Rozwiązanie ochrony linii zasilających z wykorzystaniem relacji opartych na mikroprocesorach dla nowoczesnych inteligentnych sieci dystrybucji

1. Wprowadzenie i kluczowe wyzwania​
   Zwiększająca się integracja rozproszonych zasobów energetycznych (DER) (takich jak fotowoltaika i energia wiatrowa) do sieci dystrybucyjnych, w połączeniu ze wzrostem wymagań użytkowników dotyczących niezawodności i bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej, stwarza poważne wyzwania dla tradycyjnych schematów ochrony linii. Ta rozwiązań jest zaprojektowana, aby sprostać następującym trzem kluczowym wyzwaniom:

• ​Ryzyko związanego z łukiem elektrycznym:​​ Wewnętrzne zwarciowe w urządzeniach takich jak szafy przełączników mogą wywoływać bardzo destrukcyjne łuki elektryczne, zagrożone bezpieczeństwem sprzętu i personelu, co wymaga niezwykle szybkiej reakcji systemu ochronnego.
• ​Przewody z wysoką impedancją:​​ Szczególnie jednofazowe zwarciowe do ziemi występujące w terenach wiejskich lub regionach o wysokiej oporności gruntu, charakteryzujące się niskim prądem zwarciowym, są trudne do niezawodnego wykrycia przez tradycyjną ochronę przeciwko nadmiernemu prądowi zerowego sekwencji, co stwarza ryzyko nieprawidłowej pracy ochrony.
• ​Wpływ integracji rozproszonych zasobów energetycznych (DER):​​ Integracja DER zmienia kierunek przepływu mocy i charakterystykę prądu zwarciowego w sieci dystrybucyjnej, potencjalnie powodując błędną pracę ochrony (fałszywe odłączenia) lub brak działania, oraz wprowadzając ryzyko niezamierzonego izolowania się.

Ta rozwiązań, oparta na zaawansowanych relajach ochronnych mikroprocesorowych i integrująca wiele innowacyjnych algorytmów, zapewnia kompleksową, szybką i niezawodną ochronę linii dla nowoczesnych sieci dystrybucyjnych.

​2. Szczegóły rozwiązania​
Nasza relaja ochronna linii ma modułową konstrukcję, integrując następujące kluczowe funkcje ochronne, aby sprostać wspomnianym wyzwaniom.

​2.1 Moduł wielopasmowej ochrony przed łukami elektrycznymi (AFP)​

• ​Zasada techniczna:​​ Wykorzystuje własną technologię wielopasmowego wykrywania, jednocześnie monitorując natężenie światła (poprzez dedykowane czujniki światła łuku) i tempo zmiany prądu (di/dt). Zawarcie jest potwierdzane jako łuk elektryczny tylko wtedy, gdy spełnione są oba warunki - "intensywne sygnały światła łuku" I "cechy szybkiego prądu nadmiernego (>10 kA/ms)" (operacja logiczna AND). Ten podwójny kryterium skutecznie zapobiega błędnej pracy spowodowanej zewnętrznymi źródłami światła lub prądami przełącznikowymi.
• ​Zalety wydajności:​​ Posiada niezwykle szybkie czasy działania, zaprojektowane, aby zminimalizować energię łuku elektrycznego.
• ​Przykład zastosowania:​​ Po wdrożeniu w systemie dystrybucji średniego napięcia dużego centrum danych, ten moduł osiągnął całkowity czas usunięcia usterki poniżej 4 milisekund, co stanowi trzykrotne zwiększenie prędkości w porównaniu do tradycyjnych systemów ochrony opartych wyłącznie na prądzie, znacznie zmniejszając ryzyko uszkodzenia sprzętu.

​2.2 Moduł ochrony przed zwarciem do ziemi o wysokiej czułości i niskim prądzie​

• ​Zasada techniczna:​​ Wykorzystuje metodę impedancji zerowej sekwencji. Ta metoda polega na rzeczywistym, precyzyjnym pomiarze napięcia zerowej sekwencji (3U₀) i prądu zerowej sekwencji (3I₀) systemu, obliczając odpowiadającą wartość impedancji. Ten algorytm jest stosunkowo mało wrażliwy na zmiany indukcyjnego prądu zwarciowego do ziemi, efektywnie rozróżniając normalny prąd indukcyjny od prądu rezystancyjnego spowodowanego usterką, umożliwiając dokładne identyfikowanie zwarć do ziemi o wysokiej impedancji o wartości oporu do 1 kΩ lub wyższej.
• ​Zalety wydajności:​​ Rozwiązuje problem niewystarczającej czułości tradycyjnych systemów ochrony podczas zwarć poprzez wysoką oporność przejściową, znacznie redukując ryzyko porażenia prądem i pożarów.
• ​Przykład zastosowania:​​ W projekcie pilotażowym w sieci wiejskiej (charakteryzującej się wysokim prądem zwarciowym do ziemi i nierównomiernymi poziomami izolacji linii), zastosowanie tej technologii zwiększyło ogólne wskaźniki wykrywania zwarć do ziemi z 65% przy tradycyjnych systemach do 92%, znacznie zwiększając bezpieczeństwo dostaw energii.

​2.3 Moduł adaptacyjnej ochrony antyizolacyjnej​

• ​Zasada techniczna:​​ Aby sprostać ryzyku izolacji spowodowanemu integracją DER, ten moduł łączy metody pasywnej i aktywnej detekcji.
• ​Pasywne monitorowanie:​​ Ciągle monitoruje nietypowe parametry w punkcie wspólnego połączenia (PCC), takie jak odchylenie częstotliwości napięcia (Δf > 0.5 Hz) i skok fazy (Δφ > 10°).
• ​Aktywne określanie:​​ Gdy wskaźniki pasywnego monitorowania przekroczą ustawione progi, integruje metody aktywne, takie jak Aktywne Przesunięcie Częstotliwości, aby szybko potwierdzić stan izolacji.
• ​Zalety wydajności:​​ Zapewnia szybkie odłączenie DER w bardzo krótkim czasie (< 200 ms, zgodnie z wymogami sieci) po wystąpieniu izolacji, zapobiegając zagrożeniom dla sprzętu sieciowego i personelu serwisowego wynikającym z niezamierzonego działania w trybie izolacji.
• ​Przykład zastosowania:​​ Zweryfikowany w projekcie mikrosieci zawierającej wiele tablic fotowoltaicznych, ten moduł antyizolacyjny osiągnął dokładność 99,7%. Skutecznie zapobiega izolacji, minimalizując niepotrzebne odłączenia spowodowane normalnymi zakłóceniami w sieci, zwiększając tym samym wykorzystanie rozproszonych zasobów energetycznych.

​3. Podsumowanie kluczowych wartości​
To rozwiązanie oparte na mikroprocesorach, integrując wiele inteligentnych algorytmów, osiąga:

• ​Zwiększone bezpieczeństwo:​​ Maksymalizuje ochronę personelu i sprzętu dzięki ochronie przed łukami elektrycznymi na poziomie milisekund i ochronie przed zwarciem do ziemi o niezwykle wysokiej czułości.
• ​Wysoka niezawodność:​​ Skutecznie radzi sobie z złożonościami wynikającymi z integracji DER, dokładnie identyfikując stany izolacji i zwarć o wysokiej impedancji, eliminując "ślepe plamy" ochrony.
• ​Szybka rekonfiguracja:​​ Umożliwia szybkie usuwanie usterki, umożliwiając szybkie samo-naprawianie sieci, zmniejszając czas przerwy w dostawie, i zwiększając niezawodność dostaw energii.