Συνεργατική Λύση για Περιορισμό Ρεύματος Σφάλματος (FCL) και Μονοφασική Αυτόματη Ξανασύνδεση (SPAR) σε Δίκτυα Υψηλής Τάσης της Νοτιοανατολικής Ασίας

Εισαγωγή: Ερευνητικό Φύλο και Σημασία
Με τη γρήγορη οικονομική ανάπτυξη στη Νοτιοανατολική Ασία, οι μεταφορές ενέργειας συνεχίζουν να επεκτείνονται, ενώ τα φορτία συνεχίζουν να αυξάνονται. Αυτό έχει οδηγήσει τους ρευστούς των συστηματικών συνδέσεων προς τα σημεία σύνδεσης να πλησιάζουν ή ακόμη και να υπερβαίνουν τα όρια της δυνατότητας διακοπής των διαχωριστών, απειλώντας σοβαρά την ασφάλεια και σταθερότητα των λειτουργιών του δικτύου. Παράλληλα, οι γραμμές υψηλής υπερτάσης (EHV) λειτουργούν ως πλευρά των περιφερειακών διασυνδέσεων. Περίπου το 70% των σφαλμάτων είναι μονοφάσεις συνδέσεις στο έδαφος, και περίπου το 80% αυτών είναι προσωρινά σφάλματα (π.χ., χτυπήματα αστραπής, ανέμου). Η τεχνολογία αυτοματοποιημένης ανασύνδεσης μιας φάσης (SPAR) είναι μια βασική μέθοδος για την ταχεία διακοπή σφαλμάτων, την επαναφορά της παροχής ενέργειας και την εγγύηση της σταθερότητας και αξιοπιστίας του δικτύου.

Οι περιοριστές ρευστού (FCLs), ειδικά οι κατάλληλοι μεταλλικοί ανοξείδωτοι απορροφητές (MOA)-τύπου FCLs, είναι αποτελεσματικά μέτρα για την περιορισμό των συνδεσμικών ρευστών και έχουν εφαρμοστεί σταδιακά σε δίκτυα EHV. Ωστόσο, η υπάρχουσα έρευνα έχει εστιαστεί κυρίως στην επίδραση των FCLs στη συστημική μεταβατική σταθερότητα και την προστασία των ρελέ, παραβλέποντας τις πιθανές αρνητικές επιπτώσεις στην επιτυχία της SPAR. Αυτή η πρόταση αποσκοπεί στην κάλυψη αυτής της έρευνας, διεξάγοντας μια ενδελεχή ανάλυση της αλληλεπίδρασης μεταξύ FCLs και SPAR, και προτείνοντας ένα σύνολο συνεργασιακών στρατηγικών που είναι κατάλληλες για τα δίκτυα ενέργειας της Νοτιοανατολικής Ασίας. Αυτές οι στρατηγικές εγγυώνται τόσο την αποτελεσματική περιορισμό των ρευστών όσο και την αξιόπιστη παροχή ενέργειας.

1. Λειτουργικός Μηχανισμός των FCLs Τύπου Μεταλλικού Ανοξείδωτου Απορροφητή
Αυτός ο τύπος FCL αποτελείται κυρίως από τα εξής συστατικά, τα οποία συνεργάζονται για να επιτευχθεί η βασική λειτουργία "χαμηλή αντίσταση κατά την κανονική λειτουργία και υψηλή αντίσταση κατά τη διάρκεια σφαλμάτων":

Συστατικό	Περιγραφή Λειτουργίας
Ρεακτήρας Lf (Lf = Lc + L)	Κατά την κανονική λειτουργία, είναι σε σειριακή συντονία με τον καταναλωτή Cf, παρουσιάζοντας χαμηλή αντίσταση. Κατά τη διάρκεια σφαλμάτων, ο ρεακτήρας περιορισμού ρευστού L εισάγεται στο σύστημα.
Καταναλωτής Cf	Συμμετέχει στη συντονία κατά την κανονική λειτουργία. Κατά τη διάρκεια σφαλμάτων, είναι γρήγορα συνδεδεμένος από το MOA και εξέρχεται από τη συντονική κύκλωση.
Μεταλλικός Ανοξείδωτος Απορροφητής (MOA)	Ενεργεί αμέσως μετά την ανίχνευση συνδεσμικού σφάλματος, διαχέοντας τον καταναλωτή Cf.
Παράλληλος Επιλεκτής K	Κλείνει γρήγορα μετά το σφάλμα για να μοιράσει το ρεύμα και να προστατεύσει το MOA από την απορρόφηση υπερβολικής ενέργειας. Ο χρόνος είναι κρίσιμος.
Ρεακτήρας Περιορισμού Ρευστού Lc	Πρωταρχικά περιορίζει το ρεύμα απόδοσης του καταναλωτή Cf μέσω του ενεργοποιητή διαστάσεων.

Διαδικασία: Κατά την κανονική λειτουργία του συστήματος, Lf και Cf συντονίζονται → η αντίσταση του FCL είναι σχεδόν μηδενική → χωρίς επίδραση στη ροή ενέργειας. Όταν συμβαίνει συνδεσμικό σφάλμα, το MOA ενεργεί γρήγορα για να συνδεθεί με το Cf → ο ρεακτήρας περιορισμού ρευστού L εισάγεται στο σύστημα για να περιορίσει το συνδεσμικό ρεύμα → ο ενεργοποιητής διαστάσεων διασπάεται και στέλνει σήμα για να κλείσει τον παράλληλο επιλεκτή K → μετά την κλείσιμο του K, διασπάεται το ρεύμα για να προστατεύσει το MOA.

2. Ανάλυση Προβλήματος: Αρνητικές Επιπτώσεις των FCL στο Δευτερεύον Ρεύμα Τόξου και την SPAR
Το δευτερεύον ρεύμα τόξου είναι το ρεύμα που συνεχίζει να διατηρεί το σημείο σφάλματος μετά την ανοίγματος του διαχωριστή της σφαλματικής φάσης κατά την λειτουργία SPAR, διατηρούμενο από την ελεκτρομαγνητική και ηλεκτροστατική συνδεσιμότητα των υγιών φάσεων. Η ένταση και οι χαρακτηριστικά αυτού του ρεύματος καθορίζουν άμεσα εάν το τόξο σφάλματος μπορεί να αποτελεστεί, το οποίο είναι κρίσιμο για την επιτυχία της SPAR.

Ανάλυση προσομοιώσεων (με βάση το EMTP, με παραμέτρους μοντέλου που αναφέρονται σε ένα σύστημα 500 kV στη Νότια Κίνα) δείχνει ότι η εγκατάσταση FCL μπορεί να προκαλέσει νέα προβλήματα:

Επίδραση του Χρόνου Επιλογής του Παράλληλου Επιλεκτή (K): Εάν ο παράλληλος επιλεκτής K είναι ανοιχτός όταν ο διαχωριστής διακόπτεται, το δευτερεύον ρεύμα τόξου θα περιλαμβάνει ένα συστατικό με μεγάλη ένταση (μέχρι 225 A), βραδείας φθίνουσας και πολύ χαμηλής συχνότητας (περίπου 3–3.25 Hz). Αυτό το χαμηλόσυχνο συστατικό μειώνει σημαντικά τον αριθμό των διαστάσεων του ρεύματος, κάνοντας δύσκολη την απόσβεση του τόξου και μειώνοντας σημαντικά την επιτυχία της SPAR.
Επίδραση της Αντίστασης του Διαδρόμου Τόξου (Rg): Όταν η μεταβατική αντίσταση στο σημείο σφάλματος είναι μεγάλη (π.χ., 300 Ω), το συνδεσμικό ρεύμα είναι μικρό, το οποίο μπορεί να προλάβει το FCL στο τέλος της γραμμής να ενεργοποιηθεί (MOA δεν φτάνει στην επικίνδυνη τάση). Σε αυτή την περίπτωση, το Cf παραμένει μη συνδεδεμένο και σχηματίζει μια χαμηλόσυχνη ταλαντωτική κύκλωση με τον παράλληλο ρεακτήρα της γραμμής, παράγοντας ένα χαμηλόσυχνο συστατικό που είναι επιζήμιο για την απόσβεση του τόξου.

3. Έρευνα Μηχανισμών: Προέλευση του Χαμηλόσυχνου Συστατικού
Η θεωρητική ανάλυση με τη χρήση ισοδύναμων δικτύων αντίστασης και μετασχηματισμών Laplace αποκαλύπτει τον μηχανισμό πίσω από το χαμηλόσυχνο συστατικό:
Η βασική αιτία είναι ο καταναλωτής Cf στο FCL. Μετά τη διακοπή του διαχωριστή και την απομόνωση της σφαλματικής φάσης, η ενέργεια που έχει αποθηκευτεί στο Cf αποδίδεται μέσω του παράλληλου ρεακτήρα της γραμμής και της αντίστασης του τόξου στο σημείο σφάλματος. Αυτή η αποδοτική κύκλωση σχηματίζει μια χαμηλόσυχνη ταλαντωτική κύκλωση, με την ταλάντωση συχνότητα (περίπου 3 Hz) να καθορίζεται κυρίως από το Cf και τους παραμέτρους του παράλληλου ρεακτήρα της γραμμής, ανεξάρτητα σε μεγάλο βαθμό από την τοποθεσία του σφάλματος. Αυτή η χαμηλόσυχνη ταλάντωση εξαλείφεται μόνο όταν ο παράλληλος επιλεκτής K παραμένει κλειστός, συνδέοντας πλήρως το Cf.

4. Κύρια Λύση: Στρατηγική Συντονισμού Χρόνου για FCL και SPAR
Για να εξασφαλίσει την αποτελεσματική περιορισμό του ρεύματος από το FCL χωρίς να επηρεάζει την SPAR, αυτή η πρόταση προτείνει την ακόλουθη ακριβή στρατηγική συντονισμού χρόνου, με συνολική διάρκεια υπό έλεγχο μέσα σε 0.66–0.73 δευτερόλεπτα:

Χρονικός Σημειώματα	Διάστημα Χρόνου (s)	Περιγραφή Διαδικασίας
t0	-	Συμβαίνει μονοφάση σύνδεση στο έδαφος στο σύστημα.
t1	0.002	Το MOA φτάνει στην επικίνδυνη τάση, ενεργεί για να συνδεθεί το Cf, και ο ρεακτήρας περιορισμού ρευστού L εισάγεται στο σύστημα.
t2	0.002	Το σύστημα παρακολούθησης FCL ενεργοποιεί τον ενεργοποιητή διαστάσεων G και συγχρόνως στέλνει σήμα για να ξεκινήσει την κλείσιμο του παράλληλου επιλεκτή K.
t3	0.016	Το σύστημα προστασίας της γραμμής ενεργοποιεί, εκδίδοντας σήμα διακοπής του διαχωριστή, το οποίο λειτουργεί επίσης ως εντολή για αναγκαστική κλείσιμο του K.
t4	≤0.024	Εξασφαλίζεται η πλήρης κλείσιμο του παράλληλου επιλεκτή K. Αυτό πρέπει να ολοκληρωθεί πριν από τη διακοπή του διαχωριστή.
t5	0.016–0.036	Τα κύρια επαφικά των διαχωριστών στα δύο άκρα της γραμμής ανοίγονται, διακόπτοντας το συνδεσμικό ρεύμα.
t6	0.02	Οι αντίστασεις ανοίγματος των διαχωριστών αποσυνδέονται, πλήρως απομονώντας τη σφαλματική φάση από το σύστημα. Το δευτερεύον τόξο ξεκινά να καίει.
t7	0.20	Κατά τη διάρκεια της καύσης του δευτερεύοντος τόξου, ο παράλληλος επιλεκτής K παραμένει κλειστός για να εξαλείψει το χαμηλόσυχνο συστατικό. Μετά την απόσβεση του τόξου, στέλνεται σήμα για να ανοίξει το K.
t8	0.045	Ο παράλληλος επιλεκτής K ανοίγει.
t9	0.015	Χρόνος αποιονίωσης του διαδρόμου τόξου, εξασφαλίζοντας την αποκατάσταση της απομόνωσης.
t10	0.10	Το πλέξιμο του διαχωριστή ενεργοποιείται, προετοιμάζοντας για επανασύνδεση.
t11	0.20–0.25	Ο διαχωριστής κλείνει, με τις αντίστασεις ενεργοποιημένες για να περιορίσει τις υπερτάσεις ενεργοποίησης.
t12	0.02	Τα κύρια επαφικά του διαχωριστή κλείνουν, οι αντίστασεις αποσυνδέονται, και η γραμμή επανασυνδέεται με επιτυχία.

Κύριος Άξονας: Χρησιμοποιείται το σήμα διακοπής του διαχωριστή από το σύστημα προστασίας ως εντολή για αναγκαστική κλείσιμο του παράλληλου επιλεκτή K γρήγορα και να παραμένει κλειστό κατά τη διάρκεια της καύσης του δευτερεύοντος τόξου (περίπου 0.2 δευτερόλεπτα). Αυτό εξαλείφει πλήρως το χαμηλόσυχνο ταλαντωτικό συστατικό στο δευτερεύον ρεύμα τόξου, δημιουργώντας ευνοϊκές συνθήκες για την απόσβεση του τόξου.

5. Αποτελεσματικότητα και Πλεονεκτήματα της Σχεδίας
Οι προσομοιώσεις EMTP επιβεβαιώνουν ότι αυτή η στρατηγική συντονισμού χρόνου επιτυγχάνει τα εξής:

Εξάλειψη Χαμηλόσυχνων Ζημιών: Εξαλείφει πλήρως το 3 Hz χαμηλόσυχνο συστατικό στο δευτερεύον ρεύμα τόξου, αποφεύγοντας τις επιζήμιες επιπτώσεις στην απόσβεση του τόξου

08/26/2025