پایان نامه بررسی حفاظت نيروگاه
مقدمه
يك سيستم قدرت را مي توان به توليد، انتقال و توزيع تقسيم نمود. توليد شامل همه جنبه هاي توليد توان الكتريكي و انتقال مربوط به انتقال توان الكتريكي در مسافت هاي طولاني و در ولتاژهاي بالا مي باشد همچنين پست هاي قدرت به سيستم انتقال مربوط مي شوند. توزيع بطور معمول در ولتاژهاي پايين انجام مي شود و مصرف كننده ها بطور مستقيم به اين شبكه ارتباط دارند.
بنابراين مي توان گفت هدف از يك سيستم قدرت، توليد و انتقال انرژي الكتريكي به مصرف كننده ها مي باشد. سيستم بايد به گونه اي طراحي و بكار گرفته شود تا اين انرژي را طوري به نقاط مصرف تحويل دهد كه داراي هر دو ويژگي قابليت اطمينان و اقتصادي بودن باشد.
بزرگترين تهديد نسبت به قابليت اطمينان سيستم اتصال كوتاه است كه تغيير ناگهاني و بعضي اوقات شديد را روي كار سيستم اعمال مي كند. جريان بزرگي كه با وقوع اتصال كوتاه جاري مي شود مي تواند باعث آتش سوزي در محل خطا و ايجاد ضايعات مكانيكي در سرتاسر سيستم بويژه روي سيم پيچي هاي ماشين ها و ترانسفرماتورها شود. جداكردن سريع خطا توسط نزديكترين كليد قدرت، ضايعات سيستم را به حداقل مي رساند.
بنابراين بايستي پيش بيني كافي به منظور پاك كردن خطا انجام شود تا موضوع سيستم قدرت بطور كلي ملغي نشود. براي پاك كردن خطا به تنهايي نصب تجهيزات كليدزني كافي نيست بلكه بايد وسايل حفاظتي تشخيص دهنده – كه مطابق با مشخصه ها و نيازمندي هاي سيستم قدرت طراحي مي شوند – براي كنترل كردن وسايل قطع كننده وجود داشته باشد.
اينك يك تعريف كلي از سيستم حفاظت را بيان مي كنيم:
سيستم حفاظت در حالت وقوع اتصالي روي شبكه قدرت، با جدا كردن قسمت معيوب و خطادار و جلوگيري از سرايت خرابي به تجهيزات ولتاژ بالا، از شبكه در مقابل خطا محافظت مي كند.
در اين فصل به بيان كامل تر بعضي از نكات فوق و همچنين مطالب اساسي ديگر در مورد سيستم هاي حفاظت مي پردازيم.
خطاهاي سيستم قدرت
اغتشاش: هر تغيير بر نامه ريزي نشده در شبكه را يك اغتشاش مي نامند.
اتصال كوتاه يا خطا: هر اغتشاشي كه در سيستم قدرت بوجود آيد و باعث انحراف مقادير ولتاژ و جريان از محدوده مجاز و خارج شدن سيستم از حالت پايدار گردد اتصال كوتاه ناميده مي شود.
اغتشاش توسط خطاهاي سيستمي و يا خطاهاي غير سيستمي و يا خطاي شبكه مي تواند بوجود آيد.
خطاهاي سيستمي: خطاهايي كه در خود مدار الكتريكي رخ مي دهند مانند اتصال كوتاه سه فاز.
خطاهاي غير سيستمي: خطاهاي سيستم حفاظت از نوع خطاهاي غير سيستمي مي باشد به عنوان مثال كليدي قطع شود در حاليكه هيچ خطايي در شبكه وجود نداشته باشد.
خطاي شبكه: وقتي يك اضافه بار يا يك نوسان قدرت يا يك افت ولتاژ زياد و يا افت فركانس زياد در شبكه وجود داشته باشد آنگاه يك خطاي شبكه روي داده است.
عوامل خطا
خطا در همه شبكه ها اتفاق مي افتد. امكان طراحي شبكه اي بدون خطا وجود ندارد. حداقل اين مورد در يك طريقه اقتصادي ممكن نيست. خطاهاي بوجود آمده از نظر زمان به دو دسته اتصال كوتاه گذرا و اتصال كوتاه دائم تقسيم مي شوند. اتصال كوتاه گذرا در اثر خطاهايي مانند برخورد رعد و برق با شبكه، تماس فازهاي خط انتفال با يكديگر در اثر عوامل جوي مثل باد يا طوفان يا حيوانات يا درختان و يا اجسام خارجي ديگر روي مي دهد، و اتصال كوتاه دائم در اثر خطاهايي مانند از بين رفتن عايق بندي اجزاي سيستم قدرت از جمله ترانسفورمر و ژنراتور، پارگي خطوط هوايي، معيوب بودن كابل هاي زميني و عيب وسايل ديگر حاصل مي شود. نرخ خطا روي خطوط قدرت با ولتاژ پايين بيشتر از خطوط با ولتاژ بالا است.
انواع خطاهاي سيستم قدرت
خطاهاي سيستم قدرت، از نقطه نظر ديگر معمولاً به دو دسته كلي زير تقسيم مي كنند:
1 ) خطاهاي موازي
2 ) خطاهاي سري
خطاهاي موازي: اين خطاها با يك جرقه بين فازها يا فاز و زمين مشخص مي شوند.
خطاهاي سري: گروهي از شرايط عدم تعادل كه در آن هيچگونه اتصالي بين فازها يا بين فاز و زمين وجود ندارد، خطاي سري ناميده مي شود. يك خطاي سري نمونه، قطع يك يا دو فاز مي باشد.
البته گاهي اوقات در سيستم تركيبي از خطاهاي سري و موازي خواهيم داشت. به عنوان مثال ممكن است روي يك فاز، خطاي تك فاز به زمين رخ دهد (خطاي موازي) و همزمان هادي فاز ديگر شكسته شود (خطاهاي سري).
نتايج تداوم خطا
وظيفه رله هاي حفاظتي آن است كه به هنگام رخ دادن خطا فرمان قطع را براي كليه كليدها صادر كنند بطوريكه تنها عناصر اتصالي شده را سرياً قطع كنند. در نتيجه وقفه سرويس دهي و زيان هاي حاصل از خطا مينيمم مي شود. حال اگر قسمت معيوب قطع نشود و خطا ادامه پيدا كند نتايج زيان بار زير حاصل مي شود:
الف ) زيان به تجهيزات بر اثر آتش سوزي و تنش هاي مكانيكي
ب ) انفجار در تجهيزاتي كه عايق بندي روغن دارند
ج ) ايجاد اضافه ولتاژ يا كاهش ولتاژ در نزديكي محل خطا
د ) قطع جريان توان
ه ) كاهش حدود پايداري سيستم
و ) كار ناصحيح تجهيزات در نتيجه عدم تعادل سيستم
ز ) از بين رفتن تعادل و سنكرنيزم
وسايل حفاظتي
اصطلاحي است كه همه تجهيزات مورد استفاده براي تشخيص و مكان يابي خطا و همچنين ايجاد فرمان براي پاك كردن خطا از سيستم قدرت را شامل مي شود. پس علاوه بر رله ها، اصطلاح فوق شامل ترانسفورمرهاي جريان و ولتاژ و سيم بندي هاي AC و DC و هر وسيله ديگر مرتبط با رله هاي حفاظتي مي شود.
بمنظور تأمين نيازهاي مربوط به تشخيص حفاظتي با سرعت بهينه براي شكل هاي مختلف و شرايط كار گوناگون سيستم هاي قدرت، ضروري است كه انواع متفاوتي از انواع رله ها وجود داشته باشند كه به عملكرد كميت هاي سيستم قدرت پاسخ گويند.
براي مثال، مشاهده اندازه جريان خطا در بعضي حالت ها ترجيح دارد ولي اندازه گيري توان يا امپدانس ممكن است براي حالت هاي ديگر ضروري باشد.
طبقه بندي طرحهاي حفاظتي
متداولترين طرحهاي حفاظتي كه معمولاً براي حفاظت خطوط انتقال مركزي بكار برده مي شود به شرح زير مي باشد:
1 ) حفاظت ديستانس
2 ) حفاظت جريان زياد
3 ) حفاظت پايلوت
معيارهاي طراحي براي سيستم حفاظت
معيارهاي طراحي براي يك سيستم حفاظتي بطور خلاصه عبارتند از:
قابليت اطمينان (Reliability ): معياري براي درجه عملكرد صحيح و كامل سيستم حفاظتي بر اساس dependability (انجام كار صحيح در هنگام لزوم) و security (اجتناب از عملكرد بيجا) مي باشد. به عبارت ديگر وقتي يك خطا در ناحيه حفاظتي رله رخ دهد بايد سيستم حفاظتي با اطمينان كامل عمل كند. بعنوان مثال اگر يك ناحيه از سيستم قدرت دچار اتصال كوتاه شد سيستم حفاظت بايد ناحيه خطا دار را مشخص كند و قسمت خطا دار را جدا كند بايد توجه كرد كه فقط بايد قسمت خطادار جدا شود اگر اين عمل صورت نگرفت گفته مي شود كه سيستم حفاظت درست عمل نكرده است. همچنين اگر چندين سال خطايي روي سيستم صورت نگيرد و رله هاي حفاظتي هيچ گونه عملي انجام ندهند بايد قادر باشند كه هر آن كه خطايي روي سيستم صورت گرفت آن را حس كنند و عمل مناسب را انجام دهند.
قابليت تشخيص (selectivity or discrimination ): صفتي است كه به موجب آن يك سيستم حفاظتي بين آن شرايطي كه بايد عمل كند و نبايد عمل كند تمايز قايل مي شود. بعنوان مثال يك رله در اثر شرايط گذرا مثل جريان هاي مغناطيس كننده ترانسفورمرهاي بزرگ يا نوسانات قدرت نبايستي عمل كند.
پايداري (stability ): براي حفاظت يك سيستم قدرت آن سيستم را به چند ناحيه تقسيم مي كنند و هر ناحيه توسط يك دسته رله حفاظت مي شود. بنابراين اگر خطايي در ناحيه حفاظتي يك رله قرار نگرفته باشد ولي بعنوان مثال جريان زيادي به خاطر اين خطا از ناحيه حفاظتي رله بگذرد رله بايد در مقابل اين جريان پايدار بماند.
سرعت عملكرد (fast operation ): توانايي سيستم حفاظتي بمنظور قطع عنصر معيوب بطور سريع با كمترين زمان تداوم خطا و كمترين زيان به تجهيزات را سرعت عملكرد مي گويند.
ساده بودن (simplicity ): نشانه يك طراحي خوب داشتن كمترين تجهيزات و مدارات در طرح حفاظتي مي باشد.
مسايل اقتصادي (economics ): بايد بيشترين حفاظت ممكنه با كمترين هزينه انجام شود. يك سيستم حفاظتي ممكن است داراي قابليت اطمينان بالايي باشد ولي هزينه آن نيز فوق العاده باشد. در طراحي خوب بايد قابليت اطمينان در مقابله با اقتصاد به تعادل برسد.
روشهاي كلي حفاظت
الف ) سيستم حفاظت با حوزه غير محدود (non – unit schemes ) :
اين سيستم تقريباً بدون استثنا از روش درجه بندي زماني استفاده مي كند، و به وسيله ولتاژ و يا جريان، در يك نقطه بخصوص از سيستم قدرت تغذيه مي شوند. سيستم هاي حفاظت ديستانس و جريان زياد از مثالهاي بارز آن مي باشند.
روش درجه بندي زماني به صورتي اعمال مي شود كه وقتي خطايي صورت مي گيرد تعدادي از رله هاي حفاظتي خطا را ديده، اما فقط آنهايي كه نزديكتر به خطا هستند فرمان قطع را صادر مي كنند. با قطع قسمت خطا دار عمل رله هاي ديگر ناتمام مانده و به حالت اوليه باز مي گردند.
ب ) سيستم حفاظت با حوزه محدود (unit schemes ) :
سيستم هاي حفاظتي درجه بندي شده اگر چه از نظر سادگي در اصول، جالب توجه هستند، اما همه خواسته هاي حفاظتي يك سيستم قدرت را برآورده نمي سازند. مشكلات عملي اين نوع حفاظت ها از دو علت ناشي مي شود:
1 ) براي يك شبكه پيچيده، هميشه نمي توان عمل درجه بندي را بنحو مطلوبي انجام داد.
2 ) تنظيم درجه بندي ممكن است از حداكثر زمان قطع براي جلوگيري از وجود اختلال در سيستم قدرت تجاوز نمايد.
اين مسايل منجر به پيدايش ايده حفاظت واحدي يا حفاظت با حوزه محدود گشته كه در آن قسمت هايي از سيستم قدرت بطور مجزا و بدون ارتباط با بقيه سيستم، حفاظت مي گردند.
در مواردي، شكل و نحوه استقرار سيستم قدرت بخودي خود حفاظت واحدي را بوجود مي آورد. بعنوان مثال يك رله اتصال زمين كه در انتهاي فيدر يك ترانسفورمر قرار گرفته بشرط آنكه سيم پيچ ترانس مربوط به آن فيدر زمين نشده باشد مي تواند به صورت يك حفاظت واحدي تلقي گردد. در اين حالت عمل حفاظت محدود به ناحيه فيدر و سيم پيچ ترانس مي شود. زيرا كه ترانس مزبور قادر به انتقال مولفه توالي صفر جريان اتصالي به خارج از ناحيه حفاظت شده نيست.
حفاظت واحدي غالباً دربر گيرنده اندازه گيري جريان هاي اتصالي در هر يك از دو انتهاي ناحيه حفاظت شده و تبادل اطلاعات بين تجهيزات مستقر در مرزهاي ناحيه مزبور است. بايد توجه شود كه رله هاي ديستانس اگر چه اسماً فقط به اتصالي هاي ناحيه تنظيمشان عكس العمل نشان مي دهند، اما شرايط مربوط به حفاظت واحدي را برآورده نمي سازند زيرا اگر بخواهيم دقيق باشيم، ناحيه حفاظتي در اين مورد به روشني مشخص نمي باشد بلكه فقط در محدوده دقت اندازه گيري تعريف مي شود.
نخستين اصول حفاظت واحدي توسط مرز و پرايس بنياد شد بطوريكه سيستمهاي ديفرانسيل اصولي آنها مبناي براي توسعه نحوه حفاظت فيدرها و بسياري ديگر از اجزاء نيروگاه ها گرديد.
حفاظت اصلي و پشتيبان
يك سيستم قدرت براي حفاظت به چندين ناحيه تقسيم مي شود. براي هر ناحيه يك طرح حفاظتي وجود دارد. وظيفه حفاظت اوليه هر ناحيه اين است كه خطا را تشخيص داده و المان خطادار را جدا كند. اگر به هر دليلي حفاظت اوليه موفق به انجام اين كار نشد يك حفاظت پشتيبان وجود دارد تا اينكه خطا را پاك كند. سه نوع حفاظت پشتيبان وجود دارد:
1 ) پشتيبان دور (Remote Back Up ): در اين نوع، رله هاي پشتيبان در ايستگاه هاي همسايه قرار دارند. اين نوع ارزانترين و ساده ترين شكل حفاظت پشتيبان مي باشد كه به طور گسترده اي در خطوط انتقال كار برد دارد.
2 ) رله پشتيبان ( Relay Back Up ): اين نوع حفاظت يك نوع حفاظت پشتيبان محلي است كه در آن يك رله اضافي براي حفاظت پشتيبان پيش بيني شده است. اين رله ثانويه در صورتيكه رله اصلي موفق به عمل نشود همان بريكر رله اصلي را بدون تأخير قطع مي كند. اين رله ها از ترانسفورمرهاي جريان و ولتاژ جداگانه اي تغذيه مي شوند.
3 ) بريكر پشتيبان (Breaker Back Up ): اين نيز يك نوع پشتيبان محلي مي باشد. اين نوع پشتيبان براي باس هايي كه تعدادي بريكر به آن وصل مي باشد لازم است.اگر يك رله حفاظتي در جواب به يك خطا عمل كند اما بريكر مربوطه قطع نكند. آنگاه خطا يك خطاي باس مي شود. در چنين وضعيتي لازم است كه همه بريكرهاي ديگر در باس بار مربوطه بعد از يك تأخير زماني عمل كند. رله اصلي كنتاكتور يك رله پشتيبان را مي بندد كه اين باعث مي شود در صورتيكه بريكر مربوطه مدار را قطع نكند باعث قطع ساير بريكرها شود.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.