Solution de conception électrique et de coordination des protections pour les systèmes de transformateurs à état solide (SST)

I. Goulots d'étranglement techniques dans l'intégration des systèmes SST

Désynchronisation temporelle de la coordination multi-armoires

• La réponse de la protection électronique de puissance de l'armoire de puissance (SST) fonctionne au niveau de la microseconde, tandis que la protection par relais de l'armoire haute tension fonctionne au niveau de la milliseconde. Cet écart temporel crée une « zone aveugle » dans la coordination de la protection lors des défauts, exposant les dispositifs semi-conducteurs de puissance aux risques de dommages par surtension et surintensité.

• Le temps de coupure inhérent du disjoncteur haute tension (30–60 ms) est bien plus lent que la limite de tenue des dispositifs IGBT/SiC dans l'armoire de puissance (<10 μs). Par conséquent, le système SST doit mettre en œuvre une protection autonome par limitation de courant avant que l'armoire haute tension ne puisse agir.

Transformateurs modulaires à état solide de la série RW-SST

Interaction de signaux redondante et complexe

• Un grand nombre de signaux inter-armoires câblés en dur existent (par exemple, état des sectionneurs, état des interrupteurs de mise à la terre, diverses alarmes de défaut), ce qui entraîne un routage complexe des câbles de commande et des blocs de bornes surchargés entre les armoires.

• L'absence d'un mécanisme unifié de classification des défauts conduit à des stratégies de protection ambiguës, les actions de réponse pour différents types de défauts reposant sur un jugement manuel sur site.

Conflits de couplage dans la conception de l'alimentation électrique et du système de refroidissement

• Le TP (transformateur de potentiel) de l'armoire haute tension peut fournir environ 500 VA de puissance de commande, mais la consommation d'énergie du ventilateur de refroidissement peut atteindre le niveau du kilowatt. En cas de dépendance totale à l'alimentation externe, une arrivée basse tension supplémentaire serait nécessaire, augmentant ainsi le coût et l'encombrement du système.

• Dans le cadre du schéma de refroidissement par air forcé, la consommation d'énergie du ventilateur n'est pas prise en compte dans les calculs de rendement global du système, ce qui pourrait compromettre l'objectif de rendement de 98 % du système SST.

II. Solutions principales et percées techniques

(A) Conception d'un système de protection collaboratif à trois niveaux

Avancée majeure : Établissement d'un mécanisme de « protection indépendante, coordination hiérarchisée ». La protection matérielle à l'échelle de la microseconde agit en premier pour combler la « zone aveugle temporelle » de la réponse de l'armoire haute tension à l'échelle de la milliseconde, les trois niveaux de protection se coordonnant séquentiellement et assurant une sauvegarde mutuelle.

(B) Acquisition de signaux et conception de la rationalisation des interfaces

Principe de conception : « Communication en priorité, points câblés en dur en secondaire, interfaces rationalisées, suppression des redondances, partage des ressources »

Optimisation de l'acquisition de signaux de l'armoire haute tension

Spécification de l'interface d'interconnexion unifiée pour le système complet

Mécanisme de classification des défauts à trois niveaux

(C) Conception optimisée du réacteur et de la protection contre les courts-circuits

Principale percée : La protection contre les courts-circuits de l'armoire de puissance ne dépend pas de l'impédance physique du réacteur ; elle repose principalement sur la modulation électronique de puissance active pour la limitation du courant. La vitesse de protection dépasse de loin la réponse de l'ordre de la milliseconde de l'armoire haute tension, garantissant ainsi la sécurité de fonctionnement des dispositifs à semiconducteurs de puissance.

(D) Conception coordonnée des systèmes d'alimentation et de refroidissement

Coordination de l'alimentation électrique

Gestion de l'efficacité du refroidissement

(E) Partage des ressources et conception de la redondance

III. Comparaison des paramètres techniques clés

IV. Mesures de garantie de la mise en œuvre technique

Processus de vérification de la logique de protection

• Phase 1 : Consolider la logique de protection électronique de puissance et électrique ; produire une documentation unifiée

• Phase 2 : Émettre la liste de contrôle des types de signaux issus de la protection par micro-ordinateur pour soutenir la conception de l'interface

• Phase 3 : Confirmer la sélection de capteurs à effet Hall à large bande passante supérieure à 400 kHz

• Phase 4 : Mise en service et tests intégrés de la protection de classification des défauts à trois niveaux

Stratégies de coordination de la conception

V. Résumé des avantages de la solution

• Coordination transparente de la protection :La protection matérielle au niveau microseconde comble la zone aveugle de réponse au niveau milliseconde de l'armoire haute tension ; la protection à trois niveaux se coordonne de manière séquentielle.
• Interface de signal rationalisée et efficace :Approche privilégiant la communication en primaire et les points câblés en secondaire ; réduit les points câblés de plus de 60 % ; simplifie le câblage.
• Classification des défauts claire et contrôlable :Le mécanisme de défaut à trois niveaux définit des stratégies de réponse claires ; élimine la dépendance au jugement manuel sur site.
• Partage des ressources rentable :Partage des capteurs + réservation des E/S + rationalisation du circuit de commande ; réduit les coûts matériels.
• Optimisation coordonnée de l'alimentation et du refroidissement :Alimentation par transformateur de tension + contrôle intelligent de la vitesse du ventilateur ; prend en charge un objectif de rendement global du système de 98 %.
• Conformité à 100 % aux normes :Entièrement conforme aux exigences de conception normalisée de State Grid ; interfaces unifiées et évolutivité flexible.