Технология вакуумной коммутации для будущего энергосистем

[pic 1]

Технология вакуумной коммутации для будущего энергосистем

Xiaofei Yao, Jianhua Wang, Shaogui Ai, Zhiyuan Liu, Yingsan Geng, Zhiguo Hao

Государственная ведущая лаборатория электроизоляции и энергетического оборудования, Сианьский университет Цзяотун, Сиань 710049, Китай

ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ [pic 2]

История статьи:

Получено 5 мая 2021 г.

Пересмотрено 5 сентября 2021 года

Принято 16 ноября 2021 г.

Доступно онлайн 25 января 2022 года

Ключевые слова:

Управляемое переключение

Электромагнитный привод отталкивания

Быстрый вакуумный автоматический выключатель

Технология быстрого вакуумного переключения

Вакуумный прерыватель

АННОТАЦИЯ [pic 3]

Несмотря на то, что коммутация в вакууме — это технология с почти 100-летней историей, ее последние разработки все еще меняют будущее систем передачи и распределения электроэнергии. Во-первых, коммутация тока в вакууме является экологически чистой технологией по сравнению с коммутацией в элегазе, который является самым сильным парниковым газом согласно Киотскому протоколу. Вакуум, экологически чистая природная среда, перспективен для сокращения использования элегаза при коммутации тока в системах передачи напряжения. Во-вторых, коммутация в вакууме позволяет достичь более быстрого прерывания тока по сравнению с существующими технологиями коммутации переменного тока. Вакуумный выключатель (ВВ), использующий электромагнитный привод отталкивания, способен достичь теоретического предела прерывания переменного тока, который может прервать ток короткого замыкания в течение первого полуцикла тока повреждения, по сравнению с более распространенными тремя циклами для существующих технологий коммутации тока. Таким образом, это может значительно повысить переходную устойчивость электрических сетей при наличии коротких замыканий, особенно для линий электропередач сверхвысокого и высокого напряжения. В-третьих, на основе технологии быстрой вакуумной коммутации появляются различные выдающиеся решения, которые приносят пользу энергосистемам.  Они включают в себя применение в области выключателей постоянного тока, ограничения тока повреждения, улучшения качества электроэнергии, генераторных выключателей и так далее. Технология быстрой вакуумной коммутации является перспективной для технологии управляемой коммутации в энергосистемах, так как она имеет низкий разброс по времени открытия и закрытия. При таком управляемом переключении технология вакуумного переключения может изменить "ген" энергосистем, благодаря чему переходные процессы при переключении мощности станут более плавными.

1. Введение

В Китае огромные усилия были направлены на создание общества устойчивого развития и экологической цивилизации, отделив загрязнение воздуха от удивительных экономических достижений последних трех десятилетий [1]. На 21-й сессии Конференции сторон (COP21), состоявшейся в Париже в 2015 году, Китай обязался снизить интенсивность выбросов углерода на 60%-65% по сравнению с уровнем 2005 года и достичь пика выбросов углерода к 2030 году или раньше. Увеличение доли чистых и низкоуглеродных источников энергии важно для перехода от относительной к абсолютной углеродной экономике к 2030 году. Усилия по сокращению выбросов парниковых газов, в частности, использование элегаза в энергетике, неизбежно взаимосвязаны на этом пути [2]. Хотя элегаз определен в Киотском протоколе как один из самых мощных парниковых газов, потенциал глобального потепления которого в 22 200 - 23 900 раз выше, чем у CO2, он по-прежнему широко используется в электропередаче для надежной электрической изоляции и гашения дуги. Поскольку на сегодняшний день не существует ни одной экологически чистой газовой среды, которая могла бы обеспечить одновременно высокую изоляцию и высокие характеристики прерывания, как элегаз, кроме вакуума для различных коммутационных решений [3-5]. Сам по себе вакуум ничего не дает для проводимости тока при стационарной изоляции и коммутации тока в переходном состоянии [6]. Пробой вакуумного зазора сильно зависит от собственных диэлектрических характеристик, которые, в свою очередь, зависят от контуров контактов, материалов, расстояния между зазорами и присущего макро- и микрочастицам поведения при транспортировке [7-9]. Технология вакуумной коммутации позволяет создавать более компактные конструкции (с точки зрения объема), обеспечивает высокую диэлектрическую прочность для малого контактного зазора и не требует технического обслуживания в течение всего срока службы [6]. В таблице 1 приведено сравнение свойств вакуума и элегаза, используемых в коммутационном оборудовании [6,10].