクのスナッバーサーキットを通じて接地されます。放電時間定数は約40秒で、これは約3分の放電時間を意味します。放電電流は、125 kVの残留電圧とサイリスタバルブ内のスナッバーサーキットの抵抗に基づいて計算された値から0.1 Aに設定されました。

グループB：DSは通常、故障した送電線を健全な中性線に切り替えるために使用され、システムが完全に停止した後に中性線を一時的または永続的に送電線として使用します。これには、グループAのDSと同じ仕様が必要です。

グループC：DSは、コンバータバンクと並列に接続されたバイパススイッチ（BPS）への定格負荷電流の転送のために必要となります。このプロジェクトでは、転送電流の仕様は2800 Aです。図2は、DSからBPSへの定格電流転送プロセスを示しています。

最初に、上部コンバータバンクユニットが停止し、下部コンバータバンクユニットが動作します。停止状態から上部バンクユニットを動作させるために、DS C1を開いて定格電流をBPSに通す必要があります。図2cに示す電流転送プロセスの等価回路に基づく分析によると、グループCのDSの要件は、定格電流2800 AでのDC 1 Vの電圧であり、ここで電圧はDC-GISを含む電流転送長さに対応する単位長さあたりの抵抗とインダクタンスを使用して計算されました。

図2：グループCの電流転送DS操作。（a）DS閉位置、（b）DS開位置、（c）DSの等価回路

グループD：DSは、コンバータバンクユニットが停止したときにコンバータバンク充電電流を遮断することが求められます。サイリスタバルブが停止していても、コンバータバンクの散逸容量を通じてリップル電流が流れます。解析結果によると、リップル電流が1 A未満で切断される可能性が高く、コンバータ側の残留DC電圧とリップル成分を含むライン側のDC電圧の差による回復電圧は、図3に示すように70 kV未満であることが示されています。

図3：DS接触点間の電圧差

HVDC分離スイッチグループに関する結論:
グループA〜DのすべてのHVDC DSの切替性能は、AC DSに基づいて設計され、その性能は表1に示す試験条件での工場試験で確認されました。HVAC DSとHVDC DSの間には、クロール距離が約20%長いことを除いて、大きな設計上の違いはありません。

図4：500 kV-DC GIS用のDC-DS&ES、DC-CT&VT、DC-MOSA（LA）

いくつかのHVDC DSと接地スイッチ（ES）で構成されるガス絶縁開閉装置（DC-GIS）は、海岸線近くのHVDCネットワークにも適用されます。図4は、2000年に稼働開始された双極性HVDCシステムの変換器ステーションに設置されたDC DSおよびDC ESを含むDC-GISの一例を示しています。