حماية مسافة خط النقل الكهربائي تحت تشبع محولات التيار

الهدف من حماية مسافة خط النقل الكهربائي تحت تشبع محولات التيار

في العادة لا يتأثر نطاق التشغيل وحساسية الحماية عن بعد بشكل مباشر بوضع التشغيل لنظام نقل الطاقة الكهربائية، لذلك؛ فإنه يمكن أن تلبي الحماية عن بعد متطلبات أنظمة الطاقة الحديثة لإزالة الأعطال بسرعة، وبالتالي يمكن استخدامها على نطاق واسع في خطوط نقل الجهد العالي، ومع ذلك؛ فإن خصائص الإرسال للمحولات الحالية (CTs) هي عوامل مهمة تؤثر على موثوقية الحماية عن بعد، لا سيما في ظل تشويه التيار الثانوي أثناء تشبع التصوير المقطعي.

ووفقاً للمعيار الفني العالمي؛ فإنه يمكن تصنيف تأثير تشبع التصوير المقطعي المحوسب على الحماية الكهربائية عن بعد إلى فئتين، وهما فقدان الاعتمادية وفقدان الأمان. يتوافق فقدان الاعتمادية مع انخفاض ناتج عن التشبع في سعة التيار وتغيير الطور، مما يقلل من نطاق التشغيل ويزيد من وقت التشغيل للحماية عن بعد.

كما يتوافق فقدان الأمان مع عطل حماية المسافة الذي ينشأ من تيار عكسي 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، تم استخلاص استنتاجات مماثلة في الدراسات العلمية.

كما تم تناول المشكلات المرتبطة بالحماية عن بعد في ظل التشبع بالأشعة المقطعية في عدد من الدراسات، وعلى سبيل المثال؛ فإنه تم التحقق من الاختيار الأمثل للأجهزة المقطعية في المواقع الرئيسية في نظام الإرسال ليكون فعالًا لتقليل أو تجنب تأثير التشبع المقطعي على الحماية عن بعد، ومع ذلك؛ فإن هذا يعقد تنفيذ وتطبيق نطاق الحماية عن بعد، وبالتالي لا يمكن حل هذه المشكلات تماماً بالاعتماد فقط على الاختيار الأمثل لمواقع التصوير المقطعي المحوسب.

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

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 ويمكن تنفيذها بشكل مناسب أثناء تشبع (CT) الناجم عن الخطأ العكسي في الحلقة أو تكوين قاطع ونصف.

وفي الوقت نفسه؛ فإنه 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 تشبع التصوير المقطعي المحوسب.

تحليل عطل الحماية عن بعد فيما يخص خط النقل الكهربائي

تعتبر خاصية (mho) إحدى الخصائص الأكثر استخداماً في الحماية عن بعد، وفي هذه الحالة؛ فإنه يتم اجراء تحليلاً يعتمد على مثال لحماية مسافة (mho)، وذلك لاستقطاب الجهد المتسلسل الموجب، ويكون ذلك بناءً على مبدأ مقارنة الطور، بحيث يتم التعبير عن معادلة العملية من خلال:

ووفقاً لمثال لنظام المحطة الفرعية الموضح في الشكل التالي (1)؛ فإن التيار (I˙m1) على الخط المحمي (L1) هو عبارة عن مجموع التيارات الأولية (I˙m1) من (CT1) و (I˙m2) من (CT2).

ووفقاً لخصائص الإرسال المقطعي المحوسب؛ فإنه يمكن التعبير عن (I˙m1) و (I˙m2) من خلال:

حيث (I˙m1) و (I˙m2) هما التيارات الثانوية من (CT1) و (CT2) على التوالي، كذلك (k˙1 = Ae ϕ.A) و (ϕ) هي التغييرات في السعة والفرق الزاوي المتولدين أثناء الإرسال على التوالي، كما أن تعريف (k˙2) مشابه، بحيث يمكن إنشاء (CT) الظاهري الذي يخرج التيار الكلي الثانوي، ووفقاً للعلاقات الرياضية السابقة؛ فإنه يمكن التعبير عن خاصية الإرسال لـ (CT) على النحو التالي:

طريقة تحديد الإشباع المقطعي للحماية عن بعد

معايير تفاضلية غير كاملة

تتيح خصائص الاتجاه الحالي للخطأ لحالات الدائرة القصيرة الموضحة في الشكل التالي (A) و (B)، ويمكن صياغة معايير تفاضلية غير كاملة لإجراء الحماية عن بعد، ومن بين معايير الحماية عن بعد؛ فإنه يتم التعبير عن معيار الحجب ومعيار فك الحظر من خلال العلاقات التالية على التوالي:

حيث:

(|ΔIcd = | I˙m1 + I˙m2): هو التيار التفاضلي غير المكتمل.

(|ΔIzd = | I˙m1 − ΔI˙m2):  هو تيار الضبط غير المكتمل.

(kres): هو معامل التقييد التفاضلي، والذي يتم تحديده عموماً على أنه (1.1).

(Iset ، zd): هي عتبة تيار التقييد، والتي تم تعيينها لتجنب تأثير اضطرابات النظام على المعيار وتتسبب في إظهار المعيار حساسية كبيرة للخطأ المعدني القريب ولا يخضع للحظر الخاطئ أثناء الانعكاس بعيد النهاية.

معايير جهد التشغيل

يتم تعريف تباين جهد التشغيل (ΔU) على النحو التالي:

حيث:

(ZL): هي ممانعة خط النقل بالكامل.

(ΔU˙m ، ΔI˙m ): هما تغيرات الجهد والتيار في جهاز الحماية على التوالي.

معايير إلغاء حظر المحتوى التوافقي للتيار

عندما يتم تحويل خطأ عكسي إلى خطأ أمامي، تعمل معايير حجب حماية المسافة أولاً وتحافظ على الإجراء، مما يؤدي إلى فشل في إلغاء تأمين حماية المسافة بعد التحويل إلى الخطأ الأمامي، كما يتم تناول هذه المشكلة في الدراسة الحالية من خلال إنشاء معايير فك الحظر بناءً على المحتوى التوافقي للتيار.

وأثناء حدوث خطأ عكسي؛ فإنه يتم حظر حماية المسافة ويتم مراقبة تيار الخرج وفقاً للمعايير، وإذا تم تخفيف تشبع التصوير المقطعي المحوسب وتم تحويل الخطأ العكسي إلى خطأ أمامي؛ فستكون المحتويات التوافقية أقل من قيم العتبة وسيتم إلغاء حظر حماية المسافة.

وأخيراً تناول هذا للطرح ميل مناهج حماية مسافة خط النقل التقليدية إلى حدوث خلل تحت إشباع التصوير المقطعي المحوسب الناجم عن الخطأ العكسي من خلال اقتراح نهج جديد لحماية المسافة، بحيث يجمع هذا النهج بين معايير حجب الحماية عن بعد وإلغاء الحظر بناءً على معايير التيار التفاضلي غير الكامل وجهد التشغيل والمحتوى التوافقي الحالي.

كما يتم تحليل آلية عطل حماية المسافة أثناء تشبع (CT) الناجم عن الخطأ العكسي لتكوين قاطع ونصف كمثال، حيث تتحقق نتائج اختبار المحاكاة الديناميكية والتشغيل الميداني من أن النهج المقترح يضمن حماية موثوقة للمسافة والعملية المقصودة أثناء الأعطال الأمامية والتشبع بالأشعة المقطعية الناجم عن الخطأ العكسي والذي يستمر لفترة أطول من (2) مللي ثانية.

وبشكل عام؛ فإنه لا يؤثر النهج المقترح على دقة وسرعة حماية المسافة. علاوة على ذلك، بحيث يتيح تطبيق معايير المحتوى التوافقي الحالية تنفيذ حماية المسافة بعد تحويل الخطأ العكسي إلى خطأ أمامي، وبالتالي؛ فإنه تم تحسين موثوقية الحماية عن بعد والحصول على قيمة هندسية عملية أعلى.

أيضاً تُستخدم تكوينات الحلقة أو القاطع ونصف بشكل نموذجي في شبكات الطاقة عالية الجهد المحلية والأجنبية، ومن ثم؛ فإن الترويج للنهج المقترح وتطبيقه سيحسن موثوقية حماية خط نقل الطاقة ويعزز التشغيل الآمن لشبكات الطاقة.