بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله عملکرد رله حفاظتی دیستانس در خطوط انتقال جبرانسازي شده بوسیله خازن سري مورد ارزیابی قرار گرفته است. نصب جبران کننده͏ي خازن سري در خط انتقال باعث افزایش یا کاهش دید ͏رلهي دیستانس می͏ شود. در مطالعات انجام شده تاثیر جبران کننده خازن سري بر حفاظت دیستانس براي خطاهاي تکفاز مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله ابتدا با معرفی خازن سري و تجهیزات آن و نیز بررسی دلایل استفاده از جبرانساز در خط انتقال، یک مدل دقیق آن ارائه شده است. سپس چالشهایی که یک مهندس حفاظت براي تنظیمات حفاظت دیستانس خطوط جبرانسازي شده با آن مواجه می͏شود مطرح و مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از ویژگیهاي نوین این مقاله تحلیل و بررسی عملکرد رلههاي دیستانس در دو حالت عملکرد حفاظت اضافه ولتاژ خازن سري و نیز بدون عملکرد آن، به ازاي وقوع انواع مختلف خطا در درصدهاي متفاوت خط حفاظت شده میباشد. مدلسازي شبکه نمونه جبرانسازي شده و شبیه سازي عملکرد رله دیستانس توسط نرم͏افزار MATLAB انجام شده است.
-1 مقدمه
امروزه در سیستم قدرت جهت افزایش توان انتقالی خطوط، بهبود پایداري سیستم، کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ استفاده از جبرانساز سري بسیار مورد توجه بهره͏برداران سیستم قدرت قرار گرفته است. حفاظت دیستانس به عنوان حفاظت اصلی خطوط انتقال ͏میباشد، سرعت و عملکرد صحیح حفاظت دیستانس رابطه مستقیم با قابلیت اطمینان سیستم دارد .[1] از آنجا که مدهاي کاري جبرانساز سري تاثیر مستقیم بر عملکرد حفاظت دیستانس دارد، در [2] تاثیر جبرانساز سري بر حفاظت دیستانس براي خطاهاي تکفاز مورد بررسی قرار گرفته، در [3] دلایل نصب جبرانساز سري در شبکه انتقال مورد مطالعه قرار گرفته، در [4] الگوریتم برد اول حفاظت دیستانس براي حفاظت از خط جبران شده ارائه شده، در [5] روش هاي هماهنگی رله͏هاي حفاظتی خطوط در حضور خازن سري بررسی شده است . در این مقاله ابتدا با معرفی خازن سري و تجهیزات آن و نیز بررسی دلایل استفاده از جبرانساز در خط انتقال، یک مدل دقیق آن ارائه شده است، سپس چالشهایی که یک مهندس حفاظت براي تنظیمات حفاظت دیستانس خطوط جبرانسازي شده با آن مواجه ͏میشود مطرح و مورد بررسی قرار می͏گیرد. در کارهاي گذشته تنها خطاي تکفاز مورد بررسی قرار گرفته و از سویی دیگر احتمال عملکرد حفاظت اضافه ولتاژ جبرانساز سري مورد بررسی قرار نگرفته بود. از اینرو بر آن شدیم به تحلیل و بررسی عملکرد رله دیستانس در دو حالت عملکرد حفاظت اضافه ولتاژ خازن سري و نیز بدون عملکرد آن، به ازاي وقوع انواع مختلف خطا در درصدهاي متفاوت خط حفاظت شده بپردازیم . مدل ارائه شده براي جبرانساز سري مطابق با مدل [4] می͏باشد و مدلسازي شبکه نمونه جبرانسازي شده و شبیه سازي عملکرد حفاظت دیستانس توسط ͏نرمافزار MATLAB انجام و نتایج آن آنالیز گردیده است.
از معادله - 3 - نتیجه گرفته ͏میشود تنظیم ولتاژ رابطه مستقیم با جبرانساز دارد. با توجه به تغییرات زیاد بارها نوسانات ولتاژ خواهیم داشت، به همین منظور جهت بهبود بخشیدن به کیفیت بارها از جبرانساز خازن سري در خط انتقال استفاده ͏میکنیم ]٢.[در شکل 2 تاثیر خازن سري بر پروفیل ولتاژ براي شبکه شعاعی با بار القایی نشان داده شده است . همانطور که در شکل مشاهده ͏میشود در محل بانک خازنی به دلیل راکتانس منفی ولتاژ افزایش یافته، که به عنوان ولتاژ مثبت در نظر گرفته ͏میشود. راکتانس کل خط است. ͏میتوان ادعا کرد در پایان خط توان ظاهري ثابتی داریم. جبرانساز سري به وسیله ارسال توان راکتیو منفی در پایان خط به ضریب توان بهبود ͏میبخشد. در حالت بدون جبرانسازي سري1 راکتانس کل خط برابر با خواهد بود اما در حالت با جبرانسازي سري2 راکتانس کل خط برابر با − X میباشد، میتوان نتیجه گرفت که در حالت جبرانسازي شده کمتر از حالت بدون جبرانسازي شده است، این کاهش راکتانس تاثیر مستقیم بر امپدانس اندازه͏گیري شده توسط رله دیستانس دارد [1] و .[2]
شکل:2 پروفیل ولتاژ براي شبکه شعاعی باجبرانساز سري
-2-2 توان انتقالی
خازن سري در خط انتقال، با کاهش راکتانس القایی باعث بالا رفتن توان انتقالی خط ͏میشود. توان انتقالی خط طی شرایط ساده با دو منبع تغذیه به صورت ذیل شرح داده ͏میشود. سیستم قدرت مشاهده شده در شکل 3- a بدون جبرانساز خازن سري و در شکل 3- b با جبرانساز خازن سري است . توسط معادله - 4 - و - 5 - توان اکتیو انتقال یافته در سیستم بدون جبرانساز و با جبرانساز در خط انتقال محاسبه میشود. در خط انتقال با جبرانساز سري، با افزایش توان انتقالی خط، تغییرات زاویه δ و تغییرات ولتاژ باس متصل به بار کمتر است، نتیجه گرافیکی در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل - a :4 منحنی توان-زاویه
شکل - b :4 منحنی توان- ولتاژ
از دیگر مزایاي استفاده از جبرانساز سري جهت بهبود به بهره͏برداري سیستم͏هاي قدرت ͏میتوان به مواردي مانند، افزایش ظرفیت انتقال خط، افزایش کنترل پخش توان و کنترل ولتاژ، کاهش تلفات، کاهش تاثیرات محیطی، کاهش هزینه͏هاي سرمایه گذاري - مانند احداث خط جدید - در خطوط انتقال HV و EHV اشاره کرد .[3] همه مزایا ذکر شده حاکی از کاهش راکتانس کل خط است، اما این کاهش راکتانس مشکلاتی در زمان تنظیمات رله دیستانس به دلیل تاثیر مستقیم بر امپدانس اندازه͏گیري توسط رله دیستانس ایجاد ͏میکند.
-3-2 حفاظت خازن سري
در طول دوره خطا، جریان خطاي عبوري از خازن باعث تولید اضافه ولتاژ در ترمینالهاي خازن سري ͏میشود. اضافه ولتاژهاي ظاهر شده در خط محافظت شده، باعث بروز قوس در شاخکهاي موازي بانک خازنی سري ͏میشود، بنابراین براي محدود کردن ولتاژ دو سر خازن از حفاظت MOV استفاده ͏میشود. به دلیل اثرات راکتانس جبرانساز، تجهیزات حفاظتی خازن سري، مانند - MOV - ، بر امپدانس اندازه͏گیري شده در خطاي اتصال کوتاه تاثیر گذار هستند. مشخصه غیرخطی ولتاژ و جریان MOV اجازه ͏میدهد از خازن سري در برابر اضافه ولتاژها محافظت کند. MOV ولتاژ دو سر خازن را در محدوده مجاز حفظ ͏میکند . در شکل 5 رابطه غیرخطی ولتاژ و جریان MOV شبیه سازي شده توسط نرم افزار نشان داده شده است. زمانی که اضافه ولتاژ در دو سر خازن سري رخ ͏میدهد، در ولتاژهاي تعیین شده MOV شروع به هدایت ͏میکند. ولتاژ محافظ به طور معمول بالاتر از شرایط عادي بهره͏برداري از شبکه است .[4]
شکل:5 مشخصه ولتاژ-جریان MOV
در شکل 6 تجهیزات مورد استفاده براي حفاظت بانک خازن سري در برابر اضافه ولتاژ نشان داده شده است. خطاهاي اتصال کوتاه شدید باعث اضافه ولتاژ بالا در ترمینال بانک خازنی شده و با عبور جریان بالا از MOV و یا بروز قوس در شاخکها، رله اضافه جریان - نشان داده شده در شکل - 6 تحریک شده و باعث عملکرد کلید باي͏پس ͏میشود، که در این حالت بانک خازنی از مدار خارج شده است. به طور معمول در جریان͏هاي بالاتر از 2 تا 3 برابر جریان نامی - I جریان خط طبق رابطه - قوس در فاصله زمانی 10ms، قبل از کار رله و صدور فرمان وصل به کلید باي͏پس بین شاخکها رخ ͏میدهد. پس از قطع خط و جریان عیب - توسط رله دیستانس - کلید باي͏پس بعد از گذشت زمان 200ms به طور اتوماتیک باز خواهد شد و بانک خازنی مجددا در مسیر جریان بار خط قرار خواهد گرفت .[1 ]
