Syöte suojausratkaisu moderniin älyverkkoon mikroprosessoripohjaisilla suojareleillä

1. Johdanto ja ydinhaasteet​
   Jakeluverkkoihin integroitujen hajautettujen energianlähteiden (DER) (kuten aurinko- ja tuulivoiman) lisääntyvä integrointi, yhdistettynä sähköntarjonnan luotettavuuden ja turvallisuuden kasvaviin käyttäjävaatimuksiin, asettaa vakavia haasteita perinteisille syöttösuojauksille. Tämä ratkaisu on suunniteltu vastaamaan seuraaviin kolmeen ydinhaasteeseen:

• ​Kaariheittomerkit:​​ Sulkupistoripusten kaltaisten laitteiden sisäiset lyhyyspiiritykset voivat aiheuttaa erittäin tuhoisia kaariheittomerkejä, jotka uhkaavat laitteiden ja henkilöstön turvallisuutta, mikä vaatii suojajärjestelmältä äärimmäisen nopeaa toimintaa.
• ​Korkean impedanssin maayhteysvirhet:​​ Erityisesti maaseudulla tai alueilla, joissa on korkea maaperän sähköinen vastus, esiintyvät yksifased yhteysvirheet, jotka ovat matalia virrussa, ovat vaikeasti havaittavissa perinteisillä nollajäsenyliampujasuojauksilla, mikä asettaa riskin suojauksen epäonnistumiselle toimimaan.
• ​Hajautettujen energianlähteiden (DER) integroinnin vaikutukset:​​ DER:n integrointi muuttaa jakeluverkkoihin liittyvän virtasuhdeluennon ja lyhyysvirtan ominaisuuksia, mikä voi aiheuttaa suojauksen väärätoimintaa (epäasianmukainen katkaisu) tai epäonnistumista toimimaan, ja tuo mukanaan tahattoman saartenmuodostuksen riskin.

Tämä ratkaisu, joka perustuu edistyneisiin mikroprosessoriperäisiin suojareleihin ja yhdistää useita innovatiivisia algoritmeja, tarjoaa kattavan, nopean ja luotettavan syöttösuojausmodernien jakeluverkkojen tarpeisiin.

​2. Ratkaisun yksityiskohdat​
Syöttösuojausrelaimme käyttää modulaarista suunnittelua, jossa yhdistettyjä ovat seuraavat ydinsuojafunktiot, jotta vastataan mainittiin haasteisiin.

​2.1 Monikanavainen kaariheittosuojaus (AFP) -moduuli​

• ​Tekninen periaate:​​ Käyttää oman kehittelemää monikanavaista havaintotekniikkaa, joka samanaikaisesti valvoo valon intensiteettiä (erityisillä kaariheittosensorilla) ja virran muutosnopeutta (di/dt). Vika varmistetaan kaariheittona vain, kun molemmat ehdot – "voimakas kaariheittosignaali" JA "nopea yliampujan ominaisuus (>10 kA/ms)" – täyttyvät (looginen JA-operaatio). Tämä kaksikriteerinen lähestymistapa estää tehokkaasti ulkopuolisen valon tai kytkentäyliampujan aiheuttaman väärätoiminnan.
• ​Suorituskykyedut:​​ Ominaisuudet ovat äärimmäisen nopeat, suunnitellut vähentämään kaariheittomerkin energiaa.
• ​Käyttötapaus:​​ Kun tämä moduuli otettiin käyttöön suuren tietokeskuksen keskivolttilaisessa jakeluverkossa, saavutettiin kokonaisvaiva-aika alle 4 millisekuntiin, mikä on nopeampaa kuin perinteisillä vain virrasuojauksilla yli kolmekertaisesti, mikä vähensi huomattavasti laiteriskiä.

​2.2 Korkean herkkyysmallavirtayhteysvirhesuojausmoduuli​

• ​Tekninen periaate:​​ Käyttää nollajäsenmittausmenetelmää. Tämä menetelmä käsittää järjestelmän nollajäsenjänniten (3U₀) ja nollajäsenvirran (3I₀) reaaliaikaisen, tarkkan mittauksen, laskien vastaavaa admittanssiarvoa. Tämä algoritmi on suhteellisen tunteeton järjestelmän kapasitiivisen maayhteysvirheviran vaihteluille, erottaa tehokkaasti normaalin kapasitiivisen virran ja vian aiheuttaman resistiivisen virran, mikä mahdollistaa tarkan tunnistamisen korkean impedanssin maayhteysvirheissä, joissa vastus on 1 kΩ tai enemmän.
• ​Suorituskykyedut:​​ Ratkaisee perinteisten suojauksien riittämättömän herkkyysongelman korkean siirtymäresistenssin aikana, vähentäen huomattavasti sähköiskun ja palon riskiä.
• ​Käyttötapaus:​​ Pilotprojektissa maaseudun verkossa (jossa on korkea kapasitiivinen maayhteysvirran ja epätasainen linjan eristyksen taso), tämän tekniikan käyttö nosti yhteysvirheiden havaitsemisprosentin 65%:sta 92%, parantamalla huomattavasti sähköntarjonnan turvallisuutta.

​2.3 Adaptiivinen anti-saartenmuodostusmoduuli​

• ​Tekninen periaate:​​ Hajautettujen energianlähteiden integroinnin aiheuttaman saartenmuodostusriskin torjumiseksi tämä moduuli yhdistää passiiviset ja aktiiviset havaintomenetelmät.
• ​Passiivinen valvonta:​​ Jatkuvasti valvoo poikkeavia parametreja yhteisessä yhdistyspisteessä (PCC), kuten jännitenfrekvenssiyhdenmuutosta (Δf > 0.5 Hz) ja vaihekulman hyppyä (Δφ > 10°).
• ​Aktiivinen päätös:​​ Kun passiiviset valvonnan indikaattorit ylittävät asetetut kynnykset, se sisällyttää aktiiviset menetelmät, kuten aktiivisen frekvenssiyhdenmuutoksen, vahvistaakseen nopeasti saartenmuodostustilanteen.
• ​Suorituskykyedut:​​ Varmistaa DER:n nopean katkaisun hyvin lyhyessä ajassa (< 200 ms, joka on sähköverkon vaatimusten mukainen) saartenmuodostuksen jälkeen, estäen sivuvaikutuksia verkon laitteille ja huoltohenkilökunnalle tahattomasta saartenmuodostuksesta.
• ​Käyttötapaus:​​ Tämä anti-saartenmuodostusmoduuli todistettiin monen aurinkopaneelijärjestelmän sisältävässä mikroverkko-projektissa, jossa saavutettiin 99,7 % tarkkuusaste. Se estää tehokkaasti saartenmuodostusta, minimoiden samalla tarpeettomia katkaisuja normaalien verkon häiriöiden aiheuttamana, parantamalla siten hajautettujen energianlähteiden käyttöastetta.

​3. Ytimen arvokuvio​
Tämä mikroprosessoriperäinen suojauksena ratkaisu, joka yhdistää useita älykkäitä algoritmeja, saavuttaa:

• ​Parannettu turvallisuus:​​ Maksimoi henkilöstön ja laitteen suojauksen millisekuntitasoisella kaariheittosuojauksella ja äärimmäisen herkällä maayhteysvirhesuojauksella.
• ​Korkea luotettavuus:​​ Tehokkaasti käsittelee DER-integroinnin aiheuttamia monimutkaisuuksia, tunnistaa tarkasti saartenmuodostustilanteet ja korkean impedanssin virhet, poistaa suojauksen "sokeat pisteet".
• ​Nopea palautuminen:​​ Mahdollistaa nopean vian poistamisen, helpottaa nopeaa verkon itseparannusta, vähentää katkaisuaikoja ja parantaa sähköntarjonnan luotettavuutta.