Relé de Protecció de Línia Solució de Protecció de Línia Basada en Microordinador

1. Resum i antecedents​
   Amb l'augment de la complexitat de les estructures de la xarxa elèctrica, especialment amb el desenvolupament de la transmissió en corrent contínua d'altíssima tensió (UHVDC), la integració a gran escala d'energia renovable i diverses línies de transmissió paral·leles, els requisits de rendiment per a la protecció de les línies de transmissió han assolit nivells sense precedents. El repte central es troba en equilibrar dues demandes crítiques: assegurar una operació extremadament ràpida dels dispositius de protecció en cas de faltes per mantenir l'estabilitat del sistema, mentre s'assegura una forta selectivitat per evitar trams innecessaris i l'escalada de faltes. Aquesta contradicció és especialment pronunciada en configuracions complexes de xarxes com les línies dobles-circuit, on els principis de protecció unilaterals tradicionals tenen limitacions significatives.

Aquesta solució utilitza tecnologia avançada de protecció basada en microordinadors, integrant tres mòduls principals: protecció de distància de variació de freqüència de potència, localització de faltes de doble terminal i estratègies d'autoreposició adaptativa. Té com objectiu augmentar de manera integral la fiabilitat, velocitat i intel·ligència de la protecció de les línies, proporcionant suport crític per construir una xarxa robusta i intel·ligent.

​2. Anàlisi dels reptes centrals​

• ​Conflicte entre velocitat i selectivitat: Les esquemes de protecció tradicionals sovint requereixen una operació retardada per assegurar la selectivitat, conflicte que va en contra de la necessitat de clarificació ràpida de faltes per mantenir l'estabilitat del sistema.
• ​Localització precisa de faltes en línies dobles-circuit: La mutua inductància entre les línies dobles-circuit complica les característiques de les faltes, reduint significativament la precisió dels mètodes tradicionals de localització de faltes i dificultant la identificació de faltes i la restauració de l'energia.
• ​Incertesa introduïda per la integració d'energia renovable: La integració de parcs eòlics i solar altera els nivells i les característiques de la corrent de curtcircuït, potencialment causant malfuncionament o fallida de la protecció. A més, les seves fluctuacions de sortida desafien el percentatge d'èxit de les estratègies d'autoreposició.

​3. Tecnologies principals de la solució​

​3.1 Protecció de distància de variació de freqüència de potència (ΔZ Protection)​​

• ​Principi tècnic: Aquesta tecnologia no està afectada per la corrent de càrrega durant l'operació normal del sistema. Calcula la impedància de la falta utilitzant només les variacions de freqüència de potència en tensió i corrent generades en el moment de la falta. Amb llindars d'inici elevats, és inherentment direccional, altament selectiva i insensible a les oscil·lacions del sistema i a la resistència de transició.
• ​Vantatges de rendiment:
• Operació ultra-ràpida: Resposta extremadament ràpida, amb temps típics d'operació inferiors als 10 ms.
• Alta fiabilitat: Evita eficaçment el malfuncionament degut a les influències de la corrent de càrrega.
• ​Cas d'aplicació: En una línia de transmissió UHVDC de ±800kV, aquesta tecnologia va reduir el temps total de clarificació de faltes (operació de protecció + trencament del circuit) per a faltes properes a menys de 80 ms, augmentant significativament la estabilitat transitori de la xarxa UHVDC.

​3.2 Localització de faltes de doble terminal​

• ​Principi tècnic: Una falta genera ones de propagació que es mouen cap a ambdós extrems de la línia. Utilitzant rellocs GPS/BDS de sincronització de alta precisió, els dispositius de protecció als dos extrems registren amb precisió els temps d'arribada de les primeres ones de corrent (t1 i t2). La localització de la falta es calcula amb precisió utilitzant la fórmula L = (v * Δt) / 2, on v és la velocitat de l'ona i Δt = |t1 - t2|.
• ​Vantatges de rendiment:
• Precisió ultra-alta: La localització de la falta està gairebé inafectada per la mutua inductància de la línia, el mode d'operació del sistema, la resistència de transició o la saturació del transformador de corrent (CT).
• Independent de paràmetres: No depèn dels paràmetres d'impedància de la línia, eliminant errors causats per paràmetres inexactes en mètodes tradicionals basats en la impedància.
• ​Cas d'aplicació: La implementació en una línia doble-circuit de 500 kV en el mateix sostre va reduir l'error de localització de faltes a menys de 200 metres, millorant la precisió en més de l'80% en comparació amb mètodes tradicionals basats en la impedància unilateral. Això facilita enormement la identificació ràpida de faltes i la manutenció.

​3.3 Estratègia d'autoreposició adaptativa​

• ​Principi tècnic: El dispositiu de protecció basat en microordinador distingeix intelligentment els tipus de faltes (transitoris o permanents):
1. ​Faltes transitories: Després del trencament, la resistència dielèctrica de la línia es restableix automàticament. El dispositiu detecta la recuperació de l'aïllament i emet prontament una ordre de reposició.
2. ​Faltes permanentes: El dispositiu detecta la persistència de la falta i bloqueja la reposició per evitar el trencament secundari del circuit, assegurant la seguretat de l'equipament.
   A més, la estratègia ajusta dinàmicament el temps mort de l'autoreposició en funció de les condicions del sistema en temps real (per exemple, la participació de la producció d'energia renovable) per adaptar-se a les característiques de recuperació del sistema.
• ​Vantatges de rendiment:

• Augmenta el percentatge d'èxit: Evita la reposició en faltes permanentes, millorant significativament el percentatge d'èxit de l'autoreposició i la fiabilitat de l'abastament d'energia.
• Redueix l'impacte: Prevé xocs secundaris innecessaris al sistema, protegint l'equipament.

• ​Cas d'aplicació: La implementació en una línia de sortida crítica d'un parc eòlic va incrementar el percentatge d'èxit de l'autoreposició del 72% al 93%, reduint eficaçment les desconexions de turbinas eòliques causades per faltes transitories de la línia.

​4. Resum del valor de la solució​
Aquesta solució integrada de protecció basada en microordinadors ofereix un valor central als clients a través de l'aplicació sinèrgica de les seves tres tecnologies clau:

1. ​Estabilitat del sistema millorada: La protecció ultra-ràpida aïlla les faltes ràpidament, assegurant un temps crític per mantenir l'estabilitat de la xarxa.
2. ​Fiabilitat de l'abastament d'energia millorada: L'autoreposició adaptativa intel·ligent maximitza la restauració de l'energia, reduint la durada i les pèrdues de corte.
3. ​Eficiència operativa incrementada: La localització de faltes de alta precisió transforma la manutenció de "patrullament de línies" a "inspecció puntual", reduint significativament els costos i el temps de revisió.
4. ​Adaptabilitat a nous sistemes d'energia: El seu rendiment excepcional la fa molt adequada per a escenaris moderns de xarxes complexes, incloent-hi UHVDC, integració d'energia renovable i línies multicircuit.