Samarbejdsbaseret løsning for fejlstromsbegrænser (FCL) og enefasede automatisk genlukning (SPAR) i sydøstasiatiske EHV elnet

1. Introduktion: Forskningsbaggrund og betydning​
   Med den hurtige økonomiske udvikling i Sydøstasien fortsætter strømnetværks skalaer med at udvide sig, og belastninger stiger konstant. Dette har ført til, at systemets kortslutningsstrøm nærmer sig eller endda overskrider kredsløbsbryders kapacitet, hvilket alvorligt truer sikkerheden og stabilitетета на сетевую операцию. В то же время линии сверхвысокого напряжения (EHV) служат основой для региональных энергетических связей. Более 70% аварий - это однофазные замыкания на землю, и около 80% из них - кратковременные (например, удары молнии, ветровые посторонние предметы). Технология автоматического повторного включения одной фазы (SPAR) является ключевым методом быстрого устранения неисправностей, восстановления подачи электроэнергии и обеспечения стабильности и надежности сети.

Strømbegrænsere (FCLs), især kosteffektive metaloksidafleder (MOA)-type FCLs, er effektive foranstaltninger til at undertrykke kortslutningsstrøm og er blevet gradvist anvendt i EHV-net. Dog har det eksisterende forskning hovedsagelig fokus på FCLs' indvirkning på systemets midlertidige stabilitet og relæbeskyttelse, uden at tage højde for deres potentielle negative virkninger på SPAR-suksese-raterne. Dette forslag har til formål at udfylde dette forskningshul ved at foretage en grundig analyse af interaktionen mellem FCLs og SPAR, og foreslå en række samarbejdende kontrolstrategier, der er egnet til strømnet i Sydøstasien. Disse strategier sikrer både effektiv strømbegrænsning og pålidelig strømforsyning.

​1. Funktionsprincip for metaloksidafleder-type FCL​
Denne type FCL består hovedsageligt af følgende komponenter, som arbejder sammen for at opnå den kernefunktion "lav impedans under normal drift og høj impedans under fejl":

Arbejdsgang: Under normal systemdrift resonerer Lf og Cf → FCL impedans er næsten nul → ingen indvirkning på strømfloden. Når en kortslutningsfejl opstår, handler MOA hurtigt for at kortslutte Cf → strømbegrænsningsreaktoren L indsættes i systemet for at undertrykke kortslutningsstrømmen → udløsningskløften bryder ned og sender et signal til at lukke omgåelsesknap K → efter K lukkes, omdirigerer den strøm for at beskytte MOA.

​2. Problemundersøgelse: Negative effekter af FCL på sekundær bugestrøm og SPAR​
Sekundær bugestrøm er strømmen, der fortsætter med at opretholde fejlpunktet efter at fejl-fasekredsløbsbryder åbner under SPAR-drift, vedholdende af elektromagnetisk og elektrisk kobling fra de sunde faser. Strømmens størrelse og karakteristikker bestemmer direkte, om fejlbugen kan slukke selv, hvilket er afgørende for SPAR-suksess.

Simulationsanalyse (baseret på EMTP, med modelparametre refererende til et sydkinesisk 500 kV-system) viser, at installation af en FCL muligvis introducerer nye problemer:

• Indvirkning af Omgåelsesknap (K) Timing: Hvis omgåelsesknap K er åben, når kredsløbsbryderen springer, vil sekundær bugestrøm indeholde en komponent med stor amplitud (op til 225 A), langsom aftagning og meget lav frekvens (ca. 3–3.25 Hz). Denne lavfrekvenskomponent reducerer signifikant antallet af strøm-nulpunkter, gør det svært for bugen at slukke selv og nedbringer markant SPAR-suksess-raten.
• Indvirkning af Bugestis resistance (Rg): Når overgangsmodstanden ved fejlpunktet er stor (fx 300 Ω), er kortslutningsstrømmen lille, hvilket muligvis forhindrer, at FCL ved linjeenden aktiveres (MOA når ikke driftsspanningen). I dette tilfælde forbliver Cf ukortsluttet og danner et lavfrekvenssvingningscircuit med linjesideforbindelsesreaktoren, der ligeledes genererer en lavfrekvenskomponent, der er skadelig for bugens selvlukning.

​3. Mekanismeundersøgelse: Oprindelse af lavfrekvenskomponenten​
Teoretisk analyse ved hjælp af ækvivalente impedansnetværk og Laplace-transformationer afslører mekanismen bag lavfrekvenskomponenten:
Roden til problemet er kondensator Cf i FCL. Efter at kredsløbsbryderen springer og fejlfasen isoleres, udladener den lagrede energi i Cf gennem sideforbindelsesreaktoren og fejlpunktets bugemodstand. Dette udladningscircuit danner et lavfrekvenssvingningscircuit, med en svingningsfrekvens (ca. 3 Hz), der primært bestemmes af Cf og parametrene for linjesideforbindelsesreaktoren, relativt uafhængig af fejlplaceringen. Denne lavfrekvenssvingning elimineres kun, når omgåelsesknap K forbliver lukket, fuldstændigt kortslutter Cf.

​4. Kerne-løsning: Timingkoordinationsstrategi for FCL og SPAR​
For at sikre effektiv strømbegrænsning af FCL uden at påvirke SPAR, foreslår dette forslag følgende præcis timingkoordinationsstrategi, med en total varighed kontrolleret inden for 0.66–0.73 sekunder:

Strategi kerne: Brug kredsløbsbryder-spring-signaler fra relæbeskyttelse som en kommando til at tvangs-lukke omgåelsesknap K hurtigt og behold den lukket gennem hele sekundær buges brænding (ca. 0.2 sekunder). Dette kortslutter effektivt Cf, eliminerer fuldstændigt lavfrekvenssvingningskomponenten i sekundær bugestrøm og skaber gunstige betingelser for bugens selvlukning.

​5. Schemas effektivitet og fordele​
EMTP-simulationer bekræfter, at denne timingkoordinationsstrategi opnår følgende:

1. Eliminerer Lavfrekvens Skade: Eliminerer fuldstændigt 3 Hz lavfrekvenskomponenten i sekundær bugestrøm, undgår dens negative effekter på bugens selvlukning.
2. Optimere Bugens Selvlukning Karakteristikker: Reducerer sekundær bugens selvlukningstid med ca. 4.5% og nedbringer netfrekvenskomponentstrøm med 10.5%, forbedrer markant SPAR-suksess-raten.
3. Kompatibilitet og Pålidelighed: Strategien påvirker ikke systemets originale spændingsgenopretnings karakteristikker og balancerer FCL-sikkerhed (beskyttelse af MOA) med hurtige genopretningsbehov.
4. Lethed i Implementering: Baseret på eksisterende beskyttelsessignaler, kræver strategien minimal modificering af sekundære systemer, er lavkostet og egnet til eksisterende eller nye EHV-projekter i Sydøstasiaske lande.

​6. Konklusion og Anbefalinger​
For EHV-strømnet i Sydøstasien, der planlægger eller allerede er udstyret med metaloksidafleder-type FCLs, er det afgørende at tage højde for det potentielle problem med lavfrekvenssvingninger i sekundær bugestrøm, som kan reducere SPAR-suksess-rater og truede strømforsyningens pålidelighed.