Sukladna rješenja za ograničivač strujnog preopterećenja (FCL) i automatsko ponovno zatvaranje jednofaznog prekidača (SPAR) u jugoistočnoazijskim EHV električnim mrežama
- Uvod: Prikaz istraživanja i značaj
Zahvaljujući brzom ekonomskom razvoju u jugoistočnoj Aziji, mreže za prijenos struje se neprestano šire, a opterećenje raste. To je dovelo do toga da su strujni prekidi sistema približili ili čak premašili granice prekidne sposobnosti prekidnika, ozbiljno prijetići sigurnosti i stabilnosti operacija mreže. U međuvremenu, EHV (Ekstremno visok napon) linije za prijenos služe kao osnovni nosači regionalne interkonveksije struje. Preko 70% grešaka su jednofazni prekidi na tlu, a otprilike 80% njih su privremene greške (npr. udar bleska, leteći tuđe predmeti). Tehnologija automatskog ponovnog zatvaranja jedne faze (SPAR) je ključna metoda za brzo otklanjanje grešaka, obnavljanje snabdijevanja strujom i osiguravanje stabilnosti i pouzdanosti mreže.
Ograničivači strujnih prekida (FCL), posebno ekonomski učinkoviti ograničivači tipa metal-oksidi apsorber (MOA), su učinkovite mjere za smanjenje strujnih prekida i postupno se primjenjuju u EHV mrežama. Međutim, postojeće istraživanje uglavnom se fokusiralo na utjecaj FCL-a na privremenu stabilnost sustava i relejniju zaštitu, zanemarujući njihove potencijalne negativne učinke na uspjeh SPAR-a. Ovaj prijedlog ima za cilj ispuniti tu prazninu u istraživanju provedbom dubinskog analize interakcije između FCL-a i SPAR-a, te predlaganjem skupa strategija za koordiniranu kontrolu prikladnih za jugoistočnoazijske mreže za prijenos struje. Te strategije osiguravaju kako učinkovito ograničavanje struje tako i pouzdano snabdevanje strujom.
1. Načelo rada ograničivača strujnih prekida tipa metal-oksidi apsorber
Ovaj tip FCL-a glavno se sastoji od sljedećih komponenti, koje u suradnji ostvaruju ključnu funkciju "niska impedanca tijekom normalne operacije i visoka impedanca tijekom grešaka":
|
Komponenta |
Opis funkcije |
|
Reaktor Lf (Lf = Lc + L) |
Tijekom normalne operacije rezonira serijalno s kondenzatorom Cf, prikazujući nisku impedancu; tijekom grešaka, ograničivač struje L se ubacuje u sustav. |
|
Kondenzator Cf |
Uključuje se u rezonanciju tijekom normalne operacije; tijekom grešaka, MOA ga brzo krati i on izlazi iz rezonantnog kruga. |
|
Metal-oksidi apsorber (MOA) |
Aktivira se odmah nakon otkrivanja greške strujnog prekida, vodeći do kratiranja kondenzatora Cf. |
|
Bypass prekidnik K |
Brzo se zatvara nakon greške kako bi podijelio struju i zaštitio MOA od apsorbiranja prekomjernog energije. Vrijeme aktivacije je ključno. |
|
Ograničivač struje Lc |
Glavno ograničava otpornostni tok kondenzatora Cf kroz pokretački gap. |
Radni proces: Tijekom normalne operacije sustava, Lf i Cf rezoniraju → impedanca FCL-a je gotovo nula → bez utjecaja na strujni tok. Kada se dogodi greška strujnog prekida, MOA brzo reagira kratanjem Cf → ograničivač struje L se ubacuje u sustav kako bi smanjio strujni prekid → pokretački gap se rušeći šalje signal da se zatvori bypass prekidnik K → nakon što se K zatvori, dijeli struju za zaštitu MOA-a.
2. Analiza problema: Negativni učinci FCL-a na sekundarnu luksku struju i SPAR
Sekundarna luska struja jest struja koja nastavlja održavati točku greške nakon što se prekidnik faze s greškom otvori tijekom rada SPAR-a, održavajući se elektromagnetskim i elektrostatskim spajanjem sa zdravih faza. Veličina i karakteristike ove struje direktno određuju može li greška luka samoodrijeti, što je ključno za uspjeh SPAR-a.
Simulacijska analiza (temeljena na EMTP, s parametrima modela koji se temelje na sistemu 500 kV u južnoj Kini) pokazuje da instalacija FCL-a može dovesti do novih problema:
- Utjecaj vremena aktivacije bypass prekidnika (K): Ako je bypass prekidnik K otvoren kada se prekidnik isključi, sekundarna luska struja će uključivati komponentu velike amplitudne vrijednosti (do 225 A), s polaganim opadanjem i vrlo niskom frekvencijom (oko 3–3.25 Hz). Ova niska frekvencijska komponenta značajno smanjuje broj prelaza struje kroz nulu, čineći samoodricanje luke teškim i značajno smanjujući uspjeh SPAR-a.
- Utjecaj otpornosti puta luke (Rg): Kada je prelazna otpornost na mjestu greške velika (npr. 300 Ω), strujni prekid je mali, što može sprječiti aktivaciju FCL-a na kraju linije (MOA ne doseže radnu naponsku razinu). U ovom slučaju, Cf ostaje nekratani i formira nisko-frekvenčni oscilatorni krug s paralelnim reaktorom linije, generirajući sličnu nisko-frekvenčnu komponentu štetnu za odrijetanje luke.
3. Istraživanje mehanizma: Izvor nisko-frekvenčne komponente
Teorijska analiza koristeći ekvivalentne mreže impedanci i Laplaceove transformacije otkriva mehanizam iza nisko-frekvenčne komponente:
Primarni uzrok je kondenzator Cf u FCL-u. Nakon što se prekidnik isključi i faza s greškom izdvoji, energija spremljena u Cf ispušta kroz paralelni reaktor linije i otpornost luke na mjestu greške. Ovaj ispušni krug formira nisko-frekvenčni oscilatorni krug, s frekvencijom oscilacije (oko 3 Hz) glavno određenom od Cf i parametara paralelnog reaktora linije, većinom neovisnim o lokaciji greške. Ova nisko-frekvenčna oscilacija eliminira se samo kada bypass prekidnik K ostane zatvoren, potpuno krati Cf.
4. Glavno rješenje: Strategija koordinacije vremena za FCL i SPAR
Da bi se osiguralo učinkovito ograničavanje struje FCL-om bez utjecaja na SPAR, ovaj prijedlog predlaže sljedeću preciznu strategiju koordinacije vremena, s ukupnim trajanjem kontroliranim unutar 0.66–0.73 sekundi:
|
Vremenska točka |
Vremenski interval (s) |
Opis procesa |
|
t0 |
- |
Dogodi se jednofazni prekid na tlu u sustavu. |
|
t1 |
0.002 |
MOA doseže radnu naponsku razinu, aktivira kratanje Cf, i ograničivač struje L se ubacuje u sustav. |
|
t2 |
0.002 |
Nadzorni sustav FCL-a pokreće ispušni gap G i istodobno šalje signal da se započne zatvaranje bypass prekidnika K. |
|
t3 |
0.016 |
Relay zaštita linije djeluje, šalje signal za isključivanje prekidnika, koji također služi kao naredba za prisilno zatvaranje K. |
|
t4 |
≤0.024 |
Osigurajte da je bypass prekidnik K potpuno zatvoren. To mora biti završeno prije prekidivanja prekidnika. |
|
t5 |
0.016–0.036 |
Glavni kontakti prekidnika linije na obje strane se otvaraju, prekidajući strujni prekid. |
|
t6 |
0.02 |
Prekidnički otpornici se isključe, potpuno izdvajajući fazu s greškom od sustava; počinje gori sekundarna luska. |
|
t7 |
0.20 |
Tijekom gorevanja sekundarne luke, držite K zatvorenim kako biste eliminirali nisko-frekvenčnu komponentu. Nakon samoodrijetanja luke, pošaljite signal za otvaranje K. |
|
t8 |
0.045 |
Bypass prekidnik K se otvara. |
|
t9 |
0.015 |
Vrijeme deionizacije putanje luke na mjestu greške, osiguravajući oporavak izolacije. |
|
t10 |
0.10 |
Zavojnica za zatvaranje prekidnika se nadjača, pripremajući se za ponovno zatvaranje. |
|
t11 |
0.20–0.25 |
Prekidnik se zatvara, s zatvarajućim otpornicima uključenim kako bi se supresirale prekomjerne naponske fluktuacije pri zatvaranju. |
|
t12 |
0.02 |
Glavni kontakti prekidnika se zatvaraju, zatvarajući otpornici izlaze, i linija uspješno obnavlja snabdijevanje strujom. |
Jezgra strategije: Koristi signal za isključivanje prekidnika s relay zaštite kao naredbu za prisilno brzo zatvaranje bypass prekidnika K i držanje ga zatvorenim tijekom cijelog perioda gorevanja sekundarne luke (otprilike 0.2 sekunde). Ovo efektivno krati Cf, potpuno eliminirajući nisko-frekvenčnu oscilatornu komponentu u sekundarnoj luskoj struji i stvarajući povoljne uvjete za samoodrijetanje luke.
5. Učinkovitost i prednosti sheme
EMTP simulacije potvrđuju da ova strategija koordinacije vremena postiže sljedeće:
- Eliminacija nisko-frekvenčnog štete: Potpuno eliminira 3 Hz nisko-frekvenčnu komponentu u sekundarnoj luskoj struji, izbjegavajući njen negativni utjecaj na odrijetanje luke.
- Optimizacija karakteristika odrijetanja luke: Smanjuje vrijeme odrijetanja sekundarne luke približno 4.5% i smanjuje strujnu komponentu strujnog prekida 10.5%, značajno poboljšavajući uspjeh SPAR-a.
- Kompatibilnost i pouzdanost: Strategija ne utječe na originalne karakteristike oporavka napona sustava i ravnoteži sigurnost FCL-a (zaštitu MOA-a) s potrebama za brzim oporavkom.
- Lako implementiranje: Temeljeno na postojećim zaštitnim signalima, strategija zahtijeva minimalne promjene u sekundarnim sustavima, je niskog troška i prikladna za postojeće ili nove EHV projekte u jugoistočnoazijskim zemljama.
6. Zaključak i preporuke
Za jugoistočnoazijske EHV mreže za prijenos struje koje planiraju ili već imaju ograničivače strujnih prekida tipa metal-oksidi apsorber, važno je naglasiti potencijalni problem nisko-frekvenčnih oscilacija u sekundarnoj luskoj struji, što može smanjiti uspjeh SPAR-a i prijetiti pouzdanosti snabdijevanja strujom.
