Soluzione di progettazione elettrica e coordinamento delle protezioni per sistemi a trasformatore a stato solido (SST)

I. Colli di bottiglia tecnici nell'integrazione dei sistemi SST

Disallineamento temporale nel coordinamento tra più armadi

• La risposta di protezione dell'elettronica di potenza dell'armadio di potenza (SST) opera a livello di microsecondi, mentre la protezione a relè dell'armadio ad alta tensione opera a livello di millisecondi. Questa discrepanza temporale crea una "zona cieca" nel coordinamento delle protezioni durante i guasti, esponendo i dispositivi a semiconduttore di potenza ai rischi di danni da sovratensione e sovracorrente.

• Il tempo di interruzione intrinseco dell'interruttore automatico ad alta tensione (30–60 ms) è di gran lunga più lento del limite di sopportazione dei dispositivi IGBT/SiC nell'armadio di potenza (<10 μs). Pertanto, il sistema SST deve implementare una protezione autonoma limitatrice di corrente prima che l'armadio ad alta tensione possa intervenire.

Trasformatori allo Stato Solido Modulari Serie RW-SST

Interazione dei segnali ridondante e complessa

• Esiste un gran numero di segnali cablati tra gli armadi (ad esempio, stato del sezionatore, stato dell'interruttore di terra, vari allarmi di guasto), che si traducono in un instradamento complesso dei cavi di controllo e in morsettiere sovraffollate tra gli armadi.

• L'assenza di un meccanismo unificato di classificazione dei guasti porta a strategie di protezione ambigue, con azioni di risposta per diversi tipi di guasto che si basano sul giudizio manuale in loco.

Conflitti di accoppiamento nella progettazione dell'alimentazione e del sistema di raffreddamento

• Il TP (trasformatore di potenziale) dell'armadio ad alta tensione può fornire circa 500 VA di potenza di controllo, ma il consumo di energia della ventola di raffreddamento può raggiungere il livello del kilowatt. Se si facesse pieno affidamento sull'alimentazione esterna, sarebbe necessario un alimentatore aggiuntivo in bassa tensione in ingresso, aumentando i costi e l'ingombro del sistema.

• Nello schema di raffreddamento ad aria forzata, il consumo di energia della ventola non viene considerato nei calcoli dell'efficienza complessiva del sistema, compromettendo potenzialmente l'efficienza target del sistema SST del 98%.

II. Soluzioni principali e traguardi tecnici

(A) Progettazione del sistema di protezione collaborativo a tre livelli

Svolta chiave: Istituzione di un meccanismo di "protezione indipendente, coordinamento graduato". La protezione hardware a livello di microsecondi interviene per prima per colmare la "zona cieca temporale" della risposta del quadro ad alta tensione a livello di millisecondi, con i tre livelli di protezione che si coordinano in sequenza e si supportano a vicenda.

(B) Acquisizione dei segnali e progettazione di razionalizzazione delle interfacce

Principio di progettazione: "Comunicazione come primaria, punti cablati come secondari, interfacce razionalizzate, evitare la ridondanza, condivisione delle risorse"

Ottimizzazione dell'acquisizione dei segnali del quadro ad alta tensione

Specifica dell'interfaccia di interconnessione unificata per l'intero sistema

Meccanismo di classificazione dei guasti a tre livelli

(C) Progettazione ottimizzata di reattori e protezione contro i cortocircuiti

Svolta chiave: La protezione dai cortocircuiti dell'armadio di potenza non dipende dall'impedenza fisica del reattore; si basa principalmente sulla modulazione elettronica di potenza attiva per la limitazione della corrente. La velocità di protezione supera di gran lunga la risposta a livello di millisecondi dell'armadio ad alta tensione, garantendo la sicurezza operativa dei dispositivi semiconduttori di potenza.

(D) Progettazione coordinata dei sistemi di alimentazione e raffreddamento

Coordinamento dell'alimentazione

Gestione dell'efficienza del raffreddamento

(E) Condivisione delle risorse e progettazione della ridondanza

III. Confronto dei parametri tecnici chiave

IV. Misure di salvaguardia per l'implementazione ingegneristica

Processo di verifica della logica di protezione

• Fase 1: Consolidare la logica di protezione elettronica di potenza ed elettrica; produrre documentazione unificata

• Fase 2: Produrre un elenco di controllo dei tipi di segnale in uscita dalla protezione a microprocessore per supportare la progettazione dell'interfaccia

• Fase 3: Confermare la selezione di sensori a effetto Hall ad alta larghezza di banda 400 kHz+

• Fase 4: Messa in servizio e prove integrate della protezione per la classificazione dei guasti a tre livelli

Strategie di coordinamento della progettazione

V. Riepilogo dei vantaggi della soluzione

• Coordinamento perfetto della protezione:La protezione hardware a livello di microsecondi colma la zona cieca di risposta a livello di millisecondi dell'armadio ad alta tensione; la protezione a tre livelli si coordina in sequenza.
• Interfaccia del segnale semplificata ed efficiente:Approccio con comunicazione primaria e punti cablati secondari; riduce i punti cablati di oltre il 60%; semplifica il cablaggio.
• Classificazione dei guasti chiara e controllabile:Il meccanismo di guasto a tre livelli definisce strategie di risposta chiare; elimina la dipendenza dal giudizio manuale in loco.
• Condivisione delle risorse economicamente efficiente:Condivisione dei sensori + riserva di IO + semplificazione del circuito di controllo; riduce i costi hardware.
• Ottimizzazione coordinata dell'alimentazione e del raffreddamento:Alimentazione PT + controllo intelligente della velocità della ventola; supporta un'efficienza target complessiva del sistema del 98%.
• Conformità totale agli standard:Pienamente conforme ai requisiti di progettazione standardizzati di State Grid; interfacce unificate e scalabilità flessibile.