Hạn Chế Dòng Đứt Mạch và Các Loại của Chúng
Giới thiệu về Giới hạn dòng điện lỗi
Gần đây, với nhu cầu năng lượng tăng vọt, sự phát triển mạnh mẽ trong việc sản xuất và truyền tải điện đã trở nên quan trọng và trở thành một nhu cầu cơ bản. Tuy nhiên, trong bất kỳ hệ thống sản xuất điện nào, ngắn mạch là một trong những vấn đề dai dẳng và thách thức nhất, và tác động của chúng càng tăng khi quy mô sản xuất mở rộng. Các vấn đề do dòng ngắn mạch hoặc dòng lỗi gây ra là đa dạng:
Áp lực nhiệt trên thiết bị: Áp lực nhiệt không thể chịu đựng được được tạo ra trên thiết bị điện, có thể dẫn đến mòn sớm, hư hỏng, thậm chí hỏng hóc các bộ phận.
Sự can thiệp điện từ: Nhiều lực điện từ trong mạch làm gián đoạn hoạt động bình thường của các dụng cụ, ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của chúng.
Hạn chế kỹ thuật và kinh tế: Để bảo vệ mạch khỏi hư hỏng, cần có các công tắc ngắt mạch hiệu quả hơn. Yêu cầu này không chỉ đặt ra các rào cản kỹ thuật mà còn áp đặt các hạn chế kinh tế đáng kể.
Nguy cơ an toàn: Vấn đề an toàn là một trong những vấn đề cấp bách nhất, vì ngắn mạch gây ra mối đe dọa trực tiếp đến tính mạng của nhân viên và sự toàn vẹn của cơ sở hạ tầng điện.
Các vấn đề biến đổi điện áp tạm thời: Ngắn mạch làm trầm trọng thêm vấn đề về biến đổi điện áp trong quá trình chuyển mạch, khiến chúng trở nên quan trọng và khó quản lý hơn.
Trước những thách thức này, việc phát triển các hệ thống tiên tiến và chính xác hơn để giải quyết vấn đề ngắn mạch đã trở nên cấp bách. Bài viết này sẽ khám phá một số phương pháp đã được đề xuất và triển khai để giảm thiểu tác động của dòng lỗi.
Phương pháp
Dưới đây là một số phương pháp đang được nghiên cứu tích cực hoặc đã được sử dụng thực tế, tùy thuộc vào đặc điểm và ứng dụng cụ thể của chúng:
Biến áp giới hạn dòng (CLR): Được biết đến rộng rãi vì hiệu quả trong việc giới hạn dòng lỗi.
Giới hạn dòng điện trạng thái rắn: Một công nghệ mới nổi đầy hứa hẹn nhưng vẫn ở giai đoạn đầu của nghiên cứu và phát triển.
Giới hạn dòng siêu dẫn: Những thiết bị này tận dụng các đặc tính độc đáo của vật liệu siêu dẫn để giới hạn dòng, và giống như giới hạn dòng trạng thái rắn, đang ở giai đoạn đầu của phát triển.
Ống保险丝：一种传统但可靠的保护电路的方法，当电流超过一定阈值时中断电流。 - 母线分段在变电站中：一种实用的方法，通过改变变电站的电气配置来减少故障电流。 - 高阻抗变压器的实施：这些变压器可以用来增加电路中的阻抗，从而限制故障电流的大小。 - 使用核反应堆进行电流限制：尽管是一种非常规方法，但研究已经探索了核反应堆对电流限制机制的潜在贡献。 在这些技术中，固态和超导设备的使用仍处于开发阶段。在实施任何系统以解决短路问题时，必须考虑两个关键因素： 变电站和配电网络中的故障电流缓解策略 限流电抗器的位置和数量 在电气工程领域，两个关键问题涉及限流电抗器在变电站和配电网中的最佳位置，以及确定有效管理故障电流所需的这些电抗器的理想数量。这些决策需要全面了解电气系统的特性、负载要求和潜在故障场景。 限流电抗器（CLR） 限流电抗器是用于故障电流管理的一种最具成本效益和实用的解决方案之一。它对变电站可靠性的影响最小，使其成为许多电气系统的优选方案。然而，它也有一定的缺点。CLRs 的物理硬件通常较大，占用变电站内的大量空间。此外，CLRs 的存在可能导致电压稳定性的下降，这必须仔细监测和管理。 固态故障电流限制器 固态故障电流限制器目前正处于研究和开发阶段。它们的优势在于相对容易集成到配电系统中。然而，高昂的成本是一个主要障碍，阻碍了其大规模广泛应用。研究人员正在积极努力降低成本并提高性能，使其更适用于商业用途。 保险丝 保险丝作为高效且有效的断流装置，适合作为电流限制器使用。它们价格便宜且易于安装。然而，它们的有效性受到额定容量的限制。例如，典型的保险丝可能设计为处理最大 40 kV 和 200 A 的电流，限制了其在高电压和大电流场景中的应用。高破裂容量（HRC）保险丝提供了更好的性能，但仍有一定的局限性。 母线故障电流限制器 母线耦合断路器可以用作母线故障电流限制器，但通常被视为临时或应急响应解决方案。由于其操作特性和限制，它们并不设计为变电站内的永久装置。 中性电抗器的应用 中性电抗器是另一种可行的故障电流缓解选项，特别是在处理地电流时。它们的设计和操作使它们在特定的与地相关的电气问题故障场景中特别有效。 限流电抗器的类型和特性 限流电抗器是一种广泛实施的解决方案，可以分为两种主要类型： 干式 CLR 干式 CLRs 是空气芯电抗器，采用铜绕组。避免使用铁芯是因为饱和风险可能会损害电抗器的性能。这些电抗器适用于环境条件相对干净和干燥的各种应用。 油浸式 CLR 油浸式 CLRs 在基本功能方面与其干式同类产品有许多相似之处。然而，它们的关键区别在于应用范围。油浸式 CLRs 特别设计用于高度污染的环境。这些电抗器中使用的油比干式电抗器中的空气具有更高的介电常数，在恶劣条件下提供增强的绝缘和保护。 故障电流限制电抗器的一般规格 频率和电压：这些电抗器设计用于在相对较窄的频率和电压范围内运行。它们的性能特性针对特定的电气系统参数进行了优化。 安装灵活性：根据应用要求，它们可以安装在室内或室外。这种灵活性允许在不同的变电站和配电网设置中具有更大的适应性。 短路容量：它们被设计成能够处理所集成的电气系统的短路电流，在故障条件下提供有效的电流限制能力。 暂态稳定性和限流电抗器 暂态稳定性在交流电力系统中起着至关重要的作用。它指的是在发生故障后，电力系统中的多个同步电机保持同步的能力。例如，在一个由众多互联的同步电机组成的电网中，暂态稳定性决定了这些电机在突然出现电气干扰（如短路）后能否继续和谐运行。限流电抗器通过减少故障电流的大小，显著影响暂态稳定性，从而最大限度地减少同步电机上的机械和电气应力，并增加系统在故障期间和之后保持稳定的可能性。 基于超导体的限流电抗器 超导故障电流限制器（SFCLs）为提高电力系统的暂态稳定性提供了一种非常实用的解决方案，有效地平衡了技术和经济考虑。超导体的独特性质，即表现出极高的非线性电阻，使其成为用作故障电流限制器（FCLs）的理想候选者。 SFCLs 的一个关键优势在于超导体能够迅速增加其电阻，并从电阻几乎为零的超导状态无缝过渡到正常导电状态。这种电阻的快速变化使 SFCL 能够迅速响应故障电流，限制其大小，从而保护电力系统的完整性。 为了更好地理解 SFCLs 的功能，可以考虑以下示例：一个连接在电气系统中的电动机和故障电流限制器的战略放置。 粒子群优化 粒子群优化（PSO）与进化计算方法如遗传算法（GA）有显著的相似之处。最初，PSO 在搜索空间内初始化一组随机候选解。这些解通常被概念化为“粒子”，然后在搜索空间中导航，迭代更新它们的位置和速度。通过这种自我调整和与邻近粒子交互的动态过程，系统系统地探索解空间，逐渐收敛于最优或接近最优的解。
