Relay ochrony linii Oparte na mikrokomputerze rozwiązanie ochrony linii

1. Streszczenie i tło​
   Wraz z rosnącą złożonością struktur sieci elektrycznych — szczególnie rozwojem transmisji prądu stałego o napięciu nadprzewodnikowym (UHVDC), szerokim wdrożeniem energii odnawialnej oraz wieloma równoległymi liniami przesyłowymi — wymagania dotyczące ochrony linii przesyłowych osiągnęły bezprecedensowe poziomy. Głównym wyzwaniem jest bilansowanie dwóch kluczowych potrzeb: zapewnienie ekstremalnie szybkiego działania urządzeń ochronnych podczas awarii, aby utrzymać stabilność systemu, a jednocześnie gwarantowanie silnej selektywności, aby zapobiec niepotrzebnym odłączaniom i eskalacji awarii. To przeciwieństwo jest szczególnie widoczne w skomplikowanych konfiguracjach sieci, takich jak równoległe linie dwutorowe, gdzie tradycyjne zasady ochrony jednostronnej napotykają znaczne ograniczenia.

Ta rozwiązuje wykorzystuje zaawansowaną technologię ochrony opartą na mikrokomputerach, integrując trzy główne moduły: ochronę odległościową zmian częstotliwości sieciowej, lokalizację uszkodzeń falami biegnącymi dwustronnie i strategie adaptacyjnego automatycznego ponownego zamknięcia. Celem jest kompleksowe zwiększenie niezawodności, szybkości i inteligencji ochrony linii, dostarczając kluczowego wsparcia dla budowy solidnej i inteligentnej sieci.

​2. Analiza kluczowych wyzwań​

• ​Konflikt między szybkością a selektywnością: Tradycyjne schematy ochrony często wymagają opóźnionego działania, aby zapewnić selektywność, co stoi w sprzeczności z potrzebą szybkiego usunięcia awarii, aby utrzymać stabilność systemu.
• ​Dokładna lokalizacja uszkodzeń w równoległych liniach dwutorowych: Wzajemna indukcyjność między liniami dwutorowymi komplikuje charakterystykę uszkodzeń, znacząco obniżając dokładność tradycyjnych metod lokalizacji uszkodzeń i utrudniając identyfikację uszkodzeń oraz przywrócenie zasilania.
• ​Niepewność wprowadzana przez integrację energii odnawialnej: Integracja farm wiatrowych i słonecznych zmienia poziomy i charakterystyki prądów krótkiego zwarcia, potencjalnie powodując błędne działanie ochrony lub jej awarię. Ponadto fluktuacje ich produkcji stawiają wyzwanie dla skuteczności strategii automatycznego ponownego zamknięcia.

​3. Kluczowe technologie rozwiązania​

​3.1 Ochrona odległościowa zmian częstotliwości sieciowej (ΔZ Protection)​​

• ​Zasada techniczna: Ta technologia nie jest wpływowana przez prąd obciążenia podczas normalnej pracy systemu. Oblicza ona impedancję uszkodzenia, korzystając wyłącznie z zmian częstotliwości sieciowej napięcia i prądu generowanych w momencie uszkodzenia. Dzięki wysokim progom startowym, jest ona naturalnie kierunkowa, highly selective, and insensitive to system oscillations and transition resistance.
• ​Zalety wydajnościowe:
• Ekstremalnie szybkie działanie: Bardzo szybka reakcja, z typowymi czasami działania poniżej 10ms.
• Wysoka niezawodność: Efektywnie unika błędnych działań spowodowanych wpływem prądu obciążenia.
• ​Przykład zastosowania: W linii UHVDC o napięciu ±800kV ta technologia zredukowała całkowity czas usuwania uszkodzeń (działanie ochrony + odłączenie wyłącznika) dla uszkodzeń bliskich do mniej niż 80ms, znacząco zwiększając przejściową stabilność systemu UHVDC.

​3.2 Lokalizacja uszkodzeń falami biegnącymi dwustronnie​

• ​Zasada techniczna: Uszkodzenie generuje fale biegnące, które rozchodzą się w obu kierunkach linii. Wykorzystując precyzyjne zegary GPS/BDS zsynchronizowane, urządzenia ochronne na obu końcach dokładnie zapisują czasy przybycia początkowych fal bieżących (t1 i t2). Miejsce uszkodzenia jest dokładnie obliczane według wzoru L = (v * Δt) / 2, gdzie v to prędkość fali, a Δt = |t1 - t2|.
• ​Zalety wydajnościowe:
• Ekstremalna dokładność: Lokalizacja uszkodzenia jest w dużej mierze niewpływana przez wzajemną indukcyjność linii, tryb pracy systemu, rezystancję przejściową lub nasycenie transformatora prądowego (CT).
• Niezależność od parametrów: Nie polega na parametrach impedancji linii, eliminując błędy spowodowane nieprecyzyjnymi parametrami w tradycyjnych metodach opartych na impedancji.
• ​Przykład zastosowania: Wdrożenie na 500kV linii dwutorowej na tym samym maszcie zredukowało błąd lokalizacji uszkodzenia do mniej niż 200 metrów, zwiększając dokładność o ponad 80% w porównaniu do tradycyjnych metod jednostronnych opartych na impedancji. To znacznie ułatwia szybką identyfikację uszkodzeń i konserwację.

​3.3 Strategia adaptacyjnego automatycznego ponownego zamknięcia​

• ​Zasada techniczna: Urządzenie ochronne oparte na mikrokomputerze inteligentnie rozróżnia rodzaje uszkodzeń (tymczasowe lub stałe):
1. ​Uszkodzenia tymczasowe: Po odłączeniu, siła dielektryczna linii samodzielnie się przywraca. Urządzenie wykrywa odzyskanie izolacji i natychmiast wystawia polecenie ponownego zamknięcia.
2. ​Uszkodzenia stałe: Urządzenie wykrywa trwałe uszkodzenie i blokuje ponowne zamknięcie, aby zapobiec drugiemu odłączeniu wyłącznika, zapewniając bezpieczeństwo sprzętu.
   Ponadto strategia dynamicznie dostosowuje martwy czas automatycznego ponownego zamknięcia w zależności od rzeczywistych warunków systemu (np., udziału produkcji energii odnawialnej) do dopasowania do charakterystyk odzyskiwania systemu.
• ​Zalety wydajnościowe:

• Zwiększenie skuteczności: Unika ponownego zamknięcia na stałych uszkodzeniach, znacząco zwiększając skuteczność automatycznego ponownego zamknięcia i niezawodność zasilania.
• Zmniejszenie wpływu: Zapobiega niepotrzebnym drugim szokom systemu, chroniąc sprzęt.

• ​Przykład zastosowania: Wdrożenie na kluczowej linii wychodzącej z farmy wiatrowej zwiększyło skuteczność automatycznego ponownego zamknięcia z 72% do 93%, efektywnie zmniejszając odłączenia turbin wiatrowych spowodowane tymczasowymi uszkodzeniami linii.

​4. Podsumowanie wartości rozwiązania​
To zintegrowane rozwiązanie ochrony oparte na mikrokomputerach dostarcza kluczowej wartości klientom poprzez synergiczną aplikację swoich trzech kluczowych technologii:

1. ​Zwiększenie stabilności systemu: Ekstremalnie szybka ochrona izoluje uszkodzenia szybko, zapewniając kluczowy czas do utrzymania stabilności sieci.
2. ​Poprawa niezawodności zasilania: Inteligentne adaptacyjne automatyczne ponowne zamknięcie maksymalizuje przywrócenie zasilania, zmniejszając czas i straty wyłączeń.
3. ​Zwiększenie efektywności operacyjnej: Wysoka precyzja lokalizacji uszkodzeń przekształca konserwację z "patrolowania linii" w "inspekcję punktową", znacząco zmniejszając koszty i czas.
4. ​Przystosowanie do nowych systemów energetycznych: Jego wyjątkowa wydajność sprawia, że jest bardzo odpowiednie dla skomplikowanych scenariuszy współczesnych sieci, w tym UHVDC, integracji energii odnawialnej i wielotorowych linii.