Mfumo wa Kuzuia Mwendo wa Viwango wa Makosa wa Kufanana kwa Kutumia Vifaa Vilivyopo: Suluhisho la Gharama Ndogo na Linaloweza Kusaidia kwenye Utegeli wa Mwendo wa Makosa wa Kufanana

Ushauri: Mazingira ya Utafiti na Matumizi Makuu

Udhibiti wa Matatizo ya Kikata kwa Umbo
Kutokana na ukuaji wa ukuta wa umeme na uongofu wa uwezo wake, kiwango cha kikata kwa umbo limezidi sana, kuingia au hata zaidi ya hatari za vifaa vilivyopo.
• Data Inayosaidia: Uwasilishaji unaonyesha kuwa kiwango cha kikata kwa umbo katika baadhi ya steshoni za 500kV, 220kV, na hata 10kV zinazoko nchini limewezeka kuwa zaidi ya 100 kA; komponenti muhimu ya mwaka wa kikata kwa chanzo kikuu cha umeme imezika kwa kiwango cha 300 kA.
• Mahali pa Hatari Kubwa: Kiwango cha juu sana cha kikata kwa umbo kinachopatana na kutokuwa na aina bora za vifaa vya kuvunjika, kukua kwa viungo vya umeme kutokana na kuwa juu sana za moto na nguvu za umeme, na pia inaweza kusababisha masuala ya usalama kama kiholela cha umeme katika mawasiliano, ukimbia kwa kiwango cha ardhi, na kitengo cha kilele. Hii imekuwa kwenye msukumo wa teknolojia muhimu unaochanganya maendeleo ya salama na ya kiuchumi ya ukuta wa umeme.
Misitu ya Teknolojia za FCL Zilizopo
Sasa teknolojia muhimu za kikata (FCL) zina misitu yenye kudumu, kufanya kutumika kwa uwakilishi mkubwa kuwa ngumu:
• FCL Superconducting: Inategemea kwenye vifaa vya superconducting, teknolojia ambayo haijasafi, inapatikanisha uhakika ndogo, ina gharama ya kudhibiti na kudumisha juu, na si ya kiuchumi, kuharibu matumizi yake ya uhandisi kwa muda mfupi na mrefu.
• FCL Power Electronic: Inategemea kwenye uwezo wa vifaa vya semiconductors vya umeme, inapatiana na changamoto za kudhibiti kipengele cha kilovolt na kipaumbele cha umbo, ina mfano wa utaratibu wa kiunduni (inahitaji vifaa vingine vya kudhibiti umbo na mitandao ya kujibambana), na ni ghali.
Matumizi Makuu ya Utafiti huu
Kutokana na masuala hayo, utafiti huu unastahimili kupeleka suluhisho la kikata kwa umbo linalotegemea kwenye vifaa vilivyopo, ambalo halitegemi na superconducting na electronic power. Vigezo vifuatavyo vinajulikana:
FCL Series Resonant based on Saturable Reactor
FCL Series Resonant based on ZnO Arrester
Utafiti huu utatumia mtiririko wa Electromagnetic Transients Program (EMTP) ili kujadili sifa zake za kikata kwa umbo, kufanya upatanisho, na kwa mwisho kuthibitisha faida zake muhimu katika uhakika, kiuchumi, na uhakika ya kudumisha.

II. FCL Series Resonant Based on Saturable Reactor

Topology na Mfano wa Kazi
• Topologia: Ni chanzo cha reactor L_B, capacitor C, na reactor L. L_B unahusishwa na C, na hii kumpanda hutumika kwenye L kwenye mtaa.
• Mfano wa Kazi:
o Kazi ya Kijamii: Umbo wa mtaa ni ndogo. L_B unafanya kazi katika eneo la unsaturated (inductance yake sawa L_B1 ni nzima). Pamoja na C, huenda kuwa inductive. Pamoja na reactor L, wanaweza kutekeleza masharti ya series resonance (ωL - 1/ωC ≈ 0). Kifaa kinapate impedance dogo, kusababisha hasara ndogo kwa mtaa.
o Hali ya Kosa: Ukurasa wa kikata kwa umbo unaelekea kwa haraka L_B (inductance yake sawa L_B2 inapungua kwa haraka). Branch yake parallel huenda kuwa short-circuit C, kusababisha kuzimwa kwa masharti ya resonance. Hapa, reactor L na L_B2 wanaweza kutekeleza kikata kwa umbo.
o Uondokanaji wa Kosa: Baada ya kosa kugawa, umbo unapungua. L_B hutoka kwenye saturation, C hurudi, na circuit hurejea hali ya resonance, kufanya switching bila kupata nguvu nyingine.
• Masharti ya Kutagua Parameter:
o ω²L_B1C >> 1 (Husaidia branch parallel kuwa inductive wakati wa kazi ya kijamii)
o ωL - 1/ωC ≈ 0 (Inasaidia masharti ya resonance wakati wa kazi ya kijamii)
o ω²L_B2C << 1 (Husaidia branch parallel kuwa capacitive wakati wa kosa, kusababisha C kuwa shorted)
Tathmini ya Simulation ya Sifa za Kikata (EMTP)
Simulation ilifanyika kwenye hali ya kikata single-phase-to-ground katika mtaa wa 220kV (kiwango cha kikata kwa umbo: 110kA). Matokeo muhimu ni vifuatavyo:

Nyenzo Inayosababisha	Mtoto Mtupu	Data ya Simulation (Mfano)
1. Unsaturated Inductance L_B1	Kuboresha L_B1 kunaweza kupunguza overvoltage ya C lakini hauna athari kwa kikata kwa umbo; athari husababishwa.	L_B1=1317mH: Capacitor voltage 270kV; L_B1=1321mH: Capacitor voltage 157kV (42% decrease)
2. Saturated Inductance L_B2	Kuna umbali mzuri (1-7mH). Ndogo sana hutumaini kikata, kubwa sana huchanganya overvoltage ya C.	L_B2=7mH (C=507μF, L=20mH): Short-circuit current 25kA, Capacitor voltage 157kV
3. C/L Parameter Coordination	Kuna combination mzuri ya kudhibiti kikata kwa umbo na overvoltage ya C.	Optimal combination (C=406μF, L=25mH): Short-circuit current 22kA, Capacitor voltage 142kV
4. Short-Circuit Inception Angle	Sifa za transients zinaathiriwa sana na angle; overvoltage zote zinazozuru ziko 0°/180°; design lazima liangalie worst case.	0° phase: Short-circuit current 18kA, Capacitor voltage 201kV; 90° phase: Short-circuit current 22kA, Capacitor voltage 142kV

III. FCL Series Resonant Based on ZnO Arrester

Topology na Mfano wa Kazi
• Topologia: Reactor L_B unabadilishwa na ZnO arrester. Mfano wa zaidi (parallel C + series L) unahifadhiwa.
• Mfano wa Kazi: Mfano ni sawa na saturable reactor type. Wakati wa kazi ya kijamii, ZnO ina resistance kubwa, na circuit hurejea resonance. Wakati wa kosa, overvoltage ya C inaleta ZnO kushuka (inapatikanisha resistance ndogo), shorting C na kuzimwa kwa resonance. Reactor L linadhibiti umbo. Mtaa hurejea kwa kasi baada ya kosa. Mfano huo unatumia sifa za nonlinear volt-ampere za ZnO kwa switching automatic.
Tathmini ya Simulation ya Sifa za Kikata
Simulation ilifanyika kwenye masharti sawa, na matokeo muhimu ni vifuatavyo:

Nyenzo Inayosababisha	Mtoto Mtupu	Data ya Simulation (Mfano)
1. Arrester Residual Voltage & C/L Coordination	Rahisi kudhibiti overvoltage ya C, lakini kuboresha L kwa ajili ya kikata kwa umbo ndogo unaweza kutengeneza overvoltage kubwa kwa reactor.	C=254μF, L=40mH: Short-circuit current 20kA, Reactor voltage 246kV; C=507μF, L=20mH: Short-circuit current 35kA, Reactor voltage 173kV
2. Short-Circuit Inception Angle	Sifa za transients hazina athari kwa angle, tu inaathiri magnitude ya umbo; umbo kubwa zaidi kwenye 90°.	90° phase (C=507μF, L=20mH): Short-circuit current 35kA; 0° phase: Short-circuit current 28kA

IV. Upatanisho wa Mfululizo wa FCL

Dimension ya Upatanisho	FCL Based on Saturable Reactor	FCL Based on ZnO Arrester
Ufa na Athari	Athari nzuri ya kudhibiti kikata; balance nzuri ya kikata kwa umbo na overvoltage ya component inaweza kupata kwa parameter optimization.	Rahisi kudhibiti overvoltage ya C; sifa za transients hazina athari kwa angle; design rahisi.
Misitu Mkuu	Inahitaji ubora wa core hysteresis characteristics na C/L parameters; ngumu kudhibiti overvoltage ya C; inaathiriwa sana kwa angle.	Overvoltage issue kubwa kwenye reactor wakati wa kikata kwa umbo ndogo; inahitaji kudhibiti L value.
Maelezo ya Parameter Muhimu	Optimal equivalent saturated inductance L_B2 ≈ 1/3 of the capacitive reactance.	Inductance value of the series reactor should not be too large.
Scenarios ya Kutumika	Yakijustifikia kwenye kiwango cha medium-low (k.m., 110kV) kwenye grid za high-voltage, ambapo performance ya kikata kwa umbo ni muhimu.	Yakijustifikia kwenye scenarios za safety ya C na requirements za kikata kwa umbo moderate.
Sifa za Kijamii	1. Topologia rahisi: Imetengenezwa kwa vifaa vilivyopo, hakuna control complex; 2. Kiuchumi nzuri: Gharama chache kuliko superconducting na power electronic types; 3. Uhakika: Operation automatic kwa sifa za physics, hakuna control nyingine; 4. Switching automatic: Recovery instantaneous baada ya kosa.

V. Mwisho

Utafiti huu unapeleka mfululizo wa FCL series resonant wa mbili wa kigeni, ukisaidia kushinda msukumo wa teknolojia na kiuchumi wa FCL traditional superconducting na power electronic.

FCL Saturable Reactor: Kwa kuboresha core hysteresis loop characteristics, set saturated inductance value (L_B2) to approximately 1/3 of the capacitive reactance, and ensuring good coordination with the capacitor and series reactor parameters, it can effectively suppress capacitor overvoltage and achieve excellent transient current-limiting performance. It is particularly suitable for medium-low voltage level grids such as 110kV.
ZnO Arrester FCL: Utilizing the nonlinear characteristics of ZnO easily limits capacitor overvoltage, and its performance is unaffected by the short-circuit phase angle. However, attention must be paid to avoiding overvoltage on the series reactor itself caused by excessive L values. It is more suitable for occasions with high requirements for capacitor safety and moderate current-limiting needs.

08/26/2025