Surodno rešenje za ograničivač strujnog prekida (FCL) i automatsko ponovno zatvaranje jednofaznih prekidnika (SPAR) u jugoistočnoazijskim EHV elektroenergetskim mrežama

Uvod: Osnov za istraživanje i značaj
Sa brzim ekonomskim razvojem u jugoistočnoj Aziji, mreže za prenos električne energije se neprestano šire, a opterećenja rastu. To je dovelo do toga da sistemski strujni prekidi pristaju ili čak prelaze granice prekidnog kapaciteta prekidača, što ozbiljno prijeti bezbednosti i stabilnosti operacija mreže za prenos električne energije. U međuvremenu, EHV (ekstremno visok napon) linije prenosa služe kao osnovni nosači regionalnih mreža za prenos električne energije. Preko 70% grešaka su jednofazni prekid kontakta sa zemljom, a oko 80% ovih grešaka su privremene (npr. udarci munje, leteći predmeti od vetra). Tehnologija automatskog ponovnog povezivanja jedne faze (SPAR) je ključna metoda za brzo isključivanje grešaka, obnavljanje snabdijevanja električnom energijom i osiguranje stabilnosti i pouzdanosti mreže.

Ograničivači strujnih prekida (FCL), posebno ekonomični ograničivači tipa metal-oksidskih absorbentnih aparata (MOA), su efikasne mere za smanjenje strujnih prekida i postepeno se primenjuju u EHV mrežama. Međutim, postojeće istraživanje uglavnom se fokusiralo na uticaj FCL-a na tranzientnu stabilnost sistema i relejnu zaštitu, zanemarujući njihove potencijalne negativne efekte na uspešnost SPAR-a. Ova propozicija ima za cilj da popuni ovaj istraživački prazninu temeljnim analizama interakcije između FCL-a i SPAR-a, te predloži skup strategija koordiniranog upravljanja koji su pogodni za mreže za prenos električne energije u jugoistočnoj Aziji. Ove strategije osiguravaju i efikasno ograničavanje struje i pouzdano snabdevanje električnom energijom.

1. Način rada ograničivača tipa metal-oksidskog absorbentnog aparat - FCL
Ovaj tip FCL-a se sastoji od sledećih komponenti, koje zajednički rade kako bi ostvarili ključnu funkciju "niska impedansa tokom normalne operacije i visoka impedansa tokom grešaka":

Komponenta	Opis funkcije
Reaktor Lf (Lf = Lc + L)	Tokom normalne operacije rezonira u seriji sa kondenzatorom Cf, prikazujući nisku impedansu; tokom grešaka, ograničivač struje L se ubaci u sistem.
Kondenzator Cf	Učešće u rezonanci tokom normalne operacije; tokom grešaka, brzo se kroz MOA krati i izlazi iz rezonantnog kruga.
Metal-oksidski absorbentni aparat (MOA)	Aktivira se odmah nakon detektovanja greške strujnog prekida, vodeći do kratanja kondenzatora Cf.
Obilazni prekidač K	Brzo se zatvara nakon greške kako bi delio struju i zaštiti MOA od apsorbiranja prekomjerne energije. Vreme njegovog aktiviranja je kritično.
Ograničivač struje Lc	Glavno ograničava otpadnu struju kondenzatora Cf kroz inicijalni prozor.

Radi takmičenja: Tokom normalne operacije sistema, Lf i Cf rezoniraju → impedansa FCL-a je gotovo nula → nema uticaja na strujni tok. Kada se desi greška strujnog prekida, MOA brzo reaguje tako što krati Cf → ograničivač struje L se ubaci u sistem kako bi supresirao strujni prekid → inicijalni prozor se ruši i šalje signal da se zatvori obilazni prekidač K → nakon što se K zatvori, deli struju kako bi zaštitio MOA.

2. Analiza problema: Negativni efekti FCL-a na sekundarnu luk struje i SPAR
Sekundarna luk struja je struja koja nastavlja da održava tačku greške nakon otvaranja prekidača grešne faze tokom operacije SPAR-a, održana elektromagnetskim i elektrostatskim spajanjem zdravih faza. Veliki i karakteristike ove struje direktno određuju da li se grešna luka može samostalno ugasi, što je ključno za uspešnost SPAR-a.

Simulaciona analiza (bazirana na EMTP, sa parametrima modela referentima na sistemu 500 kV u južnoj Kini) pokazuje da instalacija FCL-a može doveći do novih problema:

Uticaj vremena aktiviranja obilaznog prekidača (K): Ako je obilazni prekidač K otvoren kada se prekidač tripne, sekundarna luk struja će sadržati komponentu velike amplitude (do 225 A), sporog opadanja i vrlo niske frekvencije (oko 3–3.25 Hz). Ova niska frekvencijska komponenta značajno smanjuje broj nultih preseka struje, čime se teško dostiže samogasioc luke i značajno smanjuje uspešnost SPAR-a.
Utjecaj otpora luke (Rg): Kada je prelazni otpor u tački greške veliki (npr. 300 Ω), struja strujnog prekida je mala, što može sprečiti aktiviranje FCL-a na kraju linije (MOA ne dostiže radnu naponsku razinu). U ovom slučaju, Cf ostaje nekratan i formira niskofrekventni oscilatorski krug sa shunt reaktorom linije, generišući niskofrekventnu komponentu koja je štetna za gasenje luke.

3. Istraživanje mehanizma: Poreklo niskofrekventne komponente
Teorijska analiza koristeći ekvivalentne mreže impedansi i Laplaceove transformacije otkriva mehanizam iza niskofrekventne komponente:
Korijen problema je kondenzator Cf u FCL-u. Nakon tripanja prekidača i izolacije grešne faze, energija skladištena u Cf se ispušta kroz shunt reaktor i otpor luke u tački greške. Ovaj ispuštanje krug formira niskofrekventni oscilatorski krug, sa frekvencijom oscilacije (oko 3 Hz) glavno određenom od Cf i parametara shunt reaktora linije, veoma neovisno o lokaciji greške. Ova niskofrekventna oscilacija se eliminira samo kada obilazni prekidač K ostane zatvoren, potpuno krati Cf.

4. Ključno rešenje: Strategija koordinacije vremenskih intervala za FCL i SPAR
Da bi se osiguralo efikasno ograničavanje struje FCL-om bez uticaja na SPAR, ovaj predlog predlaže sledeću preciznu strategiju koordinacije vremenskih intervala, sa ukupnim trajanjem kontrolisanim unutar 0.66–0.73 sekundi:

Vremenski čvor	Vremenski interval (s)	Opis procesa
t0	-	Dogodi se jednofazni prekid kontakta sa zemljom u sistemu.
t1	0.002	MOA dostiže radnu naponsku razinu, aktivira se da krati Cf, i ograničivač struje L se ubaci u sistem.
t2	0.002	FCL nadzorna sistema aktivira prozor G i istovremeno šalje signal da se počne zatvaranje obilaznog prekidača K.
t3	0.016	Relay zaštita linije radi, šalje signal za tripanje prekidača, koji takođe služi kao komanda za prisilno zatvaranje K.
t4	≤0.024	Osigurati da je obilazni prekidač K potpuno zatvoren. To mora biti završeno pre nego što prekidač prekine struju.
t5	0.016–0.036	Glavni kontakti prekidača linije na oba kraja se otvaraju, prekidajući strujni prekid.
t6	0.02	Otvorični otpornici prekidača se odspajaju, potpuno izolirajući fazu greške od sistema; počinje gorevanje sekundarne luke.
t7	0.20	Tokom gorevanja sekundarne luke, zadržite K zatvoren da biste eliminisali niskofrekventnu komponentu. Nakon samogasioca luke, pošaljite signal da se otvori K.
t8	0.045	Obilazni prekidač K se otvara.
t9	0.015	Vrijeme deionizacije putanje luke u tački greške, osiguravajući oporavak izolacije.
t10	0.10	Zaprežna bobina prekidača se energizira, pripremajući se za ponovno povezivanje.
t11	0.20–0.25	Prekidač se zatvara, s zaprežnim otpornicima uključenim kako bi se suzbile pretopne previsoke napone.
t12	0.02	Glavni kontakti prekidača se zatvaraju, zaprežni otpornici izlaze, i linija uspešno obnavlja snabdevanje električnom energijom.

Jezgra strategije: Koristi signal tripanja prekidača iz relay zaštite kao komandu za prisilno brzo zatvaranje obilaznog prekidača K i drži ga zatvorenim tokom cijelog perioda gorevanja sekundarne luke (oko 0.2 sekundi). To efikasno krati Cf, potpuno eliminirajući niskofrekventnu oscilatorsku komponentu u sekundarnoj luki struje i stvarajući povoljne uvjete za samogasioc luke.

5. Efikasnost i prednosti sheme
EMTP simulacije potvrđuju da ova strategija koordinacije vremenskih intervala postiže sljedeće:

Eliminacija niskofrekventnog štete: Potpuno eliminira 3 Hz niskofrekventnu komponentu u sekundarnoj luki struje, izbegavajući njen negativni uticaj na gasenje luke.
Optimizacija karakteristika gasenja luke: Smanjuje vrijeme gasenja sekundarne luke oko 4.5% i smanjuje struju na frekvenciji mreže za 10.5%, značajno poboljšavajući uspešnost SPAR-a.
Kompatibilnost i pouzdanost: Strategija ne utiče na originalne karakteristike oporavka napona sistema i balansira sigurnost FCL-a (zaštitu MOA) sa potrebama za brzim oporavkom.
Lako implementabilnost: Bazirana na postojećim signalima zaštite, strategija zahtijeva minimalne promjene u sekundarnim sistemima, je niskotrošna i pogodna za postojeće ili nove EHV projekte u zemljama jugoistočne Azije.

6. Zaključak i preporuke
Za EHV mreže za prenos električne energije u jugoistočnoj Aziji koje planiraju ili već imaju ograničivače tipa metal-oksidskog absorbentnog aparat - FCL, važno je da se posebno pažnja posveti potencijalnom problemu niskofrekventne oscilacije u sekundarnoj luki struje, što može smanjiti uspešnost SPAR-a i prijetiti pouzdanosti snabdevanja električnom energijom.

08/26/2025