Ātras darbības zemējuma slēdži vēja parkos: ieguvumi
Ātras darbības zemējuma slēdžu integrēšana automātiskajos slēdžos apvieno kļūdu noteikšanu ar ķēdes zemējumu, racionalizējot uzstādīšanu, darbību un aizsardzības koordināciju.
Motivācija uzlabot
Tipiskā iekārtā zemsprieguma (LV) enerģijas avots (t.i., vēja parks ar vēja turbīnu ģeneratoru N grupām) ir savienots ar augstsprieguma (HV) tīklu, kā parādīts 1. attēlā. Katrai vēja turbīnai ir zemspriega/vidēja sprieguma (LV/MV) pastiprināšanas transformators, un katra vēja turbīnu ģeneratoru grupa ir savienota ar MV ķēdes pārtraucēju (MV CB) ar HV/MV apakšstacijas kopni.
Lielākajā daļā iekārtu abi HV/MV transformatora neitrālie elementi ir stingri iezemēti. Šī iemesla dēļ izolācijas koordinācija ar pārsprieguma ierobežotājiem balstās uz stingri iezemētām neitrālajām sistēmām režģa MV pusei un HV pusei. Ja starp LV/MV pastiprināšanas transformatoru un MV automātisko slēdzi rodas zemējuma kļūme (MV automātiskā slēdža puse “B” 1. attēlā), atverot šo automātisko slēdzi, ķēde tiks atvienota no tīkla.
Tas arī novērsīs šīs ķēdes zemes atsauci, kamēr vēja turbīnu ģeneratori turpina darboties to rotējošās inerces dēļ. Sakarā ar LV/MV pakāpju transformatora tinumu delta savienojumu MV pusē, fāzes un zemes spriegums neietekmētajās fāzēs palielināsies līdz stacionāram spriegumam, kas 1,73 reizes pārsniedz sākotnējo vērtību. Pirms stacionārā sprieguma sasniegšanas izolētās padeves kapacitātes dēļ var sagaidīt arī īslaicīgus pārspriegumus ar vēl lielāku vērtību.
Izaicinājums - un risinājums
Šie pārspriegumi var sabojāt pakļautas iekārtas sastāvdaļas (t.i., pārsprieguma ierobežotājus, kabeļus utt.). No tā ir jāizvairās, lai gan vakuuma pārtraucēju raksturīgās TOV un RRRV spējas var palīdzēt samazināt vai novērst nepieciešamību pēc papildu komponentiem, piemēram, pārsprieguma kondensatoriem paaugstinātai amortizācijai, amortizējošiem kondensatoriem utt.
Vēlamais risinājums, lai izvairītos no šī nosacījuma, ir ātras zemējuma slēdža (GS) izmantošana kombinācijā ar MV automātisko slēdzi. Zemes slēdzis ir novietots attiecīgā slēdža pusē “B”, lai aizvērtu zemējuma slēdzi tieši pēc slēdža atvērtas darbības (2. attēls), lai iezemētu ķēdi.
Pēc zemējuma slēdža aizvēršanas bojājuma strāva plūst, ko vada izolētais padevējs, jo vēja turbīna turpina ražot enerģiju. Tomēr šīs kļūdas strāvas vērtība būs mazāka par vienfāzes bojājuma strāvu, kas pieejama no tīkla. Tāpēc zemējuma slēdža vērtējums var būt zemāks par ķēdes pārtraucēja nominālo īssavienojuma strāvu.
Divi galvenie jautājumi, kas jāņem vērā
Nosakot laika starpību starp automātiskā slēdža atvēršanu un zemējuma slēdža aizvēršanu, jāņem vērā divi galvenie elementi:
- Sakarā ar pārsprieguma pieauguma ātrumu pēc vienfāzes kļūdas pārtraukšanas laika starpībai jābūt īsai.
- Zemes slēdzis aizver, kad automātiskais slēdzis ir notīrījis vienfāzes bojājuma strāvu pat ilgu loku laiku (sliktākā situācija: asimetriska, vienfāzes kļūme).
Lai adekvāti aptvertu abus apstākļus, laika starpība starp slēdža kontaktu kontaktdaļu un zemējuma slēdža kontaktu kontakta pieskārienu jāsaglabā diapazonā no 12 līdz 16 ms.
Mehāniskā saite
Vakuuma automātiskais slēdzis sastāv no operatora moduļa, kas uzstādīts laika apstākļu izturīgā korpusā ar jumta bukses primāro ķēžu savienojumiem augšpusē un spaiļu paliktņa zemējuma savienojumam apakšā. Operatora ķēdes spailes ir savienotas ar buksēm ar vara kopnes stāvvadiem, savukārt zemējuma spailes ir savienotas kopā ar īsinājošu vara kopnes stieni, kas ir savienota arī ar zemējuma spaiļu spilventiņu.
Operatora modulim ir trīs stabi, katrs ar vakuuma pārtraucējiem un primārajiem izolatoriem, kas uzstādīti uz kopēja darbības mehānisma korpusa. Katrs stabs ir piestiprināts pie stabu montāžas kanāla ar četriem lietiem sveķu izolatoriem. Izolatori savienojas arī ar operatora un zemējuma slēdža fiksēto galu stabu galviņām un ar kustīgo gala savienotāju kārbu, kas savukārt atbalsta vakuuma pārtraucēju.
Darbības mehānisms un visas vadības un iedarbināšanas ierīces ir uzstādītas mehānisma korpusā. Mehānisms ir atsperu enerģijas tipa, un tas ir gan mehāniski, gan elektriski neslēdzams. Automātiskais slēdža vakuuma pārtraucēja fiksētie kontakti tiek pieskrūvēti pie augšējām fiksētā gala stabu galvām, savukārt vakuuma pārtraucēju kustīgie kontaktu gali ir piestiprināti pie savienotāja kārbas.
Tā pati savienotāja kārba ir piestiprināta pie zemējuma slēdža vakuuma pārtraucēja, kustīgo kontaktu galus ar fiksēto galu stabu galviņām, kas savienotas ar pārtraucēju fiksētajiem kontakta galiem. Šis izkārtojums stabilizē pārtrauktājus pret sānu spēkiem, izmantojot centrēšanas gredzenus uz savienotāja kārbas.
Apstiprināšana, izmantojot dizaina testēšanu saskaņā ar nozares standartiem
Lai apstiprinātu risinājumu, tika veikti ne tikai nepieciešamo galveno elementu kvalifikācijas testi (t.i., ķēdes pārtraucēja un zemējuma slēdža testi), bet arī papildu testi, kas vērsti uz abu elementu kombināciju.
Pārtraukšanas spēja
Šķīduma slēdža daļas pārtraukšanas spēja tika pārbaudīta saskaņā ar IEC 62271-100 un IEEE Std C37.09 pie 50 Hz ar 2,6 jaudas koeficientu, lai novērtētu veiktspēju sliktākajos apstākļos ilgāka loka laika dēļ. Neilgi pirms strāvas nulles un pārtraukuma strāvas pieauguma leņķī ir neliela atšķirība. Tomēr pārtraukšanai, izmantojot vakuuma pārtrauktājus, šis efekts ir nenozīmīgs.
Citi veiktspējas aspekti
Sliktākie parametri citu slēdža veiktspējas aspektu demonstrēšanai, piemēram, kabeļu uzlāde, nepārtraukta strāva, dielektriskā un gan elektriskā, gan mehāniskā izturība, tika izvēlēti līdzīgi no abiem standartiem.
Šķīduma zemējuma slēdža daļa tika pārbaudīta saskaņā ar IEC 62271-102 un IEEE Std C37.20.4 līdzīgā veidā, kur tika izmantoti sliktākie parametri. Tā kā ķēdes slēdzis un zemējuma slēdzis ir tieši saistīti, zemējuma slēdža mehāniskās izturības tests tika veikts ar 10 000 cikliem, lai atbilstu ķēdes slēdža M2 vērtējumam. Zemes slēdzim šis pienākums pārsniedz parasto prasību par piecām reizēm.
Temperatūras pārbaude
Turklāt zemējuma slēdzis tika pakļauts tam pašam zemas temperatūras testam, lai pierādītu veiktspēju līdz mīnus 50° C (mīnus 58° F).
Kombinētie testi
Pēc tam, kad tika pabeigti projektēšanas testi saskaņā ar attiecīgajiem nozares standartiem, tika veikti papildu testi, lai pierādītu kombinācijas veiktspēju. Viskritiskākais tests apstiprināja laiku starp automātiskā slēdža atvēršanu un zemējuma slēdža aizvēršanu.
Laika parametru mērīšana
Laiks starp slēdža kontaktu kontaktdaļu un zemējuma slēdža kontaktu kontakta pieskārienu ir izšķirošs kombinācijas pareizai darbībai. Ja laiks ir paredzēts pārāk mazs, bojājuma strāva var netikt pārtraukta pirms zemējuma slēdža aizvēršanas, un, lai gan zemējuma slēdzis aizveras pēc vajadzības, tas var neatvērties kontakta metināšanas dēļ.
Alternatīvi, ja laiks ir pārāk ilgs, pārspriegums pēc pārtraukuma var rasties ilgāk, nekā pārsprieguma ierobežotāji var panest, izraisot ierobežotāju bojājumus. Īpaša uzmanība tika pievērsta šī laika parametra mērīšanai visā pieļaujamo ražošanas pielaižu diapazonā un dažādos vides apstākļos.
Zemes slēdža darbības uzdevums
Vēl viena pierādīta spēja bija tāda, ka, pārtraucot maksimālo nominālo bojājuma strāvu, ķēdes pārtraucējs neietekmēja zemējuma slēdža darbības uzdevumu. Noteiktos apstākļos vakuuma pārtraucējs var neiztīrīt kļūdu pie pirmās strāvas nulles pēc galvenās cilpas, bet pārtrauc pēc nākamās mazās cilpas. Pārbaude parādīja, ka zemējuma slēdzis veic šo pienākumu bez kontakta metināšanas.
Priekšrocības vēja parkiem
Kad atveras vidējā sprieguma automātiskais slēdzis, sistēma zaudē zemes savienojumu starp atvērto automātisko slēdzi un LV/MV transformatora vidējā sprieguma pusi.
Kā aprakstīts iepriekš, spriegums veselīgajās fāzēs palielinās līdz pat 1,73 PU, jo vēja turbīnas turpina dot enerģiju sistēmā. Šis augstspriegums darbojas kā pastāvīgs hi-pot tests, kas ir īpaši grūts pārsprieguma ierobežotājiem. Ilgi periodi pie šī pārmērīgā sprieguma var saīsināt kalpošanas laiku vai pat sabojāt pārsprieguma ierobežotājus. Tā kā zemes atsauces zudums izraisa šīs problēmas, zemes savienojuma atjaunošana var tās novērst.
Parastā alternatīva zemējuma slēdža izmantošanai, kā aprakstīts šajā rakstā, būtu tā vietā izmantot zemējuma transformatoru. Šis transformators būtu savienots MV ķēdes pārtraucēja B pusē un uzstādīts tā, lai normālas darbības laikā tam būtu augsta pretestība pret zemi, bet līnijas un zemes bojājuma laikā kļūdas strāvai būtu zemas pretestības ceļš.
Zemes transformatora izmantošanas trūkumi ir iekārtas uzstādīšanas un uzturēšanas izmaksas un vides riski, kas saistīti ar noplūdi. Lai gan zemējuma transformatoram jābūt tikai aptuveni 5% no pievienotās slodzes lieluma, tam joprojām var būt nepieciešams transformators MVA diapazonā. Turklāt kabeļi, kas savienoti ar zemējuma transformatoru, rada ievērojamus izdevumus. Visbeidzot, transformatora uzturēšana, īpaši eļļas izolētiem transformatoriem, izmaksas var būt ievērojamas vēja parka darbības laikā.
Salīdzinājumam, automātiskais slēdzis ar integrētu zemējuma slēdzi ir salīdzinoši vienkārša ierīce, kas projektēšanā un konstrukcijā ir ļoti līdzīga parastajam slēdzim. Zemes slēdža integrēšana automātiskajā slēdzī apvieno kļūdu noteikšanas iespējas ar ķēdes zemējumu, kas vienkāršo sistēmas uzstādīšanu un darbību.
Uzziniet vairāk par mūsu vidējā sprieguma automātiskajiem slēdžiem
SDV7 tipa slēdžu saimes konstrukcijai ir ievērojami samazināts korpusa izmērs salīdzinājumā ar iepriekšējiem modeļiem un līdz ar to arī kopējais nospiedums. SDV7 tipa produktu līnija ietver sprieguma grupas 15,5 kV, 17,5 kV, 27,6 kV un 38,0 kV. Katra grupa ir īpaši izstrādāta, lai optimizētu telpu un materiālu sprieguma klasei, vienlaikus saglabājot kopīgās iezīmes visā produktu līnijā.