Sadarbības risinājums trauciņstrāvas ierobežotājam (FCL) un vienfasei automātiskai pārslēgšanai (SPAR) Austrumāzijas EHV elektrotīklos
- Ievads: Pētījumu fons un nozīme
Ar straujo ekonomisko attīstību Dienvidaustrumāzijā, elektrotīklu apmēri turpina izaugt, un slodzes nepārtraukti pieaug. Tas ir vedis pie situācijas, kad sistēmas īscepuma strāvas tuvojas vai pat pārsniedz lūžņu spēju apturēt tos, nopietni apdraudot elektrotīklu drošību un stabilitāti. Tuvums starpreģionālajiem elektrosaitniekiem tiek nodrošināts galvenokārt ar augstsprieguma (EHV) pārvades līnijām. Vairāk nekā 70% no kļūdām ir vienfazu uz zemi slodzes, un aptuveni 80% no tām ir pagaidu kļūdas (piemēram, dēļ mēles triecieniem, vēja nesa priekšmetiem). Vienfazu automātiskā atkalieslēgšana (SPAR) ir būtiska metode, lai ātri novērstu kļūdas, atjaunotu elektropiedāvājumu un nodrošinātu tīkla stabilitāti un uzticamību.
Strāvas ierobežošanas ierīces (FCL), īpaši ekonomiski piemērotas metāloksīda aizsargātāja (MOA) veida FCL, ir efektīvi pasākumi, lai samazinātu īscepuma strāvas, un tās tiek aizvien plašāk izmantotas EHV tīklos. Tomēr esošie pētījumi galvenokārt koncentrējas uz FCL ietekmi uz sistēmas pagaidu stabilitāti un releju aizsardzību, ignorējot to potenciālo negatīvo ietekmi uz SPAR panākumu rādītājiem. Šis priekšlikums cenšas aizpildīt šo pētījumu spraugu, veicot dziļu analīzi par FCL un SPAR interakciju, un piedāvājot kopā darbojošos kontrolēšanas stratēģijus, kas piemēroti Dienvidaustrumāzijas elektrotīkliem. Šīs stratēģijas nodrošina gan efektīvu strāvas ierobežošanu, gan uzticamu elektropiedāvājumu.
1. Metāloksīda aizsargātāja veida FCL darbības princips
Šāda veida FCL galvenokārt sastāv no šādiem komponentiem, kas sadarbojas, lai sasniegtu galveno funkciju "zema impedancija normālajā darbībā un augsta impedancija pie kļūdām":
|
Komponents |
Funkcijas apraksts |
|
Reaktors Lf (Lf = Lc + L) |
Normālajā darbībā rezonē savienojumā ar kondensatoru Cf, izrādot zemu impedanciju; pie kļūdām strāvas ierobežošanas reaktors L tiek iestrādāts sistēmā. |
|
Kondensators Cf |
Dalās rezonances normālajā darbībā; pie kļūdām tas tiek ātri sazariets ar MOA un izdzēsts no rezonances shēmas. |
|
Metāloksīda aizsargātājs (MOA) |
Rīkojas, nokļūtot izdarītā īscepuma kļūdu, vadot, lai sazaretu kondensatoru Cf. |
|
Apgāža jaunā K |
Ātri aizveras pēc kļūdas, lai dalītos ar strāvu un aizsargātu MOA no pārāk lielas enerģijas absorbcijas. Tās laika noteikšana ir kritiska. |
|
Strāvas ierobežošanas reaktors Lc |
Galvenokārt ierobežo kondensatora Cf izlaišanas strāvu caur aktivizēšanas spraugu. |
Darbības gaita: Normālajā sistēmas darbībā Lf un Cf rezonē → FCL impedancija ir gandrīz nulle → nav ietekmes uz strāvas plūsmu. Ja notiek īscepuma kļūda, MOA ātri rīkojas, lai sazaretu Cf → strāvas ierobežošanas reaktors L tiek iestrādāts sistēmā, lai ierobežotu īscepuma strāvu → aktivizēšanas sprauga salabojas un nosūta signālu, lai aizverētu apgāžu K → pēc K aizveršanas tā novirza strāvu, lai aizsargātu MOA.
2. Problēmu analīze: FCL negatīvā ietekme uz sekundāro loku strāvu un SPAR
Sekundārā loka strāva ir strāva, kas turpina uzturēt kļūdes punktu pēc tam, kad SPAR operācijā atveras kļūdes fāzes lūznis, uzturēta ar elektromagnētisku un elektrostātisku savietojumu no veselīgām fāzēm. Šīs strāvas lielums un raksturojumi tieši nosaka, vai kļūdes loks var pašizmirzēties, kas ir kritiski svarīgi SPAR panākumam.
Simulācijas analīze (balstoties uz EMTP, ar modeļa parametriem, kas atsaucas uz Dienvidaustrumāzijas 500 kV sistēmu) parāda, ka FCL instalēšana var radīt jaunas problēmas:
- Apgāžas K laika noteikuma ietekme: Ja apgāža K ir atvērts, kad lūznis tripot, sekundārā loka strāvā būs komponents ar lielu amplitūdu (lidz 225 A), lēnu samazināšanos un ļoti zemu frekvenci (aptuveni 3–3.25 Hz). Šis zema frekvences komonents būtiski samazina strāvas nulles krustojumu skaitu, padarot loka pašizmirzīšanos grūtu un būtiski samazinot SPAR panākumus.
- Loka ceļa rezistīvitātes Rg ietekme: Ja kļūdes punktā pārejas rezistīvīte ir liela (piemēram, 300 Ω), īscepuma strāva ir maza, kas var novērst FCL aktīvāciju sistēmas beigās (MOA nesasniedz darbības voltāžu). Šādā gadījumā Cf paliek nesazariets un veido zema frekvences oscilācijas shēmu ar līnijas savienojuma reaktoru, veidojot līdzīgu zema frekvences komponentu, kas kaitē loka izmirzīšanai.
3. Mekhanismu izpēte: Zema frekvences komponenta izcelsme
Teorētiskā analīze, izmantojot ekvivalentu impedancijas tīklus un Laplasa transformācijas, atklāj mehānismu, kas stāvē aiz zema frekvences komponenta:
Galvenais iemesls ir FCL kondensators Cf. Kad lūznis tripot un kļūdes fāze tiek izolēta, enerģija, kas saglabāta Cf, izlādējas caur savienojuma reaktoru un kļūdes punkta loka rezistīvīti. Šī izlādēšanās shēma veido zema frekvences oscilācijas shēmu, ar oscilāciju frekvenci (aptuveni 3 Hz), kas galvenokārt noteikta Cf un līnijas savienojuma reaktora parametriem, būtiski neatkarīga no kļūdes atrašanās vietas. Šī zema frekvences oscilācija tiek izbeigta tikai tad, kad apgāža K paliek aizvērts, pilnībā sazarijot Cf.
4. Galvenā risinājuma stratēģija: FCL un SPAR laika koordinācijas stratēģija
Lai nodrošinātu efektīvu strāvas ierobežošanu ar FCL, neskatoties uz tā ietekmi uz SPAR, šis priekšlikums piedāvā šādu precīzu laika koordinācijas stratēģiju, ar kopējo ilgumu kontrolētu robežās 0.66–0.73 sekundēs:
|
Laika mezgls |
Laika intervāls (s) |
Procesa apraksts |
|
t0 |
- |
Sistēmā notiek vienfazu uz zemi kļūda. |
|
t1 |
0.002 |
MOA sasniedz darbības voltāžu, rīkojas, lai sazaretu Cf, un strāvas ierobežošanas reaktors L tiek iestrādāts sistēmā. |
|
t2 |
0.002 |
FCL monitorings sistēma aktivizē izlaišanas spraugu G un vienlaikus nosūta signālu, lai sāktu aizverēt apgāžu K. |
|
t3 |
0.016 |
Līnijas releju aizsardzība rīkojas, izdodot lūžņu tripot signālu, kas arī kļūst par komandu, lai piespiežami aizverētu K. |
|
t4 |
≤0.024 |
Pārliecinieties, ka apgāža K ir pilnībā aizvērts. Tas jāveic pirms lūžņa pārtraukšanas. |
|
t5 |
0.016–0.036 |
Abu līnijas gala lūžņu galvenie kontakti atveras, pārtraucot kļūdes strāvu. |
|
t6 |
0.02 |
Lūžņu atveršanas rezistori atveras, pilnībā izolējot kļūdes fāzes līniju no sistēmas; sekundārais loks sāk degt. |
|
t7 |
0.20 |
Pēc sekundārā loka degšanas, turpiniet aizvērt K, lai izbeigtu zema frekvences komponentu. Pēc loka pašizmirzīšanas, izdodiet signālu, lai atvērtu K. |
|
t8 |
0.045 |
Apgāža K atveras. |
|
t9 |
0.015 |
Kļūdes punkta loka ceļa dejonizācijas laiks, nodrošinot izolācijas atjaunošanos. |
|
t10 |
0.10 |
Lūžņa aizveršanas spūļa tiek uzsākta, sagatavojoties atkalieslēgšanai. |
|
t11 |
0.20–0.25 |
Lūznis aizveras, ar aizveršanas rezistoriem, lai ierobežotu pārslodzes pārmērīgās sprieguma nobīdes. |
|
t12 |
0.02 |
Lūžņa galvenie kontakti aizveras, aizveršanas rezistori izstājas, un līnija veiksmīgi atjauno elektropiedāvājumu. |
Stratēģijas galvenais elements: Izmantot lūžņu tripot signālu no releju aizsardzības kā komandu, lai piespiežami un ātri aizverētu apgāžu K un turētu to aizvērtu visu sekundārā loka degšanas periodu (aptuveni 0.2 sekundes). Tas efektīvi sazarē Cf, pilnībā izbeidzot zema frekvences oscilācijas komponentu sekundārā loka strāvā un radot labvēlīgas apstākļus loka pašizmirzīšanai.
5. Risinājuma efektivitāte un priekšrocības
EMTP simulācijas apliecina, ka šī laika koordinācijas stratēģija sasniedz šādus rezultātus:
- Zema frekvences kaitējuma izbeigšana: Pilnībā izbeidz 3 Hz zema frekvences komponentu sekundārā loka strāvā, izvairot to negatīvo ietekmi uz loka izmirzīšanu.
- Loka izmirzīšanas raksturojumu optimizācija: Samazina sekundārā loka izmirzīšanas laiku aptuveni par 4.5% un samazina strāvas dažādo frekvences komponentu par 10.5%, būtiski uzlabojot SPAR panākumus.
- Saderība un uzticamība: Stratēģija neatkarīgi no sistēmas sākotnējām sprieguma atjaunošanas raksturojumiem un balansē FCL drošību (aizsargājot MOA) ar ātri atjaunošanās vajadzībām.
- Vienkārša realizācija: Balstoties uz esošajiem aizsardzības signāliem, stratēģijai nepieciešamas minimālas izmaiņas otrās sistēmā, tā ir zemmaksa un piemērota esošajiem vai jauniem EHV projektu Dienvidaustrumāzijā.
6. Secinājumi un ieteikumi
Dienvidaustrumāzijas EHV elektrotīkliem, kas plāno vai jau ir aprīkoti ar metāloksīda aizsargātāja veida FCL, ir jāpievērš īpaša uzmanība potenciālajai problēmai ar zema frekvences oscilācijām sekundārajā loka strāvā, kas var samazināt SPAR panākumus un apdraudēt elektropiedāvājuma uzticamību.
