بخشی از مقاله
چکیده
وجود انواع مختلف خطاهاي بین مداري در خطوط انتقال موازي همراه با در نظرگرفتن اثرات القاي متقابل و خازن موازي خطوط و مقاومت خطاي زمین، حفاطت خطوط انتقال موازي را با چالش مهمی روبرو کرده است. با توجه به اینکه رلههاي دیستانس معمولی تحت تاثیر این عوامل قرار میگیرند و اندازه گیري را با خطاي زیادي انجام میدهند، در نتیجه باعث عملکرد نامناسب رله دیستانس میشوند. این مقاله طرح یک رله دیستانس تطبیقی طراحی شده با شبکه عصبی را با در نظرگرفتن اثرات ذکر شده در بالا و با تغییر شرایط عملکردي سیستم هنگامیکه یک خطاي فاز به فاز به زمین برروي خط انتقال موازي هوایی رخ میدهد را نشان میدهد. براي نشان دادن دقت تطبیقپذیري رله طراحی شده، چند مجموعه داده براي تایید شبکه عصبی طراحی شده آزمایش شده است.
کلید واژه- حفاظت دیجیتال،خط انتقال موازي، خطاي بین مداري، رله دیستانس تطبیقی، شبکه عصبی.
مقدمه
خطوط انتقال از ارکان اساسی هر سیستم قدرت می باشند . در سالهاي اخیر بخاطر افزایش فشارهاي و نیاز به انتقال حجم زیاد توان و همچنین زیاد بودن هزینه احداث خطوط انتقال جدید، استفاده از خطوط انتقال موازي افزایش پیدا کرده است. حفاظت دیستانس عموم براي حفاظت خط انتقال مورد استفاده قرار می گیرد. اما هنگامی که براي حفاظت خطوط انتقال موازي مورد استفاده قرار میگیرد، عملکرد رلههاي معمولی به شدت تحت تأثیر شرایط قبل از خطاي سیستم، اثرتزویج متقابل بین خطوط موازي، مقاومت خطاي زمین و خازن موازي قرار میگیرد. این عوامل باعث میشوند تا بسته به مشخصات شبکه رله دچار افزایش برد یا کاهش برد شود.
تحت این شرایط استفاده از ویژگی تطبیقی رله هاي دیجیتالی باعث میشود تا تنظیمات رله هماهنگ با شرایط عملیاتی واقعی سیستم تغییر کند. با تنظیمات تطبیقی، تنظیمات زون گسترده شده، حساسیت حفاظت افزایش یافته و معیار قطع و اصول هماهنگی ساده تر می شود.[1]در هنگام خطاي تکفاز به زمین در سیستم تکمداره، ولتاژ اندازهگیري شده متناسب با امپدانس توالی صفر و مثبت میباشد. اما در سیستم دو مداره با خطوط موازي این ولتاژ تحت تاثیر امپدانس متقابل توالی صفر بین دو خط قرار دارد که باعث خطادر برآورد امپدانس میشود[2 ]، .[3] تزویج توالی مثبت و منفی بین دو فیدر معمولا کمتر از 5٪ تا 7٪ میباشد، بنابراین اثر قابل اغماضی در حفاظت دارد.
از سوي دیگر تزویج توالی صفر خیلی بیشتر بوده و اثر آن قابل چشم پوشی نیست. امپدانس متقابل میتواند به بزرگی 50٪ تا 70٪ امپدانس توالی صفر خط باشد. امپدانس متقابل دقت نتایج را تحت تاثیر قرار میدهد و باعث افزایش برد و کاهش برد می شود.[4]از سوي دیگر مقاومت خطاي زمین مسئلهاي است که به عوامل مختلفی از جمله سطح ولتاژ، مقاومت پایه دکل، مقاومت ویژه خاك و ... بستگی دارد.[1] اثر مقاومت خطا بر روي خط انتقال در مقاله [5] مطالعه شده که در آن مقاومت خطا و مکان خطا در طول خط تغییر داده شدهاند و شرایط سیستم ثابت در نظر گرفته شده است. بطور مشابه چشمپوشی از اثر خازن مخصوصا براي خطاهاي مقاومتی بالا، خطاهاي اساسی را در اندازه گیري نتیجه میدهد.
اگرچه اثر خازن موازي در طرح رلهگذاري تطبیقی پیشنهادي در [5] صرفنظر شده است، اما خطوط انتقال ولتاژ بالاي طولانی اثر خازنی قابل ملاحظه اي دارند. گزارشی که در رله گذاري تطبیقی [6] ارائه شده نشان میدهد که در صورت چشم پوشی از اثر خازن موازي مخصوصا براي خطاهاي مقاومتی بالا، خطاي قابل ملاحظه اي ایجاد میکند.در نواحیاي که مقادیر زیادي از توان برروي خطوط دو مداره انتقال داده میشود، رخداد خطاهاي بین مداري بعلت هندسه هاديها باعث ناپایداريهاي عمدهاي در سیستم میشوند.[7-8] این خطاها شامل خطاهاي بین مداري زمین شده و زمین نشده است. خطاهاي نوع اول بین دوفاز مختلف خطوط انتقال موازي بر روي یک دکل انتقال بوسیله جرقه بوجود میآید و خطاي نوع دوم بین دو فاز مختلف خطوط انتقال موازي و زمین بر روي یک دکل انتقال رخ میدهد.[9]
احتمال رخداد این نوع خطاها بخاطر رعد و برق، خطاهاي انسانی و خطاهاي اتفاقی خیلی زیاد است[10]،.[11] این خطاها باعث توزیع نامتعارف ولتاژ و جریان بر روي خطوط می شود و در نتیجه محاسبات فاصله که توسط رلههاي دیستانس معمولی انجام میگیرد، با خطاي زیادي همراه بوده و منجر به عملکرد نادرست رله دیستانس میشوند[12]،.[13]در مقاله [11] روشی که براي طراحی رله دیستانس تطبیقی براي مواجهه با خطاهاي بین مداري بکار رفته براساس محاسبات دیجیتالی مقادیر جبران شده امپدانس با استفاده از مولفههاي متقارن ولتاژ و جریان می باشد، که در آن اثر خازن خطوط انتقال در نظر گرفته نشده است. در مقاله [1] نیز نویسندگان به طراحی رله دیستانس تطبیقی با استفاده از شبکه عصبی تنها براي خطاهاي تکفاز به زمین در خطوط انتقال پرداختهاند.
بنابراین تاکنون هیچ گزارشی براي طراحی رله دیستانس تطبیقی با استفاده از قابلیتهاي تطبیقپذیري شبکه عصبی براي خطاهاي فاز به فاز به زمین با در نظرگرفتن کلیه پارامترهاي تاثیر گذار بر ناحیه قطع رله نشده است . در این مقاله یک رله دیستانس تطبیقی با استفاده از شبکه عصبی موجود در نرم افزار MATLB براي شرایطی که خطاي فاز به فاز به زمین بر روي خط انتقال موازي رخ می دهد طراحی شده است. در این مقاله عوامل موثر بر ناحیه قطع رله از جمله شرایط عملکرد سیستم قبل از رخداد خطا، تزویج متقابل و خازن موازي خط و همچنین تغییر مقاومت خطا در نظر گرفته شده است. همچنین در این مقاله مدل ریاضی رله با در نظر گرفتن کلیه پارامترها با جزئیات بیشتري بیان شده است.
-2 تحلیل رله دیستانس در خطوط انتقال موازي
رله دیستانس معمولی عمومأ بر اساس امپدانس اندازه گیري شده در نقطه رله گذاري عمل می کند. در غیاب مقاومت خطا هنگام رخداد خطا در زون اول، امپدانسی که توسط رله دیستانس اندازه گیري می شود با امپدانس واقعی بین محل رله و محل خطا یکسان بوده ورابطه خطی دارند. اما در حالتیکه مقاومت خطاصفر نباشد، امپدانس اندازه گیري شده در نقطه رله گذاري دقیقأ برابر با مقدار ذکر شده نمی باشد. مخصوصا در مورد خطوط موازي امپدانس اندازه گیري شده در محل رله به عوامل مختلفی از جمله شرایط عملیاتی قبل از خطا, تزویج متقابل بین خطوط موازي, خازن موازي خطوط, زاویه بار, شرایط خطا و پیکربندي باس و ... بستگی دارد.[1]
٢- ١-آنالیز خطاهای بین مداری برروی خطوط انتقال موازی
در این مقاله با توجه به بررسی خطاي بین مداري از نوع خطاي فاز به فاز به زمین، دیاگرام شماتیکی دکل تحت خطا با مدار سه فاز معادل آن براي این نوع خطا در شکل 1 نشان داده شده است. براي این نوع خطا، رلههاي دیستانس معمولی واقع در A و B امپدانس خطا را با درصد بالایی از خطا اندازه گیري میکنند. توجه شود که فرض میشود خطاي بین مداري فاز به فاز به زمین - بین فاز A خط x و فازB خط - y بین محل خطاي F و F در p درصد از باس s - شکل - 1 رخ داده است. مقدار امپدانس ظاهري Zax و Zby اندازه گیري شده توسط رلههاي دیستانس معمولی با در نظر گرفتن اثر امپدانس تزویج متقابل توالی صفر Z0M بصورت زیر محاسبه میشود [10]،:[11]
٢- ٢-امپدانس اندازه گیری توسط طرح پیشنهادی
در این مقاله، براي آنالیز رفتار رله، دو خط موازي که دچار خطا شدهاند در شکل 2 در نظر گرفته شده است. رله دیستانس دیجیتالی در نقطه R بر روي خط L1 قرار گرفته است. Es و Er ولتاژهاي معادل دو طرف خط میباشند و h و نسبت دامنه واختلاف زاویه فاز - زاویه انتقال توان - بین Er و Es میباشد he j - Er - . Zs و Zr امپدانس منبع معادل وZL1 و ZL2 امپدانس خطوط انتقال موازي L1 و L2 میباشند. در این بخش مقاله، رابطه بین امپدانس ظاهري در محل رله R وامپدانس واقعی خط تا محل خطا را با در نظر گرفتن اثرات امپدانس متقابل و خازن موازي با جزئیات محاسبه میکنیم:
ابتدا با در نظر گرفتن امپدانس خازنی Z1c در هر دو انتهاي هر دو خط مدل π خطوط را بدست میآوریم. چون عملکرد رله دیستانس به شدت تحت تاثیر شرایط عملیاتی قبل از خطا قرار دارد، بنابراین نیاز داریم تا ولتاژ و جریان مدار را در حالت قبل از رخداد خطا محاسبه کنیم. براي محاسبه جریان عبوري از Zs ورله دیستانس استفاده از قضیه جمع آثار کار را ساده خواهد کرد. براي استفاده از این قضیه ابتدا فرض میکنیم Er در مدار نباشد و جریان عبوري از p درصد خط اول - - I1pZL1 را براي این شرایط محاسبه میکنیم . علامت پریم براي نشان دادن حالت قبل از خطا و زیر نویس 1 براي حالتیکه تنها منبع Esدر مدار است و زیرنویس 2 براي حالتیکه فقط منبع Er در مدار باشد، در نظر گرفته شده است. در نهایت I1r جریان عبوري از محل رله گذاري را که با تفاضل جریان عبوري از خازن ابتداي خط و جریان عبوري از p درصد خط اول برابر است را بهدست میآوریم. همین محاسبات را براي حالتیکه منبع Er به تنهایی در مدار باشد، تکرار میکنیم. درنهایت با استفاده از قضیه جمع آثار مقادیر جریان را محاسبه میکنیم:
که در آن پارامترهايIZs ،Ir وIpZL1 به ترتیب جریانهايعبوري از امپدانسZs و محل رله گذاري و خط اول را درشرایط قبل از را خطا نشان میدهند. با استفاده از مقادیر این جریانها، ولتاژ محل خطا قبل از رخداد خطا بصورت زیر محاسبه میشود:
براي محاسبه مقادیر ولتاژ و جریان بعداز رخداد بایستی امپدانس هاي توالی صفر، مثبت و منفی - Z - Zt Z0 را جداگانه محاسبه کرد. براي نمونه امپدانس توالی صفر رامحاسبه میکنیم و براي این کار از مدار شکل3 - مدار توالی صفر - استفاده میکنیم. همچنین براي محاسبه امپدانس هاي توالی مثبت و منفی بایستی از مدارات مربوط به هر کدام استفاده کنیم.
