Relè di protezione della linea Soluzione di protezione della linea basata su microcomputer IEE-Business

1. Riassunto e contesto​
   Con l'aumento della complessità delle strutture di rete elettrica, in particolare lo sviluppo della trasmissione a corrente continua ad ultra-alta tensione (UHVDC), l'integrazione su larga scala di energie rinnovabili e le linee di trasmissione parallele multiple, i requisiti di prestazione per la protezione delle linee di trasmissione sono raggiunti livelli senza precedenti. La sfida centrale sta nel bilanciare due esigenze critiche: garantire un'operatività estremamente rapida dei dispositivi di protezione in caso di guasto per mantenere la stabilità del sistema, mentre si assicura una forte selettività per prevenire il trip non necessario e l'escalation del guasto. Questa contraddizione è particolarmente evidente nelle configurazioni complesse di rete come le linee parallele a doppio circuito, dove i principi di protezione monodirezionale tradizionali affrontano limiti significativi.

Questa soluzione sfrutta la tecnologia avanzata di protezione basata su microcomputer, integrando tre moduli centrali: protezione a distanza con variazione di frequenza di rete, localizzazione del guasto a onde viaggianti a doppia terminale e strategie di ricomposizione automatica adattativa. L'obiettivo è migliorare in modo complessivo l'affidabilità, la velocità e l'intelligenza della protezione delle linee, fornendo un supporto critico per la costruzione di una rete robusta e intelligente.

​2. Analisi delle sfide centrali​

• ​Conflitto tra velocità e selettività: Gli schemi di protezione tradizionali spesso richiedono un'operazione ritardata per garantire la selettività, contrastando con la necessità di un'eliminazione rapida del guasto per mantenere la stabilità del sistema.
• ​Localizzazione accurata del guasto nelle linee parallele a doppio circuito: La mutua induttanza tra le linee a doppio circuito complica le caratteristiche del guasto, riducendo significativamente l'accuratezza dei metodi tradizionali di localizzazione del guasto e ostacolando l'identificazione del guasto e il ripristino dell'energia.
• ​Incertezza introdotta dall'integrazione di energia rinnovabile: L'integrazione di impianti eolici e solari altera i livelli e le caratteristiche della corrente di cortocircuito, potenzialmente causando il malfunzionamento o il fallimento della protezione. Inoltre, le loro fluttuazioni di output sfidano il tasso di successo delle strategie di ricomposizione automatica.

​3. Tecnologie chiave della soluzione​

​3.1 Protezione a distanza con variazione di frequenza di rete (ΔZ Protection)​​

• ​Principio tecnico: Questa tecnologia non è influenzata dalla corrente di carico durante l'operazione normale del sistema. Calcola l'impedenza del guasto utilizzando solo le variazioni di frequenza di rete di tensione e corrente generate all'istante del guasto. Con soglie di avvio elevate, è intrinsecamente direzionale, altamente selettiva e insensibile alle oscillazioni del sistema e alla resistenza di transizione.
• ​Vantaggi di prestazione:
• Operazione ultrarapida: Risposta estremamente veloce, con tempi tipici di operazione inferiori a 10 ms.
• Alta affidabilità: Evita efficacemente il malfunzionamento a causa dell'influenza della corrente di carico.
• ​Caso di applicazione: In una linea di trasmissione UHVDC ±800kV, questa tecnologia ha ridotto il tempo totale di eliminazione del guasto (operazione di protezione + scatto del disgiuntore) per i guasti a fine vicino entro 80 ms, migliorando significativamente la stabilità transitoria del sistema UHVDC.

​3.2 Localizzazione del guasto a onde viaggianti a doppia terminale​

• ​Principio tecnico: Un guasto genera onde viaggianti che si propagano verso entrambe le estremità della linea. Utilizzando orologi sincronizzati GPS/BDS ad alta precisione, i dispositivi di protezione alle due estremità registrano con precisione i tempi di arrivo delle onde viaggianti iniziali di corrente (t1 e t2). La posizione del guasto viene calcolata con accuratezza utilizzando la formula L = (v * Δt) / 2, dove v è la velocità dell'onda e Δt = |t1 - t2|.
• ​Vantaggi di prestazione:
• Estrema precisione: La localizzazione del guasto è poco influenzata dall'induttanza reciproca della linea, dalla modalità di operazione del sistema, dalla resistenza di transizione o dalla saturazione del trasformatore di corrente (CT).
• Indipendenza dai parametri: Non dipende dai parametri di impedenza della linea, eliminando gli errori causati da parametri inaccurati nei metodi tradizionali basati sull'impedenza.
• ​Caso di applicazione: L'implementazione su una linea a doppio circuito di 500 kV sulla stessa torre ha ridotto l'errore di localizzazione del guasto a meno di 200 metri, migliorando l'accuratezza di oltre l'80% rispetto ai metodi tradizionali basati sull'impedenza monodirezionale. Questo facilita notevolmente l'identificazione rapida del guasto e la manutenzione.

​3.3 Strategia di ricomposizione automatica adattativa​

• ​Principio tecnico: Il dispositivo di protezione basato su microcomputer distingue intelligentemente i tipi di guasto (transitori o permanenti):
1. ​Guasti transitori: Dopo lo scatto, la resistenza dielettrica della linea si ripristina automaticamente. Il dispositivo rileva il recupero dell'isolamento e emette prontamente un comando di ricomposizione.
2. ​Guasti permanenti: Il dispositivo rileva il guasto persistente e blocca la ricomposizione per prevenire lo scatto secondario del disgiuntore, garantendo la sicurezza degli apparecchi.
   Inoltre, la strategia regola dinamicamente il tempo morto della ricomposizione automatica in base alle condizioni reali del sistema (ad esempio, la quota di produzione di energia rinnovabile) per adattarsi alle caratteristiche di recupero del sistema.
• ​Vantaggi di prestazione:

• Aumento del tasso di successo: Evita la ricomposizione su guasti permanenti, migliorando significativamente il tasso di successo della ricomposizione automatica e l'affidabilità dell'approvvigionamento di energia.
• Riduzione dell'impatto: Previene shock secondari non necessari al sistema, tutelando gli apparecchi.

• ​Caso di applicazione: L'implementazione su una linea di uscita critica di un parco eolico ha aumentato il tasso di successo della ricomposizione automatica dal 72% al 93%, riducendo efficacemente le disconnessioni dei generatori eolici causate da guasti transitori della linea.

​4. Riepilogo del valore della soluzione​
Questa soluzione integrata di protezione basata su microcomputer fornisce un valore centrale ai clienti attraverso l'applicazione sinergica delle sue tre tecnologie chiave:

1. ​Miglioramento della stabilità del sistema: La protezione ultrarapida isola rapidamente i guasti, garantendo un tempo critico per mantenere la stabilità della rete.
2. ​Miglioramento dell'affidabilità dell'approvvigionamento di energia: La ricomposizione automatica intelligente massimizza il ripristino dell'energia, riducendo la durata e le perdite di interruzione.
3. ​Aumento dell'efficienza operativa: La localizzazione del guasto ad alta precisione trasforma la manutenzione da "ispezione della linea" a "ispezione del punto", riducendo notevolmente i costi e il tempo di ricerca.
4. ​Adattabilità a nuovi sistemi di energia: Le sue eccezionali prestazioni la rendono altamente adatta a scenari moderni di rete complessi, inclusi UHVDC, integrazione di energia rinnovabile e linee a multi-circuito.