Lijnbeschermingsrelais Microcomputer-gebaseerde Lijnbeschermingsoplossing

1. Samenvatting en achtergrond​
   Met de toenemende complexiteit van elektriciteitsnetwerken, vooral door de ontwikkeling van ultra-hoogspanningsgelijkstroom (UHVDC) overdracht, grootschalige integratie van hernieuwbare energie en meerdere parallelle overdrachtslijnen, zijn de prestatie-eisen voor lijnbescherming tot ongekende niveaus gestegen. De kernuitdaging ligt in het evenwicht vinden tussen twee cruciale eisen: het garanderen van extreem snelle werking van beschermingsapparatuur bij storingen om de systeemstabiliteit te behouden, en het waarborgen van sterke selectiviteit om onnodig afslaan en storingverspreiding te voorkomen. Deze tegenstelling is vooral duidelijk in complexe netwerkconfiguraties zoals parallelle dubbele circuits, waar traditionele eindbeschermingsprincipes aanzienlijke beperkingen ondervinden.

Deze oplossing maakt gebruik van geavanceerde microcomputer-gebaseerde beschermingstechnologie, die drie kernmodules integreert: netspanningsafwijking afstandsbescherming, dubbel-eindige reisgolf storinglocatie en adaptieve automatische herinvoering. Het doel is om de betrouwbaarheid, snelheid en intelligentie van lijnbescherming volledig te verbeteren en cruciale ondersteuning te bieden voor het bouwen van een robuust en slim netwerk.

​2. Kernuitdaginganalyse​

• ​Conflict tussen snelheid en selectiviteit: Traditionele beschermingsmethoden vereisen vaak vertraagde werking om selectiviteit te garanderen, wat conflicteert met de noodzaak van snelle storingverwijdering om de systeemstabiliteit te handhaven.
• ​Precieze storinglocatie in parallelle dubbele circuits: Wederzijdse inductie tussen dubbele circuits compliceert de storingkenmerken, waardoor de nauwkeurigheid van traditionele storinglocatiemethoden aanzienlijk wordt verminderd en de identificatie en herstel van storingen bemoeilijkt worden.
• ​Ongelijkheden veroorzaakt door de integratie van hernieuwbare energie: De integratie van wind- en zonneparken wijzigt de korte-slagstroomniveaus en -kenmerken, waardoor er mogelijk fouten of mislukkingen in de bescherming kunnen optreden. Bovendien stellen hun uitvoerfluctuaties de succesratio van automatische herinvoerstrategieën op de proef.

​3. Kern technologieën van de oplossing​

​3.1 Netspanningsafwijking afstandsbescherming (ΔZ Bescherming)​​

• ​Technisch principe: Deze technologie wordt tijdens normale systeemoperatie niet beïnvloed door belastingstroom. Het berekent de storingweerstand alleen met behulp van de netspanningsafwijkingen in spanning en stroom die op het moment van de storing worden gegenereerd. Met hoge startdrempels is het inherent richtinggevoelig, zeer selectief en ongevoelig voor systeemoscillaties en overgangsweerstand.
• ​Prestatievoordelen:
• Extreem snelle werking: Uiterst snelle reactie, met typische reactietijden van minder dan 10ms.
• Hoge betrouwbaarheid: Vermijdt effectief miswerking door invloeden van belastingstroom.
• ​Toepassingsvoorbeeld: In een ±800kV UHVDC-overdrachtslijn heeft deze technologie de totale storingverwijderingstijd (beschermingsactivering + circuitbreker uitschakeling) voor nabije storingen teruggebracht tot binnen 80ms, waardoor de tijdelijke stabiliteit van het UHVDC-systeem aanzienlijk werd verbeterd.

​3.2 Dubbel-eindige reisgolf storinglocatie​

• ​Technisch principe: Een storing genereert reisgolven die zich naar beide einden van de lijn verspreiden. Met behulp van hoogprecisie GPS/BDS gesynchroniseerde klokken, registreren de beschermingsapparaten aan beide einden de aankomsttijden van de initiële stroomreisgolven (t1 en t2) exact. De storinglocatie wordt nauwkeurig berekend met de formule L = (v * Δt) / 2, waarbij v de golfsnelheid is en Δt = |t1 - t2|.
• ​Prestatievoordelen:
• Extreem hoge nauwkeurigheid: De storinglocatie wordt weinig beïnvloed door wederzijdse inductie van de lijn, systeemoperatiemodus, overgangsweerstand of verzadiging van de stroomtransformator (CT).
• Parameteronafhankelijk: Relieert niet op lijnimpedantieparameters, waardoor fouten die worden veroorzaakt door onnauwkeurige parameters in traditionele impedantie-gebaseerde methoden worden geëlimineerd.
• ​Toepassingsvoorbeeld: Inzet op een 500kV dubbel-circuitlijn op dezelfde toren heeft de storinglocatiefout teruggebracht tot minder dan 200 meter, wat een verbetering van meer dan 80% oplevert ten opzichte van traditionele eindige impedantie-gebaseerde methoden. Dit vergemakkelijkt sterk de snelle storingidentificatie en -onderhoud.

​3.3 Adaptieve automatische herinvoerstrategie​

• ​Technisch principe: Het microcomputer-gebaseerde beschermingsapparaat onderscheidt intelligent soorten storingen (tijdelijk of permanent):
1. ​Tijdelijke storingen: Na uitschakeling herstelt de isolatiesterkte van de lijn zichzelf. Het apparaat detecteert de isolatieherstel en geeft snel een herinvoercommando.
2. ​Permanente storingen: Het apparaat detecteert de aanhoudende storing en blokkeert de herinvoer om secundaire circuitbrekeruitschakeling te voorkomen, waardoor de veiligheid van de apparatuur wordt gewaarborgd.
   Bovendien past de strategie dynamisch de dode tijd van automatische herinvoer aan op basis van real-time systeemcondities (bijv., aandeel hernieuwbare energieopwekking) om overeen te komen met de herstelkenmerken van het systeem.
• ​Prestatievoordelen:

• Toename van de success ratio: Voorkomt herinvoer bij permanente storingen, waardoor de success ratio van automatische herinvoer en de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening aanzienlijk verbetert.
• Vermindering van impact: Voorkomt onnodige secundaire schokken voor het systeem, waardoor de apparatuur beschermd wordt.

• ​Toepassingsvoorbeeld: Implementatie op een belangrijke uitgaande lijn van een windpark heeft de success ratio van automatische herinvoer van 72% naar 93% verhoogd, waardoor de afkoppeling van windturbines door tijdelijke lijnstoringen effectief werd verminderd.

​4. Samenvatting van de oplossingswaarde​
Deze geïntegreerde microcomputer-gebaseerde beschermingsoplossing levert kernwaarde voor klanten door de synergetische toepassing van de drie belangrijkste technologieën:

1. ​Verbeterde systeemstabiliteit: Ultra-snelle bescherming isoleert storingen snel, waardoor cruciale tijd wordt veiliggesteld om de netwerkstabiliteit te handhaven.
2. ​Verbeterde betrouwbaarheid van de stroomvoorziening: Slimme adaptieve automatische herinvoer maximaliseert de stroomherstel, waardoor de duur en verliezen van storingen worden verminderd.
3. ​Toename van operationele efficiëntie: Hoogprecisionele storinglocatie transformeert het onderhoud van "lijnpatrouille" naar "puntinspectie", waardoor de kosten en tijd van storingen aanzienlijk worden verminderd.
4. ​Aanpassing aan nieuwe energie-systemen: Zijn uitzonderlijke prestaties maken het zeer geschikt voor complexe moderne netwerkscenario's, waaronder UHVDC, integratie van hernieuwbare energie en multi-circuitlijnen.