सहयोगी समाधान दक्षिणपूर्व एशियाई EHV विद्युत ग्रिड में फ़ॉल्ट करंट लिमिटर (FCL) और सिंगल-फ़ेज़ ऑटो-रिक्लोजिंग (SPAR) के लिए

1. परिचय: अनुसंधान का पृष्ठभूमि और महत्व​
   दक्षिण पूर्व एशिया में तेजी से आर्थिक विकास के साथ, बिजली ग्रिड की स्केल लगातार बढ़ रही है, और लोड बढ़ता जा रहा है। इससे प्रणाली की शॉर्ट-सर्किट धारा सर्किट ब्रेकर की अवरोधक क्षमता सीमा के निकट या उससे भी अधिक हो गई है, जो बिजली ग्रिड के संचालन की सुरक्षा और स्थिरता को गंभीर रूप से धमकी दे रही है। इसके साथ ही, अत्यधिक विद्युत दाब (EHV) प्रसारण लाइनें क्षेत्रीय बिजली जोड़ने के लिए बैकबोन के रूप में काम करती हैं। 70% से अधिक दोष एकल-फेज ग्राउंडिंग दोष होते हैं, और इनमें से लगभग 80% प्रकाशिक दोष (जैसे, बिजली का आघात, हवा से फेंके गए विदेशी वस्तुओं) होते हैं। एकल-फेज ऑटो-रीक्लोजिंग (SPAR) प्रौद्योगिकी दोषों को तेजी से साफ करने, बिजली आपूर्ति को फिर से स्थापित करने, और ग्रिड की स्थिरता और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करने का एक महत्वपूर्ण तरीका है।

दोष धारा सीमितक (FCLs), विशेष रूप से लागत-प्रभावी धातु-ऑक्साइड आरोपक (MOA)-प्रकार FCLs, शॉर्ट-सर्किट धाराओं को दबाने के लिए प्रभावी उपाय हैं और धीरे-धीरे EHV ग्रिड में लागू किए जा रहे हैं। हालांकि, मौजूदा अनुसंधान अधिकांशतः FCLs के प्रणाली के स्थायी स्थिरता और रिले सुरक्षा पर प्रभाव पर केंद्रित है, उनके SPAR सफलता दर पर संभावित नकारात्मक प्रभावों को नजरअंदाज करता है। यह प्रस्ताव इस अनुसंधान की खाई को भरने के लिए FCLs और SPAR के बीच की प्रतिक्रिया का गहन विश्लेषण करके, और दक्षिण पूर्व एशिया के बिजली ग्रिड के लिए एक समन्वित नियंत्रण रणनीति का प्रस्ताव करके, इस अनुसंधान की खाई को भरने का प्रयास करता है। ये रणनीतियाँ दोनों प्रभावी धारा सीमितक और विश्वसनीय बिजली आपूर्ति को सुनिश्चित करती हैं।

​1. धातु-ऑक्साइड आरोपक-प्रकार FCL का कार्य-सिद्धांत​
इस प्रकार का FCL मुख्य रूप से निम्नलिखित घटकों से बना होता है, जो एक साथ काम करके "सामान्य संचालन के दौरान कम इंपीडेंस और दोष के दौरान उच्च इंपीडेंस" के मुख्य कार्य को प्राप्त करते हैं:

कार्य प्रक्रिया: सामान्य प्रणाली कार्य के दौरान, Lf और Cf गैर-संतुलन उत्पन्न करते हैं → FCL का इंपीडेंस लगभग शून्य हो जाता है → शक्ति प्रवाह पर कोई प्रभाव नहीं होता। जब शॉर्ट-सर्किट दोष होता है, तो MOA तेजी से कार्य करके Cf को शॉर्ट-सर्किट करता है → धारा-सीमितक रिएक्टर L प्रणाली में डाला जाता है शॉर्ट-सर्किट धारा को दबाने के लिए → ट्रिगरिंग गैप टूट जाता है और बाइपास स्विच K को बंद करने का संकेत भेजता है → K बंद होने के बाद, यह धारा साझा करता है MOA की सुरक्षा के लिए।

​2. समस्या विश्लेषण: FCL का द्वितीयक आर्क धारा और SPAR पर नकारात्मक प्रभाव​
द्वितीयक आर्क धारा वह धारा है जो SPAR कार्य के दौरान दोष-फेज सर्किट ब्रेकर खुलने के बाद दोष बिंदु को बनाए रखती है, स्वस्थ फेजों से इलेक्ट्रोमैग्नेटिक और इलेक्ट्रोस्टैटिक कप्लिंग द्वारा संचालित होती है। इस धारा का परिमाण और विशेषताएँ यह निर्धारित करती हैं कि दोष आर्क स्वयं समाप्त हो सकता है या नहीं, जो SPAR की सफलता के लिए महत्वपूर्ण है।

सिमुलेशन विश्लेषण (EMTP पर आधारित, मॉडल पैरामीटर्स दक्षिणी चीन की 500 kV प्रणाली से संदर्भित) दिखाता है कि FCL को स्थापित करने से नए मुद्दे उत्पन्न हो सकते हैं:

• बाइपास स्विच (K) समय का प्रभाव: यदि सर्किट ब्रेकर ट्रिप करते समय बाइपास स्विच K खुला हो, तो द्वितीयक आर्क धारा में एक बड़े परिमाण (225 A तक), धीमी घटना, और बहुत कम आवृत्ति (लगभग 3–3.25 Hz) वाला घटक शामिल होगा। यह कम आवृत्ति घटक धारा के शून्य-पार परिवर्तनों की संख्या को बहुत कम कर देता है, जिससे आर्क स्वयं समाप्त होना मुश्किल हो जाता है और SPAR की सफलता दर बहुत कम हो जाती है।
• आर्क पथ प्रतिरोध (Rg) का प्रभाव: जब दोष बिंदु पर ट्रांजिशन प्रतिरोध बड़ा हो (उदाहरण के लिए, 300 Ω), तो शॉर्ट-सर्किट धारा छोटी होती है, जो FCL को लाइन छोर पर सक्रिय होने से रोक सकती है (MOA कार्य वोल्टेज तक नहीं पहुंचता)। इस मामले में, Cf शॉर्ट-सर्किट नहीं होता और लाइन शंकु रिएक्टर के साथ एक कम आवृत्ति गैर-संतुलन परिपथ बनाता है, जो आर्क समाप्ति के लिए हानिकारक कम आवृत्ति घटक उत्पन्न करता है।

​3. तात्कालिक जांच: कम आवृत्ति घटक की उत्पत्ति​
समकक्ष इंपीडेंस नेटवर्क और लाप्लास ट्रांसफॉर्म का उपयोग करके सैद्धांतिक विश्लेषण द्वारा कम आवृत्ति घटक के पीछे की तात्कालिक जांच की जाती है:
मूल कारण FCL में कैपेसिटर Cf है। सर्किट ब्रेकर ट्रिप होने और दोष फेज को अलग करने के बाद, Cf में संचित ऊर्जा शंकु रिएक्टर और दोष बिंदु आर्क प्रतिरोध के माध्यम से डिस्चार्ज होती है। यह डिस्चार्ज परिपथ एक कम आवृत्ति गैर-संतुलन परिपथ बनाता है, जिसकी गैर-संतुलन आवृत्ति (लगभग 3 Hz) मुख्य रूप से Cf और लाइन शंकु रिएक्टर पैरामीटर्स से निर्धारित होती है, जो दोष की स्थिति से बहुत कम प्रभावित होती है। यह कम आवृत्ति गैर-संतुलन तभी समाप्त होता है जब बाइपास स्विच K बंद रहता है, Cf को पूरी तरह से शॉर्ट-सर्किट करता है।

​4. मुख्य समाधान: FCL और SPAR के लिए समय निर्देशन रणनीति​
FCL द्वारा प्रभावी धारा सीमितक को सुनिश्चित करने के लिए और SPAR पर प्रभाव नहीं डालने के लिए, यह प्रस्ताव निम्नलिखित सटीक समय निर्देशन रणनीति का प्रस्ताव करता है, जिसका कुल अवधि 0.66–0.73 सेकंड के भीतर नियंत्रित की जाती है:

रणनीति का मुख्य तत्व: रिले सुरक्षा से सर्किट ब्रेकर ट्रिप संकेत का उपयोग K को तेजी से बंद करने के लिए आदेश के रूप में करें और द्वितीयक आर्क जलने की अवधि (लगभग 0.2 सेकंड) के दौरान इसे बंद रखें। यह Cf को पूरी तरह से शॉर्ट-सर्किट करता है, द्वितीयक आर्क धारा में 3 Hz कम आवृत्ति गैर-संतुलन घटक को पूरी तरह से समाप्त करता है और आर्क स्वयं समाप्त होने के लिए अनुकूल परिस्थितियाँ बनाता है।

​5. योजना की प्रभावशीलता और लाभ​
EMTP सिमुलेशन यह सत्यापित करते हैं कि यह समय निर्देशन रणनीति निम्नलिखित को प्राप्त करती है:

1. कम आवृत्ति हानि को समाप्त करें: द्वितीयक आर्क धारा में 3 Hz कम आवृत्ति घटक को पूरी तरह से समाप्त करता है, आर्क समाप्ति पर इसके नकारात्मक प्रभावों से बचाता है।
2. आर्क समाप्ति विशेषताओं का सुधार: द्वितीयक आर्क समाप्ति समय को लगभग 4.5% कम करता है और शक्ति आवृत्ति घटक धारा को 10.5% कम करता है, SPAR की सफलता दर में बहुत सुधार करता है।
3. संगतता और विश्वसनीयता: यह रणनीति प्रणाली की मूल वोल्टेज बहाली विशेषताओं पर प्रभाव नहीं डालती है और FCL सुरक्षा (MOA की सुरक्षा) और तेजी से बहाली की आवश्यकताओं के बीच संतुलन बनाती है।
4. लागू करने की सुगमता: मौजूदा सुरक्षा संकेतों पर आधारित, यह रणनीति द्वितीयक प्रणालियों में न्यूनतम संशोधन की आवश्यकता होती है, यह कम लागत वाली है और दक्षिण पूर्व एशिया के देशों में मौजूदा या नए EHV परियोजनाओं के लिए उपयुक्त है।

​6. निष्कर्ष और सिफारिश​
दक्षिण पूर्व एशिया के EHV बिजली ग्रिड के लिए योजना बनाने या पहले से ही धातु-ऑक्