Mbinu ya Kusambaza kwa Fault Current Limiter (FCL) na Single-Phase Auto-Reclosing (SPAR) katika Mipango ya Umeme wa EHV wa Asia ya Mashariki

1. Ujuzi: Mazingira ya Kutafiti na Maana​
   Kwa maendeleo ya kiuchumi kwa haraka katika Kusini mwa Asia, vithaa kwa magriddi ya umeme yanavuka kutokana na ukubwa na ongezeko la malipo. Hii imeleta ampereshi za kifungo kwenye mfumo kukaribia au hata kushuka zaidi ya uwezo wa kifungo wa circuit breakers, kuleta hatari sana kwa usalama na ustawi wa matumizi ya grid. Pia, mitengo ya EHV ya utaratibu wa umeme huwa ni msingi wa majengo ya mikoa ya umeme. Zaidi ya 70% ya hitimisho yanaweza kuwa ya kifungo cha kitu moja, na karibu 80% yao yanaweza kuwa ya wakati (kama vile kutoka kwa mwanga, au vitu vya kinafsi). Teknolojia ya Single-Phase Auto-Reclosing (SPAR) ni njia muhimu ya kupunguza hitimisho haraka, kurudisha rasilimali za umeme, na kuhakikisha ustawi na uwazi wa grid.

Fault Current Limiters (FCLs), hasa FCLs za aina ya metal-oxide arrester (MOA) ambazo zinapatikana kwa bei nafuu, ni hatua muhimu za kupunguza ampereshi za kifungo na zimeanzishwa kutumika polepole katika mitengo ya EHV. Lakini, utafiti wa awali unamfokusia uhusiano wa FCLs na ustawi wa mfumo na upambano wa relay, kusisite athari zake zinazobainisha kwa asilimia ya kufanikiwa ya SPAR. Mapendekezo haya yanatengeneza toka kwenye kujifunza hii na kutekeleza tathmini ya kina kuhusu uhusiano wa FCLs na SPAR, na kuwasilisha chombo cha mawazo ya udhibiti wenye uhusiano unaofaa kwa grid za umeme za Kusini mwa Asia. Mawazo haya yanahakikisha upunguaji wa ampereshi bila kutegemea na kutoa rasilimali za umeme kwa uhakika.

​1. Sifa ya Kazi ya FCL ya Aina ya Metal-Oxide Arrester​
Aina hii ya FCL inajumuisha komponenti ifuatayo, ambayo hazitumai kwa urahisi ili kufanya kazi ya "upungufu wa impeadansi wakati wa kazi sahihi na impeadansi kali wakati wa hitimisho":

Njia ya Kazi: Wakati wa kazi sahihi ya mfumo, Lf na Cf huyu anasonga pamoja → impeadansi ya FCL ni karibu sifuri → hakuna athari kwa mzunguko wa umeme. Waktu hitimisho la kifungo liko, MOA huyu anafanya kazi kwa haraka kuchukua Cf → reactor ya kipengele cha kipengele L linachukuliwa kwenye mfumo ili kupunguza ampereshi za kifungo → gap ya triggering huyu anachukua na kutuma ishara kufunga bypass switch K → baada ya K funga, huyu anachukua ampereshi ili kuhifadhi MOA.

​2. Tathmini ya Matatizo: Athari mbaya za FCL kwa Secondary Arc Current na SPAR​
Secondary arc current ni ampereshi ambayo inaendelea kuboresha hitimisho baada ya circuit breaker ya phase ya hitimisho kufungwa wakati SPAR inafanya kazi, ikisaidia kwa electromagnetic na electrostatic coupling kutoka kwa phases zenye afya. Umbo na sifa za ampereshi hii husaidia kubainisha ikiwa arc ya hitimisho inaweza kumwisho mwenyewe, ambayo ni muhimu kwa kufanikiwa wa SPAR.

Tathmini ya simulation (kulingana na EMTP, na model parameters kurejelea system ya 500 kV ya Kusini mwa China) inaonyesha kuwa kutumia FCL inaweza kuleta masuala mapya:

• Athari ya Timing ya Bypass Switch (K): Ikiwa bypass switch K imewakiwa wakati circuit breaker anafungwa, secondary arc current itaingia kwa component ambaye ana amplitude kali (hadima 225 A), decay polepole, na frequency ndogo sana (chache tu 3–3.25 Hz). Component hii ya frequency ndogo sana inapunguza sana idadi ya zero-crossings ya ampereshi, kuleta uchunguza wa arc kuwa vigumu na kuchelewesha asilimia kwa kufanikiwa wa SPAR.
• Athari ya Resistance ya Arc Path (Rg): Waktu resistance ya transition katika hitimisho ni kali (kama vile 300 Ω), ampereshi ya kifungo ni ndogo, ambayo inaweza kutosha kwa FCL katika mwisho wa line kutumika (MOA haingia kwenye voltage ya kazi). Katika hali hii, Cf haijafungwa na huanza circuit ya oscillation ya frequency ndogo pamoja na line shunt reactor, kwa undani sawa kuchukua component ya frequency ndogo ambayo inaweza kuleta changamoto kwa kumwisho mwenyewe.

​3. Uchunguzi wa Mbinu: Asili ya Component ya Frequency Ndogo​
Tathmini ya teori kwa kutumia mtandao wa impedance sawa na Laplace transforms inatoa mbinu ya component ya frequency ndogo:
Sababu ya asili ni capacitor Cf katika FCL. Baada ya circuit breaker kufungwa na phase ya hitimisho kuwa isolated, energy iliyohifadhiwa katika Cf hutumika kwa shunt reactor na resistance ya arc ya hitimisho. Circuit hii ya discharge huanza circuit ya oscillation ya frequency ndogo, na frequency ya oscillation (chache tu 3 Hz) inaweza kufafanuliwa kwa Cf na parameter za line shunt reactor, bila kujihusisha na eneo la hitimisho. Oscillation hii ya frequency ndogo inaweza kuharibiwa tu ikiwa bypass switch K itafunga kamili, kufunga Cf.

​4. Suluhisho la Kilele: Strategia ya Timing Coordination kwa FCL na SPAR​
Ili kuhakikisha upunguaji wa ampereshi wa FCL bila kuhusisha SPAR, mapendekezo haya yanapendekeza strategia ya timing coordination sawa, na muda wa jumla kunawezekana kwenye 0.66–0.73 sekunde:

Suluhisho la Kilele: Tumia ishara ya kufungwa ya circuit breaker kutoka kwa ulinzi wa relay kama command ya kufunga bypass switch K kwa haraka na kumsthimbiza wakati wa secondary arc kuburn (chache tu 0.2 sekunde). Hii hutumia kufunga Cf, kuharibu kamili component ya oscillation ya frequency ndogo katika secondary arc current na kuhakikisha masharti nzuri kwa kumwisho mwenyewe.

​5. Uwezo wa Mbinu na Vipengele Vya Vifuatavyo​
Simulations za EMTP hutoa kuwa strategia ya timing coordination hii inafanikiwa:

1. Kuharibu Athari za Frequency Ndogo: Kuharibu kamili component ya 3 Hz ya frequency ndogo katika secondary arc current, kuisisite athari zake zinazobainisha kwa kumwisho mwenyewe.
2. Kuboresha Sifa za Kumwisho: Kupunguza muda wa kumwisho wa secondary arc chache tu 4.5% na kupunguza ampereshi ya power-frequency component chache tu 10.5%, kuboresha asilimia kwa kufanikiwa wa SPAR.
3. Compatibility na Uaminifu: Strategia hii haiharibu sifa za recovery ya voltage ya mfumo na kuhakikisha balance kati ya ustawi wa FCL (kuhifadhi MOA) na mahitaji ya recovery ya haraka.
4. Ufanisi wa Kutumia: Kubwa kwa ishara za ulinzi zilizopo, strategia hii inahitaji mabadiliko madogo tu kwa mfumo wa pili, ni chache tu na inafaa kwa projects zilizopo au zinazotengenezwa za EHV katika nchi za Kusini mwa Asia.

​6. Malalamiko na Mapendekezo​
Kwa grid za EHV za Kusini mwa Asia yanayopanga au tayari zinazotumia FCL za aina ya metal-oxide arrester, ni muhimu sana kujifunza matatizo yanayoweza kutokea kwa secondary arc currents, ambayo yanaweza kupunguza asilimia kwa kufanikiwa wa SPAR na kuleta hatari kwa ustawi wa tofauti.