Hatıl Koruma Rölesi Mikrobilgisayar Tabanlı Hat Koruma Çözümü

1. Özet ve Arka Plan​
   Elektrik şebekelerinin yapısının artan karmaşıklığı—özellikle ultra yüksek gerilimli doğrudan akım (UHVDC) iletim, yenilenebilir enerjinin büyük ölçekte entegrasyonu ve çoklu paralel hatlar—hat koruma sistemlerine olan performans beklentilerini önceki seviyelerden daha yükseğe çıkarmıştır. Temel zorluk, hata durumlarında koruma cihazlarının sistem istikrarını sağlamak için son derece hızlı çalışmasını sağlama ve aynı zamanda gereksiz atlamaları önlemeye yönelik güçlü seçiciliği garanti etme arasında denge kurmaktır. Bu çelişki, geleneksel tek uçlu koruma prensiplerinin önemli sınırlamalarla karşı karşıya olduğu paralel çift hat yapıları gibi karmaşık şebeke yapılarında özellikle belirgindir.

Bu çözüm, güç frekanslı değişim mesafe koruması, çift uçlu seyrelmiş dalga hata konumu tespiti ve adaptif otomatik yeniden kapama stratejileri olmak üzere üç temel modülü birleştirerek gelişmiş mikrobilgisayar tabanlı koruma teknolojisinden yararlanmaktadır. Bu, hat korumasının güvenilirliğini, hızını ve zekasını kapsamlı olarak artırmayı amaçlayarak sağlam ve akıllı bir şebeke inşa etmek için kritik destek sağlamaktadır.

​2. Temel Zorluk Analizi​

• ​Hız ve seçicilik arasındaki çatışma: Geleneksel koruma şemaları genellikle seçiciliği sağlamak için gecikmeli işlem gerektirir, bu da sistem istikrarını korumak için hızlı hata temizlemeye olan ihtiyaca zıt düşer.
• ​Paralel çift hatlarda doğru hata konumu tespiti: Çift hat arasındaki karşılıklı endüktans, hata karakteristiklerini karmaşıklaştırır, bu da geleneksel hata konumu yöntemlerinin doğruluğunu önemli ölçüde azaltır ve hata tanımlamasını ve enerji sağlamanın tekrar başlatılmasını engeller.
• ​Yenilenebilir enerji entegrasyonu tarafından getirilen belirsizlik: Rüzgar ve güneş enerji santrallerinin entegrasyonu, kısa devre akım düzeylerini ve özelliklerini değiştirir, bu da potansiyel olarak korumanın yanlış işlemesine veya başarısız olmasına neden olabilir. Ayrıca, çıktındaki dalgalanmalar, otomatik yeniden kapama stratejilerinin başarı oranını zorlaştırır.

​3. Çözümün Temel Teknolojileri​

​3.1 Güç Frekanslı Değişim Mesafe Koruması (ΔZ Koruması)​​

• ​Teknik Prensip: Bu teknoloji, normal sistem işletimi sırasında yük akımı etkisinden etkilenmez. Sadece hata anında üretilen güç frekanslı değişiklikler kullanılarak hata impedansı hesaplanır. Yüksek başlangıç eşiğiyle, doğal olarak yönlendirici, oldukça seçici ve sistem salınımlarına ve geçiş direncine duyarlı değildir.
• ​Performans Avantajları:
• Aşırı hızlı işlem: Tipik işlem süreleri 10 ms'den azdır.
• Yüksek güvenilirlik: Yük akımı etkileri nedeniyle yanlış işlemi etkili bir şekilde önler.
• ​Uygulama Örneği: ±800kV UHVDC iletim hattında, bu teknoloji, yakın ucu hataları için toplam hata temizleme süresini (koruma işlemi + kesici atlaması) 80 ms'ye indirerek, UHVDC sisteminin geçici istikrarını önemli ölçüde artırmıştır.

​3.2 Çift Uçlu Seyrelmiş Dalga Hata Konumu Tespiti​

• ​Teknik Prensip: Bir hata, hattın her iki ucuna doğru seyrelmiş dalgalar oluşturur. Yüksek hassasiyetli GPS/BDS senkron saatler kullanılarak, her iki uçtaki koruma cihazları ilk akım seyrelmiş dalgaların (t1 ve t2) varış zamanlarını hassas bir şekilde kaydeder. Hata konumu, L = (v * Δt) / 2 formülü kullanılarak hesaplanır, burada v dalga hızıdır ve Δt = |t1 - t2|.
• ​Performans Avantajları:
• Aşırı doğru: Hata konumu, hat karşılıklı endüktansından, sistem işletim modundan, geçiş direncinden veya akım dönüştürücüsü (CT) doygunluğundan etkilenmez.
• Parametreye bağlı değil: Hat impedans parametrelerine bağlı değildir, bu da geleneksel impedans tabanlı yöntemlerdeki yanlış parametreler nedeniyle oluşan hataları ortadan kaldırır.
• ​Uygulama Örneği: Aynı kuledeki 500kV çift hat üzerinde uygulanması, hata konumu hatasını 200 metreden azına indirmiş, geleneksel tek uçlu impedans tabanlı yöntemlere göre doğruluğu %80'den fazla artırarak hızlı hata tanımlamasını ve bakımını kolaylaştırmıştır.

​3.3 Adaptif Otomatik Yeniden Kapama Stratejisi​

• ​Teknik Prensip: Mikrobilgisayar tabanlı koruma cihazı, hata tiplerini (geçici veya kalıcı) akıllıca ayırt eder:
1. ​Geçici hatalar: Atlamadan sonra hat dielektrik gücü kendiliğinden geri kazanılır. Cihaz yalıtımın kurtulduğunu algılar ve hemen yeniden kapama komutu verir.
2. ​Kalıcı hatalar: Cihaz, devam eden hatayı algılar ve ikincil kesici atlamaları önlemek için yeniden kapamayı engeller, böylece ekipman güvenliği sağlanır.
   Ayrıca, strateji, gerçek zamanlı sistem koşullarına (örneğin, yenilenebilir enerji üretim payı) dayalı olarak otomatik yeniden kapamanın bekletme süresini dinamik olarak ayarlar, böylece sistem kurtarma özelliklerine uygun hale getirir.
• ​Performans Avantajları:

• Başarı oranı artışı: Kalıcı hatalarda yeniden kapamayı önler, bu da otomatik yeniden kapama ve güç sağlamanın güvenilirliğinin başarı oranını önemli ölçüde artırır.
• Etki azalması: Sisteme gereksiz ikinci şokları önler, ekipmanı korur.

• ​Uygulama Örneği: Kritik bir rüzgar çiftliği çıkış hattında uygulanması, otomatik yeniden kapama başarı oranını %72'den %93'e yükseltmiştir, bu da geçici hat hataları nedeniyle rüzgar türbinlerinin ayrılması oranını etkili bir şekilde azaltmıştır.

​4. Çözüm Değer Özeti​
Bu tümleşik mikrobilgisayar tabanlı koruma çözümü, üç ana teknolojisini sinerjik bir şekilde uygulayarak müşterilere şu temel değerleri sunar:

1. ​Sistem istikrarını artırmak: Aşırı hızlı koruma, hataları hızlı bir şekilde izole ederek, şebeke istikrarını korumak için kritik zaman sağlar.
2. ​Güç sağlamanın güvenilirliğini artırmak: Akıllı adaptif otomatik yeniden kapama, güç sağlamanın maksimum düzeyde tekrar başlatılmasını sağlar, kesinti süresini ve kayıpları azaltır.
3. ​İşletim verimliliğini artırmak: Yüksek hassasiyetli hata konumu, bakım işlemlerini "hat gezi" yerine "nokta kontrolü"ne dönüştürerek, tarama maliyetlerini ve süresini önemli ölçüde azaltır.
4. ​Yeni güç sistemlerine uyumluluk: Mükemmel performansı, UHVDC, yenilenebilir enerji entegrasyonu ve çoklu hat yapıları dahil karmaşık modern şebeke senaryolarına son derece uygun kılar.