Collaborative Solution para Fault Current Limiter (FCL) ug Single-Phase Auto-Reclosing (SPAR) sa Southeast Asian EHV Power Grids

1. Pagpapakilala: Background ng Pagsasaliksik at Kahalagahan​
   Sa mabilis na pag-unlad ng ekonomiya sa Southeast Asia, ang mga saklaw ng grid ng kuryente ay patuloy na lumalaki, at ang mga load ay patuloy na tumataas. Ito ay nagresulta sa mga short-circuit current ng sistema na humahampas o lalo pa'y lumampas sa limitasyon ng interrupting capacity ng mga circuit breaker, na seryosong nanganganib sa seguridad at estabilidad ng operasyon ng grid ng kuryente. Sa parehong oras, ang mga EHV transmission lines ay nagsisilbing backbone para sa regional power interconnections. Mahigit 70% ng mga kapinsalaan ay single-phase grounding faults, at halos 80% nito ay transient faults (halimbawa, lightning strikes, wind-blown foreign objects). Ang teknolohiyang Single-Phase Auto-Reclosing (SPAR) ay isang pangunahing paraan para mapabilis ang pag-clear ng mga kapinsalaan, mapabalik ang supply ng kuryente, at matiyak ang estabilidad at reliabilidad ng grid.

Ang Fault Current Limiters (FCLs), partikular na ang cost-effective metal-oxide arrester (MOA)-type FCLs, ay epektibong hakbang para pabawalan ang mga short-circuit currents at unti-unti na itong ginagamit sa mga EHV grids. Gayunpaman, ang mayorya ng nakaraang pagsasaliksik ay nakatuon sa impacto ng mga FCLs sa system transient stability at relay protection, na inilalaan ang kanilang potensyal na negatibong epekto sa SPAR success rates. Ang propusisyong ito ay layunin na punan ang research gap na ito sa pamamagitan ng malalim na analisis ng interaksiyon sa pagitan ng FCLs at SPAR, at ipagtatalaga ng isang set ng collaborative control strategies na angkop para sa mga grid ng kuryente sa Southeast Asia. Ang mga strategy na ito ay matitiyak ang parehong epektibong current limiting at reliable power supply.

​1. Pamamaraan ng Pagtrabaho ng Metal-Oxide Arrester-Type FCL​
Ang uri ng FCL na ito ay pangunahing binubuo ng mga sumusunod na komponente, na nagtutulungan upang makamit ang pangunahing tungkulin ng "mababang impedance sa normal na operasyon at mataas na impedance sa panahon ng kapinsalaan":

Workflow: Sa normal na operasyon ng sistema, ang Lf at Cf ay resonates → ang impedance ng FCL ay halos zero → walang epekto sa power flow. Kapag nangyari ang short-circuit fault, ang MOA ay mabilis na umaksyon upang ma-short-circuit ang Cf → ang current-limiting reactor L ay inilalapat sa sistema upang pabawalan ang short-circuit current → ang triggering gap ay bumagsak at nagpadala ng signal upang magsara ang bypass switch K → pagkatapos magsara ang K, ito ay ididivert ang current upang protektahan ang MOA.

​2. Analisis ng Problema: Negatibong Epekto ng FCL sa Secondary Arc Current at SPAR​
Ang secondary arc current ay ang current na patuloy na nagsusuporta sa fault point pagkatapos buksan ang fault-phase circuit breaker sa panahon ng operasyon ng SPAR, na sinusuportahan ng electromagnetic at electrostatic coupling mula sa mga healthy phases. Ang magnitude at characteristics ng current na ito ay direktang nagpapasiyang kung ang fault arc ay maaaring self-extinguish, na kritikal para sa tagumpay ng SPAR.

Ang simulation analysis (batay sa EMTP, na may model parameters na nagsasangguni sa Southern China 500 kV system) ay nagpapakita na ang pag-install ng FCL ay maaaring magdulot ng bagong isyu:

• Impacto ng Timing ng Bypass Switch (K): Kung ang bypass switch K ay bukas sa oras na trip ang circuit breaker, ang secondary arc current ay maglalaman ng component na may malaking amplitude (hanggang 225 A), mabagal na decay, at napakababang frequency (humigit-kumulang 3–3.25 Hz). Ang low-frequency component na ito ay siyang nasisira sa bilang ng mga current zero-crossings, na nagpapahirap sa self-extinction ng arc at marahas na nagsasabog sa SPAR success rates.
• Impacto ng Arc Path Resistance (Rg): Kapag malaki ang transition resistance sa fault point (halimbawa, 300 Ω), ang short-circuit current ay maliit, na maaaring hindi makapag-activate ang FCL sa line end (ang MOA ay hindi umabot sa operating voltage). Sa kasong ito, ang Cf ay nananatiling hindi ma-short-circuited at nabubuo ang low-frequency oscillation circuit kasama ang line shunt reactor, na nagbubuo rin ng low-frequency component na masama para sa arc extinction.

​3. Pag-aaral ng Mechanism: Pinagmulan ng Low-Frequency Component​
Ang teoretikal na analisis gamit ang equivalent impedance networks at Laplace transforms ay nagpapakita ng mechanism sa likod ng low-frequency component:
Ang ugat ng problema ay ang capacitor Cf sa FCL. Pagkatapos trip ang circuit breaker at i-isolate ang fault phase, ang enerhiyang naka-store sa Cf ay nadidischarge sa pamamagitan ng shunt reactor at fault point arc resistance. Ang discharge circuit na ito ay nagbabuo ng low-frequency oscillation circuit, na may oscillation frequency (humigit-kumulang 3 Hz) na pangunahing nadetermina ng Cf at mga parameter ng line shunt reactor, na malaya sa fault location. Ang low-frequency oscillation na ito ay natatanggal lamang kapag ang bypass switch K ay nagsasara, na ganap na ma-short-circuit ang Cf.

​4. Pangunahing Solusyon: Timing Coordination Strategy para sa FCL at SPAR​
Upang matiyak ang epektibong current limiting ng FCL nang hindi makaapekto sa SPAR, ang propusisyong ito ay nagtataguyod ng sumusunod na precise timing coordination strategy, na may kabuuang duration na kontrolado sa loob ng 0.66–0.73 segundo:

Strategy Core: Gumamit ng circuit breaker trip signal mula sa relay protection bilang command upang pwersahang magsara ang bypass switch K mabilis at panatilihin ito nagsasara sa buong panahon ng secondary arc burning (humigit-kumulang 0.2 segundo). Ito ay epektibong ma-short-circuit ang Cf, na ganap na nag-aalis ng low-frequency oscillation component sa secondary arc current at nagbibigay ng favorable conditions para sa self-extinction ng arc.

​5. Epektibidad at Advantages ng Scheme​
Ang EMTP simulations ay nagpapatunay na ang timing coordination strategy na ito ay nagpapahayag ng sumusunod:

1. Eliminates Low-Frequency Harm: Ganap na nag-aalis ng 3 Hz low-frequency component sa secondary arc current, na nag-iwas sa kanyang negatibong epekto sa arc extinction.
2. Optimizes Arc Extinction Characteristics: Nagbabawas ng secondary arc extinction time ng humigit-kumulang 4.5% at nagbabawas ng power-frequency component current ng 10.5%, na siyang nagpapabuti ng SPAR success rates.
3. Compatibility and Reliability: Ang strategy ay hindi nakakaapekto sa original na voltage recovery characteristics ng sistema at balanse ang FCL safety (protektahan ang MOA) at ang mabilis na recovery needs.
4. Ease of Implementation: Batay sa existing protection signals, ang strategy ay nangangailangan ng minimal na modifications sa secondary systems, mura, at angkop para sa existing o new EHV projects sa Southeast Asian countries.

​6. Conclusion at Mga Rekomendasyon​
Para sa Southeast Asian EHV power grids na planuhin o na-equipped na ng metal-oxide arrester-type FCLs, mahalagang bigyan ng pansin ang potensyal na isyu ng low-frequency oscillation sa secondary arc currents, na maaaring mabawasan ang SPAR success rates at nanganganib sa reliability ng power supply.