Wymagania dla urządzeń łączeniowych w schemacie głównym morskiej stacji transfomatorowej (kolektorowej) 66 kV/220 kV, ze szczególnym uwzględnieniem prób WN oraz ochrony antyprzepięciowej

Wymagania dla urządzeń łączeniowych w schemacie głównym

morskiej stacji transfomatorowej Dr inż. Aleksander ABB Power Grids Poland Sp. z o.o. (kolektorowej) 66 kV/220 kV, ekspert SEP , członek PKWSE

W ze szczególnym uwzględnieniem prób YMAGANIA DLA URZĄDZEŃ ŁĄCZENIOWYCH W SCHEMACIE GŁÓWNYM MORSKIEJ WN oraz ochrony antyprzepięciowej STACJI TRANSFOMATOROWEJ (KOLEKTOROWEJ) 66 kV/220 kV , ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM PRÓB WN ORAZ OCHRONY ANTYPRZEPIĘCIOWEJ.

WSTĘP

Wstęp Morska Stacja Transformatorowa, częściej nazywana Morską Stacją Kolektorową (MSK), zwykle podwyższająca czych na nabrzeżu portowym, gdyż takie próby ma morzu są czasochłonne i trudne w realizacji. To, że poszczególne komponenty wyposażenia MSK jej posadowienie w morzu, pokazano na Rys. 1. To widok kompletnej, Morskiej Stacji Konwerterowej +/- 320 kV produkcji ABB, o mocy 924 MW. Morska Stacja Transformatorowa , częściej nazywana Morską Stacją Kolektorową (MSK) , zwykle podwyższająca napięcie z 66 kVdo 220 kV dużej mocy (moc grupy „Offshorowych” Transformatorów od 800 do …1600 MVA) , to obiekt odpowiedzialny i skomplikowany technicznie. Normalną praktyką jest kompletne wyposażenie MSK w napięcie z 66 kV do 220 kV dużej mopoddano próbom WN (próby fabryczurządzenia elektryczne, włączając„Offshorowe” Transformatory Mocy(OTM) Funkcjonalne wymagania dla pól GIS , zazwyczaj na odpowiednio przygotocy (moc grupy „Offshorowych” Transne komponentów) nie zwalnia z wykozostaną przedstawione w oparciu o powanym nabrzeżu portowym , gdyż z tego miejsca kompletna MSKalbo jej „TOP-Unit” (średnia waga 5.000 ton) , formatorów od 800 do …1600 MVA), to nania prób WN kompletnie wyposażoglądowy schemat Morskiej Stacji Kolekjest transportowana na miejsce instalacji na morzu, przy użyciu specjalistycznych statków transportowo-montażowych. obiekt odpowiedzialny i skomplikowany technicznie. Normalną praktyką jest kompletne wyposażenie MSK w urządzenia elektryczne, włączając „Offshonej MSK. W referacie będzie analizowany poglądowy schemat główny MSK, oraz konfiguracja pól rozdzielnic w izolacji gazowej (GIS), zoptymalizowanych torowej (MSK), patrz Rys. 2., gdzie cztery „Offshorowe” Transformatory Mocy 400 MVA/66kV/220 kV z atonicznym systemem chłodzenia (patrz Rys. 3), oraz poPo zakończeniu montażu kompletu urządzeń wMSK, stacja powinna przejść próby wysokonapięciowe , dopuszczające ten obiekt do eksploatacji . Zpraktycznych względów dopuszcza się wykonanie prób zdawczo odbiorczych nanabrzeżu portowym , gdyż takie próby ma morzu są czasochłonne i trudne w realizacji . To , że poszczególne komponenty rowe” Transformatory Mocy (OTM), zawyposażenia MSKpoddano próbom WN ( również ze względu na przeprowadzela rozdzielcze GIS są rozmieszczone we próby fabryczne komponentów) nie zwalnia z wykonania próbWNkompletzwyczaj na odpowiednio przygotowanie wyposażonej MSK. W referacie bę nie prób WN w stacji MSK, w możliwie wnętrzu pojedynczej obudowy MSK, dzie analizowany poglądowy schemat główny MSK , oraz konfiguracja pól nym nabrzeżu portowym, gdyż z tego najkrótszym czasie, oraz z zachowaposadowionej na platformie morskiej. rozdzielnic w izolacji gazowej (GIS) , zoptymalizowanychrównież ze względu naprzeprowadzenieprób WN w stacji miejsca kompletna MSK albo jej „TOP- -Unit” (średnia waga 5.000 ton), jest transportowana na miejsce instalacji MSK , w możliwie najkrótszym czasie , niełatwychi odpowiedzialnych prac. niem wymagań bezpieczeństwa podczas wykonywania tych niełatwych i odpowiedzialnych prac. Obecnie Maksymalna moc generowana w pojedynczym „STRINGU” 66 kV (patrz Rys. 2) może osiągać wartość 120 MW, oraz z zachowaniem wymagań bezpieczeństwa podczas wykonywania tych na morzu, przy użyciu specjalistyczw przyszłości nawet 200 MW. Na anali1. nych statków transportowo-montażo Pola(GIS) na napięcia Un = 72,5 1. Pola (GIS) na napięcia Un zowanym schemacie (MSK) 1600 MVA kV oraz Un = 300kV, dostosowane do funkcjonalnych wymagań Morskiej wych. Po zakończeniu montażu kom= 72,5 kV oraz Un = 300 kV, Stacji Kolektorowej (MSK) dużej mocy. /66 kV/220 kV, pokazano podłączenie pletu urządzeń w MSK, stacja powinna dostosowane do funkcjonalnych 16 „STRING” -ów, po 4 do każdej sekcji przejść próby wysokonapięciowe, dopuszczające ten obiekt do eksploatacji. Z praktycznych względów dopuszcza wymagań Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK) dużej mocy. Sposób transportu kompletnej, Morszyn. Zastosowanie czterech jednostek OTM 400 MVA/66 kV/220 kV jest związane z założeniem, że w przypadku odstaSposób transportu kompletnej , Morskiej Stacji Konwerterowej HVDC, oraz jej posadowienie w morzu, pokazano na RYS. 1. To widok kompletnej , Morskiej Stacji Konwerterowej +/-320 kV produkcji ABB , o mocy 924 MW. się wykonanie prób zdawczo odbiorskiej Stacji Konwerterowej HVDC, oraz wienia jednego z transformatorów, trzy

Rys. 1. Widok platformy DolWin-2 ze Stacją Konwerterową HVDC, z kompletem wyposażenia produkcji ABB o mocy 924 MW (masa RYS platformy ok. 20.000 ton) [1]. . 1. Widok platformy DolWin-2 ze Stacją Konwerterową HVDC, z kompletem wyposażenia produkcji ABB o mocy 924 MW (masa platformy ok. 20.000 ton)[1].

pozostałe będą w stanie zasilić pobliblowych GIS typu ELK-04 (Un = 72,5 kV) nej MSK) ograniczniki przepięć ZnO, ską Stację Konwertero wą HVDC o momożna podłączyć 9 kabli (patrz Rys. 4), oraz przek-ładniki napięciowe VT na nacy 1000 – 1100 MW. Do OTM / 400 MVA co dopuszcza obciążenie pola prądem pięciu 66 kV oraz 220 kV, są podłączopo stronie 66 kV podłączono trzy kable jednożyłowe na fazę (patrz Rys. 2), w rezultacie do trzech przedziałów karoboczym do 4000 A. W celu ułatwienia prób zdawczoodbiorczych (próby WN/50Hz/60s kompletnie zmontowaszyn. Zastosowanie czterechjednostek OTM 400 MVA/66 kV/220 kV jest padku odstawienia jednego z transformatorów , trzy pozostałe będą w stanie ne poprzez trójpołożeniowy odłączniko-uziemnik (patrz Rys. 2; Rys. 4; Rys. 5), co eliminuje konieczność demonzwiązane z założeniem , że w przyzasilić pobliską Stację Konwertero

Rys. 2. Schemat poglądowy Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK) 66 kV/220 kV z sumaryczną mocą transformatorów 1600 MVA, zasiRYS. 2. Schemat poglądowy Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK) 66kV/220kVz sumaryczną mocą transformatorów lanej z 16 „STRINGÓW” 66 kV, przewidzianej dla zasilania stacji konwerterowej HVDC o mocy 1000 MW, lub stacji lądowej napięcia 1600 MVA , zasilanej z 16 „STRINGÓW” 66 kV , przewidzianej dla zasilania stacji konwerterowej HVDC o mocy przemiennego 220/400 kV krajowego systemu mocy [1]. 1000MW, lub stacji lądowej napięcia przemiennego 220/400 kV krajowego systemu mocy [1].

tażu tych komponentów GIS na czas Rys. 4) przekładnik napięciowy VT jest Do pól GIS typu ELK-14/300 wyproprób, skutkującego koniecznością odłączany z obydwu stron, po otwarwadzających moc z MSK, są podłąodpompowania gazu izolacyjnego ciu odłączniko-uziemników 5 oraz czone dwa morskie kable „eksportoz danego przedziału GIS, następnie 6, a następnie uziemiany. Po stronie we” 220 kV na fazę, aby w przypadku wytworzenia próżni przed ponow220 kV transformatorów 400 MVA, zauszkodzenia jednego z nich, odłączyć nym napełnieniem gazem. W przystosowano pola rozdzielnicy GIS typu uszkodzony kabel od GIS, a nie uszkopadku pola ELK-04 zasilającego transELK-14/300 z wyłącznikami In = 4000 A; dzonym kontynuować przesył energii formator 400 MVA (patrz Rys. 2 oraz Isc = 63 kA (patrz Rys. 2 oraz Rys. 5). w takiej ilości, aby Stacja Kolektorowa mogła przekazać maksymalną moc generowaną w Moeskiej Farmie Wiatrowej. Powszechnie wiadomo, że najbarzmiany w strukturze chemicznej ZnO dziej awaryjnym elementem urzą, ze względu na tzw. „starzenie elektryczne” , związane ze skumulowaną energi częstych wyładowań silnoprądowych. dzeń łączeniowych są ich napędy, zwłaszcza pracujące w warunkach 2 1 otoczenia z wilgotnym i zasolonym powietrzem. Napędy hydrauliczno- 3 4 6 7 -sprężynowe typu HMB stosowane w wyłącznikach GIS na napięcia 72,5 kV … 550 kV (patrz Rys. 6), wyróżniają się wysoką niezawodnością w porównaniu z innymi typami napędów, co potwierdza parametr MTBF, czyli odstęp czasowy od awarii do awarii, który dla napędów typu HMB wynosi 300 lat. Konstrukcja napędów hydrauliczno-sprężynowych typu HMB została sprawdzona z bardzo dobrym rezultatem w przypadku GIS z Un: 72,5 kV; 220 kV; 275 kV oraz 400 kV, Rys. 3. Widok „Offshorowego” Transformatora Mocy (OTM) z autonomicznym systeeksploatowanych w MSK, rozmieszczoRYS. 3. nych na Platformach Morskich. menm chłodzenia transfor-matora (radiatory na zewnątrz stacji), jednostka bez wenWidok „Offshorowego” Transformatora Mocy (OTM) z autonomicznymsystemenmchłodzenia transfortylatorów, oraz bez wymuszonego obiegu oleju transfor-matorowego [1]. matora (radiatory na zewnątrz stacji) , jednostka bez wentylatorów , oraz bez wymuszonego obiegu oleju transfor zmiany w strukturze chemicznej ZnO, ze względu na tzw. „starzenie elektryczne” , związane ze skumulowaną energią matorowego[1]. częstych wyładowań silnoprądowych. 8 9 10

wąHVDC o mocy 1000 –1100 MW. Do OTM /400 MVA po stronie 66 kV podłączono trzy kable jednożyłowe na fazę (patrz RYS. 2) 2 , w rezultacie do 1 trzech 3 przedziałów 4 kablowych 6 7 GIS typu ELK-04 (Un = 72,5 kV) 7 można 4 3 1 podłączyć 9 kabli(patrz RYS. 4) , co dopuszcza obciążenie pola prądem roboczym do 4000 A. W celu ułatwienia prób zdawczo-odbiorczych (próby WN/50Hz/60s kompletnie zmontowanej MSK) ograniczniki przepięć ZnO , oraz przekładniki napięciowe VT na napięciu 66 kV oraz220 kV , są podłączone poprzez trójpołożeniowy odłączniko-uziemnik (patrz RYS. 2 ; RYS. 4 ; RYS. 5 ) , co eliminuje konieczność demontażu tych komponentów GIS na czas prób , skutkującego koniecznością odpompowania gazu izolacyjnego z danego przedziału GIS, następnie wytworzenia próżni przed ponownym napełnieniem gazem . W przypadku pola ELK-04 zasilającego transformator 400 MVA (patrz RYS. 2 oraz RYS. 4 ) przekładnik napięciowy VT jest odłączany z obydwu stron , po otwarciu odłączniko-uziemników 5 oraz 6 , a następnie uziemiany. Po stronie 220 kV transformatorów 400 MVA , zastosowano pola rozdzielnicyGIS typu ELK-14/300z wyłącznikami In = 4000 A; Isc = 63 kA(patrz RYS. 2oraz Rys.5) . Do pól GIS typu ELK-14/300 wyprowadzających moc z MSK, są podłączone dwamorskie kable „eksportowe” 220 kV na fazę , aby w przypadku uszkodzeniajednego z nich , odłączyć uszkodzonykabelod GIS , a nie uszkodzonym kontynuować przesył energii w takiej ilości , aby Stacja Kolektorowamogła przekazać maksymalną moc generowaną wMoeskiej Farmie Wiatrowej. Powszechnie wiadomo , że najbardziej awaryjnym elementem urządzeń łączeniowych są ich napędy , zwłaszcza pracujące w warunkach otoczenia z wilgotnym i zasolonym powietrzem . Napędy hydrauliczno-sprężynowe typu HMB stosowane wwyłącznikachGIS na napięcia72,5 kV … 550 kV(patrz RYS. 6), wyróżniają się wysoką niezawodnością w porównaniu z innymi typami napędów , copotwierdza parametr MTBF , czyli odstęp czasowy od awarii do awarii , który dla napędów typu HMB wynosi 300 lat . Konstrukcja napędów hydrauliczno-sprężynowych typu HMB została sprawdzona z bardzo dobrym rezultatem w przypadku GIS 8 9 10 z Un : 72,5 kV ; 220 kV ; 275 kV oraz 400 kV , eksploato6 5 wanychw MSK , rozmieszczonych na Platformach Morskich . Rys. 4. Przykład konfiguracji „silnoprądowego” pola 72,5 kV (In = 4000 A; Isc = 63 kA) rozdzielnicy gazowej RYS. 4. Przykład konfiguracji „silnoprądowego” pola 72,5 kV (In = 4000 A ; Isc = 63 kA) rozdzielnicy gazowej 2. Rozmieszczenie ograniczników przepięć ZnO w Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK) , ze względu na skutecznąochronęurządzeń od przepięć , zwłaszcza generowanych przezczęste wyładowaniapiorunowe. W Morskich Farmach Wiatrowych (MFW) szczególnie ważnym zagadnieniem do rozwiązania jest właściwy dobór , typu ELK-04 w Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK) dla zasilania „Offshorowych” Transformatorów Mocy 400 MVA/66 kV/220 kV [1]. 1- ograniczniki przepięć ZnO poszczególnych faz we wspólnej obudowie 2- napęd odłączniko-uziemnika dla odłączenia ZnO od kabli 66 kV, a następie jego uziemienia 7 4 1 3 typu ELK-04 w Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK) dla zasilania „Offshorowych” Transformatorów Mocy 400 MVA/66 kV/220 kV[1] . 1- ograniczniki przepięć ZnO poszczególnych faz we wspólnej obudowie 2- napęd odłączniko-uziemnika dla odłączenia ZnO od kabli 66 kV , a następie jego uziemienia oraz miejsce zainstalowania ograniczników przepięć ZnO. Na schemacie poglądowym Morskiej Stacji Kolektorowej 3- napęd uziemnika szybkiego dla uziemienia kabli 66 kV, podłączonych do wspólnej szyny 3- napęd uziemnika szybkiego dla uziemienia kabli 66 kV , podłączonych do wspólnej szyny (MSK) , patrz RYS. 2 , zasugerowano miejsca zainstalowania ograniczników przepięć ZnO . 4- przekładnik napięciowy (VT) 4- przekładnik napięciowy (VT) MSK są narażone na szybko zmienne przepięcia , generowane w rezultacie wielokrotnych udarów piorunowych w Morskie Turbiny 5- napęd odłączniko-uziemnika dla odłączenia VT od kabli a następnie jego uziemienia 5- napęd odłączniko-uziemnika dla odłączenia VT od kabli a następnie jego uziemienia Wiatrowe (MTW)albo w metalowe komponenty obudowy MSK. 6- odłączniko-uziemnik za wyłącznikiem 6- Wyładowaniapiorunowe w obszarach morskich odłączniko-uziemnik za wyłącznikiem , są niebezpiecznie dla wszystkich urządzeń, zainstalowanych w MSK , jak : „Offshorowe” Transformatory Mocy (OTM) komponenty GIS , a w szczególności przekładniki pomiarowe oraz rozłączne przyłącza kablowe tupu wtykowego. 7- wyłącznik (4000 A/63 kA) 8,9,10 - przedziały dla podłączenia kabli (po trzy kable na fazę, w sumie 9 kabli) 7- wyłącznik (4000A/63 kA) 8,9,10 - przedziały dla podłączenia kabli (po trzy kable na fazę , w sumie 9 kabli) Jednym z elementów oceny gotowości GIS do pracy , jest kontrola stanu ograniczników przepięć ZnO , zainstalowanych w oddzielnym przedziale GIS, i z tego powodu w MSKzalecasię zastosować liczniki aktywacji ZnO (patrz RYS.7) ,a dane z tych urządzeń pozwalająocenić okres jakim należy wymienić ZnO, ze względu na prawdopodobne URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 2/2020 47

ZnO

ZnO

BB

BB

DS/ES DS/ES FAES

FAES

DS/ES

DS/ES DS/ES DS/ES

CB VT VT DS/ES Dwa kable na fazę (2 x 220 kV)

CT

CB VT VT DS/ES Dwa kable na fazę (2 x 220 kV) RYS. 5. Konfiguracja kompletnego pola rozdzielnicy 220 CT kV w izolacji gazowej Typu ELK-14/300 stosowana w Rys. 5. Konfiguracja kompletnego pola rozdzielnicy 220 kV w izolacji gazowej Typu ELK-14/300 stosowana w Morskich Stacjach Ko lektorowych (MSK) prądu przemiennego HVAC dużej mocy. 1- przekładnik napięciowy (VT) podłączony do GIS poprzez odłączniko-uziemnik 2- odłączniko-uziemnik zintegrowany z VT 3- ogranicznik przepięć ZnO podłączony do GIS poprzez odłączniko-uziemnik 4- odłączniko-uziemnik zintegrowany z ZnO RYS. 5. Konfiguracja kompletnego pola rozdzielnicy 220kV w izolacji gazowej Typu ELK-14/300 stosowana w Morskich Stacjach Kolektorowych(MSK) prądu przemiennego HVAC dużej mocy. 1- przekładnik napięciowy (VT) podłączony do GIS poprzez odłączniko-uziemnik 2- odłączniko-uziemnik zintegrowany z VT 3- ogranicznik przepięć ZnO podłączony do GIS poprzez odłączniko-uziemnik Morskich Stacjach Kolektorowych(MSK) prądu przemiennego HVAC dużej mocy. 1- przekładnik napięciowy (VT) podłączony do GIS poprzez odłączniko-uziemnik 2- odłączniko-uziemnik zintegrowany z VT 3- ogranicznik przepięć ZnO podłączony do GIS poprzez odłączniko-uziemnik 4- odłączniko-uziemnik zintegrowany z ZnO 5- podłączenie dwóch kabli 220 kV do jednej fazy 5- podłączenie dwóch kabli 220 kV do jednej fazy 4- odłączniko-uziemnik zintegrowany z ZnO 5- podłączenie dwóch kabli 220 kV do jednej fazy

RYS. 6. Parametr MTBF potwierdzajacy niezawodność napędów hydrauliczno-sprężynowych typu HMB , przystosowanych do długotrwałej eksploatacji GIS w Morskich Stacji Kolektorowych(MSK). Rys. 6. Parametr MTBF potwierdzajacy niezawodność napędów hydrauliczno-sprężynowych typu HMB, przystosowanych do dłu gotrwałej eksploatacji GIS w Morskich Stacji Kolektorowych (MSK).

2. Rozmieszczenie niem do rozwiązania jest właściwy dopiorunowych w Morskie Turbiny Wiaograniczników przepięć ZnO bór, oraz miejsce zainstalowania ograRYS. 6. Parametr MTBF potwierdzajacy niezawodność napędów hydrauliczno- trowe (MTW) albo w metalowe komsprężynowych typu HMB , przystosow Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK), ze względu na skuteczną niczników przepięć ZnO. Na schemacie poglądowym Morskiej Stacji Kolektoroponenty obudowy MSK. Wyładowania piorunowe w obszarach morskich, są wanych do długotrwałej eksploatacji GIS w Morskich Stacji Kolektorowych(MSK). ochronę urządzeń od przepięć, wej (MSK), patrz Rys. 2, zasugerowano niebezpiecznie dla wszystkich urzązwłaszcza generowanych przez miejsca zainstalowania ograniczników dzeń, zainstalowanych w MSK, jak: „Ofczęste wyładowania piorunowe. przepięć ZnO. MSK są narażone na fshorowe” Transformatory Mocy (OTM) W Morskich Farmach Wiatrowych szybko zmienne przepięcia, generowakomponenty GIS, a w szczególności (MFW) szczególnie ważnym zagadniene w rezultacie wielokrotnych udarów przekładniki pomiarowe oraz rozłącz

5

3

4

Rys. 7. Przykład wielopolowej rozdzielnicy w izolacji gazowej typu ELK-04, zainstalowanej w morskiej Stacji Kolektorowej HVAC wielkiej mocy po stronie 66 kV (prąd szyn zbiorczych 4000 A prąd wyłączalny 63 kA) [1] 1- napęd hydrauliczno-sprężynowy wyłącznika typu HMB RYS. 7. Przykład wielopolowej rozdzielnicy w izolacji gazowej typu ELK-04 , zainstalowanej w morskiej Stacji 2- szafy sterujące z przekaźnikami zabezpieczeniowymi Kolektorowej HVAC wielkiej mocy po stronie 66 kV (prąd szyn zbiorczych 4000 A prąd wyłączalny 63 kA) [1] 3- ograniczniki przepięć ZnO trzech faz we wspólnej obudowie 4- liczniki zadziałań ograniczników ZnO w poszczególnych fazach 1- napęd hydrauliczno-sprężynowy wyłącznika typu HMB 5- uziemniki szybkie szyn zbiorczych 2- szafy sterujące z przekaźnikami zabezpieczeniowymi 3- ograniczniki przepięć ZnO trzech faz we wspólnej obudowie 4- liczniki zadziałań ograniczników ZnO w poszczególnych fazach 5- uziemniki szybkie szyn zbiorczych

Morska Stacja Kolektorowa(MSK)dużej mocy jest obecnie zasilana ze 100 -120 Morskich Turbin Wiatrowych o mocy 10 MW , a niedługo z jednostek o mocy 12 MW. To rozproszone źrodla generaji energii - względnie małej mocy ( w porównaniu z genratorami elektrownianymi) , a dodatkowo energia jest z nich przekazywana do MSK poprzezwzględnie długie połączenia kablowe , czyli połączenia odużej pojemnościwłasnej . Do „Offshorowych”TransformatorówMocy (OTM) po stronie 220 kV są podłączone morskie kable „eksportowe” ( 30 ….60 km !) , zwykle z kompensacją strat mocy biernej. W takim systemie przekazywania dużych mocy , należy brać pod uwagę złożone przebiegi słabo tłumionych stanów przejściowych. Dla przykładu pokzano oscylogram z próby typu GIS , polegajacej na wyłączeniu prądu dławika dużej mocy , patrz RYS. 8, z zatem komponentu stosowanego dla kompenscji strat w dużej pojemności połączeń kablowych na terytorium MFW. W przypadku zwarcia doziemnego pojemność danego kabla jest „zwarta” ale do tego kablanadal jest podłączony dławik kompemnsacyjny , i przebieg słabotłumionych oscylacji napięcia powrotnego TRV , pokazany na RYS. 8 - nie jest daleki o rzeczywistości . Jeśli w komorze wyłącznika nastąpi zapłon ponowny , i to nie z poowodu bardzo dużej wartości wyłączonego porądu ( zwykle kikaset amper ) a z powodu np. słabotłumionego przebiegu napięcia powrotngo TRV (patrz RYS. 8) , to generacja bardzo wysokich przepięć w sieci MFW będzie występowala z bardzo dużym prawdopodobieństwem , i w takiej sytuacja pobudzenie do działania ogranicznikow ZnO może zapobiedz uszkodzeniu izolacji podstawowych komponentówMSK oraz kabli morskichWN To bezpośredni powód sugestii autora , aby nie oszczędzać na stosowaniu ograniczników przepięć ZnO, i stosować je z bezpośrednim sąsiedztwie OTM , zarówno po stronie niskiego jak i wysokiego napięcia (patrz RYS. 2) , oraz zintegrować ZnO ze wszystkimi przyłączmi kablowymi - rozłącznymi GIS typu wtykowego. Tak duża ilość ogranicznikow przepięć ZnO w wzglednie złożonym schamacie MSK , utrudnia przeprowadzenie prób WN takiego kompletnie zmontowanego obiektu , ale zastosowanie trójpołożeniowych , zintegrowanych aparatów w postaci odłączniko-uziemników, porzez które ZnO podłączono do innych elementow MSK (patrz RYS. 2),znakomicie ułatwia

Rys. 8 Przykład przebiegu słabo tłumionego napięcia powrotnego TRV, po wyłączeniu prądu obiążenia dławika kompensacyjnego [2]. RYS. 8 Przykład przebiegu słabo tłumionego napięcia powrotnego TRV , po wyłączeniu prądu obiążenia dławika kompensacyjnego [2].

Rys. 9 Potwierdzenie krótkiego, całkowitego czasu wyłączenia zwarcia, charakteRystyczna cecha wyłączników GIS produkcji ABB, stosowanych w Morskich Stacjach Kolektorowych dużych mocy [3]. RYS. 9 Potwierdzenie krótkiego, całkowitego czasu wyłączenia zwarcia , charakterystyczna cecha wyłączników GIS produkcjiABB , stosowanych w MorskichStacjachKolektorowych dużychmocy [3].

WNIOSKI ne przyłącza kablowe tupu wtykoweprzejściowych. Dla przykładu pokzano ZnO ze wszystkimi przyłączmi kabloJeśli wziąć pod uwagę sposób go. Jednym z elementów oceny goto ograniczenia kosztów wieloletniego utrzymania w ruchu Morskiej Stacji Kolektorowej oscylogram z próby typu GIS, polegajawymi - rozłącznymi GIS typu wtykowedużej mocy , to dobór urządzeń łączeniowych oraz transformatorów mocy , w oparciu o przestrzeganie prawidłowo wości GIS do pracy, jest kontrola stanu cej na wyłączeniu prądu dławika dużej go. Tak duża ilość ogranicznikow przesformułowanych wymagań technicznych - porównywalnych w wymaganiami dla ograniczników przepięć ZnO, zainstalomocy, patrz Rys. 8, z zatem komponenurządzeń pracujących w obwodach pięć ZnO w wzglednie złożonym schapotrzeb własnychelektrowni jądrowych,jest niezwykle ważnydlaosiągnieciatego celu. wanych w oddzielnym przedziale GIS, tu stosowanego dla kompenscji strat macie MSK, utrudnia przeprowadzenie i z tego powodu w MSK zaleca się zaw dużej pojemności połączeń kabloprób WN takiego kompletnie zmonZ racji miejsca usytuowania oraz stosować liczniki aktywacji ZnO (patrz warunków pracy Morskiej Stacji Kolektorowej wych na terytorium MFW. W przypad(MSK) , należy zastosować bardzo towanego obiektu, ale zastosowanie skuteczną ochronę izolacji urządzeń stacyjnych WN, nie tylkoprzed przepięciami Rys. 7), a dane z tych urządzeń pozwaku zwarcia doziemnego pojemność dagenerowanymiw rezultacieczęstych trójpołożeniowych, zintegrowanych udarów piorunowych dużej mocy, ale i ze względu na możliwość występowania słabo tłumionych przepięć łączeniowych , jakie mogą być przyczyną zapłonów ponownych w komorach gaszeniowych wyłączników , co nieuchronnie prowadzi do generacji bardzo wysokich przepięć . Dlatego miejsce zainstalowaniaoraz właściwydobórograniczników przepięć ZnO , bezpośrednio wpływa na wieloletnią pracę MSK–bez częstych uszkodzeń izolacji jej podstawowych elementów. lają ocenić okres jakim należy wymienić ZnO, ze względu na prawdopodobne zmiany w strukturze chemicznej ZnO, ze względu na tzw. „starzenie elektrycznego kabla jest „zwarta” ale do tego kabla nadal jest podłączony dławik kompemnsacyjny, i przebieg słabotłumionych oscylacji napięcia powrotnego aparatów w postaci odłączniko-uziemników, porzez które ZnO podłączono do innych elementow MSK (patrz Rys. 2), znakomicie ułatwia wykonanie tych ne”, związane ze skumulowaną energią TRV, pokazany na Rys. 8 - nie jest daleki niezbednych prac przed uruchomieProjektując schemat główny MSK częstych wyładowań silnoprądowych. należy wziąć pod uwagę próby WN , jakie o rzeczywistości. Jeśli w komorze wynależy wykonywać w MSK przed niem MSK. Prawidlowo dobrane oraz dopuszczeniem tego obiektu do eksploatacji , co jest związaneze specyfiką prób Morska Stacja Kolektorowa (MSK) dułącznika nastąpi zapłon ponowny, i to GIS o względniezłożonej konfiguracji zamontowane ograniczniki przepięć oraz z utrudnionym dostępemdo żej mocy jest obecnie zasilana ze 100 komponentówGIS oraz elementów „Offshorowych”TransformatorówMocy(OTM) nie z poowodu bardzo dużej wartości ZnO mogą kilkukrotnie przedlużyć czas ze względu na bardzo ograniczone wymiary wnętrzaMSK, dodatkowo respektując wymagania odnośnieredundancjiw - 120 Morskich Turbin Wiatrowych wyłączonego porądu ( zwykle kikaset życia izolacji wszystkich komponentów grupie OTM oraz w doborze morskich „kabli”eksportowych. o mocy 10 MW, a niedługo z jednostek amper) a z powodu np. słabotłumioMorskiej Stacji Kolektorowej. Szczególnie w MSK jest uzasadnione stosowanie szybkich wyłączników w GIS orazszybkichzabezpieczeń, z możliwienajkrótszym, sumarycznymczasemwyłączeniazwarcia, zwłaszczajeśliwziąć pod uwagę fakt , że MSK mogą zasilać Morskie Stacje Konwerterowe HVDC z bardzo drogimi elementami półprzewodnikowymi(np. z tranzystorami IGBT) , wrażliwymina czas przepływudużego prądu. o mocy 12 MW. To rozproszone źrodla generaji energii - względnie małej mocy ( w porównaniu z genratorami elektrownianymi), a dodatkowo energia jest z nich przekazywana do MSK nego przebiegu napięcia powrotngo TRV (patrz Rys. 8), to generacja bardzo wysokich przepięć w sieci MFW będzie występowala z bardzo dużym prawdopodobieństwem, i w takiej sytuacja 3. Szybkie wyłączniki stosowane w GIS dla Morskich Stacji Kolektorowych (MSK), wymaganie uzasadnione poprzez względnie długie połączenia pobudzenie do działania ograniczniwarunkami pracy chronionych kablowe, czyli połączenia o dużej pokow ZnO może zapobiedz uszkodzeniu urządzeń. jemności własnej. Do „Offshorowych” izolacji podstawowych komponentów Jednym z najważniejszych kryteriów doTransformatorów Mocy (OTM) po stroMSK oraz kabli morskich WN To bezpoboru danego typu GIS do pracy w Mornie 220 kV są podłączone morskie kable średni powód sugestii autora, aby nie skiej Stacji Konwerterowej (MSK), zwłasz„eksportowe” ( 30 ….60 km !), zwykle oszczędzać na stosowaniu ogranicznicza dużej mocy jest sumaryczny czas z kompensacją strat mocy biernej. W taków przepięć ZnO, i stosować je z bezwyłączenia zwarcia, co jest szczególkim systemie przekazywania dużych pośrednim sąsiedztwie OTM, zarówno nie uzasadnione jeśli wziąć pod uwagę mocy, należy brać pod uwagę złożopo stronie niskiego jak i wysokiego nafakt, że MSK mogą zasilać Morskie Stacje ne przebiegi słabo tłumionych stanów pięcia (patrz Rys. 2), oraz zintegrować Konwerterowe HVDC z bardzo drogimi

elementami półprzewodnikowymi np. z tranzystorami mocy typu IGBT, z natury wrażliwymi na czas przepływu dużego prądu. Wyłączniki, stosowane w polach GIS 72,5 kV …550 kV produkcji ABB są szybkie, co w połączeniu w krótkim czasem zabezpieczeń cyfrowych, efektywnie skraca całkowity czas wyłączenia zwarcia, również w przypadku wyłączenia asymetrycznego prądu zwarciowego, patrz Rys. 9. Jeśli założyć: czas własny zabezpieczenia: 10 ms ( np. zabezpieczenie różnicowe transformatora); zmierzony czas własny wyłącznika ok. 20 ms (patrz Rys. 9) oraz dodać zmierzony czas łukowy ok. 10 ms po wyłączeniu prądu zwarciowego asymetrycznego, to całkowity czas wyłączenia zwarcia nie przekroczy 40 ms ! [3].

Wnioski Jeśli wziąć pod uwagę sposób ograniczenia kosztów wieloletniego utrzymania w ruchu Morskiej Stacji Kolektorowej dużej mocy, to dobór urządzeń łączeniowych oraz transformatorów mocy, w oparciu o przestrzeganie prawidłowo sformułowanych wymagań technicznych - porównywalnych w wymaganiami dla urządzeń pracujących w obwodach potrzeb własnych elektrowni jądrowych, jest niezwykle ważny dla osiągniecia tego celu. Z racji miejsca usytuowania oraz warunków pracy Morskiej Stacji Kolektorowej (MSK), należy zastosować bardzo skuteczną ochronę izolacji urządzeń stacyjnych WN, nie tylko przed przepięciami generowanymi w rezultacie częstych udarów piorunowych dużej mocy, ale i ze względu na możliwość występowania słabo tłumionych przepięć łączeniowych, jakie mogą być przyczyną zapłonów ponownych w komorach gaszeniowych wyłączników, co nieuchronnie prowadzi do generacji bardzo wysokich przepięć. Dlatego miejsce zainstalowania oraz właściwy dobór ograniczników przepięć ZnO, bezpośrednio wpływa na wieloletnią pracę MSK – bez częstych uszkodzeń izolacji jej podstawowych elementów. Projektując schemat główny MSK należy wziąć pod uwagę próby WN, jakie należy wykonywać w MSK przed dopuszczeniem tego obiektu do eksploatacji, co jest związane ze specyfiką prób GIS o względnie złożonej konfiguracji oraz z utrudnionym dostępem do komponentów GIS oraz elementów „Offshorowych” Transformatorów Mocy (OTM) ze względu na bardzo ograniczone wymiary wnętrza

MSK, dodatkowo respektując wymagania odnośnie redundancji w grupie OTM oraz w doborze morskich „kabli” eksportowych. Szczególnie w MSK jest uzasadnione stosowanie szybkich wyłączników w GIS oraz szybkich zabezpieczeń, z możliwie najkrótszym, sumarycznym czasem wyłączenia zwarcia, zwłaszcza jeśli wziąć pod uwagę fakt, że MSK mogą zasilać Morskie Stacje Konwerterowe HVDC z bardzo drogimi elementami półprzewodnikowymi (np. z tranzystorami IGBT), wrażliwymi na czas przepływu dużego prądu.

Dr inż. Aleksander Gul ABB Power Grids Poland Sp. z o.o. ekspert SEP , członek PKWSE

Literatura: [1] A. Gul, „Innowacyjne rozwiązania zastosowane w Kompleksie Morskich Farm Wiatrowych Wielkiej Mocy, z uwzględnieniem wymagań dla zabezpieczenia morskiej sieci kablowej prądu stałego”. Studium rozmieszczone na stronie SEP, 2019. [2] Raport Próby Typu, PEHLA No.11088Ba, Laboratorium PEHLA Baden, Szwajcaria [3] Raport Próby Typu, PEHLA No .10065Ba, Laboratorium PEHLA Baden, Szwajcaria n