Solução de projeto elétrico e coordenação de proteção para sistemas de Transformador de Estado Sólido (SST)

I. Gargalos Técnicos na Integração do Sistema SST

Dessincronização Temporal na Coordenação de Múltiplos Cubículos

• A resposta de proteção eletrônica de potência do cubículo de potência (SST) opera no nível de microssegundos, enquanto a proteção por relé do cubículo de alta tensão opera no nível de milissegundos. Essa discrepância temporal cria uma "zona cega" na coordenação de proteção durante falhas, expondo os dispositivos semicondutores de potência a riscos de danos por sobretensão e sobrecorrente.

• O tempo de interrupção inerente do disjuntor de alta tensão (30–60 ms) é muito mais lento do que o limite de suportabilidade dos dispositivos IGBT/SiC no cubículo de potência (<10 μs). Portanto, o sistema SST deve implementar uma proteção autônoma limitadora de corrente antes que o cubículo de alta tensão possa atuar.

Transformadores de Estado Sólido Modulares da Série RW-SST

Interação de Sinais Redundante e Complexa

• Existe um grande número de sinais inter-cubículos por fiação direta (por exemplo, status do seccionador, status da chave de aterramento, vários alarmes de falha), resultando em um roteamento complexo de cabos de controle e blocos de terminais superlotados entre os cubículos.

• A ausência de um mecanismo unificado de classificação de falhas leva a estratégias de proteção ambíguas, com ações de resposta para diferentes tipos de falha dependendo do julgamento manual no local.

Conflitos de Acoplamento no Design do Sistema de Alimentação e Resfriamento

• O TP (transformador de potencial) do cubículo de alta tensão pode fornecer aproximadamente 500 VA de potência de controle, mas o consumo de energia do ventilador de resfriamento pode atingir o nível de quilowatts. Se totalmente dependente de fonte de alimentação externa, um alimentador de entrada de baixa tensão adicional seria necessário, aumentando o custo e a área ocupada pelo sistema.

• No esquema de resfriamento por ar forçado, o consumo de energia do ventilador não é contabilizado nos cálculos de eficiência geral do sistema, potencialmente comprometendo a eficiência alvo de 98% do sistema SST.

II. Soluções Principais e Avanços Técnicos

(A) Design de Sistema de Proteção Colaborativa de Três Níveis

Principal Avanço: Estabelecimento de um mecanismo de "proteção independente, coordenação escalonada". A proteção de hardware de nível de microssegundos atua primeiro para preencher a "zona cega de tempo" da resposta do cubículo de alta tensão de nível de milissegundos, com os três níveis de proteção coordenando sequencialmente e apoiando-se mutuamente.

(B) Aquisição de Sinais e Design de Simplificação de Interfaces

Princípio de Design: "Comunicação como primária, pontos cabeados como secundários, interfaces simplificadas, evitar redundâncias, compartilhamento de recursos"

Otimização da Aquisição de Sinais do Cubículo de Alta Tensão

Especificação da Interface de Interconexão Unificada para Sistema Completo

Mecanismo de Classificação de Falhas em Três Níveis

(C) Otimização do Projeto de Proteção de Reatores e Curto-Circuito

Principal Avanço: A proteção contra curto-circuito do gabinete de energia não depende da impedância física do reator; baseia-se principalmente na modulação eletrônica de potência ativa para limitação de corrente. A velocidade de proteção excede em muito a resposta em nível de milissegundos do gabinete de alta tensão, garantindo a segurança operacional dos dispositivos semicondutores de potência.

(D) Projeto Coordenado dos Sistemas de Alimentação e Refrigeração

Coordenação da Alimentação de Energia

Gestão da Eficiência de Refrigeração

(E) Compartilhamento de Recursos e Projeto de Redundância

III. Comparação dos Principais Parâmetros Técnicos

IV. Salvaguardas de Implementação de Engenharia

Processo de Verificação da Lógica de Proteção

• Fase 1: Consolidar a lógica de proteção de eletrônica de potência e elétrica; produzir documentação unificada

• Fase 2: Emitir lista de verificação de tipos de sinais da proteção por microprocessador para apoiar o projeto da interface

• Fase 3: Confirmar a seleção de sensores de efeito Hall de alta largura de banda de 400 kHz+

• Fase 4: Comissionamento e testes integrados da proteção de classificação de faltas em três níveis

Estratégias de Coordenação de Projeto

V. Resumo das Vantagens da Solução

• Coordenação de Proteção Perfeita:A proteção de hardware em nível de microssegundos preenche a zona cega de resposta em nível de milissegundos do gabinete de alta tensão; a proteção de três níveis coordena-se sequencialmente.
• Interface de Sinal Simplificada e Eficiente:Abordagem de comunicação primária + pontos de conexão física secundários; reduz os pontos de conexão física em mais de 60%; simplifica a fiação.
• Classificação de Falhas Clara e Controlável:O mecanismo de falhas de três níveis define estratégias de resposta claras; elimina a dependência do julgamento manual no local.
• Compartilhamento de Recursos com Custo-Benefício:Compartilhamento de sensores + reserva de E/S + simplificação do circuito de controle; reduz os custos de hardware.
• Otimização Coordenada de Alimentação e Resfriamento:Alimentação por TP + controle inteligente de velocidade do ventilador; suporta a meta de eficiência geral do sistema de 98%.
• Conformidade 100% com as Normas:Totalmente em conformidade com os requisitos de design padronizado da State Grid; interfaces unificadas e escalabilidade flexível.