حفاظت و رله, مقالات
حفاظت خطای فاز ژنراتور
اردیبهشت
ادامه‌ی مطلب حفاظت ژنراتور
حفاظت خطای فاز ژنراتور
شکل 9 یک روش ساده برای شناسایی خطای‌های فازی را نشان‌می‌دهد، اما پاکسازی با تأخیر انجام میشود، زیرا عملکرد رله 51 باید برای هماهنگی با رله‌های خارجی تاخیر داشته‌باشد.
زیرا 51 برای خطای‌های خارجی نیز عمل میکند، این رله انتخاب کننده در زون ژنراتور (generator zone selective) نیست. این رله برای شرایط عملیاتی غیر عادی خارجی مانند خطای های راه دور که توسط بریکر های راه دور به درستی پاک نمی شود
عمل می کند. پیکاپ 51 باید در حدود 175٪ از جریان نامی تنظیم‌شود تا نوسانات به خاطر تاخیر در پاک کردن خطاهای خارجی یا بیرونی ، راه اندازی یک موتور بزرگ یا جریان شتاب گیری مجدد گروهی از موتورها باعث عملکرد آن نشود.
برق‌دار‌کردن ترانسفورماتور همچنین ممکن‌است باعث ایجاد جریان نامی بیشتر از جریان نامی ژنراتور شود.
شکل 9:
حفاظت اضافه جریان (51) باید تاخیر داشته‌باشد تا با رله‌های بیرونی هماهنگ‌شود.
شکل10
یک مثال از کاهش جریان ژنراتور را برای یک خطای سه فاز و یک خطای فاز به فاز نشان‌می‌دهد. برای یک خطای سه فاز، جریان خطا در حدود یک ثانیه زیر سطح پیکاپ رله 51 کاهش می‌یابد.
اگر تاخیر 51 را بتوان انتخاب کرد تا قبل از افت یا سقوط جریان (current drops) پیکاپ کند، رله حفاظت خطای سه فاز را فراهم میکند. جریان به سرعت برای یک خطای فاز به فاز یا یک فاز به زمین کاهش نمی‌یابد
و به این ترتیب، اجازه زمان بیشتر به رله 51 می‌دهد تا قبل از سقوط جریان به زیر مقدار پیکاپ تریپ کند. شکل 10 فرض می کند که هیچ تقویت‌کننده ولتاژی وجود ندارد، اگرچه زمان و سرعت پاسخ سیستم تحریک بعید‌‌است
که تقویت جریان خطای زیادی در ثانیه‌های اول خطا ایجاد کند. همچنین فرض میکند که حذف رگولاتور ولتاژ به دلیل از دست‌دادن قدرت تحریک در طول خطا وجود ندارد. اگر ژنراتور قبل از خطا بارگیری‌شود،
جریان بار قبل از خطا و سطح تحریک بالاتر مربوطه، یک جریان بالاتر از جریان نشان داده‌شده در‌شکل منحنی، برای خطا فراهم میکند.
برآورد جريان خطاي خالص يك ژنراتور (net fault current) قبل از بارگذاري، انطباق جريان بار و جريان خطا بدون پيش بارگذاري‌است. به عنوان مثال، با فرض جریان بار نامی 1 pu قبل از خطا با 30 درجه پسفاز، در یک ثانیه، مقدار خطای سه فاز، به جای 1.75 برابر جریان نامی (1@30° + 1.75@90° = 2.4@69°). ،2.4 برابر جریان نامی میشود در این شرایط، 51 زمان بیشتری برای عمل کردن قبل از کاهش جریان به زیر پیکاپ وجود دارد.
شكل10:
نمونه‌اي از کاهش جریان خطا برای خطای ۳ فاز و فاز به فاز در ترمينال هاي ژنراتور – با هيچ تنظيم‌كننده‌ی تقویت‌کننده یا حذف رگولاتر در طول خطا و شرایط بدون بار قبل از خطا
شکل9
CTها را در طرف خنثی ژنراتور نشان می‌دهد. این محل اجازه می‌دهد تا رله خطای های داخلی ژنراتور را شناسایی کند، اما جریان خطا وارد‌شده به ژنراتور از سیستم خارجی را شناسایی نمی‌کند.
قرار‌دادن CT در سمت دیگر سیستم ژنراتور یک مشکل از رله را معرفی میکند که وقتی بریکر اصلی باز‌است و هنگامی که ژنراتور جدا از ژنراتور دیگر یا شبکه کار‌می‌کند خطای داخلی ژنراتور را نمی بیند .
اگر یک منبع خارجی سهم جریان بیشتری نسبت به ژنراتور داشته‌باشد، با استفاده‌از CT در ترمینال‌های ژنراتور، به جای CTهای طرف خنثی، به خاطر سهم بیشتر جریان از منبع خارجی، حساسیت حفاظتی 51 را به خطای های داخلی افزایش می‌دهد، ؛
با این حال، در صورت وقوع خطا در صورت باز بودن بریکر و یا قبل از سنکرون کردن ژنراتور محافظت نشده‌است.
همانطور که در شکل 11 نشان داده‌شده‌است که رله اضافه جریان زمانیِ ولتاژ محدود، یا کنترل‌شده با ولتاژ (Voltage-restrained or voltage-controlled time-overcurrent elements) (51VR, 51VC) را برای از بین بردن هر گونه نگرانی در مورد قابلیت عملکرد، قبل از اینکه جریان ژنراتور خیلی پایین رود، استفاده‌کنید. ویژگی ولتاژ اجازه می‌دهد تا رله‌ها زیر جریان نامی تنظیم شوند. Basler BE1-11g، رله‌های دیگر چند منظوره Basler با ورودی ولتاژ و رله BE1-51 / 27R تک عملکردِ ولتاژ محدود، باعث‌می‌شود.
ادامه
که پیکاپ با کاهش ولتاژ کاهش یابد. برای مثال، ممکن‌است رله حدود 175٪ از جریان نامی ژنراتور با ولتاژ نامی اعمال‌شده تنظیم‌شود. در ولتاژ 25٪، رله در 25٪ از تنظیمات رله (1.75 * 0.25 = 0.44 برابر نامی) پیکاپ میکند.
باسلر BE1-11g، دیگر محصولات چند منظوره Basler و رله کنترل شده با ولتاژ BE1-51 / 27C مانع از کارکرد رله اضافه جریان تا زمانی که ولتاژ پایینتر از یک ولتاژ از پیش تعیین شده‌است می‌شوند.
باید تنظیم‌شود که در حدود 80 درصد از ولتاژ نامی را با جریان پیکاپ حدود 50 درصد از نامی ژنراتور عمل‌کند. از آنجا که نوع ولتاژ کنترل دارای یک پیکاپ ثابت‌است، می‌توان آن را به راحتی با رله‌های خارجی نسبت به نوع ولتاژ محدود هماهنگ کرد .
نوع کنترل ولتاژ توصیه میشود زیرا هماهنگی آن آسان‌تر‌است. با این حال، نوع ولتاژ محدود کمتر حساس به نوسانات یا شرایط راه اندازی موتور خواهد‌بود زیرا نوسانات ولتاژ برای مثال ناشی از راه اندازی موتور باعث میشود ولتاژ به زیر مقدار عملکرد رله ولتاژ کنترل برسد
شکل11.
حفاظت در برابر خطای فاز به زمین با رله زماني ولتاژ محدود يا ولتاژ کنترل‌شده (VOLTAGE-RESTRAINED OR VOLTAGECONTROLLED TIME-OVERCURRENT PHASE FAULT PROTECTION).
شکل12
نگرانی‌های مربوط به نرخ کاهش جریان ژنراتور را با استفاده‌از حفاظت اضافه جریان لحظه‌ای (50) در CT جمع‌کننده فروران (flux summation CT) که در آن CT میتواند کابل را از هر دو طرف ژنراتور در بر بگیرد، حذف میکند.
رله به جریان بار ژنراتور یا شرایط خطای خارجی پاسخ نمی‌دهد. رله اضافه جریان لحظه‌ای (50) به عنوان یک حفاظت دیفرانسیل فازی عمل میکند (87) و حفاظت حساس با سرعت بالا را فراهم میکند. این روش حساسیت بالا را امکان پذیر میکند.
به عنوان مثال، ممکن است تشخیص و سنس جریانهای خطا تا به اندازه 1 تا 5 درصد از جریان کامل بارگیری ژنراتور امکان پذیر باشد. مرسوم است که از سی تی 50/5 و یک رله با جریان نامی ۱ آمپر استفاده شود. یک نسب کم CT، نگرانی اشباع‌های بحرانی (به عنوان مثال، یک خطای اصلی 5,000 A ممکن‌است یک جریان ثانویه 500 A در 50/5 CT ایجاد کند) را ایجاد میکند. بار یا بردن CT باید کم باشد تا از اشباع CT در حین خطای‌های داخلی جلوگیری شود.
شکل12.
حفاظت جمع فوران (50) حساسیت، سرعت بالا، حفاظت دیفرانسیل انتخابی (87) را فراهم‌می‌کند.
عملکرد 87G از رله BE1-11g در شکل 13A برای پاسخ به جریانهای دیفرانسیلی فاز به دو مجموعه CT متصل‌است. در بعضی از کاربردها ممکن‌است شامل یک واحد دیفرانسیل باشد
که شامل ترانسفورماتور افزاینده‌است. در مقایسه با یک عملکرد 51 یا 51V که تنها یک CT را نظارت میکند، رله 87G هم به ژنراتور و هم عوامل خارجی که در خطای یک ژنراتور سهم دارند
عکس العمل نشان می‌دهد. به علت اتصال دیفرانسیل، رله مصون (immune) است، به استثنای اثرات اشباع گذرا CT که روی عملکرد آن به علت جریان بار ژنراتور یا خطاهای خارجی تاثیر گذار است .
به غیر از حالت اشباع در CTها این رله میتواند حفاظت حساس و با سرعت بالا فراهم کند. در حالی که CTها باید دارای نسبت یکسان باشند، این CTها نیاز به هماهنگی در عملکرد ندارند،
اما با افزایش درجه عدم انطباق عملکرد CTها حداقل پیکاپ BE1-87G باید افزایش یابد. دستورالعمل BE1-87G برای جزئیات بیشتر برای تنظیمات را ببینید. حداقل پیکاپ 0.4 A برای BE1-87G نشان‌دهنده یک تنظیم توصیه‌شده
برای عدم هماهنگی متوسط در کیفیت و بردن سی تی‌است. شکل 13A همچنین رله 51V را برای بکاپ از رله‌های 87G و رله و بریکر‌های خارجی نشان می‌دهد.
BE1-11g یا BE1-87G برای حفاظت دیفرانسیل ژنراتور توصیه‌می‌شود. در مورد حفاظت دیفرانسیل کلی که شامل ترانسفورماتورهای افزاینده نیز هستند، بریکر ژنراتور و سایر تجهیزات BE1-CDS240 توصیه‌می‌شود.
شکل
13A. 87G حساسیت، پوشش سرعت بالا را فراهم میکند؛ 51V -بکاپ 87G و رله‌های خارجی‌است.
تصویر 13B.
حفاظت معمول برای یک ژنراتور بزرگ. (شامل زون دیفرانسیلی کلی 87O)
همانطور که 87G خطای‌های حلقه به حلقه را تشخیص نمی‌دهد، می توان از طرح رله فاز تقسیم‌شده (split-phase relaying)برای تشخیص این خطا استفاده‌کرد. این طرح نیاز دارد
تا سیم‌پیچ استاتور را به دو گروه مساوی تقسیم کرد و جریان هر گروه با هم مقایسه میشود (شکل 14). این طرح معمولا از یک رله اضافه جریان زمان دار (51) یا رله اضافه جریان لحظه‌ای (50) برای هر فاز برای تشخیص جریان نا متعادل استفاده‌می‌کند.
رله‌ها باید به طور کلی بیش از مقدار جریان نا متعادل کار عادی و زیر جریان نا متعادلی ناشی از یک خطای حلقه به حلقه تنظیم شوند.
پیکاپ رله اضافه جریان زمان‌دار (51) باید در 1.5 برابر بیشتر از حداکثر جریان فاز تقسیم‌شده (split-phase) باشد. تاخیر زمانی باید برای جلوگیری از عملکرد بر اثر جریان خطاهای گذار CT در طول خطای‌های خارجی تنظیم‌شود.
پیکاپ رله اضافه جریان لحظه‌ای به طور تقریبی باید در ۷ برابر پیکاپ اضافه جریان زمان دار(51) تنظیم‌شود.
شکل14 طرح رله تقسیم فاز را نشان می‌دهد
شکل14.
طرح رله تقسیم فاز با استفاده از CT تک پنجره
در مواردی که پیکربندی سیم‌پیچی استاتور اجازه استفاده‌از حفاظت تقسیم فاز را نمی دهد، یک رله اضافه ولتاژ خنثی (59N) میتواند برای تشخیص یک خطای اتصال کوتاه حلقه به حلقه با استفاده‌از سه VT متصل‌شده
به صورت wye در سمت اولیه واتصال زمین اولیه به خنثی ژنراتور استفاده کرد. ثانویه در مثلث شکسته (broken delta) با یک حفاظت overvoltage متصل شده در انتهای باز به منظور اندازه گیری 3V0 متصل شده‌است، همانطور که در شکل 15 نشان داده‌شده‌است.
با زمین اولیه متصل‌شده به نول ژنراتور، 59N نسبت به خطای زمین استاتور غیر حساس‌است ، اما برای خطای اتصال کوتاه حلقه به حلقه که موجب افزایش ولتاژ 3V0 بیشتر از سطح نرمال میشود عمل میکند. 59N برای فرکانس اصلی (60Hz) ولتاژ تنظیم شده‌است. کابل از خنثی VT به نول ژنراتور باید برای ولتاژ خط به زمین عایق‌شود.
باسلر BE1-11g همراه با هر یک از رله های چند منظوره Basler با رله ولتاژ می تواند برای این حفاظت با استفاده رله کمکی اضافه ولتاژ (59X) مورد‌استفاده قرار‌گیرد.
شکل15:
حفاظت از خطای اتصال کوتاه حلقه به حلقه با استفاده از BE1-11g.
راه دیگر برای شناسایی خطای‌های خارجی با رله امپدانس‌است (21). رله امپدانس ولتاژ با جریان را در یک صفحه اعداد مختلط تقسیم میکند (Z = V / I با استفاده‌از ریاضی فازور) (شکل 16 و 17). چنین رله‌ای ذاتا سریع تر از رله اضافه جریان زمان‌دار‌است.
در رایج ترین شکل رله امپدانس، ناحیه تریپ tripping zone منطقه‌ای است که توسط یک دایره “mho” در صفحه RX با قطر از مبدا (محل CT، VT) تا برخی از نقاط تنظیم از راه دور(remote set point) در RX پوشش داده‌شده‌است. اگر امپدانس خطا در داخل منطقه باشد،
رله تریپ میکند . مناطق چندگانه میتواند مورد‌استفاده قرار‌گیرد، با تاخیر در همه مناطق، مناسب برای هماهنگی با رله‌های خط. رله امپدانس بسیار جهت‌دار است. در شکل 16، با این حال، به دلیل این که CT در خنثی‌است و در VT نیست،
رله خطا را هم در ژنراتور و هم در سیستم از راه دور می‌بیند.Basler BE1-11g مجهز به این حفاظت‌است. برای تنظیم و ستینگ به اطلاعات استاندارد IEEE Standard 37.102.2006 رجوع کنید.
شکل16
رله امپدانس، جستجو برای ژنراتور و خطاهای ناشی از خط.
عکس17
رله امپدانس، جستجو برای خطاهای راه دور خط خط.
