Gruppering av kopplingsswitchar i HVDC-nät

Högspegelströmsavkopplare:
Högspegelströmsavkopplare (DS) används för att koppla från olika kretsar i högspegelströmsöverföringsnät. Till exempel används högspegelströms DS för växlingsuppgifter som linje- eller kabel-laddningsströmsswitchning, tom linje- eller kabellöpande växling, samt för att koppla ut utrustning inklusive en omvandlarkortel (thyristorventil), ett filterkortel och en jordningslinje. Högspegelströms DS används också i DC-brytare för att avsluta rest- eller läckageström genom en brytare efter att en felström har rensats.

Figur 1: Exempel på en enda pols diagram av högspegelströmsavkopplare i ett bipolärt högspegelströmsystem

Figur 1 visar ett exempel på en enda pols diagram med relaterad växlingsutrustning (förutom metallisk returöverföringsbrytaren) i det bipolära högspegelströmsöverföringssystemet i Japan. I allmänhet är kraven för högspegelströms DS och ES i högspegelströmsystem liknande de AC DS och ES som används i AC-system, men viss utrustning inkluderar ytterligare krav beroende på deras tillämpning. Tabell 1 ger de huvudsakliga växlingsuppgifterna som påförs dessa högspegelströms DS (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tabell 1: Huvudsakliga växlingsuppgifter för avkopplingsbrytare (DS) som används i bipolärt högspegelströmsystem

Gruppering av högspegelströmsavkopplare:
Grupp A: DS ska kunna avbryta linjens avläsningsström på grund av restladdningen av en undervattenskabel som har en relativt stor kapacitans (cirka 20 μF). Den resterande spänningen som induceras i linjen efter en omvandlarestopp avläses genom en snubberkrets i omvandlarkorteln vid båda C/S (Anan C/S och Kihoku C/S) till marken. Avläsningskonstanten är cirka 40 s, vilket motsvarar en avläsnings tid på 3 minuter. Avläsningsströmmen ställdes in på 0,1 A baserat på värdet beräknat från den resterande spänningen på 125 kV och resistansen i snubberkretsen i thyristorventilen.

Grupp B: DS används normalt för att växla en defekt överföringslinje till en frisk neutral linje för att använda neutral linjen temporärt eller permanent som en överföringslinje efter att systemet helt har stoppats. Detta kräver samma specifikationer som grupp A DS.

Grupp C: DS ska kunna överföra den nominella belastningsströmmen från DS till bypassbrytaren (BPS) ansluten parallellt med en omvandlarkortel för att återstarta kortelenheten. Specifikationen för överföringsströmmen är 2800 A i detta projekt. Figur 2 illustrerar processen för överföring av nominell ström från DS till BPS.

Först stoppas den övre omvandlarkortelenheten och den nedre omvandlarkortelenheten drivs. För att driva den övre kortelenheten från ett stoppat tillstånd öppnas DS C1 för att kommutera den nominella strömmen till BPS. Baserat på analysen med en ekvivalent krets för överföringsprocessen som visas i figur 2c, ges kraven för grupp C DS av spänningen DC 1 V vid en nominell ström på 2800 A, där spänningen beräknades med resistansen och induktansen per enhetslängd som motsvarar överföringslängden inklusive DC-GIS.

Figur 2: Strömkoppling av DS-operation för grupp C. (a) DS stängt läge, (b) DS öppet läge, (c) ekvivalent krets för DS

Grupp D: DS ska kunna avbryta en omvandlarkortels laddningsström när en omvandlarkortelenhet stoppas. Även om thyristorventilen stoppas, flödar en ripplesström genom straykapacitansen i omvandlarkorteln. Analyseresultaten visar att det är mycket troligt att ripplesströmmen klippas under 1 A, och återhämtningsvoltaget på grund av skillnaden mellan den resterande DC-spänningen på omvandlarsidan och DC-spänningen på linjesidan, som inkluderar rippleskomponenter, är under 70 kV som visas i figur 3.

Figur 3: Spänningsskillnad mellan DS-kontakter

Slutsats om gruppering av högspegelströmsavkopplare:
Växlingsprestandan för alla högspegelströms DS i grupperna A till D designades baserat på AC DS, och dess prestanda bekräftades av fabriksprov med provningsvillkor som visas i tabell 1. Det finns inga signifikanta designskillnader mellan HVAC DS och högspegelströms DS förutom krypkavita, vilken är cirka 20% längre för högspegelströmsapplikationer.

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

Gasisoleringsswitchar (DC-GIS) bestående av flera högspegelströms DS och jordningsbrytare (ES) används också i högspegelströmsnät nära kusten. Figur 4 visar ett exempel på DC-GIS inklusive DC DS och DC ES som installerades vid omvandlingsstationen i det bipolära högspegelströmsystemet, som kom i drift år 2000.