حل الحماية المستند إلى الكمبيوتر الدقيق لجهاز الريلاي حماية الخطوط

1. الملخص والخلفية​
   مع زيادة تعقيد هياكل الشبكة الكهربائية - خاصة تطوير نقل التيار المباشر عالي الجهد (UHVDC) وتكامل الطاقة المتجددة على نطاق واسع والعديد من خطوط النقل المتوازية - أصبحت متطلبات أداء حماية خطوط النقل غير مسبوقة. يكمن التحدي الرئيسي في تحقيق توازن بين طلبين أساسيين: ضمان سرعة التشغيل الفائقة للأجهزة الحامية أثناء الأعطال للحفاظ على استقرار النظام، مع ضمان تحديد قوي لمنع القفزات غير الضرورية وتزايد الأعطال. هذا التناقض尤为明显在复杂的电网配置中，例如双回路并行线路，传统的单端保护原理面临重大限制。

该解决方案利用先进的微机保护技术，集成了三个核心模块：工频变化距离保护、双端行波故障定位和自适应重合闸策略。旨在全面提升线路保护的可靠性、速度和智能化，为构建坚强智能电网提供关键支持。

​2. 核心挑战分析​

• ​速度与选择性之间的冲突：传统保护方案往往需要延迟动作以确保选择性，这与快速清除故障以保持系统稳定性的需求相冲突。
• ​双回路并行线路中的准确故障定位：双回路线路之间的互感使故障特征复杂化，大大降低了传统故障定位方法的准确性，阻碍了故障识别和电力恢复。
• ​可再生能源集成带来的不确定性：风力和太阳能发电厂的集成改变了短路电流水平和特性，可能导致保护误动或失效。此外，其输出波动也对自适应重合闸策略的成功率提出了挑战。

​3. 解决方案的核心技术​

​3.1 工频变化距离保护（ΔZ 保护）​​

• ​技术原理：该技术在系统正常运行时不受负荷电流影响。它仅使用故障瞬间产生的电压和电流的工频变化来计算故障阻抗。具有高启动门槛，固有方向性，高度选择性，并且对系统振荡和过渡电阻不敏感。
• ​性能优势：
• 超高速动作：响应极快，典型动作时间小于10毫秒。
• 高可靠性：有效避免因负荷电流影响而导致的误动。
• ​应用案例：在±800kV特高压直流输电线路中，该技术将近端故障的总故障清除时间（保护动作+断路器跳闸）缩短至80毫秒以内，显著提高了特高压直流系统的暂态稳定性。

​3.2 双端行波故障定位​

• ​技术原理：故障产生行波并向线路两端传播。利用高精度GPS/BDS同步时钟，两端的保护装置精确记录初始电流行波到达时间（t1和t2）。通过公式L = (v * Δt) / 2准确计算故障位置，其中v是波速，Δt = |t1 - t2|。
• ​性能优势：
• 超高精度：故障定位几乎不受线路互感、系统运行方式、过渡电阻或电流互感器（CT）饱和的影响。
• 参数无关：不依赖于线路阻抗参数，消除了传统基于阻抗方法中由于参数不准确引起的误差。
• ​应用案例：在同塔双回500kV线路上部署，将故障定位误差降低到200米以内，比传统的单端阻抗法提高了80%以上的精度。这极大地促进了快速故障识别和维护。

​3.3 自适应重合闸策略​

• ​技术原理：微机保护装置智能区分故障类型（瞬时或永久）：
1. ​瞬时故障：跳闸后，线路介质强度自我恢复。装置检测到绝缘恢复后立即发出重合命令。
2. ​永久故障：装置检测到持续故障并阻止重合，防止二次断路器跳闸，确保设备安全。
   此外，该策略根据实时系统条件（如可再生能源输出份额）动态调整重合闸死区时间，以匹配系统恢复特性。
• ​性能优势：

• 提高成功率：避免在永久故障上重合，显著提高重合闸成功率和供电可靠性。
• 减少影响：防止不必要的二次冲击系统，保护设备。

• ​应用案例：在一条重要的风电场出线上的实施，将重合闸成功率从72%提高到93%，有效减少了由瞬时线路故障引起的风电机组脱网。

​4. 解决方案价值总结​
通过其三大核心技术的协同应用，这一综合微机保护解决方案为客户提供了核心价值：

1. ​增强系统稳定性：超高速保护迅速隔离故障，争取关键时间以维持电网稳定。
2. ​提高供电可靠性：智能自适应重合闸最大限度地恢复供电，减少停电时间和损失。
3. ​提高运行效率：高精度故障定位将维护从“线路巡检”转变为“点检”，显著降低了排查成本和时间。
4. ​适应新型电力系统：其卓越的性能使其非常适合包括特高压直流、可再生能源集成和多回路线路在内的复杂现代电网场景。

1. الملخص والخلفية​
   مع زيادة تعقيد هياكل الشبكة الكهربائية - خاصة تطوير نقل التيار المباشر عالي الجهد (UHVDC) وتكامل الطاقة المتجددة على نطاق واسع والعديد من خطوط النقل المتوازية - أصبحت متطلبات أداء حماية خطوط النقل غير مسبوقة. يكمن التحدي الرئيسي في تحقيق توازن بين طلبين أساسيين: ضمان سرعة التشغيل الفائقة للأجهزة الحامية أثناء الأعطال للحفاظ على استقرار النظام، مع ضمان تحديد قوي لمنع القفزات غير الضرورية وتزايد الأعطال. هذا التناقض واضح بشكل خاص في تكوينات الشبكة المعقدة مثل الخطوط المتوازية ذات الدائرة المزدوجة، حيث تواجه مبادئ الحماية التقليدية بطرف واحد قيودًا كبيرة.

تعتمد هذه الحلول على تقنية الحماية المتقدمة المستندة إلى الكمبيوتر الدقيق، والتي تدمج ثلاثة وحدات رئيسية: حماية المسافة بتغير التردد العملي، تحديد موقع الأعطال بالموجات السافرة ثنائية الطرف، واستراتيجيات إعادة الإغلاق الذاتي التكيفية. تهدف إلى تحسين موثوقية وسرعة وذكاء حماية الخطوط بشكل شامل، مما يوفر دعمًا حاسمًا لبناء شبكة كهربائية قوية وذكية.

​2. تحليل التحديات الرئيسية​

• ​الصراع بين السرعة والتحديد: غالباً ما تتطلب مخططات الحماية التقليدية تشغيل مؤجل للتأكد من التحديد، مما يتعارض مع الحاجة إلى إزالة العطل بسرعة للحفاظ على استقرار النظام.
• ​تحديد موقع العطل بدقة في الخطوط المتوازية ذات الدائرة المزدوجة: تعقيد خصائص العطل بسبب التأثير المتبادل بين الخطوط المتوازية، مما يقلل بشكل كبير من دقة طرق تحديد الموقع التقليدية ويعرقل تحديد العطل وإعادة تزويد الطاقة.
• ​الشكوك الناجمة عن تكامل الطاقة المتجددة: يؤدي دمج محطات الطاقة الشمسية والرياح إلى تغيير مستويات وخصائص التيار القصير، مما قد يتسبب في تشغيل أو فشل الحماية بشكل غير صحيح. بالإضافة إلى ذلك، تحديات التقلبات في الإخراج لنجاح استراتيجيات إعادة الإغلاق الذاتي.

​3. التقنيات الأساسية للحل​

​3.1 حماية المسافة بتغير التردد العملي (ΔZ Protection)​​

• ​المبدأ الفني: لا تتأثر هذه التقنية بالتيار الحمل خلال التشغيل الطبيعي للنظام. تقوم بحساب المقاومة العازلة باستخدام فقط التغيرات في التردد العملي للجهد والتيار التي تنشأ عند حدوث العطل. مع عتبات بدء عالية، فهي ذات اتجاه طبيعي، وتحديد عالٍ، وغير حساسة للتذبذبات النظامية والمقاومة الانتقالية.
• ​مزايا الأداء:
• تشغيل فائق السرعة: استجابة سريعة للغاية، مع أوقات تشغيل نموذجية أقل من 10 ميلي ثانية.
• موثوقية عالية: تتجنب بشكل فعال التشغيل الخاطئ بسبب تأثير التيار الحمل.
• ​حالة التطبيق: في خط نقل UHVDC ±800kV، قللت هذه التقنية من وقت إزالة العطل الكلي (تشغيل الحماية + فتح الدائرة) للعطل القريب إلى أقل من 80 ميلي ثانية، مما يعزز بشكل كبير الاستقرار العابر لنظام UHVDC.

​3.2 تحديد موقع العطل بالموجات السافرة ثنائية الطرف​

• ​المبدأ الفني: ينتج العطل موجات سافرة تنتشر نحو كلا طرفي الخط. باستخدام ساعات GPS/BDS متزامنة بدقة عالية، تسجل أجهزة الحماية في كلا الطرفين أوقات الوصول الأولية للموجات السافرة للتيار (t1 و t2). يتم حساب موقع العطل بدقة باستخدام الصيغة L = (v * Δt) / 2، حيث v هي سرعة الموجة و Δt = |t1 - t2|.
• ​مزايا الأداء:
• دقة فائقة: لا تتأثر تحديد موقع العطل بشكل كبير بالتداخل المتبادل للخط، وضع التشغيل النظامي، المقاومة الانتقالية، أو التشبع في المحولات الحالية (CT).
• مستقلة عن المعلمات: لا تعتمد على معلمات مقاومة الخط، مما يزيل الأخطاء الناتجة عن عدم دقة المعلمات في الأساليب التقليدية المستندة إلى المقاومة.
• ​حالة التطبيق: تم تطبيقها على خط مزدوج 500kV على نفس البرج، مما قلل من خطأ تحديد موقع العطل إلى أقل من 200 متر، مما يحسن الدقة بنسبة أكثر من 80٪ مقارنة بالأساليب التقليدية المستندة إلى المقاومة ذات الطرف الواحد. هذا يسهل بشكل كبير تحديد العطل وصيانته بسرعة.

​3.3 استراتيجية إعادة الإغلاق الذاتي التكيفية​

• ​المبدأ الفني: يقوم جهاز الحماية المستند إلى الكمبيوتر الدقيق بتمييز أنواع العطل بطريقة ذكية (مؤقت أو دائم):
1. ​الأعطال المؤقتة: بعد فتح الدائرة، تستعيد قوة العزل الذاتي للخط. يقوم الجهاز باكتشاف استعادة العزل ويصدر أمر إعادة الإغلاق بسرعة.
2. ​الأعطال الدائمة: يقوم الجهاز باكتشاف العطل المستمر ويمنع إعادة الإغلاق لمنع فتح الدائرة الثانوي، مما يضمن سلامة المعدات.
   بالإضافة إلى ذلك، تقوم الاستراتيجية بتعديل زمن الموت لإعادة الإغلاق بشكل ديناميكي بناءً على ظروف النظام في الوقت الحقيقي (مثل نسبة مساهمة الطاقة المتجددة) لتتوافق مع خصائص استعادة النظام.
• ​مزايا الأداء:

• زيادة معدل النجاح: يتجنب إعادة الإغلاق على الأعطال الدائمة، مما يحسن بشكل كبير معدل نجاح إعادة الإغلاق وموثوقية تزويد الطاقة.
• تخفيض التأثير: يمنع الصدمات الثانوية غير الضرورية للنظام، مما يحمي المعدات.

• ​حالة التطبيق: تم تنفيذها على خط خروج مزرعة رياح مهمة، مما زاد معدل نجاح إعادة الإغلاق من 72٪ إلى 93٪، مما يقلل بشكل فعال من انقطاعات التوربينات الريحية الناجمة عن أعطال الخطوط المؤقتة.

​4. ملخص قيمة الحل​
توفر هذه الحلول المتكاملة المستندة إلى الكمبيوتر الدقيق قيمة أساسية للعملاء من خلال تطبيق ثلاث تقنيات رئيسية بشكل متناغم:

1. ​تعزيز استقرار النظام: تعمل الحماية فائقة السرعة على عزل الأعطال بسرعة، مما يوفر وقتًا حاسمًا لحفظ استقرار الشبكة.
2. ​تحسين موثوقية تزويد الطاقة: تعمل إعادة الإغلاق الذاتي الذكية على تعظيم استعادة التيار الكهربائي، مما يقلل من مدة الانقطاع والخسائر.
3. ​زيادة كفاءة التشغيل: تحويل الصيانة من "دوريات الخط" إلى "فحص النقاط"، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف ووقت البحث عن الأعطال.
4. ​التكيف مع أنظمة الطاقة الجديدة: أدائها الاستثنائي يجعلها مناسبة للغاية لسيناريوهات الشبكات الحديثة المعقدة، بما في ذلك UHVDC، وتكامل الطاقة المتجددة، وخطوط متعددة الدوائر.