12KV μονόφασικός επανασυνδέτης με επικοινωνία DNP3.0, 11KV στυλ στήλης υψηλής τάσης επανασυνδέτης

Η μονόφασική επανασύνδεση (Single phase reclosing) είναι ένας αυτόματος τρόπος επανασύνδεσης που χρησιμοποιείται στον ηλεκτρικό τομέα για την προστασία των γραμμών μεταφοράς ενέργειας. Ο τρόπος λειτουργίας του είναι ο εξής: σε μονόφασική βλάβη, απλά αποσυνδέεται η σφάλματος φάση και πραγματοποιείται επανασύνδεση. Σε διαφασική βλάβη, αποσυνδέονται οι τρεις φάσεις και αποφασίζεται εάν θα πραγματοποιηθεί τριπλή επανασύνδεση ανάλογα με την περίπτωση. Εάν η επανασύνδεση πραγματοποιηθεί σε μόνιμη βλάβη, οι τρεις φάσεις αποσυνδέονται. Αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται κυρίως σε συστήματα μεγάλης γείωσης ρεύματος 220 kV και άνω, και μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία της παροχής ενέργειας και την προσωρινή σταθερότητα του συστήματος. Επειδή οι υγείας φάσεις παράγουν ρεύμα υποδοχής μέσω της χωρητικότητας και της αμοιβαίας επαγωγής που επηρεάζουν την σβήση της τόξου στο σημείο της βλάβης, απαιτούνται μέτρα για την εξάλειψη της τόξου, όπως η γείωση του ουδέτερου σημείου των υψηλών πηνίων ή η προσωρινή ενεργοποίηση της διακόπτη γείωσης. Τα στοιχεία επιλογής φάσης περιλαμβάνουν την επιλογή φάσης με απόσταση, την επιλογή φάσης με μεταβολή της διαφοράς των φασικών ρευμάτων και την ταχεία διακοπή των φασικών ρευμάτων. Διεθνώς, οι γραμμές υπερχύσης πάνω από 1000 kV χρησιμοποιούν κυρίως μονόφασική επανασύνδεση, ενώ οι διπλές γραμμές με κοινή στύλο χρησιμοποιούν τρόπο επανασύνδεσης ανά φάση.

Η εμπειρία λειτουργίας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας αποδεικνύει ότι οι περισσότερες βλάβες των αέραγων γραμμών είναι προσωρινές, για παράδειγμα: η εκτίναξη της επιφάνειας των μονωτών λόγω υπερέντασης από κεραυνούς, η προσωρινή επαφή λόγω ανέμου, η εκκίνηση ρεύματος μέσω του σώματος των πτηνών και τα βλάβη που προκαλούνται από τα δέντρα ή άλλα αντικείμενα που πέφτουν στους αγωγούς. Όταν η γραμμή με την βλάβη αποσυνδεθεί γρήγορα, η τόξος εξαφανίζεται αμέσως και η μονωτικότητα του σημείου της βλάβης επαναφέρεται. Επομένως, η πραγματοποίηση μιας επανασύνδεσης αμέσως μετά την αποσύνδεση της γραμμής μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αξιοπιστία της παροχής ενέργειας. Οι γραμμές έως και 110 kV χρησιμοποιούν κυρίως τριπλή μονή επανασύνδεση. Σύμφωνα με την εμπειρία λειτουργίας, πάνω από 70% των βλαβών βραχύτητας στις υψηλής τάσης αέραγων γραμμών των συστημάτων μεγάλης γείωσης ρεύματος πάνω από 110 kV είναι μονόφασικές γείωσεις, ειδικά στις γραμμές πάνω από 220 kV, λόγω της μεγάλης διαστάσεων μεταξύ των φάσεων, οι μονόφασικές γείωσεις φτάνουν έως και το 90%. Σε αυτή την περίπτωση, εάν απλά αποσυνδέσουμε τη φάση με την βλάβη και στη συνέχεια πραγματοποιήσουμε μονόφασική επανασύνδεση, ενώ οι δύο υγείες φάσεις συνεχίζουν να λειτουργούν κατά τη διάρκεια της περιόδου επανασύνδεσης, μπορούμε να βελτιώσουμε σημαντικά την αξιοπιστία της παροχής ενέργειας και την σταθερότητα της παράλληλης λειτουργίας του συστήματος. Επομένως, στα συστήματα μεγάλης γείωσης ρεύματος πάνω από 220 kV, χρησιμοποιείται ευρέως μονόφασική επανασύνδεση. Όταν μια προσωρινή μονόφασική γείωση της γραμμής αποσυνδέσει μια φάση, οι υγείες φάσεις παρέχουν χωρητικό ρεύμα στο σημείο της βλάβης μέσω της διαφασικής και της γείωσης προς το έδαφος της χωρητικότητας, ενώ το φορτικό ρεύμα των υγείας φάσεων παράγει επαγωγική δύναμη στη σφάλματος φάση μέσω των διαφασικών μετασχηματιστών, παρέχοντας αισθητή ρεύμα στο σημείο της βλάβης μέσω της διαφασικής και της γείωσης προς το έδαφος της χωρητικότητας. Αυτά τα δύο μέρη του ρεύματος συνθέτουν το ρεύμα υποδοχής. Το μέγεθος του ρεύματος υποδοχής εξαρτάται από τις παραμέτρους της γραμμής. Γενικά, όσο υψηλότερη είναι η τάση της γραμμής και όσο μεγαλύτερο είναι το φορτικό ρεύμα, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα υποδοχής. Λόγω της ύπαρξης του ρεύματος υποδοχής, η τόξος στο σημείο της βλάβης δυσκολεύεται να σβήσει, καθιστώντας την μονόφασική επανασύνδεση αργότερη. Όταν χρησιμοποιείται γρήγορη μονόφασική επανασύνδεση, μπορεί να αποτύχει η μονόφασική επανασύνδεση και οι τρεις φάσεις να αποσυνδεθούν.

Ο χρόνος της μονόφασικής επανασύνδεσης (ο χρόνος από την αποσύνδεση του σημείου της βλάβης έως την επαναφόρτιση της εργασίας τάσης) πρέπει να είναι μεγαλύτερος από τον χρόνο που απαιτείται για την σβήση της τόξου στο σημείο της βλάβης και την επαναφορά της μονωτικότητας της γραμμής. Σε αντίθεση με την τριπλή επανασύνδεση, στη διαδικασία μονόφασικής επανασύνδεσης όπου μόνο η σφάλματος φάση είναι αποσυνδεμένη, πριν η τόξος στο σημείο της βλάβης σβήσει, το σημείο της βλάβης εξακολουθεί να συνδέεται μέσω της διαφασικής χωρητικότητας και να παρέχει ρεύμα για τη διατήρηση της τόξου από τις δύο άλλες ενεργές φάσεις. Αφού η τόξος διακοπεί, το σημείο της βλάβης θα υποστεί κυρίως την κατανοητή τάση που σχηματίζεται από τις δύο ενεργές φάσεις μέσω της γείωσης προς το έδαφος της φάσης της βλάβης. Όταν η τόξος διακοπεί λόγω της μηδενισμού του συνεχόμενου ρεύματος και εκτείνεται, εάν η ταχύτητα επαναφοράς της μονωτικότητας του σημείου της βλάβης είναι χαμηλότερη από την ταχύτητα αύξησης της διασταυρούμενης τάσης του κύματος τάσης, η μονωτικότητα του σημείου της βλάβης θα διασπαστεί ξανά κοντά στο μέγιστο της τάσης του κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, εκτός από την παροχή τόξου ρεύματος από τις μη σφάλματα φάσεις, η ενέργεια που αποθηκεύεται στη χωρητικότητα της βλάβης θα απελευθερωθεί επίσης στο σημείο της βλάβης, σχηματίζοντας ένα ρεύμα επαναφωτιάσματος που είναι πολύ μεγαλύτερο από το προηγούμενο στάσιμο ρεύμα τόξου. Αυτό το φαινόμενο επαναλαμβάνεται κάθε μισή περίοδο του ημιτονοιακού κύματος, επομένως επηρεάζει τον τελικό χρόνο σβήσης της τόξου. Όσο υψηλότερη είναι η τάση λειτουργίας της γραμμής και τόσο μεγαλύτερη είναι η μήκος της, τόσο μεγαλύτερος θα είναι ο τελικός χρόνος σβήσης της τόξου. Οι δοκιμές με τεκμηριωμένη βλάβη και οι πραγματικές εγγραφές λειτουργίας επιβεβαιώνουν αυτό το συμπέρασμα. Για να συντομεύσουμε τον χρόνο της μονόφασικής επανασύνδεσης σε μια λογική τιμή, για παράδειγμα όχι περισσότερο από περίπου 1 s, για να ικανοποιήσουμε τις απαιτήσεις της σταθερότητας του συστήματος (χρόνος επανασύνδεσης), της συμφωνίας με τις προστασίες ρεύματος και άλλες προδιαγραφές, ενώ δεν μειώνουμε την επιτυχία της επανασύνδεσης, στις μακράς γραμμές με τάση 500 kV και άνω, χρησιμοποιούνται ευρέως βοηθητικά μέτρα για την εξάλειψη της τόξου, που έχουν κυρίως δύο μορφές: ① Στη γείωση του ουδέτερου σημείου των υψηλών πηνίων που χρησιμοποιούνται για την αντιστάθμιση της χωρητικότητας της γραμμής, η γείωση γίνεται με μια κατάλληλη τιμή αντίστασης, η λειτουργία της οποίας ισοδυναμεί με την παράλληλη σύνδεση ενός συντονιστικού πηνίου. Αυτό μειώνει σημαντικά το συνεχόμενο ρεύμα που διέρχεται από το σημείο της βλάβης και την τάση ανάγλυσης της τάσης που διαπερνά το σημείο της βλάβης, παρέχοντας τις προϋποθέσεις για την γρήγορη και τελική σβήση της τόξου. Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιήσει με επιτυχία ευρέως στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας. ② Κατά τη διαδικασία της μονόφασικής επανασύνδεσης, στις δύο πλευρές της γραμμής της σφάλματος φάσης που έχει αποσυνδεθεί, ενεργοποιείται προσωρινά η διακόπτης γείωσης, ώστε το σημείο της βλάβης να βρίσκεται σε βασικό μηδενικό δυναμικό, με σκοπό την γρήγορη σβήση της τόξου. Για τις ιδιαίτερα σημαντικές βαρέως φορτιζόμενες γραμμές (διπλές γραμμές με κοινό στύλο), εάν εξετάσουμε την επιτυχή υλοποίηση της επανασύνδεσης ανά φάση σε περίπτωση βλάβης ομώνυμης φάσης (όπως η βλάβη της φάσης Α της γραμμής Α και η βλάβη της φάσης Β της γραμμής Β), ο διακόπτης γείωσης είναι μια εφικτή λύση.