Spänningsförsörjningskyddslösning med mikroprocessordrivna reläer för moderna smarta distributionsnät

1. Introduktion och kärnutmaningar​
   Den ökade integrationen av distribuerade energiresurser (DER) (som solenergi och vindkraft) i distributionsnät, tillsammans med ökade användarbegäranden om tillförlitlighet och säkerhet i elleverans, ställer allvarliga utmaningar för traditionella skyddsscheman för linjer. Denna lösning är utformad för att hantera följande tre kärnutmaningar:

• ​Bågeldshändelser:​​ Interna kortslutningar i utrustning som strömbrytare kan utlösa extremt destruktiva bågeldshändelser, vilket hotar utrustningens och personalens säkerhet, vilket kräver ett extremt snabbt svar från skyddssystemet.
• ​Högimpedansiga jordfel:​​ Särskilt enfasjordfel som uppstår i landsbygdsområden eller regioner med hög markresistans, kännetecknade av låg felström, är svåra att pålitligt upptäcka med traditionellt nollsekvensöverströmskydd, vilket innebär en risk för att skyddet inte fungerar korrekt.
• ​Påverkan av integrering av distribuerade energiresurser (DER):​​ Integreringen av DER ändrar strömfördelningsriktningen och kortslutningsströmkarakteristiken i distributionsnät, vilket potentiellt kan orsaka felaktig verkan (falska avbrott) eller misslyckande med att agera, samt introducerar risken för oavsiktlig isolering.

Denna lösning, baserad på avancerade mikroprocessorbaserade skyddspolser och genom integration av flera innovativa algoritmer, erbjuder omfattande, snabbt och pålitligt skydd för linjer i moderna distributionsnät.

​2. Löstningens detaljer​
Vårt linjeskyddspols använder en modulär design, med integration av följande kärnskyddsfunktioner för att hantera de tidigare nämnda utmaningarna.

​2.1 Multiband-bågeldskydd (AFP)-modul​

• ​Teknisk princip:​​ Använder en proprietär multiband-detektionsteknik, övervakar samtidigt ljusintensitet (genom dedikerade bågeldsensorer) och hastigheten i förändring av ström (di/dt). Ett fel konstateras som en bågeldhändelse endast när båda villkoren - "intensiv bågeldsignal" OCH "hög hastighet överströmkarakteristik (>10 kA/ms)" - uppfylls (logisk AND-operation). Detta dubbla kriterium förhindrar effektivt felaktig verkan orsakad av externa ljuskällor eller växlingsöverströmmar.
• ​Prestandafördelar:​​ Har extremt snabba driftshastigheter, utformade för att minimera bågeldenergin.
• ​Användningsfall:​​ Efter distribution i det medelspänningsdistributionsnätet av ett stort datacenter, uppnådde denna modul en total felavlägsningstid under 4 millisekunder, vilket motsvarar en hastighetsökning mer än tre gånger jämfört med traditionella strömskyddsscheman, vilket drastiskt minskar risken för utrustningsskador.

​2.2 Högkänsligt lågströmsjordfelsskyddmodul​

• ​Teknisk princip:​​ Använder nollsekvensadmittansmetoden. Denna metod involverar realtidsmässig, exakt mätning av systemets nollsekvensspänning (3U₀) och nollsekvensström (3I₀), beräknar den motsvarande admittansvärdet. Denna algoritm är relativt okänslig för variationer i systemets kapacitiva jordfelström, vilket effektivt skiljer mellan normal kapacitiv ström och felinducerad resistiv ström, vilket möjliggör noggrann identifiering av högimpedansiga jordfel med resistansvärden upp till 1 kΩ eller högre.
• ​Prestandafördelar:​​ Löser problemet med otillräcklig känslighet i traditionella skyddsscheman vid fel genom hög övergångsimpedans, vilket drastiskt minskar riskerna för elektriska skador och brand.
• ​Användningsfall:​​ I ett pilotprojekt inom ett landsbygdsnät (kännetecknat av hög kapacitiv jordfelström och ojämna linjeisolationsnivåer) ökade användningen av denna teknik det totala jordfelupptäckningsindexet från 65% med traditionella scheman till 92%, vilket betydligt förbättrade elleveranstillförlitligheten.

​2.3 Adaptiv anti-isoleringsskyddmodul​

• ​Teknisk princip:​​ För att hantera isoleringsrisker introducerade av DER-integrering, kombinerar denna modul passiva och aktiva detektionsmetoder.
• ​Passiv övervakning:​​ Övervakar kontinuerligt avvikande parametrar vid punkten för gemensam koppling (PCC), såsom spänningsfrekvensavvikelse (Δf > 0,5 Hz) och fasvinkelhop (Δφ > 10°).
• ​Aktiv bestämning:​​ När indikatorer för passiv övervakning överskrider satta tröskelvärden, inkluderar den aktiva metoder som aktiv frekvensdrift för att snabbt bekräfta en isoleringsförhållande.
• ​Prestandafördelar:​​ Garanterar snabb koppling av DER inom en mycket kort tidsram (< 200 ms, i enlighet med nätregler) efter isolering, vilket förhindrar faror för nätutrustning och underhållspersonal från oavsiktlig isolerad drift.
• ​Användningsfall:​​ Validerat i ett mikronätprojekt som innehåller flera fotovoltaiska anläggningar, uppnådde denna anti-isoleringsskyddmodul en noggrannhetsgrad på 99,7%. Den förhindrar effektivt isolering samtidigt som den minimerar onödiga avbrott orsakade av normala nätstörningar, vilket förbättrar utnyttjandegraden av distribuerade energiresurser.

​3. Sammanfattning av kärnvärden​
Denna mikroprocessorbaserade skyddslösning, genom integration av flera intelligenta algoritmer, uppnår:

• ​Förbättrad säkerhet:​​ Maximerar skyddet av personal och utrustning genom millisekunds-nivå bågeldskydd och ultra-högkänsligt jordfelsskydd.
• ​Hög tillförlitlighet:​​ Hanterar effektivt komplexiteter introducerade av DER-integrering, identifierar korrekt isoleringsförhållanden och högimpedansfel, eliminera skydds "blindfläckar".
• ​Snabb återställning:​​ Möjliggör snabb felavlägsning, underlättar snabb nätselfhealing, minskar avbrottslängd och förbättrar elleveranstillförlitligheten.