Mikrocomputerbasierte Schutzlösung: Schutzrelais für Stromzweig
- Übersicht
Der Busbarschutz ist ein kritischer Bestandteil des Netzsicherungssystems und hat die wichtige Aufgabe, Busbarfehler schnell zu isolieren und die Ausbreitung von Fehlern zu verhindern. Mit dem Fortschritt der Smart-Grid-Bauweise steht der Busbarschutz vor den beiden Herausforderungen: Sättigung von Stromwandlern (CT) und Kommunikationsverzögerungen in verteilten Architekturen. Es werden innovative technische Lösungen benötigt, um die Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der Schutzsysteme sicherzustellen.
- Kernherausforderungsanalyse
2.1 Risiko von Fehlfunktionen aufgrund von CT-Sättigung
Stromwandler neigen bei nahegelegenen Busbarfehlern zur Sättigung, was zu erheblichen Verzerrungen der Sekundärströme führt. Traditionelle Schutzzalgorithmen können aufgrund von Abtastverzerrungen Fehlfunktionen aufweisen. Insbesondere in komplexen Szenarien, in denen externe Fehler zu internen Fehlern werden, beeinflusst die Anti-Sättigungs-Fähigkeit direkt die Zuverlässigkeit des Schutzsystems.
2.2 Kommunikationsverzögerungen in verteilten Architekturen
Moderne Umspannwerke verwenden verteilte Schutzarchitekturen, bei denen die Datenübertragungsverzögerungen zwischen zentralen Einheiten und Feldgeräten die Geschwindigkeit des Schutzbetriebs direkt beeinflussen. In Hochspannungssystemen (750kV und darüber) können Millisekunden-Verzögerungen erheblich die Systemstabilität beeinträchtigen.
- Lösungen
3.1 Gewichteter Anti-Sättigungs-Algorithmus
Eine dynamische Gewichtungstechnik wird für die Echtzeitbewertung der Qualität der Sekundärströme verwendet:
- Sättigungs-Erkennung: Überwacht in Echtzeit die Verzerrungsraten der Stromformen, um den Beginn der Sättigung zu identifizieren.
- Dynamische Gewichtung: Weist im anfänglichen Fehlerstadium höheren Gewichten nicht gesättigten Abschnitten zu und reduziert automatisch die Gewichte während gesättigter Abschnitte.
- Datenerholung: Verwendet Interpolation basierend auf nicht gesättigten Daten, um genaue Fehlerströme wiederherzustellen.
Anwendungsergebnisse: Die praktische Umsetzung in einem 220kV-Umspannwerk zeigte, dass der Algorithmus die genaue Fehlerzoneidentifikation auf 99,8% verbesserte. Die Busbarfehlerabschaltzeit wurde konstant bei 8-12ms gehalten, was effektiv Fehlfunktionen aufgrund von CT-Sättigung verhinderte.
3.2 Verteiltes Glasfaserkommunikationssystem
Es wird eine hochleistungsfähige Punkt-zu-Punkt-Glasfaserkommunikationsarchitektur eingesetzt:
- Deterministische Verzögerung: Spezielle Glasfaserverbindungen gewährleisten stabile Übertragungsverzögerungen.
- Zeitgleichung: Präzisionszeitmechanismen erreichen eine Synchronisierungsgenauigkeit von ±1µs für Abtastwerte.
- Redundante Konfiguration: Eine Doppelnetz-Redundanzgestaltung erhöht die Kommunikationszuverlässigkeit.
Validierung: Betriebsdaten aus einem 750kV-Smart-Umspannwerk zeigten, dass die Kommunikationsverzögerungen zwischen zentralen und Feldgeräten unter 1ms lagen, mit einer 100%-igen korrekten Funktionsrate, was den strengen Anforderungen von Hochspannungssystemen an die Schutzgeschwindigkeit entsprach.
3.3 Virtuelle Busbar-Technologie
Eine softwaredefinierte Busbar-Topologie ermöglicht eine flexible Konfiguration:
- Graphisches Modellieren: Visuelle Werkzeuge definieren die Verbindungszustände der primären Ausrüstung.
- Vorlagenbibliothek: Beinhaltet Standardtopologievorlagen wie Doppelbusbar-Abschnitte, 3/2-Leitschaltanordnung und Ringbusbar.
- Online-Neukonfiguration: Ermöglicht die adaptive Anpassung der Schutzlogik ohne Unterbrechung der Energieversorgung.
Effizienzgewinne: Die praktische Anwendung in einem Umspannwerk reduzierte die Zeit für die Schutzkonfiguration von 48 Stunden (traditionelle Methoden) auf 2 Stunden, wodurch manuelle Konfigurationsfehler effektiv vermieden und die Projektimplementierungseffizienz erheblich verbessert wurden.
