پایان نامه استراتژی بهینه تست رله هاي ديجيتال و بهینه سازی حفاظت ژنراتورهای قدیمی به کمک رله های دیجیتال
مقدمه:
رشد جهاني براي تقاضاي انرژي الكتريكي باعث افزايش سرعت توسعه در طراحي سيستم هاي قدرت در جهت پاسخگويي به تامين نيازهاي مصرف كنندگان براي تامين انرژي الكتريكي مطمئن ، ارزان و با كيفيت بالا شده است. به دليل افزايش مصرف انرژي الكتريكي و افزايش تراكم بارها و منابع توليدالكتريسيته و لزوم عملكرد سريع و مطمئن تجهيزات حفاظت و كنترل ، استفاده از تجهيزات حفاظت ديجيتال مورد توجه قرار گرفته است.
حفاظت الكتريكي يكي از مهمترين مسائل در صنعت برق مي باشد. از ابتداي پيدايش اين صنعت مساله توليد، انتقال و توزيع انرژي الكتريكي همواره با خطاهاي احتمالي و مساله قابليت اطمينان همراه بوده است. به اين معني كه تجهيزات گران قيمتي مانند ژنراتور، ترانسفوماتورهاي قدرت و خطوط انتقال بايد در مقابل انواع خطاهاي احتمالي مورد حفاظت قرار گيردتا هم اين سرمايه هاي با ارزش حفظ شوند و هم انرژي الكتريكي با قابليت اطمينان بيشتري به مصرف كننده برسد. اين حفاظت ها مي تواند در مورد كميت هاي مختلف الكتريكي نظير جريان، ولتاژ، توان، فركانس و امپدانس انجام شود. رله هاي حفاظتي وظيفه نظارت بر اين كميت ها را دارند و در صورت نياز باعث قطع واحد مورد حفاظت(تريپ) مي شوند. رله هاي حفاظتي اوليه بيشتر از نوع الكترومغناطيسي و از گروه دافعه اي هستند. اشكال اصلي اين رله ها اين است كه مختص يك كميت الكتريكي هستند يعني اگر به عنوان مثال براي حفاظت اضافه جريان استفاده مي شوند ديگر براي حفاظت ولتاژ يا فركانس قابل استفاده نيستند. حتي رله هاي اضافه جريان هم تقسيم بندي خاص خود را دارند و استانداردهاي مختلفي براي اين منظور وجود دارد. در كل اين رله ها به جز تنظيم زماني وتنظيم جرياني قابليت انعطاف ديگري ندارند.
رله هاي حفاظتي عمومي از نوع ديجيتالي هستند و در نتيجه مي توان با تغيير برنامه نرم افزاري آن ها نوع حفاظت مورد نياز را تعيين كرد. بعد از ديجيتالي شدن محاسبات اتصال كوتاه، پخش بار و پايداري سيستم هاي قدرت، ديجيتالي كردن رله هاي حفاظتي در سيستم هاي قدرت يكي از موضوعات جالب و مطرح در سال هاي اخير مي باشد. موضوع رله هاي ديجيتال در اواخر دهه 1960شروع گرديد. در اوايل به دليل بالا بودن هزينه سيستم هاي ديجيتال ، سرعت پايين و همچنين قدرت مصرفي بالاي آنها انگيزه اي جهت كاربرد اين تجهيزات به جاي رله هاي معمولي وجود نداشت. پيشرفت قابل توجه سيستم هاي ديجيتال ، كاهش قيمت ،كاهش قدرت مصرفي واندازه آنها و افزايش سرعت و قدرت محاسباتي آنها باعث شده است كه اين واقعيت ظاهر گردد كه اقتصادي ترين و تكنيكي ترين و همچنين مطمئن ترين رله هاي حفاظتي در حال حاضر، رله هاي ديجيتال مي باشد. لذاجديدترين نسل رله ها، رله ديجيتالي مي باشد كه با كاربرد پردازش ديجيتال و استفاده از ميكروپروسسورها به عنوان واحد پردازش در اين گونه رله ها علاوه بر بالا بردن كارايي و قابليت رله ها منجر به كاهش حجم و وزن رله و همچنين قيمت پايين طراحي و ساخت گرديده است. طراحي و ساخت رله هاي ديجيتال گام بزرگي در جهت حفاظت دقيق و مطمئن شبكه هاي گسترده و پيچيده امروزي است. عمده تفاوت رله هاي ديجيتالي با رله هاي استاتيكي در كاربرد يك تراشه به نام ميكروپروسسور يا واحد پردازش مركزي است. همچنين يك تراشه متمركز به نام ميكروكنترلر كه در آن علاوه بر cpu، حافظه هاي RAM و ROM، مدارهاي واسطه، پورت هاي ورودي/خروجي، مدار هاي وقفه و… در يك تراشه مدار مجتمع(IC) قرار دارند، در برخي رله هاي ديجيتال كاربرد يافته است. يكي از مزيت هاي اصلي رله هاي ديجيتال اين است كه با تغيير نرم افزار رله و برنامه ريزي مختلف مي توان نوع حفاظت رله را تعيين كرد.
شكل1-1- يك نمونه رله ديجيتال ساخت شركت زيمنس
1-2 – مزاياي سيستم هاي حفاظت و كنترل ديجيتال
مزایای سیستم های کنترل وحفاظت ديجيتال می توانند به دو قسمت کوتاه مدت ، در هنگام طراحی مهندسی و نصب و بلند مدت ، در هنگام بهره برداری و نگهداری ، تقسیم شوند . قسمت کوتاه مدت از نظر اقتصادی به صورت کمی ساده تر از قسمت بلند مدت ، که باید مقایسه ای در هزینه در طول عمر باشد، قابل بررسی است. در حال حاضر استفاده از هوش توزیع شده با ریزپردازنده هایی که از طریق فیبرهای نوری ارتباط دارند و استفاده از رایانه های شخصی به عنوان واسط های انسان – ماشین متداول است. بنابراین توسعه های جدید به طور پیوسته در این ناحیه انجام می گیرد و در نتیجه هزینه ها کاهش یافته و عملکرد بهتر می شود. اضافه بر این پرسنل آموزش دیده بیشتری با این فناوری نوین آشنا هستند. سیستم های سنگین متمرکز و از بالا به پایین که در دهه های 60 و 70 میلادی بکار می رفتند دیگر مناسب نیستند، زیرا سیستم های غیر متمرکز می توانند با سادگی بیشتر با تغیرات آینده در مقایسه با سیستم های متمرکز، تطبیق کنند. علاوه بر این نسل های مختلف تجهیزات که به وسیله سازندگان مختلف ساخته شده است می توانند به راحتی در آنها ترکیب شوند . به روز کردن یا گسترش چنین سیستم توزیع شده ای ساده است . به عنوان مثال در ادامه یک مقایسه ما بین یک پست فشار قوي الكتريكي متداول و یک پست فشار قوي کاملا خودکار با استفاده از فناوری ديجيتال انجام شده است. مزاياي استفاده از سيستم هاي حفاظت و كنترل ديجيتال در پست هاي فشار قوي الكتريكي به شرح زير است:
- هزینه کمتر مهندسی با استفاده از قالب های نرم افزاری استاندارد شده ( کاربرپذیر)
- هزینه نصب کمتر به خاطر کابل گذاری و نقاط اتصال کمتر
- هزینه راه اندازی کمتر با قالب های عملیاتی قبلا تست شده
- هزینه سخت افزاری کمتر بوسیله کاهش در تعداد رله های کمکی و بوردهای کنترلی و بکارگیری سخت افزار حفاظتی برای وظایف اندازه گیری
- تعداد کمتر تابلوها و در نتیجه نیاز به فضای کمتر و اتاق کنترل کوچکتر
- هزینه بهره برداری کمتر با دسترسی از راه دور از بالا به پایین
- افزایش ضریب اطمینان سیستم با خود نظارتی وهزینه کمتر قطع و ردگیری خطا
- افزایش طول عمر تجهیزات با نگهداری زمان بندی شده از داده های آماری
1-3 – رله ديجيتال و مزاياي آن
رله هاي حفاظتي تجهيزاتي هستند كه بر اساس سيگنال هايي كه به آنها اعمال مي شود ، در صورت تغيير غير عادي يك كميت فيزيكي عمل كرده و باعت تغيير وضعيت خود يا وسيله ديگري مي شوند. رله هاي ديجيتال نوعي از رله هاي حفاظتي هستند كه بر اساس پردازش ديجيتال سيگنال(DSP) عمل مي كنند. رله هاي ديجيتال نسبت به ساير رله هاي حفاظتي (الكترومغناطيسي، الكتروديناميكي، حرارتي، اندوكسيوني و…) داري مزايايي به شرح زير مي باشند:
- امكان تشخيص زود هنگام خطا و جلوگيري از گسترش آن
- قابليت تغيير عملكرد و نوع حفاظت رله با تغيير نرم افزار رله
- داراي كارايي و قابليت اطمينان بالا
- هزينه نسبتا پايين طراحي و ساخت
- قابليت ثبت و ضبط وقايع و رخدادهاي سيستم به خاطر بهره گيري از حافظه
- داراي حجم و وزن كوچكتر
- داراي دقت بالا در تنظيم و انعطاف پذيري نسبت به شرايط مختلف شبكه جهت تنظيم
- نگهداري آسان و تعمير و عيب يابي كمتر
- عملكرد به موقع و سرعت و دقت بالا
- امكان جلوگيري از تاثير اشباع ترانسفورماتورهاي نمونه بردار در كار نابجاي رله
1-4 – مهم ترين انواع رله هاي ديجيتال
انواع مختلف رله هاي حفاظتي قابليت ساخته شدن به صورت ديجيتال را دارا مي باشند كه مهم ترين و پر كاربردترين آنها عبارتنداز:
- رله هاي اضافه جريان و اضافه بار
- رله هاي ديستانس
- رله هاي فركانسي
- رله هاي ديفرانسيل
فصل دوم :
سخت افزار و اجزاي رله هاي ديجيتال
2-1- مقدمه
در اين فصل ساختار، جزئيات سخت افزار و اجزاي تشكيل دهنده رله هاي ديجيتال و عملكرد آنها بررسي مي شود. ريزپردازنده، مبدل آنالوگ به ديجيتال، حافظه، ترانسفورماتورهاي كمكي جريان و ولتاژ، واحدهاي ورودي/ خروجي و برخي عناصر ديگر ساختار كلي رله هاي ديجيتال را تشكيل مي دهند كه با توجه به نوع رله و وظيفه حفاظتي آن اجزاي ديگري نيز ممكن است به اين عناصر اضافه شود ولي به طور كلي نرم افزار رله ديجيتال تعيين كننده نوع رله مي باشد و رله هاي ديجيتال داراي يك ساختار كلي و مشابه به هم هستند. فناوري ديجيتال همچنين باعث پيشرفت در روش هاي تست رله هاي حفاظتي گرديده است به طوري كه منجر به ساخت دستگاه ميكروپروسسوري تست كننده رله ها شده است كه اين مورد در ادامه فصل بررسي مي شود. فرايند فيلتركردن ديجيتال در رله هاي حفاظتي، ارتباط با رله، محيط عملكرد و اثرات تداخل الكترومغناطيسي(EMI) بر رله هاي ديجيتال نيز در اين فصل ارائه شده است.
2-2- ساختار كلي رله هاي ديجيتال
شكل2-1ساختار كلي رله هاي ديجيتال را نشان مي دهد. نوع رله ديجيتال وعملكرد آن را، نرم افزار رله كه در حافظهE2PROM قرار داده مي شود تعيين مي كند يعني در رله هاي ديجيتال اين امكان وجود دارد كه با تغيير برنامه نرم افزاري رله نوع حفاظت مورد نياز را تعيين كرد. لذا رله هاي ديجيتال داراي ساختار كلي مشابه به هم هستند. طبق دياگرام، در يك رله ديجيتال سيگنال هاي نمونه برداري شده توسط ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ از سيستم قدرت، به ترانسفورماتورهاي كمكي جريان و ولتاژ اعمال مي شود تا به حد مناسبي برسد. پس از آن به فيلترهاي آنالوگ جهت حذف فركانس هايي به جز فركانس اصلي اعمال مي شود. سيگنال هاي خروجي از اين فيلتر ها به عناصر نمونه بردار و نگه دارنده(S/H) منتقل مي شودتا متناسب با فركانس نمونه برداري عمل نمونه برداري روي آن انجام شود. سيگنال هاي آنالوگ خروجي به مالتي پلكسرآنالوگ(MUX) اعمال مي شودتا به صورت انتخابي به مبدل آنالوگ به ديجيتال(ADC) برسد. خروجي مبدل ADCبه صورت ديجيتال است كه امكان پردازش ديجيتال بر روي آن وجود دارد. اين سيگنال توسط ريز پردازنده طبق برنامه نرم افزاري رله پردازش مي شود ودر صورت لزوم فرمان هاي لازم ارسال مي شود. اجزاي رله هاي ديجيتال در ادامه تشريح مي گردد.
شكل2-1 – ساختار كلي رله هاي ديجيتال
2-3- اجزاي رله هاي ديجيتال
2-3-1- ترانسفورماتورهاي كمكي جريان و ولتاژ
براي اينكه سخت افزار رله ديجيتالي را به طور كامل از لحاظ الكتريكي از ديگر تجهيزات لازم براي حفاظت ايزوله كنيم از ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ استفاده مي كنيم. انجام اين عمل به منظور به حداقل رسانيدن امكان صدمه رسيدن به رله از جانب سيستم فشار قوي است در شكل 2-2 مدار مورد نياز براي AUXPT نشان داده شده است. اين مدار شامل يك ترانسفورماتور كمكي مي باشد كه سه وظيفه به صورت زير دارد:
- كاهش سطح ولتاژ به اندازه مطلوب
- ايزوله نمودن مدارات سخت افزار رله از مدارات قدرت
- همفاز نمودن جريان هاي اوليه و ثانويه در حفاظت ديفرانسيل
ترانسفورماتورهاي ولتاژ، ولتاژ اوليه را به سطح مطلوبي براي ورود به رله كاهش مي دهند ورودي تراسفورماتوركمكي ولتاژدر حدود 115 ولت مي باشد و خروجي آن مي بايست در حد ولتاژ 4 ولت باشد كه اين ولتاژ بعدا به وسيله يك پتانسيومتر به حدود 3 ولت كاهش داده مي شوديك واريستور اكسيد فلز (Metal oxid varystor) در ورودي ترانسفورماتور AUXPT قرار داده مي شود تا سخت افزار رله را در مقابل شرايط گذرا محافظت كند.واريستور اكسيد فلز (MOV) عنصري است كه در بيشتر سيستم هاي ارتباطي مدرن به عنوان يك عنصر مهم مدار در قسمت هاي تقويت كننده پارامترهاي نوسان كننده ها و مبدل هاي سيگنال بكار مي رود و مي توان آن را به وسيله يك خازن غير خطي مدل سازي نمود كه در اينجا وظيفه محافظت كردن سخت افزار رله ديجيتال را در برابر شرايط گذرا انجام مي دهد.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.