Күртпен ағын шектеу жүйелеріндегі және Күртпен ағын шектейтіндерді (FCL) қолдануы

0 Есірткі​
Электр желілердің өнімділігі мен жүк талаптарының артуымен, үлкен қуатты электростанцияларды және подстанциялық түйінділерді интеграциялау - әсіресе жүк орталықтарындағы үлкен электростанциялардың пайда болуы және үлкен электр желілердің байланыстырылуы - кез-келгенде жеңілдету шешімдерін енгізбеу арқылы қысым ағым деңгейлерінің үнемі өсуіне әкеледі. Бұл даму ыңғайсыздықтары не только значительно увеличат инвестиции в оборудование новых подстанций, но и серьезно повлияют на линии связи и трубопроводы существующих подстанционных сооружений, возможно, потребуется значительное финансирование для реконструкции и модернизации.

Системаның өнімділігі аз болған және қысым ағым деңгейлері төмен болған алғашқы мезеттерде, қысым ағымдарының артуын шешу әдетте коммутациялық түйінділерді ауыстыру арқылы жасалады - бұл мезетте басқа подстанциялық түйінділер сәл жеткілікті маржиналдықты қолдайды. Бірақ, электр желілердің өнімділігі үлкен, қысым деңгейлері жоғары және системаның байланыстырылуы немесе өнімділіктің тереңдетілуі арқылы қысым ағымдарының үнемі өсуінде, тек автоматты айналу переключательлерін ауыстыру ете болмайды. Мүмкін, өткен подстанцияларда не только замена выключателей, но и усовершенствование или замена основных трансформаторов, разъединителей, измерительных трансформаторов, шин, изоляторов, конструкций, фундаментов и заземляющих систем. К тому же, линии связи могут потребовать экранирования или даже перевода на подземные кабели связи.

Бірнеше факторлардың әсерінен, жаңа үлкен қуатты электрогенераторлар және электростанциялар 220кВ желілеріне қатысты қосылатындықтан, қысым ағым деңгейлері өте жылдам өсетін. Көптеген 220кВ автоматты айналу переключательлері - дағдылық толық бүтін подстанциялар - өсуше қысым деңгейлеріне қолданылған жарықтың өткізу қабілеті мен динамикалық стабилділік қасиеттеріне қолданылған жарықтың өткізу қабілеті мен динамикалық стабилділік қасиеттеріне қолданылған. Осында техникалық және экономикалық қиындықтар пайда болады. Сондықтан, қысым ағымдарын шектеу туралы зерттеу өте қажет.

​1 Традициондық ағым шектеу шешімдері және олардың шектеулері​
Қысым ағымдарын шектеу системаның құрылымы, эксплуатациясы және түйінділерінің нүктесінен шешілуге болады. Традиционды шешімдер мына категорияларға бөлінеді, бірақ артықчылықтары әртүрлі:

• ​а. Желі құрылымын өзгерту​
  Жоғары напряжение желілерін дамыту, төмен напряжение желілерін/шиналарын бөлу және желілерді бөлу.
• Жоғары напряжение желілерін дамыту: Ұзын мезетте іске қосу қажет болады және экологиялық ескертулерге қатысады.
• Төмен напряжение желілерін бөлу/бөлу: Жүзеге асыру қарапайым, бірақ системаның қауіпсіздік маржиын азайтады және эксплуатациялық өзгешіліктерді шектейді, сондықтан ғана қажетті жағдайларда қолданылады.
• ​b. DC интерконнект технологиясы​
  DC интерконнект қысым ағымдарын өте азайта алады, бірақ екі жағындағы инвертор станцияларына қатысты инвестициялар өте жоғары. Кішкентай қосымша қуатты қысқа интерконнекттер үшін бұл шешім экономикалық тұрғыдан қолайсыз болады.
• ​c. Жоғары импеданс трансформаторлары​
  Жоғары импеданс трансформаторларының қолданылуы қысым ағымдарын шектеу үшін тереңдетілген қадам. Бірақ, олар стабильді режимде өте жоғары жойылымдарға әкеледі, сондықтан системаның экономикасына әсер етеді.
• ​d. Сериялық реакторлар​
  Сериялық реакторлар, өнеркәсіптік өнімділігі және ағым шектеу қасиеттері белгілі, электростанциялардың көмекші системаларында және 10-35кВ подстанцияларында қолданылады. Бірақ, оларды ультра жоғары напряжение системаларында қолдану тікелей жойылымдарды арттырып, системаның стабилділігін азайтады, сондықтан олардың қолданылуы шектеледі.
• ​e. Түйінділердің өнімділігін арттыру және модернизациялау​
  Автоматты айналу переключательлерін ауыстыру және өткен подстанцияларды үлкен қысым ағымдарына қолдану үшін модернизациялау қысым ағымдарын шектеу проблемасына түпнұсқа қолданылады, бірақ олар өте жоғары инвестицияларды және қиын салыстыру қажет етеді, сондықтан экономикалық өнімділігі және уақыттың өнімділігі жоғары емес.

Традиционды шешімдердің өте маңызды шектеулерінен, жаңа қолданыстағы қысым ағымдарын шектеу түйінділерін әзірлеу өте қажет болды. Ақырсыз ағым шектеу түйіндісі (FCL) шешім ретінде пайда болды және гибкий переменный ток передачи системасының (FACTS) маңызды бөлігі болып табылады.

​2 Ақырсыз ағым шектеу түйіндісінің (FCL) электр желілеріндегі қолданылуы​

​2.1 FCL модельі және негізгі принциптері​
FCL негізгі принципі сериялық реактор ағым шектеу технологиясынан алынған, бірақ өнеркәсіптік электроника арқылы өзгертілген, традиционды сериялық реакторлардың (мисалы, стабильді режимде өте жоғары жойылымдар және системаның стабилділігіне әсері) қасиеттерін жою үшін. Оның негізгі модельі былай абстракттелуі мүмкін: "Нормаль режимде реактивтік түйінді жоқ; ақырсыз ағымда реактивтік түйінді тез қосылып, ағымды шектейді."

• Нормаль режимде: Коммутациялық түйінді жабылған, FCL бағытталған импедансы жоғары, системага әсері жоқ.
• Ақырсыз ағымда: Коммутациялық түйінді тез ашылып, ағым шектеу реакторы қосылып, қысым ағымын басып өткізеді.

FCL негізгі компоненттері төрт маңызды элементтен тұрады:

1. Тез ағым шектеу детекторы: Системаның ағымын реалдық уақытта мониторлейді және қысым ағымын тез анықтай алады.
2. Тез коммутациялық түйінді: Ақырсыз ағымда тез ашылып, "реактивтік түйінді жоқ" және "реактивтік түйінді" режимдерінде өткізілетін түйінді.
3. Ағым шектеу реакторы: Негізгі ағым шектеу компоненті, импеданс арқылы қысым ағымын басып өткізеді.
4. Өте жоғары напряжение қорғау элементі: Ақырсыз ағымда өте жоғары напряведение қорғау үшін, системаның түйінділерін қорғау үшін.

​2.2 FCL функционалдық қызметтері және өнімдері​

​2.2.1 FCL негізгі функционалдық қызметтері​
FCL электр желілеріндегі қысым ағымдарын шектеудің жаңа ықтималдығын береді және совремалық электр желілерінің маңызды бөлігі болып табылады. Оның артықчылықтары:

• Автоматты айналу переключательлерінің түйінділерін азайту: Жоғары напряжение деңгейлері үлкен, қысым ағымдарын ауыстыру қиын. FCL автоматты айналу переключательлерінің ағымды ауыстыру қабілетін түсіреді, түйінділердің өмір мерзімін ұзақтатады.
• Системаның стабилділігін жақсарту: Қысым ағымдарын тез шектеу линиялардың напряведения төмендетуін және жүйелік генераторлардың қатыстыруын азайтады, бұл өзара қатыстыру, напряжение және жиілік стабилділігін жақсартады.
• Түйінділерді және линияларды қолдану: Егер FCL қысым ағымының максимумына жеткенше ағым шектеу қызметін өткізе алатын болса, термодинамикалық және динамикалық стабилділік шектерінің талаптарын азайтады, сондықтан линиялардың әкімділік қабілетін арттырады.
• Напряжение сапасын жақсарту: Ақырсыз ағымда қысым ағымдарын тез шектеу қатысқан жолдардың напряведение төмендету уақытын қысқартады, бұл желілердің напряведения стабилділігін қамтамасыз етеді.
• Кездесетін құрылғыларға әсерді азайту: Жоғары напряжение желілеріндегі қысым ағымдарын шектеу қол жетімді желілер мен темір жол сигналдық системаларына электромагниттік әсерді азайтады.

​2.2.2 FCL өнімдері үшін қойылатын талаптар​
Электр желілерінің қызмет ететін қасиеттеріне ықтимал болу үшін, FCL мына өнімдер стандарттарына сай келуі керек:

• Нормаль режимде системага әсер етпейді (напряжение төмендету жоғары).
• Ақырсыз ағымда тез жауап береді (1-2 мс ішінде), қысым ағымдарының максимумын және стабильді режимдегі қысым ағымдарын шектейді, бірақ өте жоғары напряведение сияқты қолданылымдары болмайды.
• Ақырсыз ағымдан кейін автоматты қайта қосылу үшін қол жетімді, қолдану үшін қол қойылуы қажет емес.
• Қорғаулық релелердің нормаль қызмет ету логикасына әсер етпейді.
• Рационалды құны және жоғары өнімділік, энергетикалық инженерия қолдану талаптарына сай келеді.

​2.3 FCL өнімдерінің әртүрлі схемаларының салыстырмасы​

​2.3.1 Схемалардың салыстырмасы​

• ​Жалпы салыстырмасы: Жаңа материалды (әсіресе суперкондукторлық) және өнеркәсіптік FCL-лер қазіргі таңда оптимальды шешімдер. Біріншісі қарапайым және ыңғайлы, бірақ материалдық технологияға тәуелді; екіншісі жиірлік басқару ыңғайлы, өнеркәсіптік электрониканың құны төмендей отырып, инженериялық мүмкін болды, сондықтан бұл өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнімдерді өнім......