چکیده: سیستم تحریک ژنراتور سنکرون یکی از تجهیزات مهم در عملکرد، کنترل ژنراتور و پایداری سیستم قدرت است. رله قطع تحریک بر اساس اندازه گیری امپدانس عمل می کند، این رله سهم مهمی در عملکرد سیستم حفاظت دارد، که باعث آسیب دیدن کمتر ژنراتور سنکرون می شود و همچنین شبکه قدرت را در برابر زیان های ناشی از افت ولتاژ ترمینال ژنراتور حفاظ می کند . در این مقاله با مروری بر تحقیقات انجام شده، ساختارهای مختلف از یک شبکه تحت مطالعه آورده شده و با شبیه سازی های انجام شده عکس العمل ژنراتورها در برابر قطع تحریک هریک از واحدها نشان داده شده است. در این ساختارها اثر فاصله بین ژنراتورها، ژنراتورهای موازی و میزان بار بر روی امپدانس دیده شده و نیز مطالعه نحوه اثر گذاری تغییرات تحریک یک ژنراتور بر ژنراتور دیگر بررسی می شود.
کلمات کلیدی: ژنراتور سنکرون، قطع تحریک (L.O.E)، رله قطع تحریک، ساختار شبکه قدرت.
1- مقدمه
ضرورت داشتن حفاظت قطع تحریک (L.O.E) برای هر ژنراتور از آن جهت که قطع تحریک می تواند صدماتی هم به ژنراتور و هم به شبکه قدرت وارد کند امری روشن است. برای تشخیص خطای L.O.E تا کنون از روش های مختلفی استفاده شده است[1] :
– رله undercurrent برای تشخیص شرایط مدار باز شدن مدار تحریک
– رله overcurrent برای حالت اتصال کوتاه آن
– رله revers-var که در ترمینال ژنراتور نصب می شود و در صورت جذب توان راکتیو توسط ژنراتور تریپ می دهد.
– رله undervoltage در مدار تحریک
– رله امپدانس در ترمینال ژنراتور.
تجربیات نشان می دهد که رله امپدانسی از رله های جریان میدان و یا توان راکتیو معکوس بهتر و دقیق تر عمل می کند. برای تنظیم این رله از offset برابر 1/2X'd استفاده می شود و شعاع منطقه عملکرد رله را برابر Xd (رئکتانس حالت ماندگار ژنراتور) قرار میدهند [1,2]. حتی می توان برای رله مذکور دو. تنظیم در نظر گرفت. در این صورت offset رله دوم را مانند قبل در نظر میگیرند و شعاع رله را برابر 1p.u بر اساس امپدانس مبنای ژنراتور تنظیم می کنند [3]. دایره کوچکتر برای عملکرد سریع رله است و دایره بزرگتر کندتر بوده ولی در شرایط بارگذاری کم ژنراتور نیز خطای L.O.E را تشخیص می دهد. در شرایط بار راکتیو بزرگ مثل موتور القایی توانایی رله L.O.E برای عملکرد مناسب کاهش می یابد لذا در سیستم های با تعداد موتور القایی زیاد offset رله قطع تحریک را مقدار کوچک تری تنظیم می کنند [1].
در حالت L.O.E دور ژنراتور بالا می رود و عملکرد ماشین از ژنراتور سنکرون به ژنراتور القایی تغییر می کند [4]. این ژنراتور توان راکتیو زیادی جذب می کند که می تواند باعث افت ولتاژ و فروپاشی شبکه، ناپایداری و از دست رفتن بار شود. قطع تحریک در ژنراتور های بزرگ اثر شدیدتری بر این ناپایداری دارد. رله امپدانسی در حالت قطع تحریک ژنراتور برای تامین توان راکتیو نیاز به منبع خارجی دارد که این منبع خارجی می تواند شبکه و یا ژنراتورهای دیگر موجود باشد [1]. در حالت عملکرد جزیره ای چند ژنراتور امکان دارد ژنراتورهای باقیمانده نتوانند به طور مناسب توان راکتیو رله امپدانسی را تامین کنند و این امر منجر به عملکرد نادرست رله می شود. با توجه به اندازه ژنراتور سنکرون چند دستور العمل جهت اطمینان از عملکرد صحیح رله دیستانس در حالت قطع تحریک در [1] ارائه شده است.
مشخصه L.O.E و عملکرد رله در طول نوسانات گذرا و اغتشاشات فرکانسی شبکه در [3,5] بررسی شده است. طراحی یک سیستم حفاظت L.O.E جهت کاهش اغتشاش ولتاژ در شبکه ناشی از خطای قطع تحریک در [6] مطالعه شده است.
نحوه حرکت امپدانس دیده شده توسط رله های L.O.E در مدت زمان اغتشاشات پشت سر هم در [4,7] تحقیق شده است. خطای خارجی می تواند منجر به شروع خطای L.O.E در ژنراتور شود. مثلا خطای فاز به زمین خط انتقال به همراه دو اتصال کوتاه در مدار تحریک که منجر به از دست رفتن کامل تحریک می شود. در حالت حضور خطاهای همزمان عملکرد رله L.O.E سریعتر میشود.
بیشتر از 50% خطاهای ژنراتور مربوط به سیستم تحریک است لذا پیدا کردن خطاهای کوچک این سیستم مهم است. در [8] با اندازه گیری زاویه ولغزش یک خفاظت سریع سیستم تحریک ارائه شده است. خطاهای داخلی ژنراتور توسط رله های دیجیتال قابل تشخیص هستند. نتایج نشان می دهد که زمان کل برای تشخیص خطا و تریپ رله کمتر از نیم سیکل خواهد بود. در [9] بر اساس انداه گیری هارمونیک دوم جریان تحریک یک سیستم حفاظتی طراحی شده است. استفاده از هوش مصنوعی بر اساس شبکه عصبی جهت تشخیص از دست رفتن پایداری شبکه ، نوع خطا و به خصوص خطای قطع تحریک در [10] بررسی شده است.
خطای قطع تحریک می تواند به علت اتصال کوتاه شدن و یا مدار باز شدن مدار تحریک رخ دهد . در حالتی که خطای قطع تحریک به علت مدار باز شدن باشد نسبت به حالتی که به علت اتصال کوتاه باشد رله L.O.E پاسخ سریعتری می دهد [7]. این حالات به همراه شرایط بارهای مختلف در [11] بررسی شده است.
تغییر ساختار شبکه قدرت بر امپدانس دیده شده توسط رله L.O.E تاثیر گذار است و از آنجا که این بحث در مراجع مورد برسی کمتر مشاهده می شود. در این مقاله تاثیر ساختارهای شبکه قدرت بر رله قطع تحریک مطالعه می شود. اثر تغییر بار ژنراتور ، تغییر فاصله ژنراتورها در یک شبکه و اثر ژنراتورهای موازی بر این امپدانس بررسی می شود. همچنین نحوه اثر گذاری تغییرات تحریک یک ژنراتور بر ژنراتور دیگر مطالعه شبه سازی می شود.
1- شبکه مورد مطالعه
شکل (2) ساختار اصلی شبکه مورد مطالعه را نشان می دهد. مبنای اصلی شبیه سازی ها شکل (2) است و در هر مورد توضیحات لازم آورده می شود.
شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار Pscad انجام شده است و امپدانس به روش فوریه و با استفاده از بلوک های موجود انجام گرفت.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است )