حماية خط النقل تحت تشبع محولات التيار الكهربائي

ضرورة حماية خط النقل تحت تشبع محولات التيار الكهربائي

لا يتأثر نطاق التشغيل الخاص بالحماية الكهربائية عن بعد بشكل وجاهي بوضع التشغيل لنظام نقل الطاقة الكهربائية، لذلك؛ فإنه من الممكن أن تلبي الحماية عن بعد متطلبات “أنظمة الطاقة الحديثة” وذلك لإزالة الأعطال بسرعة، وبالتالي يمكن استخدامها على نطاق واسع في خطوط نقل الجهد العالي، ومع ذلك؛ فإن خصائص الإرسال لمحولات الـ JDHV) (CTs)) هي عوامل مهمة تؤثر على موثوقية الحماية عن بعد.

وفي ظل تشويه التيار الثانوي أثناء تشبع التصوير المقطعية، ووفقاً لمعيار (IEC 60255-121)؛ فإنه يمكن تصنيف تأثير تشبع التصوير المقطعي المحوسب على الحماية عن بعد إلى فئتين، وهما فقدان الاعتمادية وفقدان الأمان، بحيث يتوافق فقدان الاعتمادية مع انخفاض ناتج عن التشبع في السعة الحالية وتغيير طور، مما يقلل من نطاق التشغيل ويزيد من وقت التشغيل للحماية عن بعد.

كما يتوافق فقدان الموثوقية مع عطل حماية المسافة المُقدرة، والذي ينشأ من تيار كهربائي معاكس ناتج عن التشبع، وبشكل عام، وفي حالة وجود (CT) واحد متصل بالحماية، ستفقد الحماية عن بعد الموثوقية مع تقليل احتمال حدوث عطل بسبب انخفاض التيار الثانوي بعد تشبع (CT)، كما تم استخلاص استنتاجات مماثلة في الدراسات والتجارب.

ومع ذلك، ووفقاً لمعيار (IEEE Std C37.110)  في تكوين حلقة أو قاطع ونصف؛ فإن التيار الكهربائي المستخدم لحماية الخط هو مجموع تيارات اثنين من (CT)، خاصةً عندما تفشل الحافلة، كما قد يتدفق تيار كبير من الركوب عبر (CT) إذا كان (CT) مشبعاً، كذلك فقد يمثل التيار الكلي تياراً عكسياً كبيراً، وستكون حماية المسافة معرضة لخطر حدوث خلل.

المشاكل المرتبطة بحماية خط النقل تحت تشبع محولات

تم تناول المشاكل المرتبطة بالحماية الكهربائية عن بعد في “ظل التشبع” بالأشعة المقطعية من خلال عدد من الدراسات والتجارب، على سبيل المثال، تم التحقق من الاختيار الأمثل للأجهزة المقطعية في المواقع الرئيسية في نظام الإرسال ليكون فعالاً، وذلك لتقليل أو تجنب تأثير التشبع المقطعي على الحماية عن بعد، ومع ذلك؛ فإن هذا يعقد تنفيذ وتطبيق نطاق الحماية عن بعد.

لذلك لا يمكن حل هذه المشكلات تماماً بالاعتماد فقط على الاختيار الأمثل لمواقع “التصوير المقطعي المحوسب”، حيث اقترحت دراسات أخرى استخدام أنواع جديدة من التصوير المقطعي المحوسب مثل “لفائف روجوسكي” أو التصوير المقطعي المحوسب الكهرومغناطيسي للحد من تأثير التشبع المقطعي المحوسب على الحماية عن بعد.

ومع ذلك؛ فإنه لا يمكن تطبيق هذه الأنواع الجديدة من التحويلات النقدية بطريقة واسعة بما يكفي لمعالجة هذه المشاكل بسبب القضايا المتعلقة بالاستقرار والاعتبارات الاقتصادية، علاوة على ذلك؛ فإن الدراسات التي تركز على خلل الحماية عن بعد أثناء التشبع بالأشعة المقطعية محدودة نوعاً ما، كما وتحقق معظم الدراسات السابقة في خلل الحماية التفاضلية أثناء تشبع التصوير المقطعي المحوسب.

وبالإضافة الى ذلك؛ فإن بعض الأساليب مثل نهج تحديد أشكال الموجة المشبعة ونهج التعويض لتيار التشبع، حيث تم اقتراح نهج يستخدم عناصر الاتجاه لتجنب حدوث خلل، ومع ذلك؛ فإن ظروف التشغيل التي يتم بموجبها تطبيق هذه الطريقة محدودة، ولا يزال من الممكن أن تحدث الأعطال في حالات خاصة.

علاوة على ذلك، تؤثر أعطال حماية المسافة في خطوط النقل عالية الجهد بشكل كبير على الشبكة الكهربائية لا سيما في تكوين الحلقة أو القاطع ونصف، كما أن خطر حدوث عطل أثناء أحداث التشبع المقطعي الناجم عن الخطأ العكسي مرتفع، ووفقاً لذلك؛ فإنه يبقى من الضروري تحليل أسباب الأعطال في الحماية عن بعد أثناء التشبع بالأشعة المقطعية لتطوير أساليب وقائية موثوقة.

وهنا يتم تحليل آلية عطل حماية المسافة أثناء تشبع (CT) الناجم عن الخطأ العكسي لتكوين قاطع ونصف كمثال، ووفقاً لذلك تم اقتراح نهج جديد لحماية المسافة يجمع بين معايير الحجب وإلغاء الحظر لحماية المسافة بناءً على معايير التيار التفاضلي غير الكامل وجهد التشغيل والمحتوى التوافقي الحالي.

كما يتم التحقق من صحة النهج المقترح من خلال التحليل النظري واختبار المحاكاة الديناميكية والتشغيل الميداني للتأكد من أن حماية المسافة التي تم الحصول عليها موثوقة، بحيث يمكن تنفيذها بشكل مناسب أثناء تشبع (CT) الناجم عن الخطأ العكسي في الحلقة أو تكوين قاطع ونصف، وفي الوقت نفسه يتم إثبات أن النهج المقترح يمكن أن يعمل بشكل موثوق عند حدوث أخطاء أمامية أو يتم تحويل العديد من الأخطاء العكسية إلى أخطاء أمامية بسبب هبوط التشبع بالأشعة المقطعية.

تحليل عطل الحماية الخاص عن بعد

تعتبر خاصية (mho) بمثابة إحدى الخصائص الأكثر استخداماً في الحماية الكهربائية عن بعد، وفي هذه الدراسة، تم اجراء تحليلاً يعتمد على مثال لحماية مسافة (mho)، وذلك لاستقطاب الجهد المتسلسل الموجب، وكل ذلك بناءً على “مبدأ مقارنة الطور”، كما يتم التعبير عن معادلة العملية على النحو التالي:

حيث أن:

(U˙OP = U˙m − I˙mZset): هو جهد التشغيل.

(Zset): هي قيمة الإعداد لحماية المسافة.

(U˙m ،I˙m): هما الجهد والتيار الذي حصل عليهما جهاز الحماية على التوالي.

(U˙P = U˙m1): هو جهد الاستقطاب.

(U˙m1): هو مكون جهد التسلسل الموجب في جهاز الحماية.

بالتطرق الى مثال نظام “المحطة الكهربائية الفرعية” الموضح في الشكل التالي (1)؛ فإن التيار الكهربائي (I˙m1) على الخط الواقع ضمن نطاق الحماية على (L1) هو مجموع “التيارات الأولية” (I˙m1) من (CT1) و (I˙m2) من (CT2).

وبالنظر الى خصائص “الإرسال المقطعي المحوسب”؛ فإنه يمكن التعبير عن (I˙m1 و I˙m2) من خلال:

حيث أن:

(I˙′m1 ، I˙′m2): هما “التيارات الثانوية” من (CT1 ،CT2) على التوالي.

(k˙1 = Ae ϕ.A): تمثل التغييرات في السعة و”الفرق الزاوي للطور” المتولدين أثناء الإرسال على التوالي، كما أن تعريف (k˙2) مشابه، بحيث يمكن إنشاء (CT) الظاهري الذي يخرج التيار الكلي الثانوي، ووفقاً لـ للعلاقات السابقة؛ فإنه يمكن التعبير عن خاصية الإرسال لـ (CT) على النحو التالي:

حيث أن (I˙l) هو التيار الأساسي الذي يتدفق عبر الخط، كما أن (I˙′sum) هو إجمالي التيار المتدفق إلى جهاز الحماية، ومن أجل التبسيط؛ فإنه يُفترض أن نسبتي (CT1) و (CT2) هي (1)، لذلك تكون (k˙1 = k˙2 = 1) أثناء الإرسال المقطعي العادي.

لذلك يظهر النظام المكافئ الذي تم الحصول عليه عند حدوث خطأ عند النقطة (F) للخط (L2)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2)، حيث أن:

(E˙S): هي “القوة الدافعة الكهربائية” لطرف الإرسال.

(E˙R): هي القوة الدافعة الكهربائية المستقبلة،.

(I˙F): هو تيار العطل الذي يتدفق من النقطة (F) إلى النقطة (K).

(ZK): هي الممانعة الكهربائية المكافئة من النقطة (M) إلى النقطة (K).

(ZR): هو الممانعة الكهربائية المكافئة لاتجاه الحماية الأمامي.