کاربرد رله های قابل برنامه ریزی عددی

ادامه ی مطلب  حفاظت ژنراتور

بخش ۱۴ – مثال های کاربرهای برای حفاظت ژنراتور و تنظیمات رله های حفاظتی ژنراتور

شکل. 32 تا 36 نمونه هایی از بسته های حفاظتی را نشان می دهد.

شکل 32 نشان دهنده حداقل حفاظت ، ژنراتور تنها با حفاظت اضافه جریان است. ژنراتورهایی با چنین حداقل حفاظتی به خاطر وجود رله های دارای پردازنده و چند تابعی الان مرسوم نیستند. چنین حفاظتی احتمالا فقط در ژنراتورهای بسیار کوچک ((< 50 kVA) که برای حالت استندبای  که هرگز با شبکه برق یا سایر ژنراتورها موازی یا پارالل نمی شوند استفاده می شوند،. ممکن است به نظر برسد که استفاده از CT ها در خنثی یا نول همانطور که نشان داده شده بدون مزیتی باشد، زیرا ممکن است رله ها با CT در سمت ترمینال سریعتر عمل کنند. افزایش سرعت باعث افزایش جریان از منبع خارجی می شود. با این حال، اگر CTها در سمت ترمینال ژنراتور واقع شده باشد، قبل از قرار دادن دستگاه به صورت آنلاین، هیچ حفاظتی وجود نخواهد داشت. این توصیه نمی شود زیرا یک ژنراتور با خطای داخلی می تواند در هنگام اعمال میدان تخریب شود.

تصویر 32. مثال حفاظت حداقل  (زمین کم مقاومت).

شکل 33 حداقل حفاظت پیشنهاد شده را با مقاومت زمین کم نشان می دهد. این شامل حفاظت دیفرانسیل است که پاسخ سریع و انتخابی را فراهم می کند، اما حفاظت دیفرانسیل در ژنراتور کمتر از 2 مگاوات و 480 ولت و کمتر و ژنراتورهایی که با ژنراتور های دیگر پارالل نمی شوند کمتر رایج است. رله دیفرانسیل به هم خطا از ژنراتور و هم از سیستم خارجی پاسخ می دهد. در حالی که رله دیفرانسیل سریع است، کاهش آهسته ی میدان ژنراتور باعث می شود ژنراتور جریان خطا را تغذیه کند

با این وجود، عملکرد سریع رله ، سهم جریانی منبع خارجی را در خطا قطع می کند که ممکن است حتی بیشتر از سهم تولید کننده باشد. قطع سریع از منبع خارجی اجازه می دهد تا ولتاژ سریع به مقدار مورد نیاز برای بارها رسیده و آسیب و هزینه تعمیرات را کاهش می دهد

شکل 33- مثال حداقل حفاظت پیشنهاد شده (زمین کم مقاوت).

رله دیفرانسیل (87G) می تواند خطای های زمین، بسته به امپدانس زمین را محافظت کند. عملکرد 51N  در شکل 33 حفاظت پشتیبان را برای 87G  فراهم می کند و اگر حفاظت دیفرانسیل (87G) به اندازه کافی حساس به سطح جریان زمین حساس نباشد،51N   حفاظت اولیه خواهد بود.

در شکل 33،حفاظت اضافه جریان زمانی ولتاژ کنترل شده یا ولتاژ محدود شده 51V در CT در سمت بالای ولتاژ / سیستم ژنراتور نشان داده شده است. این اجازه می دهد تا رله مشارکت سیستم در یک خطای  ژنراتور را شناسایی کند و ببیند. این رله حفاظت پشتیبان برای رله دیفرانسیل (87G) و برای رله ها و بریکرهای خارجی فراهم می کند. از آنجایی که این رله CT ها را در قسمت ژنراتور نظارت می کند، قبل از اینکه واحد آنلاین نباشد ، حفاظت پشتیبان را فراهم نمی کند. اگر هیچ منبع خارجی و 87G  وجود نداشته باشد، یا اگر مورد نظر است که 51V  حفاظت ژنراتور را در حالی که بریکر باز است فراهم کند،51V را  به CT طرف خنثی متصل کنید.

شکل 33 سه رله را نشان می دهد که CT های مشابه را با یک رله دیفرانسیل به اشتراک می گذارند. این کار با رله های حالت جامد و عددی(solid-state and numeric relays) عملی است، زیرا بار یا همان بردنِ کم به طور قابل توجهی کیفیت حفاظت رله دیفرانسیل را کاهش نمی دهد. CT مشترک یک نقطه احتمال نقص تمام رله های متصل شده نیست. یک خطای سیم کشی سی تی یا اتصلا کوتاه بعید است که حفاظت  87G  و 51V  را غیر فعال کند. در عوض، یک اتصال کوتاه یا نقص در اتصالات  CT ، مدار دیفرانسیل را نامتعادل می کند و باعث می شود 87G  تریپ کند. CT های مستقل می تواند برای فراهم کردن پشتیبانی بهتر استفاده شود، هرچند این یک مزیت کم است. با این حال، یک CT جداگانه برای عملکرد 51N  استفاده می شود که برای خطاهای با بیشترین احتمال حفاظت را تامین می کند

عملکرد رله توان  معکوس (32) در شکل 33 از موتوری شدن مولد جلوگیری می کند و اگر توان موتوری به طور قابل توجهی باعث کاهش ولتاژ یا اضافه بار تجهیزات شود رله توان معکوس می تواند حفاظت مهمی را برای سیستم خارجی ایجاد کند،. به همین ترتیب، حفاظت از دست دادن میدان (40) دارای مزایای حفاظت دوگانه در برابر اضافه حرارت روتور و در برابر کاهش ولتاژ سیستم به علت جذب توان راکتیو است. رله حرارتی (49) در برابر گرمای اضافه استاتور به علت کشیدن توان راکتیو زیاد و مشکل دیدین سیستم خنک کنندگی ژنراتور حفاظت می کند. حتی اگر سیستم تحریک با یک محدود کننده حداکثر تحریک مجهز شده باشد، خطای  تنظیم کننده ولتاژ یا یک کنترل دستی معیوب می تواند باعث تولید اضافه توا راکتیو زیادی شود.رله فرکانس (81O/U) ژنراتور را از کارکرد خارج از فرکانس نامی  محافظت می کند و جدا شدن ژنراتور را از شبکه برق حس می کند. رله آندر و اورولتاژ (27/59) مشکلات سیستم تحریک و برخی از شرایط خطای طولانی را تشخیص می دهد.

شکل 34 حداقل حفاظت را برای یک ژنراتور زمین شده با امپدانس متوسط ​​را نشان می دهد. این فقط در استفاده از یک رله دیفرانسیل زمین (87N ، بخشی از BE1-11g یا BE1-67N) با شکل 33 متفاوت است. این حفاظت، پاک شدن سریع تر خطای های زمین را فراهم می آورد که در آن امپدانس زمین برای اندازه گیری خطای های زمین با عملکرد دیفرانسیل فاز (87G) خیلی زیاد است. این عملکرد جریان زمین را در ترینال های ولتاژ بالای ژنراتور را به جریان زمین در نول ژنراتور مقایسه می کند. رله 51N برای دیفرانسیل زمین (87N) و برای خطای های خارجی، با استفاده از حالت  (قطب کنندگی)polarizing جریان، حفاظت  پشتیبان را فراهم می کند. سیم پیچ قطبی جریان = خنثی را اندازه گیری می کند.

شکل 34- نمونه ی حفاظت حداقل پیشنهاد شده (زمین شده با امپدانس متوسط).

شکل 35 حداقل حفاظت اولیه برای ژنراتور زمین شده با امپدانس بالا را نشان می دهد. فقط در حفاظت رله زمین و روش زمین کردن با شکل 33 متفاوت است. واحد های ولتاژ 59N/27 حفاظت زمین تنها را فراهم می کنند، زیرا جریان خطای زمین برای عملکرد دیفرانسیل فاز (87G) بسیار کوچک است. رله 59N  اگر مولد های دیگر موازی باشند، انتخابی نخواهد بود، زیرا تمام رله های 59N  یک خطای زمین را مشاهده می کنند و در همان زمان  عمل می کنند. اگر Y-Y VTs ۳ فاز  زمین در شکل 35 اعمال شود، 27 و 59 می توانند حفاظت از خطای زمین بیشتر فراهم کنند و یک ترمینال ژنراتور اضافی 59N حفاظت از تغییر زمین می تواند اعمال شود.

شکل 35- مثال حداقل حفاظت پیشنهاد شده (زمین با امپدانس بالا).

Basler BE1-11g، BE1-11f و BE159N شامل حفاظت کم ولتاژ(آندرولتاژ) هارمونیک سوم (27-3N) است که نظارت بر سیستم زمین را فراهم می کند، و از خطای های اطراف خنثی ژنراتور محافظت می کندو اتصال کوتاه یا باز در اتصال زمین ژنراتور یا در مدار ثانویه ترانسفورماتور توزیع را تشخیص می دهد.

شکل 36 استفاده از رله های اضافی برای حفاظت گسترده تر را نشان می دهد: رله اضافه تحریک (24)، رله اضافه ولتاژ و اضافه جریان توالی منفی (46 و 47)، حافظت اضافه جریان زمین (51GN)، رله ولتاژ تعادل (60) رله میدان زمین (64F)، رله فرکانس (81) و ترکیب رله 27/50/62 برای محافظت در برابر برقدار کردن ناخواسته. رله 51GN  یک روش دوم برای شناسایی خطای های زمین استاتور یا خطای ها در اتصالات ژنراتور یا خطای ها در سیم پیچ های مثلث ترانسفورماتور فراهم می کند. حفاظت دیفرانسیل 87T  و رله فشار ناگهانی 63  از ترانسفورماتور افزاینده واحد محافظت می کنند. رله 51N  حفاظت پشتیبان برای خطای های خارجی زمین و خطای های در سیم پیچ های ترانسفورماتور ولتاژ بالا فراهم می کند .این حفاظت همچنین ممکن است به یک وضعیت باز شدن فاز یا یک جرقه قطع کننده برکر که ژنراتور را برقدار می کند عکس العمل نشان دهد. حفاظت 51N  برای مورد جرقه یا تخیلیه الکتریکی خیلی کند باشد زیرا باید با رله های خارجی هماهنگ شود و یک پشتیبان آخر برای خطای های خارجی است.

شکل ۳۶ –VT  های با اتصال WYE، مناسب با یک باس فاز ایزوله یا جدا شده (AN ISOLATED-PHASE BUS).

شکل 37. ژنراتور زمین شده (LOW Z GROUNDED GENERATOR)Z مقاومت کم با تریپ ترتیبی و سنکرون چک(J-CASE)

کاربرد رله های قابل برنامه ریزی عددی

شکل 3۸. ژنراتور زمین شده (High GROUNDED GENERATOR)Z مقاومت زیاد با تریپ ترتیبی

رله های قابل برنامه ریزی عددی شامل بسیاری از توابع مورد بحث در این دستورالعمل در یک بسته واحد است. شکل. 36 و 37  BE1-11g که برای حفاظت از ژنراتور استفاده شده است را نشان می دهد. به دلیل پیچیدگی لاجیک، جزئیات کامل نشان داده نمی شود. جزئیات این کاربرد ها را می توان در دستورالعمل های مربوطه مشاهده کرد

تنظیمات معمول و رله ها

جدول 1 توابع قابل اجرا در این مطلب را توضیح داده شده است را نمایش می دهد. ستون سمت راست تنظیمات معمولی را برای استفاده به عنوان نقطه شروع در پروسه ی تعیین تنظیمات را نمایش می دهد. تنظیمات مناسب به شدت تحت تاثیر شرایط هر پروژه می باشد. تنظیمات معمول نیز به عنوان کمک در انتخاب حدود دامنه  انتخاب نمایش داده شده است.

جدول 2 لیستی از رله های Basler معمولی قابل استفاده برای حفاظت از ژنراتور را نشان می دهد. دو کلاس از رله ها در جدول 2 ارائه شده است؛ حفاظت کلاسیک تک “گرید شبکه” (با استاندارد IEEE C37.90 آزمایش شده است) رله های BE1- XXX و رله های گرید شبکه(utility grade) چند منظوره. اطلاعات اضافی در مورد هر رله در وب سایت Basler Electric www.basler موجود است

مراجع

1. IEEE C37.101, IEEE Guide for Generator Ground Protection 2. IEEE C37.102, IEEE Guide for AC Generator Protection 3. IEEE C37.106, IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Generating Plants 4. J. Lewis Blackburn, “Protective Relaying: Principles and Applications”, 2nd Edition, Marcel Dekker, Inc., 1998. 5. S. Horowitz and A. Phadke, “Power System Relaying”, John Wiley & Sons, Inc., 1992.