Řešení pro ochranu vývodů s mikroprocesorovými relé pro moderní inteligentní distribuční sítě

1. Úvod a klíčové výzvy​
   Stále rostoucí integrace distribuovaných zdrojů energie (DER) (jako jsou fotovoltaické a větrné elektrárny) do distribučních sítí, spolu s rostoucím požadavkem uživatelů na spolehlivost a bezpečnost dodávky elektřiny, představuje vážné výzvy pro tradiční schémata ochrany vedení. Toto řešení je navrženo tak, aby se zabývalo následujícími třemi klíčovými výzvami:

• ​Rizika spojená s obloukovým zábleskem:​​ Vnitřní krátké spojení v zařízeních, jako jsou rozdělovače, může vyvolat velmi destruktivní obloukové záblesky, které ohrožují bezpečnost zařízení a osob, což vyžaduje extrémně rychlou reakci ochranného systému.
• ​Vysokoodporové zemní krvácení:​​ Zejména jednofázové zemní krvácení v oblastech venkova nebo oblastech s vysokou odporovou charakteristikou půdy, charakteristické nízkým proudem chyby, je obtížné spolehlivě detekovat tradičními ochrannými relémi nulového proudu, což představuje riziko selhání ochrany.
• ​Dopad integrace distribuovaných zdrojů energie (DER):​​ Integrace DER změní směr toku energie a charakteristiky krátkozaměrného proudu v distribučních sítích, což může způsobit nesprávné fungování ochrany (neoprávněné vypnutí) nebo selhání ochrany, a zavádí riziko neúmyslného ostrovnictví.

Toto řešení, založené na pokročilých mikroprocesorových ochranných reléch a integrující několik inovativních algoritmů, poskytuje komplexní, rychlou a spolehlivou ochranu vedení pro moderní distribuční sítě.

​2. Podrobnosti o řešení​
Naše ochranné relé vedení používá modulární design a integruje následující klíčové ochranné funkce, aby se zabývalo zmíněnými výzvami.

​2.1 Modul multi-band ochrany proti obloukovým zábleskům (AFP)​

• ​Technický princip:​​ Používá proprietární technologii detekce více pásem, současně sleduje intenzitu světla (pomocí speciálních senzorů obloukového světla) a rychlost změny proudu (di/dt). Chyba je potvrzena jako obloukový záblesk pouze tehdy, když jsou splněny obě podmínky – "intenzivní signál obloukového světla" A "rychlá charakteristika nadproudu (>10 kA/ms)" (logická operace AND). Tento dvojitý kritérium efektivně brání nesprávnému fungování způsobenému externími zdroji světla nebo přepínacími nadproudovými proudy.
• ​Výhody výkonu:​​ Disponuje ultra rychlými časy odezvy, navrženými tak, aby minimalizovaly energii obloukového záblesku.
• ​Příklad aplikace:​​ Po nasazení v středovoltovém distribučním systému velkého datového centra tento modul dosáhl celkového času odstranění chyby méně než 4 milisekund, což představuje zrychlení více než třikrát oproti tradičním schématům ochrany jen proudu, což významně snižuje riziko poškození zařízení.

​2.2 Modul ochrany proti zemnímu krvácení s vysokou citlivostí a nízkým proudem​

• ​Technický princip:​​ Využívá metodu nulové sekvenční admitance. Tato metoda zahrnuje reálně časové a přesné měření nulového sekvenčního napětí (3U₀) a nulového sekvenčního proudu (3I₀) systému, vypočítává odpovídající hodnotu admitance. Tento algoritmus je relativně neuvědomělý k variacím kapacitního zemního krvácení v systému, efektivně rozlišuje mezi normálním kapacitním proudem a proudem způsobeným vadou, což umožňuje přesné identifikace vysokoodporového zemního krvácení s odporovou hodnotou až 1 kΩ a více.
• ​Výhody výkonu:​​ Řeší problém nedostatečné citlivosti tradičních schémat ochrany během vad s vysokým přechodovým odporom, což významně snižuje rizika elektrického šoku a požáru.
• ​Příklad aplikace:​​ V pilotním projektu v síti venkova (charakteristické vysokým kapacitním zemním krvácením a nerovnoměrnými úrovněmi izolace vedení), použití této technologie zvýšilo celkovou detekční míru zemních vad z 65% s tradičními schématy na 92%, což významně zlepšilo bezpečnost dodávky elektřiny.

​2.3 Adaptivní modul ochrany proti ostrovnictví​

• ​Technický princip:​​ Aby se zabránilo riziku ostrovnictví způsobenému integrací DER, tento modul kombinuje pasivní a aktivní metody detekce.
• ​Pasivní monitorování:​​ Kontinuálně sleduje anomální parametry v bodě společného spojení (PCC), jako jsou odchylky frekvence napětí (Δf > 0.5 Hz) a skok fázového úhlu (Δφ > 10°).
• ​Aktivní určení:​​ Když ukazatele pasivního monitorování překročí nastavené limity, zapracovává aktivní metody, jako je aktivní drift frekvence, k rychlému potvrzení stavu ostrovnictví.
• ​Výhody výkonu:​​ Zajišťuje rychlé odpojení DER v velmi krátkém časovém rámci (< 200 ms, v souladu s požadavky sítě) po vzniku ostrovnictví, prevence rizik pro zařízení sítě a obslužný personál z neúmyslného ostrovnictví.
• ​Příklad aplikace:​​ Ověřeno v projektu mikrosítě obsahující několik fotovoltaických polí, tento modul ochrany proti ostrovnictví dosáhl přesnosti 99,7%. Efektivně prevenci ostrovnictví, zároveň minimalizuje nepotřebné vypnutí způsobené normálními rušivými jevy v síti, což zlepšuje využití distribuovaných zdrojů energie.

​3. Shrnutí klíčových hodnot​
Toto mikroprocesorové ochranné řešení, integrující několik inteligentních algoritmů, dosahuje:

• ​Zvýšená bezpečnost:​​ Maximalizuje ochranu osob a zařízení prostřednictvím ochrany proti obloukovým zábleskům na milisekundové úrovni a ochrany proti zemním vadám s vysokou citlivostí.
• ​Vysoká spolehlivost:​​ Efektivně řeší komplexnost způsobenou integrací DER, přesně identifikuje stavy ostrovnictví a vysokoodporové vady, eliminuje "oslepělé" oblasti ochrany.
• ​Rychlá obnova:​​ Umožňuje rychlé odstranění vad, podporuje rychlé samoobnovování sítě, snižuje dobu výpadku a zlepšuje spolehlivost dodávky elektřiny.