Ühisteadus veeranditeoks (FCL) ja ühefaasi automaatseks uuesti lülitamiseks (SPAR) Lõuna-Aasia EHV elektrivõrkudes

1. Sissejuhatus: Uurimise taust ja tähtsus​
   Lõuna-Aasia kiire majandusarengu tõttu laienevad elektrivõrgud jätkuvalt ja koormused suurenevad. See on viinud selle, et süsteemi lühikeseid ringide kulutused lähenevad või isegi ületavad katkiskontaktide katkimisvõime piiride, mis ohustab tõsiselt elektrivõrgu töö kindlust ja stabiilsust. Samas moodustavad eriti kõrgepinge (EHV) transmissiooniliigid piirkondlike elektrivõrkude selgroo. Rohkem kui 70% vigadeist on ühefaasi maandamisvigade, ja umbes 80% neist on ajutised (nt märga, tuule poolt toodud objektide põhjustatud). Ühefaasi automaatne uuestikatkimine (SPAR) on oluline meetod kiireks vigade likvideerimiseks, elektritarningu taastamiseks ja võrgu stabiilsuse ning usaldusväärsuse tagamiseks.

Lühikeseid ringide kulutuste piiramisel (FCLs), eriti odavate metall-oksiidi vastendite (MOA) tüübi FCLs, on tõhusad meetodid lühikeseid ringide kulutuste vähendamiseks ja need on järk-järgult rakendatud EHV võrkudes. Siiski on olemasolevad uuringud keskendunud peamiselt FCLs mõjule süsteemi ajutisele stabiilsusele ja releekaitsele, eirates nende potentsiaalset negatiivset mõju SPAR edukusele. See ettepanek püüab täita seda uurimislõiku, tehes sügavdunud analüüsi FCLs ja SPAR vahelise interaktsiooni üle, ja esitades sobiva kontrollstrateegiate komplekti Lõuna-Aasia elektrivõrkudele. Need strateegiad tagavad nii tõhusa kulutuse piiramise kui ka usaldusväärse elektri tarnimise.

​1. Metall-oksiidi vastendi tüübi FCL töötamise printsiip​
See tüüp FCL koosneb peamiselt järgmistest komponentidest, mis koostöös saavutavad põhifunktsiooni "madal impeansa tavapärases töös ja kõrge impeansa vigade korral":

Tööprotsess: Tavapärases süsteemi töös resoneerivad Lf ja Cf → FCL impeans on peaaegu null → ei mõjuta energiatransporti. Kui tekib lühikeseid ringide vigade, toimib MOA kiiresti, lühikutades Cf → kulutusepiiramise reaktor L lisatakse süsteemi, et vähendada lühikeseid ringide kulutust → triigermeel murdu ja saatetakse signaal paring K sulgemiseks → pärast K sulgemist suunatakse kulutus, kaitstes MOA.

​2. Probleemi analüüs: FCL negatiivne mõju teiseastmelisele lõikekulutusele ja SPAR-le​
Teiseastmelise lõikekulutus on kulutus, mis jätkab vigase punkti hooldamist pärast SPAR käivitamisel vigase faasi katkiskontakti avamist, hoides elektromagnetilise ja elektrostaatilise koppelmise abil tervete faaside poolt. Selle kulutuse suurus ja omadused määravad otse, kas vigane kaar saab ise kustuda, mis on kriitiline SPAR edukuse jaoks.

Simulatsioonianalüüs (põhineb EMTP-l, mudeli parameetritega, mis viitavad Lõuna-Hiina 500 kV süsteemile) näitab, et FCL paigaldamine võib tuua kaasa uusi probleeme:

• Paringu K ajastamise mõju: Kui paring K on lahti, kui katkiskontakt katkeb, sisaldab teiseastmelise lõikekulutuses suure amplituudiga (kuni 225 A) komponent, millel on aeglane lagunemine ja väga madal sagedus (umbes 3–3,25 Hz). See madal sageduskomponent vähendab oluliselt kulutuse nullpunktidest arvu, muutes kaare ise kustumise raskeks ja oluliselt alandades SPAR edukuse taset.
• Vigase kaare vastuse mõju (Rg): Kui vigase punkti üleminekuvastus on suur (nt 300 Ω), on lühikeseid ringide kulutus väike, mis võib takistada FCL lõppu aktiveerumist (MOA ei jõua töötamispingeni). Sellisel juhul jääb Cf lühikutamata ja moodustab madalasageduse oskilletungi kiitus rööplise paralleelsed reaktoriga, samuti genereerides madalasageduse komponendi, mis on kahjulik kaare kustumisele.

​3. Mekhanismi uurimine: Madalasageduse komponendi päritolu​
Teoreetiline analüüs ekvivalentsete impedantside võrkude ja Laplace'i teisenduste abil näitab madalasageduse komponendi mehhanismi:
Põhiline põhjus on FCL-i rööp Cf. Pärast katkiskontakti katkestamist ja vigase faasi eraldamist lahutub Cf sees olev energia paralleelses reaktoris ja vigase punkti kaare vastuses. See lahutuskontuur moodustab madalasageduse oskilletungi kiitu, mille oskillesagedus (umbes 3 Hz) määratakse peamiselt Cf ja joone paralleelses reaktori parameetrite poolt, olles suurel määral sõltumatult vigase asukohast. See madalasagedune oskille kustutatakse ainult siis, kui paring K jääb kinni, täielikult lühikutades Cf.

​4. Põhiline lahendus: FCL ja SPAR ajastamise koordineerimisstrateegia​
FCL tõhusa kulutuse piiramise tagamiseks ilma SPAR-d mõjutamata, pakub see ettepanek esitatud täpse ajastamise koordineerimisstrateegia, mille kokkuajastus on kontrollitud 0,66–0,73 sekundis:

Strateegia tuum: Kasutada relleekaitse katkiskontakti katkestatuse signaali käskena sundlikuks paringu K kiireks sulgemiseks ja hoidmiseks kinni kogu teinekaare põletamise perioodi (umbes 0,2 sekundit). See lühikutab täielikult Cf, täielikult kustutades teiseastmelise lõikekulutuses madalasageduse oskillekomponendi ja loob soodsad tingimused kaare ise kustumiseks.

​5. Skema efektiivsus ja eelised​
EMTP simulatsioonid kinnitavad, et see ajastamise koordineerimisstrateegia saavutab järgmist:

1. Madalasageduse kahjuliku mõju kustutamine: Täielikult kustutatakse 3 Hz madalasagedune komponent teiseastmelise lõikekulutuses, vältides selle kahjulist mõju kaare kustumisele.
2. Kaare kustumise omaduste optimeerimine: Vähendab teiseastmelise kaare kustumise aega umbes 4,5% ja vähendab võrgusageduse komponendi kulutust 10,5%, oluliselt parandades SPAR edukuse taseme.
3. Ühilduvus ja usaldusväärsus: Strateegia ei mõjuta süsteemi algset pingetaastumise omadust ja tasakaalustab FCL turvalisust (MOA kaitse) kiire taastumise vajadusega.
4. Rakendamise lihtsus: Põhinedes olemasolevatel kaitse-signaalidel, nõuab strateegia minimaalseid muudatusi teistes süsteemides, on odav ja sobib olemasolevate või uute EHV projektidega Lõuna-Aasia riikides.

​6. Järeldused ja soovitused​
Lõuna-Aasia EHV elektrivõrkudele, kes planeerivad või on juba varustatud metall-oksiidi vastendi tüübi FCL-dega, on äärmiselt oluline pöörata tähelepanu teiseastmelise lõikekulutuse madalasageduse oskillekomponendi potentsiaalsele probleemile, mis võib vähendada SPAR edukuse taset ja ohustada elektri tarnimise usaldusväärsust.