رله حفاظت خط راه‌حل حفاظت از خط مبتنی بر کامپیوتر میکرو

1. چکیده و پیش‌زمینه​
   با افزایش پیچیدگی ساختار شبکه‌های برق—به ویژه توسعه انتقال جریان مستقیم فشار خیلی بالا (UHVDC)، یکپارچه‌سازی در مقیاس بزرگ انرژی‌های تجدیدپذیر و خطوط انتقال متعدد موازی—نیازمندی‌های عملکردی برای حفاظت از خطوط انتقال به سطح بی‌سابقه‌ای رسیده است. چالش اصلی در تعادل دو نیاز کلیدی قرار دارد: تضمین عملکرد بسیار سریع دستگاه‌های حفاظت در زمان خطا برای حفظ ثبات سیستم، در حالی که همزمان انتخاب‌پذیری قوی را تضمین می‌کند تا از قطع نامطلوب و تشدید خطا جلوگیری شود. این تضاد به ویژه در ساختارهای شبکه پیچیده مانند خطوط دوطرفه موازی، که اصول حفاظت تک‌طرفه سنتی با محدودیت‌های قابل توجهی مواجه می‌شوند، برجسته است.

این راه‌حل از فناوری حفاظت مبتنی بر رایانه‌های میکرو استفاده می‌کند و سه ماژول اصلی را یکپارچه می‌سازد: حفاظت فاصله‌ای تغییرات فرکانس توان، موقعیت‌یابی خطا با موج‌های مسافر دوطرفه و استراتژی‌های خودبازبستن تطبیقی. هدف آن افزایش جامع قابلیت اطمینان، سرعت و هوشمندی حفاظت از خطوط است، که پشتیبانی مهمی برای ساخت یک شبکه محکم و هوشمند ارائه می‌دهد.

​2. تجزیه و تحلیل چالش‌های اصلی​

• ​تضاد بین سرعت و انتخاب‌پذیری: طرح‌های محافظت سنتی اغلب نیاز به عملکرد تأخیری دارند تا انتخاب‌پذیری را تضمین کنند، که با نیاز به رفع سریع خطا برای حفظ ثبات سیستم در تضاد است.
• ​موقعیت‌یابی دقیق خطا در خطوط دوطرفه موازی: القای متقابل بین خطوط دوطرفه ویژگی‌های خطا را پیچیده می‌کند، که دقت روش‌های موقعیت‌یابی خطا سنتی را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و شناسایی و بازیابی قدرت را مختل می‌کند.
• ​عدم قطعیت ناشی از یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر: یکپارچه‌سازی نیروگاه‌های بادی و خورشیدی سطوح و ویژگی‌های جریان کوتاه را تغییر می‌دهد، که می‌تواند باعث خطا یا نقص در حفاظت شود. علاوه بر این، نوسانات خروجی آنها موفقیت استراتژی‌های خودبازبستن را چالش‌برانگیز می‌کند.

​3. فناوری‌های اصلی راه‌حل​

​3.1 حفاظت فاصله‌ای تغییرات فرکانس توان (ΔZ Protection)​​

• ​اصل فنی: این فناوری در حالت عادی سیستم تحت تأثیر جریان بار نیست. فقط با استفاده از تغییرات فرکانس توان در ولتاژ و جریان در لحظه خطا، مقدار امپدانس خطا محاسبه می‌شود. با آستانه‌های شروع بالا، این فناوری ذاتاً جهت‌دار، انتخاب‌پذیر بسیار بالا و ناحساس به نوسانات سیستم و مقاومت انتقالی است.
• ​مزایای عملکردی:
• عملکرد با سرعت فوق‌العاده: پاسخ بسیار سریع، با زمان عملکرد معمولاً کمتر از 10 میلی‌ثانیه.
• قابلیت اطمینان بالا: به طور مؤثر از خطا به دلیل تأثیر جریان بار جلوگیری می‌کند.
• ​مثال کاربردی: در یک خط انتقال UHVDC ±800kV، این فناوری زمان کل رفع خطا (عملکرد حفاظت + قطع دستگاه قطع) برای خطاها در نزدیکی انتهای خط را به کمتر از 80 میلی‌ثانیه کاهش داد، که به طور قابل توجهی ثبات موقت سیستم UHVDC را افزایش داد.

​3.2 موقعیت‌یابی خطا با موج‌های مسافر دوطرفه​

• ​اصل فنی: خطا موج‌های مسافر را تولید می‌کند که به سمت هر دو انتها از خط حرکت می‌کنند. با استفاده از ساعت‌های هماهنگ GPS/BDS با دقت بالا، دستگاه‌های حفاظت در هر دو انتها زمان‌های ورود اولین موج‌های جریان (t1 و t2) را به طور دقیق ضبط می‌کنند. موقعیت خطا با استفاده از فرمول L = (v * Δt) / 2 محاسبه می‌شود، که v سرعت موج و Δt = |t1 - t2| است.
• ​مزایای عملکردی:
• دقت فوق‌العاده: موقعیت‌یابی خطا به طور قابل توجهی تحت تأثیر القای متقابل خط، حالت عملکرد سیستم، مقاومت انتقالی یا اشباع ترانسفورماتور جریان (CT) قرار نمی‌گیرد.
• مستقل از پارامتر: به پارامترهای امپدانس خط وابسته نیست، که خطاهای ناشی از عدم دقت پارامترها در روش‌های سنتی مبتنی بر امپدانس را حذف می‌کند.
• ​مثال کاربردی: استقرار در یک خط دوطرفه 500kV روی یک پایه، خطای موقعیت‌یابی خطا را به کمتر از 200 متر کاهش داد، که دقت آن حدود 80% نسبت به روش‌های سنتی مبتنی بر امپدانس تک‌طرفه افزایش یافت. این به طور قابل توجهی تسهیل می‌کند شناسایی و نگهداری سریع خطا.

​3.3 استراتژی خودبازبستن تطبیقی​

• ​اصل فنی: دستگاه حفاظت مبتنی بر رایانه میکرو به طور هوشمند نوع خطا (گذرا یا دائمی) را تشخیص می‌دهد:
1. ​خطاهای گذرای: پس از قطع، قدرت الکتریکی خط به طور خودکار بازیابی می‌یابد. دستگاه بازیابی عایق را تشخیص می‌دهد و فوراً دستور خودبازبستن را صادر می‌کند.
2. ​خطاهای دائمی: دستگاه خطا پایدار را تشخیص می‌دهد و خودبازبستن را مسدود می‌کند تا از قطع دوباره دستگاه قطع جلوگیری کند و ایمنی تجهیزات را تضمین کند.
   علاوه بر این، استراتژی زمان مرگ خودبازبستن را بر اساس شرایط سیستم در زمان واقعی (مثلاً سهم خروجی انرژی‌های تجدیدپذیر) به طور دینامیک تنظیم می‌کند تا با ویژگی‌های بازیابی سیستم همخوانی داشته باشد.
• ​مزایای عملکردی:

• افزایش میزان موفقیت: با جلوگیری از خودبازبستن در خطاهای دائمی، میزان موفقیت خودبازبستن و قابلیت اطمینان تأمین برق را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• کاهش تأثیر: از شوک‌های غیرضروری دوباره به سیستم جلوگیری می‌کند و تجهیزات را محافظت می‌کند.

• ​مثال کاربردی: اجرای این راه‌حل در یک خط خروجی کلیدی بادی، میزان موفقیت خودبازبستن را از 72٪ به 93٪ افزایش داد، که به طور موثر قطعیات توربین‌های بادی ناشی از خطاهای گذرای خط را کاهش داد.

​4. خلاصه ارزش راه‌حل​
این راه‌حل حفاظت مبتنی بر رایانه میکرو از طریق کاربرد همکارانه سه فناوری کلیدی خود، ارزش‌های اصلی زیر را به مشتریان ارائه می‌دهد:

1. ​افزایش ثبات سیستم: حفاظت با سرعت فوق‌العاده خطاها را به سرعت جدا می‌کند و زمان حیاتی برای حفظ ثبات شبکه را تأمین می‌کند.
2. ​افزایش قابلیت اطمینان تأمین برق: خودبازبستن هوشمند تطبیقی بازیابی برق را به حداکثر می‌رساند، مدت زمان قطع و خسارات را کاهش می‌دهد.
3. ​افزایش کارایی عملیاتی: موقعیت‌یابی با دقت بالا نگهداری را از "پیمایش خط" به "بازرسی نقطه‌ای" تبدیل می‌کند، که به طور قابل توجهی هزینه‌ها و زمان را کاهش می‌دهد.
4. ​تأقلم با سیستم‌های قدرت جدید: عملکرد برجسته آن آن را برای سناریوهای شبکه مدرن پیچیده، از جمله UHVDC، یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و خطوط چندطرفه، بسیار مناسب می‌کند.