Methode zur automatischen Isolierung von Fehlern an Kundengeräten durch Lastschalter in Verteilnetzen

1 Übersicht

Die Sicherheit des Verteilnetzes wurde lange Zeit vernachlässigt, und die Automatisierung ist hinter der Umspannwerksautomatisierung zurückgeblieben. Das Setzen von Linienabschnittspunkten in den 10-kV-Schaltstellen bestehender Umspannwerke erfüllt zukünftige Netzanforderungen. Die Konfiguration von Verteilerleitschaltern, Abschnittsschaltern und Schutzvorrichtungen muss dem Ausgangsleitungsschutz des Umspannwerks entsprechen, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Fehlerisolation, Selbstheilung und Wiederherstellung sind entscheidend für die Verteilnetzautomatisierung.

Wissenschaftler haben die Optimierung der Fehlersuche und -behebung in intelligenten Verteilnetzen (mit mehreren Energiequellen, intermittierenden Quellen und Energiespeicher) untersucht, aber nicht die Fehlerisolation auf Basis von Lastschaltern. Nehmen wir beispielsweise die Leitung in Abbildung 1: Der Abschnittsschalter S3 dient den Nutzern A, B, C. Ein Fehler bei A löst das Auslösen von S3 aus. Bei vorübergehenden Fehlern kann ein erfolgreicher Neuschluss erfolgen; bei anhaltenden Fehlern kommt es zu Ausfällen bei B und C, was die Produktion stört, die Versorgung unterbricht und die Fehlerbehebung erschwert (da S3 den Fehler nicht lokalisieren kann und eine Stelle nach der anderen überprüft werden muss). Daher ist dringend eine Methode oder ein Gerät mit Lastschaltern erforderlich, um Fehler zu isolieren und fehlerhafte Nutzer zu identifizieren. S3 sollte erfolgreich für nichtfehlerhafte Nutzer neu geschlossen werden, unabhängig vom Nutzer- oder Fehlertyp (vorübergehend oder anhaltend).

2 Methode zur effektiven Isolierung von Fehlern in Stromnutzereinrichtungen mit Lastschaltern

Ein Lastschalter, ein Schaltgerät zwischen einem Schützer und einem Trennschalter, verfügt über eine einfache Bogenlöschvorrichtung. Er kann Nennlaststrom und einige Überlastströme unterbrechen, aber keinen Kurzschlussfehlerstrom. Wenn also die Einrichtung eines beliebigen Nutzers ausfällt, schaltet nur der Abschnittsschalter S3 zum Schutz. Wenn das Gerät den fehlerhaften Nutzer erkennt und dessen Lastschalter vor dem Neuschluss von S3 ausschaltet, wird der fehlerhafte Nutzer isoliert und S3 schließt erfolgreich. Durch Senden der Informationen über den fehlerhaften Nutzer an das Betriebs- und Instandhaltungspersonal (O&M) per Textnachricht können diese schnell reagieren, wodurch die Arbeitsbelastung reduziert, die Versorgungszuverlässigkeit verbessert und die Stromversorgung für nichtfehlerhafte Nutzer sichergestellt wird.

3 Technischer Weg zur effektiven Isolierung von Fehlern in Stromnutzereinrichtungen mit Lastschaltern
3.1 Prozess des technischen Logikmoduls

Nehmen wir als Beispiel einen Fehler in der Einrichtung von Nutzer A. Installieren Sie ein Fehlersuchgerät an seinem Lastschalter (siehe Abbildung 2). Es ist zwischen dem Lastschalter und der Eingangsleitung angeordnet und verfügt über ein Spannungsmessmodul, ein Strommessmodul, ein Logikurteils- und Verarbeitungsmodul, einen Auslösekontakt, einen Signalisierungskontakt und ein drahtloses Sendemodul (Logikprozess in Abbildung 3). Die Ausgänge des Spannungs- und Strommessmoduls sind an den Eingang des Logikmoduls angeschlossen. Sein Ausgang ist an einem Ende des Auslösekontakts und des Signalisierungskontakts angeschlossen. Das andere Ende des Auslösekontakts ist über den Trippelkern des Lastschalters mit der Haupteinrichtung des Nutzers verbunden; das andere Ende des Signalisierungskontakts ist mit dem drahtlosen Modul verbunden. Dies ermöglicht eine effektive Fehlerisolation, eine schnelle Fehlerbehebung durch das Wartungspersonal, eine Reduzierung der Fehlerfindungsarbeit und eine Verbesserung der Arbeitsleistung.

3.2 Physische Verdrahtungsumsetzung

Nehmen wir als Beispiel den Fehler in der Einrichtung von Nutzer A (siehe Abbildung 4), das Spannungsmessmodul ist an den Busspannungswandler des öffentlichen Stromverteilers angeschlossen, und das Strommessmodul ist an CT1 (Stromwandler der Eingangsleitung von Nutzer A) angeschlossen. Das Logikurteilsmodul von Nutzer A verarbeitet den eingegebenen Strom und die Spannung.

Wenn Nutzer A einen Kurzschluss hat, steigt der Strom durch sein Logikurteilsmodul auf (und überschreitet) den voreingestellten Fehlerstrom, markiert als “1”. Dann schaltet der Abschnittsschalter S3 aus, wodurch der Bus des öffentlichen Stromverteilers seine Spannung verliert. Alle Nutzerlogikmodule erkennen diesen Spannungsverlust (markiert als “1”), aber nur das Modul von Nutzer A erkennt sowohl den Fehlerstrom als auch den Spannungsverlust (beide “1”). Diese “1s” bilden ein UND-Gatter, das Nutzer A als fehlerhaft identifiziert.

Das Logikmodul von Nutzer A gibt den Auslösekontakt TJ1 und den Signalisierungskontakt TJ2 aus. TJ1 schließt, verbindet sich mit der positiven Spannungsquelle und dem Trippelkern des Lastschalters, um den Lastschalter von Nutzer A auszulösen. TJ2 schließt, sendet Fehlerinformationen an das O&M-Personal des Verteilnetzes per drahtloser Verbindung. Dies stellt sicher, dass der Lastschalter des fehlerhaften Nutzers den Fehlerstrom nicht unterbricht, jedoch den Fehler isoliert. Nichtfehlerhafte Nutzer, trotz Spannungsverlust (kein Fehlerstrom erkannt), lösen ihre Lastschalter nicht aus (UND-Gatter nicht aktiviert).

Ähnlich sind die Sekundärströme der Eingangsleitungstromwandler CT2 (Nutzer B) und CT3 (Nutzer C) an das Suchgerät angeschlossen. Die Fehlersuche folgt dem Prinzip von Nutzer A, um Fehler für B/C zu isolieren und die normale Stromversorgung der anderen zu gewährleisten.

4 Koordination mit Abschnittsschutz und Maßnahmen zur Verhinderung von Fehlfunktionen

• Für Freileitungen: Der Fehlersucher koordiniert sich mit der Wiederverschlusszeit von S3 (in der Regel 1,2 s Verzögerung nach dem Auslösen). Innerhalb von 1,2 s muss er den Lastschalter des fehlerhaften Nutzers auslösen (um zu verhindern, dass S3 auf einen Fehler hin wieder schließt). Fehlerinformationen werden per Textnachricht an das O&M-Personal gesendet, um schnelle Reparaturen zu ermöglichen.

• Für Kabelleitungen: Da S3 keinen Wiederverschluss hat, löst der Detektor den fehlerhaften Lastschalter aus und sendet Fehlerinformationen. Das O&M-Personal schließt dann S3, um die Stromversorgung der nichtfehlerhaften Nutzer zu gewährleisten und die Ausfallzeit zu reduzieren.

• Um das Fehlauslösen von nichtfehlerhaften Lastschaltern nach dem Wiederverschluss von S3 zu vermeiden: Die Logik des Detektors erfordert zunächst die Erfassung des Anstiegs des Fehlerstroms, dann den Spannungsverlust (das Bildung eines UND-Gatters). Eine Verzögerung wird zur Spannungsverlusterkennung hinzugefügt (um Fehlauslösungen durch Einlaufströme zu verhindern, die vor dem Spannungsverlust eintreffen).

5 Schlussfolgerung

Die Installation von Fehlersuchern an den Eingangsleitungs-Lastschaltern der Nutzer (koordiniert mit dem Abschnittsschutz) ermöglicht es den Lastschaltern, Fehler automatisch zu isolieren und das O&M-Personal zu benachrichtigen. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der öffentlichen Verteilerleitungen, reduziert die Arbeitsbelastung bei der Fehlerdiagnose und begrenzt die Ausfallbereiche. Das Gerät kann auch an den Lastschaltern der Haupteinspeiseleitungen (koordiniert mit dem Schutz des übergeordneten Abschnittsschalters) verwendet werden, um Fehler nach dem Lastschalter zu isolieren und die Stromversorgung für Nutzer zwischen den Schaltern zu gewährleisten. Dies reduziert die Ausfallbereiche und verbessert die Zuverlässigkeit der Verteilerleitungen.