Penyelesaian Perlindungan Feeder dengan Ralai Berdasarkan Mikropemproses untuk Jaringan Pengagihan Cerdas Moden

1. Perkenalan dan Cabaran Utama​
   Peningkatan integrasi sumber tenaga teragih (DERs) (seperti tenaga suria dan tenaga angin) ke dalam rangkaian pengedaran, bersama dengan permintaan pengguna yang semakin meningkat untuk kebolehpercayaan dan keselamatan bekalan elektrik, memberi cabaran yang serius kepada skema perlindungan pemakan tradisional. Penyelesaian ini direka untuk mengatasi tiga cabaran utama berikut:

• ​Hazards Kilat Api:​​ Gangguan pendek dalaman dalam peralatan seperti switchgear boleh memicu kilat api yang sangat merosakkan, mengancam keselamatan peralatan dan pekerja, yang memerlukan respons yang sangat cepat dari sistem perlindungan.
• ​Gagal Arus Bumi Impedans Tinggi:​​ Terutamanya gangguan arus bumi fasa tunggal yang berlaku di kawasan luar bandar atau kawasan dengan rintangan tanah tinggi, ditandai dengan arus gangguan yang rendah, sukar dikesan secara dapat dipercayai oleh perlindungan aliran nol-sekuens tradisional, menimbulkan risiko gagal operasi perlindungan.
• ​Impak Integrasi Sumber Tenaga Teragih (DERs):​​ Integrasi DERs mengubah arah aliran kuasa dan ciri-ciri arus gangguan pendek dalam rangkaian pengedaran, mungkin menyebabkan perlindungan beroperasi tidak betul (penyalaan palsu) atau gagal beroperasi, dan memperkenalkan risiko pulau tidak disengajakan.

Penyelesaian ini, berdasarkan relai perlindungan berdasarkan mikroprosesor canggih dan menggabungkan beberapa algoritma inovatif, memberikan perlindungan pemakan yang komprehensif, pantas, dan boleh dipercayai untuk rangkaian pengedaran moden.

​2. Perincian Penyelesaian​
Relai perlindungan pemakan kami menggunakan reka bentuk modul, menggabungkan fungsi-fungsi perlindungan inti berikut untuk mengatasi cabaran-cabaran yang disebutkan.

​2.1 Modul Perlindungan Kilat Api Multi-Banda (AFP)​

• ​Prinsip Teknikal:​​ Menggunakan teknologi pengesanan multi-banda milik sendiri, memantau intensiti cahaya (melalui sensor cahaya kilat khusus) dan kadar perubahan arus (di/dt) secara serentak. Kesalahan hanya disahkan sebagai kilat api apabila kedua-dua syarat – "isyarat cahaya kilat yang kuat" DAN "ciri overcurrent laju (>10 kA/ms)" – dipenuhi (operasi logikal AND). Kriteria ganda ini secara efektif mencegah penyalaan tidak betul akibat sumber cahaya luaran atau overcurrent beralih.
• ​Kelebihan Prestasi:​​ Memiliki kelajuan operasi yang sangat pantas, direka untuk meminimumkan tenaga kilat api.
• ​Kes Penggunaan:​​ Selepas penerapan dalam sistem pengedaran voltan sederhana pusat data besar, modul ini mencapai masa penyelesaian kesalahan total kurang daripada 4 milisaat, mewakili peningkatan kelajuan lebih daripada tiga kali berbanding skim perlindungan arus sahaja tradisional, secara signifikan mengurangkan risiko kerosakan peralatan.

​2.2 Modul Perlindungan Gagal Arus Bumi Sensitiviti Tinggi Arus Rendah​

• ​Prinsip Teknikal:​​ Menggunakan kaedah admitansi nol-sekuens. Kaedah ini melibatkan pengukuran tepat masa nyata voltan nol-sekuens (3U₀) dan arus nol-sekuens (3I₀) sistem, mengira nilai admitansi yang sepadan. Algoritma ini agak tidak sensitif terhadap variasi arus gangguan bumi kapasitif sistem, secara efektif membezakan antara arus kapasitif normal dan arus resistif yang disebabkan oleh gangguan, dengan demikian mengenal pasti dengan tepat gagal arus bumi impedans tinggi dengan nilai rintangan sehingga 1 kΩ atau lebih tinggi.
• ​Kelebihan Prestasi:​​ Menyelesaikan isu sensitiviti tidak mencukupi dalam skim perlindungan tradisional semasa gangguan melalui rintangan transisi tinggi, mengurangkan risiko elektrokutan dan kebakaran secara drastik.
• ​Kes Penggunaan:​​ Dalam projek percubaan dalam rangkaian luar bandar (ditandai dengan arus gangguan bumi kapasitif tinggi dan tahap isolasi garisan yang tidak sekata), penggunaan teknologi ini meningkatkan kadar pengesanan keseluruhan gagal arus bumi dari 65% dengan skim tradisional kepada 92%, secara signifikan meningkatkan keselamatan bekalan elektrik.

​2.3 Modul Perlindungan Anti-Pulauan Adaptif​

• ​Prinsip Teknikal:​​ Untuk mengatasi risiko pulauan yang diperkenalkan oleh integrasi DER, modul ini menggabungkan kaedah pengesanan pasif dan aktif.
• ​Pemantauan Pasif:​​ Secara berterusan memantau parameter abnormal di Titik Penghubung Umum (PCC), seperti penyimpangan frekuensi voltan (Δf > 0.5 Hz) dan lompatan sudut fasa (Δφ > 10°).
• ​Tentuan Aktif:​​ Apabila penunjuk pemantauan pasif melebihi ambang yang ditetapkan, ia menggabungkan kaedah aktif seperti Drift Frekuensi Aktif untuk mengesahkan keadaan pulauan dengan cepat.
• ​Kelebihan Prestasi:​​ Memastikan pencabutan DER dalam tempoh yang sangat singkat (< 200 ms, mematuhi keperluan kod grid) selepas pulauan berlaku, mencegah bahaya kepada peralatan grid dan pekerja penyelenggaraan dari operasi pulauan tidak disengajakan.
• ​Kes Penggunaan:​​ Divalidasi dalam projek mikrogrid yang mengandungi pelbagai susunan PV, modul anti-pulauan ini mencapai kadar ketepatan 99.7%. Ia secara efektif mencegah pulauan sambil meminimumkan penyalaan tidak perlu akibat gangguan grid biasa, dengan demikian meningkatkan kadar penggunaan sumber tenaga teragih.

​3. Ringkasan Nilai Inti​
Penyelesaian perlindungan berdasarkan mikroprosesor ini, dengan menggabungkan beberapa algoritma pintar, mencapai:

• ​Keselamatan Ditingkatkan:​​ Maksimumkan perlindungan pekerja dan peralatan melalui perlindungan kilat api pada tahap milisaat dan perlindungan gagal arus bumi sensitiviti ultra-tinggi.
• ​Kebolehpercayaan Tinggi:​​ Mengatasi kekompleksan yang diperkenalkan oleh integrasi DER, mengenal pasti dengan tepat keadaan pulauan dan gagal impedans tinggi, menghapuskan "titik buta" perlindungan.
• ​Pemulihan Pantas:​​ Membuat penyelesaian kesalahan dengan cepat, memudahkan penyembuhan diri rangkaian yang pantas, mengurangkan tempoh gangguan, dan meningkatkan kebolehpercayaan bekalan elektrik.