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

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":

Komponenta	Opis funkcije
Reaktor Lf (Lf = Lc + L)	V normalnem delovanju resonira v seriji s kondenzatorjem Cf, pri čemer predstavlja nizko impedanco; med napakami se v sistem vstavi omejevalni reaktor L.
Kondenzator Cf	Sodeluje v resonanci med normalnim delovanjem; med napakami se hitro preklopi s strani MOA in zapusti resonantni krog.
Metal-oxidni arrester (MOA)	Takoj dejanja ob zaznavanju prekinitvene napake, prevodi za preklop kondenzatorja Cf.
Obhodni preklopnik K	Hitro se zapre po napaki za deljenje toka in zaščito MOA pred absorpcijo prekomerne energije. Časovni okvir je ključen.
Omejevalni reaktor Lc	Glavno omejuje iztok toka kondenzatorja Cf skozi spodbudni koridor.

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:

Časovni vozel	Časovni interval (s)	Opis procesa
t0	-	Enofazna zemljska napaka nastane v sistemu.
t1	0,002	MOA doseže delovno napetost, dejanja za preklop Cf, in v sistem vstopi omejevalni reaktor L.
t2	0,002	Nadzorno sistema FCL spodbudi prožni koridor G in hkrati pošlje signal za začetek zapiranja obhodnega preklopnika K.
t3	0,016	Reljevska zaščita linije dejanja, izdaja signal za preklop prekinitvenega stroja, ki služi tudi kot ukaz za prisilno zapiranje K.
t4	≤0,024	Zagotovite, da je obhodni preklopnik K popolnoma zaprt. To mora biti dokončano pred prekidom prekinitvenega stroja.
t5	0,016–0,036	Glavni kontakti prekinitvenih strojev na obeh koncih linije se odprejo, prekinejo prekinitveni tok.
t6	0,02	Odpiralni odporniki prekinitvenih strojev se odprejo, popolnoma izolirajo napako faze od sistema; sekundarni luk začne goreti.
t7	0,20	Med gorjenjem sekundarnega luka, ohranite K zaprt, da iztrebite nizkofrekvenčno komponento. Po samoodvitu luka izdajte signal za odpiranje K.
t8	0,045	Obhodni preklopnik K se odpre.
t9	0,015	Čas za deionizacijo luka na mestu napake, zagotavlja obnovitev izolacije.
t10	0,10	Člen za zapiranje prekinitvenega stroja je energiziran, pripravlja se za ponovno zapiranje.
t11	0,20–0,25	Prekinitveni stroj se zapre, z zaprlimi odporniki za utlačevanje prekomernih napetosti.
t12	0,02	Glavni kontakti prekinitvenega stroja se zaprejo, odporniki za zapiranje se izključijo, in linija uspešno obnovi oskrbo s strujom.

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:

Iztreba nizkofrekvenčno škodo: Popolnoma iztreba 3 Hz nizkofrekvenčno komponento v sekundarnem lukovnem toku, izogiba negativnim učinkom na odvit lukenja.
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.
Usklajenost in zanesljivost: Strategija ne vpliva na prvotne lastnosti obnovitve napetosti sistema in ravnoteži varnost FCL-ja (zaščita MOA) s potrebami za hitro obnovitev.
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.

08/26/2025