Samewerkende Oplossing vir Foutstroombeperker (FCL) en Eenfase Outomatiese Herinsluiting (SPAR) in Suidooster-Azië se EHV Kragroete
- Inleiding: Navorsingsagtergrond en Betekenis
Met die vinnige ekonomiese ontwikkeling in Suidoos-Asië, verderf elektrisiteitsnetwerk-skaale voortdurend en belastings bly styg. Dit het gelei tot stelsel kortsluitstroom nader of selfs oorskry die skakelaar onderbreekvermoë grense, wat ernstig die veiligheid en stabiliteit van elektrisiteitsnetwerk-operasies bedreig. Tegelyk dien EHV-oordraadlynne as die ruggraat vir regionale kraginterkonneksies. Oor 70% van foute is enkelvase grondfout, en ongeveer 80% hiervan is tansige foute (bv. donderslag, windgeblase vreemde voorwerpe). Enkelvase Outomatiese Herinsluiting (SPAR) tegnologie is 'n sleutelmethode om foute vinnig te verwyder, kragvoorsiening te herstel, en netwerkstabiliteit en betroubaarheid te verseker.
Foutstroombeperkers (FCLs), veral koste-effektiewe metaaloxide-afleier (MOA)-tipe FCLs, is effektiewe maatreëls om kortsluitstrome te beperk en word geleidelik in EHV-nette aangebring. Egter, bestaande navorsing het hoofsaaklik gefokus op die impak van FCLs op stelsel tansgesteldheid en relaisbeskerming, sonder om hul potensiële negatiewe impak op SPAR sukseskoerse te oorweeg. Hierdie voorstel poog om hierdie navorsingsgaping te vul deur 'n diepgaande analise van die interaksie tussen FCLs en SPAR, en 'n stel samewerkende beheerstrategieë geskik vir Suidoos-Asiase elektrisiteitsnette voor te stel. Hierdie strategieë verseker beide effektiewe stroombeperking en betroubare kragvoorsiening.
1. Werkprinsipe van Metaaloxide Afleier-Tipe FCL
Hierdie tipe FCL bestaan hoofsaaklik uit die volgende komponente, wat saamwerk om die kernfunksie van "lae impedansie tydens normale operasie en hoë impedansie tydens foute" te bereik:
|
Komponent |
Funksie Beskrywing |
|
Reaktor Lf (Lf = Lc + L) |
Tydens normale operasie, resonant dit in reeks met kondensator Cf, wat lae impedansie vertoon; tydens foute, word die stroombeperkende reaktor L in die stelsel ingesluit. |
|
Kondensator Cf |
Neme deel aan resonansie tydens normale operasie; tydens foute, word dit vinnig kortgesluit deur die MOA en verlaat die resonansiekring. |
|
Metaaloxide Afleier (MOA) |
Handel onmiddellik wanneer 'n kortsluitfout opgemerk word, geleidend tot die kortsluiting van kondensator Cf. |
|
Omgangskakelaar K |
Sluit vinnig na 'n fout om stroom te deel en die MOA te beskerm teen oormaatlike energie-absorpsie. Sy tydsbestuur is krities. |
|
Stroombeperkende Reaktor Lc |
Beperk hoofsaaklik die ontladingstroom van kondensator Cf deur die triggering gap. |
Werkproses: Tydens normale stelseloperasie, Lf en Cf resonant → FCL impedansie is byna nul → geen impak op kragstroom nie. Wanneer 'n kortsluitfout voorkom, handel die MOA vinnig om Cf kort te sluit → die stroombeperkende reaktor L word in die stelsel ingesluit om die kortsluitstroom te onderdruk → die triggering gap breek af en stuur 'n sein om omgangskakelaar K te sluit → nadat K gesluit is, leid dit stroom om die MOA te beskerm.
2. Probleemanalise: Negatiewe Impak van FCL op Sekondêre Boogstroom en SPAR
Die sekondêre boogstroom is die stroom wat die foutplek na die foutvase skakelaar open tydens SPAR-operasie voortdurend handhaaf, gesteun deur elektromagnetiese en elektrostatische koppeling van die gesonde fase. Die grootte en eienskappe van hierdie stroom bepaal direk of die foutboog self kan uitdoof, wat krities is vir SPAR-sukses.
Simulasie-analise (gebaseer op EMTP, met modelparameters wat verwys na 'n Suid-Chinese 500 kV stelsel) wys dat die installasie van 'n FCL nuwe kwessies kan inlei:
- Impak van Omgangskakelaar (K) Tydsbestuur: As die omgangskakelaar K oop is wanneer die skakelaar uitslaan, sal die sekondêre boogstroom 'n komponent met groot amplituud (tot 225 A), stadige afname, en baie lae frekwensie (ongeveer 3–3.25 Hz) insluit. Hierdie lae frekwensiekomponent verminder aansienlik die aantal stroom-nulpasse, wat boogselfuitdoof moeilik maak en SPAR-sukseskoerse aansienlik verlaag.
- Impak van Boogpad Weerstand (Rg): Wanneer die oorgangsweerstand by die foutplek groot is (bv. 300 Ω), is die kortsluitstroom klein, wat kan voorkom dat die FCL by die lyn-einde aktiveer (MOA bereik nie die werkingsspanning nie). In hierdie geval bly Cf ongekortgesluit en vorm 'n lae frekwensie-oscillasiekring met die lyn-parallellereaktor, wat ook 'n lae frekwensiekomponent produseer wat skadelik is vir booguitdoof.
3. Mekanisme-onderzoek: Oorsprong van die Lae Frekwensiekomponent
Teoretiese analise deur middel van ekwivalente impedansienetwerke en Laplace-transformasies onthul die mekanisme agter die lae frekwensiekomponent:
Die worteloorzaak is kondensator Cf in die FCL. Nadat die skakelaar uitslaan en die fout fase geïsoleer is, ontlaa die energie in Cf deur die parallellereaktor en die foutplek boogweerstand. Hierdie ontladingkring vorm 'n lae frekwensie-oscillasiekring, met 'n oscillasiefrekwentie (ongeveer 3 Hz) hoofsaaklik bepaal deur Cf en die lyn parallellereaktor parameters, grootliks onafhanklik van die foutplek. Hierdie lae frekwensie-oscillasie word slegs elimineer wanneer omgangskakelaar K gesluit bly, wat Cf volledig kortsluit.
4. Kernoplossing: Tydsbestuur Koördineringstrategie vir FCL en SPAR
Om effektiewe stroombeperking deur die FCL te verseker sonder SPAR te beïnvloed, stel hierdie voorstel die volgende presiese tydsbestuur koördineringstrategie voor, met 'n totale duur wat binne 0.66–0.73 sekondes beheer word:
|
Tydnode |
Tydinterval (s) |
Prosesbeskrywing |
|
t0 |
- |
Enkelvase grondfout voorkom in die stelsel. |
|
t1 |
0.002 |
MOA bereik werkingsspanning, handel om Cf kort te sluit, en stroombeperkende reaktor L word in die stelsel ingesluit. |
|
t2 |
0.002 |
FCL moniteringstelsel activeer die ontladinggap G en stuur gelyktydig 'n sein om omgangskakelaar K te begin sluit. |
|
t3 |
0.016 |
Lynrelaisbeskerming werk, gee 'n skakelaar uitslaansein, wat ook 'n bevel is om K te dwing sluit. |
|
t4 |
≤0.024 |
Verzeker dat omgangskakelaar K volledig gesluit is. Dit moet voltooi wees voordat die skakelaar onderbreek. |
|
t5 |
0.016–0.036 |
Hoofkontakte van lynskakelaars aan albei ende oop, skei die foutstroom. |
|
t6 |
0.02 |
Skakelaar opening weerstande ontkoppel, skei die foutfase lyn volledig van die stelsel; sekondêre boog begin brand. |
|
t7 |
0.20 |
Tydens sekondêre boogbrand, hou K gesluit om die lae frekwensiekomponent te elimineer. Na boogselfuitdoof, stuur 'n sein om K te oop. |
|
t8 |
0.045 |
Omgangskakelaar K oop. |
|
t9 |
0.015 |
Foutplek boogpad deionisasietyd, verseker isolasieherstel. |
|
t10 |
0.10 |
Skakelaar sluiting spoel energie, berei voor vir herinsluiting. |
|
t11 |
0.20–0.25 |
Skakelaar sluit, met sluiting weerstande ingesluit om switsoorspannings te onderdruk. |
|
t12 |
0.02 |
Skakelaar hoofkontakte sluit, sluiting weerstande verlaat, en die lyn herstel suksesvol kragvoorsiening. |
Strategiekern: Gebruik die skakelaar uitslaansein van relaisbeskerming as 'n bevel om omgangskakelaar K vinnig te dwing sluit en dit gedurende die sekondêre boogbrandperiode (ongeveer 0.2 sekondes) gesluit te hou. Dit kortsluit Cf effektief, elimineer die lae frekwensie-oscillasiekomponent in die sekondêre boogstroom volledig, en skep gunstige toestande vir boogselfuitdoof.
5. Skema Effektiwiteit en Voordelige
EMTP-simulasies verifieer dat hierdie tydsbestuur koördineringstrategie die volgende behaal:
- Elimineer Lae Frekwensie Skade: Elimineer die 3 Hz lae frekwensiekomponent in die sekondêre boogstroom volledig, vermy sy negatiewe impak op booguitdoof.
- Optimeer Booguitdoofeienskappe: Verminder sekondêre booguitdooftyd met ongeveer 4.5% en verlaag kragfrekwensiekomponentstroom met 10.5%, verbeter SPAR-sukseskoerse aansienlik.
- Versoenbaarheid en Betroubaarheid: Die strategie beïnvloed nie die stelsel se oorspronklike spanningsherstelkenmerke nie en balanseer FCL veiligheid (beskerming van die MOA) met vinnige herstelbehoeftes.
- Maklik Implementeerbaar: Gebaseer op bestaande beskermingseiene, vereis die strategie min veranderinge aan sekondêre stelsels, is lae koste, en geskik vir bestaande of nuwe EHV-projekte in Suidoos-Asiase lande.
6. Gevolgtrekking en Aanbevelings
Vir Suidoos-Asiase EHV elektrisiteitsnette wat planne het of reeds met metaaloxide afleier-tipe FCLs toegerus is, is dit essensieel om die potensiële kwessie van lae frekwensie-oscillasie in sekondêre boogstroom hoog te waardeer, wat SPAR-sukseskoerse kan verlaag en kragvoorsiening betroubaarheid kan bedreig.
