فهرست مطالب
عنوان مطالبشماره صفحه
-4-6-2 هماهنگي بهينه رلهها24
وروديها يا پارامترهاي هماهنگي:25
-5-6-2 انتخاب مشخصه عملكرد رلهها26
-6-6-2 انتخاب مشخصات رله27
فصل سوم- بررسي تأثيرات توليد پراكنده بر هماهنگي حفاظتي و انتخاب يك طرح حفاظتي مناسب براي
هماهنگي رلهها در حضور توليدات پراكنده 29…………………………..
-1-3 مقدمه29
-1-1-3 واحدهاي توليد پراكنده29
-2-3 موارد تأثيرات توليدات پراكنده روي هماهنگي حفاظتي30
-1-2-3 اهميت تأثيرات توليدات پراكنده بر روي حفاظت شبكه توزيع. 30
-2-2-3 تغيير سطح اتصال كوتاه 35] تا 31[38
-3-2-3 جلوگيري از عملكرد رله جريان زياد 35] تا 31[37
-4-2-3 تريپ دادن اشتباه رلهها32
-5-2-3 جزيرهاي شدن ناخواسته33
-6-2-3 تأثيرات حضور DG بر بازبست اتوماتيك33
-3-3 تأثيرات حضور DG بر هماهنگي ادوات حفاظتي34

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

-1-3-3 فلسفه حاكم بر هماهنگي حفاظتي در شبكههاي توزيع سنتي. 34
-2-3-3 هماهنگي رله – رله 35[36]
-2-3-3 مثالي از تأثيرات توليد پراكنده روي هماهنگي حفاظتي35
-3-3-3 بررسي حالتهاي مختلف اتصال DG ها به فيدر شعاعي نمونه36
-4-3-3 نتيجهگيري40
-4-3 الزامات هماهنگي حفاظتي در حضور توليدات پراكنده41
-1-4-3 مقدمه.. 41
-2-4-3 الزامات هماهنگي41
-3-4-3 الزامات كلي اتصال DG به شبكه قدرت 42[38]
-5-3 راهكارهاي هماهنگي حفاظتي در شبكههاي حلقوي43
خ
فهرست مطالب
عنوان مطالبشماره صفحه
-1-5-3 روش توپولوژيكي44
-2-5-3 حفاظت تطبيقي44
-6-3 راهكارهاي ارائه شده براي هماهنگي حفاظتي شبكههاي توزيع در حضور توليدات پراكنده45
-1-6-3 راهكارهاي طرحهاي هماهنگي حفاظتي در حضور DG بدون كاهش اثرات 45DG
-1-1-6-3 حفاظت گسترده (حفاظت تطبيقي گسترده)45
-2-1-6-3 رلهگذاري تطبيقي 46[38]
-3-1-6-3 هماهنگي حفاظتي به صورت چند عامله48
-2-6-3 راهكارهاي مبتني بر كاهش يا حذف اثرات اعمال DG بر هماهنگي حفاظتي شبكه
توزيع48
-7-3 انتخاب طرح حفاظتي براي هماهنگي حفاظتي بهينه در حضور توليدات پراكنده49
فصل چهارم – پيادهسازي و نتايج طرح هماهنگي رلههاي شبكه توزيع 51…………………………..
در حضور توليدات پراكنده51
-1-4 مقدمه51
-2-4 انتخاب شبكه توزيع51
-1-2-4 معرفي شبكه توزيع نمونه 51[46]
-3-4 انتخاب نرمافزارهاي شبيهسازي52
-1-3-4 انتخاب نرمافزار براي انجام پروژه52
53PSCAD -1-1-3-4
CYMTCC -2-1-3-4 و 53PSAF
54DigSilent -3-1-3-4
54ETAP (version 5) -4-1-3-4
-5-1-3-4 برنامهنويسي مستقيم در 54MATLAB
-2-3-4 انتخاب نرم افزار55
-4-4 شبيهسازي سيستم توزيع نمونه55
-1-4-4 هماهنگي بهينه با 56MATLAB
د
فهرست مطالب
عنوان مطالبشماره صفحه
-5-4 پيادهسازي هماهنگي بهينه57
-1-5-4 انتخاب الگوريتم هماهنگي بهينه57
-2-5-4 پيادهسازي57
-6-4 تنظيم پارامترهاي بهينهسازي58
-7-4 نتايج هماهنگي بهينه60
-8-4 بررسي تأثيرات توليدات پراكنده بر روي هماهنگي حفاظتي سيستم توزيع نمونه61
-1-8-4 بررسي تأثيرات قرار دادن توليدات پراكنده در باسهاي مختلف62
-2-8-4 بررسي تأثيرات افزايش ظرفيت توليد پراكنده62
-9-4 بازگرداندن هماهنگي بين تجهيزات حفاظتي (رلهها) با كاربرد محدود كننده جريان خطا 64 . FCL
-1-9-4 بررسي افزايش مقدار FCL به منظور جبران تأثيرات توليد پراكنده بر روي حاشيه هماهنگي
رلهها 65(CTI)
-2-9-4 مقايسه تأثيرات RFCL و 66IFCL
-10-4 اهداف مورد نياز براي حفظ هماهنگي رلهها در حضور توليدات پراكنده با كاربرد محدود كننده
جريان خطا 67 .(FCL)
-1-10-4 ارائه يك راهكار مدون براي انتخاب نوع و مقدار FCL با توجه به اهداف 1 و 672
-2-10-4 طراحي روند انجام هماهنگي بهينه سيستم قدرت در حضور توليدات پراكنده با توجه به
اهداف مشخص شده68
-3-10-4 روند انتخاب مقدار مناسب محدود كننده جريان خطا74
-11-4 انتخاب كاربرد و مقدار مناسب محدود كننده جريان خطا با توجه به الگوريتم مطرح شده براي
شبكه نمونه74
-1-11-4 بررسي نياز به كاربرد74
-2-11-4 انتخاب نوع 74FCL
-3-11-4 انتخاب مقدار مناسب محدود كننده جريان خطا75
-12-4 چندين پيشنهاد در مورد بهرهبرداري از DG و 76FCL
-13-4 نتيجهگيري76
فصل پنجم – نتيجهگيري و پيشنهادات78
ذ
فهرست مطالب
عنوان مطالبشماره صفحه
-1-5 نتيجهگيري.. 78
-2-5 پيشنهادات79
ضميمه الف – اط?عات شبكه81
فهرست منابع فارسي84
مراجع انگليسي85
ر
فهرست جدولها
عنوانشماره صفحهجدول -1-2 ثابتهاي منحني مشخصه جريان معكوس20جدول -2-2 انواع مشخصه عملكرد رلهها29جدول -1-3 تجهيزات حفاظتي و تنظيمات براي چيدمان سيستم فشار ضعيف (LV Supply)48جدول -1-4 پارامترهاي مهم بهينهسازي ژنتيك65جدول -2-4 پارامترهاي بهينهساز ژنتيك65جدول -3-4 نتيجه هماهنگي بهينه (حداقل حاشيه هماهنگي)66جدول -4-4 تنظيمات بهينه رله ها68جدول -5-4 تعداد و نوع انحراف از حاشيه هماهنگي به ازاي قراردادن DG=20MVA در70باسهاي مختلف سيستم توزيعجدول -6-4 تأثيرات منابع توليد پراكنده با ظرفيت مختلف بر روي حداكثر انحراف از حاشيه72هماهنگيجدول -7-4 مقايسه حداكثر انحراف موجود به ازاي اندازههاي مختلف محدود كننده جريان74خطاجدول -8-4 مقايسه مجموع انحراف از حاشيههاي هماهنگي براي انواع محدود كننده جريان75خطاي 40 اهميجدول الف–1 اط?عات خطوط90جدول الف–2 اط?عات بار91جدول الف–3 زوجهاي اصلي / پشتيبان شبكه92
ز
فهرست شكلها
عنوانشماره صفحهشكل -1-1 اتصال سيستم FCL-DG10شكل -2-1 چارچوب پايان نامه11شكل -1-2 ناحيهبندي حفاظتي16شكل -2-2 مشخصه عملكردي رله جريان زياد19شكل -3-2 انواع رلههاي جريان زياد21شكل -4-2 انواع رلههاي جريان زياد معكوس22شكل -5-2 منحنيهاي زمان معكوس23شكل -6-2 كاربرد قطع آني در رله اضافه جريان24شكل -7-2 مشخصات مختلف رله جريان زياد29شكل -9-2 زمان عملكرد رله ها به ازاي مقادير نسبتاً زياد Isc / Ip رلهها30شكل -1-3 جلوگيري از عملكرد رله جريان زياد36شكل -2-3 تريپ دادن اشتباه رله ها36شكل -3-3 تأثير حضور DG بر بازبست اتوماتيك38شكل -4-3 يك فيدر ساده توزيع سنتي38شكل -5-3 مثال هماهنگي در فيدر شعاعي39شكل -6-3 محدوده هماهنگي رله – رله40شكل -7-3 سيستمي با اتصال دو واحد DG1 و DG241شكل -8-3 حالت خطاي پائين دستي در سيستم با اتصال DG341شكل -9-3 حالت خطاي با? دستي در سيستم با اتصال DG341شكل -10-3 خطاي پائين دستي در سيستمي با اتصال DG1, DG2, DG342شكل -11-3 خطاي با? دستي در سيستمي با اتصال DG1, DG2, DG342شكل -12-3 هماهنگي رلهها براي خطاهاي پاييندست با DG43شكل -13-3 حاشيه موجود براي باقي ماندن هماهنگي رله براي خطاهاي با?دست با44DG52شكل -14-3 فلوچارت رلهگذاري تطبيقيشكل -1-4 دياگرام شبكه توزيع 30 باسه IEEE اص?ح شده تحت مطالعه57شكل -2-4 دياگرام شبكه 30 باسه اص?ح شده IEEE در نرمافزار Digsilent62شكل -3-4 بررسي بيشترين تأثيرات قراردادن DG به ظرفيت 15 MVA در باسهاي69مختلف سيستم توزيعشكل -4-4 تغييرات مقدار CTI رلههاي شبكه توزيع با افزايش سهم توليد پراكنده71شكل -5-4 تغييرات مقدار انحراف CTI از مقدار ايدهآل (CTI-0.3) با افزايش سهم71توليد پراكنده
س
فهرست شكلها
عنوانشماره صفحهشكل -6-4 تغييرات مقدار CTI رلههاي شبكه توزيع با افزايش مقدار FCL73شكل -7-4 مقدار انحراف CTI از مقدار ايدهآل (CTI-0.3)73شكل -8-4 مقايسه سادهاي از تأثيرات RFCL و IFCL75شكل -9-4 فلوچارت كل محاسبات77شكل -10-4 فلوچارت هماهنگي بهينه78شكل -11-4 فلوچارت انتخاب حداقل مقدار توليد پراكنده براي كاربرد FCL80شكل -12-4 فلوچارت انتخاب مقدار مناسب FCL براي شبكه81
ش
چكيده
تجهيزات حفاظتي به عنوان يكي از مهمترين تجهيزات ثانويه سيستم هاي قدرت، نقش زيادي در كاركرد و بهره برداري از سيستمهاي قدرت دارند. رلههاي جريان زياد يكي از مهمترين تجهيزات حفاظتي به شمار ميآيند. به منظور افزايش قابليت اطمينان سيستم قدرت و حداقل سازي قطع بار در شرايط غير عادي و وقوع خطا، رلههاي جريان زياد با يكديگر هماهنگ ميشوند. براي حداقل ساختن آسيب و استرس به تجهيزات، حفاظت بايد با سرعت بهينه صورت گيرد و لذا هماهنگي رلهها بهينه باشد.
توسعه توليدات پراكنده و تكنولوژيهاي مدرن در تجهيزات سيستم توزيع، پژوهش هاي جديدي در مطالعات سيستمهاي توزيع بوجود آورده است. ورود توليدات پراكنده به سيستم هاي قدرت بخصوص در سطح توزيع، بطور قابل توجهي باعث تغيير مشخصات جريانهاي خطا ميگردد. اين تغييرات ميتواند باعث دگرگوني طرحهاي حفاظتي و هماهنگي رلههاي جريان زياد شود.
هدف اين پايان نامه، آناليز تغييرات سيستمهاي توزيع در حوزه حفاظت در حضور توليدات پراكنده، تحقيق در مورد الگوهاي هماهنگي در حضور 1 DG و انتخاب روشي مناسب براي هماهنگي بهينه در حضور اين منابع توليد ميباشد. در ابتدا تأثيرات توليدات پراكنده بر روي طراحي سيستم حفاظت توزيع بررسي شده و تأثيرات سوء حاصل از قرار دادن توليدات پراكنده بر روي حفاظت اين شبكه ها ارائه مي شود. سپس راهكارهايي براي بازگرداندن يا حفظ حفاظت مناسب شبكه توزيع در شرايط جديد (در حضور توليد پراكنده) بيان مي شود. از بين راهكارهاي موجود، راهكار بكارگيري محدود كننده جريان خطا (FCL) انتخاب شده است. اين راهكار بر روي شبكه نمونه تست 30 باسه اص?ح شده IEEE پيادهسازي گشته است. در انتها نتايج ذكر گرديده و پيشنهاداتي براي تحقيقات آينده در راستاي حفاظت مناسب شبكه هاي توزيع با حضور توليدات پراكنده ارائه ميگردد.
1 Distributed Generation
1
مقدمه
بروز خطا در شبكههاي قدرت موجب جاري شدن جريانهاي شديدي مي گردد كه براي تجهيزات شبكه بسيار مخرب بوده و امنيت شبكه را تهديد ميكند. اين خطاها در شبكههاي توزيع ميتواند صدمات بسيار زيادي وارد نمايد. اكنون كه بحث افزايش قابليت اطمينان برق رساني به مشتركين مطرح ميباشد، مباحثي همچون حلقوي و يا حتي مش كردن شبكههاي توزيع در سطح 20 كيلو ولت يا 63 كيلو ولت با اهميت شده است. حفاظت شبكههاي حلقوي با شبكههاي شعاعي متفاوت مي باشد.
امروزه كاربرد توليدات پراكنده در شبكه هاي توزيع اهميت بسيار زيادي يافته است. توليدات پراكنده بر شبكههاي توزيع تأثيرات متعددي ميگذارند كه بعضي از آنها در جهت بهبود عملكرد و بعضي در جهت بدتر شدن عملكرد ميباشد. در مورد حفاظت، تأثيرات توليدات پراكنده معمو?ً در جهت بدتر شدن عملكرد ميباشد. توزيع انرژي و برقرساني در ساختارهاي حلقوي و افزودن توليدات پراكنده ميبايست بر حفاظت سيستمهاي توزيع مورد بررسي قرار گرفته و راهكارهاي مناسب پيادهسازي گردند.
در اين رساله، در فصل اول اهميت موضوع و اهداف و انگيزهها ذكر شده و پيشينه تحقيقات در اين حوزه مورد بررسي قرار ميگيرد. در فصل دوم، مسأله هماهنگي حفاظتي سيستم هاي توزيع و هماهنگي بهينه سيستمهاي توزيع و جنبههاي مختلف آن مطرح ميگردد. در فصل سوم با بررسي تأثيرات توليدات پراكنده بر روي حفاظت شبكههاي توزيع با توجه به راهكارهاي موجود طرح مناسبي براي هماهنگي رلههاي حفاظتي در حضور توليدات پراكنده مطرح ميگردد. در فصل چهارم، با نمايش تأثيرات توليدات پراكنده بر روي هماهنگي حفاظتي يك شبكه توزيع نمونه، طرح هماهنگي بهينه در حضور توليدات پراكنده، پيادهسازي ميگردد. در نهايت، در فصل پنجم، نتايج كار بطور خ?صه ارائه شده و پيشنهاداتي جهت ادامه كار ارائه ميگردند.
2
فصل اول
كليـات
3
فصل اول – كليات
مقدمه
سيستمهاي حفاظتي، اجزاء حياتي براي هر سيستم قدرت ميباشند. هدف اين سيستمها، تشخيص و جداسازي خطاها در هنگام روي دادن آنهـا مـيباشـد. بـا انجـام ايـن امـر، بهـرهبـرداري ايمـن از سيستمهاي قدرت قابل حصول مـيباشـد و بخـصوص مـيتـوان از صـدمات فزاينـده بـه تجهيـزات جلوگيري نمود و نواحي تحت تأثير خطا را حداقل نمود. براي تحقق ايـن امـر، جايگـذاري مناسـب وسايل حفاظتي و هماهنگي مناسب بين رلههايي كه آنها را كنترل ميكنند، ضروري ميباشد. بدين لحاظ، در اين پايان نامه طراحي سيستم حفاظت در سيستم هاي توزيـع قـدرت مـورد بررسـي قـرار ميگيرد.
-1-1 اهداف و انگيزهها
سيستمهاي توزيع قدرت مستقيماً به مشتركان متصل مـيباشـند. بنـابراين، سيـستم توزيـع نقـش مهمي در قابليت اطمينان كلي سيستم قدرت و قابليت اطميناني كه مشتركان حس ميكننـد، ايفـا مينمايد. با بهبود سيستمهاي حفاظت توزيع بگونهاي كه زمانهاي قطع برق را بتـوان كـاهش داد، قابليت اطمينان سيستم قدرت را ميتوان بهبود داد.
در آمريكا، شركتهاي سيستم توزيع قدرت ملزم بـه گـزارش دادن بـه كميتـههـاي قـانوني ايـالتي (معروف به كميسيونهاي برق عمومي ( (PUC) شدهاند. به طور خاص، شركتها ملزم به گـزارش دادن انديسهاي قابليت اطمينان، مقادير قابليت اطمينان عملـي سيـستم قـدرت خـود نـسبت بـه مشتركان نهايي شدهاند. از آنجا كه شركتهاي برق توزيع ديگر به توليد قدرت مـرتبط نمـي باشـند، بنابراين انگيزه به سمت اعمال هزينه برق بر مبناي كارايي (PBR) به جاي نرخ بر مبناي هزينه در چند ايالت به وجود آمده است. اين امر موجب شده است كه شـركتهـاي توزيـع ايالـتهـاي فـوق بكوشند كه قابليت اطمينان سيستم خود را حفظ كرده و بهبود دهند. نـرخ هزينـه بـرق بـر مبنـاي كارايي توسط انديسهاي قابليت اطمينان سنجيده ميشـود. تعـاريف دو انـديس قابليـت اطمينـان معمول بر اساس استاندارد IEEE-1396، عبارتند از:
-i انديس قطع تحميل شده (SAIFI)
-ii انديس مبتني بر بار (انديس تناوب قطع سرويس متوسط(( (ASIFI
بنابراين، قابليت اطمينان يك تأثير مهم در طراحـي و بهـرهبـرداري از سيـستمهـاي توزيـع قـدرت ميباشد. يك امر جديد ديگر براي شركتهاي توزيع قدرت، احساس مشتركين ميباشد. بـسياري از ايالتها اجراي برنامههاي انتخاب مشتركين را پذيرفتهاند يا براي آن برنامهريزي كـردهانـد، كـه بـه مشتركين اجازه ميدهد كه تأمين كننده انرژي خود را انتخـاب نماينـد. بنـابراين، در ت?شـي بـراي
4
حفظ و بهبود قابليت اطمينان سيستم و براي بهبود خدمات به مشتركين، شركتهاي توزيع شـروع به مدرنسازي سيستمهاي توزيع خود كردهاند. ت?شـهاي مختلفـي صـورت گرفتـه اسـت، از نـصب وسايل اندازهگيري جديد مانند سنجندههاي اتوماتيك تا اتوماسيون مداوم تجهيـزات مـديريت بـرق مانند سوئيچهاي شبكه.
اين ت?شها منجر به اين شدهاند كه افزايش عمدهاي در اط?عات راجع به شبكه توزيع بدست آيـد، يعني اط?عات بار به روزتر و اط?عات و قابليتهاي وسايل بيشتر. به طور تاريخي، بارهاي متوسط و يا حداكثر بار ماهانه را ميتوان به طور متناوب از سيستم قبوض مشتركين بدست آورد. در راسـتاي بدست آوردن قابليت اطمينان بيشتر، تنظيم مناسب تجهيزات حفاظتي نيـز اهميـت بـسياري دارد.
وسايل حفاظتي جديد از هماهنگي فيوز-فيوز و ريكلوزر-فيوز به سوئيچهـاي سكـشنبنـدي كننـده
(معمو?ً بسته) با مقداري قابليت اتوماسيون تغيير كردهاند. بطور سنتي، وسـايل حفاظـت توزيـع بـا استفاده از محاسبات برون خط (offline) تنظيم ميشدند. سپس اين تنظيمات براي تمام شـرايط بهرهبرداري در يك بازه مشخص زمان بكار ميرفت.
هرچند، نوسانات بار و حتي رشد مداوم بار در زمان مشخص شده بين تنظيم مجدد وسايل حفاظتي ميتواند موجب پاسخ نامناسب تجهيزات حفاظتي شود كه موجب ميشود زمانهـاي عكـس العمـل كند شود و ناحيه تأثير يافته بعد از يك خطا بزرگ شود. افزايش در اط?عات و قابليتهـاي بارهـا و اجزاء سيستم حفاظت توزيع نيازمند به روز رساني وسايل حفاظتي و / يا تنظيمات آنها ميباشد. بـه ع?وه، اين امر استفاده از طرحهاي رلهگذاري تطبيقي براي سيستمهـاي توزيـع قـدرت را پيـشنهاد ميدهد.
يك انگيزه حياتي ديگر، تجديد ساختار صنايع انرژي مـي باشـد. ايـن امـر منجـر بـه افـزايش نـصب توليدات پراكنده در سيستمهاي توزيع (سيستمهاي زير 115 كيلو ولت) شـده اسـت، بگونـهاي كـه چندين مطالعه پيش بيني كرده بودند كه تا سـال 2010، ميـزان كـاربرد DG بـه 20 درصـد كـل توليدات جديد آن?ين برسد .[1] با اين حال، به سبب بسياري از نكـات، گـسترش كـاربرد توليـدات پراكنده به بعضي د?يل كند شده است كه از مهمترين د?يل آن، تأثيرات منفـي DG هـا بـر روي حفاظت (و در نتيجه قابليت اطمينان) شبكههاي توزيع ميباشد.
DG ها بسته به شرايط بهرهبرداري سيستم و مشخصات و محل توليدات پراكنده، بـر روي سيـستم اثرات مثبت يا منفي ميگذارند. تأثيرات مثبت بالقوه اين ادوات بر روي سيستم قدرت عبارتند از:
• بهبود قابليت اطمينان سيستم
• كاهش تلفات
• به تأخير انداختن نياز به نيروگاههاي جديد
• بهبود كيفيت توان
هرچند، براي دستيابي به مزاياي فوق، ميبايست بهبودهـايي در سيـستم حفاظـت توزيـع موجـود صورت گيرد و حفاظت منابع توليد پراكنده به درستي با سيستم حفاظت هماهنگ شود.
برخ?ف كوژنراتورها، كه هدف اصلي مالكين آنها (درآمـد و موفقيـت اقتـصادي) بـه بـرقدار كـردن
5
فرآيندهاي صنعتي آنها مرتبط است، هدف اصلي مالكين توليدات پراكنده، تغذيه بـرق بـه سيـستم است. در حاليكه موافقتنامههاي جزيرهاي سازي براي كوژنراتورها براي سرويس بـه نـواحي تحـت شرايط خطا مي باشـد، اسـتانداردهاي بهـرهبـرداري موجـود (يعنـي (IEEE 1547، خواسـتار ايـن ميباشند كه DG ها در صورت وقوع خطا، از شبكه ايزوله شوند.
چندين دليل عملي در گذشته اين استاندارد را توجيه و تصديق كرده است. براي مثال، بطـور كلـي، در طراحي سيستمهاي حفاظت توزيع قدرت موجود فرض ميشود كه تنها يك منبـع واحـد تغذيـه قدرت (پست) وجود دارد. اكثر سيستمهاي توزيع بطور شعاعي بهرهبرداري شدهاند و بنابراين، تـوان تنها در يك جهت جريان يافته است. در نتيجه، سيستم حفاظت بر مبناي اين فرضها طراحي شده است. هماهنگي سر راست بين وسايل پيادهسازي شده است.
با معرفي توليدات پراكنده، اكنون ميتوان در سيستمهاي توزيع توان را در هر دو جهت جريـان داد:
با?دست و پاييندست. همچنين حضور توليدات پراكنده به مقدار زيادي ميتواند مشخصات اتـصال كوتاه سيستمهاي توزيع را تغيير دهد. اين امر به طور بـالقوه موجـب فراتـر رفـتن از مقـادير نـامي تجهيز و از دست دادن هماهنگي سيستم حفاظتي موجود، به مانند مسائل همـاهنگي رلـه – رلـه ، فيوز – فيوز و … ميشود .[2]
به منظور حفظ يا بهبود قابليت اطمينان سيستمهاي توزيع بعد از افزوده شـدن توليـدات پراكنـده، سيستمهاي حفاظت توزيع موجود ميبايست به روز رساني شوند. با كاهش قيمت رلههاي ديجيتـال در سالهاي اخير، آنها انتخـاب مناسـبتـري بـراي بـه روز رسـاني رلـههـاي حفـاظتي آنـالوگ در سيستمهاي حفاظت توزيع و به روز رساني سوئيچهاي سكشنبندي كننده دستي شدهاند. با اين بـه روز رسانيها و بهبود مانيتورينگ بار و شـبكه، جزيـرهاي سـازي عمـدي بـراي توليـدات پراكنـده و تكنيكهاي رلهگذاري تطبيقي را ميتوان براي بهبود انديسهاي قابليت اطمينان به كار برد.
بايد توجه شود كه اين پايان نامه بر روي راهكارهاي حالـت مانـدگار تمركـز مـيكنـد. از آنجـا كـه توليدات پراكنده معمو?ً داراي كنترل توليد اتوماتيك (AGC) نميباشند، فركانس سيستم توسـط پست ديكته ميشود كه معمو?ً داراي ظرفيت بسيار بـا?تري اسـت و در مقايـسه بـا DG، بارهـاي بسيار بيشتري را تغذيه مينمايد. بنابراين، يك فركانس مشترك ماندگار، در كل سيستمهاي توزيـع حفظ ميگردد. همچنين توجه شود كه اندازه وسايل حفاظتي معمو?ً بر مبناي تحليـلهـاي حالـت ماندگار در شرايط حداكثري و نهايي2 ميباشد.
-2-1 بيان اهميت موضوع
بروز خطا در شبكههاي قدرت موجب جاري شدن جريانهاي شديدي ميگردد كه براي تجهيزات شبكه بسيار مخرب بوده و امنيت شبكه را تهديد ميكند. اين خطاها در شبكههاي توزيع ميتواند صدمات بسيار زيادي وارد نمايد. اكنون كه بحث افزايش قابليت اطمينان برق رساني به مشتركين در ادارات برق اهميت زيادي يافته است، مباحثي همچون حلقوي و يا حتي mesh كردن
2 Extreme
6
شبكههاي توزيع در سطح 20 كيلو ولت يا 63 كيلو ولت اهميت زيادي پيدا كرده است. ديگر نميتوان شبكههاي توزيع را به مانند سابق، شعاعي فرض نمود و طرحهاي قبلي سيستمهاي توزيع ميبايست با توجه به حلقوي شدن آن تجديد نظر گردند. همچنين، امروزه كاربرد توليدات پراكنده در شبكههاي توزيع اهميت بسيار زيادي يافته است. توزيع انرژي و برق رساني در ساختارهاي حلقوي و افزودن توليدات پراكنده ميبايست بر حفاظت و قابليت اطمينان سيستمهاي توزيع مورد بررسي قرار گرفته و راهكارهاي مناسب پياده سازي گردند.
با توسعه شبكههاي توزيع با حضور DG و حلقوي كردن آن حفاظت مناسب اين شبكهها اهميت بيشتري مييابد. حجم اط?عات هماهنگي براي شبكه هاي توزيع با افزايش ابعاد شبكه، به مقدار بسيار زيادي افزايش مييابد، بگونهاي كه محاسبات حفاظت دستي را كام?ً غير ممكن مي سازد. از طرف ديگر، شبكههاي توزيع مدام پيچيدهتر نيز مي شوند. تمامي اين موارد مشخص ميكند كه استفاده از الگوريتمهاي كامپيوتري براي انجام محاسبات حفاظت سيستمهاي توزيع كام?ً ضروري ميباشد.
منابع توليد پراكنده يا 3(DG) ژنراتورهاي كوچكي هستند كه در سطح توزيع نصب شده و بخشي از نياز مصرف كنندگان انرژي الكتريكي را تأمين ميكنند. به علت اين كه در اغلب موارد، اين ژنراتورها داراي مدرنترين تكنولوژي، بازده با?، قابليت اطمينان زياد و سادگي نصب هستند، از نظر اقتصادي توجيه پذير بوده و مكمل مناسبي براي شبكه سراسري ميباشند و در صورت نصب در مكانهاي مناسب ميتوانند باعث افزايش كيفيت توان، افزايش قابليت اطمينان، كاهش تلفات و بهبود پروفيل ولتاژ سيستم گردند.
-3-1 پيشينه تحقيق
سيستمهاي تحويل برق (سيستمهاي زير انتقال subtransmission و سيـستمهـاي توزيـع بـرق اصلي) نوعاً براي تضمين تداوم برق رساني و قابليـت اطمينـان سيـستم بكـار مـيرونـد. در چنـين سيستمي، وسايل حفاظتي كه بطور معمول مورد استفاده ميباشـند، رلـههـاي جريـان زيـاد زمـان معكوس ميباشند .[1] اين رلهها براي فراهم كـردن يـك طـرح حفـاظتي افزونـه قابـل اطمينـان و همچنين حداقل كردن قطع بار هماهنگ ميشوند 3]،.[2 هرچند، با قرار گرفتن DG هـا در قلمـرو سيستم تحويل برق، رويه حفاظت موجود تغيير بايد كند.
DG ها به صورت واحدهاي توليد برقي تعريف شدهاند كه:
• داراي اندازه كوچكي باشند
• معمو?ً فشرده و compact ميباشند
• از تكنولوژيهاي جديد و اص?ح شده استفاده مي كنند
DG ها در نزديكي يك بار الكتريكي نصب ميشوند و تحت مالكيت مشتريان، توليدكننـدگان بـرق مستقل و يا شركتهاي برق ميباشند. قرار دادن DG ها در PDS، هم داراي اثـرات مثبـت و هـم
3 Distributed Generation
7
داراي اثرات منفي بر روي طراحي و بهرهبرداري از سيـستم مـيباشـد 8]،7،6،5،.[4 يكـي از اثـرات منفي DG ها حفاظت سيستم قدرت، بخصوص اغتشاشات ايجاد شده بر روي همـاهنگي رلـههـاي موجود ميباشد. اين اغتشاش با تغيير در مقدار و جهت هم پخش بار سيستم قدرت (تحـت شـرايط معمول) و هم جريان اتصال كوتاه (تحت شرايط خطا) به سبب كاربرد DG ميباشد. شدت اثر DG
به اندازه، نوع، محل، نوع تكنولوژي و روش اتصال DG به شبكه تحويل برق مرتبط ميباشد.
بنابراين، محققان اقدام به پيادهسازي راهكارهاي ممكن براي غلبه بر مسأله همـاهنگي رلـه جريـان زياد براي سيستم تحويل برق با و بدون DG نمودند. در حالتي كه شبكه بدون DG باشـد، تعـداد زيادي از مقا?ت براي حل كردن مسأله هماهنگي رله ارائه شده اند.
در مرجع [9]، نويسنده راهكاري براي شكستن تمام حلقههاي موجـود، شـروع همـاهنگي از نقطـه شكست براي هر دو جهت را پيشنهاد داده است. در [10]، يك راهكـار نظريـه گـراف خطـي بـراي تعيين مجموعه نقاط شكست پيشنهاد داده شده است كه در [11] توسعه داده شده است. ع?وه بـر اين، راهكارهاي بهينه سازي براي حداقل كردن زمانهاي عملكرد رلـه پيـشنهاد شـدهانـد. در [12]،
پيادهسازي برنامهريزي خطـي سـيمپلكس و روشـهاي گراديـان كـاهش يافتـه بـراي بهينـه سـازي تنظيمات ضريب زماني (time multiplier) و جريانهاي پيكاپ معرفي شـده اسـت. يـك روش دو فازه براي تعيين تنظيمات رله جريان زياد جهت دار بهينه بـراي حفاظـت تطبيقـي آن?يـن در [2]
پيشنهاد شده است. اين روش تطبيقي پيشنهاد شده نيازمند اين است كه تمام رلهها در سيـستم از نوع ميكروپروسسوري باشند. سـاير تكنيكهـاي بهينـهسـازي بكـار رفتـه، روش سـيمپلكس دوگـان
14]،[13 و الگوريتمهاي ژنتيك [15] ميباشند.
از طرف ديگر، براي شبكه توزيع برق داراي DG، حل كردن مـسأله همـاهنگي رلـه هنـوز در حـال توسعه ميباشد. در [7]، اثرات DG بر روي سطح جريان اتصال كوتاه سيـستم مـورد بررسـي قـرار گرفته است. نويسندگان پيشنهاد كردند كه گزينش پذيري سيستم را هر بـار كـه يـك DG جديـد نصب ميشود، مورد بررسي قرار دهيم كه ممكن است نياز به اص?ح تنظيمات چند رله داشته باشـد
(البته پيشنهاد مزبور به تفصيل مورد بحث واقع نـشده اسـت). در [3]، نويـسندگان احتمـال حفـظ هماهنگي موجود در سيستمهاي شـعاعي را نـشان دادنـد كـه در صـورتي كـه حاشـيه كـافي بـين منحنيهاي رلهها وجود داشته باشد، قابل حصول است. البته اگر اين حاشيه وجود نداشته باشد، پارامترهاي رله بايد براي دست يابي به منحنيهاي رله اص?ح شده، تنظيم مجدد شـوند. بـا توسـعه بحثهاي مرجع [3]، نويسندگان كاربرد ريكلوزرهاي ميكروپروسسوري براي حل مـسأله همـاهنگي رله فيوز – ريكلوزر را در [16] پيشنهاد دادند. ع?وه بر اين، براي اجتنـاب از اتـصال مجـدد DG
بدون سنكرونيزم، نويسندگان قطع تمام DG هاي پايين دست ريكلوزر را قبل از عملكـرد ريكلـوزر ارائه دادند (تا جريان خطا از پايين دست، موجب تغيير جهت هماهنگي نـشود). بـراي حـل مـشكل قطع تمام DG هاي پايين دست، يك طرح حفاظت تطبيقي سيستم مستقل براي دسـت يـابي بـه هماهنگي حفاظتي فيوز – رله در [2] ارائه گشت. اين طرح بر مبناي اين بود كه پست اصلي رلههـا را براي ايزوله كردن زون خطادار و DG هاي آن قرار دهد، كه اين امر نيازمند قابليتهاي مخابراتي
8
راه دور بود. ع?وه بر اين، نويسندگان مشخص كردند كه ايـن طـرح بـراي نفـوذ كـم DG مناسـب نيست. شرح و روشهاي ترسيم شده در مراجـع [16]، [3] و [1] بـراي سيـستمهـايي بـا رلـههـاي ميكروپروسسوري عم?ً ارزشمند مـيباشـند. در [17]، مقالـه اسـتفاده از FCL در سيـستم توزيـع شعاعي براي حذف پيچيدگي كنترل و هزينههاي عمده را پيشنهاد نمود. هرچند نويـسندگان بـصور رياضي مسأله را مورد بحث قرار ندادند، مقدار امپـدانس FCL را مـشخص ننمـوده و كـاربرد آن در سيستمهاي حلقوي را بررسي نكردند.
بطور كلي، FCL يك وسيله سري است كه براي سيستم تحويل بـرق در شـرايط كـاركرد معمـول مخفي به نظر ميآيد (داراي امپدانس بسيار كم يا صفر است) ولي در شرايط ايجاد خطا بـه صـورت سريع با گنجاندن يك امپدانس از پيش طراحي شده وارد عمل ميشود تا دامنه جريان اتصال كوتاه را مقدار زيادي كاهش دهد. براي مدلسازي اين ادوات (بطور ساده) در شرايط خطا ميتـوان از يـك امپدانس سري استفاده نمود. چندين تكنولوژي FCL و كاربرد آن در مراجع 20]،19،[18 پيشنهاد شدهاند. با اين حال، تاكنون يك راهكار مدون براي بررسي ادوات FCL ارائه نگشتهاست.
در اين پروژه يك الگوريتم جامع براي بررسي كاربرد، نوع و مقدار FCL در شبكههاي توزيـع بـراي جبران اثرات توليد پراكنده ارائه شده است. شبكه انتخاب شده مسأله يك شبكه حلقـوي مـيباشـد.
كاربرد FCL بطور سري با DG در شكل 1 براي محدودسازي محلي جريان كشيده شده از DG و
باس اتصال آن به سيستم برق حلقوي تنها در حين خطا ارائه شده است. بنابراين، راهكـار پيـشنهاد شده براي بازيابي هماهنگي اصلي رلهها در صورت حضور DG بدون اينكه بر تنظيمات اصلي رلههـا تأثير بگذارد يا DG ها را از شبكه برق قطع كند (كه رويه جاري در حين خطا ميباشد) ارائه شـده است. [21]
شكل -1-1 اتصال سيستم FCL-DG
-4-1 اهداف
براي طراحي سيستم حفاظت توزيع، سه سوال معمو?ً به وجود مي آيد:
• چگونه تنظيمات براي وسايل حفاظتي محاسبه شوند؟
• چگونه وسايل حفاظتي فوق هماهنگ شوند؟
در ضمن، قرار دادن توليدات پراكنده نيز تأثيرات مهمي بر روي حفاظت شبكههاي توزيع ميگـذارد
? اين سوال را مطرح ميسازد كه
• چگونه هماهنگي حفاظتي در شبكه بعد از قراردادن توليدات پراكنده تنظيم يا حفظ شود؟
9
اين پايان نامه با توجه به تكنولوژيهاي موجود، به سوا?ت فوق پاسخ ميدهد. در شـكل 1 چـارچوب
اين پايان نامه نشان داده شده است:
طراحي سيستم حفاظت توزيع
در حضور توليدات پراكنده
چگونه وسايل حفاظتي هماهنگ شوند؟
اعمال قيود هماهنگي در الگوريتم
هماهنگي بهينه، كاربرد FCL
چگونه تنظيمات محاسبه شوند؟
محاسبات آف?ين جريانهاي اتصال كوتاه، بدست آوردن تنظيمات از روي الگوريتم هماهنگي بهينه
چگونه هماهنگي حفاظتي در شبكه بعد از قراردادن توليدات پراكنده
آناليز تأثيرات، بررسي راهكارها و انتخاب روش كاربرد محدودسازنده جريان خطا در محل توليدات پراكنده
شكل -2-1 چارچوب پايان نامه
-5-1 ساختار پايان نامه
در فصل دوم، مسأله هماهنگي حفاظتي سيستمهاي توزيع و هماهنگي بهينه سيستمهـاي توزيـع و جنبههاي مختلف آن مطرح ميگردد. در فصل سوم با بررسـي تـأثيرات توليـدات پراكنـده بـر روي حفاظت شبكههاي توزيع با توجه به راهكارهاي موجـود طـرح مناسـبي بـراي همـاهنگي رلـههـاي حفاظتي در حضور توليدات پراكنده مطرح ميگردد. در فصل چهارم، بـا نمـايش تـأثيرات توليـدات پراكنده بر روي هماهنگي حفاظتي يك شبكه توزيع نمونه، طرح هماهنگي بهينه در حضور توليدات پراكنده، پيادهسازي ميگردد. در نهايـت، در فـصل پـنجم، نتـايج كـار بطـور خ?صـه ارائـه شـده و پيشنهاداتي جهت ادامه كار ارائه ميگردند.
10
فصل دوم
هماهنگي حفاظتي سيستمهاي توزيع

11
فصل دوم – هماهنگي حفاظتي سيستمهاي توزيع
مقدمه
امروزه با تغيير و پيشرفت روز افزون در صنعت برق، شاهد بروز تحو?ت عمدهاي هستيم كـه تحـت عنوان كلي تجديد ساختار صنعت برق مطرح ميگردند، انق?بي كه آهسته آهسته روش ارتباط ما را با ابزار انرژي تغيير ميدهد. بخشي از اين تحول اجتنـاب ناپـذير كـه در بخـش توليـد تـوان انجـام ميشود، تكنولوژي توليد پراكنده است.
توليدات پراكنده منابع توليد انرژي الكتريكي هستند كه به شبكه توزيع متصل مي گردند. اين منـابع در مقايسه با ژنراتورهاي بزرگ و نيروگـاههـا، حجـم و ظرفيـت توليـد كمتـري داشـته و بـا هزينـه پايينتري راهاندازي مـيشـوند. هـم چنـين، اتـصال ايـن توليـدات بـه شـبكههـاي توزيـع منـافع و سودمنديهاي زيادي به دنبال دارد. از جمله مواردي كه استفاده از واحدهاي توليد پراكنده را مورد توجه قرار ميدهد، ميتوان به مسائلي نظير مسائل اقتصادي در توسعه نيروگاههـا، كـاهش آلـودگي محيط زيست، با? بودن بازدهي اين منابع در توليد برق، با? بردن كيفيت برقرساني بـه مـشتريان، كاهش تلفات در شبكههاي توزيع، بهبود پروفيل ولتاژ، آزادسازي ظرفيت شبكه و بـسياري از مـوارد ديگر اشاره نمود. بررسيهاي صورت گرفته نشان ميدهد كه در واقع توليد به روش پراكنـده نقـشي اساسي را در تهيه نيازهاي انرژي الكتريكي آينده جهـان ايفـا خواهـد كـرد. مطالعـه EPRI نـشان ميدهد كه در آيندهاي نه چندان دور، حدود 20 درصد از توليد برق جهان به صورت توليد پراكنـده صورت بگيرد.
-1-2 حفاظت سيستم قدرت
-1-1-2 كليات
اصول اساسي حفاظت سيستم قدرت در كتب حفاظت بطور خ?صه اشاره شدهاند .[22] هدف اصلي حفاظت سيستم قدرت، تضمين عملكرد ايمن سيستمهاي قدرت و بنابراين، مراقبت از افراد، پرسنل و تجهيزات است. ع?وه بر اين، وظيفه حداقل كردن تأثيرات خطاهاي غير قابل اجتناب بـر سيـستم نيز حائز اهميت است. از نقطه نظر الكتريكي، موقعيتهاي خطرناكي از موارد زير ميتواند رخ دهد:
• جريانهاي زياد (يا اضافه جريان)
• ولتاژهاي زياد (يا اضافه ولتاژ)
براي مثال، يك كوپلينگ آسنكرون از شبكهها موجب جريان هـاي بـسيار زيـاد مـيشـود. خطاهـاي زمين ميتوانند موجب ولتاژهاي تماسي زياد شوند و بنابراين براي مردم خطرناك ميباشند. همـواره مسأله كلي خارج از محدوده شدن ولتاژ و/يا جريان ميباشد. بنابراين، هدف، اجتناب از جريـانهـا و ولتاژهاي زياد است تا عملكرد ايمن سيستمهاي قدرت تضمين شود.
همچنين براي ايمني اجزاء، ضروري است كه به م?حظات مخصوص وسايل نيز توجـه كنـيم، بـراي مثال دماي روغن در ترانسفورماتورها، فشار گاز در اجزاء ايزوله شـونده بـا گـاز و غيـره. ايـن نكـات
12
مستقيماً به مقادير الكتريكي مرتبط نميشوند، ولي همانطور كه ذكـر شـد، ايـن اثـرات همـواره بـه ولتاژها و جريانهاي زياد باز ميگردند يا منجر به آن ميشوند. [23]
يك مورد ديگر، تنش مكانيكي ميباشد. هرگاه توان بطور الكترومكانيكي تبـديل شـود، نـه تنهـا بـه تجهيزات الكتريكي بلكه بايد بـه تجهيـزات مكـانيكي را نيـز در نظـر گرفـت. يـك مثـال، رزونـانس مكانيكي توربينها به سبب زيرفركانس بودن ميباشد.
امروزه، رلههاي ميكروپروسـسوري بـا تعـدادي قابليـتهـاي يكپارچـه، جـايگزين وسـايل حفـاظتي الكترومكانيكي شدهاند. جريانها و ولتاژها بـه طـور مناسـب از ولتاژهـا و جريـان هـاي خـط توسـط ترانسفورماتورهاي ابزاري، تبديل شده، ايزوله گشته و به شكل ديجيتال تبديل ميگردند. اين مقادير به عنوان ورودي چندين الگوريتم بكار ميرونـد كـه سـپس براسـاس آنهـا تـصميمگيـري در مـورد تريپدهي صورت ميگيرد. ع?وه بر اين، اط?عات در مـورد رلـهگـذاري كـامپيوتري را مـيتـوان در مرجع [24] يافت.
براي طراحي و هماهنگي رلههاي حفاظتي در يك شبكه، چندين قانون كلي به طور گـسترده مـورد پذيرش واقع شدهاند كه هر نوع آرايش حفاظتي در هر سيستم قدرت بايد اصول اساسي زير را مورد توجه قرار دهد:
• سرعت :(speed)
سرعت، به معني توانايي رله براي كاركرد در دوره زماني مورد نياز است. سرعت نقش مهمي در خطازدايي از سيستم دارد چرا كه اثر مستقيمي بر ميزان خرابي ناشي از اتصال كوتاه در تجهيزات سيستم مي گذارد.
• امنيت(:(security
توانايي اجتناب از عملكرد نادرست به هنگام وقوع خطا در سيستم.
• قابليت اطمينان(:(reliability
قطعيت عملكرد درست به هنگام رخداد خطا در سيستم.
• گزينش پذيري:
يك سيستم حفاظت بايد تنها بخش خطا دار (يا كوچكترين بخش ممكن داراي خطا) از سيـستم را قطع كند تا نتيجه روي دادن خطا حداقل شود.
در واقع، گزينش پذيري به معناي توانايي رله در ايجاد تمايز ميان شرايطي كه در آنها بايد بطور آني وارد عمل شود، با شرايطي كه براي آنها يا عملي ?زم نيست و يا واكنش ?زم بايد بايد با تأخير انجام گيرد تا ادامه روند تغذيه براي بخشهاي آسيب نديده شبكه دچار مشكل نشود. به عبارت ديگر رلهها بايد چنان گزينشي عمل كنند كه در يك شرايط خطاي معين، تعداد تجهيزات حفاظتي فعال شده براي جدا كردن خطا و تعداد مصرف كننده گاني كه دچار قطع بار مي گردند، حداقل باشد.
13
• حساسيت :(sensitivity)
حساسيت، به معني توانايي رله براي عملكرد اطمينان پذير در شرايط واقعي كه سختترين حا?ت ممكن را پديد مي آورد. به عبارت ديگر قدرت تشخيص خطا در محدوده تعيين شده را حساسيت رله مي نامند.
• درجهبندي:
به منظور شفافسازي گزينش پذيري و افزونگي، مشخصات رلهها درجهبندي ميشوند. اين روش به دستيابي به افزونگي با? در حين حفظ گزينش پذيري، كمك مي كند.
از آنجا كه تأمين تمام نكات فوق بطور همزمان، عم?ً امكان نـدارد، بايـد تعـادلي ميـان نكـات فـوق برقرار و سيستم حفاظت بهينه، طراحي شود.
فلسفه عمومي استفاده از رلهها، تقسيم به نواحي مجزايي است كه بتواند بطور جداگانه مورد حفاظت قرار گيرند و به هنگام رخداد خطا از شبكه جدا شوند، تا باقيمانده سيستم همچنان بتواند به كار خود ادامه دهد. به طور كل يك سيستم قدرت را ميتوان از نظر حفاظت به چندين ناحيه ي مجزا تقسيم كرد. اين نواحي عبارتند از ژنراتورها، ترانسفورماتورها، گروه هاي متشكل از ژنراتور و ترانسفورماتور، موتورها، شينها و خطوط. شكل1-2 سيستمي با چندين ناحيه حفاظتي گوناگون را نشان ميدهد. بايد اين نكته را متذكر شويم كه در برخي از نقاط، اين نواحي با يكديگر تداخل پيدا ميكنند و اين نشان دهنده آن است كه اگر در اين نواحي همپوشاني خطايي رخ دهد، بيش از يك مجموعه حفاظتي بايد عمل كند. اين همپوشاني را مي توان از طريق اتصال رلههاي حفاظتي به ترانسفورماتورهاي جريان مناسب بدست آورد.
در يك شبكه سراسري برق، مهم آن است كه هر نوع خطايي از شبكه جدا شود، حتي اگر حفاظـت اصلي مرتبط به آن از خود واكنشي نشان ندهد. بنابراين، در صورت امكان تمام عناصر يك سيـستم قدرت بايد داراي هر نوع حفاظت اوليه و پشتيبان باشند. سيستم حفاظت اوليه بايد به هنگـام بـروز خطا در هر يك از عناصرش، فعال شود. بنابراين هر سيستم حفاظت اوليه يك ناحيـهي حفـاظتي را كه از يا چندين عنصر از سيستم قدرت مانند ماشينهاي الكتريكي، خطوط و يـا شـينهـا تـشكيل يافته است، پوشش ميدهد. هدف از حفاظت پشتيبان آن است كه اگر به هر دليل، حفاظـت اصـلي نسبت به بروز خطا از خود واكنش نشان ندهد، وارد عمل شود و بخش آسيب ديـده از مـدار خـارج نمايد. براي رسيدن به اين هدف، رلههاي مربوط به حفاظت پشتيبان داراي عنصر حساسي هـستند كه ميتوانند با عنصر آشكارساز رلههاي حفاظت اوليه مشابه يا نامشابه باشند، اما اين رلهها ع?وه بر اين جزء، بايد داراي يك ابزار تاخير زماني نيز باشند تا عملكرد آنها را به تـاخير انـدازد و زمـان ?زم براي عملكرد حفاظت اوليه را فراهم آورد. با افزايش تعداد رلههاي سيستم و پيچيدهتر شدن ساختار شبكه، مفهوم هماهنگي حفاظتي مطرح ميگردد.
-2-1-2 ناحيه بندي حفاظتي
هدف ما اين است كه تنها بخش خطا دار را از بقيه شبكه جدا كنيم و بقيه شبكه بتواند به كار خـود
14
ادامه دهد. در اين زمينه، بايد امور زير روي دهد:
• بخش خطا دار بايد يافته شود.
• بخش خطا دار توسـط عملكـرد بريكرهـاي مناسـب از بقيـه شـبكه جـدا شـود (اختـصاص بريكرهاي مناسب در چند نقطه شبكه)
• ساير بخشهاي شبكه بتوانند به كار خود ادامه دهند (اگر بخش خطادار در ميانه مسير بـين منبع و بار باشد، بايد به طريقي امكان تغذيه بار توسط منابع پراكنده پـايين دسـت بخـش خطادار فراهم گردد).
شكل -1-2 ناحيهبندي حفاظتي
براي مثال در شكل با?، در صورت روي دادن خطاي F1 ساير محدوده ميبايست قادر باشند بعد از جداسازي محدوده مربوط به خطاي F1 به كار خود ادامه دهند.
-2-2 مفهوم هماهنگي حفاظتي
در يك شبكه برق، به هر وسيله حفاظتي يك كاربرد اصلي براي رفع خطاها در يك ناحيه مـشخص و يك كاربرد ثانويه براي رفع خطاها در نواحي مجاور يا پـائين دسـت (بـه انـدازه امكانـات وسـيله)
تخصيص داده ميشود. تجربه خوب ديكته ميكند كه وقتي خطا روي ميدهد، ناحيـه ايزولـه شـده توسط دستگاه حفاظتي بايد تا حد ممكن كوچك باشد و تنها نزديكترين وسيله حفـاظتي بـه خطـا عمل كند. ع?وه بر اين، احتمال خرابي دستگاه حفاظتي بايد در نظر گرفته شود. در صـورت خرابـي يك وسيله حفاظتي، وسيله يا تركيبي از وسايل با?دست بعدي بايـد بـراي فـراهم سـازي حفاظـت پشتيبان (راه دور) عمل كند. وقتي دو وسيله بصورت مناسبي در اين مود اوليـه / ثانويـه بـراي هـر خطايي در سيستم عمل كنند، آنها را هماهنگ (Coordinate) گويند. هماهنگي صـحيح بـا ايـن متمايز سازي بين وسايل متوالي حاصل ميشود.
توپولوژيهاي شبكه مختلف نيازمند طرحهاي حفاظت مختلف ميباشند. كوچكترين ساختار شـبكه مورد حفاظت، سيستمهاي شعاعي ميباشند. بنابراين، در آن ابزارهاي حفـاظتي سـاده بكـار گرفتـه ميشوند24]،.[23 بطور معمول، حفاظت جريان زياد وابسته به زمان و درجهبندي شـده در ارتبـاط با افزونگي (حفاظت پشتيبان) نصب مـيشـوند. سيـستمهـاي حفاظـت پيچيـدهتـر بـراي حفاظـت
15
شبكههاي حلقوي و مش (در هم تنيده) بكار ميروند. رلههـاي امپدانـسي بـه سـبب بهـره ولتـاژ – جريان پايين تريپ ميدهند. از آنجا كه اين رلـههـا تعيـين موقعيـت خطـا در خـط را امكـانپـذير ميسازند، آنها را رلههاي ديستانس نيز مينامند. شرح مفصل اين رلههـا در مراجـع 23]،[22 ارائـه شده است. يك اصل بسيار معمول براي حفاظت ژنراتورهـا، ترانـسفورماتورها، بـاسبارهـا و خطـوط، حفاظت ديفرانسيل است. معيار فعالسازي به طور ساده، يك ديفرانسيل معين بين جريان ورودي و خروجي ميباشد. ع?وه بر اين، تعدادي از تكنيكهاي ديگر و همچنين تكنيـكهـاي مخـصوص بـه وسايل بكار مي روند.
-3-2 اهداف حفاظت شبكه قدرت
وظيفه اصلي حفاظت در يك سيستم قدرت، حذف قسمتهايي از شبكه است كه شروع به عملكـرد غير نرمال كردهاند، ميباشد. از طرف ديگر، بطور همزمان بايد اصل گزينش پذيري نيز رعايت شـود، يعني حداقل مصرفكنندگان و مشتركان در هنگام ايجاد خطا از شـبكه جـدا شـوند. در كنـار ايـن خصوصيات، سيستم حفاظت بايد قابل اطمينان، سريع، ساده و اقتصادي باشد. براي رسيدن به ايـن خصوصيات، سيستم حفاظت ميبايست كامل طراحي گردد و هماهنگي كامل بين رلههاي آن ايجاد شود.
حفاظت سيستمهاي توزيع تا حدودي با ديگر بخشهـاي سيـستم قـدرت متفـاوت اسـت. بـرخ?ف سيستمهاي انتقال و فوق توزيع، سيستمهاي توزيع شعاعي هستند. ع?وه بر اين، حفاظـت سيـستم انتقال با استفاده از رلههاي گوناگون و كليدهاي قدرت انجام ميپذيرد، در حاليكه در سيـستمهـاي توزيع تنها از فيوزها، رله هاي جريان زياد، بازبستها، سكسيونرها و كليدها استفاده ميشود.
-4-2 الزامات طراحي سيستم حفاظت
براي طراحي يك سيستم حفاظت بايد چندين مسأله مورد بررسي قرار گيرد:
• محل قرارگيري رله ها


پاسخ دهید