Nopeasti toimivat maadoituskytkimet tuulipuistoissa: edut
Nopeasti toimivien maadoituskytkimien integroiminen katkaisijoihin yhdistää vianhavaitsemisen piirin maadoitukseen, virtaviivaistamaan asennusta, käyttöä ja suojauksen koordinointia.
Motivaatio parantaa
Tyypillisessä laitoksessa pienjännitevirtalähde (LV) (eli tuulipuisto, jossa on N ryhmää tuulivoimaloita) on kytketty korkeajännitteverkkoon kuvan 1 mukaisesti. Jokaisessa tuulivoimalassa on matalajännite/keskijännitemuuntaja (LV/MV) ja jokainen tuulivoimaloiden generaattoriryhmä on kytketty MV-katkaisijan (MV CB) kautta HV/MV-sähköaseman väylään.
Useimmissa asennuksissa HV/MV-muuntajan molemmat neutraalit ovat kiinteästi maadoitettuja. Tästä johtuen eristyskoordinaatio ylijännitesuojaimien kanssa perustuu kiinteästi maadoitettuihin neutraaleihin järjestelmiin verkon MV- ja HV-puolelle. Jos LV/MV-porrastusmuuntajan ja MV-katkaisijan välillä on maadoitusvika (kuvassa 1 MV-katkaisijan puoli ”B”), tämän katkaisijan avaaminen irrottaa piirin verkosta.
Tämä poistaa myös kyseisen piirin maadoitusreferenssin, kun tuuliturbiinigeneraattorit jatkavat toimintaansa pyörivän hitauden vuoksi. Koska LV/MV-porrastusmuuntajan käämien käämien delta-liitäntä MV-puolella, vaihe-maa-jännite muuttumattomissa vaiheissa nousee kiinteään jännitteeseen, joka on 1,73 kertaa alkuperäinen arvo. Ennen kiinteän jännitteen saavuttamista eristetyn syöttölaitteen kapasitanssien vuoksi voidaan odottaa myös väliaikaisia ylijännitteitä, joilla on vielä suurempi arvo.
Haaste — ja ratkaisu
Nämä ylijännitteet voivat vahingoittaa asennuksen alttiita osia (esim. ylijännitesuojaimia, kaapeleita jne.). Tätä on vältettävä, vaikka tyhjiökatkaisijoiden luontainen TOV- ja RRRV-kyky voi auttaa vähentämään tai poistamaan lisäkomponenttien tarvetta, kuten ylijännitekondensaattorit vaimennuksen lisäämiseksi, vaimennuskondensaattorit jne.
Edullinen ratkaisu tämän tilan välttämiseksi on nopean maadoituskytkimen (GS) käyttö yhdessä MV-katkaisijan kanssa. Maadoituskytkin asetetaan vastaavan katkaisijan puolelle ”B” sulkemaan maadoituskytkin heti katkaisijan avoimen toiminnan jälkeen (kuva 2) piirin maadoittamiseksi.
Maadoituskytkimen sulkemisen jälkeen vikavirta virtaa eristetyn syöttölaitteen ohjaamana, kun tuuliturbiini tuottaa edelleen virtaa. Tämän vikavirran arvo on kuitenkin pienempi kuin verkosta käytettävissä oleva yksivaiheinen vikavirta. Siksi maadoituskytkimen luokka voi olla pienempi kuin katkaisijan nimellinen oikosulkuvirta.
Kaksi keskeistä asiaa, jotka on otettava huomioon
Kaksi keskeistä kohtaa on otettava huomioon määritettäessä aikaero katkaisijan avaamisen ja maadoituskytkimen sulkemisen välillä:
- Ylijännitteen nousunopeuden vuoksi yksivaiheisen vian keskeytyksen jälkeen aikaeron tulisi olla lyhyt.
- Maadoituskytkimen on suljettava, kun katkaisija on poistanut yksivaiheisen vikavirran, jopa pitkiä kaariaikoja varten (pahimmassa tapauksessa: epäsymmetrinen, yksivaiheinen vika).
Molempien olosuhteiden riittävän kattamiseksi katkaisijan kosketusosan ja maadoituskytkimen koskettimien kosketuskosketuksen välinen aikaero on pidettävä alueella 12 - 16 ms.
Mekaaninen linkki
Tyhjiökatkaisija koostuu säänkestävään koteloon asennetusta käyttömoduulista, jonka päällä on kattoholkit primääripiiriliitäntöjä varten ja pohjassa maadoitusliitäntää varten tarkoitetusta liitännätyynystä. Operaattorin piiriliittimet on kytketty holkkeihin kupariväylän nousuputkilla, kun taas maadoitusliittimet on kytketty yhteen oikosulkuparin väylätankoon, joka on kytketty myös maadoitusliittimeen.
Käyttömoduulissa on kolme napaa, joista jokaisessa on tyhjiökatkaisijat ja ensisijaiset eristeet, jotka on asennettu yhteiseen käyttömekanismin koteloon. Jokainen napa on kiinnitetty pylvään kiinnityskanavaan neljällä valetulla hartsieristeellä. Eristeet kytkeytyvät myös käyttäjän ja maadoituskytkimen kiinteisiin napapäihin ja liikkuvan pään liitinkoteloon, joka puolestaan tukee tyhjiökatkaisijaa.
Käyttömekanismi ja kaikki ohjaus- ja käyttölaitteet on asennettu mekanismin koteloon. Mekanismi on jousivarastoitua energiaa ja on sekä mekaanisesti että sähköisesti laukeamaton. Katkaisijan tyhjiökatkaisijan kiinteät koskettimet ruuvataan ylempiin kiinteän pään napapäihin, kun taas tyhjiökatkaisijoiden liikkuvat kosketuspäät on kiinnitetty liitinkoteloon.
Sama liitinkotelo on kiinnitetty maadoituskytkimen tyhjiökatkaisijan liikkuviin kosketuspäihin kiinteiden napapäiden kanssa, jotka on kytketty katkaisijoiden kiinteisiin kosketuspäihin. Tämä järjestely vakauttaa katkaisijat sivuttaisvoimia vastaan liitinkotelon keskitysrenkaiden kautta.
Validointi suunnittelutestauksen avulla alan standardien mukaisesti
Ratkaisun validoimiseksi vaadittujen avainelementtien (eli katkaisijan ja maadoituskytkimen testit) pätevyystestien lisäksi suoritettiin myös lisätestejä, joissa keskityttiin näiden kahden elementin yhdistelmään.
Keskeytyskyky
Ratkaisun katkaisijan osan keskeytyskyky testattiin sekä IEC 62271-100: n että IEEE Std C37.09 -standardin mukaisesti 50 Hz: llä 2,6-tehokertoimella suorituskyvyn arvioimiseksi pahimmissa olosuhteissa pidempien kaariaikojen vuoksi. Virran nousukulmassa on marginaalinen ero vähän ennen virran nollaa ja keskeytystä. Tyhjiökatkaisijoita käytettäessä keskeytystä varten tämä vaikutus on kuitenkin merkityksetön.
Muut suorituskyvyn näkökohdat
Pahimmat parametrit katkaisijan suorituskyvyn muiden näkökohtien osoittamiseksi, kuten kaapelin lataus, jatkuva virta, dielektrinen ja sekä sähköinen että mekaaninen kestävyys, valittiin samalla tavalla molemmista standardeista.
Ratkaisun maadoituskytkinosa testattiin sekä IEC 62271-102 että IEEE Std C37.20.4 mukaisesti samalla tavalla, jossa käytettiin pahimpia parametreja. Koska katkaisija ja maadoituskytkin ovat suoraan yhteydessä toisiinsa, maadoituskytkimen mekaaninen kestävyystesti suoritettiin 10 000 jaksolla vastaamaan katkaisijan M2-luokkaa. Maadoituskytkimen osalta tämä tehtävä ylittää tavanomaisen vaatimuksen kertoimella viisi.
Lämpötilan testaus
Lisäksi maadoituskytkimelle tehtiin sama matalan lämpötilan testi suorituskyvyn osoittamiseksi miinus 50° C: seen (miinus 58° F).
Yhdistelmäkokeet
Sen jälkeen kun asiaankuuluvien alan standardien mukaiset suunnittelutestit oli saatu päätökseen, suoritettiin lisätestejä yhdistelmän suorituskyvyn osoittamiseksi. Kriittisin testi vahvisti ajoituksen katkaisijan avaamisen ja maadoituskytkimen sulkemisen välillä.
Aikaparametrien mittaus
Katkaisijan koskettimien kosketusosan ja maadoituskytkimen kosketuskosketuksen välinen aika on ratkaisevan tärkeä yhdistelmän moitteettoman toiminnan kannalta. Jos aika on suunniteltu liian pieneksi, vikavirtaa ei saa keskeyttää ennen maadoituskytkimen sulkeutumista, ja vaikka maadoituskytkin sulkeutuu tarpeen mukaan, se ei välttämättä avaudu kontaktihitsauksen vuoksi.
Vaihtoehtoisesti, jos aika on liian pitkä, ylijännite keskeytyksen jälkeen voi esiintyä pidempään kuin ylijännitesuojat kestävät, mikä johtaa pidikkeiden vaurioitumiseen. Erityistä huomiota kiinnitettiin tämän aikaparametrin mittaamiseen kaikilla sallituilla valmistustoleransseilla ja erilaisissa ympäristöolosuhteissa.
Maadoituskytkimen käyttötehtävä
Toinen osoitettu kyky oli, että katkaisija ei vaikuttanut maadoituskytkimen käyttötehtävään, kun suurin nimellisvikavirta katkaistiin. Tietyissä olosuhteissa tyhjiökatkaisija ei välttämättä poista vikaa ensimmäisessä virranollassa pääsilmukan jälkeen, mutta keskeyttää seuraavan pienen silmukan jälkeen. Testaus osoitti, että maadoituskytkin suorittaa tämän tehtävän ilman kosketushitsausta.
Hyödyt tuulipuistoille
Kun keskijännitekatkaisija avautuu, järjestelmä menettää maadoitusyhteyden avoimen katkaisijan ja LV/MV-muuntajan keskijännitepuolen välillä.
Kuten aiemmin on kuvattu, terveiden vaiheiden jännite nousee peräti 1,73 PU: iin, kun tuuliturbiinit jatkavat virran syöttämistä järjestelmään. Tämä korkea jännite toimii pysyvänä hi-pot-testin tavoin, mikä on erityisen vaikeaa ylijännitesuojaimille. Pitkät jaksot tällä liiallisella jännitteellä voivat lyhentää käyttöikää tai jopa vahingoittaa ylijännitesuojaimia. Koska maadoitusreferenssin menetys johtaa näihin ongelmiin, maayhteyden palauttaminen voi poistaa ne.
Perinteinen vaihtoehto maadoituskytkimen käyttämiselle, kuten tässä artikkelissa kuvataan, olisi käyttää sen sijaan maadoitusmuuntajaa. Tämä muuntaja kytketään MV-katkaisijan B-puolelle ja asetettaisiin siten, että normaalin käytön aikana sillä on suuri impedanssi maahan, mutta linjan ja maan välisen vian aikana se tarjoaa matalan impedanssin polun vikavirralle.
Maadoitusmuuntajan käytön haittoja ovat laitteiden asennus- ja ylläpitokustannukset sekä vuotoihin liittyvät ympäristöriskit. Vaikka maadoitusmuuntajan on oltava vain noin 5% kytketyn kuorman koosta, tämä voi silti vaatia muuntajaa MVA-alueella. Lisäksi maadoitusmuuntajaan liitetyt kaapelit lisäävät merkittäviä kustannuksia. Lopuksi muuntajan ylläpitokustannukset, erityisesti öljyeristetyille muuntajille, voivat olla merkittäviä tuulipuiston käyttöiän aikana.
Vertailun vuoksi katkaisija, jossa on kiinteä maadoituskytkin, on suhteellisen yksinkertainen laite, joka on hyvin samanlainen kuin tavanomainen katkaisija suunnittelussa ja rakentamisessa. Maadoituskytkimen integroiminen katkaisijaan yhdistää vianhavaitsemisominaisuudet piirin maadoitukseen, mikä yksinkertaistaa järjestelmän asennusta ja käyttöä.
Lue lisää keskijännitekatkaisijoistamme
Tyypin SDV7-katkaisijaperheen rakenne pienentää kotelon kokoa huomattavasti aiempiin malleihin verrattuna ja siten myös kokonaisjalanjälkeä. Tyypin SDV7-tuotelinja kattaa jänniteryhmät 15,5 kV, 17,5 kV, 27,6 kV ja 38,0 kV. Jokainen ryhmä on suunniteltu erityisesti optimoimaan tilaa ja materiaalia jänniteluokalle säilyttäen samalla yhteiset ominaisuudet koko tuotelinjassa.