Релéйна защита на линията Компютърна система за защита на линията

1. Абстракт и задgrund​
   С нарастващата сложност на структурите на електрическите мрежи – особено с развитието на ултра-високонапреговата директна трансмисия (UHVDC), масивното интегриране на възобновяеми източници на енергия и многобройните паралелни линии за трансмисия – изискванията към производителността на защитата на линиите за трансмисия достигнаха безпрецедентни нива. Основната предизвикателство се състои в балансирането на две ключови изисквания: осигуряване на изключително бързо функциониране на защитните устройства при дефекти, за да се поддържа стабилността на системата, а също така гарантиране на силна селективност, за да се предотврати ненужното изключване и разширяване на дефектите. Това противоречие е особено ясно във сложни конфигурации на мрежата, като паралелни двуконтурни линии, където традиционните принципи на единичната защита срещат значителни ограничения.

Това решение използва напредналата микрокомпютърна технология за защита, интегрирайки три основни модула: защита на разстояние с вариация на честотата на електроенергията, локализация на дефектите с двустранни вълнови сигнали и адаптивни стратегии за автоматично повторно включване. Целта му е да спомогне за комплексното повишаване на надеждността, скоростта и интелигентността на защитата на линиите, предоставяйки ключова подкрепа за изграждането на здрава и умна мрежа.

​2. Анализ на основните предизвикателства​

• ​Противоречие между скорост и селективност: Традиционните схеми за защита често изискват забавено функциониране, за да се гарантира селективността, което се противопоставя на необходимостта от бързо изчистване на дефектите, за да се поддържа стабилността на системата.
• ​Точна локализация на дефектите в паралелни двуконтурни линии: Мутуалната индукция между двуконтурните линии усложнява характеристиките на дефектите, значително намалява точността на традиционните методи за локализация на дефектите и затруднява идентификацията на дефектите и възстановяването на енергийната доставка.
• ​Неопределеност, въведена от интеграцията на възобновяеми източници на енергия: Интеграцията на вятърни и слънчеви електроцентрали променя нивата и характеристиките на тока при краткосрочно замыкание, което потенциално може да причини грешки или нефункциониране на защитата. Освен това колебанията в техния изход предизвикват предизвикателства за успешното изпълнение на стратегиите за автоматично повторно включване.

​3. Основни технологии на решението​

​3.1 Защита на разстояние с вариация на честотата на електроенергията (ΔZ защита)​​

• ​Технически принцип: Тази технология не се влияе от тока на зареждане при нормална работа на системата. Изчислява съпротивлението при дефект само чрез вариациите на честотата на електроенергията и тока, генериращи се в момент на дефект. С високи прагове за стартиране, тя е по природа направлена, много селективна и нечувствителна към колебанията на системата и преходното съпротивление.
• ​Преимущества на производителността:
• Изключително бързо функциониране: Екстремно бърз отговор, с типични времена за функциониране под 10ms.
• Висока надеждност: Ефективно избягва грешки, причинени от влиянието на тока на зареждане.
• ​Приложен случай: В ±800kV UHVDC линия за трансмисия, тази технология намали общото време за изчистване на дефектите (функциониране на защитата + изключване на контактора) за близки дефекти до под 80ms, значително повишила преходната стабилност на UHVDC системата.

​3.2 Локализация на дефектите с двустранни вълнови сигнали​

• ​Технически принцип: Дефектът генерира вълнови сигнали, които се разпространяват към двете краища на линията. Използвайки високопрецизни GPS/BDS синхронизирани часовници, защитните устройства на двете краища точно записват времета на пристигане на първоначалните вълнови сигнали на тока (t1 и t2). Локализацията на дефекта се изчислява точно чрез формулата L = (v * Δt) / 2, където v е скоростта на вълната, а Δt = |t1 - t2|.
• ​Преимущества на производителността:
• Изключителна точност: Локализацията на дефекта е значително неуязвена от взаимната индукция на линията, режима на работа на системата, преходното съпротивление или насыщението на трансформатора (CT).
• Независимост от параметри: Не зависи от параметрите на импеданса на линията, елиминирайки грешки, причинени от неточни параметри в традиционните методи, базирани на импеданса.
• ​Приложен случай: Разположението в 500kV двуконтурна линия на една и съща кула намали грешката в локализацията на дефекта до под 200 метра, подобряйки точността с над 80% в сравнение с традиционните методи, базирани на импеданса от едното краище. Това значително облекчава бързото идентифициране на дефектите и поддръжката.

​3.3 Адаптивна стратегия за автоматично повторно включване​

• ​Технически принцип: Микрокомпютърното устройство за защита интелигентно различава видовете дефекти (преходни или постоянни):
1. ​Преходни дефекти: След изключването, диелектричната способност на линията се възстановява сама. Устройството детектира възстановяването на изолацията и незабавно издава команда за повторно включване.
2. ​Постоянни дефекти: Устройството детектира постоянния дефект и блокира повторното включване, за да се предотврати вторично изключване на контактора, гарантирайки безопасността на оборудването.
   Освен това, стратегията динамично коригира времената на прекъсване на автоматичното повторно включване, основавайки се на реалните условия на системата (например, дялът на изхода на възобновяемите източници на енергия), за да се съответства с характеристиките на възстановяването на системата.
• ​Преимущества на производителността:

• Повишен успех: Избягва повторно включване при постоянни дефекти, значително подобрявайки успеха на автоматичното повторно включване и надеждността на доставката на енергия.
• Намалено влияние: Предотвратява ненужни вторични удари върху системата, защитавайки оборудването.

• ​Приложен случай: Приложението в критична изходна линия на вятърна ферма увеличи успеха на автоматичното повторно включване от 72% до 93%, ефективно намалявайки отключванията на вятърните турбини, причинени от преходни дефекти на линията.

​4. Резюме на стойността на решението​
Това интегрирано микрокомпютърно решение за защита предоставя основна стойност на клиентите чрез синергетичното приложение на трите си ключови технологии:

1. ​Подобряване на стабилността на системата: Изключително бързата защита изолира дефектите бързо, осигурявайки критично време за поддържане на стабилността на мрежата.
2. ​Подобряване на надеждността на доставката на енергия: Интелектуалната адаптивна стратегия за автоматично повторно включване максимизира възстановяването на енергията, намалявайки продължителността и загубите от прекъсване.
3. ​Повишаване на оперативната ефективност: Високата прецизност на локализацията на дефектите трансформира поддръжката от "обхождане на линията" към "точкова проверка", значително намалявайки разходите и времето за проверка.
4. ​Адаптивност към нови енергийни системи: Неговата изключителна производителност го прави много подходящо за сложни съвременни сценарии на мрежата, включително UHVDC, интеграция на възобновяеми източници на енергия и многоконтурни линии.