Zusammenfassung: In den letzten Jahren sind in Nordwestchina zahlreiche Gemeinde- und Dorfunternehmen entstanden, und die ländliche Wirtschaft hat sich deutlich entwickelt. Der Stromverbrauch steigt jährlich, und der ländliche Stromverbrauch erfordert nicht nur einen wirtschaftlichen Betrieb des modernisierten ländlichen Stromnetzes, sondern stellt auch höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung. Diese Arbeit schlägt anhand einer vergleichenden Analyse ein System zur Automatisierung von Leitungsabschnitten vor, das Wiedereinschaltgeräte und Impulszähl-Sektionalisatoren kombiniert, um die Automatisierung von Leitungsabschnitten im ländlichen Stromnetz Nordwestchinas zu realisieren. Ziel ist es, die Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung des modernisierten ländlichen Stromnetzes zu verbessern und so den aktuellen und zukünftigen Bedürfnissen der ländlichen Wirtschaftsentwicklung in Nordwestchina gerecht zu werden. Schlüsselwörter: Ländliches Stromnetz, Wiedereinschaltgerät, Impulszähl-Sektionalisator, System zur Automatisierung von Leitungsabschnitten. 1 Einleitung: Bei Freileitungen im Stromnetz sind etwa 58 % der Fehler vorübergehend. Das Wiedereinschalten ist ein effektives Mittel, um Fehler schnell zu beheben und die Stromversorgung nach einem vorübergehenden Fehler wiederherzustellen. Die meisten Hauptumspannwerke sind mit Wiedereinschaltgeräten für ihre 10-kV-Ableitungen ausgestattet. Mit der fortschreitenden Modernisierung der Stromnetze in Stadt und Land hat sich das 10-kV-Verteilungsnetz zu einem mehrsegmentierten, mehrfach vernetzten Netz mit mehreren Versorgungspfaden entwickelt. In den entwickelten Gebieten Ostchinas ist die Verteilung in den städtischen Netzen weitgehend automatisiert, wobei an den Hauptschaltern entlang der Leitungen Abzweigstationen (FTUs) installiert sind. In diesem Kontext kann bei einem temporären Leitungsfehler die auf den FTUs basierende Wiedereinschaltstrategie den Fehler effektiv beheben und die Stromversorgung wiederherstellen. Aufgrund der vergleichsweise unterentwickelten Wirtschaft Nordwestchinas lag der Fokus der Modernisierung der ländlichen Stromnetze jedoch lange Zeit primär auf der Wirtschaftlichkeit, während die Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung vernachlässigt wurden. Obwohl einige abgeschlossene Modernisierungen der ländlichen Stromnetze in Nordwestchina die Stromkosten für Landwirte gesenkt haben, blieben Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung auf dem ursprünglichen Niveau. Mit dem rasanten Wirtschaftswachstum Chinas in den letzten Jahren haben auch die Unternehmen in den ländlichen Gemeinden Nordwestchinas eine signifikante Entwicklung erfahren, was zu einem kontinuierlichen Anstieg des Strombedarfs und damit zu höheren Anforderungen an Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung geführt hat. Wenn wir die aktuellen Veränderungen im ländlichen Stromverbrauch nicht besser verstehen und langfristige Überlegungen anstellen, wird das ländliche Stromnetz nach seiner Transformation unweigerlich hinter den Anforderungen der aktuellen Entwicklung zurückbleiben. Daher sollte die Transformation des ländlichen Stromnetzes in Nordwestchina neben der Wirtschaftlichkeit auch der Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung ausreichend Aufmerksamkeit schenken. Es sollte eine sinnvolle Lösung zur Automatisierung der Leitungen des ländlichen Stromnetzes in Nordwestchina angestrebt werden, ohne die Transformationskosten wesentlich zu erhöhen und so die Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung in ländlichen Gebieten zu gewährleisten. 2. Vergleich zweier Systeme zur Leitungsautomatisierung Derzeit werden in nationalen und internationalen Stromnetzen zwei gängige Systeme zur Leitungsautomatisierung eingesetzt: ein System, das die Schaltanlagen der Verteilung koordiniert, und ein System, das auf Leitungsendgeräten (FTUs) basiert. 2.1 Automatisierungssystem für Speiseleitungen auf Basis von Speiseleitungs-Terminaleinheiten (FTUs) Der typische Arbeitsablauf eines solchen Systems ist wie folgt: Jede FTU erfasst den Betriebszustand ihres zugehörigen mastmontierten Schalters, z. B. Last, Spannung, Leistung, aktuelle Schaltstellung und den Status der Energiespeicherung, und übermittelt diese Informationen über ein Kommunikationsnetzwerk an das übergeordnete Automatisierungssystem der Verteilungsnetze. Jede FTU kann außerdem Befehle von der Automatisierungszentrale des Verteilungsnetzes empfangen, um entsprechende Fernschaltvorgänge zur Optimierung des Netzbetriebs durchzuführen. Im Fehlerfall erfasst jede FTU wichtige Informationen vor und während des Fehlers, wie z. B. den maximalen Fehlerstrom, den Laststrom vor dem Fehler und die maximale Leistung. Diese Informationen werden anschließend an das Automatisierungssystem der Verteilungsnetze übermittelt. Nach der Analyse durch das Computersystem werden der fehlerhafte Abschnitt und der optimale Plan zur Wiederherstellung der Stromversorgung ermittelt. Abschließend wird der fehlerhafte Abschnitt ferngesteuert isoliert und die Stromversorgung des intakten Abschnitts wiederhergestellt. Das auf Computer- und Kommunikationsnetzen basierende System zur Automatisierung von Abzweigleitungen dient primär der Fernüberwachung des Status von Abzweigschaltern, Abzweigstrom und -spannung im Normalbetrieb und ermöglicht das ferngesteuerte Öffnen und Schließen von Leitungsschaltern. Bei ungleichmäßiger Lastverteilung optimiert der Lastausgleich den Betrieb. Im Fehlerfall werden Fehlerdaten erfasst, der fehlerhafte Abzweigabschnitt automatisch identifiziert und isoliert, und die Stromversorgung der nicht fehlerhaften Bereiche wird wiederhergestellt. Die wichtigsten Systemkomponenten sind Fehlerbehandlungseinheiten (FTUs), Workstations für den Kommunikationsnetzbereich und das Computersystem zur Verteilungsautomatisierung. Die Hauptvorteile sind: ① Es isoliert den fehlerhaften Bereich im Fehlerfall und überwacht den Betrieb des Verteilungsnetzes im Normalbetrieb, wodurch der Betriebsmodus optimiert und ein sicherer und wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet wird; ② Bei der Wiederherstellung der Stromversorgung in einem intakten Bereich können sichere und optimale Maßnahmen ergriffen werden; ③ Es kann mit einem Geographischen Informationssystem (GIS) vernetzt werden, um eine globale Digitalisierung zu ermöglichen. Die Hauptnachteile dieses Systems sind seine komplexe Struktur, die hohen Baukosten und die Notwendigkeit des Aufbaus eines Kommunikationsnetzes. Es eignet sich für netzartige Verteilungsnetze mit mehreren Stromversorgungspfaden, wie z. B. städtische Netze und andere Gebiete mit hohen Anforderungen an die Versorgungssicherheit. Aufgrund der hohen Kosten ist es für ländliche Stromnetze in westlichen Regionen nicht geeignet. 2.2 Automatisierungssystem für Abzweigleitungen basierend auf der Interoperabilität von Schaltanlagen für die Verteilungsautomatisierung Die Schlüsselkomponenten des auf der Interoperabilität von Schaltanlagen für die Verteilungsautomatisierung basierenden Automatisierungssystems für Abzweigleitungen sind der Wiedereinschalter und der Trennschalter. Der Wiedereinschalter ist eine Schaltanlage mit eigenen Steuerungs- und Schutzfunktionen. Er kann gemäß einer vordefinierten Öffnungs- und Schließsequenz automatisch öffnen und schließen und anschließend automatisch zurücksetzen oder verriegeln. Er kann den abgehenden Leistungsschalter in einem Umspannwerk ersetzen. Seine Funktion ist folgende: Tritt ein Fehler auf und überschreitet der Fehlerstrom im Wiedereinschalter seinen eingestellten Wert, löst er aus und führt gemäß einer voreingestellten Sequenz mehrere Öffnungs- und Schließzyklen durch. Bei erfolgreicher Wiedereinschaltung beendet er automatisch alle weiteren Vorgänge und kehrt nach einer Verzögerung in den voreingestellten Zustand zurück. Die Verriegelung kann nur durch manuelles Zurücksetzen aufgehoben werden. Es kann die Auswirkungen transienter Fehler auf das Stromnetz verhindern. Ein Trennschalter ist ein Schaltgerät, das in Verbindung mit dem vorgelagerten Schalter auf der Versorgungsseite bei Spannungsausfall oder Stromunterbrechung automatisch öffnet. Tritt ein dauerhafter Fehler auf, kann der Trennschalter nach einer vordefinierten Anzahl von Öffnungs- und Schließvorgängen im geöffneten Zustand verriegeln und so den fehlerhaften Leitungsabschnitt isolieren. Erreicht der Trennschalter die vordefinierte Anzahl von Öffnungs- und Schließvorgängen nicht und wird der Fehler durch andere Geräte behoben, bleibt er im geschlossenen Zustand und kehrt nach einer Verzögerung in den voreingestellten Zustand zurück, um für den nächsten Fehler bereit zu sein. Ein Trennschalter kann Kurzschlussströme nicht segmentieren. Derzeit gibt es vier typische Betriebsarten der Netzautomatisierung durch die Zusammenarbeit von Schaltgeräten in der Verteilungsnetzautomatisierung: Zusammenarbeit von Wiedereinschaltern untereinander, Zusammenarbeit von Wiedereinschaltern mit Spannungs-Zeit-Trennschalter, Zusammenarbeit von Wiedereinschaltern mit Strom-Leistungs-Trennschalter und Zusammenarbeit von Wiedereinschaltern mit Impulszählung zum Überstrom. Die Hauptvorteile von auf der Zusammenarbeit von Schaltgeräten basierenden Speiseleitungsautomatisierungssystemen sind ihr einfacher Aufbau, die geringen Baukosten, der Verzicht auf Kommunikationsnetze und die Vermeidung von Problemen bei der Stromabnahme. Zwar bestehen auch Nachteile wie die Beschränkung auf den Fehlerfall, die fehlende Überwachung im Normalbetrieb und die eingeschränkte Optimierung des Netzbetriebs, die Notwendigkeit von Vor-Ort-Anpassungen der Einstellungen nach der Änderung des Betriebsmodus, die Unfähigkeit, bei der Wiederherstellung der Stromversorgung in einem intakten Bereich sichere und optimale Maßnahmen zu ergreifen, und die erheblichen Auswirkungen wiederholter Wiedereinschaltvorgänge auf die Geräte, doch ermöglichen die geringen Baukosten und die einfache Wartung die Speiseleitungsautomatisierung unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Netzökonomie und Versorgungssicherheit. Daher bleibt es das beste System zur direkten Umsetzung der Speiseleitungsautomatisierung im Rahmen der Transformation des ländlichen Stromnetzes im Nordwesten, wobei der Fokus auf Entwicklung und langfristigen Zielen liegt. 3. Betrieb des Speiseleitungsautomatisierungssystems mit Wiedereinschaltern und Impulszähl-Leistungsschaltern: Der in Verbindung mit dem vorgelagerten Wiedereinschalter verwendete Impulszähl-Leistungsschalter kann zwar den Kurzschlussstrom nicht unterbrechen, speichert aber die Anzahl der Unterbrechungen des Fehlerstroms durch das vorgelagerte Schaltgerät innerhalb eines bestimmten Zeitraums. Nach einer vordefinierten Anzahl von Aufzeichnungen, während der stromfreien Unterbrechung, in der der vorgelagerte Wiedereinschalter oder Leistungsschalter die Leitung kurzzeitig vom Stromnetz trennt, schaltet der Überstromimpulszähler ab, um den fehlerhaften Abschnitt zu isolieren. Erreicht das vorgelagerte Schaltgerät nicht die vordefinierte Anzahl von Schaltvorgängen, kehrt der Überstromimpulszähler nach einer bestimmten Rückstellzeit in seinen voreingestellten Ausgangszustand zurück und bereitet sich auf den nächsten Fehler vor. Dieses System ist kostengünstig, zuverlässig und wartungsarm. Angesichts der relativ geringen Lastdichte und der niedrigen Anforderungen an die Stromqualität in ländlichen Stromnetzen in Nordwestchina haben wir Simulationsversuche mit diesem System durchgeführt. Seine Betriebssicherheit ist zufriedenstellend und erfüllt effektiv die Anforderungen an die Stromversorgungssicherheit ländlicher Stromnetze in Nordwestchina bei gleichzeitiger Gewährleistung der Wirtschaftlichkeit des ländlichen Stromnetzes. Im Folgenden wird der Prozess der Isolierung eines dauerhaft fehlerhaften Abschnitts mithilfe eines Wiedereinschalters und eines Überstromimpulszählers anhand von Experimenten kurz beschrieben. Abbildung (a) zeigt den Normalbetrieb eines Teils des Radialnetzes. A ist ein Wiedereinschalter, B und C sind Überstromimpulszähler, deren Zählerstand jeweils auf 2 eingestellt ist. Abbildung (b) zeigt, dass nach einem permanenten Fehler in Abschnitt b der Wiedereinschalter A auslöst und der Überstromzähler B den Überstrom einmal zählt. Da der Zählerstand den Sollwert (2 Zählungen) nicht erreicht, bleibt B geschlossen. Abbildung (c) beschreibt das erste Wiedereinschalten des Wiedereinschalters A nach einer gewissen Zeit (Verzögerung). Abbildung (d) zeigt, wie der Wiedereinschalter A erneut auslöst, da er zum Fehlerpunkt wieder einschaltet und der Überstromimpulszähler des Überstromzählers B den Sollwert von 2 Zählungen erreicht. Daher löst der Überstromzähler B während der stromfreien Zeit nach dem erneuten Ausschalten des Wiedereinschalters A aus. Abbildung (e) veranschaulicht, dass der Wiedereinschalter A nach einer Verzögerung ein zweites Mal wieder einschaltet, während der Überstromzähler B geöffnet bleibt. Dadurch wird der fehlerhafte Abschnitt isoliert und die Stromversorgung des intakten Abschnitts wiederhergestellt. Tritt in Abschnitt b ein temporärer Fehler auf, löst der Wiedereinschalter A aus und der Überstromzähler zählt den Überstrom einmal. Da der Überstromzähler den Sollwert (2-fach) nicht erreicht, bleibt der Trennschalter B geschlossen. Nach einer kurzen Verzögerung ist der temporäre Fehler behoben, der Wiedereinschalter A schaltet wieder ein und die Stromversorgung des Systems ist wiederhergestellt. Nach einer gewissen Zeit wird der Überstromzähler des Trennschalters B auf null zurückgesetzt und der Ausgangszustand wiederhergestellt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Nordwestregion im Zuge der Netzausweitung im ländlichen Raum zur Förderung der ländlichen Wirtschaftsentwicklung ein System zur Automatisierung der Stromleitungen wählt, das Wiedereinschalter und überstromimpulszählende Trennschalter kombiniert. Die rechtzeitige Implementierung der Netzleitungsautomatisierung im ländlichen Raum gewährleistet einen wirtschaftlichen Netzbetrieb und entlastet die Landwirte, ohne die Kosten der Netzausweitung wesentlich zu erhöhen. Zudem verbessert sie die Zuverlässigkeit und Qualität der Stromversorgung und sichert so die normale und sichere Stromversorgung für die ländliche Produktion und den Alltag.