Assessment of the Transient Behavior of Mixed HVDC Transmission Exposed to Multi Flash Lightning Stroke

Abstract

This work presents the results concerning the PSCAD/EMTDC simulation of bipolar flashes on the high voltage direct current (HVDC) transmission system comprising of overhead lines (OHL) and an underground cable (UGC) section. Effect of bipolar lightning strokes on high voltage transmission lines is a poorly studied subject, due to their intrinsic nature of high magnitudes of bipolar electrical discharge in comparatively long time periods, the extent of hazards caused by them are more horrendous. Study to take protective measures against such strokes in the prone areas, has become inevitable due to increasing demand of reliable power generation and delivery. In this study waveshape of a bipolar lightning stroke (positive first stroke followed by a negative subsequent stroke with an interval of 3 ms) has been simulated. Effect of adjacent towers, different cable lengths, length of the riser section, different magnitudes of lightning stroke and mid intervals on the induced over voltage has been analyzed. Reflections from inside of the cable at the cable entrance superimposed with the incoming voltage surge and developed voltage dips. Riser section length and the front time of the lightning stroke greatly influence the insulation of cable. Cable insulation is fragile and less resistant to the over voltage stress. Cable insulation can completely fail in critical situations like the event of bipolar lightning, which has comparatively more current magnitude and time to peak.|PSCAD / EMTDC 프로그램을 이용하여 가공선(OHL) 및 지중 케이블(UGC)로 구성된 HVDC 전송 시스템에서 양극성 낙뢰 충격에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 양극성 낙뢰 충격으로 인한 HVDC 송전선로의 손상은 양/부극성 낙뢰보다 긴 시간동안 높은 전기적 방전이 발생하기 때문에 더 위험하지만, 이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 안정적인 발전 및 전력 공급에 대한 요구가 증가함에 따라 취약지역에서 양극성 낙뢰 충격에 대한 보호 조치를 취하기 위한 연구는 필수적이다. 본 논문에서는 양극성 낙뢰 충격(양극 첫 번째 낙뢰 충격에 이어 3 ms 간격으로 음의 낙뢰 충격 발생) 파형을 시뮬레이션 하였다. 인접한 타워, 지중 케이블의 길이, 라이저 섹션의 길이, 양극성 낙뢰 충격의 피크 크기 및 유도된 과전압에 대한 time interval 의 영향이 분석되었습니다. 케이블 인입구의 내부에서 들어오는 반사는 중첩으로 인한 전압 서지 및 전압 강하를 나타낸다. 라이저 섹션 길이와 낙뢰의 파두 시간은 케이블 절연에 큰 영향을 미친다. 케이블 절연은 가공선보다 절연내력이 낮고, 과전압 스트레스에 의해 저항이 떨어진다. 케이블 절연은 양극성 번개와 같은 극한의 과전압 스트레스에 의해 절연파괴가 발생하며, 이는 양/부극성 낙뢰보다 전류 크기 및 피크 시간이 더 높기 때문이다. 첫 장(1 장 및 2 장)에서는 연구의 동기와 배경을 소개한다. 신기술의 필요성, 선행 연구된 논문의 결점에 대한 문헌 검토가 진행되었다. 3 장에서는 HVDC 송전선로에 대한 시간 영역 시뮬레이션의 다양한 구성 요소를 분석하였다. 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 구성 요소를 정확하게 모델링하는 것이 중요하다. 지중 케이블과 가공선은 ULM(Universal Line Model)을 사용하여 모델링하였다. 고주파 범위에서는 높은 정밀도와 정확도를 보인다. HVDC tower footing impedance, 절연체, 양극성 낙뢰 충격 및 서지 어레스트의 주파수 의존 모델을 선택하는 이유를 설명한다. 4 장에서는 mixed hvdc 라인에서 양극성 낙뢰 충격에 의해 발생하는 fast front transient 현상의 동작을 평가하였다. 이 분석은 주로 낙뢰 파형의 피크, 파두 및 감쇠 시간, 전류 시간 간격이 0 일 때 및 tower footing impedance 와 같은 다양한 시뮬레이션 변수의 영향을 기반으로 한다. 5 자에서는 HVDC 라인의 뇌과전압 및 극성 반전 스트레스에 대한 분석 추론과 함께 자세한 논의가 수행된다. 가공선-케이블 접합부와 타워-접지 저합부 두 위치에서 반사파의 영향을 고려해야 한다. 또한 가공선 절연체에 비해 케이블 절연의 감도 레벨이 높아짐에 따라 절연 협조의 필요성에 대한 평가가 이어진다. 6 장은 논문 연구의 주요 결과와 향후 연구를 위한 방향을 제시한다.