بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
حفاظت ژنراتور سنکرون در مقابل نوسانات توان با تابع حفاظتی pole slipping و استخراج دستورالعمل تست آزمایشگاهی تابع حفاظتی برای اطمینان از عملکرد و تنظیمات صحيح
چکیده
در این مقاله به بررسی تابع حفاظتی Out of step یا pole slipping می پردازیم و با بررسی مشخصات این تابع حفاظتی و تنظیمات آن دستورالعمل تست آزمایشگاهی برای شبیه سازی نوسانات توان و تست این تابع جهت اطمینان از صحت تنظیمات و عملکرد صحیح در شرایط واقعی را ارایه می کنیم. این تابع حفاظتی برای حفاظت روتور ژنراتور در مقابل ناپایداری های دینامیکی است که شرایط نامطلوب دینامیکی ناشی از تغییرات ناگهانی بار که ممکن است منجر به خروج از شرایط سنکرون شود و از دست دادن شرایط سنکرون در ژنراتور و نوسانات ناپایدار منجر به بروز مشکلات زیر در ژنراتور سنکرون خواهد شد گرم شدن سطح روتور در اثر القاء جریانهای گردابی، افزایش استرسها و شوکهای مکانیکی، امکان ایجاد اضافه ولتاژ هایی در سیم پیچ تحریک که این اضافه ولتاژ ها در ژنراتورهای با سیستم تحریک استاتیک محتمل الوقوع خواهد بود که نهایتا روتور ژنراتور را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به پیچیدگی نسبی مشخصه تابع حفاظتی و نیاز به ایجاد شرایط شبیه سازی شده از نوسان توان جهت تست آزمایشگاهی، در این مقاله به بحث و بررسی و ارایه راهکار در این زمینه پرداخته شده است.
1.-مقدمه
بر اساس شرایط شبکه نیرو و وضعیت نیروگاهها اتفاقاتی نظیر تغییرات ناگهانی بار ، عدم پاکسازی سریع شرایط اتصال کوتاه در شبکه و کافی نبودن سرعت قطع اتصال کوتاه ، کلید زنی و باز بست خودکار ، ممكن نوسانات توان در شبکه ایجاد شود که ناپایداری شبکه را به همراه خواهد داشت و منجر به خروج ژنراتور های سنکرون از شرایط پایدار سنکرون ، اضافه بار و نوسانات توان حقیقی خواهد شد .
تشخیص شرایط نوسان توان در نیروگاه با اندازگیری امپدانس و ارزیابی مسیر تغییرات بردار امپدانس صورت می
پذیرد و اندازگیری بر اساس مولفه اصلی فرکانس و مولفه مثبت جریان و ولتاژ انجام می شود و امپدانس محاسبه می شود و تصمیم گیری در خصوص اینکه ژنراتور در شرایط نوسان توان از شبکه جدا شود ، به مسیر تغییرات بردار امپدانس و علت وقوع نوسان و محل بروز اتصال کوتاه بستگی دارد.
بر اساس شکل (۱) روابط ساده زیر در مورد توان ژنراتور و مقدار اندازگیری شده در رله بر قرار است :
شکل (۱) - دیاگرام برداری و نمایش اتصال ژنراتور به شبکه زاویه بار برای حفظ شرایط سنکرون و بایداری ژنراتور همیشه باید از ۹۰ درجه کوچکتر باشد و در هنگام بروز اتصال کوتاه یا تغییرات بار نرخ افزایش زاویه بار به قدرت واقعی توربین P ،ثابت زمانی شبکه و زمان جداسازی و پاکسازی شرایط خطا در شبکها بستگی دارد و بر اساس پارامتر های مذکور زاویه بار با استفاده از رابطه قابل محاسبه است.
با شروع نوسان توان به اقتضای کاهش جریان تحریک راكتانس ژنراتور به مقدار گذرای خود کاهش می یابد و جریان بین نقاط حدی بالا و پایینی نوسان خواهد نمود که حد بالا و پایین به مجموع و تفاضل فازوری ولتاژ ژنراتور و شبکه بستگی خواهد داشت بنابراین امپدانس محاسبه شده در رله نیز بین مقدار بالا و پایینی نوسان خواهد کرد و مکان هندسی تغییرات امپدانس مطابق شکل (۲) خواهد بود :
با افزایش میزان زاویه بار نقطه کار در صفحه امپدانسی از سمت راست محور X به سمت چپ حرکت می کند و هر حرکت که منجر به تلاقی مسیر با مکان هندسی فوق شود به عنوان یک نوسان لحاظ می شودسازنده ژنراتور تعداد نوسانات مجاز برای ژنراتور را تعیین می کند و براساس شمارش تعداد نوسانات جهت جداسازی ژنراتور از شبکه تصمیم گیری می شود.
در شرایطی که پاکسازی اتصال کوتاه در شبکه با تاخیر زمانی صورت پذیرد زاویه بار مرتبا افزایش می یابد و ممکن است به مقادیری بزرگتر از 90 درجه نیز افزایش یابد و ولتاژ بازیافتی (recovery voltage) منجر به انتقال توان به شبکه شود.
همانطور که در شکل ۲ نیز مشهود است اگر ولتاژ ژنراتور و شبکه یکسان نباشد , آنگاه مکان هندسی در صفحه مختصات X - R به صورت دایره خواهد شد.
شرایط جدی و مشخصه های مهم در این مکان هندسی به صورت زیر قابل معرفی هستند :
اگر مکان هندسی دایره به شعاع بینهایت خواهد شد یا به عبارتی یک خط مستقیم خواهد بود اگر مکان هندسی یک نقطه خواهد بود و معادل فقدان تحریک ژنراتور است و نقطه مذکور در بر روی محور X واقع خواهد شد اگر ولتاژ شبکه صفر باشد مکان هندسی یک نقطه در خواهد بود و با توجه به مقادیر حدی و نقاط مشخص شده فوق قطر دایره مکان هندسی امپدانس از رابطه قابل محاسبه خواهد شد.
با توجه به مشخصه تابع حفاظتی محاسبه تنظیمات رله و حصول اطمینان از صحت تنظیمات نیاز به انجام تست و شبیه سازی شرایط نوسان توان دارد در شکلهای ۳و۴و۵ منحنی تغییرات امپدانس بر حسب زمان و مسیر تغییرات امپدانس در شرایط نوسان توان در صفحه مختصاتX- Rنمایش داده شده است و همانطور که مشهود است شبیه سازی شرایط جهت تست ازمایشگاهی به سادگی میسر نیست و روش تست باید تمام حالتهای ممکن و فرکانسهای مختلف نوسان را پوشش دهد.
برای ارزیابی عملکرد تابع ۷۸pole slipping نیاز به تست مشخصه حفاظتی و ارزیابی عملکرد آن در فرکانسهای مختلف نوسان توان از ۰٫۱ هرتز تا ۸ هرتز ضرورت دارد لذا در ادامه به نحوه تست این تابع با استفاده از تجهیزات تست رله های حفاظتی می پردازیم.
2- ارایه دستور العمل تست تابع حفاظتی pole slipping
تجهیزات مورد استفاده در تست این تابع حفاظتی عبارت اند از :
بر اساس رله های حفاظت ژنراتور ABB شرایط اشکار سازی شرایط نوسان توان به صورت زیر خواهد بود و موارد مورد انتظار مطابق اصول عملکردی تابع به شرح زیر قابل بیان است و باید در طول تست تصدیق شود :|
اگر مقدار جریان باید از ۰٫۱ برابر جریان نامی بیشتر باشد نرخ تغیرات
در محدوده سطح بالا وپایین تعیین شده قرار گیرد.
علامت مربوط به تمام مقادیر اندازگیری شده برای نرخ تغییرات یکسان باشد.
فرکانس نوسانات باید در بازه ۰٫۲ تا ۸ هرتز باشد.آزمایشهای پی در پی برای فرکانسهای مختلف نوسان باید
صورت پذیرد.
در تابع حفاظتی نوسان توان اشکار خواهد شده اگر مسیر تغییرات امپدانس از خط بین عبور کند .
اگر تمامی شرایط فوق حاصل شود و تعداد نوسانات شمارش شده در رله از تعداد تنظیم شده در رله بیشتر شود منجر به الارم و تریپ خواهد شد.
اگر زاویه جابجایی روتور از مقدار اولیه تنظیم شده کمترشود منجر به تریپ خواهد شد.
در این گزارش به شرح تست نمونه انجام شده اشاره می شود که ولتاژ ثانویه PT ۱۱۰ ولت و جریان ثانویه آمپر است و تست برای تابع حفاظتی رله وفرض توان ظاهری ۱۰۰ مگاولت
آمپر و ولتاژ شبکه ۱۳۲ کیلوولت با تنظیمات زیر انجام شده است .
بنا بر این میزان مقاومت بر حسب اهم به شرح زیر محاسبه می شود:
با لحاظ نسبت تبدیل CT , PT مقاومتها در سمت ثانویه معادل
خواهد بود.
