Grupowanie wyłączników odłączających w sieciach HVDC

Przestawiacze odłączające HVDC:
Przestawiacze odłączające HVDC (DS) są wykorzystywane do odłączania różnych obwodów w sieciach przesyłowych HVDC. Na przykład, przestawiacze DS HVDC są stosowane do zadań przełączania takich jak przełączanie prądu ładowania linii lub kabla, przełączanie linii bez obciążenia lub kabelu, a także odłączanie sprzętu, w tym banku konwertera (wentyla thyristorowego), banku filtrów i linii uziemienia. Przestawiacze DS HVDC są również stosowane w aparaturze przełączającej DC do zakończenia pozostałościowego lub przeciekowego prądu przez rozłącznik po usunięciu prądu awaryjnego.

Rysunek 1: Przykład diagramu jednopolowego przestawiacza odłączającego HVDC w systemie bipolarnym HVDC

Rysunek 1 przedstawia przykład diagramu jednopolowego z powiązanym sprzętem przełączającym (poza przełącznikiem transferu zwrotnego metalicznego) w bipolarnej sieci przesyłowej HVDC w Japonii. Ogólnie, wymagania dotyczące przestawiaczy DS i ES w systemie HVDC są podobne do wymagań dotyczących przestawiaczy DS i ES używanych w systemie AC, ale niektóre urządzenia zawierają dodatkowe wymagania w zależności od ich zastosowania. Tabela 1 przedstawia główne zadania przełączające nałożone na te przestawiacze DS HVDC (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tabela 1: Główne zadania przełączające przestawiacza odłączającego (DS) zastosowanego w systemie bipolarnym HVDC

Grupy przestawiaczy odłączających HVDC:
Grupa A: Przestawiacz DS musi przerwać prąd rozładowujący linii spowodowany resztowymi ładunkami kabla podmorskiego, który ma stosunkowo dużą pojemność (około 20 μF). Resztowe napięcie indukowane w linii po zatrzymaniu konwertera jest rozładowywane poprzez obwód tłumienia w banku konwertera zarówno w C/Ss (Anan C/S i Kihoku C/S) do ziemi. Stała czasowa rozładowania wynosi około 40 s, co odpowiada czasowi rozładowania 3 minuty. Prąd rozładowania został ustawiony na 0,1 A na podstawie wartości obliczonej z resztowego napięcia 125 kV i oporu obwodu tłumienia w wentylu thyristorowym.

Grupa B: Przestawiacz DS jest zwykle używany do przełączenia uszkodzonej linii przesyłowej na zdrową linię neutralną, aby użyć linię neutralną jako linia przesyłowa tymczasowo lub stałe po całkowitym zatrzymaniu systemu. Wymaga to tych samych specyfikacji co przestawiacz DS grupy A.

Grupa C: Przestawiacz DS musi przenieść nominalny prąd obciążenia z przestawiacza DS na przełącznik obiegu pomijającego (BPS) połączony równolegle z bankiem konwertera, aby umożliwić ponowne uruchomienie jednostki. Specyfikacja prądu transferowego wynosi 2800 A w tym projekcie. Rysunek 2 ilustruje proces transferu prądu nominalnego z przestawiacza DS do BPS.

Na początku, górna jednostka banku konwertera jest zatrzymana, a dolna jednostka banku konwertera działa. Aby uruchomić górną jednostkę banku konwertera z zatrzymanego stanu, przestawiacz DS C1 jest otwarty, aby komutować nominalny prąd do BPS. Na podstawie analizy z obwodem równoważnym procesu transferu prądu pokazanym na rys. 2 c, wymagania dla przestawiacza DS grupy C są określone przez napięcie DC 1 V przy nominalnym prądzie 2800 A, gdzie napięcie zostało obliczone z oporu i indukcyjności na jednostkę długości odpowiadającej długości transferu prądu, w tym DC-GIS.

Rysunek 2: Operacja transferu prądu przestawiacza DS grupy C. (a) pozycja zamknięta przestawiacza, (b) pozycja otwarta przestawiacza, (c) obwód równoważny przestawiacza

Grupa D: Przestawiacz DS musi przerwać prąd ładowania banku konwertera, gdy jednostka banku konwertera jest zatrzymana. Nawet jeśli wentyl thyristorowy jest zatrzymany, prąd falowy płynie przez stray capacitance banku konwertera. Wyniki analizy pokazują, że jest bardzo prawdopodobne, że prąd falowy zostanie przerwany poniżej 1 A, a napięcie odzyskujące wynikające z różnicy między resztowym napięciem DC strony konwertera a napięciem DC strony linii, które zawiera składowe falowe, jest mniejsze niż 70 kV, jak pokazano na rys. 3.

Rysunek 3: Różnica napięcia między kontaktami przestawiacza DS

Podsumowanie grupowania przestawiaczy odłączających HVDC:
Właściwości przełączania wszystkich przestawiaczy DS HVDC grup A-D zostały zaprojektowane na podstawie przestawiaczy AC, a ich właściwości zostały potwierdzone przez testy fabryczne z warunkami testowymi pokazanymi w tabeli 1. Nie ma istotnych różnic w projektowaniu między przestawiaczami HVAC i HVDC, z wyjątkiem odległości pełzania, która jest około 20% dłuższa w zastosowaniach HVDC.

Rysunek 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) używane w GIS 500 kV-DC

Gazowe aparaty przełączające (DC-GIS) składające się z kilku przestawiaczy DS HVDC i przełączników uziemiających (ES) są również stosowane w sieciach HVDC blisko wybrzeża. Rysunek 4 przedstawia przykład DC-GIS, w tym przestawiaczy DS i ES, które zostały zainstalowane w stacji konwerterowej w bipolarnym systemie HVDC, który wszedł do użytku w 2000 roku.