Проблемы защиты в сетях постоянного тока

Проблемы защиты в сетях постоянного тока

Защита сетей постоянного тока высокого напряжения — это сложная инженерная задача, являющаяся предметом активных исследований этой новой концепции. Сегодня изучается ряд возможных решений, как противоположных друг другу, так и объединенных.

При переходе к большим электрическим сетям, способным транспортировать электроэнергию на дальние расстояния, например из мест производства электроэнергии в места ее потребления, по техническим и экономическим причинам применение постоянного тока высокого напряжения (HVDC) лучше стндартного использования переменного тока. Однако такой переход вызывает несколько фундаментальных проблем, особенно в плане защиты и управления сетью постоянного тока. Они требуют новых направлений исследований.

Чем сеть постоянного тока отличается от сети переменного тока, и как это влияет на стратегию ее защиты?

В плане безопасности сети, при коротком замыкании прерывание постоянного тока представляет, в отличие от переменного, принципиальную техническую проблему. Постоянный ток не обладает естественным нулевым значением, позволяющим прервать поток. Для прерывания токов короткого замыкания, можно использовать специальные высоковольтные выключатели для постоянного тока. Но энергия, вызванная коротким замыканием, должна быть погашена самим выключателем, что делает его сложнее по сравнению с выключателем переменного тока. Более того, защита сети постоянного тока требует пректирования новых систем выявления короткого замыкания, которые должны действовать гораздо быстрее, чем это нужно для систем переменного тока. Это вызвано малой инерцией системы постоянного тока, приводящей к быстрому распространению по сети последствий короткого замыкания.

Также следует принимать во внимание и то, что, в отличие от систем переменного тока, поступающего от синхронного оборудования, имеющего присущие ему характеристики переходных перегрузок, преобразователи постоянного тока высокого напряжения должны крайне оперативно обезопашивать себя от возможно высокого напряжения короткого замыкания, появляющегося из-за отказов сети постоянного тока. Если преобразователи могут «блокировать короткое замыкание», это на время обесточит всю сеть постоянного тока до полной изоляции (или устранения) короткого замыкания. В обратном случае, если (как это распространено сегодня) преобразователь не «блокирует короткое замыкание», то будет срабатывать защита преобразователя на стороне переменного тока, в результате чего вся сеть постоянного тока будет отключена.

В связи с этим возникает вопрос, какие главные задачи необходимо решать для защиты сетей постоянного тока высокого напряжения?

При реализации защиты в сетях HVDC нужно учитывать следующие факторы: скорость, избирательность и временные задержки. Большая скорость требуется прежде всего: выключатель системы постоянного тока должен размыкать ток высокого напряжения очень быстро (гораздо быстрее, чем цикл частоты в системе переменного тока). Это вызвано быстрым увеличением энергии, которую необходимо погасить. Суммарное время отключения для защиты переменного тока не должно быть выше одной миллисекунды (включая и время задержки срабатывания привода в цепи). Вторая задача — избирательность, связана с обнаружением участка сети, где произошло короткое замыкание. В отличие от обычной линии постоянного тока высокого напряжения, соединяющей две точки, электрическая сеть постоянного тока включает в себя несколько таких линий. В подобной сети защита должна отключать только ту линию, в которой наблюдается короткое замыкание. Наконец, третья проблема связана с большой длиной типичной линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения. Протяженность линии приводит к достаточно долгой задержке передачи сигнала, что снижает скорость дифференциальной защиты, делая ее медленнее, чем требует сеть постоянного тока.

Учитывая вышесказанное, инженеры видят ряд возможных подходов к применению выключателей HVDC для обеспечения быстрой изоляции короткого замыкания. Одно из них — применение к сетям постоянного тока той же самой философии и таких же принципов защиты, какие применяются в системах переменного тока, приспособив их к новой цели. Второй подход — концепция «открытой сети» подразумевает что выключатели разрывают сеть независимо и моментально при появлении в сети короткого замыкания, на основе только локальных измерений, а затем избирательно восстанавливают сеть в частях, не связанных с коротким замыканием. Еще один подход заключается в применении преобразователей, «блокирующих короткое замыкание». Такие преобразователи могли бы свести к минимуму применение выключателей HVDC, хотя они все еще должны работать по новым алгоритмам, чтобы локализовывать короткие замыкания внутри сети постоянного тока, позволяя быстро изолировать их до того, как будет восстановлена передача электроэнергии через неповрежденные участки сети.

Рубрики2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


*