پایه‌ای برای حفاظت از خط مبتنی بر رله محافظ خط کامپیوتری

1. کلی و پس‌زمینه​
   با افزایش پیچیدگی ساختار شبکه‌های برق—به خصوص توسعه انتقال جریان مستقیم فشار بسیار 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 بحرانی می‌باشد: تضمین عملکرد با سرعت بسیار بالا از دستگاه‌های حفاظت در زمان خرابی‌ها برای حفظ ثبات سیستم، در حالی که همزمان انتخاب قوی را تضمین می‌کند تا از خاموش شدن غیر ضروری و افزایش خرابی جلوگیری شود. این تضاد به ویژه در ساختارهای شبکه پیچیده مانند خطوط دوطرفه موازی، که در آن اصول حفاظت تک‌طرفه محدودیت‌های قابل توجهی دارند، برجسته است.

این راه‌حل از فناوری حفاظت مبتنی بر رایانه‌های میکرو استفاده می‌کند که سه ماژول اصلی را یکپارچه می‌سازد: حفاظت فاصله‌ای تغییرات فرکانس توان، موقعیت‌یابی خرابی دوطرفه موج حرکتی، و استراتژی‌های خودبسته‌شدن سازگار. هدف آن افزایش جامع قابلیت اطمینان، سرعت و هوشمندی حفاظت از خط، ارائه حمایت بحرانی برای ساخت شبکه‌ای قوی و هوشمند است.

​2. تجزیه و تحلیل چالش‌های اصلی​

• ​تضاد بین سرعت و انتخاب: طرح‌های حفاظتی سنتی غالباً نیازمند عملکرد تأخیری برای تضمین انتخاب هستند، که با نیاز به پاک‌سازی سریع خرابی برای حفظ ثبات سیستم در تضاد است.
• ​موقعیت‌یابی دقیق خرابی در خطوط دوطرفه موازی: القای متقابل بین خطوط دوطرفه، مشخصات خرابی را پیچیده می‌کند، که دقت روش‌های موقعیت‌یابی خرابی سنتی را به طرز قابل توجهی کاهش می‌دهد و شناسایی خرابی و بازیابی توان را مختل می‌کند.
• ​عدم قطعیت ناشی از یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر: یکپارچه‌سازی نیروگاه‌های بادی و خورشیدی سطح و مشخصات جریان کوتاه را تغییر می‌دهد، که ممکن است باعث خرابی یا شکست حفاظت شود. علاوه بر این، نوسانات خروجی آنها موفقیت استراتژی‌های خودبسته‌شدن را به چالش می‌کشد.

​3. فناوری‌های اصلی راه‌حل​

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

• ​اصول فنی: این فناوری در حالت عادی سیستم تحت تأثیر جریان بار قرار نمی‌گیرد. فقط با استفاده از تغییرات فرکانس توان ولتاژ و جریان تولید شده در لحظه خرابی، مانع خرابی را محاسبه می‌کند. با آستانه‌های شروع بسیار بالا، به طور ذاتی جهت‌دار، انتخابی بسیار بالا و حساس به نوسانات سیستم و مقاومت انتقالی نیست.
• ​مزایای عملکرد:
• عملکرد با سرعت بسیار بالا: پاسخ بسیار سریع، با زمان عملکرد معمولاً کمتر از 10ms.
• قابلیت اطمینان بسیار بالا: به طور مؤثر از خرابی ناشی از تأثیر جریان بار جلوگیری می‌کند.
• ​مثال کاربردی: در یک خط انتقال UHVDC ±800kV، این فناوری زمان کل پاک‌سازی خرابی (عملکرد حفاظت + خاموش شدن کلید) برای خرابی‌های نزدیک به کمتر از 80ms کاهش داد، که به طور قابل توجهی ثبات موقت سیستم UHVDC را افزایش داد.

​3.2 موقعیت‌یابی خرابی دوطرفه موج حرکتی​

• ​اصول فنی: خرابی موج‌های حرکتی تولید می‌کند که به سمت دو انتهای خط حرکت می‌کنند. با استفاده از ساعت‌های همزمان GPS/BDS با دقت بالا، دستگاه‌های حفاظتی در دو انتها زمان‌های ورود اولین موج جریان (t1 و t2) را به طور دقیق ثبت می‌کنند. محل خرابی با استفاده از فرمول L = (v * Δt) / 2 محاسبه می‌شود، که در آن v سرعت موج و Δt = |t1 - t2| است.
• ​مزایای عملکرد:
• دقت بسیار بالا: موقعیت‌یابی خرابی 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 مقاومت خط وابسته نیست، که خطاهای ناشی از عدم دقت پارامترها در روش‌های مقاومتی سنتی را حذف می‌کند.
• ​مثال کاربردی: نصب در یک خط دوطرفه 500kV روی یک دکل خطای موقعیت‌یابی خرابی را به کمتر از 200 متر کاهش داد، که دقت آن حدود 80٪ نسبت به روش‌های مقاومتی سنتی تک‌طرفه بهبود یافته است. این به طور قابل توجهی شناسایی سریع خرابی و نگهداری را تسهیل می‌کند.

​3.3 استراتژی خودبسته‌شدن سازگار​

• ​اصول فنی: دستگاه حفاظت مبتنی بر رایانه میکرو به طور هوشمندانه نوع خرابی (موقت یا دائمی) را تمایز می‌دهد:
1. ​خرابی‌های موقت: پس از خاموش شدن، قدرت دی‌الکتریک خط به طور خودکار بازیابی می‌یابد. دستگاه بازیابی عایق را تشخیص می‌دهد و دستور خودبسته‌شدن را صادر می‌کند.
2. ​خرابی‌های دائمی: دستگاه خرابی پایدار را تشخیص می‌دهد و خودبسته‌شدن را مسدود می‌کند تا از خاموش شدن دومین کلید جلوگیری شود و ایمنی تجهیزات تضمین شود.
   علاوه بر این، استراتژی زمان مرگ خودبسته‌شدن را بر اساس شرایط سیستم به طور دینامیک تنظیم می‌کند (به عنوان مثال، سهم خروجی انرژی‌های تجدیدپذیر) تا با ویژگی‌های بازیابی سیستم همخوانی داشته باشد.
• ​مزایای عملکرد:

• افزایش میزان موفقیت: با جلوگیری از خودبسته‌شدن در خرابی‌های دائمی، میزان موفقیت خودبسته‌شدن و قابلیت اطمینان تأمین توان را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• کاهش تأثیر: از شوک‌های دومین و غیرضروری به سیستم جلوگیری می‌کند و تجهیزات را محافظت می‌کند.

• ​مثال کاربردی: اجرای آن در یک خط خروجی مهم مزرعه بادی میزان موفقیت خودبسته‌شدن را از 72% به 93% افزایش داد، که به طور موثری جدا شدن توربین‌های بادی ناشی از خرابی‌های خط موقت را کاهش داد.

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

1. ​افزایش ثبات سیستم: حفاظت با سرعت بسیار بالا خرابی‌ها را به سرعت جدا می‌کند و زمان بحرانی برای حفظ ثبات شبکه را تأمین می‌کند.
2. ​بهبود قابلیت اطمینان تأمین توان: خودبسته‌شدن سازگار هوشمند بازیابی توان را به حداکثر می‌رساند و مدت زمان قطع و زیان‌ها را کاهش می‌دهد.
3. ​افزایش کارایی عملیاتی: موقعیت‌یابی با دقت بالا نگهداری را از "پاترول خط" به "بازرسی نقطه" تبدیل می‌کند و به طور قابل توجهی هزینه‌ها و زمان را کاهش می‌دهد.
4. ​تأسیس بر سیستم‌های توان جدید: عملکرد استثنایی آن آن را برای سناریوهای شبکه مدرن پیچیده، از جمله UHVDC، یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و خطوط چندطرفه، بسیار مناسب می‌سازد.