Sinasabayan na Solusyon para sa Fault Current Limiter (FCL) at Single-Phase Auto-Reclosing (SPAR) sa mga Southeast Asian EHV Power Grids

1. Introduction: Background ating Pananaliksik at Kahalagahan​
   Sa mabilis na pag-unlad ng ekonomiya sa Timog Silangang Asya, patuloy na lumalaki ang mga saklaw ng grid ng kuryente, at patuloy na tumataas ang mga load. Ito ay nagresulta sa sistema ng short-circuit current na lumapit o kahit na lumampas sa limitasyon ng interrupting capacity ng circuit breaker, na nagsisimula ng malaking banta sa kaligtasan at estabilidad ng operasyon ng grid ng kuryente. Samantalang, ang mga linya ng EHV transmission ay nagsisilbing backbone para sa regional power interconnections. Ang higit sa 70% ng mga kapansanan ay single-phase grounding faults, at halos 80% nito ay transient faults (halimbawa, lightning strikes, wind-blown foreign objects). Ang teknolohiya ng Single-Phase Auto-Reclosing (SPAR) ay isang pangunahing paraan para mabilis na maalis ang mga kapansanan, muling ibalik ang suplay ng kuryente, at tiyakin ang estabilidad at reliabilidad ng grid.

Ang Fault Current Limiters (FCLs), lalo na ang cost-effective metal-oxide arrester (MOA)-type FCLs, ay epektibong pamamaraan para mapigilan ang short-circuit currents at paulit-ulit na inilapat sa mga grid ng EHV. Gayunpaman, ang mayorya ng umiiral na pananaliksik ay nakatuon sa epekto ng FCLs sa system transient stability at relay protection, na hindi napansin ang kanilang potensyal na negatibong epekto sa SPAR success rates. Ang propuesta na ito ay may layuning punan ang gap na ito sa pananaliksik sa pamamagitan ng mas malalim na pagsusuri ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng FCLs at SPAR, at pagpopropona ng isang set ng collaborative control strategies na angkop para sa mga grid ng kuryente sa Timog Silangang Asya. Ang mga estratehiyang ito ay nagbibigay-daan sa parehong epektibong pag-limit ng kuryente at matiyagang suplay ng kuryente.

​1. Patakaran ng Paggana ng Metal-Oxide Arrester-Type FCL​
Ang uri ng FCL na ito ay pangunahing binubuo ng mga sumusunod na komponente, na gumagana nang magkasabay upang makamit ang pangunahing tungkulin ng "mababang impedance sa normal na operasyon at mataas na impedance sa mga kapansanan":

Workflow: Sa normal na operasyon ng sistema, Lf at Cf resonate → FCL impedance ay halos zero → walang epekto sa power flow. Kapag may short-circuit fault, ang MOA ay mabilis na nagpapakilos upang short-circuit ang Cf → ang current-limiting reactor L ay ipinasok sa sistema upang pigilan ang short-circuit current → ang triggering gap ay nababali at nagpapadala ng signal upang sara ang bypass switch K → pagkatapos ng K sara, ito ay nag-divert ng kuryente upang protektahan ang MOA.

​2. Analisis ng Problema: Negatibong Epekto ng FCL sa Secondary Arc Current at SPAR​
Ang secondary arc current ay ang kuryente na patuloy na nagsusuporta sa punto ng kapansanan pagkatapos ng fault-phase circuit breaker buksan sa panahon ng operasyon ng SPAR, na sinusustento ng electromagnetic at electrostatic coupling mula sa mga healthy phases. Ang magnitude at katangian ng kuryenteng ito ay direktang nagpapasya kung ang fault arc ay maaaring mawala, na mahalaga para sa tagumpay ng SPAR.

Ang analisis ng simulation (batay sa EMTP, na may model parameters na nagsasaalamin sa Southern China 500 kV system) ay nagpapakita na ang pag-install ng FCL ay maaaring magdulot ng bagong isyu:

• Epekto ng Bypass Switch (K) Timing: Kung ang bypass switch K ay bukas nang ang circuit breaker trips, ang secondary arc current ay maglalaman ng komponenteng may malaking amplitude (hanggang 225 A), mabagal na pag-decay, at napakababang frequency (humigit-kumulang 3–3.25 Hz). Ang low-frequency component na ito ay malaking nakakabawas ng bilang ng mga zero-crossings ng kuryente, na nagpapahirap sa self-extinction ng arc at marahas na nagbabawas ng SPAR success rates.
• Epekto ng Arc Path Resistance (Rg): Kapag ang transition resistance sa punto ng kapansanan ay malaki (halimbawa, 300 Ω), ang short-circuit current ay maliit, na maaaring hindi paganahin ang FCL sa dulo ng linya (MOA hindi umaabot sa operating voltage). Sa kasong ito, ang Cf ay nananatiling hindi short-circuited at bumubuo ng isang low-frequency oscillation circuit kasama ang line shunt reactor, na gayundin nagpapabunga ng isang low-frequency component na nakakasira sa pag-extinct ng arc.

​3. Pag-aaral ng Mekanismo: Pinagmulan ng Low-Frequency Component​
Ang teoretikal na analisis gamit ang equivalent impedance networks at Laplace transforms ay nagpapakita ng mekanismo sa likod ng low-frequency component:
Ang ugat ng problema ay ang capacitor Cf sa FCL. Pagkatapos ng circuit breaker trips at ang fault phase ay inisolate, ang enerhiya na naka-store sa Cf ay nag-discharge sa pamamagitan ng shunt reactor at ang fault point arc resistance. Ang discharge circuit na ito ay bumubuo ng isang low-frequency oscillation circuit, na may oscillation frequency (humigit-kumulang 3 Hz) na pangunahing nadetermina ng Cf at ang mga parameter ng line shunt reactor, na malaya sa lokasyon ng kapansanan. Ang low-frequency oscillation na ito ay nawawala lamang kung ang bypass switch K ay nai-keep closed, na ganap na short-circuiting ang Cf.

​4. Pangunahing Solusyon: Timing Coordination Strategy para sa FCL at SPAR​
Upang tiyakin ang epektibong pag-limit ng kuryente ng FCL nang hindi nakakaapekto sa SPAR, ang propuesta na ito ay nagpopropona ng sumusunod na precise timing coordination strategy, na may kabuuang duration na kontrolado sa loob ng 0.66–0.73 segundo:

Strategy Core: Gamitin ang circuit breaker trip signal mula sa relay protection bilang utos upang pilitin ang closing ng bypass switch K nang mabilis at panatilihin ito closed sa buong panahon ng secondary arc burning (humigit-kumulang 0.2 segundo). Ito ay epektibong nag-short-circuit ang Cf, ganap na nag-alis ng low-frequency oscillation component sa secondary arc current at nagbigay ng mabuting kondisyon para sa self-extinction ng arc.

​5. Epektividad at Advantages ng Pamamaraan​
Ang EMTP simulations ay napatunayan na ang timing coordination strategy na ito ay nagpapahiwatig ng mga sumusunod:

1. Eliminates Low-Frequency Harm: Ganap na nag-alis ng 3 Hz low-frequency component sa secondary arc current, na iwas sa kanyang negatibong epekto sa pag-extinct ng arc.
2. Optimizes Arc Extinction Characteristics: Nagbawas ng secondary arc extinction time humigit-kumulang 4.5% at bumaba ng power-frequency component current humigit-kumulang 10.5%, na malaking nag-improve ng SPAR success rates.
3. Compatibility and Reliability: Ang strategy ay hindi nakakaapekto sa original na voltage recovery characteristics ng sistema at balanse ang FCL safety (protektahan ang MOA) at mabilis na recovery needs.
4. Ease of Implementation: Batay sa umiiral na protection signals, ang strategy ay nangangailangan ng minimal na modifications sa secondary systems, mababa ang gastos, at angkop para sa umiiral o bagong EHV projects sa Southeast Asian countries.

​6. Conclusion and Recommendations​
Para sa Southeast Asian EHV power grids na naghahanda o nang may metal-oxide arrester-type FCLs, mahalagang bigyan ng pansin ang potensyal na isyu ng low-frequency oscillation sa secondary arc currents, na maaaring mabawasan ang SPAR success rates at banta sa reliabilidad ng suplay ng kuryente.