Mitä riitoja on FA:n ja UFLS:n välillä sähköverkoissa ja miten niitä voidaan ratkaista

Syöteautomatisointi (FA) ja alhaan jännitteeseen liittyvä kuormituksen purkaminen (UFLS) ovat kaksi kriittistä suoja- ja ohjausmekanismia sähköverkoissa. Vaikka molemmat pyrkivät varmistamaan turvallisen ja vakauden verkon toiminnan, niissä on potentiaalinen looginen ja ajoitusta koskeva ristiriita, joka vaatii huolellista koordinointia.

Syöteautomatisointi (FA): Käsittää pääasiassa paikalliset syötteen virheet (esimerkiksi lyhyyskierrokset, maapitoisuusvirheet) jakeliverkossa. Sen tavoitteena on nopeasti sijaita ja eristää vikakohdat sekä palauttaa sähkötoimitus epävikaisiin alueisiin verkoston uudelleenkokoamalla käyttäen kytkimiä. FA korostaa nopeaa paikallista sähkötoimituksen palauttamista.

Alhaan taajuuteen liittyvä kuormituksen purkaminen (UFLS): Reagoi vakaviin taajuuden laskuihin yhtenäisessä verkossa (esimerkiksi tuotantoyksikön katkeamisen, äkillisen kuorman kasvun tai yhdistävän linjan katkeamisen vuoksi aiheutuva energia-alijäämä). Se järjestelmällisesti purkaa ennaltamäärätyt ei-kriittiset kuormat estääkseen taajuuden romahduksen, palauttaakseen voiman tasapainon ja vakaamman taajuuden. UFLS priorisoi kokonaisen järjestelmän taajuusturvallisuuden.

Alhaan jännitteeseen liittyvä kuormituksen purkaminen (UVLS): Seuraa järjestelmän jännitettä reaaliaikaisesti. Kun jännite laskee asetetun kynnyksen alapuolelle, UVLS-malli määrittää toiminnan aloittamisen ennakkoon määritellyn loogisen perusteella. Jos ehdot täyttyvät, se purkaa kuormia järjestyksessä vähentääkseen reaktiivisen tehon kysyntää tai parantaakseen reaktiivista tukea, jolloin jännite palautetaan normaalille tasolle.

Ristiriidankeskustelujen esimerkkejä

• Esimerkki 1: Vuonna 2019 Pohjois-Amerikassa FA:n aiheuttama sähkötoimituksen palauttaminen aiheutti toissijaisen taajuuden romahduksen.

• Esimerkki 2: Vuonna 2020 Itä-Kiinassa FA:n toiminta lyhyyskierroksen vian jälkeen aiheutti väärän UFLS:n aktivoinnin.

• Esimerkki 3: Vuonna 2021 tuulivoimapuiston yhteyskatkeaminen aiheutti päällekkäisiä toimia UFLS:n ja FA:n välillä.

• Esimerkki 4: Vuonna 2022 typhoonin aikaan Etelä-Kiinassa FA-verkon uudelleenkokoaminen johti liialliseen kuormituksen purkamiseen.

Tapahtuman kuvaus

Vuonna 2022 110 kV -linja A ja voimalan verkkoyhdistetty linja B olivat toiminnassa 110 kV -ajastinverkon osassa I. Linja A:n vika aiheutti kytkimen A:n katkeamisen. Koska voimalan linja B:n kytkin pysyi suljettuna, sähkö toimitettiin edelleen ajastinverkkoon. Tämän seurauksena osaan I liittyvä jännite ei laskenut alhaan jännitteeseen liittyvän kynnyksen alapuolelle, mikä esti 110 kV -automaattisen siirtokytkimen (ATS) aktivoinnin. Samalla tavalla voimala toimitti sähköä muuntimella Nro 1 10 kV -bussia I ja IV, joiden jännitteet myös pysyivät kynnyksen yläpuolella, joten 10 kV -ATS ei aktivoitunut.

Koska voimala jatkoi kuormituksen toimittamista, järjestelmän taajuus laskeutui asteittain. Kytkimen A katkeamisen 5,3 sekunnin jälkeen taajuus oli 48,2 Hz. Voimalan alhaan jännitteeseen ja taajuuteen liittyvä erotuslaitteisto, asetettu 47 Hz:ään ja 0,5 sekuntiin, ei toiminut. Ajastinverkon UFLS-relay, asetettu 48,25 Hz:ään ja 0,3 sekuntiin, havaitsema taajuus oli 48,12 Hz, joten se toimi oikein purkaimalla useita 10 kV -syötteitä (linjat C, D, E, F, G). Kaikki toissijainen laitteisto toimi odotetulla tavalla.

Paikan päällä suoritettu tarkastus

110 kV -ajastinverkon kytkin A katkesi oikein suoja-ohjelman toimesta, ja UFLS toimi katkaisemalla linjat C, D, E, F ja G. Ajastinverkon kytkimet antoivat katkeamismerkkejä, mikä aktivoi FA:n. Vika havaittiin ajastinverkon kytkimen ja ensimmäisen linjakytkimen välillä. FA aloitettiin kaikilla viidellä linjalla, määrittelemällä vian sijainti ajastinverkon ulospääsystä ensimmäiseen kytkimeen. Paikan päällä suoritetussa tarkastuksessa vikaa ei löytynyt, mikä vahvisti FA:n väärän toiminnan.

Ratkaisu

• Paranna kuormituksen purkamistiedon synkronointia. Linjoilla, joilla on UFLS/UVLS-suoja, tuetaan automaattisen kuormituksen siirtofunktion esto.

• Toteuta luotettava kuormituksen siirtoesto: täysin automaattisissa keskitetyissä FA-järjestelmissä, kun vastaanotetaan kuormituksen purkamismerkki, esto välittömästi FA-toiminnon kytkimien vaikutuksesta.