Linjansiovarusteen mikrotietokonepohjainen linjansuojalaitte ratkaisu

1. Yhteenveto ja tausta​
   Sähköverkkojen rakenteiden yhä monimutaisemmanä – erityisesti ultra-hyväksikäyttövoltageen (UHVDC) perustuvan siirron, uusiutuvan energian laajamittaisen integroinnin ja useiden rinnakkaisia siirtolinjoja koskevan kehityksen myötä – siirtolinjan suojauksen suorituskyvyllä on tullut ennennäkemättömät vaatimukset. Ydinongelma on kahden kriittisen vaatimuksen tasapainottaminen: varmistaa suojalaitteiden äärimmäisen nopea toiminta vikoissa järjestelmän vakauden ylläpitämiseksi sekä taata vahva valitsevuus välttääksemme tarpeettomia katkaisuja ja vika-tilanteiden leviämistä. Tämä ristiriita on erityisen ilmeistä monimutkaisten verkostokonfiguraatioiden, kuten rinnakkaisten kaksoiskierron linjojen, tapauksessa, jossa perinteiset yksipään suojaperiaatteet kohtaavat merkittäviä rajoitteita.

Tämä ratkaisu hyödyntää edistyneitä mikrotietokonepohjaisia suojateknologioita, integroimalla kolme ytimekkäästi osallistuvaa moduulia: verotusfrekvenssin vaihtelu etäisyydessä, kaksipään kuljetusaaltovirhepaikan määrittely ja sopeutuva automaattinen uudelleensulkeminen. Se pyrkii yleisesti parantamaan linjasuojauksen luotettavuutta, nopeutta ja älykkyyttä, tarjoten olennaisen tuen vahvan ja älykäsen sähköverkon rakentamiselle.

​2. Ydinongelman analyysi​

• ​Nopeuden ja valitsevyyden välinen ristiriita: Perinteiset suojaskeemat vaativat usein viivästyneitä toimintoja valitsevyyden varmistamiseksi, mikä on ristiriidassa nopean vika-tilanteen poistamisen tarpeen kanssa järjestelmän vakauden ylläpitämiseksi.
• ​Tarkka virhepaikan määrittely rinnakkaisten kaksoiskierron linjojen välillä: Kaksoiskierron linjojen välillä oleva keskinäinen induktanssi monimutkistaa vika-ominaisuuksia, vähentäen huomattavasti perinteisten virhepaikan määrittelyn menetelmien tarkkuutta ja hankaloittaen vika-identifiointia ja sähkövarannon palauttamista.
• ​Epävarmuus, jonka uusiutuvan energian integrointi aiheuttaa: Tuulivoiman ja aurinkoenergian tehosteiden integrointi muuttaa lyhytsulun virran tasoa ja ominaisuuksia, mikä voi aiheuttaa suojalaitteiden epäasianmukaista toimintaa tai epäonnistumista. Lisäksi niiden tuotantovaihtelut haastavat automaattisen uudelleensulkemisen strategioiden onnistumismahdollisuutta.

​3. Ratkaisun ytimelliset teknologiat​

​3.1 Verotusfrekvenssin vaihtelu etäisyydessä (ΔZ-suoja)​​

• ​Tekninen periaate: Tämä teknologia ei ole vaikutuksen alainen normaalin järjestelmän toiminnan aikana olevaan kuormituksen virran. Se laskee vika-impedanssin käyttäen vain sähkövirran ja -jänniten verotusfrekvenssissä tapahtuvia vaihteluja vika-tilanteen hetkellä. Korkeilla aloitusrajaluukilla se on luonteenmukaisesti suuntainen, erittäin valitseva ja hermostumaton järjestelmän heilahteluille ja siirtymäresistanssille.
• ​Suorituskykyiset edut:
• Äärimmäisen nopea toiminta: Erittäin nopea reagointi, tyypillisillä toimintoaikoilla alle 10 ms.
• Korkea luotettavuus: Välittää tehokkaasti väärästä toiminnasta kuormituksen virran vaikutuksen vuoksi.
• ​Soveltamistapa: ±800 kV:n UHVDC-siirtolinjalla tämä teknologia vähensi lähilaidan vika-tilanteiden kokonaissulkuajan (suojatoiminto + katkaisimen sulku) alle 80 ms, mikä lisäsi huomattavasti UHVDC-järjestelmän tilapäisestä vakauden.

​3.2 Kaksipään kuljetusaaltovirhepaikan määrittely​

• ​Tekninen periaate: Vika-tilanne synnyttää kuljetusaaltoja, jotka levivät molempiin linjan päihin. Korkealla tarkkuudella GPS/BDS-synkronoiduilla kellereillä suojalaitteet molemmilla linjan päillä tallentavat tarkan ajankohdan alkuperäisten kuljetusaaltojen saapumiselle (t1 ja t2). Virhepaikka lasketaan tarkasti kaavalla L = (v * Δt) / 2, missä v on aallon nopeus ja Δt = |t1 - t2|.
• ​Suorituskykyiset edut:
• Äärimmäinen tarkkuus: Virhepaikan määrittely on suurelta osin riippumaton linjan keskinäisestä induktanssista, järjestelmän toimintatavasta, siirtymäresistanssistä tai virrantekijän (CT) tihennyksestä.
• Parametreista riippumaton: Ei perustu linjan impedanssiparametreihin, mikä poistaa virheitä, joita perinteisissä impedanssipohjaisissa menetelmissä epätarkkojen parametrien vuoksi aiheutuu.
• ​Soveltamistapa: Asennuksessa 500 kV:n saman tornin kaksoiskierron linjalle virhepaikan määrittelyvirhe vähennettiin alle 200 metriin, mikä paransi tarkkuutta yli 80 % verrattuna perinteisiin yksipään impedanssipohjaisiin menetelmiin. Tämä helpotti huomattavasti nopeaa virhe-identifiointia ja huollon toteuttamista.

​3.3 Sopeutuva automaattinen uudelleensulkemisstrategia​

• ​Tekninen periaate: Mikrotietokonepohjainen suojalaitteisto erottaa älykkäästi vika-tyypit (väliaikaiset tai pysyvät):
1. ​Väliaikaiset vikat: Katkaisun jälkeen linjan dielektrinen vahvuus palautuu itsestään. Laitteisto havaitsee eristyskyvyn palautumisen ja antaa nopeasti uudelleensulkemiskomento.
2. ​Pysyvät vikat: Laitteisto havaitsee jatkuvan vika-tilanteen ja estää uudelleensulkemisen välttääkseen toisen katkaisimen sulun, taatakseen laitteen turvallisuuden.
   Lisäksi strategia dynaamisesti säädettää automaattisen uudelleensulkemisen kuollema-aikaa reaaliaikaisissa järjestelmän olosuhteissa (esim. uusiutuvan energian tuotannon osuus) vastaamaan järjestelmän palautumisominaisuuksia.
• ​Suorituskykyiset edut:

• Onnistumismahdollisuuden kasvattaminen: Vältetään uudelleensulkeminen pysyvissä vika-tilanteissa, mikä parantaa huomattavasti automaattisen uudelleensulkemisen onnistumismahdollisuutta ja sähkövarannon luotettavuutta.
• Vähennetään vaikutusta: Estetään tarpeettomat toiset järjestelmän ruoskat, suojelemalla laitteita.

• ​Soveltamistapa: Kriittisen tuulitehon lähtevän linjan toteutuksessa automaattisen uudelleensulkemisen onnistumismahdollisuus nousi 72 %:sta 93 %:iin, mikä vähensi tehokkaasti väliaikaisissa linjavika-tilanteissa aiheutuvia tuuliturbiinien irrottamisia.

​4. Ratkaisun arvon yhteenveto​
Tämä integroitu mikrotietokonepohjainen suojaratkaisu tuottaa asiakkaille ytimekkään arvon sen kolmen avainteknologian synergistisella soveltamisella:

1. ​Parannettu järjestelmän vakaus: Äärimmäisen nopea suojatoiminto eristää vika-tilanteet nopeasti, varmistamalla kriittisen ajan järjestelmän vakauden ylläpitämiseksi.
2. ​Parannettu sähkövarannon luotettavuus: Älykkäällä sopeutuvalla automaattisella uudelleensulkemisella maksimoidaan sähkövarannon palauttaminen, vähentäen sähkökatkosten kestoa ja häviöitä.
3. ​Kasvattu toiminnallinen tehokkuus: Korkean tarkkuuden virhepaikan määrittely muuttaa huollon "linjan patrooloinnista" "pistepätkäiseen tarkastukseen", mikä vähentää huomattavasti kustannuksia ja aikaa.
4. ​Soveltuvuus uusiin sähköjärjestelmiin: Sen erinomainen suorituskyky tekee siitä erittäin sopivan monimutkaisten nykyaikaisen verkoston skenaarioiden, kuten UHVDC, uusiutuvan energian integroinnin ja monikierron linjojen, käytölle.