Relay Protection Device Kasalukuyang Transformer

Patlang ng proteksyon ng relay

Mga signal ng feed ng Current Transformer (CTs) sa mga protective relay sa mga pabrika. Kapag nagkaroon ng abnormal na alon, nagre-relay ng mga trip breaker, na pumipigil sa pagkasunog ng motor at mamahaling pagkasira ng kagamitan.

Ang mga relay protection device (protection relay) ay gumaganap ng kritikal na papel sa pagtiyak ng katatagan, kaligtasan, at pagsunod sa regulasyon ng power generation at distribution system. Sa renewable energy deployment, distributed generation, at mahigpit na grid code, ang mga relay ay sentro sa pagtukoy ng fault, grid disconnection, frequency at boltahe na pagpapatupad, at pangkalahatang pagiging maaasahan ng system.

Konteksto ng Regulatoryo / Pamantayan

Ang mga regulasyon ng Germany para sa grid connection ng mga generation system ay nagtatakda ng mga legal na kinakailangan para sa mga protection relay. Dalawang pangunahing panuntunan sa teknikal na koneksyon ay:

VDE-AR-N 4105: namamahala sa mga koneksyong mababa ang boltahe (≤100 kW, <1,000 V AC).

VDE-AR-N 4110: para sa medium-voltage na koneksyon (>100 kW o ≥1,000 V AC).

Sa parehong mga kaso, ang grid-feeding o grid-network protection relay ay kinakailangan upang subaybayan ang boltahe, dalas, pagkawala, at mga kaugnay na pangyayari; upang idiskonekta ang mga generator sa ilalim ng out-of-limit o hindi ligtas na mga kondisyon; at upang maiwasan ang pag-isla (ibig sabihin, hindi sinasadyang paghihiwalay ng isang bahagi ng grid).

Mga Pangunahing Aplikasyon / Pag-aaral ng Kaso

1. Hydroelectric Plants and Distributed Generation
Ang isang kongkretong kaso ay ang Lukas Anlagenbau GmbH, isang kumpanya sa Bavaria, na nagpapatakbo ng maraming hydroelectric power plant (mga kapasidad mula sa mga 5 kW hanggang 10 MW). Dahil sa regulasyon ng VDE-AR-N 4105 (at mga pagbabago nito), ang mga planta nito ay dapat sumunod sa mga kinakailangan sa pagsubaybay sa grid-feeding: pag-detect ng over-/under-voltage, over-/under-frequency, at pagtugon kapag lumilihis ang mga parameter.

Upang matugunan ang mga kahilingang ito, inilagay ni Lukas Anlagenbau ang relay ng pagsubaybay sa pagpapakain ng grid ng ABB na CM-UFD.M31 sa mahigit 60 hydroelectric plant. Patuloy na sinusubaybayan ng relay na ito ang mga nauugnay na parameter at tinataboy ang switch ng interface (idi-disconnect ang planta mula sa pampublikong grid) kapag nalampasan ang mga limitasyon. Ang aparato ay nagpapakita rin ng mga mensahe ng error, sumusuporta sa mga tiyak na threshold (dalas at boltahe), at nag-aalok ng mahusay na kakayahang magamit (DIN-rail installation, readable display).

Inilalarawan ng kasong ito kung paano tinitiyak ng proteksyon ng relay ang parehong kaligtasan sa pagpapatakbo at pagsunod sa regulasyon, habang pinapayagan ang distributed generation na lumahok sa grid.

2. Solar Photovoltaic Systems at 'NA protection'
Isa pang mahalagang halimbawa ay sa solar PV deployment, lalo na sa low-voltage sector. Sa ilalim ng VDE-AR-N 4105, ang anumang generation plant sa pagitan ng humigit-kumulang 30 kW at 135 kW ay dapat na may naka-install na Network and System Protection (NA proteksyon).

Pinagsasama ng proteksyon ng NA ang isang monitoring relay at mga kalabisan na interlocking switch. Sinusubaybayan ng relay ang boltahe at dalas ng grid, at kapag lumampas ang mga deviation sa mga tolerance, dinidiskonekta nito ang PV system mula sa grid sa loob ng tinukoy na oras (madalas sa loob ng 0.2 segundo). Ang mga interlocking switch ay isinaayos upang ang dalawang switching element sa serye ay matiyak ang kaligtasan ng pagkakamali—kung ang isa ay nabigo, ang isa ay nagsisiguro pa rin ng pagkadiskonekta. Ang mga switching device ay nagpapa-feed back din ng status sa monitoring relay, na tinitiyak ang tamang operasyon.

3. Mga Device / Relay na Ginagamit
Ang mga tagagawa ng Aleman tulad ng Ziehl ay gumagawa ng mga proteksyon na relay na iniayon sa mga pamantayang ito. Halimbawa, sinusubaybayan ng mga UFR1001E at UFR1002IP na device ang boltahe, frequency, vector shift, at rate of change of frequency (ROCOF), bukod sa iba pa, nakakatugon sa mga kinakailangan ng VDE-AR-N 4105:2018-11 at VDE-AR-N 4110:2018-11.

Ang mga relay na ito ay ginagamit sa mga generation plants (solar, hydro, wind) at nagbibigay ng mga mahahalagang functionality: pagtuklas ng mga abnormal na kondisyon ng grid, ligtas na pagdiskonekta, remote control/standby, pagpapakita at pag-log ng mga fault. Ang mga Ziehl relay ay idinisenyo upang maging single-fault-safe (ibig sabihin, kung nabigo ang isang bahagi, gumagana pa rin ang feature na pangkaligtasan), na isang kinakailangan sa ilalim ng mga panuntunan sa grid ng Aleman.

Nalutas ang mga Problema sa pamamagitan ng Proteksyon ng Relay

Mula sa mga application na ito, makikita natin ang ilang kategorya ng mga problema sa tulong ng mga relay protection device

Katatagan at Kaligtasan ng Grid
Ang mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya ay pabagu-bago; ang mga biglaang pagbabago sa henerasyon (hal. dahil sa mga ulap sa ibabaw ng PV o pagbaba ng bilis ng hangin) ay maaaring magdulot ng mga pagbabago sa dalas at boltahe. Kung hindi mapapamahalaan, ang mga pagbabagong ito ay maaaring magpalaganap at masira ang mas malawak na grid. Tinitiyak ng mga relay na madidiskonekta ang mga generation plant kapag lumampas ang mga parameter sa mga ligtas na pagpapaubaya, na nagpoprotekta sa planta at sa network.

Ang pag-iwas sa Islanding
Islanding (isang generation unit na patuloy na tumatakbo kapag ang grid ay nakadiskonekta) ay mapanganib para sa mga maintenance crew at maaaring humantong sa pagkasira ng kagamitan. Tinitiyak ng mga protection relay na may tamang detection (pagkawala ng boltahe, frequency drift, vector shift, atbp.) na kapag nawala ang koneksyon sa grid o may mga pagkakamali, ligtas na isinara ang henerasyon. Ang mga solar system sa rehimeng proteksyon ng NA ay kinakailangang isama ang proteksyon laban sa pag-isla.

Ang Pagsunod sa Mga Grid Code at Mga Legal na Kinakailangan
Ang mga pamantayan sa regulasyon tulad ng VDE-AR-N 4105 / 4110 sa Germany ay nagpapataw ng partikular na proteksyon, kaligtasan, at mga kinakailangan sa pagganap. Dapat gumamit ang mga operator ng mga relay na sertipikado para sa mga pamantayang ito, na may mga tamang setting. Iniiwasan ng pagsunod ang mga legal na parusa at tinitiyak na ang mga halaman ay maaaring manatiling konektado at mabayaran. Ang kaso ng kumpanya ng hydro na nagpatibay ng CM-UFD.M31 ng ABB upang matugunan ang VDE code ay isang halimbawa.

Fault Detection at Fast Disconnection
Ang mga fault sa mga linya, over-voltage, under-voltage, over-frequency, o under-frequency na mga kondisyon ay dapat mabilis na matukoy upang maiwasan ang pagkasira ng mga bahagi at maiwasan ang mga cascading failure. Ang mga relay ay nagbibigay ng mabilis na pagtuklas at pag-andar (pagpatay) upang ihiwalay ang mga may sira na bahagi.

Kalidad ng Power at Grid Integration
Habang tumataas ang renewable energy, nagiging mas mahirap ang kalidad ng kuryente (pagbabago ng boltahe, flicker, harmonics) at pagkakaugnay-ugnay (phase, frequency). Nakakatulong ang mga protection relay na subaybayan at ipatupad ang mga limitasyon na nagpapanatili ng katanggap-tanggap na kalidad ng kuryente para sa lahat ng user. Sinusuportahan din ng mga ito ang mga function tulad ng vector shift (upang makita ang mga aberrant phase na relasyon) at ROCOF (rate ng pagbabago ng dalas), na mahalaga para sa katatagan kapag online ang malaking halaga ng naibahaging henerasyon.

Talakayan / Mga Natutuhan

Mahalaga ang kakayahang magamit ng device: Ang kaso sa totoong mundo sa Germany ay nagpapakita na ang mga relay na madaling i-configure, na may malinaw na mga display at simpleng proseso ng pag-setup, ay mas malamang na maayos na mai-install at mapanatili. Nagbadyet ang operator ng hydroelectric plant para sa kadalian ng pagsasaayos at katumpakan.

Redundancy at fault-safety: Dalawang independiyenteng elemento ng switching sa serye, pagsubaybay sa mga posisyon ng switch, dual-channel relay, fail-safe na disenyo ay hindi lang magagandang feature kundi mga kinakailangan sa regulasyon sa maraming German grid code.

Mga limitasyon at timing: Ang mga setting tulad ng mga limitasyon ng boltahe/dalas, pagkaantala bago idiskonekta, mga kapasidad ng paglipat, atbp. ay dapat na iayon sa mga kinakailangan ng lokal na grid operator. Tinutukoy ng mga panuntunan ng Aleman ang mga limitasyon sa oras (kung gaano kabilis dapat magdiskonekta ang generator kapag wala sa saklaw ang boltahe/dalas). Ang sensitivity, katumpakan, at bilis ng mga relay ay mapagpasyahan.

Standard evolution: Ang mga pamantayan ng VDE-AR-N 4105 at 4110 ay umunlad. Ang mga tagagawa at operator ay dapat sumunod sa mga pagbabago. Ang mga protection relay ay kadalasang nagbibigay ng mga preset na halaga ng threshold para sa mga kasalukuyang bersyon ng mga pamantayang ito.

Konklusyon

Ang mga relay protection device ay isang pundasyon ng ligtas, sumusunod, at matatag na pagsasama ng nababagong at naipamahagi na mga pinagkukunan ng enerhiya. Sa pamamagitan ng pagpapatupad ng mga pamantayan ng regulasyon (VDE-AR-N 4105 / 4110), pag-deploy ng mga advanced na relay device (ABB, Ziehl atbp.), at totoong case work sa hydroelectric at solar PV system, tinutugunan ng mga relay ang mga pangunahing isyu:

dinidiskonekta sa hindi ligtas na kondisyon ng boltahe/dalas

pagpigil sa pag-isla

pagprotekta ng kagamitan at katatagan ng grid

pagtiyak ng pagsunod at pag-iwas sa mga parusa

Habang nagpapatuloy ang paglipat ng enerhiya ng Germany ('Energiewende'), na may mas desentralisadong henerasyon, imbakan ng enerhiya, microgrids, at smart grids, lalago ang kahalagahan ng mga protection relay—hindi lamang para sa kaligtasan at regulasyon, kundi bilang mga enabler ng pagiging maaasahan, katatagan, at flexible na operasyon.