Samarbeidsløsning for strømstyringsbegrenser (FCL) og enefasede automatiske omslutninger (SPAR) i sørøstasiatiske EHV kraftnett
- Introduksjon: Forskningsbakgrunn og betydning
Med rask økonomisk vekst i Sørøst-Asia, fortsetter strømnettets omfang å utvides, og belastningen øker konstant. Dette har ført til at systemets kortslutningsstrøm nærmer seg eller overgår bryterens avbrytningskapasitet, noe som alvorlig truer sikkerheten og stabilitета операција на електроплесма. Веома важан је и пренос енергије преко високих напона, који служи као основна мрежа за регионалну енергетску повезаност. Пре 70% грешака су једнофазни земљишта, а приближно 80% од њих су трансјентни грешци (на пример, ударици светла, ветровити чужди предмети). Технологија аутоматског поновног затварања једне фазе (SPAR) је кључна метода за брзо клирање грешака, враћање снабдевања струјом и осигуравање стабилности и надежности мреже.
Ограничитељи грешачке струје (FCLs), посебно економични металоксидни апарати (MOA) тип FCLs, су ефикасни мера за супресирање грешачке струје и су постепено применавани у мрежама ЕВН. Међутим, постојећа истраживања су се већином фокусирала на утицај FCLs на транзиентну стабилност система и релејску заштиту, занемарујући њихов потенцијални негативни утицај на успешност SPAR. Ова претпоставка циља да попуни ову истраживачку празнину проводећи детаљну анализу интеракције између FCLs и SPAR, и предлажући скуп сарадничких контролних стратегија прикладних за електроплесма Сјевероисточне Азије. Ове стратегије осигуравају како ефективно ограничавање струје тако и надежно снабдевање струјом.
1. Радни принцип металоксидног апарат-тип FCL
Овај тип FCL се углавном састоји од следећих компоненти, које раде у координацији да би постигли основну функцију "низак импеданс током нормалног рада и висок импеданс током грешака":
|
Komponent |
Funksjonsbeskrivelse |
|
Reaktor Lf (Lf = Lc + L) |
Tokment normalt operasjon resonerer den i serie med kondensator Cf, presentere lav impedans; under feil settes strømbegrensende reaktoren L inn i systemet. |
|
Kondensator Cf |
Deltar i resonans under normal drift; under feil blir den raskt kortsluttet av MOA og forlater resonanskretsen. |
|
Metaloksidavvikler (MOA) |
Virker umiddelbart ved deteksjon av kortslutningsfeil, leder for å kortslutte kondensator Cf. |
|
Omgående bryter K |
Lukkes raskt etter en feil for å dele strøm og beskytte MOA fra å absorbere for mye energi. Tidsmessig er dette kritisk. |
|
Strømbegrensende reaktor Lc |
Begrenser hovedsakelig løsestrømmen til kondensator Cf gjennom utløsespaltet. |
Arbeidsflyt: Under normal systemdrift resonerer Lf og Cf → FCL impedansen er nesten null → ingen påvirkning på strømflyt. Når det oppstår en kortslutningsfeil, virker MOA raskt for å kortslutte Cf → strømbegrensende reaktoren L settes inn i systemet for å begrense kortslutningsstrømmen → utløsespaltet knuses og sender et signal for å lukke omgående bryter K → etter at K er lukket, deler den strøm for å beskytte MOA.
2. Problem analyse: Ugunstige effekter av FCL på sekundær buelstrøm og SPAR
Sekundær buelstrøm er strømmen som fortsetter å opprettholde feilpunktet etter at feilfasenbryter åpner under SPAR-operasjon, vedholdt av elektromagnetisk og elektrisk kobling fra de sunne fasene. Størrelsen og karakteristikkene til denne strømmen bestemmer direkte om feilbuel kan slukke selv, noe som er kritisk for SPAR-suksess.
Simuleringanalyse (basert på EMTP, med modellparametre referert til et sørkinesisk 500 kV-system) viser at installasjon av en FCL kan introdusere nye problemer:
- Påvirkning av omgående bryter (K)-timing: Hvis omgående bryter K er åpen når bryteren tripper, vil sekundær buelstrøm inkludere en komponent med stor amplitud (opp til 225 A), sakte nedgang, og svært lav frekvens (ca. 3–3,25 Hz). Denne lavfrekvenste komponenten reduserer betydelig antall nulpunkter i strømmen, gjør det vanskelig for buel til å slukke selv, og nedsinker markant SPAR-suksessraten.
- Påvirkning av buelbane motstand (Rg): Når overgangsmotstanden ved feilpunktet er stor (f.eks. 300 Ω), er kortslutningsstrømmen liten, noe som kan hindre FCL ved linjens ende fra å aktiveres (MOA når ikke driftsspenningen). I dette tilfellet forblir Cf ukortsluttet og danner en lavfrekvensosillerende krets med linjesidestraffel, som også genererer en lavfrekvenskomponent skadelig for buelslukking.
3. Mekanisme undersøkelse: Opprinnelse av lavfrekvenskomponenten
Teoretisk analyse ved hjelp av ekvivalente impedansnettverk og Laplace-transformasjoner avslører mekanismen bak lavfrekvenskomponenten:
Den grunnleggende årsaken er kondensatoren Cf i FCL. Etter at bryteren tripper og feilfasen isoleres, slipper den lagrede energien i Cf seg gjennom sidesparreaktoren og buelmotstanden ved feilpunktet. Denne slippekretsen dannes en lavfrekvensosillerende krets, med en osillasjonsfrekvens (ca. 3 Hz) hovedsakelig bestemt av Cf og parametrene for linjesidesparreaktoren, i stor grad uavhengig av feilposisjon. Denne lavfrekvensosillasjonen elimineres bare når omgående bryter K forbli lukket, fullstendig kortslutter Cf.
4. Kjerne løsning: Timingkoordinasjonstrategi for FCL og SPAR
For å sikre effektiv strømbegrensning av FCL uten å påvirke SPAR, foreslår denne rapporten følgende presis timingkoordinasjonstrategi, med en total varighet kontrollert innen 0,66–0,73 sekunder:
|
Tidsnode |
Tidsintervall (s) |
Prosessbeskrivelse |
|
t0 |
- |
En-fase jordfeil oppstår i systemet. |
|
t1 |
0,002 |
MOA når driftsspenningen, virker for å kortslutte Cf, og strømbegrensende reaktor L settes inn i systemet. |
|
t2 |
0,002 |
FCL-overvåkingssystem utløser slippespallet G og sender samtidig et signal for å starte lukking av omgående bryter K. |
|
t3 |
0,016 |
Linjerelébeskyttelse virker, gir et brytertrippsignal, som også fungerer som en kommando for å tvungen lukke K. |
|
t4 |
≤0,024 |
Sikrer at omgående bryter K er fullstendig lukket. Dette må være fullført før bryteren avbryter. |
|
t5 |
0,016–0,036 |
Hovedkontakter for linjebrytere på begge ender åpnes, skjærer av feilstrømmen. |
|
t6 |
0,02 |
Bryteråpningsmotstander frakobles, fullstendig isolerer feilfaselinjen fra systemet; sekundær buel begynner å brenne. |
|
t7 |
0,20 |
Under sekundær buel brenning, behold K lukket for å eliminere lavfrekvenskomponenten. Etter selvslettning av buel, sendes et signal for å åpne K. |
|
t8 |
0,045 |
Omgående bryter K åpnes. |
|
t9 |
0,015 |
Feilpunkt buelbane deionisasjons tid, sikrer isolasjonsgjenoppretting. |
|
t10 |
0,10 |
Bryterlukningsbobin er energiforsynet, forbereder for genlukking. |
|
t11 |
0,20–0,25 |
Bryter lukkes, med lukningsmotstander engasjert for å begrense switching overspenninger. |
|
t12 |
0,02 |
Bryterhovedkontakter lukkes, lukningsmotstander forlater, og linjen gjenopptar vellykket strømforsyning. |
Strategikjerne: Bruk brytertrippsignalet fra relébeskyttelse som en kommando for å tvungen lukke omgående bryter K raskt og behold den lukket gjennom hele sekundær buel brenning perioden (ca. 0,2 sekunder). Dette kortslutter effektivt Cf, fullstendig eliminere lavfrekvensosillasjonskomponenten i sekundær buelstrøm, og skape gunstige forhold for selvslettning av buel.
5. Skjema effektivitet og fordeler
EMTP-simuleringer bekrefter at denne timingkoordinasjonstrategien oppnår følgende:
- Eliminerer lavfrekvensskade: Fullstendig eliminerer 3 Hz lavfrekvenskomponenten i sekundær buelstrøm, unngår dens negative effekter på buelslettning.
- Optimaliserer buelslettningsegenskaper: Reduserer sekundær buelslettningstid med ca. 4,5% og senker nettfrekvenskomponentstrømmen med 10,5%, forbedrer signifikant SPAR-suksessrater.
- Kompatibilitet og pålitelighet: Strategien påvirker ikke systemets opprinnelige spenningsgjenopprettingskarakteristika og balanserer FCL-sikkerhet (beskytter MOA) med hurtig gjenopprettelsesbehov.
- Enkel implementering: Basert på eksisterende beskyttelsessignaler, krever strategien minimal endring av sekundære systemer, er lavkostnad, og egnet for eksisterende eller nye EHV-prosjekter i sørøstasiatiske land.
6. Konklusjon og anbefalinger
For sørøstasiatiske EHV-strømnetter som planlegger eller allerede er utstyrt med metaloksidavvikler-typer FCL, er det essensielt å legge stor vekt på potensielle problemer med lavfrekvensosillasjon i sekundær buelstrøm, som kan redusere SPAR-suksessrater og true strømforsyningens pålitelighet.
