HVDC Şebekelerinde Kesici Anahtarların Gruplanması

HVDC ayrac anahtarlama cihazları:
HVDC ayrac anahtarlama cihazları (DS), HVDC iletim ağlarında çeşitli devrelerin bağlantısını kesmek için kullanılır. Örneğin, HVDC DS, hat veya kablo şarj akımını, boş yük hatlarını veya kablo transferini, ayrıca bir dönüştürücü grubu (tiristör vanası), bir filtre grubu ve bir topraklama hattı dahil olmak üzere ekipmanların bağlantısını kesme görevlerinde kullanılır. Ayrıca, bir arızalı akımın temizlendikten sonra kesiciden geçen arta kalan veya sızıntı akımını sonlandırmak için DC anahtar cihazlarına uygulanır.

Şekil 1: İkili kutuplu HVDC sistemindeki HVDC ayrac anahtarlama cihazının tek kutuplu diyagramı örneği

Şekil 1, Japonya'daki ikili kutuplu HVDC iletim sisteminde kullanılan (Metalik dönüş aktarıcı kesici hariç) ilgili anahtarlama ekipmanlarıyla birlikte tek kutuplu bir diyagram örneğini göstermektedir. Genel olarak, HVDC sistemindeki HVDC DS ve ES gereksinimleri, AC sisteminde kullanılan HVAC DS ve ES'ye benzerdir, ancak bazı ekipmanlar, kullanım alanlarına bağlı olarak ek gereksinimler içerebilir. Tablo 1, bu HVDC DS'ler üzerinde uygulanan ana anahtarlama görevlerini vermektedir (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tablo 1: İkili kutuplu HVDC sistemine uygulanan ayrac anahtarlama cihazının (DS) ana anahtarlama görevleri

HVDC ayrac anahtarlama cihaz grupları:
Grup A: DS, nispeten büyük kapasitansa (yaklaşık 20 μF) sahip bir denizaltı kablodaki arta kalan yüklerden kaynaklanan hat boşaltma akımını kesmek için gereklidir. Bir dönüştürücünün durdurulmasından sonra hat içinde induksiyon edilen arta kalan gerilim, her iki C/S'te (Anan C/S ve Kihoku C/S) bir dönüştürücü grubundaki snubber devresi üzerinden toprağa boşaltılır. Boşaltma zaman sabiti yaklaşık 40 saniyedir, bu da 3 dakikalık bir boşaltma süresine karşılık gelir. Boşaltma akımı, 125 kV arta kalan gerilim ve tiristör vanasındaki snubber devresinin direncinden hesaplanan değere dayanarak 0.1 A olarak ayarlanmıştır.

Grup B: DS, genellikle bir hat hattını geçici veya kalıcı olarak bir neutral hattı olarak kullanmak üzere bir hat hattını bir sağlıklı neutral hattına geçirmek için kullanılır. Bu, grup A DS ile aynı özelliklere ihtiyaç duyar.

Grup C: DS, bir dönüştürücü grubuna yeniden başlatmak için nominal yük akımını bir by-pass anahtarına (BPS) aktarmak için gereklidir. Bu projede aktarma akımı belirtimi 2800 A'dır. Şekil 2, DS'den BPS'ye nominal akım aktarma sürecini göstermektedir.

İlk olarak, üst dönüştürücü grubu durdurulur ve alt dönüştürücü grubu çalıştırılır. Durdurulmuş durumdan üst gruba geçiş sağlamak için, nominal akım BPS'ye komütasyon edilmesi için DS C1 açılır. Şekil 2 c'deki akım aktarma sürecinin eşdeğer devresiyle yapılan analizlere dayanarak, grup C DS'nin gereksinimleri, 2800 A nominal akımında DC 1 V gerilim olarak belirlenmiştir, burada gerilim, DC-GIS dahil akım aktarma uzunluğuna karşılık gelen birim uzunluk başına direnç ve endüktansla hesaplanmıştır.

Şekil 2: Grup C'nin akım aktarma DS işlemi. (a) DS kapalı pozisyon, (b) DS açık pozisyon, (c) DS'nin eşdeğer devresi

Grup D: DS, bir dönüştürücü grubunun durdurulması sırasında dönüştürücü grubu şarj akımını kesmek için gereklidir. Tiristör vanası durdurulsa bile, dönüştürücü grubunun sapma kapasitansı üzerinden dalgalı bir akım akar. Analiz sonuçları, dalgalı akımın 1 A'dan daha düşük olması yüksek oranda muhtemel olduğunu ve dönüştürücü tarafındaki arta kalan DC gerilim ile dalgalı bileşenleri içeren hat tarafındaki DC gerilim arasındaki farktan kaynaklanan kurtarma geriliminin Şekil 3'te gösterildiği gibi 70 kV'den düşük olduğunu göstermektedir.

Şekil 3: DS kontaktları arasındaki gerilim farkı

HVDC ayrac anahtarlama cihaz gruplaması hakkında sonuç:
A'dan D'ye kadar olan tüm HVDC DS'lerin anahtarlama performansı, AC DS'ye dayalı olarak tasarlandı ve Tablo 1'de gösterilen test koşullarıyla fabrika testleriyle doğrulandı. HVAC DS ve HVDC DS arasında, HVDC uygulamaları için yaklaşık %20 daha uzun olan yayan mesafe dışında, önemli tasarım farklılıkları yoktur.

Şekil 4: 500 kV-DC GIS için kullanılan DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA)

Birkaç HVDC DS ve topraklama anahtarı (ES) ile oluşan gaz yalıtımlı anahtar cihazı (DC-GIS), kıyıya yakın HVDC ağlarında da uygulanmaktadır. Şekil 4, 2000 yılında hizmete alınan ikili kutuplu HVDC sistemindeki dönüştürücü istasyonunda kurulan DC DS ve DC ES'yi içeren bir DC-GIS örneğini göstermektedir.