Бързодействащи заземителни превключватели във вятърни паркове: Ползи
Интегрирането на бързодействащи заземяващи превключватели в прекъсвачите комбинира откриване на неизправности със заземяване на веригата, рационализиране на инсталацията, работата и координацията на защитата.
Мотивацията за подобряване
В типична инсталация източникът на захранване с ниско напрежение (т.е. вятърна парка с N групи генератори на вятърни турбини) е свързан към мрежата с високо напрежение (HV), както е показано на фигура 1. Всяка вятърна турбина има стъпков трансформатор с ниско напрежение/средно напрежение (LV/MV) и всяка група генератори на вятърни турбини е свързана чрез MV прекъсвач (MV CB) към шината на подстанцията HV/MV.
В повечето инсталации и двата неутрални тела на HV/MV трансформатора са здраво заземени. Поради това координацията на изолацията с пренапрежителите се основава на здраво заземените неутрални системи за MV страната и HV страната на мрежата. В случай на повреда на заземяването между скоростния трансформатор LV/MV и MV прекъсвача (страна „B“ на MV прекъсвача на фигура 1), отварянето на този прекъсвач ще изключи веригата от мрежата.
Това също ще премахне референтната стойност за тази верига, докато генераторите на вятърни турбини продължават да работят поради тяхната въртяща се инерция. Поради делта-свързването на намотките на стъпковия трансформатор LV/MV от страната на MV, напрежението от фаза към земята в незасегнатите фази ще се повиши до неподвижно напрежение от 1,73 пъти първоначалната стойност. Преди да се достигне стационарното напрежение, поради капацитета на изолираното подаващо устройство, могат да се очакват и временни пренапрежения с още по-висока стойност.
Предизвикателството — и решението
Тези пренапрежения могат да повредят открити компоненти на инсталацията (т.е. ограничители на пренапрежение, кабели и др.). Това трябва да се избягва, въпреки че присъстващите TOV и RRRV възможности на вакуумните прекъсвачи могат да помогнат за намаляване или премахване на необходимостта от допълнителни компоненти, като кондензатори за пренапрежение за повишено амортисьорство, амортисьорни кондензатори и др.
Предпочитаното решение за избягване на това условие е използването на превключвател за бързо заземяване (GS) в комбинация с MV прекъсвача. Заземителният превключвател е поставен от страна „B“ на съответния прекъсвач, за да затвори заземителния превключвател директно след отворената работа на прекъсвача (Фигура 2) за заземяване на веригата.
След затваряне на заземяващия превключвател, токът на повреда ще тече, задвижван от изолираното подаващо устройство, тъй като вятърната турбина продължава да генерира енергия. Въпреки това, стойността на този ток на повреда ще бъде по-малка от еднофазния ток на повреда, наличен от мрежата. Следователно номиналната стойност на заземяващия превключвател може да бъде по-ниска от номиналния ток на късо съединение на прекъсвача.
Два ключови неща, които трябва да се вземат предвид
При определяне на разликата във времето между отварянето на прекъсвача и затварянето на заземяващия превключвател трябва да се вземат предвид два ключови елемента:
- Поради скоростта на повишаване на пренапрежението след прекъсване на еднофазната повреда, разликата във времето трябва да бъде кратка.
- Затварянето на заземителния превключвател трябва да се случи, когато прекъсвачът е изчистил еднофазния ток на повреда, дори за дълги времена на закрепване (най-лошата ситуация: асиметрична, еднофазна повреда).
За да се покрият адекватно и двете обстоятелства, разликата във времето между контактната част на контактите на прекъсвача и контактното докосване на контактите на заземяващия превключвател трябва да се поддържа в диапазона от 12 до 16 ms.
Механичната връзка
Вакуумният прекъсвач се състои от операторски модул, монтиран в устойчиво на атмосферни влияния корпус с покривни втулки за първични връзки отгоре и клемна подложка за заземяваща връзка отдолу. Клемите на веригата на оператора са свързани към втулките с медна шина щрангове, докато заземяващите клеми са свързани заедно с къса медна шина, която също е свързана към заземяващата клемна подложка.
Операторският модул има три полюса, всеки със своите вакуумни прекъсвачи и първични изолатори, монтирани към общ корпус на работния механизъм. Всеки стълб е прикрепен към канал за монтиране на стълб чрез четири изолатора от лята смола. Изолаторите също така се свързват с главите на оператора и заземяващия превключвател с фиксиран край на полюсите и към кутията на съединителя с подвижен край, която от своя страна поддържа вакуумния прекъсвач.
Работният механизъм и всички устройства за управление и задействане са монтирани в корпуса на механизма. Механизмът е от тип пружинно съхранявана енергия и е без механично и електрическо движение. Фиксираните контакти на вакуумния прекъсвач на прекъсвача се закрепват с болтове към горните глави на полюсите с фиксиран край, докато движещите се контактни краища на вакуумните прекъсвачи са прикрепени към кутията на съединителя.
Същата конекторна кутия е прикрепена към вакуумния прекъсвач на заземяващия прекъсвач, движещ се контактни краища с фиксираните полюсни глави, свързани към фиксираните контактни краища на прекъсвачите. Тази подредба стабилизира прекъсвачите срещу странични сили чрез центриращи пръстени на кутията на съединителя.
Валидиране чрез тестване на дизайна според индустриалните стандарти
За да се потвърди решението, бяха извършени не само квалификационни тестове за необходимите ключови елементи (т.е. тестове за прекъсвач и заземяващ превключвател), но също така бяха извършени допълнителни тестове, фокусирани върху комбинацията от двата елемента.
Възможност за прекъсване
Способността за прекъсване на частта на прекъсвача на разтвора беше тествана в съответствие както с IEC 62271-100, така и с IEEE Std C37.09 при 50 Hz с коефициент на мощност 2.6 за оценка на производителността по време на най-лошите условия поради по-дългите времена на дъгове. Има пределна разлика в ъгъла на покачване на тока малко преди тока нула и прекъсване. Въпреки това, за прекъсване с помощта на вакуумни прекъсвачи, този ефект е незначителен.
Други аспекти на изпълнението
Най-лошите параметри за демонстриране на други аспекти на производителността на прекъсвача, като зареждане на кабели, непрекъснат ток, диелектрик и както електрическа, така и механична издръжливост, бяха избрани по подобен начин от двата стандарта.
Частта за заземяване на разтвора беше тествана в съответствие както с IEC 62271-102, така и с IEEE Std C37.20.4 по подобен начин, където бяха използвани най-лошите параметри. Тъй като прекъсвачът и заземяващият превключвател са директно свързани, изпитването за механична издръжливост на заземяващия превключвател е извършено с 10 000 цикъла, за да съответства на рейтинга M2 на прекъсвача. За заземяващия превключвател това задължение надвишава обичайното изискване с коефициент пет.
Температурно изпитване
Освен това заземителният превключвател беше подложен на същия тест с ниска температура, за да демонстрира производителност до минус 50° C (минус 58° F).
Комбинирани тестове
След приключване на проектните изпитвания в съответствие със съответните индустриални стандарти бяха извършени допълнителни изпитвания за демонстриране на ефективността на комбинацията. Най-критичният тест потвърди времето между отварянето на прекъсвача и затварянето на заземяващия превключвател.
Измерване на параметри на времето
Времето между контактната част на контактите на прекъсвача и контактното докосване на контактите на заземяващия превключвател е от решаващо значение за правилното функциониране на комбинацията. Ако времето е проектирано твърде малко, токът на повреда може да не бъде прекъснат преди затварянето на превключвателя за заземяване и въпреки че превключвателят за заземяване ще се затвори според изискванията, той може да не се отвори отново поради контактно заваряване.
Като алтернатива, ако времето е твърде дълго, може да възникне пренапрежение след прекъсване за по-дълго, отколкото пренапрежителите могат да понасят, което води до повреда на ограничителите. Бяха положени специални грижи за измерване на този параметър на времето в пълния диапазон от допустими производствени допустими отклонения и при различни условия на околната среда.
Работно задължение на заземяващия превключвател
Друга демонстрирана способност е, че работната работа на заземяващия превключвател не е повлияна от прекъсвача при прекъсване на максималния номинален ток на повреда. При определени условия вакуумният прекъсвач може да не изчисти грешката при първата нула на тока след основен цикъл, но да се прекъсне след следващия малък цикъл. Тестването показа, че заземяващият превключвател изпълнява това задължение без контактно заваряване.
Ползи за вятърните паркове
Когато се отвори прекъсвачът със средно напрежение, системата губи заземената връзка между отворения прекъсвач и страната на средно напрежение на LV/MV трансформатора.
Както беше описано по-рано, напрежението в здравите фази се увеличава до 1,73 PU, тъй като вятърните турбини продължават да влагат енергия в системата. Това високо напрежение действа като постоянен тест с висока мощност, което е особено трудно за ограничителите на пренапрежение. Дългите периоди при това прекомерно напрежение могат да съкратят живота или дори да повредят ограничителите на пренапрежение. Тъй като загубата на земната референция води до тези проблеми, възстановяването на заземената връзка може да ги елиминира.
Конвенционалната алтернатива на използването на заземяващ превключвател, както е описано в тази статия, би била вместо това да се използва заземяващ трансформатор. Този трансформатор ще бъде свързан от страната B на MV прекъсвача и настроен така, че по време на нормална работа да има висок импеданс към заземяването, но по време на повреда от линия до земята осигурява път с нисък импеданс за тока на повреда.
Недостатъците на използването на заземяващ трансформатор са разходите за монтаж и поддръжка на оборудването и рисковете за околната среда, свързани с разливи. Въпреки че заземяващият трансформатор трябва да бъде само приблизително 5% от размера на свързаното натоварване, това все още може да изисква трансформатор в диапазона MVA. Освен това кабелите, свързани към заземяващия трансформатор, добавят значителни разходи. И накрая, поддръжката на трансформатора, особено за маслоизолираните трансформатори, разходите могат да бъдат значителни през живота на вятърния парк.
За сравнение, прекъсвач с интегрален превключвател за заземяване е сравнително просто устройство, което е много подобно на конвенционалния прекъсвач по дизайн и конструкция. Интегрирането на заземяващ превключвател в прекъсвач комбинира възможностите за откриване на неизправности със заземяване на веригата, което опростява инсталирането и работата на системата.
Научете повече за нашите прекъсвачи със средно напрежение
Дизайнът на семейството прекъсвачи тип SDV7 се отличава със значително намаляване на размера на корпуса в сравнение с предишните модели и следователно в общия отпечатък. Продуктовата линия тип SDV7 обхваща групите напрежение 15,5 kV, 17,5 kV, 27,6 kV и 38,0 kV. Всяка група е специално проектирана да оптимизира пространството и материала за класа на напрежение, като същевременно запазва общи характеристики в цялата продуктова линия.