Skruvebrytere gruppering i HVDC-nett

HVDC frakoblingskontakter:
HVDC-frakoblingskontakter (DS) brukes til å frakoble ulike kretser i HVDC-overføringsnett. For eksempel brukes HVDC DS til skruvedekkingssykluser som linje- eller kabelladestrømsskruving, ubelasted linje- eller kabeloverføringskobling, i tillegg til å frakoble utstyr som en omsetterbank (thyristorventil), et filterbank, og en jordlinje. HVDC DS brukes også i DC-brytertilbehør for å avslutte rest- eller lekkasjonsstrømmen gjennom en avbryter etter at en feilstrøm er ryddet opp.

Figur 1: Eksempel på en enkeltpol-diagram av HVDC-frakoblingskontakt i bipolare HVDC-system

Figur 1 viser et eksempel på en enkeltpoldiagram med relatert skruveutstyr (unntatt metallisk returtransferbryter) i det bipolare HVDC-overføringsystemet i Japan. Generelt er kravene til HVDC DS og ES i HVDC-systemet lignende de som brukes i HVAC DS og ES i AC-system, men noen utstyr inkluderer ytterligere krav basert på deres bruk. Tabell 1 gir hovedskruvesykluser som pålegges disse HVDC DS (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tabell 1: Hovedskruvesykluser for frakoblingskontakt (DS) i bipolare HVDC-system

Gruppering av HVDC-frakoblingskontakter:
Gruppe A: DS må avbryte linjeutspringstrømmen på grunn av restladning av en undervannskabel med relativt stor kapasitivitet (ca. 20 μF). Restspenningsinduksjon i linjen etter en omsetterstans avledes gjennom en snubberkrets i omsetterbanken på begge C/S (Anan C/S og Kihoku C/S) til jorden. Utspringstidskonstanten er ca. 40 s, som tilsvarer en utspringstid på 3 min. Utspringsstrømmen ble satt til 0,1 A basert på verdien regnet ut fra restspenningen på 125 kV og motstand i snubberkretsen i thyristorventilen.

Gruppe B: DS brukes normalt til å skifte en defekt overføringslinje til en sunn neutralelinje for å bruke neutralelinjen midlertidig eller permanent som overføringslinje etter at systemet er fullstendig stoppet. Dette krever samme spesifikasjoner som gruppe A DS.

Gruppe C: DS må overføre nominell laststrøm fra DS til bypassbryter (BPS) koblet parallelt med en omsetterbank for å starte banken på nytt. Spesifikasjonen for overføringsstrømmen er 2800 A i dette prosjektet. Figur 2 illustrerer en overføringsprosess for nominell strøm fra DS til BPS.

Først stoppes den øvre omsetterbanken, mens den nedre omsetterbanken driftes. For å sette i gang den øvre banken fra en stoppet tilstand, åpnes DS C1 for å kommutere nominell strøm til BPS. Basert på analyse med en ekvivalent krets for overføringsprosessen vist i figur 2c, er kravene for gruppe C DS gitt av spenningen DC 1 V ved nominell strøm på 2800 A, der spenningen ble regnet ut med motstand og induktivitet per lengdeenhet som tilsvarer overføringslengden inkludert DC-GIS.

Figur 2: Strømsoverføringsoperasjon for gruppe C. (a) DS lukket posisjon, (b) DS åpen posisjon, (c) ekvivalent krets for DS

Gruppe D: DS må avbryte omsetterbankens ladestrøm når en omsetterbankenhet stoppes. Selv om thyristorventilen stoppes, flyter en ripplestrøm gjennom strengkapasitiviteten i omsetterbanken. Analyseresultatet viser at det er sannsynlig at ripplestrømmen blir kuttet under 1 A, og genspenningen på grunn av forskjellen mellom rest-DC-spenningen på omsetterens side og DC-spenningen på linjesiden, som inkluderer ripplekomponenter, er under 70 kV som vist i figur 3.

Figur 3: Spenningsforskjell mellom DS-kontakter

Konklusjon om gruppering av HVDC-frakoblingskontakter:
Skruveytelsen for alle HVDC DS i grupper A til D ble designet basert på AC DS, og dens ytelser ble bekreftet gjennom fabrikktester med testforhold som vist i tabell 1. Det er ingen betydelige designforskjeller mellom HVAC DS og HVDC DS unntatt krypingavstanden, som er ca. 20% lengre for HVDC-anvendelser.

Figur 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) brukt for 500 kV-DC GIS

Gassisolerte brytere (DC-GIS) bestående av flere HVDC DS og jordbrytere (ES) brukes også i HVDC-nett nær kysten. Figur 4 viser et eksempel på DC-GIS inkludert DC DS og DC ES som ble installert på omsetterstasjonen i det bipolare HVDC-systemet, som ble tatt i bruk i 2000.