سیستم ‌های حفاظتی با ورودی فازوری – فصل ۹

سیستم ‌های حفاظتی با ورودی فازوری – فصل ۹  – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

کتاب اندازه گیری های فازوری همزمان شده و کاربردهای آنها

 فصل ۹

۹-۱ مقدمه

اندازه گیری فازوری همزمان یکسری از  راه حل ها را برای تعدادی از مسئله های مشکل ساز حفاظتی ارائه نموده است. این مولفه های حفاظتی شامل حفاظت خطوط جبران شده سری، محافظت خطوط چند ترمیناله، و ناتوانی در تنظیم رضایتبخش رله های خارج از گام می باشد. در بسیاری از شرایط، اندازه گیری قابل اطمینان یک ولتاژ یا جریان از راه دور در همان مرجع به عنوان متغیر های محلی، بهبود قابل توجه در عملکرد حفاظتی را سبب شده است. در برخی از نمونه ها، مخابره چنین برآوردهایی از یک طرف خط حفاظت شده به طرف دیگر تنها مولفه مورد نیاز بشمار می آید در حالیکه در بقیه نمونه ها، مخابره یا برقراری ارتباط در خلال فواصل دوردست ضروری می باشد.

اندازه گیری فازور در بهبود بخشیدن عملکردهای حفاظتی که دارای زمان پاسخ نسبتا کندی می باشند، بطور بسزایی موثر است. برای چنین عملکردهای حفاظتی، تاخیر در اندازه گیری از راه دور بعنوان بحث مهمی بشمار نمی آید. برای نمونه، عملکرد حفاظت پشتیبان رله های دیستانس و عملکرد حفاظت مربوط به مدیریت ثبات زاویه ای یا پایداری ولتاژ شبکه می تواند از اندازه گیری از راه دور با تاخیر انتشار، تاخیرهایی تا چند صد میلی ثانیه، بهره مند گردد. نمونه های کاربرد این ماهیت در بخش ۹٫۴ ارائه شده است.

دو بخش بعدی حفاظت خطوط بهبود بخشیده شده با استفاده از اندازه گیری فازور از انتهای خطوط از راه دور را بررسی خواهد کرد. بخش بعدی شامل حفاظت تطبیقی می باشد که در این زمینه اندازه گیری فازور قابلیت کمک در خصوص «تنظیم خودکار عملکرد های مختلف حفاظت بمنظور هماهنگ کردن بیشتر آن ها برای غالب شدن بر شرایط سیستم»  را خواهد داشت.

سیستم ‌های حفاظتی با ورودی فازوری – فصل ۹

۹-۲٫ حفاظت دیفرانسیل در خطوط انتقال

حفاظت دیفرانسیل باس ها، ترنسفرمر ها، و مولدها روشی جا افتاده است که در حفاظت خطوط انتقال طولانی همتای در خوری ندارد. رله های آزمایشی از اطلاعات رد و بدل شده  نقاط راه دور استفاده میکنند. حفاظت دیفرانسیلی به صورت صحیح تا قبل از اندازه گیری فازوری همزمان ممکن نبود. ارتباط بین جفت سیمهای  پیچ خورده تا پنج مایل در [۲]شرح داده شده است. مزایای حفاظت دیفرانسیل به ویژه برای خطوط جبران شده سری و خط با اتصال عرضی دارای اهمیت است. تعدادی از اشکال مختلف دیفرانسیل جریان برای حفاظت خطوط وجود دارد. در نوع اول با استفاده از کانال ارتباطی جریان ها ترکیب میشوند. در نوع دوم جریان ها نمونه گیری شده و نمونه ها به واسطه یک کانال باند پهن رد و بدل میشوند، در نوع سوم فازور نمونه ها محاسبه شده و مقادیر انها رد و بدل میشوند. نوع اول در شکل (۹٫۱) نشان داده شده است.

۹-۳٫ رله گذاری دیستانس خطوط انتقال چند ترمیناله

گاهی اوقات خطوط بدون استفاده از بریکر های سمت فشار قوی  مورد انشعاب قرار میگیرند مانند شکل ۹٫۳٫ اگر ارتباطی از ترمینال c  نباشد انگاه ناحیه اول رله A باید همیشه به ترمینال B وC دسترسی داشته باشد ؛ ناحیه اول رله در A باید بدون تغذیه به داخل تنظیم شود. اگر همه سه خط ده اهم بوده (ثانویه) و ناحیه حفاظتی اول ۸۵% طول خط باشد، انگاه رله A  دارای تنظیمات ۱۷ اهم در ناحیه اول است. در حقیقت ۷۰% خط از انشعاب تا نقطه B در ناحیه ۱  برای رله A   قرار میگیرد.  اگر بیشینه تغذیه به داخل I_c=I_A  باشد انگاه امپدانس دیده شده در A 17 اهم است وقتی خطا در ۳۵% خط بین T تا B است. برد رله کم شده اما با جایگزینی تنظیمات ناحیه ۱ رله به ۸۵% با تغذیه به داخل قادر به مشاهده خطا بعد از نقطه B بدون تغذیه به داخل  است .اگر منبعی در C  نباشد انگاه جریان بار I_C در خلاف جهت بوده اما در مقایسه با جریان خطا دارای مقدار کوچکتری است. برد ناحیه اول در A به مقدار نسبتا کم تغذیه به خارج افزایش می یابد(با تنظیمات ۸۵%به راحتی پوشش داده میشود).

۹-۴- محافظت تطبیقی

سیستم های مرسوم حفاظتی به خطا ها یا وقایع غیر طبیعی به صورت شیوه های از پیش تعیین شده معین پاسخ میدهند.این شیوه های از پیش تعیین شده مندرج در ویژگی های خود رله ها، بر پایه یک سری از فرضیات موجود در سیستم قدرت هستند. رله گذاری تطبیقی  امکان اینکه مشخصات رله متناسب شرایط غالب سیستم قدرت تغییر کند را فراهم میکند. با ظهور رله های دیجیتال مفهوم پاسخ به تغییرات سیستم در ابعاد جدیدی مطرح گشته است. رله های دیجیتال دارای دو مشخصه مهم بوده که استفاده از  انها را برای رله گذاری تطبیقی حیاتی کرده است. عملکرد انها از طریق نرم افزار تعیین شده و دارای قابلیت ارتباطی هستند. این ویژگی  امکان تغییر نرم افزار ها به نرم افزار های نظارتی سطح بالاتر تحت دستورات کنترل از راه دور یا پاسخ به اندازه گیری های راه دور  را فراهم می اورد.

۹-۴-۱- حفاظت خارج از گام تطبیقی

مشخص شده است معمولا دلیل شکل گیری فروپاشی کل سیستم این است که گروهی از ژنراتورها  نسبت به سایر قسمت های سیستم قدرت سنکرونیزم خود را از دست می دهند. خواه یک حالت گذرای الکترومکانیکی منجر به شرایط پایدار یا ناپایدار شود، تعیین با اطمینان ان قبل از انجام عمل کنترلی مناسب میتواند سیستم قدرت را به شرایط حالت دائمی قابل قبول باز گرداند. رله های خارج از گام به منظور تشخیص و همچنین صدور فرمان یا تصمیمات بلوکه کردن طراحی می شوند.

سیستم ‌های حفاظتی با ورودی فازوری – فصل ۹

تعیین گروه های منسجم ماشین

میتوان الگوریتمی را برای تعیین گرو های منسجم از ماشینها هنگام ایجاد نوسانات الکترومکانیکی توسعه داد. الگوریتم هایی برای پی بردن به زوایای رتور مشاهده شده از ولتاژ باسها نیاز هستند. معیارهایی برای قضاوت هماهنگی بین ماشین ها و گروهی از ماشین ها در نظر گرفته خواهد شد. انتظار میرود که مراکز زوایای مربوط به هر گروه هماهنگ برای تعیین شرایط خارج از گام مورد استفاده قرار گیرند.

پیش بینی شرایط خارج از گام به واسطه داده های زمان واقعی

مطمئنا تعیین این که یک نوسان ناپایدار است یا نه با انتظار کافی و مشاهده نوسان اصلی امکان پذیر است. اما به منظور انجام اعمال کنترلی مناسب، ضروری است که الگوریتم هایی برای دسته بندی نوسانات ایجاد شده در مدت زمان معمول برای پیش بینی با اطمینان در نظر گرفته شوند. در ازمایش فلوریدا- جورجیا زمان مشاهده نوسانات زاویه ای واقعی برای بیشینه مقدار ۲۵۰ms  به منظور تعیین پیش بینی قابل اطمینان نتیجه مورد استفاده قرار گرفت. با فرض اینکه دوره عادی نوسانات سیستم قدرت در شبکه به هم پیوسته بزرگ چند ثانیه است، این هدف معقول است. ازمایشات در سیستم آزمایشی برای تعیین کمینه مقدار دوره مورد نیاز برای پیش بینی نتیجه نوسان با درجه اطمینان انتخاب شده انجام گرفت. با مشاهده سیر تکامل نوسان، تقریب سری زمانی به منظور فراهم اوردن پیش بینی نواحی نوسانات ساخته خواهد شد[۱۱-۱۴].

۹-۴-۲- امنیت در مقابل اعتماد

سیستم های حفاظتی موجود طراحی شده اند تا با بهای کاهش امنیت، قابل اطمینان باشند. این میتواند دید مناسبی باشد اگر سیستم قدرت در وضعیت عادی باشد، یعنی مقدار کافی حاشیه بهره برداری در قابلیت تولید و انتقال وجود داشته باشد. نتیجه عدم صدور فرمان در زمان حفاظتی اولیه هنگام بروز خطا فاجعه در بی ثباتی گذرا و فرو ریختگی سیستم میباشد. اما وقتی سیستم در وضعیت تحت فشار باشد این یک بایاس غیر قابل قبول است. در سیستم با وضعیت  تحت فشار فرمان اشتباه(سیستم حفاظتی نا امن) باعث ایجاد خسارت بیشتر به سیستم میشود. پس مطلوب است که بایاس سیستم حفاظتی به نفع امنیت بیشتر با افزایش اندک در احتمال اینکه حفاظت اولیه در هنگام بروز خطا عمل نکند تغییر داده شود.

۹-۴-۳- ترانسفرمر

حفاظت تطبیقی ترنسفرمر به دلیل اینکه فقط نیازمند اطلاعات محلی در تضاد با طرح های تطبیقی برای دیگر تجهیزات است، بسرعت مورد پذیرش قرار میگیرد. شیب مشخصه در شکل ۹٫۱ برای مشکلات مختلف شامل عدم تطابق نسبت تبدیل CT، اشباع در CTها و ترنسفرمر ها، و دور های خارج از مقدار نامی برای ترنسفرمر های با تپ چینجر محاسبه میشود. شیب با بزگی ۴۰% در بعضی از رله های ترنسفرمر وجود دارد. بهای شیب های بزرگ این بوده خطاهای بخش سیم پیچی ممکن است در سمت اشتباه مشخصه صدور فرمان قطع اتفاق افتند. با اذعان به اینکه، در رله های دیجیتال ترنسفرمر،مجموع و تفاوت در جریان ها در شکل ۹٫۱ از نمونه ها تشکیل میشوند. راه حل تطبیقی برای تسبت دور های خارج از حالت نامی، مشاهده وضعیت تپ چنجر و اصلاح  مناسب جریان صدور فرمان قطع (تریپ) و محدود کردن جریان ها است. به طور مشابه ثبت جریانها در شرایط بدون خطا میتواند در تعیین نسبت تبدیل واقعی CT مورد استفاده قرار گیرد.

۹-۴-۴- بازیابی سیستم تطبیقی

باید قبول کنیم برخی از خاموشی ها اجتناب ناپذیر هستند. بنابراین ضروری بوده که تدابیری برای بازیابی سیستم قدرت با کمترین تاخیر و هزینه به کار گرفته شود. بازیابی سریع سیستم قدرت دارای اهمیت فوق العاده بوده زیرا نارضایتی مصرف کننده به طور قابل ملاحضه ای به دلیل قطع برق به حداقل میرسد. اگرچه تدابیر از قبل تعیین شده  بدست امده از مطالعات شبیه سازی شده برنامه ریزی شده هم اکنون در دسترس هستند، انها غالبا کافی نبوده زیرا وضعیت واقعی سیستم به طور کامل با موارد برنامه ریزی شده مطالعاتی تفاوت دارد. اندازه گیری گسترده و بهنگام زمینه عالی برای تعیین تدابیر بازیابی سیستم قدرت با در نظر گرفتن شرایط غالب سیستم فراهم می اورد[۱۶]. اگرچه پیاده سازی روش های خودکار بازیابی امکان پذیر است، به دلایل مختلف عملی بهتر است از روش های بازیابی مکمل هم استفاده کنیم، به موجب ان یک برنامه کامپیوتری برنامه بازیابی برای هر قسمت جزیره شده که دچار خاموشی گشته را برای دوباره اتصال دادن و انرژی دار کردن پیشنهاد میدهد. اپراتور برنامه پیشنهاد شده بازیابی توسط برنامه کامپیوتری را با روشی  گام پیاده سازی میکند.

سیستم ‌های حفاظتی با ورودی فازوری – فصل ۹

۹-۵- کنترل عملکرد رله پشتیبان

در معرض قطع قرار گرفتن برخی نواحی پشتیبان رله های دیستانس به دلیل اضافه بار طی اغتشاشات سیستم قدرت خیلی شناخته شده است (شکل ). که این منجر به فرمان صرفنظر کردن از استفاده نواحی پشتیبان بخصوص در ناحیه ۳، رله دیستانس شده است که وظیفه محافظت از مدار پایین دستی در صورتی که سیستم های حفاظت برای از بین بردن خطای آن مدارها موفق نباشند، را داشته است [۱۹]. هرچند، این مورد بحث بوده است که این سنجش خیلی سخت گیرانه بوده و نباید به عنوان یک راهکار کلی در نظر گرفته شود. راهکار پشتیبان از راه دور برای پوشش دادن رخ دادهای محتمل [۲۰] برای زمانی که محافظت دیگری در دسترس نمی باشد، طراحی شده است. تحت چنین شرایطی، ضروری می باشد که راه هایی را در نظر بگیریم که در آن بتوان محدوده بار پذیری اعمال شده توسط ناحیه های پشتیبان را دور زد [۲۱].

۹-۵-۱- خرابی های پنهان

در بررسی قابل دسترس قرار داده شده توسط شورای قابلیت اطمینان برق آمریکای شمالی [۲۲]  میزان دخالت رله در اغتشاشات عمده نمایان می گردد. مکانیزم به خرابی های پنهان در سیستم حفاظت اطلاق شده است [۲۳]. این طور نیست که رله ها بوجود آورنده عمده اختلالات باشند اما تمایل دارند تا در انتشار چیزی که شاید یک رخداد بیشتر متمرکز شده بوده است درگیر شوند. اطلاعات  یک ثبت سالانه تقریبا ۱۰ اختلال عمده اندازه گیری شده با اندازه و دوره زمانی می باشد. طی یک دوره زمانی قابل توجه، رله ها در دو سوم رخدادها ایفای نقش کرده اند.

۹-۶- جزیره سازی هوشمند

زمانی که سیستم دچار تنش شده است(محدودیت های گرمایی، عبور زوایای فاز فراتر از محدودیت قابل قبول  مراکز سیستم، گذر کردن ولتاژ و فرکانس فراتر از آستانه برنامه ریزی شده)، تفکیک سیستم قدرت به جزیره ها آخرین راه چاره می باشد و علاوه بر این انتشار اغتشاشات منتجه از تفکیک سیستم نیز اجتناب ناپذیر می باشد. بطورکلی، در هر جزیره به وجود آمده باید تعادل بین تولید و بار وجود داشته باشد. در عمل، این مورد صدق نمی کند و در نتیجه ممکن است برای بدست آمدن تعادل و بازگشت جزیره با عملکرد پایدار در فرکانس و پروفیل ولتاژ نرمال، ریزش بار و تولید نیاز باشد.

سیستم ‌های حفاظتی با ورودی فازوری – فصل ۹

۹-۷- ریزش بار نظارتی

ریزش بار زیر فرکانس و بازسازی در اکثر سیستم های قدرت زمانی که جزیره های تولید و بار غیرمتناسب شکل گرفته اند، برای مدیریت گذر فرکانس استفاده می شوند. اندازه گیری های فرکانس بطور محلی در پست های توزیع انجام گرفته اند، و زمانی که فرکانس از نقاط فرمان از پیش تنظیم شده عبور می کند، فیدر های از پیش تخصیص داده شده قطع کرده اند [۳۲]. اخیرا، با خطر فروپاشی ولتاژ در خیلی از سیستم های قدرت، ریزش بار کنترل شده با ولتاژ اجرا شده است [۳۳,۳۴]. فروپاشی ولتاژ یک پدیده محلی می باشد، اگرچه چندین فاکتور دیگر(از قبیل حد ولتاژ راکتیو در ژنراتورها) باید به حساب آیند. این امر با استفاده از  بدست آمده است(با اطلاعات دریافت شده از سایت های کنترل از راه دور).