پایانه حفاظت خط راه حل حفاظت از خط مبتنی بر کامپیوتر میکرو

1. چکیده و پیشینه​
   با افزایش پیچیدگی ساختار شبکه‌های برق—به خصوص توسعه انتقال جریان مستقیم فشار بسیار بالا (UHVDC)، یکپارچه‌سازی در مقیاس بزرگ انرژی‌های تجدیدپذیر و خطوط انتقال موازی متعدد—نیازمندی‌های عملکردی برای محافظت از خطوط انتقال به سطح بدون سابقه‌ای رسیده است. چالش اصلی در تعادل دو نیاز حیاتی قرار دارد: تضمین عملکرد با سرعت بسیار بالا دستگاه‌های محافظ در زمان خرابی‌ها برای حفظ پایداری سیستم، در حالی که همزمان انتخابی بودن قوی را تضمین می‌کند تا از قطع غیر ضروری و گسترش خرابی جلوگیری شود. این تضاد در ساختارهای شبکه پیچیده مانند خطوط دوقطبی موازی، که در آن اصول محافظت تک طرفه محدودیت‌های قابل توجهی دارند، بسیار برجسته است.

این راه‌حل از فناوری محافظت مبتنی بر رایانه‌های میکرو استفاده می‌کند و سه ماژول اصلی را یکپارچه می‌کند: محافظت از فاصله تغییر فرکانس توان، موقعیت‌یابی خرابی با موج‌های دوطرفه و استراتژی‌های خودبسته‌سازی تطبیقی. هدف آن افزایش جامع قابلیت اطمینان، سرعت و هوشمندی محافظت از خط، ارائه حمایت کلیدی برای ساخت یک شبکه محکم و هوشمند است.

​2. تجزیه و تحلیل چالش‌های اصلی​

• ​تضاد بین سرعت و انتخابی بودن: روش‌های محافظت سنتی اغلب نیاز به عملکرد تأخیری دارند تا انتخابی بودن تضمین شود، که با نیاز به تمیز کردن سریع خرابی برای حفظ پایداری سیستم در تضاد است.
• ​موقعیت‌یابی دقیق خرابی در خطوط دوقطبی موازی: القای متقابل بین خطوط دوقطبی مشخصات خرابی را پیچیده می‌کند، دقت روش‌های سنتی موقعیت‌یابی خرابی را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و شناسایی خرابی و بازیابی توان را مختل می‌کند.
• ​عدم قطعیت ناشی از یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر: یکپارچه‌سازی نیروگاه‌های بادی و خورشیدی سطوح و مشخصات جریان کوتاه را تغییر می‌دهد، که می‌تواند باعث عملکرد نادرست یا شکست محافظت شود. علاوه بر این، نوسانات خروجی آن‌ها موفقیت استراتژی‌های خودبسته‌سازی را چالش‌برانگیز می‌کند.

​3. فناوری‌های اصلی راه‌حل​

​3.1 محافظت از فاصله تغییر فرکانس توان (محافظت ΔZ)​​

• ​اصول فنی: این فناوری در حالت عادی عملکرد سیستم تحت تأثیر جریان بار قرار نمی‌گیرد. این فناوری تنها با استفاده از تغییرات فرکانس توان ولتاژ و جریان که در لحظه خرابی ایجاد می‌شوند، مانع خرابی را محاسبه می‌کند. با آستانه‌های شروع بالا، این فناوری ذاتاً جهت‌دار، انتخابی بسیار بالا و ناحساس به نوسانات سیستم و مقاومت انتقالی است.
• ​مزایای عملکردی:
• عملکرد با سرعت بسیار بالا: پاسخ بسیار سریع، با زمان عملکرد معمولی کمتر از 10ms.
• قابلیت اطمینان بالا: به طور مؤثر از عملکرد نادرست ناشی از تأثیر جریان بار جلوگیری می‌کند.
• ​مثال کاربردی: در یک خط انتقال UHVDC ±800kV، این فناوری زمان کل تمیز کردن خرابی (عملکرد محافظ + قطع دستگاه قطع کننده) برای خرابی‌های نزدیک به داخل 80ms کاهش یافت، که پایداری موقت سیستم UHVDC را به طور قابل توجهی افزایش داد.

​3.2 موقعیت‌یابی خرابی با موج‌های دوطرفه​

• ​اصول فنی: یک خرابی موج‌های مسافر را تولید می‌کند که به سمت هر دو انتهای خط حرکت می‌کنند. با استفاده از ساعت‌های همگام‌سازی GPS/BDS با دقت بالا، دستگاه‌های محافظ در هر دو انتها زمان‌های ورود اولین موج‌های جریان (t1 و t2) را به صورت دقیق ثبت می‌کنند. محل خرابی با استفاده از فرمول L = (v * Δt) / 2 محاسبه می‌شود، که v سرعت موج و Δt = |t1 - t2| است.
• ​مزایای عملکردی:
• دقت بسیار بالا: موقعیت‌یابی خرابی به طور قابل توجهی تحت تأثیر القای متقابل خط، حالت عملکرد سیستم، مقاومت انتقالی یا اشباع ترانسفورماتور جریان (CT) قرار نمی‌گیرد.
• مستقل از پارامترها: بر پارامترهای امپدانس خط تکیه نمی‌کند، که خطاهای ناشی از عدم دقت پارامترها در روش‌های سنتی مبتنی بر امپدانس را حذف می‌کند.
• ​مثال کاربردی: نصب در یک خط دوقطبی 500kV روی همان دکل خطای موقعیت‌یابی خرابی را به کمتر از 200 متر کاهش داد، که دقت آن حدود 80% نسبت به روش‌های سنتی تک طرفه مبتنی بر امپدانس افزایش یافت. این موضوع به شناسایی و نگهداری سریع خرابی بسیار کمک می‌کند.

​3.3 استراتژی خودبسته‌سازی تطبیقی​

• ​اصول فنی: دستگاه محافظ مبتنی بر رایانه میکرو به طور هوشمند نوع خرابی (گذرا یا دائمی) را تشخیص می‌دهد:
1. ​خرابی گذرا: پس از قطع، مقاومت دی الکتریک خط به طور خودکار بازیابی می‌یابد. دستگاه بازیابی عایق را تشخیص می‌دهد و دستور خودبسته‌سازی را به سرعت صادر می‌کند.
2. ​خرابی دائمی: دستگاه خرابی مداوم را تشخیص می‌دهد و خودبسته‌سازی را مسدود می‌کند تا از قطع دوباره دستگاه قطع کننده جلوگیری کند و ایمنی تجهیزات را تضمین کند.
   علاوه بر این، این استراتژی زمان مرگ خودبسته‌سازی را بر اساس شرایط سیستم در زمان واقعی (مانند سهم خروجی انرژی‌های تجدیدپذیر) به طور پویا تنظیم می‌کند تا با ویژگی‌های بازیابی سیستم تطابق داشته باشد.
• ​مزایای عملکردی:

• افزایش میزان موفقیت: با جلوگیری از خودبسته‌سازی در خرابی‌های دائمی، میزان موفقیت خودبسته‌سازی و قابلیت اطمینان تأمین توان را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• کاهش تأثیر: از شوک‌های غیر ضروری دوباره به سیستم جلوگیری می‌کند و تجهیزات را حفظ می‌کند.

• ​مثال کاربردی: پیاده‌سازی در یک خط خروجی مهم از یک مزرعه بادی میزان موفقیت خودبسته‌سازی را از 72٪ به 93٪ افزایش داد، که به طور موثری جدا شدن توربین‌های بادی ناشی از خرابی‌های گذرای خط را کاهش داد.

​4. خلاصه ارزش راه‌حل​
این راه‌حل یکپارچه محافظت مبتنی بر رایانه میکرو ارزش اصلی را از طریق کاربرد هماهنگ سه فناوری کلیدی خود به مشتریان ارائه می‌دهد:

1. ​افزایش پایداری سیستم: محافظت با سرعت بسیار بالا خرابی‌ها را به سرعت جدا می‌کند و زمان حیاتی را برای حفظ پایداری شبکه تأمین می‌کند.
2. ​افزایش قابلیت اطمینان تأمین توان: خودبسته‌سازی هوشمند تطبیقی بازیابی توان را به حداکثر می‌رساند، مدت زمان قطعی و زیان‌ها را کاهش می‌دهد.
3. ​افزایش کارایی عملیاتی: موقعیت‌یابی با دقت بالا نگهداری را از "پاترول خط" به "بازرسی نقطه" تبدیل می‌کند، که به طور قابل توجهی هزینه‌ها و زمان را کاهش می‌دهد.
4. ​تأقلم با سیستم‌های توان جدید: عملکرد فوق‌العاده آن آن را برای سناریوهای شبکه مدرن پیچیده، از جمله UHVDC، یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و خطوط چندگانه بسیار مناسب می‌کند.