Rozwiązanie Ochrony Oparte na Mikrokomputerze: Relé Ochrony Magistrali

1. Przegląd

Ochrona szyn rozdzielczych jest kluczowym elementem ochrony systemu energetycznego, pełniąc istotną rolę w szybkim izolowaniu uszkodzeń szyn i zapobieganiu rozprzestrzenianiu się uszkodzeń. Wraz z postępami w budowie inteligentnych sieci elektrycznych, ochrona szyn rozdzielczych staje przed podwójnym wyzwaniem: zakłóceniami spowodowanymi nasyceniem transformatorów prądowych (CT) oraz opóźnieniami komunikacyjnymi w architekturach rozproszonych. Aby zapewnić niezawodność i szybkość systemów ochrony, wymagane są innowacyjne techniczne rozwiązania.

2. Analiza kluczowych wyzwań

2.1 Ryzyko błędnego działania z powodu nasycenia CT

Transformatory prądowe są narażone na nasycenie podczas bliskich uszkodzeń szyn rozdzielczych, co prowadzi do poważnej deformacji prądów wtórnych. Tradycyjne algorytmy ochrony mogą błędnie ocenić uszkodzenia z powodu zakłóceń próbkowania. Szczególnie w skomplikowanych scenariuszach, gdy zewnętrzne uszkodzenia przekształcają się w wewnętrzne, zdolność odporności na nasycenie bezpośrednio wpływa na niezawodność systemu ochrony.

2.2 Opóźnienia komunikacyjne w architekturach rozproszonych

Nowoczesne podstacje przyjmują rozproszone architektury ochrony, gdzie opóźnienia transmisji danych między jednostkami centralnymi a jednostkami zlewkowymi bezpośrednio wpływają na szybkość działania ochrony. W systemach nadwysokiego napięcia (750kV i wyżej), opóźnienia na poziomie milisekund mogą znacznie wpłynąć na stabilność systemu.

3. Rozwiązania

3.1 Algorytm ważony antynasyceniowy

Technika dynamicznego ważenia jest stosowana do rzeczywistych ocen jakości prądów wtórnych CT:

• ​Wykrywanie nasycenia: Monitoruje w czasie rzeczywistym współczynniki deformacji fali prądowej, aby wykryć początek nasycenia.
• ​Dynamiczne ważenie: Przypisuje większe wagi segmentom nienasyconym w początkowej fazie uszkodzenia i automatycznie zmniejsza wagi w fazie nasycenia.
• ​Przywracanie danych: Używa interpolacji na podstawie nienasyconych danych, aby przywrócić dokładne prądy uszkodzeniowe.

​Wyniki zastosowania: Praktyczne zastosowanie w podstacji 220kV pokazało, że algorytm poprawił dokładność identyfikacji strefy uszkodzenia do 99,8%. Czas likwidacji uszkodzenia szyn rozdzielczych był stale utrzymywany na poziomie 8-12ms, efektywnie zapobiegając błędowi działania ochrony z powodu nasycenia CT.

3.2 Rozproszony system komunikacji światłowodowej

Stosuje się wysokowydajną architekturę punkt-punkt komunikacji światłowodowej:

• ​Deterministyczne opóźnienie: Dedykowane linki światłowodowe zapewniają stabilne opóźnienia transmisji.
• ​Synchronizacja zegarowa: Mechanizmy precyzyjnego zegarowania osiągają dokładność synchronizacji wartości próbkowania na poziomie ±1μs.
• ​Konfiguracja redundantna: Projekt z redundantną konfiguracją sieci podwójnej sieci wzmacnia niezawodność komunikacji.

​Weryfikacja: Dane operacyjne z inteligentnej podstacji 750kV pokazały, że opóźnienia komunikacyjne między jednostkami centralnymi a zlewkowymi były mniejsze niż 1ms, z 100% poprawnością działania, spełniając surowe wymagania systemów nadwysokiego napięcia co do szybkości ochrony.

3.3 Technologia wirtualnej szyny rozdzielczej

Topologia szyny rozdzielczej zdefiniowana przez oprogramowanie umożliwia elastyczną konfigurację:

• ​Modelowanie graficzne: Narzędzia wizualne definiują relacje połączeń sprzętu podstawowego.
• ​Wsparcie biblioteki szablonów: Obejmuje standardowe szablony topologii, takie jak podział dwuszychowej, schemat przełącznika 3/2 i pierścieniowa szyna rozdzielcza.
• ​Rekonfiguracja online: Umożliwia adaptacyjną dostosowanie logiki ochrony bez przerwy w dostawie energii.

​Zyski efektywności: Praktyczne zastosowanie w stacji przetworniczej zmniejszyło czas konfiguracji ochrony z 48 godzin (metody tradycyjne) do 2 godzin, efektywnie unikając błędów konfiguracji ręcznej i znacząco poprawiając efektywność realizacji projektu.