سیستمهای حفاظتی و مسائل مخصوص آن :
چكيده:
دراين مقاله سعي گرديده است بطور خلاصه وظائف سيستمهاي حفاظتي، اجزاء سيتمهاي حفاظتي و شبكه ضعيف از نظر سيستم حفاظتي مورد بحث و بررسي قرار گيرد.
ضمناً برخي از اشكالات موجود در سيستم حفاظتي شبكه سراسري نيز به بحث گذاشته شده است.
شرح مقاله:
سيستم حفاظتي الكتريكي جزئي از شبكه است كه اطلاعات اصلي شبكه مثل ولتاژ و جريان را دريافت نموده و حالتهاي غيرعادي مثل اتصال كوتاه را تشخيص داده و عمل لازم را مثل جدا نمودن قسمت معيوب از بقيه شبكه انجام ميدهد. چون عمل سيستم حفاظتي هميشه منجر بهايجاد تغييراتي در شبكه ميگردد كه از آن جمله ميتوان قطع خطوط و يا قطع واحدهاي توليدي را نام برد، عملكرد مطمئن آن از اهميت خاصي برخوردار است.
توجه بهاين واقعيت كه وصل نابجاي يك كنتاكت در سيستم حفاظتي ميتواند منجر به از دست رفتن كل شبكه گردد باعثاين مسئله ميگردد كه مطالعه دقيق و همه جانبه در زمينه سيستمهاي حفاظتي و شناخت اشكالات، بررسي مسائل طراحي سيستمهاي حفاظتي و استفاده از امكانات آن ميتواند كمك عمدهاي به شناخت مسائل پايداري شبكه نمايد.
1ـ وظائف سيستمهاي حفاظتي:
اگر بخواهيم وظائف سيستمهاي حفاظتي را در شبكه بطور خلاصه بنويسيم ميتوان گفت:
1ـ1ـ سيستم حفاظتي اتصال كوتاه را در شبكه تشخيص داده و قسمتي از شبكه كه در آن اتصالي بوجود آمده است را از بقيه شبكه جدا مي نمايد. بطور مثال وظيفه رله ديستانس تشخيص اتصالي روي خطوط و جدا كردن خط معيوب از بقيه شبكه ميباشد و يا وظيفه رله ديفرانسيل تشخيص اتصالي در داخل ترانسفورماتور و جدا كردن آن از بقيه شبكه ميباشد.
2ـ1ـ سيستم حفاظتي حالت بهرهبرداري غير عادي در يك جزء از شبكه را تشخيص داده آن جزء را براي آنكه صدمه نبيند از بقيه شبكه جدا مي نمايد. مثلاً رله بار زياد و يا ولتاژ زياد، ترانسفورماتور و ژنراتور را درحالتهاي بهرهبرداري غير عادي از بقيه شبكه جدا مي نمايد.
3ـ1ـ سيستم حفاظتي حالت بهرهبرداري خارج از حد قابل قبول را تشخيص داده و عمل لازم جهت برگرداندن شبكه بحالت عادي را انجام ميدهد. مثل تشخيص ولتاژ زياد و يا كم در يك قسمت از شبكه و ارسال فرمان براي در مدار قرار گرفتن راكتور و يا خازن جهت كنترل ولتاژ, يا تشخيص فركانس پايين در شبكه توسط رلههاي فركانسي و قطع مرحلهاي با رجعت كنترل فركانس و يا تشخيص ولتاژ غير نرمال در ثانويه ترانسفورماتور و ارسال فرمان تغيير نسبت تبديل ترانسفورماتور به تپ چنجر جهت عادي كردن ولتاژ.
4ـ1ـ چون در وضعيت خاص بهرهبرداري از شبكه و يا اشكال در مدارهاي ثانويه ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ ممكن است رلههاي حفاظتي عملكرد ناخواسته داشته باشنداين حالتهاي خاص را ميتوان توسط رلههاي د يگري تشخيص و از عملكرد رلههاي حفاظتي اصلي جلوگيري نمود.
مثلاً در حالتهاي خاص از نوسان قدرت ممكن است رلههاي حفاظتي ديستانس ويا جريان زياد خطوط عمل نمايند كه در اين حالت ميتوان نوسان قدرت را توسط رلههاي حفاظتي نوسان قدرت تشخيص داده فرمان بلوكه كردن به رلههاي حفاظتي اصلي (ديستانس و جريان زياد) صادر نمود و يا در صورت سوختن فيوز ترانسفورماتور ولتاژ، اطلاعات ولتاژ به رله ديستانس داده نميشود در صورتيكه اطلاعات جريان را رله دريافت مي نمايد. رله ديستانس اين حالت را با حالت اتصالي در خط يكسان فرض نموده و عمل مي نمايد با قرار دادن رلههاي مخصوص كه سوختن فيوز را تشخيص ميدهند ميتوان از عملكرد بيمورد رله ديستانس جلوگيري نمود.
5ـ1ـ آمار ثابت نموده كه اكثر اتصالهايي كه روي خطوط بوجود ميآيند گذرا ميباشند. بنابراين سيستم حفاظتي ميتواند در هنگام بوجود اتصالي روي خط، كليدهاي آن خط را (تكفاز يا سه فاز) قطع نموده و بعد از مدت معيني از ارسال فرمان قطع، فرمان وصل مجدد با آن كليدها صادر نمايد. كه در اين صورت شبكه بعد از مدت بسيار كوتاهي بحالت قبل از حادثه برميگردد. بكارگيري سيستم وصل مجدد اتوماتيك در شبكههاي 400 و 230 كيلووات ميتواند كمك زيادي به پايداري شبكه در حالتهاي گذرا نمايد. وظائف سيستمهاي حفاظتي و مثالهاي مورد بحث در برگيرنده تمام كار سيستم حفاظتي نيست و شرح كامل آن خارج از حوصلهاين مقاله است.
2ـ اجزاء سيستمهاي حفاظتي:
اجزاء سيستمهاي حفاظتي در شبكه را ميتوان بشرح زير خلاصه نمود:
1ـ2ـ ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ كه اطلاعات شبكه را به رلههاي حفاظتي ميدهند اين اطلاعات شامل جريان و ولتاژ شبكه ميباشد كه به مقدار متناسبي كاهش پيدا كرده است و قابل اندازهگيري توسط رله ها ميباشد و همچنين اطلاعات فركانس شبكه نيز توسط ترانسفورماتور ولتاژ به رله ها داده ميشود.
بطور خلاصه جريان شبكه به مقدار استاندارد 1، 2 و 5 آمپر و ولتاژ آن نيز به 100، 110، 120 ولت كاهش پيدا ميكند، بدين ترتيب ميتوان رلههاي حفاظتي را براي جريان و ولتاژ خاصي استاندارد نمود.
2ـ2ـ رلههاي حفاظتي: كار رلههاي حفاظتي دريافت اطلاعات از شبكه توسط ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ، تشخيص حالت غيرعادي مثل فركانس زياد يا كم، ولتاژ زياد يا كم جريان زياد امپدانس كم و ... انجام عمل لازم مبني بر رفع حالت غيرعادي است كه در بخش قبل توضيح كاملتر آن داده شد. بايستي توجه داشت كه رلهها بايستي داراي مشخصاتي مثل دقت عملكرد سرعت عملكرد، قابليت اطمينان باشند.
3ـ2ـ كليدهاي قدرت جزئي از سيستم حفاظتي است كه در صورت لزوم مثلاً وجود اتصال كوتاه در خط و يا ترانسفورماتور و يا ژنراتور فرمان لازم را از رلههاي حفاظتي دريافت نموده و قسمت معيوب را از بقيه شبكه جدا مي نمايد.
لازم به توضيح است عملكرد رلههاي حفاظتي حتماً به قطع ديژنكتور ختم نميگردد بلكه ميتواند فرمان وصل آن باشد و يا ارسال فرمان به تپ چنجر باشد كه در فصل (2) توضيح آن آمده است.
4ـ2ـ سيستمهاي تغذيه كه كار آنها برقراري تغذيه جهت قسمتهاي مختلف مثل رلههاي حفاظتي رلههاي كمكي ـ ارسال آلارم ـ ارسال فرمان تريپ به بريكرو … باشد.
5ـ2ـ سيستمهاي آلارم و ثبت اطلاعات: چون زمان بروز حادثه تا رفع آن ممكن است كمتر از چند دهم ثانيه طول بكشد دراين زمان فرصت كافي براي بررسي چگونگي بوجود آمدن حادثه و عملكرد رلههاي حفاظتي وجود ندارد. بنابراين ميتوان اطلاعات حادثه را مثل شكل موجهاي جريان و ولتاژ ـ عملكرد كليدهاي قدرت، عملكرد رلههاي حفاظتي ـ زمان شروع حادثه را توسط دستگاههاي ثبات حادثه ثبت نموده و در موقع مناسب از آنها جهت تجزيه و تحليل شبكه در هنگام حادثه استفاده نمود.
همچنين سيستمهاي آلارم جهت هشدار داده به اپراتور در صورت وجود اشكال و انجام عمل مقتضي همچنين دادن اطلاعات تكميلي حادثه براي بررسي حادثه بكار ميرود.
6ـ2ـ سيستمهاي تله پروتكشن: اين سيستمها ارتباط حفاظتي دو طرف شبكه را برقرار ميسازند مثلاً ارتباط رلههاي ديستانس خط در دو طرف، بطور كلي ارتباط حفاظتي موجود در شبكه ايران سه نوع ميباشد.
الف: ارتباط حفاظتي بين رلههاي ديستانس دو طرف خط جهت تسريع نمودن عمل و يا عمل طبق برنامه از پيش تعيين شده.
ب: ارتباط حفاظتي بين رلههاي حفاظتي كمكي مثل اتصال زمين جهت ارسال فرمان قطع شرطي.
ج: ارسال فرمان تريپ از يك طرف به طرف ديگر.
با توضيحاتي كه داده شده عملكرد مطمئن سيستمهاي تله پروتكشن (بخصوص بند ج) از اهميت خاصي برخوردار است.
3ـ شبكه ضعيف از نظر سيستم حفاظتي:
دراين قسمت از مقاله كه در واقع بخش اصلي و مورد نظر آنرا تشكيل ميدهيد شبكه ضعيف از نظر سيستم حفاظتي و برخي اشكالات موجود در شبكه (بدون ذكر نام و محل آن) مورد بحث قرار ميگيرد.
1ـ3ـ تعريف شبكه ضعيف از نظر سيستم حفاظتي: شبكه ضعيف از نظر سيستم حفاظتي شبكهاي است كه در آن سيستم حفاظتي بطور دلخواه واز پيش تعيين شده عمل ننمايد و يا بعد از عملكرد دلخواه و از پيش تعيين شده شبكه بحالت عادي باز نگردد.
2ـ3ـ ضعف شبكه از نظر سيستم حفاظتي را ميتوان به دو دسته تقسيم نمود.
1ـ ضعف شبكه
2ـ ضعف سيستم حفاظتي
ضعف شبكه از نظر تداوم تشويق و تسلسل عملكرد رلههاي حفاظتي بدان معناست كه:
1ـ2ـ3ـ در هنگام قطع يك خط بعد از اتصالي توسط رلههاي حفاظتي مربوط خطوط ارتباطي ديگر داراي بار پيش از حد مجاز گردند كه دراين صورت رلههاي حفاظتي آن خطوط نيز ممكن است عمل نمايند.
2ـ3ـ3ـ در حالتهاي اضطراري ولتاژ شبكه از حد كنترل خارج گردند و منابع كنترل ولتاژ مثل راكتور يا خازن در دسترس نباشد. دراين صورت رلههاي حفاظتي راكتورهاي در مدار (مثل جريان زياد) و يا در ترانسفورماتور مثل (Over Flux) عمل نموده باعث باعث بيشتر بالا رفتن ولتاژ گردند در واقع عملكرد رلههاي حفاظتي در اين حالت در جهت عكس عمل مي نمايند و نه تنها باعث بهبود وضع شبكه نمي گردند بلكه شبكه را بحالت غير پايدارتر مي برند.
3ـ3ـ3ـ در هنگام حادثه (مثل اتصالي روي يك خط و قطع آن توسط رلههاي حفاظتي مربوطه) در شبكه نوسان زياد قدرت بوجود آيد در نتيجه رلههاي نوسان قدرت (Power Swing Relays) نتوانند از عملكرد رلههاي ديستانس خطوطي كه اتصالي روي آنها وجود ندارد جلوگيري نموده و باعث قطع خطوط بيشتري گردند در نتيجه شبكه را بيشتر بحالت ناپايدار ببرند. ضمناً رلههاي جريان زياد خطوط نيز ممكن است در اين حالت عمل نمايند و باعث قطع خطوط مربوط گردند.
4ـ3ـ3ـ در هنگام قطع يك واحد كه بار نسبتاً زيادي از شبكه را تامين مي نمايد بقيه شبكه متلاطم گردد مثلاً افت شديد فركانس و يا افت شديد ولتاژ و يا افزايش شديد جريان پيش آيد كه ميتواند باعث عملكرد استارترهاي رلههاي ديستانس خطوط گردد. اين مسئله عمدتاً در مورد شبكه هائي كه نسبت توليد يك واحد با كل توليد شبكه رقم قابل ملاحظهاي را تشكيل ميدهد بسيار زياد اتفاق مي افتد.
مثلاً در يك شبكه 50000 مگاواتي خارج شدن يك واحد MW1200 يعني قطع %2.4 توليد باعث افت فركانس به ميزان 0.13 Hz/Sec (افت فركانس بين 50 و 49 هرتز با ضريب قدرت 0.85 , ثابت اينرسي H=4) در صورتيكه در كي شبكه 7000 مگاواتي خارج شدن همان واحد يعني قطع %17 توليد باعث افت فركانس به ميزان 1.11Gz/Sec (افت فرانس بين 50 و 49 هرتز با ضريب قدرت و ثابت اينرسي H=4 ) يعني حدود 8/5 برابر شبكه قبلي ميگردد. در شبكه با مشخصات فوق كه نسبت توليد يك واحد نسبت به كل شبكه زياد است عملكرد رلهها در هنگام خارج شدن يك واحد قابل پيشگيري نيست و فقط قطع بار در سريعترين زمان ممكن توسط رلههاي فركانسي ممكن است بتواند از قطع شبكه جلوگيري نمايد.
5ـ2ـ3ـ تغيير نحوه بهرهبرداري از شبكه (تغيير Co nfiguration) تغيير نحوه بهرهبرداري از شبكه مثلاً خارج كردن خطوط ـ ترانسفورماتورها و … در ميزان اتصال كوتاه شبكه تغييراتي بوجود مي آورد كه در برخي موارد ممكن است محاسبات ستينگ انجام شده روي رله ها كه براي شبكه قبل انجام گرديده است در شبكه جديد صادق نباشد اين مسئله در شبكه بيشتر در عملكرد رلههاي حفاظتي كمكي مثل جريان زياد و يا اتصال زمين تاثير ميگذارد چون اين رلهها در شبكه با جريان عمل مي نمايد ولي رلههاي حفاظتي اصلي ترانسفورماتور مثل Diff و يا Restricted و يا رلههاي حفاطتي اصلي خط مثل رله ديستانس و يا ديفرانسيل خط تا حد زيادي از حالت بهرهبرداري از شبكه مستثني هستند.
3ـ3ـ ضعف سيستم حفاظتي:
1ـ3ـ3ـ عدم هماهنگي عملكرد رلههاي حفاظتي: در واقع هنگام بروز حادثه در يك نقطه از شبكه انتظار آن است كه رلههاي حفاظتي مربوط عمل نموده، قسمت معيوب را از بقيه شبكه جدا تا بقيه شبكه بكار عادي خود
ادامه دهد.
قطع ساير خطوط و تجهيزات بوسيله رلههاي حفاظتي ميتواند ناشي از عدم هماهنگي عملكرد رلههاي حفاظتي باشد. همانطور كه قبلاً نيز توضيح داده شد تغيير نحوه بهرهبرداري از شبكه نيز ميتواند در عدم هماهنگي عملكرد رلههاي حفاظتي نقش موثري ايفاد نمايد.
2ـ3ـ3ـ اشكال رله حفاظتي: حفاظتي ميتواند قبل از وقوع حادثه معيوب باشد و هيچكس از آن اطلاعاتي نداشته باشد و بعد از بروز اتصالي و عملكرد ساير رلهها با تجزيه و تحليل گزارش حوادث اشكال آن مشخص گردد.
البته در رلههاي مدرن وجود اشكال در داخل رله بوسيله آلارم مشخص ميگردد و ميتوان اشكال آنرا سريعاً رفع نمود ولي در اكثر رلههاي حفاظتي موجوداين اشكال وجود دارد.
يك رله حفاظتي ميتواند در هنگام حادثه دچار اشكال گردد كه اين ميتواند ناشي از اشكالات طراحي باشد. همچنين يك رله ميتواند از دقت لازم برخوردار نبوده و يا به حالتهاي گذرا حساس باشد.
3ـ3ـ3ـ وجود رلههاي حفاظتي بدون كنترل جهت مثل رلههاي اتصال زمين بدون جهت (Non directiona) و جريان زياد بدون جهت (Non directional 0/C) اين رلهها ميتوانند در مواردي عملكرد ناخواسته داشته و باعث ارسال فرمان قطع نابجا گردند.
4ـ3ـ3ـ عدم هماهنگي در طراحي سيستمهاي حفاظتي پستها: بررسياين مسئله اهميت زيادي جهت توسعه شبكه در آينده دارد، در واقع ساخت يك پست جديد در يك نقطه از شبكه نميتواند بدون در نظر گرفتن سيستمهاي حفاظتي پستهاي مجاور انجام گيرد بطور مثال ارتباط دو سيستم حفاظتي ديستانس با يكديگر و يا طراحي سيستم حفاظتي E/F خط كه در يك طرف ممكن است رله داراي مشخصات Inverse Time باشد و در لاجيك تريپ آن دريافت سيگنال از طرف ديگر خط وجود نداشته باشد ولي رله E /F طرف ديگر همين خط داراي مشخصه عملكرد با زمان ثابت (Definite Time) بوده و در لاجيك تريپ آن ارسال سيگنال ازطرف ديگر لازم باشد (سيستمermissive Trip ) كه اين دو سيستم را نميتوان با هم از نظر عملكرد هماهنگ نمود. اين اشكالات اگر در مراحل اوليه ساخت پست مطروح و برطرف نگردند ممكن است بصورت دائم در شبكه باقي بماند و هميشه باعث ايجاد مسئله گردد.
5ـ3ـ3ـ اشكالات طراحي رلههاي حفاظتي وجود اشكالات رله سيستمهاي حفاظتي ميتواند هم در بهرهبرداري عادي از شبكه اختلال ايجاد كند و هم در حوادث مثلاً فرض كنيد منبع تغذيه يك رله ديستانس مرتباً دجار اشكال گردد و يا رله ديستانس يك خط در حالتي كه خارج از مدار است توسط ولتاژهاي القائي خط مجاور عمل نمايد، اين اشكالات در طراحي رلهها در هنگام انجام آزمايشات كارخانهاي استاندارد و يا آزمايشات قراردادي كه كارخانه انجام ميگيرد ميتواند مشخص و در همان مراحل ساخت برطرف گردند.
6ـ3ـ3ـ اشكال سيستم تله پروتكشن همانطور كه قبلاً توضيح داديم سيستم تله پروتكشن يكي از اجزاء سيستم
حفاظتي است كه يكي از موارد كاربرد آن ارسال فرمان قطع از يك طرف به طرف ديگر ميباشد. ارسال فرمان قطع در ژنراتورهائي كه فاقد كليد بوده و كليد ترانسفورماتور مربوط به آن در پست ديگري قرار دارد و يا خطوط داراي راكتور بدون كليد موارد استفاده دارد. بنابراين سيستم بايستي از قابليت اطمينان عملكرد فوق العادهاي برخوردار باشد در موقع نياز حتماً عمل نموده و در حالتهاي عادي حتماً عمل ننمايد. در واقع عملكرد ناخواسته اين سيستم در شبكه ميتواند صدمات جبران ناپذير وارد آورده و يا به قطع شبكه منجرگردد.
7ـ3ـ3ـ در نظر گرفتن سيستم حفاظتي بيش از حد و كمتر از حد استاندارد ميزان حفاظت تجهيزاتي كه در شبكه مورد استفاده قرار ميگيرد تابعي از قدرت تجهيزات، محل كاربرد، ميزان اهميت آن و مسائل اقتصادي ميباشد. اگر يك سيستم قدرت با اهميت كمتر، قدرت كمتر و در جاي كم اهميت بكار رود داراي حفاظتي بيش از حد نياز باشد و بالعكس يك سيستم قدرت با اهميت زيادتر و قدرت بيشتر داراي حفاظت كمتر از حد استاندارد باشد در مسائل هماهنگي عملكرد آن همچنين قابليت اعتماد سيستم حفاظتي مسائل بوجود مي آورد.
مثلاً ممكن است يك ترانسفورماتور 80 مگاولت آمپر داراي حفاظت ديفرانسيل، ديستانس در هر دو طرف Retricted E/F در هر دو طرف، رله جريان زياد در هر دو طرف و همچنين E/F در هر دو طرف باشد در صورتيكه يك ترانسفورماتور با قدرت 180 مگاولت آمپر حتي فاقد رله ديفرانسيل باشد و بايستي آنرا به وسيله رلههاي جريان زياد محافظت نمود.
حتي فاقد رله ديفرانسيل باشد و بايستي آنرا بوسيله رلههاي جريان زياد محافظت نمود. بهر حال يكي از مسائل
مهم در سيستمهاي حفاظتي در نظر گرفتن تجهيزات حفاظتي اپتيمم با در نظر گرفتن وضعيت شبكه و مسائل اقتصادي باشد.
4ـ نتيجه:
اجزاء و وظائف سيستمهاي حفاظتي با تغييري بسيار جزئي در تمام شبكههاي برق يكسان است ولي نوع شبكه
و طراحي سسيتم حفاظتي ممكن است بسيار متفاوت باشد. بين مسائلي كه در سيستمهاي حفاظتي شبكههاي بسيار بهم پيوسته (High interconnected system ) وجود دارد با شبكههاي بطور ضعيف بهم پيوسته (interconnect system Loosely) تفاوت اساسي وجود دارد در شبكههائي كه ظرفيت يك واحد توليدي نسبت به كل بار شبكه رقم قابل ملاحظهاي را تشكيل ميدهد مسائل تسلسل عملكرد رله ها بوجود ميآيد كه به بحث درباره آن پرداختيم.
براي برطرف نمودن ضعف شبكه از نظر سيستم حفاظتي لازم است بررسي و مطالعات لازم شبكه انجام گرفته تغييرات، اصلاحات لازم در آن بوجود ميآيد مثلاً در طرحهاي توسعه اضافه نمودن خطوط، راكتور، ژنراتور در محلهاي مناسب در نظر گرفته شود كه بحث در مورد آن خارج از موضوع مقاله است.
جهت برطرف نمودن ضعف سيستمهاي حفاظتي لازم است.
1ـ در طرحهاي توسعه مثل نصب يك پست و يا خط، هماهنگي طراحي سيستم حفاظتي با خطوط و پستهاي مجاور آن انجام گيرد.
2ـ اشكالات سيستم حفاظتي موجود بررسي و تغييرات لازم در آنها بوجود آيد.
3ـ هماهنگي عملكرد رلههاي حفاظتي مورد مطالعه قرار گرفته و محاسبات ستينگ اپتيمم رلهها انجام گيرد.
4ـ با پيشرفت رلههاي حفاظتي ميتوان حفاظت تجهيزات را بصورت مستقل در نظر گرفت كه عملكرد رلهها مستقل از نحوه بهرهبرداري از شبكه باشد. بكارگيري سيستم حفاظتي واحد (Unit protection) ميتواند تا حد زيادي كمك به هماهنگي عملكرد رلههاي حفاظتي نمايد.
برای دیدن نظرات بیشتر این پست روی شماره صفحه مورد نظر در زیر کلیک کنید:
شما نیز نظری برای این مطلب ارسال نمایید:
بخش نظرات برای پاسخ به سوالات و یا اظهار نظرات و حمایت های شما در مورد مطلب جاری است.
پس به همین دلیل ازتون ممنون میشیم که سوالات غیرمرتبط با این مطلب را در انجمن های سایت مطرح کنید . در بخش نظرات فقط سوالات مرتبط با مطلب پاسخ داده خواهد شد .