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

1. Ushauri: Mazingira ya Utafiti na Matumizi Makuu​

1. ​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.
2. ​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.
3. ​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:
4. FCL Series Resonant based on Saturable Reactor
5. 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​

1. ​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)
2. ​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:

​III. FCL Series Resonant Based on ZnO Arrester​

1. ​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.
2. ​Tathmini ya Simulation ya Sifa za Kikata​
   Simulation ilifanyika kwenye masharti sawa, na matokeo muhimu ni vifuatavyo:

​IV. Upatanisho wa Mfululizo wa FCL​

​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.

1. ​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.
2. ​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.