Швидкодіючі заземлювачі у вітроелектростанціях: переваги
Інтеграція швидкодіючих заземлювачів у автоматичні вимикачі поєднує виявлення несправностей із заземленням ланцюга, впорядкування монтажу, експлуатації та координації захисту.
Мотивація до вдосконалення
У типовій установці низьковольтне джерело живлення (тобто вітроелектростанція з N групами вітрогенераторів) підключається до високовольтної (ВВ) мережі, як показано на малюнку 1. Кожна вітротурбіна має низьковольтний/середньовольтний (LV/MV) підвищувальний трансформатор, і кожна група вітрогенераторів підключається через автоматичний вимикач МВ (МВ КБ) до шини підстанції ВВ/МВ.
У більшості установок обидві нейтрали трансформатора ВВ/МВ міцно заземлені. Через це координація ізоляції з розрядниками перенапруги базується на міцно заземлених нейтральних системах для боку МВ та HV сторони сітки. У разі несправності заземлення між трансформатором LV/MV і автоматичним вимикачем МВ (сторона «В» автоматичного вимикача МВ на рисунку 1), відкриття цього автоматичного вимикача дозволить відключити ланцюг від мережі.
Це також видалить посилання на заземлення для цієї схеми, поки генератори вітрових турбін продовжують працювати через їх обертову інерцію. Через дельта-підключення обмоток трансформатора LV/MV на стороні МВ напруга фази на землю в непорушених фазах підвищиться до стаціонарної напруги в 1,73 рази перевищує початкове значення. До досягнення стаціонарної напруги через ємності ізольованого живильника також можна очікувати тимчасових перенапруг з ще більшим значенням.
Виклик — і рішення
Ці перенапруги можуть пошкодити відкриті компоненти установки (тобто розрядники перенапруги, кабелі тощо). Цього слід уникати, навіть якщо властиві можливості TOV та RRRV вакуумних переривників можуть допомогти зменшити або усунути потребу в додаткових компонентах, таких як конденсатори перенапруги для збільшення демпфування, демпфувальні конденсатори тощо.
Кращим рішенням, щоб уникнути цієї умови, є використання вимикача швидкого заземлення (ГС) в поєднанні з автоматичним вимикачем МВ. Вимикач заземлення розміщується на стороні «В» відповідного автоматичного вимикача, щоб закрити заземлювач безпосередньо після відключення автоматичного вимикача (рис. 2) для заземлення ланцюга.
Після закриття заземлюючого вимикача струм несправності буде протікати, керуючись ізольованим живильником, оскільки вітротурбіна продовжує виробляти енергію. Однак значення цього струму несправності буде менше однофазного струму несправності, доступного від мережі. Тому номінальний вимикач заземлення може бути нижче номінального струму короткого замикання автоматичного вимикача.
Два ключові пункти, які слід врахувати
Два ключових пункти необхідно враховувати при визначенні різниці в часі між відкриттям автоматичного вимикача і закриттям вимикача заземлення:
- Через швидкість підйому перенапруги після переривання однофазної несправності різниця в часі повинна бути короткою.
- Закриття вимикача заземлення має відбуватися, коли автоматичний вимикач очистив однофазний струм несправності навіть протягом тривалого часу дуги (найгірша ситуація: асиметрична, однофазна несправність).
Щоб адекватно охопити обидві обставини, різниця в часі між контактною частиною контактів вимикача та контактним дотиком контактів заземлюючого вимикача повинна зберігатися в діапазоні від 12 до 16 мс.
Механічна ланка
Вакуумний автоматичний вимикач складається з операторського модуля, встановленого в атмосферостійкому корпусі з втулками даху для підключення первинного ланцюга зверху та клемної колодки для заземлення знизу. Схемні клеми оператора з'єднані з втулками з мідними стояками шини, тоді як заземлюючі клеми з'єднані разом із замиканою мідною шиною, яка також підключена до заземлювальної клемної колодки.
Операторський модуль має три полюси, кожен зі своїми вакуумними переривниками та первинними ізоляторами, встановленими до загального корпусу робочого механізму. Кожен полюс кріпиться до каналу кріплення стовпа чотирма ізоляторами з литої смоли. Ізолятори також підключаються до головок полюсів оператора та заземлення з фіксованим кінцем та до коробки роз'єму з рухомим кінцем, яка, у свою чергу, підтримує вакуумний переривник.
Робочий механізм і всі керуючі і виконавчі пристрої встановлені в корпусі механізму. Механізм має пружинний накопичувальний тип енергії і не має механічного та електричного відключення. Фіксовані контакти вакуумного переривника автоматичного вимикача прикріплені болтами до верхніх головок полюсів з фіксованим кінцем, тоді як рухомі кінці контактів вакуумних переривачів прикріплені до коробки роз'єму.
Ця ж роз'ємна коробка прикріплена до рухомих контактних кінців вакуумного перемикача заземлювача з фіксованими кінцями полюсів, з'єднаними з фіксованими контактними кінцями переривників. Таке розташування стабілізує переривники проти бічних сил за допомогою центруючих кілець на коробці роз'єму.
Перевірка шляхом тестування дизайну відповідно до галузевих стандартів
Для підтвердження рішення були необхідні не тільки кваліфікаційні випробування ключових елементів (тобто випробування автоматичного вимикача та заземлювача), але й додаткові випробування, зосереджені на поєднанні двох елементів.
Можливість переривання
Можливість переривання частини автоматичного вимикача розчину була перевірена відповідно до IEC 62271-100 та IEEE Std C37.09 при 50 Гц з коефіцієнтом потужності 2,6 для оцінки продуктивності в найгірших умовах через довший час дуги. Існує гранична різниця кута підйому струму незадовго до нуля струму та переривання. Однак для переривання з використанням вакуумних переривників цей ефект незначний.
Інші аспекти виконання
Найгірші параметри для демонстрації інших аспектів продуктивності вимикача, таких як зарядка кабелю, безперервний струм, діелектрик, а також електрична та механічна витривалість, були однаково вибрані з обох стандартів.
Частина заземлювача розчину була випробувана відповідно до IEC 62271-102 та IEEE Std C37.20.4 подібним чином, де використовувалися найгірші параметри. Оскільки автоматичний вимикач і заземлювач безпосередньо пов'язані, механічний тест на витривалість заземлюючого вимикача проводився з 10 000 циклами, щоб відповідати рейтингу автоматичного вимикача М2. Для заземлювача цей обов'язок перевищує звичайну вимогу в п'ять разів.
Тестування температури
Крім того, заземлювач був підданий тому ж низькотемпературному випробуванню, щоб продемонструвати продуктивність до мінус 50° C (мінус 58° F).
Комбіновані тести
Після завершення проектних випробувань відповідно до відповідних галузевих стандартів були проведені додаткові випробування для демонстрації продуктивності комбінації. Найкритичніший тест підтвердив терміни між відкриттям автоматичного вимикача і закриттям заземлювача.
Вимірювання параметрів часу
Час між контактами контактів автоматичного вимикача і контактним дотиком контактів вимикача заземлення має вирішальне значення для правильного функціонування комбінації. Якщо час розрахований занадто малий, струм несправності може не перерватися до того, як заземлювач закриється, і хоча заземлювач закриється за потребою, він може не відкритися через контактне зварювання.
Крім того, якщо час занадто довгий, перенапруга після переривання може виникати довше, ніж можуть терпіти розрядники перенапруги, що призводить до пошкодження розрядників. Особливу обережність було приділено вимірюванню цього параметра часу в повному діапазоні допустимих виробничих допусків і при різноманітних умовах навколишнього середовища.
Робочий обов'язок заземлювача
Іншою продемонстрованою можливістю було те, що на робочий режим заземлення не впливав автоматичний вимикач при перериванні максимального номінального струму несправності. За певних умов вакуумний переривник може не усунути несправність при першому нульовому струмі після основного контуру, але переривається після наступного незначного контуру. Випробування продемонстрували, що заземлювач виконує цей обов'язок без контактного зварювання.
Переваги вітроелектростанціям
При відкритті автоматичного вимикача середньої напруги система втрачає заземлення між відкритим автоматичним вимикачем і середньовольтною стороною трансформатора LV/MV.
Як було описано раніше, напруга в здорових фазах збільшується до цілих 1,73 ПУ, оскільки вітрогенератори продовжують вводити живлення в систему. Ця висока напруга діє як постійний hi-pot тест, який особливо важко для розрядників перенапруги. Тривалі періоди при цій надмірній напрузі можуть скоротити термін служби або навіть пошкодити розрядники перенапруги. Оскільки втрата відліку заземлення призводить до цих проблем, відновлення з'єднання заземлення може усунути їх.
Звичайною альтернативою використанню заземлювача, як описано в цій статті, було б використання замість цього трансформатора заземлення. Цей трансформатор буде підключений на стороні B від автоматичного вимикача МВ і налаштований таким чином, щоб під час нормальної роботи мав високий опір заземлення, але під час несправності лінії-земля забезпечує шлях низького імпедансу для струму відмови.
Недоліками використання заземлюючого трансформатора є витрати на установку та обслуговування обладнання та екологічні ризики, пов'язані з розливами. Хоча заземлюючий трансформатор повинен бути лише приблизно 5% від розміру підключеного навантаження, для цього все одно може знадобитися трансформатор в діапазоні MVA. Додатково кабелі, підключені до трансформатора заземлення, додають значні витрати. Нарешті, витрати на обслуговування трансформатора, особливо для маслоізольованих трансформаторів, можуть бути значними протягом терміну служби вітроелектростанції.
Для порівняння, автоматичний вимикач з вбудованим заземлюючим вимикачем є відносно простим пристроєм, будучи дуже схожим на звичайний автоматичний вимикач по конструкції і конструкції. Інтеграція заземлювача в автоматичний вимикач поєднує можливості виявлення несправностей із заземленням ланцюга, що спрощує монтаж та експлуатацію системи.
Дізнайтеся більше про наші середньовольтні автоматичні вимикачі
Конструкція автоматичних вимикачів типу SDV7 відрізняється значним зменшенням розмірів корпусу в порівнянні з попередніми моделями і, отже, загальної площі. Лінійка продукції типу SDV7 охоплює групи напруги 15,5 кВ, 17,5 кВ, 27,6 кВ і 38,0 кВ. Кожна група спеціально розроблена для оптимізації простору та матеріалу для класу напруги, зберігаючи загальні риси у всій лінійці продукції.