بخشی از مقاله
خلاصه
حفاظت از خطوط انتقال ازجمله مهمترین مباحثی است که در خصوص انتقال انرژی باید مدنظر قرارگرفته شود. در این مقاله، ابتدا مشکلاتی که در حفاظت از خطوط انتقال تکمداره جبران شده رخ میدهند، بررسی میشوند و راهحلهای ممکن برای از میان برداشتن این مشکلات مطرح میشوند. الگوریتم جدیدی جهت شناسایی دقیق مکان خطا برای خطوط جبرانشده با خازن سری کنترلشده با تریستور - TCSC - پیشنهادشده است که از مدل توزیعشده خط انتقال و همچنین مدل دامنه زمانی توزیعشده برای تجهیز TCSC استفاده میکند.
این روش به نمونههای ولتاژ و جریان سنکرون دو انتهای خط نیازمند است. سپس اینگونه عمل میشود که برای مکانیابی خطا در حالتی که TCSC در مرکز خط قراردارد دو حالت کلی پشت یا جلوی تجهیز در نظر گرفتهمیشود. سپس با استفاده از نحوه تغییرات پارامتری بنام آشکارساز خطا - FSI - مکان دقیق مشخص میشود. درواقع این پارامتر مقاومت مجازی TCSC است که در حین خطا اندازهگیری میشود. این روش برای حفاظت خطوط جبران شده سری تکمداره بسیار کارآمد است.
این الگوریتم برای مکانیابی خطوط جبران شدهی سری، استفاده و در نرمافزار MATLAB شبیهسازی میگردد؛ برای حالات مختلف وقوع خطا - مکان خطا، نوع خطا، زاویه آتش تریستور و.. - بررسی میشود که دقت و سرعت عمل بسیار خوبی دارد.
کلمات کلیدی: خطوط انتقال، TCSC، جبرانسازی سری، مکانیابی خطا، FSI
مقدمه
بهکارگیری جبرانسازهای سری در سیستمهای انتقال AC،خصوصاً در خطوط انتقال طولانی، اقدامی مؤثر و اقتصادی برای افزایش قابلیت انتقال خطوط و بهبود پایداری گذرا و ماندگار سیستم محسوب میشود. علاوه بر این، استفاده از جبران سری موجب کاهش افت ولتاژ خط و بهبود پروفیل ولتاژ خط نیز میگردد [1] و .[2] علیرغم مزایای فوق در بهبود عملکرد سیستم، خازن سری و تجهیزات حفاظتی آن مشکلاتی جدی نیز برای حفاظت خطوط ایجاد میکند. عملکرد رله دیستانس که متداولترین رله حفاظتی در شبکه انتقال میباشد،معمولاً بهشدت تحت تأثیر جبران سری خازنی قرار می گیرد و این مسئله میتواند باعث عملکرد اشتباه رله دیستانس گردد.
مهمترین مشکل ایجادشده درنتیجهی جبران سری خط آن است که امپدانس اندازهگیری شده توسط رله، دیگر نشاندهنده فاصلهی واقعی نقطه خطا تا محل رله نیست زیرا مقاومت و راکتانس ظاهری دیدهشده توسط رله در طی دوره خطا، تحت تأثیر تغییرات ولتاژ خازن سری قرار میگیرد. اغلب مشکلاتی که رلههای خطوط جبران سری شده با آنها روبرو میشوند در مقالات متعددی بررسی گردیده است و شامل پدیدههایی مانند کوچکشدن ناحیه حفاظتی، معکوسشدن ولتاژ یا جریان، نوسانات زیرسنکرون و گذراهای ناشی از عملکرد تجهیزات حفاظتی خازن - MOV - میباشد .
مشکلات فوق باعث میشوند که طرحهای حفاظتی مبتنی بر سیگنال فرکانس قدرت سیستم تحت تأثیر مشخصه متغیر امپدانس سیستم قرارگرفته و درنتیجه، عملکرد مستقل - بدون استفاده از کانال ارتباطی - رلههای دیستانس خطوط نتایج چندان رضایت بخشی نداشته باشد. از سوی دیگر، الگوریتمها و روشهایی نیز برای بهبود عملکرد رلههای دیستانس مستقل در تشخیص صحیح خطاهای خطوط پیشنهادشده است که در اغلب آنها از تحلیل مؤلفههای فرکانس بالای جریان یا ولتاژ استفادهشده است.
اما اکثر این روشها پیچیده بوده و تنها در رلههای دیجیتال پیشرفته قابلاستفاده میباشند .ضمن آنکه این طرحهای حفاظتی نیز ممکن است در اثر نویزهای فرکانس بالایی که درنتیجه مشخصهی غیرخطی تجهیزات حفاظتی خازن سری ایجاد میشوند دچار مشکل گردند و علاوه بر این مشکلاتی نیز در زمان خطاهای بسیار نزدیک به رله - که منجر به ایجاد ولتاژ خیلی پایین میشوند دارند در کنار این مشکلات، محدود بودن پهنای باند ترانسهای اندازهگیری جریان - CT - نیز موجب تضعیف مؤلفه های فرکانس بالای مورداستفاده در این الگوریتمها میشود.
کاهش اندازه زون حفاظتی
اعمال حفاظت دیستانس به خطوط جبرانشده سری به یک روش تنظیم پیچیده و متفاوت نسبت به خطوط بدون جبران احتیاجدارد. اساساً وجود خازن در جلو رله باعث میگردد تا امپدانس اندازهگیری شده توسط رله با خطا و اعوجاج همراه باشد. اندازهگیری برد توسط رله به حالت خازن و پاسخ مدار حفاظتی آن بستگی دارد. این بدان معناست که برای انجام صحیح عمل اندازهگیری امپدانس توسط رله بسیار ضروری و مهم میباشد که تحت شرایط خطا وضعیت خازن ازنظر داخل و یا خارج از مدار بودن مشخصگردد. همچنین لازم است تا در صورت هدایت مدار حفاظتی خازن، کسری از امپدانس خازنی که در مدار باقی خواهد ماند تعیین شود.
معکوس شدن ولتاژ
هنگام بروز خطا در خطوط جبران شده، بسته به اینکه خطا در چه فاصلهای از طول خط اتفاق افتاده باشد و یا بهعبارتدیگر چه مقدار از راکتانس سلفی خط هنوز در مدار باشد، مقدار ولتاژ اندازهگیری شده در شین با فرض نادیده گرفتن مقاومت خطا میتواند همفاز و یا در فاز مخالف با ولتاژ ژنراتور ابتدای خط باشد.وقوع خطا درنهایت به وجود دو نوع راکتانس ذیل در خط منتهی میگردد: راکتانس سلفی ب - راکتانس خازنی امپدانس کل دیدهشده در حلقه خطا برابر با مجموع راکتانسهای مثبت - سلفی - و منفی - خازنی - خواهد بود کهمیتواند یکی از این دو نوع باشد و این موضوع به اینکه در حلقه خطا کدامیک از این راکتانسها دامنه بزرگتری داشته باشند بستگی دارد.
خازنی بودن این امپدانس به معکوسشدن ولتاژ منجر خواهد شد. اصولاً معکوس شدن ولتاژ درنتیجه عبور جریان اندوکتیو از یک راکتانس خازنی اتفاق افتاده و باعث میگردد رله خطا را در جهت معکوس دیده ویژگی مهمجهتدار بودن را از دست بدهد. در حالت کلی پدیده معکوس شدن ولتاژ به محل خطا، امپدانس منبع، درجه جبران-سازی ولتاژ عملکرد مدار محافظ خازن بستگی دارد . با توجه به دیاگرام تکخطی بسیار ساده از یک خط انتقال جبرانشده را نشان میدهد، میتوان به تعریف پدیده معکوس شدن ولتاژ پرداخت و شرایطی را که باعث به وجود آمدن چنین پدیدهای میشود بررسی کرد.
معکوس شدن جریان
بهطور نظری معکوسشدن جریان هنگامی رخ میدهد که برای یک خطای اتصال کوتاه راکتانس سلفی کل حلقه خطا از راکتانس خازنی موجود کوچکتر باشد. در این حالت جریان خطا خازنی بوده و رله جریان را بهصورت معکوس خواهد دید. وقوع این پدیده نیز به عواملی نظیر عوامل ذکرشده برای وقوع پدیده معکوس شدن ولتاژ، بستگی دارد و این پدیده بیشتر برای خطاهای با مقاومت بالا و دامنه جریان پایین رخ میدهد.
