Collaborativa Solutio pro Limitatore Currentis Defectus (FCL) et Reclosure Automatica Uniphasalis (SPAR) in Reticulis EHV Potentiae Southeast Asiae

1. Introducere: Contextul și Semnificația Cercetării​
   În contextul dezvoltării economice rapide din Asia de Sud-Est, scalele rețelelor electrice continuă să se extindă, iar sarcinile cresc. Acest lucru a dus la faptul că curenturile de scurt-circuit ale sistemului se apropie sau chiar depășesc limitele capacităților de întrerupere ale disjunctorilor, amenințând grav siguranța și stabilitatea operațiunilor rețelei electrice. În același timp, liniile de transport de energie la tensiuni extrem de ridicate (EHV) sunt spina dorsală pentru interconexiunea regională a energiei. Peste 70% dintre defecte sunt defecte de legătură unică la pământ, iar aproximativ 80% dintre acestea sunt defecte tranzitorii (de exemplu, lovituri de fulger, obiecte străine purtate de vânt). Tehnologia de recunoaștere automată unifazică (SPAR) este o metodă cheie pentru eliminarea rapidă a defectelor, restabilirea aprovizionării cu energie și asigurarea stabilității și fiabilității rețelei.

Limitorii de curent de defect (FCL), în special cei de tip absorbator metal-oxid (MOA) cost-effective, sunt măsuri eficiente pentru suprimarea curentelor de scurt-circuit și au fost aplicați treptat în rețelele EHV. Cu toate acestea, cercetările existente s-au concentrat în principal pe impactul FCL-urilor asupra stabilității transiente ale sistemului și protecției prin relae, ignorând potențialele efecte negative asupra ratelor de succes ale SPAR. Această propunere urmărește să umple această lacună de cercetare prin analiza aprofundată a interacțiunii dintre FCL-uri și SPAR, și prin propunerea unui set de strategii de control colaborativ adecvate pentru rețelele electrice din Asia de Sud-Est. Aceste strategii asigură atât limitarea eficientă a curentului, cât și aprovizionarea fiabilă cu energie.

​1. Principiul de Funcționare al FCL-urilor de Tip Absorbator Metal-Oxid​
Acest tip de FCL constă în principal din următoarele componente, care colaborează pentru a realiza funcția fundamentală de "impedanță redusă în timpul operării normale și impedanță ridicată în timpul defectelor":

Fluxul de lucru: În timpul operării normale a sistemului, Lf și Cf rezonau → impedanța FCL-ului este aproape zero → nu are impact asupra fluxului de putere. Atunci când apare un defect de scurt-circuit, MOA acționează rapid pentru a scurt-circuita Cf → reactorul de limitare a curentului L este introdus în sistem pentru a suprime curentul de scurt-circuit → gap-ul de declanșare se descompune și trimite un semnal pentru a închide comutatorul de contur K → după ce K se închide, derutează curentul pentru a proteja MOA.

​2. Analiza Problemei: Efectele Adverse ale FCL-urilor asupra Curentului Arc Secundar și SPAR​
Curentul arc secundar este curentul care continuă să mențină punctul de defect după ce disjunctoarele de fază defectă se deschid în timpul operațiunii SPAR, susținut de cuplaj electromagnetic și electrostatic de la fazele sănătoase. Mărimea și caracteristicile acestui curent determină direct dacă arcul de defect poate se stinge singur, ceea ce este crucial pentru succesul SPAR.

Analiza de simulare (bazată pe EMTP, cu parametrii modelului referențiați la un sistem de 500 kV din sudul Chinei) arată că instalarea unui FCL poate introduce noi probleme:

• Impactul timing-ului Comutatorului de Contur (K): Dacă comutatorul de contur K este deschis atunci când disjunctorul se deschide, curentul arc secundar va include o componentă de amplitudine mare (până la 225 A), cu o scădere lentă și o frecvență foarte joasă (aproximativ 3–3.25 Hz). Această componentă de frecvență joasă reduce semnificativ numărul de treceri prin zero ale curentului, facând stingerea arcului dificilă și reducând marcat ratele de succes ale SPAR.
• Impactul Rezistenței Drumului de Arc (Rg): Când rezistența de tranziție la punctul de defect este mare (de exemplu, 300 Ω), curentul de scurt-circuit este mic, ceea ce poate preveni activarea FCL-ului de la capătul liniei (MOA nu atinge tensiunea de funcționare). În acest caz, Cf rămâne nescurt-circuitat și formează un circuit oscilant de frecvență joasă cu reactorul paralel al liniei, generând similar o componentă de frecvență joasă dăunătoare stingerei arcului.

​3. Investigarea Mecanismului: Originea Componentei de Frecvență Joasă​
Analiza teoretică utilizând rețele de impedanțe echivalente și transformări Laplace dezvăluie mecanismul din spatele componentei de frecvență joasă:
Cauza fundamentală este condensatorul Cf din FCL. După ce disjunctorul se deschide și faza defectă este izolată, energia stocată în Cf se descarcă prin reactorul paralel și rezistența arcului de la punctul de defect. Acest circuit de descărcare formează un circuit oscilant de frecvență joasă, cu o frecvență de oscilație (aproximativ 3 Hz) determinată în principal de Cf și parametrii reactorului paralel al liniei, larg independent de locația defectului. Această oscilație de frecvență joasă este eliminată doar atunci când comutatorul de contur K rămâne închis, scurt-circuitând complet Cf.

​4. Soluția Centrală: Strategia de Coordonare a Timing-ului între FCL și SPAR​
Pentru a asigura limitarea eficientă a curentului de către FCL fără a afecta SPAR, această propunere sugerează următoarea strategie de coordonare a timing-ului, cu o durată totală controlată în intervalul de 0.66–0.73 secunde:

Nucleul Strategiei: Utilizează semnalul de deschidere a disjunctorului din protecția prin relae ca comandă pentru a închide rapid și forțat comutatorul de contur K și pentru a-l păstra închis pe tot parcursul perioadei de ardere a arcului secundar (aproximativ 0.2 secunde). Acest lucru scurt-circuitează eficient Cf, eliminând complet componenta de oscilație de frecvență joasă din curentul arc secundar și creând condiții favorabile pentru stingerea arcului.

​5. Eficiența și Avantajele Schemei​
Simulările EMTP verifică că această strategie de coordonare a timing-ului realizează următoarele:

1. Elimină Daunele de Frecvență Joasă: Elimină complet componenta de 3 Hz de frecvență joasă din curentul arc secundar, evitând astfel efectele sale adverse asupra stingerei arcului.
2. Optimizează Caracteristicile Stingerei Arcului: Reduce timpul de stingere a arcului secundar cu aproximativ 4.5% și reduce curentul de frecvență de putere cu 10.5%, îmbunătățind semnificativ ratele de succes ale SPAR.
3. Compatibilitate și Fiabilitate: Strategia nu afectează caracteristicile originale de recuperare a tensiunii ale sistemului și echilibrează siguranța FCL-ului (protejând MOA) cu nevoile de recuperare rapidă.
4. Facilitatea Implementării: Bazată pe semnalele de protecție existente, strategia necesită modificări minime ale sistemelor secundare, este cu costuri reduse și este potrivită pentru proiectele EHV existente sau noi din țările din Asia de Sud-Est.

​6. Concluzii și Recomandări​
Pentru rețelele electrice EHV din Asia de Sud-Est care planifică sau sunt deja echipate cu FCL-uri de tip absorbator metal-oxid, este esențial să se acorde o atenție deosebită problemelor potențiale ale oscilațiilor de frecvență joasă în curentul arc secundar, care pot reduce ratele de succes ale SPAR și amenința fiabilitatea aprovizionării cu energie.