Řešení založené na mikropočítači: Relé ochrany sběrnice

1. Přehled

Zásobníková ochrana je klíčovou součástí ochrany elektrického systému, která plní zásadní úkol rychlé izolace poruch na zásobníku a prevence šíření poruch. S postupem výstavby inteligentních sítí čelí zásobníková ochrana dvojím výzvám: narušení způsobené nasycením proudových transformátorů (CT) a prodlevy v komunikaci v distribuovaných architekturách. Jsou vyžadovány inovativní technologické řešení, aby byla zajištěna spolehlivost a rychlost ochranných systémů.

2. Analýza klíčových výzev

2.1 Riziko nesprávného fungování kvůli nasycení CT

Proudové transformátory jsou náchylné k nasycení při blízkých poruchách na zásobníku, což způsobuje závažné zkreslení sekundárních proudů. Tradiční algoritmy ochrany mohou kvůli zkreslení vzorkování nesprávně posoudit poruchy. Zvláště v komplexních situacích, kdy externí poruchy přecházejí do interních, má schopnost odolat nasycení přímý dopad na spolehlivost ochranného systému.

2.2 Prodlevy v komunikaci v distribuovaných architekturách

Moderní transformátory používají distribuované ochranné architektury, kde prodlevy v přenosu dat mezi centrálními jednotkami a bay jednotkami přímo ovlivňují rychlost funkce ochrany. V systémech s extrémně vysokým napětím (750kV a více) mohou milisekundové prodlevy značně ovlivnit stabilitu systému.

3. Řešení

3.1 Vážený algoritmus proti nasycení

Je použita dynamická vážená technika pro průběžnou hodnocení kvality sekundárních proudů CT:

• ​Detekce nasycení: Průběžně monitoruje míru zkreslení tvaru proudu pro identifikaci počátku nasycení.
• ​Dynamické vážení: Přiřazuje vyšší váhy nezasyceným segmentům během počáteční fáze poruchy a automaticky snižuje váhy během zasycených segmentů.
• ​Obnova dat: Používá interpolaci na základě nezasycených dat pro obnovu přesných proudů poruchy.

​Výsledky aplikace: Praktické zavedení v 220kV transformátoru ukázalo, že algoritmus zlepšil přesnou identifikaci zóny poruchy na 99,8%. Čas odstranění poruchy na zásobníku byl konzistentně udržován na 8-12ms, což efektivně bránilo nesprávnému fungování ochrany kvůli nasycení CT.

3.2 Distribuovaný optický vláknový komunikační systém

Je použita vysokovýkonná bod-ke-bodu optická vláknová komunikační architektura:

• ​Deterministické prodlevy: Vyhrazené optické vláknové spoje zajišťují stabilní přenosové prodlevy.
• ​Synchronizace hodin: Přesné mechanismy časování dosahují synchronizace hodnot vzorkování s přesností ±1μs.
• ​Redundantní konfigurace: Dvojsíťový redundantní design zvyšuje spolehlivost komunikace.

​Ověření: Operační data z 750kV inteligentního transformátoru ukázala, že komunikační prodlevy mezi centrálními a bay jednotkami byly menší než 1ms, s 100% správným operačním poměrem, což splňuje přísné požadavky systémů s extrémně vysokým napětím na rychlost ochrany.

3.3 Virtuální technologie zásobníku

Software definovaná topologie zásobníku umožňuje flexibilní konfiguraci:

• ​Grafické modelování: Vizuální nástroje definují vztahy propojení primárního zařízení.
• ​Podpora knihovny šablon: Zahrnuje standardní topologické šablony jako rozdělení dvojitého zásobníku, schéma 3/2 vypínače a kruhový zásobník.
• ​Online rekonfigurace: Umožňuje adaptivní úpravu logiky ochrany bez přerušení dodávky energie.

​Zisky v efektivitě: Praktické zavedení v konverzním stanici snížilo čas konfigurace ochrany ze 48 hodin (tradiční metody) na 2 hodiny, což efektivně zabránilo chybám ruční konfigurace a výrazně zlepšilo efektivitu provedení projektu.