Relé ochrany linky Mikropočítačové řešení ochrany linky

1. Abstrakt a Pozadí​
   S rostoucí složitostí struktur elektrických sítí – zejména rozvojem přenosu ultra vysokého napětí stejnosměrného proudu (UHVDC), rozsáhlou integrací obnovitelných zdrojů energie a mnoha paralelními přenosovými linkami – dosáhly požadavky na ochranu přenosových linek nepředstavitelné úrovně. Základní výzva spočívá v vyvážení dvou klíčových požadavků: zajištění extrémně rychlého fungování ochranných zařízení při poruchách pro udržení stability systému, a zároveň zajištění silné selektivity, aby se zabránilo nezbytnému spouštění a eskalaci poruch. Tento konflikt je zejména zřetelný v komplexních konfiguracích sítí, jako jsou paralelní dvojité vedení, kde tradiční principy jednostranné ochrany čelí významným omezením.

Toto řešení využívá pokročilé mikropočítačové ochranné technologie, integruje tři klíčové moduly: ochrana vzdálenosti variace síťové frekvence, dvojkonce směrování chyb pomocí běžících vln a adaptivní strategie automatického opětovného zapnutí. Cílem je komplexně zlepšit spolehlivost, rychlost a inteligenci ochrany linek, poskytující klíčovou podporu pro vytváření odolné a inteligentní sítě.

​2. Analýza klíčových výzev​

• ​Konflikt mezi rychlostí a selektivitou: Tradiční schémata ochrany často vyžadují zpožděné fungování pro zajištění selektivity, což je v rozporu s potřebou rychlého odstranění poruchy pro udržení stability systému.
• ​Přesná lokalizace poruchy v paralelních dvojitých vedeních: Vzájemná indukce mezi dvojitými vedeními komplikuje charakteristiky poruch, značně snižuje přesnost tradičních metod lokalizace poruch a brání identifikaci poruch a obnově dodávky energie.
• ​Nepřesnost způsobená integrací obnovitelných zdrojů energie: Integrace větrných a solárních elektráren mění úrovně a charakteristiky krátkozávodných proudů, což může způsobit nesprávné fungování ochrany nebo její selhání. Kromě toho jejich fluktuace výstupu významně komplikují úspěšnost strategií automatického opětovného zapnutí.

​3. Klíčové technologie řešení​

​3.1 Ochrana vzdálenosti variace síťové frekvence (ΔZ Ochrana)​​

• ​Technický princip: Tato technologie není ovlivněna proudem zátěže během normálního provozu systému. Počítá impedanci poruchy pouze pomocí variací síťové frekvence napětí a proudu generovaných okamžitě po vzniku poruchy. S vysokými startovacími prahy je samotná směrová, výběrová a netečná k oscilacím systému a přechodovému odporu.
• ​Výhody výkonu:
• Extrémně rychlé fungování: Extrémně rychlá odezva, typické doby fungování menší než 10 ms.
• Vysoká spolehlivost: Efektivně se vyhýbá nesprávnému fungování způsobenému vlivem proudu zátěže.
• ​Případ použití: Na přenosové lince UHVDC ±800 kV tato technologie snížila celkovou dobu odstranění poruchy (fungování ochrany + spouštění vypínače) pro blízké poruchy na méně než 80 ms, což významně zlepšilo přechodovou stabilitu systému UHVDC.

​3.2 Dvojkonce směrování chyb pomocí běžících vln​

• ​Technický princip: Porucha generuje běžící vlny, které se šíří k oběma koncům vedení. Pomocí vysokopřesných synchronizovaných hodin GPS/BDS ochranná zařízení na obou koncích přesně zaznamenávají časy příchodu prvních běžících vln proudu (t1 a t2). Místo poruchy se přesně vypočítává pomocí vzorce L = (v * Δt) / 2, kde v je rychlost vlny a Δt = |t1 - t2|.
• ​Výhody výkonu:
• Extrémně vysoká přesnost: Lokalizace poruchy je významně neovlivněna vzájemnou indukcí vedení, režimem provozu systému, přechodovým odporom nebo nasycením transformátoru proudu (CT).
• Nezávislost na parametrech: Nevzpomíná na parametry impedance vedení, eliminuje chyby způsobené nepřesnými parametry v tradičních metodách založených na impedanci.
• ​Případ použití: Nasazení na 500 kV dvojitých vedení na stejném stožáru snížilo chybu lokace poruchy na méně než 200 metrů, zlepšilo přesnost o více než 80 % ve srovnání s tradičními jednostrannými metodami založenými na impedanci. To velmi usnadňuje rychlou identifikaci poruch a údržbu.

​3.3 Adaptivní strategie automatického opětovného zapnutí​

• ​Technický princip: Mikropočítačové ochranné zařízení inteligentně rozlišuje typy poruch (dočasné nebo trvalé):
1. ​Dočasné poruchy: Po spouštění se dielektrická síla vedení samoobnoví. Zařízení detekuje obnovu izolace a okamžitě vydá příkaz k opětovnému zapnutí.
2. ​Trvalé poruchy: Zařízení detekuje trvalou poruchu a blokuje opětovné zapnutí, aby se zabránilo sekundárnímu spouštění vypínače a zajistilo bezpečnost zařízení.
   Kromě toho strategie dynamicky upravuje dobu smrti automatického opětovného zapnutí v závislosti na aktuálních podmínkách systému (např. podíl výstupu obnovitelných zdrojů energie) tak, aby odpovídala charakteristikám obnovy systému.
• ​Výhody výkonu:

• Zvýšená úspěšnost: Předejde opětovnému zapnutí při trvalých poruchách, významně zlepšuje úspěšnost automatického opětovného zapnutí a spolehlivost dodávky energie.
• Zmenšení dopadu: Předejde nezbytným sekundárním otřesům systému, chrání zařízení.

• ​Případ použití: Implementace na klíčové vedení vycházející z větrné farmy zvýšila úspěšnost automatického opětovného zapnutí z 72 % na 93 %, efektivně snižuje odpojení větrných turbín způsobené dočasnými poruchami vedení.

​4. Shrnutí hodnoty řešení​
Toto integrované mikropočítačové ochranné řešení poskytuje klíčovou hodnotu zákazníkům prostřednictvím synergické aplikace svých tří klíčových technologií:

1. ​Zvýšená stabilita systému: Extrémně rychlá ochrana rychle izoluje poruchy, zajistí klíčový čas pro udržení stability sítě.
2. ​Zlepšená spolehlivost dodávky energie: Inteligentní adaptivní automatické opětovné zapnutí maximalizuje obnovu dodávky energie, snižuje dobu a ztráty přerušení dodávky.
3. ​Zvýšená operační efektivita: Vysokopřesná lokalizace poruchy transformuje údržbu z "patrolace vedení" na "kontrolu bodu", významně snižuje náklady a čas na vyšetřování.
4. ​Přizpůsobivost novým elektřinářským systémům: Jeho vynikající výkon ho činí velmi vhodným pro komplexní moderní scénáře sítí, včetně UHVDC, integrace obnovitelných zdrojů energie a více vedení.