Næringsledningsbeskyttelsesløsning med mikroprocessorbaserede relæer til moderne smarte distributionsnetværk

1. Introduktion og centrale udfordringer
   Den øgede integration af decentraliserede energiressourcer (DERs) (som f.eks. solceller og vindkraft) i distributionsnet, sammen med stigende brugerekrav til strømforsyningens pålidelighed og sikkerhed, udgør alvorlige udfordringer for traditionelle beskyttelsessystemer for linjer. Denne løsning er designet til at tackle følgende tre centrale udfordringer:

• Bueflamme-hazards: Interne kortslutninger i udstyr som skruddelikte kan udløse højst destruktive bueflammer, der truer udstyr og personales sikkerhed, hvilket kræver en ekstremt hurtig respons fra beskyttelsessystemet.
• Høj impedans jordfejl: Særligt enfasjede jordfejl, der opstår i landlige områder eller regioner med høj jordresistivitet, kendetegnet ved lav fejlstrøm, er svære at pålideligt detektere med traditionel nulsekvens overstrømningssikring, hvilket indebærer risiko for, at beskyttelsen ikke virker korrekt.
• Påvirkning af integration af decentraliserede energiressourcer (DERs): Integrationen af DERs ændrer strømretningen og kortslutningsstrømkarakteristikker i distributionsnet, hvilket potentielt kan forårsage beskyttelsesfejl (falske udløsninger) eller manglende funktionalitet, samt indføre risiko for uopdagede isolerede net.

Denne løsning, baseret på avancerede mikroprocessorbaserede beskyttelsesrelæer og integrering af flere innovative algoritmer, leverer komplet, hurtig og pålidelig beskyttelse af linjer for moderne distributionsnet.

2. Løsningsdetaljer
Vores linjebeskyttelsesrelæ anvender et modulært design, der integrerer følgende centrale beskyttelsesfunktioner for at tackle de ovennævnte udfordringer.

2.1 Multi-Band Bueflammebeskyttelsesmodul (AFP)

• Teknisk princip: Bruger en ejet multiband-detektionsteknologi, der samtidig overvåger lysintensitet (via dedikerede bueflammesensorer) og hastigheden af strømændring (di/dt). En fejl identificeres kun som en bueflamme, når begge betingelser – "intens bueflamme-signal" OG "højhastigheds overstrømningsegenskab (>10 kA/ms)" – er opfyldt (logisk AND-operation). Dette dobbeltkriterium forebygger effektivt fejludløsninger forårsaget af eksterne lyskilder eller skift-overstrømninger.
• Ydeevnefordel: Har ultrahurtige reaktionshastigheder, designet til at minimere bueflammens energi.
• Anvendelseseksempel: Efter installation i mediumspændingsdistributionsystemet i et stort datacenter, opnåede dette modul en total fejlrydningstid på under 4 millisekunder, hvilket repræsenterer en tredobbelt hastighedsforøgelse i forhold til traditionelle strøm-baserede beskyttelsesløsninger, og reducerer signifikant risikoen for udstyrsbeskadigelse.

2.2 Højsensitiv lavstrøms jordfejlbeskyttelsesmodul

• Teknisk princip: Bruger nulsekvensadmittance-metoden. Denne metode involverer realtidspræcis måling af systemets nulsekvensspænding (3U₀) og nulsekvensstrøm (3I₀), og beregner den tilsvarende admittance-værdi. Denne algoritme er relativt upåvirket af variationer i systemets kapacitive jordfejlstrøm, og kan effektivt skelne mellem normal kapacitiv strøm og fejlinduceret resistiv strøm, hvilket gør det muligt at præcist identificere høj-impedans jordfejl med resistansværdier op til 1 kΩ eller højere.
• Ydeevnefordel: Løser problemet med utilstrækkelig sensitivitet i traditionelle beskyttelsessystemer under fejl gennem høj overgangsresistans, og reducerer betydeligt risikoen for elektriske stød og brand.
• Anvendelseseksempel: I et pilotprojekt i et landligt net (kendetegnet ved høj kapacitiv jordfejlstrøm og ulige ledningsisolationsniveauer), øgede anvendelsen af denne teknologi den samlede jordfejldetektionsrate fra 65% med traditionelle løsninger til 92%, og forbedrede signifikant strømforsyningens sikkerhed.

2.3 Adaptiv anti-islandebeskyttelsesmodul

• Teknisk princip: For at adressere islanderisikoen introduceret af DER-integration, kombinerer dette modul passive og aktive detektionsmetoder.
• Passiv overvågning: Overvåger konstant anomal parametre ved Fælles Koblingspunkt (PCC), såsom spændingsfrekvensafvigelse (Δf > 0.5 Hz) og fasestandspring (Δφ > 10°).
• Aktiv afgørelse: Når passiv overvågningsindikatorer overstiger sætte grænser, integrerer det aktive metoder som Aktiv Frekvensdrift for hurtigt at bekræfte en islande-betingelse.
• Ydeevnefordel: Sikrer hurtig afkobling af DER'er inden for en meget kort tid (< 200 ms, i overensstemmelse med netkodekrav) efter islande opstår, og forhindrer fare for netudstyr og vedligeholdelsespersonale fra uopdagede isolerede drift.
• Anvendelseseksempel: Valideret i et mikronetprojekt, der indeholder flere PV-arrayer, opnåede dette anti-islandemodul en nøjagtighedsprocent på 99,7%. Det forhindrer effektivt islande, mens det minimaliserer unødvendige udløsninger forårsaget af normale netstyringer, og forbedrer udnyttelsesgraden af decentraliserede energiressourcer.

3. Kernenytteoversigt
Denne mikroprocessorbaserede beskyttelsesløsning, ved at integrere flere intelligente algoritmer, opnår:

• Forbedret sikkerhed: Maximerer beskyttelsen af personale og udstyr gennem millisekunds-niveau bueflammebeskyttelse og ultrahøjsensitiv jordfejlbeskyttelse.
• Høj pålidelighed: Effektivt adresserer kompleksiteter introduceret af DER-integration, identificerer præcist islande-betingelser og høj-impedans fejl, og eliminere beskyttelses "blind spots".
• Hurtig genoprettelse: Gør hurtig fejlrydning mulig, faciliterer hurtig netself-healing, reducerer nedbrudsvarighed, og forbedrer strømforsyningens pålidelighed.