การจัดกลุ่มสวิตช์ตัดไฟในระบบสายส่งไฟฟ้าแรงดันสูงแบบกระแสตรง

สวิตช์ตัดวงจร HVDC:
สวิตช์ตัดวงจร HVDC (DS) ใช้สำหรับการตัดวงจรต่างๆ ในระบบส่งกำลังไฟฟ้า HVDC เช่น สวิตช์ตัดวงจร HVDC ใช้ในการเปลี่ยนแปลงกระแสชาร์จสายหรือเคเบิล การเปลี่ยนแปลงกระแสไม่มีโหลดของสายหรือเคเบิล และการตัดอุปกรณ์ที่รวมถึงธนาคารคอนเวอร์เตอร์ (วาล์วธีริสเตอร์) ธนาคารกรอง และสายต่อพื้น นอกจากนี้สวิตช์ตัดวงจร HVDC ยังใช้ในอุปกรณ์สวิตช์ DC เพื่อยุติกระแสค้างหรือกระแสรั่วหลังจากขจัดกระแสความผิดพลาด

ภาพที่ 1: ตัวอย่างแผนภาพเดี่ยวของสวิตช์ตัดวงจร HVDC ในระบบ HVDC แบบสองขั้ว

ภาพที่ 1 แสดงตัวอย่างแผนภาพเดี่ยวพร้อมอุปกรณ์สวิตช์ที่เกี่ยวข้อง (ยกเว้นสวิตช์ตัดวงจรโอนกลับโลหะ) ในระบบส่งกำลังไฟฟ้า HVDC แบบสองขั้วในญี่ปุ่น โดยทั่วไปแล้วความต้องการของสวิตช์ตัดวงจร HVDC และ ES ในระบบ HVDC มีความคล้ายคลึงกับสวิตช์ตัดวงจรและ ES ที่ใช้ในระบบ AC แต่อุปกรณ์บางอย่างมีความต้องการเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตารางที่ 1 ให้รายละเอียดหน้าที่สำคัญของการสวิตช์ที่กำหนดให้กับสวิตช์ตัดวงจร HVDC นี้ (CIGRE JWG A3/B4.34 2017)

ตารางที่ 1: หน้าที่สำคัญของการสวิตช์ของสวิตช์ตัดวงจร (DS) ที่ใช้ในระบบ HVDC แบบสองขั้ว

กลุ่มสวิตช์ตัดวงจร HVDC:
กลุ่ม A: สวิตช์ตัดวงจรจำเป็นต้องตัดกระแสปล่อยของสายเนื่องจากประจุคงเหลือของเคเบิลใต้น้ำซึ่งมีความจุสูง (ประมาณ 20 μF) แรงดันคงเหลือที่เกิดขึ้นในสายหลังจากคอนเวอร์เตอร์หยุดทำงานจะถูกปล่อยผ่านวงจร snubber ในธนาคารคอนเวอร์เตอร์ทั้งสอง C/Ss (Anan C/S และ Kihoku C/S) ลงสู่พื้น ค่าคงที่เวลาปล่อยคือประมาณ 40 วินาที ซึ่งเท่ากับเวลาปล่อย 3 นาที กระแสปล่อยถูกตั้งไว้ที่ 0.1 A ตามค่าที่คำนวณจากแรงดันคงเหลือ 125 kV และความต้านทานของวงจร snubber ในวาล์วธีริสเตอร์

กลุ่ม B: สวิตช์ตัดวงจรโดยทั่วไปใช้ในการเปลี่ยนแปลงสายส่งที่เสียหายไปยังสายกลางที่สมบูรณ์เพื่อใช้สายกลางเป็นสายส่งชั่วคราวหรือถาวรหลังจากระบบหยุดทำงานอย่างสมบูรณ์ ซึ่งต้องการข้อกำหนดเดียวกับสวิตช์ตัดวงจรกลุ่ม A

กลุ่ม C: สวิตช์ตัดวงจรจำเป็นต้องโอนกระแสโหลดมาตรฐานจากสวิตช์ตัดวงจรไปยังสวิตช์ข้าม (BPS) ที่เชื่อมต่อขนานกับธนาคารคอนเวอร์เตอร์เพื่อเริ่มการทำงานใหม่ของธนาคาร ค่ากระแสโอนในโครงการนี้คือ 2800 A ภาพที่ 2 แสดงกระบวนการโอนกระแสโหลดมาตรฐานจากสวิตช์ตัดวงจรไปยังสวิตช์ข้าม

แรกเริ่ม ธนาคารคอนเวอร์เตอร์บนสุดหยุดทำงานและธนาคารคอนเวอร์เตอร์ล่างสุดทำงาน ในการเริ่มการทำงานของธนาคารบนสุดจากสภาพหยุด สวิตช์ตัดวงจร C1 จะเปิดเพื่อโอนกระแสโหลดมาตรฐานไปยังสวิตช์ข้าม ตามการวิเคราะห์ด้วยวงจรเทียบเท่าของกระบวนการโอนกระแสที่แสดงในภาพที่ 2 c ข้อกำหนดสำหรับสวิตช์ตัดวงจรกลุ่ม C ได้แก่ แรงดัน DC 1 V ที่กระแสโหลดมาตรฐาน 2800 A โดยแรงดันถูกคำนวณด้วยความต้านทานและความเหนี่ยวนำต่อหน่วยความยาวที่สอดคล้องกับความยาวการโอนกระแสรวมถึง DC-GIS

ภาพที่ 2: การทำงานของสวิตช์ตัดวงจรโอนกระแสของกลุ่ม C (a) ตำแหน่งสวิตช์ตัดวงจรปิด (b) ตำแหน่งสวิตช์ตัดวงจรเปิด (c) วงจรเทียบเท่าของสวิตช์ตัดวงจร

กลุ่ม D: สวิตช์ตัดวงจรจำเป็นต้องตัดกระแสชาร์จของธนาคารคอนเวอร์เตอร์เมื่อธนาคารคอนเวอร์เตอร์หยุดทำงาน แม้ว่าวาล์วธีริสเตอร์หยุดทำงาน แต่กระแสริบบิ้นยังไหลผ่านความจุแปรผันของธนาคารคอนเวอร์เตอร์ ผลการวิเคราะห์แสดงว่ามีโอกาสสูงที่กระแสริบบิ้นจะถูกตัดน้อยกว่า 1 A และแรงดันฟื้นจากการแตกต่างระหว่างแรงดัน DC คงเหลือของฝั่งคอนเวอร์เตอร์และแรงดัน DC ของฝั่งสายที่รวมถึงส่วนริบบิ้นน้อยกว่า 70 kV ตามที่แสดงในภาพที่ 3

ภาพที่ 3: ความต่างศักย์ระหว่างตัวต่อสวิตช์ตัดวงจร

สรุปเกี่ยวกับการจัดกลุ่มสวิตช์ตัดวงจร HVDC:
ประสิทธิภาพการสวิตช์ของสวิตช์ตัดวงจร HVDC ทั้งหมดในกลุ่ม A ถึง D ได้ออกแบบตามสวิตช์ตัดวงจร AC และได้รับการยืนยันโดยการทดสอบในโรงงานตามเงื่อนไขการทดสอบที่แสดงในตารางที่ 1 ไม่มีความแตกต่างในการออกแบบที่สำคัญระหว่างสวิตช์ตัดวงจร HVAC และสวิตช์ตัดวงจร HVDC ยกเว้นระยะทางการคลานซึ่งยาวขึ้นประมาณ 20% สำหรับการใช้งาน HVDC

ภาพที่ 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) ที่ใช้ในระบบ GIS แรงดัน 500 kV-DC

สวิตช์ควบคุมแรงดันด้วยก๊าซ (DC-GIS) ที่ประกอบด้วยสวิตช์ตัดวงจร HVDC และสวิตช์ต่อพื้นหลายตัวยังใช้ในระบบส่งกำลังไฟฟ้า HVDC ใกล้ชายฝั่ง ภาพที่ 4 แสดงตัวอย่างของ DC-GIS ที่รวมสวิตช์ตัดวงจร DC และสวิตช์ต่อพื้น DC ที่ติดตั้งที่สถานีคอนเวอร์เตอร์ในระบบ HVDC แบบสองขั้ว ซึ่งเริ่มใช้งานในปี 2000