
- مقدمه و چالشهای اصلی
تکامل روزافزون منابع انرژی توزیع شده (DERs) (مانند خورشیدی و بادی) در شبکههای توزیع، همراه با افزایش تقاضا برای قابلیت اطمینان و ایمنی تامین برق، چالشهای جدی برای سیستمهای حفاظت خطوط تغذیه سنتی ایجاد میکند. این راهحل برای مقابله با سه چالش اصلی زیر طراحی شده است:
- خطرات آتشسوزی کمانی: خرابی داخلی در تجهیزات مانند دیوانهای تغذیه میتواند باعث ایجاد آتشسوزیهای کمانی بسیار مخرب شود که تهدیدی برای ایمنی تجهیزات و کارکنان است و نیاز به پاسخ بسیار سریع از سیستم حفاظتی دارد.
- قصورهای زمینی با مقاومت بالا: به ویژه قصورهای تکفازی زمینی که در مناطق روستایی یا مناطق با مقاومت خاک بالا رخ میدهند، با جریان قصور کم مشخص میشوند که توسط حفاظتهای سیگنال صفر-سری کلاسیک به سختی قابل تشخیص هستند و خطر عدم عملکرد حفاظتی را ایجاد میکنند.
- تأثیر ادغام منابع انرژی توزیع شده (DERs): ادغام DERs جهت جریان انرژی و ویژگیهای جریان کوتاهمداری در شبکههای توزیع را تغییر میدهد که ممکن است باعث عملکرد نادرست (قطع غیرضروری) یا عدم عملکرد حفاظتی شود و خطر جزیرهسازی ناخواسته را معرفی میکند.
این راهحل، بر اساس رелеهای محافظ مبتنی بر میکروپروسسور و ادغام الگوریتمهای نوآورانه متعدد، حفاظت خط تغذیه جامع، سریع و قابل اعتماد برای شبکههای توزیع مدرن ارائه میدهد.
2. جزئیات راهحل
رеле حفاظت خط تغذیه ما یک طراحی مدولار دارد و توابع حفاظت اصلی زیر را برای مقابله با چالشهای ذکر شده ادغام میکند.
2.1 مدول حفاظت آتشسوزی کمانی چندباندی (AFP)
- اصول فنی: از فناوری تشخیص چندباندی اختصاصی استفاده میکند و بهطور همزمان شدت نور (با استفاده از سنسورهای نور کمانی اختصاصی) و نرخ تغییر جریان (di/dt) را نظارت میکند. یک قصور فقط زمانی به عنوان آتشسوزی کمانی تأیید میشود که هر دو شرط - "سیگنال نور کمانی شدید" و "ویژگی جریان بیش از حد با سرعت بالا (>10 kA/ms)" - برقرار باشند (عملیات AND منطقی). این معیار دوگانه به طور موثر از عملکرد نادرست ناشی از منابع نوری خارجی یا جریانهای بیش از حد سوئیچینگ جلوگیری میکند.
- مزیت عملکردی:> دارای سرعت عملکرد بسیار سریع است که برای کاهش انرژی آتشسوزی کمانی طراحی شده است.
- مورد استفاده: پس از نصب در سیستم توزیع ولتاژ متوسط یک مرکز داده بزرگ، این مدول زمان کلی پاکسازی قصور را کمتر از 4 میلیثانیه کاهش داد، که نسبت به روشهای حفاظتی تنها با جریان سنتی سرعت بیش از سه برابر است و خطر آسیب به تجهیزات را به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
2.2 مدول حفاظت قصور زمینی با حساسیت بالا و جریان کم
- اصول فنی: از روش میزانی صفر-سری استفاده میکند. این روش شامل اندازهگیری دقیق و بهموقع ولتاژ صفر-سری (3U₀) و جریان صفر-سری (3I₀) سیستم و محاسبه مقدار میزانی متناظر است. این الگوریتم نسبت به تغییرات جریان قصور زمینی ظرفیتی سیستم حساسیت کمتری دارد و به طور مؤثر بین جریان ظرفیتی عادی و جریان مقاومتی ناشی از قصور تمایز میکند و بنابراین قصورهای زمینی با مقاومت بالا تا 1 kΩ یا بیشتر را به طور دقیق شناسایی میکند.
- مزیت عملکردی: مشکل حساسیت کافی در روشهای حفاظتی سنتی در مواقع قصور با مقاومت انتقال بالا را حل میکند و خطرات شوک الکتریکی و آتشسوزی را به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
- مورد استفاده: در یک پروژه آزمایشی در یک شبکه روستایی (با جریان قصور زمینی ظرفیتی بالا و سطح عایقبندی خطوط نامتجانس)، استفاده از این فناوری نرخ کشف قصور زمینی را از 65% با روشهای سنتی به 92% افزایش داد و به طور قابل توجهی ایمنی تامین برق را افزایش داد.
2.3 مدول حفاظت ضد جزیرهسازی تطبیقی
- اصول فنی: برای مقابله با خطر جزیرهسازی ناشی از ادغام DERs، این مدول روشهای نظارت غیرفعال و فعال را ترکیب میکند.
- نظارت غیرفعال: بهطور مداوم پارامترهای ناهماهنگ در نقطه اتصال مشترک (PCC) مانند انحراف فرکانس ولتاژ (Δf > 0.5 Hz) و پرش زاویه فاز (Δφ > 10°) را نظارت میکند.
- تعیین فعال: زمانی که شاخصهای نظارت غیرفعال از حد تعیین شده عبور میکنند، روشهای فعال مانند تغییر فرکانس فعال را برای تأیید سریع وضعیت جزیرهسازی ادغام میکند.
- مزیت عملکردی: اطمینان میدهد که DERs در یک زمان بسیار کوتاه (< 200 ms، مطابق با الزامات شبکه) پس از وقوع جزیرهسازی جدا شوند و خطرات ناشی از عملکرد ناخواسته جزیرهای بر تجهیزات شبکه و کارکنان نگهداری را جلوگیری میکند.
- مورد استفاده: در یک پروژه میکروشبکه حاوی آرایههای خورشیدی متعدد، این مدول ضد جزیرهسازی دقت 99.7% را دستیابی کرد. این مدول به طور مؤثر جزیرهسازی را جلوگیری میکند و در عین حال حرکات غیرضروری ناشی از اختلالات عادی شبکه را به حداقل میرساند و در نتیجه نرخ استفاده از منابع انرژی توزیع شده را افزایش میدهد.
3. خلاصه ارزشهای اصلی
این راهحل حفاظتی مبتنی بر میکروپروسسور، با ادغام الگوریتمهای هوشمند متعدد، به دستیابی به:
- ایمنی افزایش یافته: از طریق حفاظت آتشسوزی کمانی در سطح میلیثانیه و حفاظت قصور زمینی با حساسیت بسیار بالا، حداکثر حفاظت از کارکنان و تجهیزات را تضمین میکند.
- قابلیت اطمینان بالا: به طور مؤثر با پیچیدگیهای ناشی از ادغام DERs مقابله میکند، وضعیتهای جزیرهسازی و قصورهای زمینی با مقاومت بالا را به طور دقیق شناسایی میکند و نقاط کور حفاظتی را حذف میکند.
- بازیابی سریع: با امکان پاکسازی سریع قصور، بازیابی خودکار شبکه را تسهیل میکند، مدت زمان قطع برق را کاهش میدهد و قابلیت اطمینان تامین برق را افزایش میدهد.