طرح های پایلوت

در این بخش قصد داریم با شما درباره طرح های پایلوت برای حفاظت از خطوط انتقال برق صحبت نماییم . پس در ادامه با ما همراه باشید .

چه زمانی از طرح های پایلوت  استفاده می‌کنیم؟

طرح‌های پایلوت به‌طور همزمان اندازه‌گیری و نظارت بر پارامترهای سیستم را در تمام ترمینال‌های خط انتقال یعنی ترمینال‌های محلی و ترمینال های از‌راه دور بر عهده دارند و سپس با توجه به توابع از پیش تعیین شده خود؛ عمل می‌کنند. این طرح‌ها نیازمند استفاده از یک کانال ارتباطی است که ممکن‌است از طریق سیم های پایلوت، مایکروویو، فیبر و یا خطوط برق ارائه گردد.

سوال و جواب‌های مرتبط: 

over reach و اصطلاحاتی مانند putt چیست؟

چرا زون۱ رله دیستانس به مقدار ۸۰ درصد تنظیم میشود ؟

رله دیستانس جهت دار چیست؟

اگر پارامترهای اندازه‌گیری شده از مقادیر آستانه فراتر رود، اقدامات مناسبی اتخاذمی‌گردد.

طرح‌های پایلوت  به‌طور کلی می‌تواند به دو دسته اصلی تقسیم شود. این دسته بندی‌ها بر اساس مقایسه جهت(directional comparison) و فازی(phase comparison) هستند.طرح‌های جهت دار، از رله‌های دیستانس جهت دار یا دایرکشنال برای تشخیص خطای فاز و یا از رله‌های اضافه جریان جهت دار برای تشخیص  خطای زمین استفاده می‌کنند.تصمیم به ایجاد تریپ بر اساس آستانه تنظیم رله است که اگر بر اساس رخداد خطا در موقعیت از پیش تعیین‌شده، از مقدار مجاز تجاوز کند؛ تریپ اتفاق می‌افتد.

طرح‌‍های مقایسه فازی، شاخه ای از اصل حفاظت دیفرانسیلی هستند. جریان‌ها از تمام پایانه‌های خط به یک سیگنال مختلط تبدیل می‌شوند و به ترمینال‌های راه دور منتقل می‌شوند، و با سیگنال مختلط ترمینال محلی مقایسه‌می‌شود. نتيجه مقايسه در صورتي که آستانه تنظيم رله از حد مجاز عبور کند، منجر به تریپ‌کردن (قطع رله) خواهد شد.طرح‌های مقایسه فازی، به‌طور ذاتی جهت‌دار و امن هستند، و برای خطاهای خارج از منطقه ی تحت حفاظت تریپ نمی‌کند.

مقایسه جهت دار (Directional Comparison)

طرح‌های مقایسه‌جهت دار به 4 طبقه تقسیم میشوند:

1.1. طرح‌های مسدود کننده (Blocking Schemes)

مسدود کننده به وسیله‌ی  مقایسه‌جهت دار، از رله‌های دیستانس به عنوان شاخص‌های جهت دار و شروع به بلاک (متوقف کردن) برای خطاهای فازی استفاده‌می‌کند.

رله‌های اضافه جریان یا رله‌های دیستانس می‌تواند برای تشخیص خطای زمین و آغاز مسدود سازی این خطا مورد‌استفاده قرار‌گیرند.

هر ترمینال یک رله تریپ و یک رله استارت دارد؛ رله تریپ، به طرف ترمینال از‌راه دور و کمی فراتر از آن دسترسی دارد(تحت کنترل دارد).

رله‌ی استارت؛ به سمت رو به عقب، دور از بخش محافظت شده دسترسی دارد؛ رله تریپ  تلاش می‌کند تا زمانی که عمل میکند،

تریپ را انجام دهد، مگر آنکه با دریافت یک سیگنال مسدود کننده (حامل، صدای صوتی یا مایکروویو) از راه دور متوقف شود. رله‌ی استارت در هر انتها، سیگنال مسدودکردن را آغاز‌می‌کند.

بنابراین، اگر فقط رله تریپ، خطا را ببیند، آن خطا در بخش محافظت شده‌است و هر دو بخش انتهایی تریپ می‌شود.

اگر خطا خارج از یک انتها باشد، رله‌های استارت در آن بخش انتهایی عمل می ‌کنند و یک سیگنال مسدود‌کننده را به انتهای راه‌دور ارسال می‌کنند که در غیر این صورت تریپ می‌کند.

رله‌های زمین هم به‌طور مشابه عمل می‌کنند.

دریافت سیگنال

برای آن که سیگنال مسدود کننده دریافت‌شود یک تأخیر در تریپ باید بیفتد. یک تاخیر زمانی معمول از 6 تا 16 میلی ثانیه به منظور هماهنگی(Cordination) برای تأخیر کانال در ارتباطات استفاده‌می‌شود.

کانال ارتباطی برای تریپ کردن مدار شکن‌ها (‌Breakers)مورد نیاز نیست زیرا مدارشکن‌ها در غیاب سیگنال‌های مسدود کننده تریپ خواهند‌کرد.

خرابی کانال می‌تواند منجر به قطع مدار شکن برای خطاهای خط مجاور در محدوده دسترسی رله‌های دیستانس‌شود.

« مسدود کردن مقایسۀ‌جهتی به‌طور معمول در وسایل حامل(Carrier) نوع روشن/خاموش استفاده‌می‌شود.

از آنجایی که لازم نیست یک سیگنال را از طریق خطا برای اجرای این‌طرح تحریک کنید، این سیستم محبوب ترین سیستم رله حامل‌است. شکل 1 را ببینید. »

1.2 طرح‌های غیر مسدود کننده (Unblocking Schemes)

عدم مسدود سازی مقایسه‌جهتی نسبتاً شبیه به‌طرح مسدود کردن‌است به جز اینکه رله‌های استارت حذف می شوند و برای مسدود کردن،  سیگنال “حفاظت” به‌طور مداوم ارسال می‌شود.

شکل 2 را ببینید. سیگنال ارتباطی برای یک‌طرح عدم مسدود سازی  از کانال کلید زنی شیفت فرکانس (FSK) (frequency shift keying)استفاده میکند.

برای یک خطای داخلی

 فرکانس به فرکانس “تریپ” عدم مسدود سازی شیفت پیدا می‌کند. گیرنده ها فرکانس تریپ را دریافت می‌کنند و کانتکت خروجی را می‌بندند، که به صورت سری با کانتکت خروجی رله  21P ، مدار شکن را تریپ میکند.

برای یک خطای خارجی

در حوزه  دسترسی یکی از رله‌های  21P، رله دیستنس 21P خطا را می‌بیند در حالی که رله 21P محلی خطا را نمی‌بیند چرا که در پشت رله رخ داده‌است.

رله دیستنس 21P فرکانس فرستنده خود را برای تریپ شیفت می‌دهد.رله 21P محلی فرکانس تریپ را ارسال نمی‌کند یا کانتکت‌های خروجی 21P را می‌بندد. بنابراین خط در سرویس باقی می‌ماند. اگر گیرنده‌ها قادر به دریافت یک سیگنال حفاظت و یک سیگنال تریپ نباشند، گیرنده‌ها به طور معمول از بسته شدن کنتاکت 150 میلی ثانیه اجازه می‌دهند که رله 21P برای تریپ‌کردن خط متصل‌شود.پس از این محدودیت زمانی، کانال ارتباطی قفل خواهد‌شد.

«این طرح ایمن تر‌است زیرا در همه زمان ها صرف نظر از فاصله زمانی 150 میلی ثانیه در حین تلفات سیگنال از اور تریپ اجتناب می‌شود.قابلیت اطمینان بهبود یافته‌است چرا که کانال ارتباطی به طور مداوم عمل می‌کندو می‌تواند نظارت شود، و در صورت بروز مشکل، هشدار می‌دهد.»این‌طرح برای خطوط دو ترمیناله و چند ترمیناله قابل استفاده‌است. کانال‌های جداگانه بین هر جفت ترمینال‌های خط مورد نیاز‌است.

1.3. طرح‌های تریپ انتقال آور ریچ(Overreaching Transfer Trip Schemes)

آورریچ (فراتر از حد) مجاز نیز یک‌طرح ساده‌است، که تنها در یک ترمینال نیاز به شناسایی خطای آورریچ دارد.

این آشکارساز خطا هر دو سیگنال تریپ را ارسال، و تلاش‌می‌کند تا از طریق یک کانتکت در گیرنده، به تریپ‌کردن محلی دست پیدا کند.اگر هر دو رله یک خطا را ببینند، هر دو به طور همزمان به تریپ می‌رسند.

به نظر می‌رسد این‌طرح شبیه به طرح عدم مسدود سازی مقایسه‌جهت دار شکل 2‌است. سیگنال تریپ در این طرح برای تریپ‌کردن ضروری‌است.

بنابراین، کانال‌های حامل خطوط برق(Power line carrier channels) برای این طرح‌ها توصیه نمی‌شود، زیرا یک خطا می‌تواند سیگنال حامل را اتصال کوتاه‌کند.این کانال‌ها به طور معمول با نواهای صوتی(audio tones) با کلیدزنی تغییر فرکانس تغییر روی مایکروویو، خطوط استیجاری و یا ارتباطات فیبر نوری استفاده‌میشود.طرح تریپ انتقال آورریچ، حفاظت بسیار ایمن از خطوط انتقال را فراهم می‌کند چرا که سیگنال تریپ از هر دو انتهای خط برای تریپ‌کردن لازم‌است. قابلیت اطمینان این طرح ممکن‌است کمتر از طرح‌های مسدود سازی باشد، زیرا سیگنال تریپ باید قبل از شروع (Initiate)تریپ، دریافت شود.این‌طرح معمولاً زمانی استفاده‌می‌شود که یک طرح غیر پایلوت  موجود که حاوی ارتباطات‌است؛ برای بررسی اضافه‌شود.»

1.4. طرح‌های تریپ کردن انتقال آندر ریچ (Underreaching Transfer Trip Schemes)

طرح‌های تریپ‌کردن انتقال آندر ریچ شامل دو تنوع هستند: آندرریچ مستقیم و آندرریچ مجاز.

ارتباطات برای این نوع از رله‌ها به طور کلی مشابه با سیستم‌های آورریچ‌است که از تون های صوتی با کلیدزنی تغییر فرکانس روی مایکروویو، خطوط اجاره‌شده و یا کانال‌های ارتباطی فیبر نوری استفاده می‌شود.

1.4.1. آندرریچ مستقیم (Direct Underreach)

این نوع حفاظت نیاز به یک آشکارساز خطای دیستنس واحد در هر نقطه دارد. این آشکارساز باید به صورتی تنظیم شود که دو بخش انتهایی را اتصال کوتاه کرده و به طور همزمان مدارشکن محلی را تریپ کرده و یک سیگنال تریپ را به بخش انتهایی راه‌دور ارسال‌می‌کند که پس از دریافت سیگنال به طور مستقیم تریپ می‌کند.

توجه داشته‌باشید که تأیید محلی پس از دریافت سیگنال تریپ لازم نیست.اگر چه این‌طرح پیچیدگی حداقلی دارد، به دلیل خطر بالای خروجی‌های نادرست از کانال ارتباطی، که منجر به تریپ کاذب می‌شود؛ به ندرت مورد‌استفاده قرار می‌گیرد. این خطر را می توان با استفاده از یک تریپ انتقال دو کاناله به حداقل رساند که نیاز به دریافت دو سیگنال از انتهای راه دور دارد تا تریپ را عملی و اجرا کند.

1.4.2. آندرریچ مجاز (Permissive Underreach)

این‌طرح مشابه با طرح آندرریچ مستقیم با اضافه‌کردن یک آشکارساز خطای آورریچ است.

سیگنال تریپ انتقال نیاز به تأیید محلی توسط این آشکارساز خطا دارد که می‌تواند قبل از تریپ کردن اتفاق افتاده‌باشد. این باعث افزایش امنیت‌طرح و طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی می‌شود.معمولاً هنگامی که خط رله دیستنس پله، برای آزمایش اضافه شده‌باشد، انتخاب می‌شود. شکل 4 را ببینید.حامل به‌طور معمول استفاده نمی‌شود زیرا یک خطا می تواند سیگنال ارتباطی را اتصال کوتاه کند و مانع از رسیدن سیگنال به ترمینال راه‌دور می‌شود.

مقایسه فازی (Phase Comparison)

سیستم‌های رله مقایسه‌ی فاز جهت جریان را در هر ترمینال  محافظت شده نظارت می‌کنند و این اطلاعات را از طریق یک کانال ارتباطی به ترمینال دیگر انتقال می‌دهند.هر ترمینال خط، جهت جریان محلی و  راه دور را مقایسه‌می‌کند و اگر جریان از هر دو ترمینال به خط متصل باشد، تریپ می‌کند. کانال ارتباطی به طور معمول یک نوع ارتباطات روشن / خاموش است، انتقال تنها زمانی انجام می‌شود که آستانه‌های آشکارساز اضافه جریان از حد مجاز عبور کرده‌باشد.

این سیستم به تریپ‌کردن روی اضافه بار و یا نوسانات سیستم؛ ایمن است، زیرا تنها در جهت جریان عمل‌می‌کند. همچنین نیازی به منبع بالقوه ندارد مگر آنکه لازم شود از طریق رله‌های دیستانس به دلیل جریانات خطای پایین تحت نظارت قرار بگیرد.آشکارسازهای خطای دیستنس یا جریان برای نظارت بر تریپ استفاده می شود. این آشکارسازها باید روی مقداری بیشتر از جریان شارژ خط قرار بگیرند،که می تواند برای رله‌ها به صورت خطاهای داخلی در بارهای پایین ظاهر شود. تایمرهای داخلی باید برای جبرانسازی زمان گذار کانال ارتباطات تنظیم‌شود.

یکی از محبوب ترین کاربردهای این سیستم در خطوط با خازن‌های سری است، زیرا احتمال این که این طرح که با جریان کار می کند؛ در مورد خطاهای نزدیک خازن اشتباه عمل کند بسیار کم است.

2.1. سیم پایلوت (Pilot wire)

این‌طرح شکلی از مقایسه فاز است زیرا جهت جریان  را در هر ترمینال مقایسه می‌کند. تفاوت این‌طرح با دیگر طرح‌ها  این است که یک جفت سیم تلفن به عنوان کانال ارتباطی استفاده‌می‌شود.یک فیلتر مخصوص در رله، جریانهای سه فاز را به یک ولتاژ تک فاز تبدیل می‌کند و این ولتاژ را به سیم ها اعمال‌می‌کند.

هنگامی که جریان از بخش محافظت شده عبور می‌کند، ولتاژ در هر انتها با یکدیگر مخالفت می‌کنند و هیچ جریانی از کویل‌های راه‌اندازی عبور نمی‌کند.هنگامی که جریان از هر انتها به خط وارد می‌شود، ولتاژ روی سیم پایلوت معکوس‌می‌شود تا جریان را از طریق کویل‌های راه‌اندازی به گردش درآورد و به همین ترتیب، هر دو انتها را متعاقباً تریپ کند.رله های ویژه ی نظارت، اگر یک جفت سیم پایلوت مدار باز یا اتصال کوتاه شود، یک زنگ هشدار را به صدا در می‌آورند.

خط سیم باید در برابر ولتاژهای القایی و افزایش پتانسیل زمین حفاظت کافی را داشته‌باشد، اما ممکن نیست از حفاظت کننده‌های مسدود کننده کربن استفاده‌کند، زیرا در حالی که حفاظت کارمی‌کند؛ خط باید در سرویس باقی بماند.

ترانسفورماتورهای خنثی کننده و لوله‌های گاز با رآکتورهای زهکشی متقابل، همه با ولتاژ های نامی کافی، شامل بسته حفاظتی سیم پایلوت می‌باشند.این رله دارای مزیت ساده سازی است و نیازی به منبع بالقوه ندارد. همچنین حفاظت پشتیبان را هم فراهم نمی‌کند. قابلیت اطمینان سیستم بر پایه ی یکپارچگی سیم های پایلوت استوار‌‌است.

 2.2 مقایسه تک فاز (Single-Phase Comparison)

این‌طرح یک شبکه توالی برای ورودی‌های جریان به رله‌است تا یک خروجی ولتاژ تک فاز را تولید کند. این خروجی متناسب با مولفه‌های توالی مثبت، منفی و صفر جریان ورودی‌است.این سیگنال مربع‌است به طوری که بخش مثبت سیگنال بخش مثبت موج مربعی را ایجاد می‌کند.

بخش منفی سیگنال، بخش صفر موج مربعی را فراهم می‌کند. دو آشکارساز خطا به طور معمول برای تأمین امنیت استفاده می‌شود، آشکاساز حساس تر نیز به عنوان حامل شروع به ارسال سیگنال به انتهای راه‌دور می‌نماید.

آشکارساز با حساسیت کمتر برای تجهیزکردن ماژول‌مقایسه برای یک تریپ بر روی مقایسه صحیح سیگنال‌های محلی و راه دور استفاده‌می‌شود. شکل 5 را ببینید. به طور معمول واحد‌هایی که با جریان کار می‌کنند؛ به عنوان آشکارسازهای خطا استفاده‌می‌شود. در مورد که جريان خطا کمتر از جريان بار باشد، واحدهایی که بر اساس امپدانس کار می‌کنند؛ براي تشخیص خطا استفاده مي‌شود.

استفاده از آشکارسازهای خطای امپدانس به دلیل ضرورت در داشتن پتانسیل‌های خطوط برای عملیات رله؛ هزینه سیستم را  افزایش می‌دهد.

2.3. مقایسه دو- فاز (Dual Phase Comparison)

این‌طرح مشابه طرح مقایسه‌ی تک فاز‌است به جز اینکه سیگنال‌های موج مربعی برای بخش مثبت و منفی خروجی ولتاژ تک فاز شبکه توالی، بسط داده‌شده‌است.

هر سیگنال برای انتقال اطلاعات به سایت راه دور؛ نیاز به یک کانال جداگانه دارد.این‌طرح می‌تواند سرعت تشخیص کمی بالاتر را فراهم کند،زیرا خطاها در هر دو بخش مثبت و منفی خروجی ولتاژ تک فاز شبکه توالی شناسایی می‌شوند.این‌طرح معمولا با یک کانال شیفت فرکانس استفاده‌می‌شود که به طور مداوم انتقال می‌یابد.در یک حامل خط قدرت آن را به عنوان یک‌طرح عدم مسدود سازی پیکر بندی شده‌است.

 2.4. مقايسه فاز مجزا (Segregated Phase Comparison)

اين‌طرح شبیه به‌طرح مقايسه‌تک فاز‌است به جز اینکه موج مربعی برای هر فاز از خط انتقال بسط داده‌می‌شود. کانال ارتباطی برای هر فاز، به منظور برقراری ارتباط با ترمینال از راه دور مورد نیاز‌است.مقایسه‌در هر یک از سه فاز انجام می‌شود.