Решение для защиты линий на основе микропроцессорного реле защиты линий

1. Аннотация и введение​
   С увеличением сложности структуры электрических сетей, особенно с развитием сверхвысоковольтной передачи постоянного тока (UHVDC), крупномасштабной интеграции возобновляемых источников энергии и наличием множества параллельных линий передачи, требования к защите линий передачи достигли беспрецедентного уровня. Основная проблема заключается в балансировке двух ключевых требований: обеспечение крайне высокой скорости работы устройств защиты при авариях для поддержания устойчивости системы, а также гарантия высокой избирательности, чтобы предотвратить ненужные отключения и распространение аварий. Этот конфликт особенно заметен в сложных конфигурациях сетей, таких как параллельные двойные линии, где традиционные принципы односторонней защиты сталкиваются с серьезными ограничениями.

Это решение использует передовые технологии микропроцессорной защиты, интегрируя три основных модуля: защиту по изменению параметров сети, определение места повреждения по волнам, распространяющимся в обе стороны, и адаптивные стратегии автоматического повторного включения. Целью является всестороннее повышение надежности, скорости и интеллектуальности защиты линий, предоставляя важную поддержку для создания прочной и умной сети.

​2. Анализ основных проблем​

• ​Конфликт между скоростью и избирательностью: Традиционные схемы защиты часто требуют задержки операций для обеспечения избирательности, что противоречит необходимости быстрого устранения аварий для поддержания устойчивости системы.
• ​Точное определение места повреждения на параллельных двойных линиях: Взаимная индуктивность между двойными линиями усложняет характеристики повреждений, значительно снижая точность традиционных методов определения мест повреждений и затрудняя идентификацию повреждений и восстановление питания.
• ​Неопределенность, внесенная интеграцией возобновляемых источников энергии: Интеграция ветровых и солнечных электростанций изменяет уровни и характеристики короткозамкнутых токов, что может привести к ошибочной работе или отказу защиты. Кроме того, их колебания выхода представляют вызов для успешности стратегий автоматического повторного включения.

​3. Основные технологии решения​

​3.1 Защита по изменению параметров сети (ΔZ защита)​​

• ​Технический принцип: Эта технология не зависит от нагрузочного тока во время нормальной работы системы. Она вычисляет сопротивление повреждения, используя только изменения напряжения и тока в частоте сети, возникающие в момент аварии. С высокими порогами срабатывания она имеет врожденную направленность, высокую избирательность и нечувствительность к системным колебаниям и переходному сопротивлению.
• ​Преимущества производительности:
• Ультравысокоскоростная работа: Очень быстрая реакция, с типичным временем срабатывания менее 10 мс.
• Высокая надежность: Эффективно избегает ошибочных срабатываний из-за влияния нагрузочного тока.
• ​Прикладной случай: На ±800 кВ UHVDC линии передачи эта технология сократила общее время устранения аварий (работа защиты + отключение выключателя) для ближних повреждений до 80 мс, значительно повысив переходную устойчивость UHVDC системы.

​3.2 Определение места повреждения по волнам, распространяющимся в обе стороны​

• ​Технический принцип: Повреждение генерирует волны, распространяющиеся в обе стороны линии. Используя высокоточные синхронизированные часы GPS/BDS, устройства защиты на обоих концах точно записывают времена прибытия начальных волн тока (t1 и t2). Место повреждения точно рассчитывается по формуле L = (v * Δt) / 2, где v - скорость волны, Δt = |t1 - t2|.
• ​Преимущества производительности:
• Ультравысокая точность: Место повреждения мало зависит от взаимной индуктивности линии, режима работы системы, переходного сопротивления или насыщения трансформаторов тока (CT).
• Независимость от параметров: Не зависит от параметров импеданса линии, исключая ошибки, вызванные неточными параметрами в традиционных методах, основанных на импедансе.
• ​Прикладной случай: Развертывание на 500 кВ двойной линии на одной опоре снизило погрешность определения места повреждения до менее 200 метров, повысив точность более чем на 80% по сравнению с традиционными односторонними методами, основанными на импедансе. Это значительно облегчает быструю идентификацию повреждений и обслуживание.

​3.3 Адаптивная стратегия автоматического повторного включения​

• ​Технический принцип: Микропроцессорное устройство защиты интеллектуально различает типы повреждений (временные или постоянные):
1. ​Временные повреждения: После отключения диэлектрическая прочность линии самовосстанавливается. Устройство обнаруживает восстановление изоляции и своевременно выдает команду на повторное включение.
2. ​Постоянные повреждения: Устройство обнаруживает постоянное повреждение и блокирует повторное включение, чтобы предотвратить вторичное отключение выключателя, обеспечивая безопасность оборудования.
   Кроме того, стратегия динамически корректирует время ожидания повторного включения в зависимости от реальных условий системы (например, доли выхода возобновляемых источников энергии), чтобы соответствовать характеристикам восстановления системы.
• ​Преимущества производительности:

• Повышенный успех: Избегает повторного включения при постоянных повреждениях, значительно повышая успешность автоматического повторного включения и надежность подачи электроэнергии.
• Снижение воздействия: Предотвращает ненужные вторичные удары по системе, защищая оборудование.

• ​Прикладной случай: Реализация на важной линии, выходящей из ветропарка, увеличила успешность автоматического повторного включения с 72% до 93%, эффективно сокращая отключения ветрогенераторов, вызванные временными повреждениями линий.

​4. Резюме ценности решения​
Это интегрированное микропроцессорное решение по защите предоставляет ключевую ценность клиентам через синергетическое применение своих трех ключевых технологий:

1. ​Повышенная устойчивость системы: Ультравысокоскоростная защита быстро изолирует повреждения, обеспечивая критическое время для поддержания устойчивости сети.
2. ​Повышенная надежность подачи электроэнергии: Интеллектуальная адаптивная стратегия автоматического повторного включения максимизирует восстановление подачи электроэнергии, сокращая продолжительность и потери от отключений.
3. ​Повышенная эффективность эксплуатации: Высокоточное определение места повреждения преобразует техническое обслуживание из "патрулирования линий" в "проверку точек", значительно снижая затраты и время на проверку.
4. ​Приспособленность к новым энергетическим системам: Его исключительная производительность делает его высоко подходящим для сложных современных сценариев сетей, включая UHVDC, интеграцию возобновляемых источников энергии и многолинейные системы.