Применение разрядников для защиты конденсаторных батарей

Увеличение проникновения распределенной генерации (DG) от солнечных и ветряных электростанций создало проблемы для сетевых операторов, когда речь идет о вопросах качества электроэнергии, таких как регулирование напряжения, коэффициент мощности и гармоники.Если площадки РГ не соответствуют требованиям по подключению к сети, может возникнуть необходимость в установке оборудования для улучшения качества электроэнергии.В тех случаях, когда на объектах РГ требуется реактивная мощность и поддержка напряжения, наиболее экономичным решением являются конденсаторные батареи.Однако переключение конденсаторных батарей может привести к помехам напряжения в точке подключения из-за возможности больших пусковых токов.

Недавние усовершенствования, такие как технологии управляемого переключения, позволили минимизировать пусковые токи при включении питания, а также быстро переключать батареи конденсаторов.Эти разработки повысили жизнеспособность конденсаторных батарей в приложениях, где раньше требовалось решение STATCOM.Но переключение конденсаторной батареи требует особого внимания из-за возможности повторного пробоя после прерывания тока.Многие высоковольтные элегазовые и вакуумные выключатели предназначены для коммутации емкостного тока.Тем не менее, непредсказуемые или неизбежные явления повторного пробоя все же случаются.Если происходит повторное включение выключателя, это приводит к перенапряжениям высокой частоты и большой амплитуды, большим пусковым токам, а также к большим броскам тока в случае встречного включения конденсаторных батарей.Следовательно, повторный пробой может вызвать дополнительную нагрузку на конденсаторы, расстроечные реакторы и автоматические выключатели, что может привести к катастрофическим повреждениям.Одной из мер по смягчению для поддержания перенапряжения повторного включения на допустимом и безопасном уровне является установка разрядников для защиты от перенапряжения на конденсаторах.Установка разрядников также сводит к минимуму вероятность повторного пробоя, особенно многократного повторного пробоя.

В этом отредактированном вкладе в INMR Тима Растолла и Керима Озера из Enspec Power в Соединенном Королевстве обсуждается применение разрядников для снижения перенапряжений на конденсаторах среднего и высокого напряжения на основе однократного повторного пробоя.Исследуются две конкретные конструкции конденсаторных батарей: незаземленная батарея с двойным соединением звездой на 33 кВ, 50 Гц и расстроенная батарея того же размера.Различные частоты настройки исследуются для расстроенного случая, чтобы исследовать влияние на перенапряжения.Кроме того, исследуемая конфигурация объекта включает два блока конденсаторных батарей для изучения эффектов последовательного переключения.

Рис. 1: Однолинейная схема смоделированной системы.

На рис. 1 показана схема моделируемой системы, а ниже представлен краткий обзор:

• Модель Thevenin используется для представления фоновой сети и основана на подробностях уровня неисправности и отношения X/R;

• На площадке имеется трансформатор 132/33 кВ, подключенный к сети подземным кабелем длиной 17 км, напряжением 132 кВ.Модель сечения PI используется для представления кабеля;

• Батареи стандартных/расстроенных конденсаторов подключаются к точке общего присоединения (ТОП) 33 кВ подземными кабелями 33 кВ длиной 50 м.Модели сечения PI используются для представления кабелей;

• Ограничители перенапряжения подключаются параллельно конденсаторам, по одному на каждую фазу.Характеристика VI представлена ​​в параметрах компонента на основании паспорта разрядника.

Данные, используемые при моделировании системы, подробно описаны ниже.

A. Фоновые сетевые данные

Фоновая сеть была смоделирована на основе данных об уровне неисправности, приведенных в таблице 1, на сборной шине ДНО 132 кВ.

Таблица 1: Подробная информация об уровне фоновой неисправности

B. Данные трансформатора

Сетевой трансформатор был смоделирован на основе следующего:

Таблица 2: Информация о трансформаторе

C. Кабельные данные

Вводной кабель 132 кВ, 17 км и кабель 33 кВ, 50 м для берегов были смоделированы на основе:

Таблица 3: Подробная информация о кабеле.

D. Данные банка стандартных/расстроенных конденсаторов

Конденсаторные батареи были смоделированы на основе следующих деталей.Номинальное напряжение конденсаторов в данном исследовании составляет 24 кВ.Предел переходного перенапряжения составляет 2*sqrt (2) от номинального напряжения (действующее значение).

Таблица 4: Детали банка стандартных/расстроенных конденсаторов.

E. Данные разрядника перенапряжения

В моделировании использовались разрядники класса DH, 10 кА, 22 кВ типа MCOV в силиконовом корпусе, а кривая VI разрядников использовалась в модели PSCAD.Максимальный энергетический предел разрядника, использованного в этом исследовании, составляет 62,7 кДж (2,85 кДж/кВ MCOV).

Случаи моделирования

Для расследования наиболее серьезного случая учитывалось возникновение во всех трех фазах, а также наихудшая возможная точка открытия с точки зрения повторного удара.Для всех изученных случаев моделирования результаты были получены с разрядниками перенапряжения и без них.

Явления повторного включения стандартной батареи конденсаторов

Были исследованы временное восстанавливающееся напряжение (TRV) VCB и напряжение на конденсаторах для одноступенчатого переключения и обратного переключения.В таблице 5 представлены все случаи, исследованные для стандартного применения батареи конденсаторов.

Таблица 5: Случаи повторного включения, стандартный блок конденсаторов

Явления перезапуска батареи расстроенных конденсаторов

Как и при исследовании стандартной батареи конденсаторов, TRV и напряжение на конденсаторе были исследованы для различных конфигураций площадки, но для расстроенной конструкции батареи на различных частотах расстройки.

Таким образом, было проанализировано 12 различных случаев.Требования к способности ОПН к поглощению энергии также были исследованы для каждого случая.

Полученные результаты

Величина напряжений задавалась как pu (на единицу) – 1pu = 26,94 кВ (пиковое значение напряжения между линией и землей).Результаты были сведены в таблицу на основе точек переключения повторного пробоя в наихудшем случае и при допущении возникновения одного повторного пробоя.

Перенапряжения на конденсаторах, стандартный блок конденсаторов

Было обнаружено, что наихудшее напряжение на конденсаторе составляет 3,02 о.е. в Случае 2 — это выше допустимых уровней напряжения.Стресс по напряжению был снижен до 2,45 о.е. за счет включения ОПН, т.е. ниже допустимого уровня 2,52 о.е. (67,88 кВ/26,94 кВ).

Таблица 6: Перенапряжения стандартной батареи конденсаторов

На рис. 2, основанном на использовании SA и без него, показаны формы трехфазных сигналов для наихудшего случая перенапряжения (вариант 2).

Рис. 2: Вариант 2, с разрядником перенапряжения или без него,

Перенапряжения на конденсаторах и реакторах расстройки, блок расстроенных конденсаторов

Было обнаружено, что наихудшее напряжение на конденсаторах составляет 4,16 о.е. в случае 7 и 3,99 о.е. в случае 11 для расстроенных конструкций на 175 Гц и 275 Гц соответственно.Эти значения превышают допустимые уровни напряжения.Напряжения по напряжению были снижены до 2,27 о.е. и 2,44 о.е. за счет включения ОПН, т.е. ниже допустимого уровня.В таблицах 7 и 8 приведены перенапряжения без и с разрядниками перенапряжения.

Таблица 7: Перенапряжения расстроенной батареи конденсаторов, без SA

Таблица 8: Расстроенные перенапряжения банков, с SA

Для случаев 7 и 11 на рис.3, 4, 5 и 6.

Рис. 3: Случай 7, напряжения на C2 без/с SA.

Рис. 4: Случай 7, напряжения на C1 без/с SA.

Рис. 5: Случай 11, напряжения на C2 без/с SA.

Рис. 6: Случай 11, напряжения на C1 без/с SA.

Как видно из вышеизложенного, подключение ограничителей перенапряжения к конденсаторам снижает перенапряжения на конденсаторах до значений ниже расчетных.

Потребляемая энергия разрядников и выключателей TRV

Максимальное поглощение энергии ОПН и CB TRV было смоделировано для каждого случая и представлено в таблице 9. Результаты измерения энергии ОПН в таблице представляют собой самые высокие уровни энергии по всем фазам.Было установлено, что поглощенная энергия разрядника для наихудшего случая для каждой отдельной конструкции, стандартной, расстроенной на 175 Гц и расстроенной на 275 Гц, составляет 33,7 кДж, 91,2 кДж и 72,2 кДж соответственно.

Для моделирования TRV выключателя значения емкости кабеля не учитывались.Результаты TRV были получены из почти 400 различных случаев переключения (диапазон времени повторного включения составляет от 0,113 до 0,120 с, диапазон времени размыкания выключателя составляет от 0,113 до 0,15 с). разрядники.TRV выключателя здесь не рассматривается – только влияние ОПН на TRV выключателя.

Таблица 9: Энергия, потребляемая SA, выключатель TRV без/с SA

Выводы

Из этих результатов можно сделать следующие выводы:

1. Перенапряжения на конденсаторах

• Без ограничителей перенапряжения возможный повторный пробой приводит к превышению коммутационного напряжения на конденсаторах как для стандартных, так и для расстроенных конденсаторных батарей.Такие перенапряжения могут привести к пробою конденсатора;

• По сравнению со стандартными конденсаторными батареями расстроенные конструкции подвержены более высокому напряжению.Таким образом, использование ОПН в расстроенном исполнении более существенно, чем в стандартном случае;

• Увеличение частоты расстройки приводит к более высокому напряжению на конденсаторах в конструкции с расстройкой;

• Конфигурация ступени влияет на напряжение конденсатора.В расстроенной конструкции самые высокие напряжения напряжения возникают в случаях повторного пробоя.

• Во всех исследованных случаях ограничитель перенапряжений класса DH, 22 кВ MCOV, в соединении между фазой и нейтралью способен снизить напряжения до допустимых уровней для конденсаторов.

2. Энергопотребление ОПН

• По сравнению со стандартной батареей конденсаторов разрядники в расстроенных конструкциях поглощают больше энергии;

• Увеличение частоты расстройки приводит к меньшему поглощению энергии SA в схеме с расстройкой.Однако она все же • выше, чем энергия СА в стандартной конденсаторной батарее;

• уровень энергии СА не должен превышать номинальный уровень выдерживаемой энергии;

• Наихудший уровень энергии SA был смоделирован как 33,7 кДж для стандартной конденсаторной батареи и соответствует номинальному уровню энергии SA 62,7 кДж;

• Уровни энергии SA для наихудшего случая для расстроенной конструкции были смоделированы как 91,2 кДж и 72,2 кДж.Они не соответствуют номинальному уровню энергии SA 62,7 кДж.Следовательно, потребуется СА с более высокой энергоемкостью или использование параллельных СА.Параллельное использование двух SA — это решение для расстроенного банка.

3. Влияние SA на CB TRV

• Даже несмотря на то, что SA не подключаются напрямую к выключателю, результаты показывают, что SA помогает снизить TRV выключателя, поскольку он снижает напряжение на стороне, расположенной ниже по течению от выключателя.Таким образом, соединение SA косвенно снижает TRV;

• Основываясь на смоделированных случаях, SA явно снижает вероятность повторного или множественного повторного запуска на CB.

Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.