Linjebeskyttelsesrelæ Mikrobaseret løsning til linjebeskyttelse

1. Resumé og baggrund​
   Med den øgede kompleksitet i struktur af elektricitetsnet—især udviklingen af ultra-højspændings direkte strøm (UHVDC) overførsel, stor skala integration af vedvarende energi, og flere parallelle overførsellinjer—har kravene til ydeevne for overførsellinjebeskyttelse nået usete niveauer. Den centrale udfordring ligger i at balancere to kritiske behov: at sikre ekstremt hurtig operation af beskyttelsesenheder under fejl for at opretholde systemets stabilitet, samtidig med at garantere stærk selektivitet for at undgå unødvendige tripninger og fejludvidelse. Dette modstrid er især tydeligt i komplekse netkonfigurationer som parallelle dobbeltledningslinjer, hvor traditionelle enkeltendede beskyttelsesprincipper står over for betydelige begrænsninger.

Denne løsning udnytter avanceret mikrocomputerbaseret beskyttelsesteknologi, der integrerer tre kernekomponenter: hovedfrekvensvariationsafstandsbeskyttelse, dobbeltendede rejsende bølgefejllokalisering, og adaptive automatiske genoptagelsesstrategier. Det sigter mod at forbedre pålidelighed, hastighed og intelligens i linjebeskyttelsen på en omfattende måde, og giver vigtig støtte til opbygningen af et robust og smart net.

​2. Analyse af kerneudefordringer​

• ​Konflikt mellem hastighed og selektivitet: Traditionelle beskyttelsessystemer kræver ofte forsinket operation for at sikre selektivitet, hvilket konfronterer behovet for hurtig fejlafhjælpning for at opretholde systemets stabilitet.
• ​Precis fejllokalisering i parallelle dobbeltledningslinjer: Måleinduktion mellem dobbeltledningslinjer komplicerer fejlkarakteristika, reducerer præcisionen af traditionelle fejllokaliseringsteknikker betydeligt, og hindrer fejlidentifikation og strømgenvinding.
• ​Usikkerhed introduceret gennem integration af vedvarende energi: Integration af vind- og solenergiplanter ændrer kortslutningsstrømniveauer og -karakteristika, potentielt forårsager fejl i beskyttelsen eller mislykkede operationer. Derudover udfordrer deres outputfluktuationer succesraten for automatiske genoptagelsesstrategier.

​3. Kernen teknologier i løsningen​

​3.1 Hovedfrekvensvariationsafstandsbeskyttelse (ΔZ Beskyttelse)​​

• ​Teknisk princip: Denne teknologi påvirkes ikke af belastningsstrøm under normal systemoperation. Den beregner fejlimpedans kun ved hjælp af hovedfrekvensvariationer i spænding og strøm, der genereres ved fejlens opståen. Med høje starttrin er den naturlig rettet, høj selektiv og ubestemmelig over for systemsvingninger og overgangsmodstand.
• ​Ydelsesfordele:
• Ekstremt hurtig operation: Yderst hurtig respons, typisk mindre end 10ms.
• Høj pålidelighed: Undgår effektivt misoperationer på grund af indflydelse fra belastningsstrøm.
• ​Anvendelseseksempel: I en ±800kV UHVDC overførsellinje reducerede denne teknologi det samlede fejlafhjælpningstid (beskyttelsesoperation + kredsløbsbrydertripning) for nær-endefejl til inden for 80ms, hvilket betydeligt forbedrede den midlertidige stabilitet i UHVDC-systemet.

​3.2 Dobbeltendede rejsende bølgefejllokalisering​

• ​Teknisk princip: En fejl genererer rejsende bølger, der bevæger sig mod begge ender af linjen. Ved hjælp af højpræcis GPS/BDS synkroniserede ure optager beskyttelsesenhet på begge ender præcist ankomsttiderne for de første strømbølger (t1 og t2). Fejllokaliseringen beregnes præcist ved hjælp af formlen L = (v * Δt) / 2, hvor v er bølgens hastighed og Δt = |t1 - t2|.
• ​Ydelsesfordele:
• Ekstrem præcision: Fejllokalisering påvirkes næsten ikke af linjemålingsinduktion, systemdriftsmodus, overgangsmodstand eller strømtransformator (CT) mætningsgrad.
• Parameteruafhængig: Relaterer ikke til linjeimpedansparametre, eliminere fejl, der skyldes upræcise parametre i traditionelle impedansbaserede metoder.
• ​Anvendelseseksempel: Installation på en 500kV dobbeltledningslinje på samme tårn reducerede fejllokaliseringfejlen til under 200 meter, forbedrede præcisionen med over 80% sammenlignet med traditionelle enkeltendede impedansbaserede metoder. Dette faciliterer betydeligt hurtig fejlidentifikation og vedligeholdelse.

​3.3 Adaptiv automatisk genoptagelsesstrategi​

• ​Teknisk princip: Mikrocomputerbaseret beskyttelsesenhed kan intelligent skelne mellem fejltyper (midlertidige eller permanente):
1. ​Midlertidige fejl: Efter tripning genskaber linjens dielektriske styrke sig selv. Enheden registrerer isolationsgenskabelsen og udsteder hurtigt en genoptagelseskommmando.
2. ​Permanente fejl: Enheden registrerer den vedvarende fejl og blokerer genoptagelse for at forhindre sekundære kredsløbsbrydertripninger, og sikrer udstyrssikkerhed.
   Desuden justerer strategien dynamisk dødtiden for automatiske genoptagelser baseret på reelle systemtilstande (f.eks. andel af vedvarende energioutput) for at matche systemets genskabelsesegenskaber.
• ​Ydelsesfordele:

• Øget succesrate: Undgår genoptagelse på permanente fejl, forbedrer betydeligt succesraten for automatiske genoptagelser og strømforsyningspålidelighed.
• Reduceret indflydelse: Forebygger unødvendige sekundære chok til systemet, beskytter udstyr.

• ​Anvendelseseksempel: Implementering på en vigtig vindpark udgående linje øgede automatiske genoptagelsessuccesraten fra 72% til 93%, effektivt reducerede vindturbinens frakobling på grund af midlertidige linjefejl.

​4. Sammenfatning af løsningens værdi​
Denne integrerede mikrocomputerbaserede beskyttelsesløsning leverer kerneværdi til kunder gennem synergetisk anvendelse af dens tre nøgleteknologier:

1. ​Forbedret systemstabilitet: Ekstremt hurtig beskyttelse isolerer fejl hurtigt, sikrer kritisk tid for at opretholde netstabiliteten.
2. ​Forbedret strømforsyningspålidelighed: Intelligent adaptiv automatisk genoptagelse maksimerer strømgenvinding, reducerer strømafbrydelsesvarighed og tab.
3. ​Øget driftseffektivitet: Højpræcis fejllokalisering transformerer vedligeholdelse fra "linje patruljering" til "punktinspektion," reducerer betragteligt kostnader og tid.
4. ​Tilpasning til nye strømsystemer: Dens fremragende ydeevne gør den højst egnet til komplekse moderne nettoscenarier, herunder UHVDC, integration af vedvarende energi, og flerledningslinjer.