Мікропроцесорна система захисту ліній Релейний захисний пристрій для ліній IEE-Business

1. Абстракт і тло​
   Зі зростанням складності структур електромереж, особливо розвитком передачі надвисокого напруги постійного струму (UHVDC), масштабним втіленням відновлювальних джерел енергії та багатьма паралельними лініями передачі, вимоги до захисту ліній передачі досягли небаченого рівня. Основна проблема полягає у балансуванні двох ключових потреб: забезпеченні надзвичайно швидкої роботи пристроїв захисту при аваріях для підтримки стабільності системи, а також гарантуванні сильного вибору, щоб запобігти непотрібному відключенню та поширенню аварій. Ця суперечність особливо виражена в складних конфігураціях мереж, таких як паралельні подвійні лінії, де традиційні принципи однобічного захисту мають значні обмеження.

Це рішення використовує передову мікропроцесорну технологію захисту, інтегруючи три ключові модулі: захист на основі зміни відстані при промисловій частоті, локація аварій на основі хвиль, що розповсюджуються в обох кінцях, та адаптивні стратегії автоматичного повторного замикання. Мета - комплексне підвищення надійності, швидкості та інтелектуальності захисту ліній, що забезпечує ключову підтримку для створення міцної та розумної мережі.

​2. Аналіз основної проблеми​

• ​Суперечність між швидкістю та вибором: Традиційні схеми захисту часто вимагають затриманого виконання для забезпечення вибору, що суперечить потребі в швидкому очищенні аварій для підтримки стабільності системи.
• ​Точна локація аварій у паралельних подвійних лініях: Взаємна індукція між подвійними лініями ускладнює характеристики аварій, значно зменшуючи точність традиційних методів локації аварій та заважаючи ідентифікації аварій та відновленню живлення.
• ​Невизначеність, викликана інтеграцією відновлювальних джерел енергії: Інтеграція вітрильних та сонячних електростанцій змінює рівні та характеристики короткозамкненого струму, можливо, викликаючи помилкове виконання або невдалість захисту. Крім того, їхні коливання виробництва викликають проблеми для успішності стратегій автоматичного повторного замикання.

​3. Основні технології рішення​

​3.1 Захист на основі зміни відстані при промисловій частоті (ΔZ-захист)​​

• ​Технічний принцип: Ця технологія не впливає на струм навантаження під час нормальної роботи системи. Вона розраховує аварійний імпеданс, використовуючи лише зміни промислової частоти напруги та струму, що виникають в момент аварії. З високими пороговими значеннями він є внутрішньо напрямковим, високо виборним та нечутливим до коливань системи та переходного опору.
• ​Переваги виконання:
• Надзвичайно швидка робота: Екстремально швидка реакція, з типовим часом виконання менше 10 мс.
• Висока надійність: Ефективно уникнення помилкового виконання через вплив струму навантаження.
• ​Приклад застосування: На лінії передачі UHVDC ±800 кВ ця технологія скоротила загальний час очищення аварій (робота захисту + відключення вимикача) для аварій біля кінця до 80 мс, значно підвищивши трансієнтну стабільність системи UHVDC.

​3.2 Локація аварій на основі хвиль, що розповсюджуються в обох кінцях​

• ​Технічний принцип: Аварія генерує хвилі, що розповсюджуються в обох напрямках лінії. За допомогою високоточних GPS/BDS синхронізованих годинників, пристрої захисту на обох кінцях точно фіксують час приходу початкових хвиль струму (t1 і t2). Місце аварії точно розраховується за формулою L = (v * Δt) / 2, де v - швидкість хвилі, Δt = |t1 - t2|.
• ​Переваги виконання:
• Надзвичайно висока точність: Локація аварій мало чутлива до взаємної індукції лінії, режиму роботи системи, переходного опору або насичення трансформатора струму (CT).
• Не залежить від параметрів: Не залежить від параметрів імпедансу лінії, що усуває помилки, викликані неточними параметрами в традиційних методах на основі імпедансу.
• ​Приклад застосування: Розташування на 500 кВ подвійній лінії на одній вежі скоротило похибку локації аварії до менше 200 метрів, покращивши точність більше ніж на 80% по відношенню до традиційних методів на основі одного кінця. Це значно сприяє швидкій ідентифікації аварій та ремонту.

​3.3 Адаптивна стратегія автоматичного повторного замикання​

• ​Технічний принцип: Програмований пристрій захисту інтелектуально розрізняє типи аварій (транзиторні або постійні):
1. ​Транзиторні аварії: Після відключення, діелектрична стійкість лінії самостійно відновлюється. Пристрій виявляє відновлення ізоляції та швидко видаває команду на повторне замикання.
2. ​Постійні аварії: Пристрій виявляє тривалий характер аварії та блокує повторне замикання, щоб запобігти вторинному відключенню вимикача, забезпечуючи безпеку обладнання.
   Додатково, стратегія динамічно регулює мертвий час повторного замикання залежно від реальних умов системи (наприклад, відсоток виводу відновлювальних джерел енергії) для відповідності характеристикам відновлення системи.
• ​Переваги виконання:

• Збільшення успішності: Уникнення повторного замикання при постійних аваріях, значно покращуючи успішність повторного замикання та надійність живлення.
• Зменшення впливу: Запобігання непотрібним вторинним ударом системі, захист обладнання.

• ​Приклад застосування: Реалізація на важливій лінії виходу вітрової ферми збільшила успішність повторного замикання з 72% до 93%, ефективно зменшивши відключення вітрових турбін через транзиторні аварії на лінії.

​4. Підсумок цінності рішення​
Це інтегроване програмоване рішення захисту забезпечує ключову цінність клієнтам шляхом синергетичного застосування своїх трьох ключових технологій:

1. ​Покращена стабільність системи: Надзвичайно швидкий захист швидко ізолює аварії, забезпечуючи критичний час для підтримки стабільності мережі.
2. ​Покращена надійність живлення: Інтелектуальна адаптивна стратегія повторного замикання максимізує відновлення живлення, зменшуючи тривалість відключень та втрат.
3. ​Збільшена ефективність роботи: Високоточна локація аварій перетворює обслуговування з "патрулювання ліній" на "точкову перевірку", значно зменшуючи витрати та час на перевірку.
4. ​Пристосованість до нових систем живлення: Його виняткова продуктивність робить його високопридатним для складних сучасних сценаріїв мереж, включаючи UHVDC, інтеграцію відновлювальних джерел енергії та багатолінійні лінії.