Sodelovanje za omejevalnik strmih tokov (FCL) in samodejno ponovno zapiranje enofaznega preklopnika (SPAR) v jugovzhodnoazijskih EHV električnih omrežjih

1. Predstavitev: Raziskovalno ozadje in pomen​
   S hitrim gospodarskim razvojem v jugovzhodni Aziji se širijo omrežja električnih sistemov, naraščajo pa tudi obremenitve. To je vodilo do tega, da so sistemski prekinitveni tokovi približno ali celo presegli omejitve za prekinjanje prekinitvenih strojev, kar hudo ogroža varnost in stabilnost delovanja električnih omrežij. S tem ko EHV prenosne linije služijo kot osrednji del regionalnih električnih povezav, predstavljajo enofazne zemljske napake več kot 70 % vseh napak, od katerih je približno 80 % prehodnih (na primer, negativne učinke bleska, vetra in tuje snovi). Tehnologija samodejnega ponovnega vklopa ene faze (SPAR) je ključna metoda za hitro odpravljanje napak, obnovitev oskrbe s strujom in zagotavljanje stabilnosti in zanesljivosti omrežja.

Omejevalci prekinitvenih tokov (FCL), zlasti ekonomični metal-oxidni arrester (MOA) tipa FCL, so učinkoviti ukrepi za utlačevanje prekinitvenih tokov in so se počasno uporabljali v EHV omrežjih. Vendar je večina obstoječih raziskav osredotočena na vpliv FCL-jev na prehodno stabilnost in relejno zaščito, zanemarjajo pa njihove potencialno negativne učinke na uspešnost SPAR. Ta predlog želi izpolniti to raziskovalno vrzel z globokim analiziranjem vzajemnega delovanja med FCL-ji in SPAR, ter predlaganjem skupine usklajenih kontrolnih strategij, primerenih za jugovzhodnoazijska električna omrežja. Te strategije zagotavljajo hkrati učinkovito omejevanje toka in zanesljivo oskrbo s strujom.

​1. Delovni princip metal-oxidnega arrester-tipa FCL​
Ta vrsta FCL-ja se glavno sestoji iz naslednjih komponent, ki delujejo v koordinaciji za dosego osrednje funkcije "nizko impedanca med normalnim delovanjem in visoka impedanca med napakami":

Delovni postopek: Med normalnim delovanjem sistema Lf in Cf resonirata → impedanca FCL-ja je skoraj nič → ni vpliva na pretok struje. Ko pride do prekinitvene napake, se MOA hitro dejanja za preklop Cf → v sistem se vstavi omejevalni reaktor L za utlačevanje prekinitvenega toka → spodbudni koridor se preklopi in pošlje signal za zapiranje obhodnega preklopnika K → po zapiranju K preusmeri tok za zaščito MOA.

​2. Analiza problema: Negativni učinki FCL-ja na sekundarni lukovni tok in SPAR​
Sekundarni lukovni tok je tok, ki se nadaljuje z ohranjanjem napake po odprtju prekinitvenega stroja napake faze med delovanjem SPAR, podprt s magnetno in elektrostatsko spojitev zdravih faz. Velikost in lastnosti tega toka neposredno določata, ali se lahko luk samoodvija, kar je ključno za uspešnost SPAR.

Simulacijska analiza (na podlagi EMTP, z modelskimi parametri, ki se nanašajo na sistem 500 kV v južni Kitajsi) kaže, da namestitev FCL-ja lahko prinese nove težave:

• Vpliv časa obhodnega preklopnika (K): Če je obhodni preklopnik K odprt, ko se prekine prekinitveni stroj, bo sekundarni lukovni tok vključeval komponento z veliko amplitudo (do 225 A), počasnim padcem in zelo nizko frekvenco (približno 3–3,25 Hz). Ta nizkofrekvenčna komponenta bistveno zmanjša število presekov toka skozi nič, kar ovira samoodvit lukenja in značilno zniža uspešnost SPAR.
• Vpliv odpornosti luka (Rg): Ko je prehodna odpornost na mestu napake velika (na primer, 300 Ω), je prekinitveni tok majhen, kar lahko prepreči dejavnost FCL-ja na koncu linije (MOA ne doseže delovno napetost). V tem primeru ostane kondenzator Cf neodkrit in oblikuje nizkofrekvenčni oscilatorni krog s shunt reaktorjem linije, ki podobno generira nizkofrekvenčno komponento, škodljivo za odvit lukenja.

​3. Raziskava mehanizma: Izvor nizkofrekvenčne komponente​
Teoretična analiza z uporabo ekvivalentnih mrež impedanc in Laplaceove transformacije razkriva mehanizem za nizkofrekvenčno komponento:
Osnovni vzrok je kondenzator Cf v FCL-ju. Po prekini prekinitvenega stroja in izolaciji napake faze se energija shranjena v Cf izčrpa skozi shunt reaktor in odpornost luka na mestu napake. Ta izčrpani krog oblikuje nizkofrekvenčni oscilatorni krog, s frekvenco (približno 3 Hz), ki je glavno določena s Cf in parametri shunt reaktorja linije, veliko neodvisna od lokacije napake. Ta nizkofrekvenčni oscilator se iztrebira le, ko ostane obhodni preklopnik K zaprt, popolnoma preklopi Cf.

​4. Jezgrešča rešitev: Strategija usklajevanja časov FCL-ja in SPAR​
Za zagotovitev učinkovitega omejevanja toka FCL-ja brez vpliva na SPAR, ta predlog predlaga naslednjo natančno strategijo usklajevanja časov, s skupno dolžino, ki je nadzorovana v 0,66–0,73 sekund:

Jezgrešča strategija: Uporabite signal za preklop prekinitvenega stroja iz reljevske zaščite kot ukaz za prisilno zapiranje obhodnega preklopnika K hitro in ga ohranite zaprt skozi celotno obdobje gorjenja sekundarnega luka (približno 0,2 sekunde). To učinkovito preklopi Cf, popolnoma iztrebi nizkofrekvenčno oscilatorno komponento v sekundarnem lukovnem toku in ustvari ugodne pogoje za samoodvit luka.

​5. Učinkovitost in prednosti sheme​
Simulacije EMTP preverjajo, da ta strategija usklajevanja časov doseže naslednje:

1. Iztreba nizkofrekvenčno škodo: Popolnoma iztreba 3 Hz nizkofrekvenčno komponento v sekundarnem lukovnem toku, izogiba negativnim učinkom na odvit lukenja.
2. Optimizira lastnosti odvitanja luka: Zmanjša čas odvitanja sekundarnega luka za približno 4,5 % in zmanjša frekvenčno komponento toka za 10,5 %, značilno izboljša uspešnost SPAR.
3. Usklajenost in zanesljivost: Strategija ne vpliva na prvotne lastnosti obnovitve napetosti sistema in ravnoteži varnost FCL-ja (zaščita MOA) s potrebami za hitro obnovitev.
4. Enostavnost implementacije: Na podlagi obstoječih zaščitnih signalov, strategija zahteva minimalne spremembe v sekundarnih sistemih, je poceni in primerna za obstoječe ali nove projekte EHV v državah jugovzhodne Azije.

​6. Zaključek in priporočila​
Za jugovzhodnoazijska EHV električna omrežja, ki so v planiranju ali že opremljena z metal-oxidnimi arrester-tipi FCL, je ključno poudariti potencialni problem nizkofrekvenčnih oscilacij v sekundarnem lukovnem toku, ki lahko zmanjša uspešnost SPAR in ogroža zanesljivost oskrbe s strujom.