بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله به بررسی ولتاژهای بازگشتی گذرای روی کلید نوع خلاء استفاده شده برای کلیدزنی بانک خازنی موازی در نیروگاه بادی متصل به شبکهی قدرت، با در نظر گرفتن مدل فرکانس بالای المانهای سیستم قدرت پرداخته است. در این مطالعه شبیهسازی برای بانک خازنی با ساختار خازن سری شده با سلف به گونهای که سلف سمت کلید باشد، با درنظر گرفتن مدل های مختلف سیستم زمین در محیط نرم افزاری EMTP_RV انجام شده است.
در این مقاله مدلهای مختلف سیستم زمین مانند مقاومت، الکترود عمودی، الکترود افقی و شبکهی مش بندی شده بررسی شدهاند که نتایج نشان میدهند، تاثیر شبکهی مشبندی شده در کاهش ولتاژ بازگشتی گذرای روی کلید بیشتر است.
همچنین تاثیر تغییر پارامترهای سیستم زمین از قبیل افزایش عمق دفن سیستم زمین، به هم پیوسته شدن سیستمهای زمین، افزودن الکترود عمودی و استفاده از شبکهی دوعمق بر ولتاژ بازگشتی گذرای روی کلید بررسی شدهاند. نتایج بدست آمده نشان میدهند مدلسازی سیستم زمین به منظور پیشبینی دقیقتر ولتاژهای بازگشتی گذرای روی کلید در کلیدزنی بانک خازنی از اهمیت بسیار بالای برخوردار است.
.1 مقدمه
هدف اصلی سیستم قدرت، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی تولیدی نیروگاه ها با قابلیت اطمینان بالا به مصرف کنندههاست. در سیستم قدرت از رساناهای آلومینیومی و مسی برای انتقال قدرت، از ترانسفورماتورها برای فراهم کردن سطح ولتاژ مناسب، از کلیدها برای قطع و وصل مدار و از ژنراتورها برای تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی استفاده میشوند.
اگر در سیستم قدرت تغییراتی مانند باز و بسته شدن کلیدها، پاک شدن خطا، تغییر تولید برای تامین توان و صاعقه رخ دهد، موجب ایجاد یک حالت ناپایدار میشود و برای رسیدن سیستم به حالت پایدار جدید مقداری زمان لازم است. سپری شدن این مدت زمان مستلزم عبور از یک حالت گذراست.
با توجه به افزایش استفاده از نیروگاه های بادی در سالهای اخیر، تلاشهای زیادی برای افزایش قابلیت اطمینان این نوع تولید انرژی انجام شده است . سیستم زمین مانند الکترودهای عمودی یا افقی و شبکهی سیستم زمین نقش مهمی در افزایش قابلیت اطمینان مجموعه و حفاظت قطعات الکتریکی صنعت و نیروگاه دارد.
معمولا در کلیدزنی بانک خازنی از یک سلف سری با خازن استفاده میشود تا جریان هجومی را به هنگام وصل بانک خازنی و در حین خطای شین محدود کند.[4] یکی از کاربردهای این حالت در هنگامی است که دو بانک خازنی به یک شین متصلاند یا با فاصلهی کمی از هم قرار دارند که به این ساختار کلیدزنی پشت به پشت1 گفته میشود.
کلیدزنی عامل ایجاد ولتاژهای بازگشتی گذرا2 در سیستم قدرت است. بنابراین اندازهگیری ولتاژ روی کلید برای تعیین مقدار قابلیت تحمل کلید کاری ضروری است. مرجع[6] به بررسی ولتاژ بازگشتی گذرای روی کلید نوع خلاء3 بانک خازنی در نیروگاه بادی متصل به شبکهی قدرت در نرم افزار PSCAD پرداخته است.
در این مقاله به بررسی TRV روی کلید نوع خلاء بانک خازنی با در نظر گرفتن مدلهای مختلف سیستم زمین در محیط نرم افزاری EMTP_RV پرداخته شده است. از آنجایی که بررسی های انجام شده در این مقاله از نوع فرکانس بالاست، بنابراین مدلهای وابسته به فرکانس المانها در بخش 2 این مقاله فراهم شده است. در بخش 3 مقاله تاثیر انواع مدلسازی سیستم زمین بر TRV روی کلید نوع خلاء بانک خازنی در کلیدزنی بانک خازنی موازی در نیروگاه بادی متصل به شبکهی قدرت بررسی شده است.
.2 سیستم مورد مطالعه و معرفی مدلهای فرکانس بالای اجزای آن
سیستم شبیهسازی شده شامل شش توربین بادی دو مگاوات متصل به شبکهی بیست کیلو ولت است. شکل 1 ساختار شبکهی مورد مطالعه را نشان میدهد.
شکل - 1 شبکهی مورد مطالعه[6]
در این سیستم از بانکهای خازنی با ظرفیت 1/67 و 3/34 مگاوار استفاده شده است. همچنین فرض شده که خطای سه فاز به زمین در شین مشخص شده در زمان صفر اتفاق میافتد و این خطا در زمان 60 میلی ثانیه از بین میرود و اولین حرکت برای باز شدن کلیدهای نوع خلاء بانکهای خازنی پشت به پشت در زمان 80 میلی ثانیه انجام میشود.
.1-2 مدل ژنراتور آسنکرون دوسوتغذیه
در فرکانس بالا معمولا خازنهای نشتی نقش مهمی ایفا میکنند. خازنهای نشتی ژنراتور القایی شامل خازن سیمپیچ استاتور به بدنه Csf ، خازن سیمپیچ استاتور به روتور Csr و خازن روتور به بدنه Crf است. مقدار خازن بین سیمپیچ استاتور به بدنه 30 تا 100 برابر بزرگتر از خازن بین استاتور و روتور است. معمولا رابطهی - - 1 برای مقادیر واقعی ظرفیتهای خازنی مذکور برقرار است
بنابراین می توان از خازن های بین سیم پیچی استاتور به روتور و روتور به بدنه در مقایسه با خازن بین سیم پیچ استاتور به بدنه صرفنظر کرد.
.2-2 مدل ترانسفورماتور
در مطالعات گذرا، خازن های نشتی ترانسفورماتور باید در مدل سازی در نظر گرفته شوند. مقدار این خازن ها با اندازه گیری در ترانسفورماتور های واقعی بدست می آیند. خازن های ترانسفورماتور شامل خازن بین سیم پیچ فشار ضعیف به زمین CL ، خازن بین سیمپیچ فشار قوی به زمین CH و خازن بین سیمپیچهای فشار قوی و فشار ضعیف CHL میباشد.
رابطهی - - 2 بین مقدار خازنهای ترانسفورماتور برقرار است.
در شکل 2 مدل فرکانس بالای ترانسفورماتور نشان داده شده است.
شکل - 2 مدل فرکانس بالای ترانسفورماتور[9]
.3-2 مدل کابل
معمولا در مزارع بادی از کابل های سه هستهای در اتصالات مختلف شبکه استفاده میشود. در این مطالعات کابل سه هسته ای با یک غلاف فلزی در نظر گرفته میشود. فرض قابل قبولی که اغلب اوقات استفاده میشود این است که به جای کابل سه هسته ای با تک غلاف از سه کابل تک هسته ای با تک غلاف استفاده شود.
