Nhóm công tắc cách ly trong lưới điện HVDC

Công tắc ngắt HVDC:
Công tắc ngắt HVDC (DS) được sử dụng để ngắt các mạch khác nhau trong mạng truyền tải HVDC. Ví dụ, DS HVDC được áp dụng cho các nhiệm vụ chuyển mạch như chuyển mạch dòng nạp dây hoặc cáp, chuyển mạch đường dây hoặc cáp không tải, ngoài ra còn ngắt thiết bị bao gồm ngân hàng biến đổi (van thyristor), ngân hàng lọc và đường nối đất. DS HVDC cũng được áp dụng cho thiết bị chuyển mạch DC để kết thúc dòng điện dư hoặc rò rỉ thông qua bộ ngắt sau khi làm rõ dòng điện lỗi.

Hình 1: Ví dụ về sơ đồ một cực của công tắc ngắt HVDC trong hệ thống HVDC hai cực

Hình 1 cho thấy ví dụ về sơ đồ một cực với thiết bị chuyển mạch liên quan (ngoại trừ máy cắt chuyển mạch trở kim loại) trong hệ thống truyền tải HVDC hai cực ở Nhật Bản. Nói chung, yêu cầu đối với DS HVDC và ES trong hệ thống HVDC tương tự như DS HVAC và ES được sử dụng trong hệ thống AC, nhưng một số thiết bị có yêu cầu bổ sung tùy thuộc vào ứng dụng của chúng. Bảng 1 đưa ra các nhiệm vụ chuyển mạch chính được áp dụng cho các DS HVDC này (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Bảng 1: Nhiệm vụ chuyển mạch chính của công tắc ngắt (DS) áp dụng cho hệ thống HVDC hai cực

Nhóm công tắc ngắt HVDC:
Nhóm A: DS cần phải ngắt dòng xả do điện tích dư của cáp dưới biển có điện dung tương đối lớn (khoảng 20 μF). Điện áp dư gây ra trong đường dây sau khi dừng bộ biến đổi được xả qua mạch snubber trong ngân hàng biến đổi tại cả hai C/Ss (Anan C/S và Kihoku C/S) xuống đất. Hằng số thời gian xả là khoảng 40 s, tương đương với thời gian xả 3 phút. Dòng xả được đặt là 0,1 A dựa trên giá trị tính toán từ điện áp dư 125 kV và điện trở của mạch snubber trong van thyristor.

Nhóm B: DS thường được sử dụng để chuyển mạch đường dây lỗi sang đường dây trung tính khỏe để sử dụng đường dây trung tính tạm thời hoặc vĩnh viễn sau khi hệ thống hoàn toàn dừng lại. Điều này yêu cầu các thông số kỹ thuật giống như DS nhóm A.

Nhóm C: DS cần phải chuyển dòng tải định mức từ DS sang công tắc bypass (BPS) được kết nối song song với ngân hàng biến đổi để khởi động lại đơn vị. Thông số kỹ thuật của dòng chuyển là 2800 A trong dự án này. Hình 2 minh họa quá trình chuyển dòng định mức từ DS sang BPS.

Ban đầu, đơn vị ngân hàng biến đổi trên cùng được dừng và đơn vị ngân hàng biến đổi dưới cùng được vận hành. Để vận hành đơn vị ngân hàng biến đổi trên cùng từ trạng thái dừng, DS C1 được mở tiếp theo để chuyển dòng định mức vào BPS. Dựa trên phân tích với mạch tương đương của quá trình chuyển dòng được hiển thị trong Hình 2c, yêu cầu cho DS nhóm C được đưa ra bởi điện áp DC 1 V tại dòng định mức 2800 A, nơi điện áp được tính toán với điện trở và cảm ứng theo đơn vị chiều dài tương ứng với chiều dài chuyển dòng bao gồm DC-GIS.

Hình 2: Quá trình chuyển dòng DS hoạt động của nhóm C. (a) Vị trí đóng DS, (b) Vị trí mở DS, (c) Mạch tương đương của DS

Nhóm D: DS cần phải ngắt dòng nạp của ngân hàng biến đổi khi đơn vị ngân hàng biến đổi được dừng. Ngay cả khi van thyristor được dừng, dòng dao động vẫn chảy qua điện dung rò rỉ của ngân hàng biến đổi. Kết quả phân tích cho thấy rất có khả năng dòng dao động bị cắt nhỏ hơn 1 A, và điện áp hồi phục do sự khác biệt giữa điện áp DC dư bên biến đổi và điện áp DC bên đường dây bao gồm các thành phần dao động nhỏ hơn 70 kV như được hiển thị trong Hình 3.

Hình 3: Hiệu điện thế giữa các điểm tiếp xúc DS

Kết luận về việc nhóm công tắc ngắt HVDC:
Hiệu suất chuyển mạch của tất cả các DS HVDC từ nhóm A đến D được thiết kế dựa trên DS AC, và hiệu suất của nó đã được xác nhận bằng các thử nghiệm tại nhà máy với các điều kiện thử nghiệm được hiển thị trong Bảng 1 Không có sự khác biệt đáng kể nào về thiết kế giữa DS HVAC và DS HVDC ngoại trừ khoảng cách rò rỉ, khoảng cách này dài hơn khoảng 20% cho các ứng dụng HVDC.

Hình 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) được sử dụng cho GIS 500 kV-DC

Thiết bị chuyển mạch cách điện khí (DC-GIS) bao gồm nhiều DS HVDC và công tắc nối đất (ES) cũng được áp dụng trong các mạng HVDC gần bờ biển. Hình 4 cho thấy một ví dụ về DC-GIS bao gồm DS DC và ES DC được lắp đặt tại trạm biến đổi trong hệ thống HVDC hai cực, được đưa vào hoạt động năm 2000.