Linjeskyddslämnare Mikrodatorbaserad lösning för linjeskydd

1. Sammanfattning och bakgrund​
   Med den ökande komplexiteten i elkraftnätstrukturer—särskilt utvecklingen av ultra-högspänningsdirektström (UHVDC) överföring, storskalig integration av förnybar energi och flera parallella överföringslinjer—har kraven på skydd för överföringslinjer nått oprecederade nivåer. Den kärnfråga ligger i att balansera två kritiska krav: att säkerställa extremt snabb drift av skyddsutrustning vid fel för att upprätthålla systemets stabilitеть, samtidigt som man garanterar stark selektivitet för att förhindra onödiga avkopplingar och fel eskalering. Denna motsättning är särskilt framträdande i komplexa nätkonfigurationer som parallella dubbelcirkuitslinjer, där traditionella ensidiga skyddsprinciper står inför betydande begränsningar.

Denna lösning utnyttjar avancerad mikrodatorbaserad skyddsteknik, med integrering av tre kärnmoduler: frekvensvariationens distansskydd, dubbeländad resvågslägebestämning och adaptiva automatiska åtkopplingsstrategier. Målet är att omfattande förbättra tillförlitligheten, hastigheten och intelligensen i linjeskydd, vilket ger viktigt stöd för att bygga ett robust och smart nät.

​2. Analys av kärnutmaningar​

• ​Motsättning mellan hastighet och selektivitet: Traditionella skyddsscheman kräver ofta försenad drift för att säkerställa selektivitet, vilket står i konflikt med behovet av snabb felborttagning för att upprätthålla systemets stabilitet.
• ​Noggrann felplacering i parallella dubbelcirkuitslinjer: Måtinduktans mellan dubbelcirkuitslinjer komplicerar felfrekvenskaraktärer, vilket signifikant minskar noggrannheten hos traditionella felplaceringmetoder och hindrar felidentifiering och energiåterställning.
• ​Ovisshet introducerad genom integration av förnybar energi: Integrationen av vind- och solkraftverk ändrar kortslutningsströmnivåer och -egenskaper, vilket potentiellt kan orsaka felaktig drift eller misslyckande av skydd. Dessutom utmanar deras produktionsfluktioner framgångsraten för automatiska åtkopplingsstrategier.

​3. Kärntekniker i lösningen​

​3.1 Frekvensvariationens distansskydd (ΔZ-skydd)​​

• ​Teknisk princip: Denna teknik påverkas inte av belastningsström under normal systemdrift. Den beräknar felförhållanden enbart genom att använda frekvensvariationer i spänning och ström som genereras vid felförhållandet. Med höga starttrösklar är det inbyggt riktat, högst selektivt och okänsligt för systemsvängningar och övergångsresistans.
• ​Prestandafördelar:
• Ultra-hög hastighet: Extremt snabb respons, med typiska drifttider under 10ms.
• Hög tillförlitlighet: Effektivt undviker felaktig drift på grund av belastningsström.
• ​Tillämpningsfall: I en ±800kV UHVDC överföringslinje minskade denna teknik totala feleliminerings-tiden (skyddsdrift + brytarens avkoppling) för nära fel till under 80ms, vilket signifikant förbättrade den transitoriska stabiliteten i UHVDC-systemet.

​3.2 Dubbeländad resvågslägebestämning​

• ​Teknisk princip: Ett fel genererar resvågor som sprider sig mot båda ändarna av linjen. Genom att använda högprecision GPS/BDS synkroniserade klockor, registrerar skyddsutrustningen på båda ändarna exakt ankomsttiderna för de inledande strömsvågorna (t1 och t2). Felförhållandet bestäms exakt med formeln L = (v * Δt) / 2, där v är vågens hastighet och Δt = |t1 - t2|.
• ​Prestandafördelar:
• Ultra-hög noggrannhet: Felförhållande påverkas i stor utsträckning inte av linjemåtinduktans, systemdriftläge, övergångsresistans eller strömmätare (CT) mätning.
• Parameteroberoende: Beror inte på linjeförhållanden, vilket eliminerar fel orsakade av osäkra parametrar i traditionella impedansbaserade metoder.
• ​Tillämpningsfall: Installation på en 500kV dubbelcirkuitslinje på samma torn minskade felförhållandefelen till under 200 meter, vilket förbättrade noggrannheten med mer än 80% jämfört med traditionella ensidiga impedansbaserade metoder. Detta underlättar enormt snabb felidentifiering och underhåll.

​3.3 Adaptiv automatisk åtkopplingstrategi​

• ​Teknisk princip: Mikrodatorbaserad skyddsutrustning skiljer intelligent mellan feltyper (transienta eller permanenta):
1. ​Transienta fel: Efter avkoppling återställer linjens dielektriska styrka sig själv. Utrustningen upptäcker isoleringsåterhämtning och utfärdar snabbt en åtkopplingsorder.
2. ​Permanenta fel: Utrustningen upptäcker det bestående felet och blockerar åtkoppling för att förhindra sekundär brytarens avkoppling, vilket säkerställer utrustningssäkerhet.
   Dessutom justerar strategin dynamiskt dödtiden för automatisk åtkoppling baserat på realtidsbaserade systemförhållanden (t.ex., andel förnybar energiproduktion) för att matcha systemets återhämtningsegenskaper.
• ​Prestandafördelar:

• Förbättrad framgångssats: Undviker åtkoppling vid permanenta fel, vilket signifikant förbättrar framgångssatsen för automatisk åtkoppling och energiförsörjningssäkerhet.
• Minskad påverkan: Förhindrar onödiga sekundära chocker till systemet, vilket skyddar utrustning.

• ​Tillämpningsfall: Implementering på en viktig vindparkutgångslinje ökade framgångssatsen för automatisk åtkoppling från 72% till 93%, vilket effektivt minskade vindturbinavkopplingar orsakade av transienta linjefel.

​4. Sammanfattning av lösningens värde​
Denna integrerade mikrodatorbaserade skyddslösning levererar kärnvärde till kunder genom sin samverkande tillämpning av dess tre kärntekniker:

1. ​Förbättrad systemstabilitet: Ultra-hög hastighetsskydd isolerar fel snabbt, vilket säkrar kritisk tid för att upprätthålla nätets stabilitet.
2. ​Förbättrad energiförsörjningssäkerhet: Intelligenta adaptiva automatiska åtkopplingsstrategier maximiserar energiåterställning, vilket minskar avbrottsvaraktighet och förluster.
3. ​Förbättrad driftseffektivitet: Högprecision felplacering transformerar underhåll från "linjeinspektion" till "punktskontroll," vilket signifikant minskar kostnader och tid för undersökning.
4. ​Anpassningsbarhet till nya elsystem: Dess exceptionella prestanda gör det mycket lämpligt för komplexa moderna nätscenarior, inklusive UHVDC, integration av förnybar energi och flercirkuitslinjer.