Одно из самых больших различий между электростанциями, работающими на возобновляемых источниках энергии,-солнечными фермами и ветровыми проектами, например-и традиционной основной-энергетической системой, заключается в коллекторной сети. Эти электростанции в значительной степени полагаются на подземные кабели, а не на воздушные линии. И эта кабельная сеть расположена непосредственно между дорогостоящими силовыми-электронными устройствами: инверторами, сумматорами постоянного тока и трансформаторами,-монтируемыми на панели.
Настоящие проблемы начинаются с однофазных-замыканий-на-землю,-которые мы называем слаботочными-замыканиями на землю. Поведение не имеет ничего общего с тем, что можно увидеть на обычной воздушной линии. На практике эти неисправности часто проявляются в виде прерывистого искрения. Точка повреждения не остается надежно заземленной; вместо этого он неоднократно ломается и восстанавливается, снова и снова образуя дугу. При каждом повторном включении в системе возникает переходное перенапряжение,-часто в несколько раз превышающее номинальное напряжение. Подобные повторяющиеся импульсы разрушительны для силовой электроники. Модули IGBT и конденсаторы цепи постоянного тока-в инверторах просто не имеют того запаса по перенапряжению, который есть у традиционного трансформатора. Несколько сильных ударов могут пробить изоляцию, вызвать замыкание на стороне постоянного тока-и в худшем случае привести к катастрофическому отказу-включая пожар и взрыв. Это не паникерство; это элементарная физика.
На многих предприятиях используется заземление с низким-сопротивлением, что означает, что реле защиты немедленно срабатывает при однофазном замыкании. Звучит чисто, но это вызывает другую головную боль: как узнать, какой механизм подачи или какое соединение действительно вышел из строя? Солнечная ферма среднего- размера может иметь более ста километров подземных кабелей с сотнями соединений. Когда защита очищает весь питающий коллектор, команда остается смотреть на длинный подземный путь без каких-либо видимых подсказок. Разлом мог находиться на расстоянии десятков километров, быть заглубленным в траншею или непосредственно-захороненным в каком-нибудь срединном-стыке пролетов. Без точного местоположения у вас есть единственный выход — прорыть всю трассу или предпринять рискованную повторную-подзарядку. А -повторная подача напряжения на неисправный кабель, по сути, приводит к тому, что в этом слабом месте возникает еще одна мощная дуговая вспышка,-превращая то, что могло быть незначительной проблемой соединения, в постоянный кратер.
Это подводит нас к основному требованию: предприятию необходимо устройство, которое может идентифицировать неисправный фидер и определить его местоположение до того, как выключатель сработает-в идеале, даже во время прерывистой фазы разряда. Обычные регистраторы неисправностей и дистанционные реле здесь практически бесполезны. Импеданс кабеля слишком мал, а переходные процессы во время дуги слишком сложны, чтобы любой алгоритм, основанный на фундаментальных-частотных величинах, мог обеспечить надежное определение местоположения. Реальная техническая задача для устройства обнаружения замыканий на землю-токов-малого тока заключается в регистрации высокочастотных переходных бегущих волн или направления переходных токов нулевой-последовательности во время повреждения. Для этого требуется чрезвычайно высокая частота дискретизации и сложные -алгоритмы извлечения данных-, которые могут выделить сигнатуру неисправности на шумном фоне, полном гармоник инвертора и окружающего шума переключения.
Если вы не решите эту проблему, последствия затронут три фронта: потери генерации, повреждение оборудования и безопасность. Дуга, горящая в ограниченном подземном пространстве, может быстро воспламенить оболочки кабелей, и огонь может распространиться по траншее, выведя из строя все цепи в этом коридоре. А для проекта, который оплачивается по мегаватт-часу, ненужные длительные отключения электроэнергии наносят прямой удар по доходам. Таким образом, система, которая может -выбрать правильный фидер и обнаружить неисправность в пределах нескольких метров-, больше не является просто модернизацией защиты. Это фундаментальное требование для защиты активов и операционной прибыльности электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии.
