HVDC 그리드에서의 분리 스위치 그룹화

HVDC 분리 스위치:
HVDC 분리 스위치(DS)는 HVDC 전송 네트워크에서 다양한 회로를 분리하는 데 사용됩니다. 예를 들어, HVDC DS는 선 또는 케이블 충전 전류 스위칭, 무부하 선 또는 케이블 전환 스위칭, 변환기 뱅크(스리스토르 밸브), 필터 뱅크, 접지선을 포함한 장비의 분리를 위한 스위칭 업무에 적용됩니다. 또한 HVDC DS는 고장 전류를 차단한 후 인터럽터를 통해 잔류 또는 누설 전류를 종료하기 위해 DC 스위치 기어에도 적용됩니다.

도 1: 양극성 HVDC 시스템에서의 HVDC 분리 스위치 단일 극 다이어그램 예

도 1은 일본의 양극성 HVDC 전송 시스템에서 관련 스위칭 장비(금속 반환 전송 브레이커 제외)와 함께 단일 극 다이어그램의 예를 보여줍니다. 일반적으로 HVDC 시스템에서의 HVDC DS 및 ES의 요구 사항은 AC 시스템에서 사용되는 HVAC DS 및 ES와 유사하지만, 일부 장비는 그 용도에 따라 추가 요구 사항을 포함합니다. 표 1은 이러한 HVDC DS(CIGRE JWG A3/B4.34 2017)에 부과된 주요 스위칭 업무를 나타냅니다.

표 1: 양극성 HVDC 시스템에 적용되는 분리 스위치(DS)의 주요 스위칭 업무

HVDC 분리 스위치 그룹:
그룹 A: DS는 상대적으로 큰 용량(약 20 μF)을 가진 해저 케이블의 잔류 전하로 인한 선로 방전 전류를 차단해야 합니다. 변환기가 중단된 후 선로에 유도된 잔류 전압은 양쪽 변환기 정류소(Anan C/S 및 Kihoku C/S)에서 지상으로 스누버 회로를 통해 방전됩니다. 방전 시간 상수는 약 40초이며, 이는 3분의 방전 시간에 해당합니다. 방전 전류는 스크리스터 밸브의 스누버 회로 저항과 125kV의 잔류 전압으로부터 계산된 값에 따라 0.1A로 설정되었습니다.

그룹 B: DS는 일반적으로 고장난 전송 선로를 건전한 중성 선로로 전환하여 시스템이 완전히 중단된 후 일시적으로 또는 영구적으로 중성 선로를 전송 선로로 사용하기 위해 사용됩니다. 이는 그룹 A DS와 동일한 사양을 필요로 합니다.

그룹 C: DS는 변환기 뱅크와 병렬로 연결된 바이패스 스위치(BPS)로 명목상 부하 전류를 전환하여 뱅크 유닛을 재시작하기 위해 필요합니다. 이 프로젝트에서 전환 전류의 사양은 2800A입니다. 도 2는 DS에서 BPS로의 명목상 전류 전환 과정을 보여줍니다.

처음에는 상부 변환기 뱅크 유닛이 중단되고 하부 변환기 뱅크 유닛이 작동합니다. 중단 상태에서 상부 뱅크 유닛을 작동시키기 위해, DS C1을 열어 명목상 전류를 BPS로 전환합니다. 도 2 c에 표시된 전류 전환 과정의 등가 회로 분석을 기반으로, 그룹 C DS의 요구 사항은 명목상 전류 2800A에서 DC 1V의 전압으로, 이는 전류 전환 길이(직류-GIS 포함)에 해당하는 단위 길이당 저항 및 인덕턴스로 계산되었습니다.

도 2: 그룹 C의 전류 전환 DS 작동. (a) DS 닫힘 위치, (b) DS 열림 위치, (c) DS의 등가 회로

그룹 D: DS는 변환기 뱅크 유닛이 중단될 때 변환기 뱅크 충전 전류를 차단해야 합니다. 스크리스터 밸브가 중단되어도 변환기 뱅크의 스트레이 용량을 통해 리플 전류가 흐릅니다. 분석 결과, 리플 전류가 1A 미만으로 잘려나가는 것이 매우 가능하며, 변환기 측의 잔류 직류 전압과 리플 구성 요소를 포함하는 선로 측의 직류 전압 간의 차이로 인한 회복 전압은 70kV 미만임을 보여줍니다(도 3 참조).

도 3: DS 접점 간 전압 차이

HVDC 분리 스위치 그룹화에 대한 결론:
그룹 A부터 D까지의 모든 HVDC DS의 스위칭 성능은 AC DS를 기반으로 설계되었으며, 표 1에 표시된 테스트 조건을 통해 공장 테스트로 성능이 확인되었습니다. HVAC DS와 HVDC DS 사이에는 크리핑 거리( HVDC 응용에서는 약 20% 더 길다)를 제외하고는 중요한 설계 차이가 없습니다.

도 4: 500kV-DC GIS에 사용되는 DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA(LA)

몇 개의 HVDC DS와 접지 스위치(ES)로 구성된 가스 절연 스위치 기어(DC-GIS)는 해안선 근처의 HVDC 네트워크에서도 적용됩니다. 도 4는 2000년에 운영을 시작한 양극성 HVDC 시스템의 변환기 정류소에 설치된 DC DS와 DC ES를 포함한 DC-GIS의 예를 보여줍니다.