Соодружувачко решение за ограничитель на токот на грешка (FCL) и автоматско повторно замыкание во една фаза (SPAR) во југоисточните азијски ЕВХ мрежи за електрична енергија

Вовед: Позадина на истражувањето и значење
Со брзата економска развојна во југоисточна Азија, мрежите за електрична енергија се продолжуваат да се ширираат, а напојните капацитети не преставуваат да растат. Ова доведна до системски стрмни токови кои се приближиле или дури надминувале лимитите на прекинувачките капацитети, што сериозно заплашува безбедноста и стабилноста на операциите на мрежата. Во исто време, ЕВХ (екстремно високо напон) предавачки линии служат како грб на регионалните поврзани мрежи. Повеќе од 70% од грешките се еднофазни земјински грешки, а околу 80% од нив се транзиторни грешки (на пример, удари со молња, подигнати чужди предмети). Технологијата за автоматско повторно затворање на еднофазен (SPAR) е кључен метод за брзо чистење на грешките, враќање на доставата на енергија и осигурување на стабилноста и надежноста на мрежата.

Ограничителите на грешките (FCLs), особено косто-ефективните метал-оксидни гасители (MOA) тип FCLs, се ефективни мерки за потискане на стрмните токови и постепено се применуваат во ЕВХ мрежи. Меѓутоа, постојното истражување веќе се фокусира на влијанието на FCLs врз системската транзиторна стабилност и реле заштита, пренебрегувајќи нивните потенцијални негативни ефекти врз успехот на SPAR. Ова предложување се обидува да пополни овој недостаток во истражувањето, извршувајќи детална анализа на интеракцијата помеѓу FCLs и SPAR, и предлагајќи набор на колаборативни контролни стратегии соодветни за мрежите за електрична енергија во југоисточна Азија. Овие стратегии осигуруваат и ефективно ограничување на токот и надежна достава на енергија.

1. Принцип на работа на метал-оксиден гасител тип FCL
Овој тип FCL се состои главно од следните компоненти, кои работат во координација за да постигнат основната функција „низко импеданс во нормална работа и високо импеданс во случај на грешка“:

Компонент	Опис на функција
Реактор Lf (Lf = Lc + L)	Во време на нормална работа, тој резонира во серија со кондензатор Cf, прикажувајќи низко импеданс; во случај на грешка, ограничителот на ток L се вметнува во системот.
Кондензатор Cf	Участвува во резонанса во време на нормална работа; во случај на грешка, тој брзо се кратира со MOA и излегува од резонантниот цев.
Метал-оксиден гасител (MOA)	Действува моментално по детекција на кратирање, водечки до кратирање на кондензатор Cf.
Обикачен прекинувач K	Брзо се затвара после грешка за споделување на токот и заштита на MOA од абсорбирање на премногу енергија. Неговото време е критично.
Ограничител на ток Lc	Главно ограничува отпуштачкиот ток на кондензатор Cf преку активирачкиот праг.

Работен процес: Во време на нормална работа на системот, Lf и Cf резонираат → импедансот на FCL е скоро нула → нема влијание на токот на енергија. Кога се случи кратирање, MOA брзо действува за кратирање на Cf → ограничителот на ток L се вметнува во системот за потискане на стрмниот ток → активирачкиот праг се распаѓа и испраќа сигнал за затворање на обикашен прекинувач K → по затворањето на K, тој одвраќа токот за заштита на MOA.

2. Анализа на проблемот: Негативни ефекти на FCL врз вторичниот арски ток и SPAR
Вторичниот арски ток е токот кој продолжува да одржува точката на грешката по отворањето на прекинувачот на грешката на фазата во време на работа на SPAR, поддржан од електромагнетна и електростатичка куплања од здравите фази. Магнитудата и карактеристиките на овој ток директно одредуваат дали грешката може самостојно да се угаси, што е критично за успехот на SPAR.

Симулација на анализа (основана на EMTP, со параметри на модел кои се референцираат на јужнокинески 500 кВ систем) покажува дека инсталацијата на FCL може да внесе нови проблеми:

Влијание на времето на обикашен прекинувач (K): Ако обикашен прекинувач K е отворен кога прекинувачот се прекинува, вторичниот арски ток ќе вклучи компонента со голема амплитуда (до 225 A), бавен опад, и многу низок фреквенција (приближно 3–3.25 Hz). Овој низок фреквенција значително намалува бројот на нулти пресекови на токот, правејќи го угасувањето на арката тешко и значително намалувајќи успехот на SPAR.
Влијание на отпорот на патот на арката (Rg): Кога преходниот отпор на точката на грешката е голем (на пример, 300 Ω), стрмниот ток е мал, што може да предотврати активацијата на FCL на крајот на линијата (MOA не достигнува до рабочиот напон). Во овој случај, Cf останува некратиран и формира низофреквенција осцилационен цев со паралелен реактор на линијата, исто така генерирајќи низофреквенција компонента што е шкодлив за угасувањето на арката.

3. Истражување на механизмот: Подеснина на низофреквенција компонента
Теоретска анализа користејќи еквивалентни импедансни мрежи и Лапласови трансформации открива механизмот зад низофреквенција компонента:
Основната причина е кондензаторот Cf во FCL. По прекинувањето на прекинувачот и изолацијата на грешката на фазата, енергијата складирана во Cf се одпуствува преку паралелниот реактор и отпорот на арката на точката на грешката. Овој цев за одпускане формира низофреквенција осцилационен цев, со фреквенција на осцилација (приближно 3 Hz) која е главно одређена од Cf и параметрите на паралелниот реактор на линијата, веќе независна од локацијата на грешката. Оваа низофреквенција осцилација се елиминира само кога обикашен прекинувач K останува затворен, целосно кратирајќи Cf.

4. Главно решение: Стратегија за координација на време за FCL и SPAR
За да се осигура ефективно ограничување на токот со FCL без влијание врз SPAR, ова предложување предлага следната прецизна стратегија за координација на време, со укупна длабочина контролирана во 0.66–0.73 секунди:

Чекор на време	Интервал на време (с)	Опис на процес
t0	-	Случува се еднофазно земјинско кратирање во системот.
t1	0.002	MOA достигнува до рабочиот напон, действува за кратирање на Cf, и ограничителот на ток L се вметнува во системот.
t2	0.002	Системот за мониторинг на FCL активира преградата G и истовремено испраќа сигнал за почеток на затворање на обикашен прекинувач K.
t3	0.016	Реле заштита на линијата функционира, испраќајќи сигнал за прекинување на прекинувачот, кој исто така служи како командна за насилно затворање на K.
t4	≤0.024	Се осигурува дека обикашен прекинувач K е целосно затворен. Ова мора да се заврши пред прекинувањето на прекинувачот.
t5	0.016–0.036	Главните контакти на прекинувачите на линијата на двете страни се отвараат, прекинувајќи го токот на грешката.
t6	0.02	Отворениот прекинувач на прекинувачот се одвраќа, целосно изолирајќи го фазниот проводник на грешката од системот; вторичниот арка почнува да гори.
t7	0.20	Покрај горењето на вторичниот арка, K останува затворен за елиминација на низофреквенција компонента. По самостојно угасување на арката, се испраќа сигнал за отворање на K.
t8	0.045	Обикашен прекинувач K се отвара.
t9	0.015	Време на деионизација на патот на арката на грешката, осигурувајќи вратување на изолацијата.
t10	0.10	Цевот за затворање на прекинувачот се активира, подготвувајќи се за повторно затворање.
t11	0.20–0.25	Прекинувачот се затвара, со прекинувачот за прекинување активиран за потискане на прекинувачки премногу високи напони.
t12	0.02	Главните контакти на прекинувачот се затвараат, прекинувачот за прекинување излегува, и линијата успешно се враќа на достава на енергија.

Есенцијална стратегија: Користете сигналот за прекинување на прекинувачот од реле заштита како командна за насилно затворање на обикашен прекинувач K брзо и држете го затворен во текот на целосниот период на горење на вторичниот арка (приближно 0.2 секунди). Ова ефективно кратира Cf, целосно елиминирајќи низофреквенција осцилационен компонент во вторичниот арски ток и создава благоприятни услови за самостојно угасување на арката.

5. Ефективност и предности на схемата
Симулациите на EMTP верификуваат дека оваа стратегија за координација на време постигува следното:

Елиминира низофреквенција штета: Целосно елиминира 3 Hz низофреквенција компонента во вторичниот арски ток, избегнувајќи неговите негативни ефекти врз угасувањето на арката.
Оптимизира карактеристики на угасување на арката: Намалува времето на угасување на вторичниот арка за приближно 4.5% и намалува токот на енергија на 10.5%, значително подобрувајќи успехот на SPAR.
Споделимост и надежност: Стратегијата не влијае на оригиналните карактеристики на враќање на напонот на системот и балансира безопасноста на FCL (заштита на MOA) со потребите за брзо враќање.
Лесна реализација: Базирана на постојни сигнали за заштита, стратегијата бара минимални изменувања на вторичните системи, е нискостојна и прифатлива за постојни или нови ЕВХ проекти во југоисточните земји.

6. Заклучок и препораки
За југоисточните ЕВХ мрежи кои планираат или веќе се опремени со метал-оксидни гасители тип FCL, е важно да се гледа внимателно на потенцијалниот проблем со низофреквенција осцилација во вторичниот арски ток, кој може да намали успехот на SPAR и да заплаши надежноста на доставата на енергија.

08/26/2025