ΚΕΝΤΡΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 8ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΞΑΜΗΝΙΑΙΟ ΘΕΜΑ 3. Προστασία Γραµµής Μεταφοράς ιπλού Κυκλώµατος

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Τοµέας Ηλεκτρικής Ισχύος Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου, Αθήνα Αναπλ. Καθηγητής : Γ. Κορρές ΚΕΝΤΡΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 8ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΞΑΜΗΝΙΑΙΟ ΘΕΜΑ 3 Προστασία Γραµµής Μεταφοράς ιπλού Κυκλώµατος Γεννήτρια G1 0K Γεννήτρια G 0K Ζυγός 0 Ζυγός 3 M/Σ 60ΜA 0/150K X=.5Ω M/Σ 60ΜA 0/150K X=.5Ω Ζυγός 1 Ζυγός Κύκλωµα Α Χ=150Ω ιακόπτες Ισχύος Χ=150Ω M/Σ 40ΜA 150/0K X=.5Ω Κύκλωµα Β Ζυγός 4 Καταναλώσεις Μ.Τ. 1

2 Γενική περιγραφή λειτουργίας Στο παραπάνω Σ.Η.Ε. βρίσκεται σε λειτουργία µόνο η γεννήτρια G1. Οι µετασχηµατιστές, έχουν αµελητέα ωµική αντίσταση και η επαγωγική τους αντίδραση είναι ανηγµένη στα ονοµαστικά τους µεγέθη. Η γραµµή µεταφοράς διπλού κυκλώµατος (κυκλώµατα Α, Β) έχει αµελητέα ωµική αντίσταση και επαγωγική αντίδραση 150Ω / ανά κύκλωµα. Σε κανονική κατάσταση λειτουργεί µόνο το κύκλωµα Α της γραµµής µεταφοράς. Η µέγιστη ικανότητα µεταφοράς ισχύος της γραµµής είναι 50ΜW / ανά κύκλωµα. Στο ζυγό 1 (υποσταθµό 1) είναι εγκατεστηµένο ένα PLC, το οποίο αποτελεί τµήµα ολοκληρωµένου συστήµατος SCADA. Με τη βοήθεια του συστήµατος SCADA και τη χρήση κατάλληλων µορφοτροπέων, επιτηρούνται οι καταστάσεις (ON/OFF) των διακοπτών ισχύος της γραµµής µεταφοράς, καθώς επίσης και τα µέτρα και οι φασικές γωνίες των φασικών τάσεων των ζυγών 1 και. Οι µορφοτροπείς έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Μορφοτροπέας (Transducer) Τάσεως Μορφοτροπέας (Transducer) Φάσεως Είσοδος Έξοδος Είσοδος Έξοδος 0 k 0 0 µοίρες k µοίρες 10 Η ενεργός ισχύς, σε MW, από το ζυγό 1 προς το ζυγό δίνεται από τη σχέση: P = 3 sin ( δ δ ) X1 Επειδή η γραµµή έχει αµελητέα ωµική αντίσταση P1 = P1. Η άεργος ισχύς, σε MAr, από το ζυγό 1 προς το ζυγό δίνεται από τη σχέση: Q = 3 cos 1 X1 ( δ δ ) Η άεργος ισχύς, σε MAr, από το ζυγό προς το ζυγό 1 δίνεται από τη σχέση: Q 1 1 = 3 cos 1 X1 ( δ δ ) Οι ενεργές απώλειες της γραµµής δίνονται από τον τύπο: P = P + P losses 1 1 Οι άεργες απώλειες της γραµµής δίνονται από τον τύπο: Q = Q + Q losses 1 1

3 Σε κανονική κατάσταση λειτουργεί µόνο το κύκλωµα Α της γραµµής µεταφοράς, µε αποτέλεσµα να είναι κλειστοί οι διακόπτες ισχύος D1A και DA (D1A= 1, DA= 1 ) και ανοικτοί οι διακόπτες ισχύος D1Β και DΒ (D1Β= 0, DΒ= 0 ). Σε αυτή την κατάσταση πρέπει να ανάβει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α. Από την παραπάνω κατάσταση λειτουργίας µπορούν να προκύψουν οι ακόλουθες καταστάσεις λειτουργίας: 1. Να υπάρξει κάποιο βραχυκύκλωµα στο κύκλωµα Α της γραµµής µεταφοράς (D1A= 0, DA= 0 ). Τότε πρέπει να σβήσει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α και να ανάψει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Β, καθώς επίσης να ενεργοποιηθεί το relay RELAY ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΤΑΞΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ B που θα θέσει σε λειτουργία το κύκλωµα Β της γραµµής µεταφοράς. Επειδή όµως στην προσοµοίωσή µας δε θαέχουµε κάποιο relay, θα κλείσουµε χειροκίνητα τους διακόπτες ισχύος D1Β και DΒ (D1Β= 1, DΒ= 1 ).. Να υπερφορτωθεί το κύκλωµα Α της γραµµής µεταφοράς ( P 1 50MW ή P1 50MW ). Σε αυτή την περίπτωση, προκειµένου να µην καταστραφεί το κύκλωµα Α, θα πρέπει να ενταχθεί και το κύκλωµα Β. Τώρα πλέον θα έχουµε δύο γραµµές παράλληλα, µε αποτέλεσµα η ισοδύναµη επαγωγική αντίδραση να είναι η µισή έκαστου κυκλώµατος, θα ανάψει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α+Β, θα σβήσει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α και θα ενεργοποιηθεί το relay RELAY ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΤΑΞΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ B, που θα θέσει σε λειτουργία το κύκλωµα Β της γραµµής µεταφοράς. Επειδή όµως στην προσοµοίωσή µας δεν έχουµε κάποιο relay, θα κλείσουµε χειροκίνητα τους διακόπτες ισχύος D1Β και DΒ (D1Β= 1, DΒ= 1 ). Από τις παραπάνω καταστάσεις λειτουργίας µπορούν να προκύψουν οι ακόλουθες 4 καταστάσεις λειτουργίας. 1. Αν έχει υπάρξει κάποιο βραχυκύκλωµα στο κύκλωµα Α της γραµµής µεταφοράς Να υπάρξει κάποιο βραχυκύκλωµα στο κύκλωµα Β της γραµµής µεταφοράς (D1Β= 0, DΒ= 0 ). Τότε πρέπει να σβήσει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Β, και να ανάψουν οι ενδεικτικές λυχνίες ΕΝΤΑΞΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ, ΚΥΚΛΩΜΑ Α+Β ΕΚΤΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ. Να υπερφορτωθεί το κύκλωµα Β της γραµµής µεταφοράς ( P 1 50MW ή P MW ). Τότε πρέπει να σβήσει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Β, και να ανάψουν οι ενδεικτικές λυχνίες ΕΝΤΑΞΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ, ΚΥΚΛΩΜΑ Α+Β ΕΚΤΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Αν έχει υπάρξει κάποια υπερφόρτιση στο κύκλωµα Α της γραµµής µεταφοράς Να υπάρξει κάποιο βραχυκύκλωµα στο κύκλωµα Α ή Β της γραµµής µεταφοράς. Τότε πρέπει να σβήσει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α+Β, και να ανάψουν οι ενδεικτικές λυχνίες ΕΝΤΑΞΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ, ΚΥΚΛΩΜΑ Α+Β ΕΚΤΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ. 3

4 Να υπάρξει κάποια υπερφόρτιση στα κυκλώµατα Α και Β της γραµµής µεταφοράς. Τότε πρέπει να σβήσει η ενδεικτική λυχνία ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α+Β, και να ανάψουν οι ενδεικτικές λυχνίες ΕΝΤΑΞΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ, ΚΥΚΛΩΜΑ Α+Β ΕΚΤΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ. Στο παρακάτω σχήµα φαίνονται αναλυτικά όλες οι παραπάνω περιπτώσεις. D1A=0 DA=0 Βραχυκύκλωµα στο κύκλωµα Β Βραχυκύκλωµα στο κύκλωµα Α (Ενεργοποίηση Γεννήτριας G) Κύκλωµα Α D1A=1 DA=1 Υπερφόρτωση του κυκλώµατος Β Αρχική κατάσταση της γραµµής D1B=1 DB=1 (Ενεργοποίηση Γεννήτριας G) D1B=0 DB=0 Κύκλωµα Β D1A=1 DA=1 Βραχυκύκλωµα στο κύκλωµα Α ή στο κύκλωµα Β (Ενεργοποίηση Γεννήτριας G) Υπερφόρτωση του κυκλώµατος Α D1B=1 DB=1 Υπερφόρτωση του κυκλώµατος Α και του κυκλώµατος Β (Ενεργοποίηση Γεννήτριας G) Να γραφεί πρόγραµµα σε STEP7 (LAD ή FBD και STL), κατάλληλο για χρήση στον εργαστηριακό προσοµοιωτή (Σχ. ), το οποίο θα υλοποιεί το παραπάνω σύστηµα ελέγχου και θα υπολογίζει τη ροή ενεργού και αέργου ισχύος στη γραµµή µεταφοράς, καθώς επίσης και τις αντίστοιχες απώλειες (σε MW και MAr αντίστοιχα), λαµβάνοντας υπόψη και τις καταστάσεις των διακοπτών, όπως αυτές τηλεµετρούνται από το σύστηµα SCADA. Για τις ψηφιακές και αναλογικές εισόδους και τις ψηφιακές εξόδους της εφαρµογής, να χρησιµοποιηθεί η συµβολική ονοµασία της διάταξης PLC του Σχ. 1. 4

5 Τροφοδοτικό PLC (-) (+) ΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΖΥΓΟΥ 1 ΓΩΝΙΑΣ ΤΟΥ ΖΥΓΟΥ 1 ΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΖΥΓΟΥ ΓΩΝΙΑΣ ΤΟΥ ΖΥΓΟΥ ΤΑΣΗΣ ΖΥΓΟΥ 1 ΓΩΝΙΑΣ ΖΥΓΟΥ 1 ΤΑΣΗΣ ΖΥΓΟΥ ΓΩΝΙΑΣ ΖΥΓΟΥ I C I C I C I C D1A D1B DA DB (-) (+) I14.0 I14.1 I14. I14.3 I C I C I C I C PIW56 PIW58 PIW60 PIW6 ΕΙΣΟ ΟΙ PLC ΕΞΟ ΟΙ (+) (-) Q14.0 Q14.1 Q14. Q14.3 Q14.4 Q14.5 RELAY ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΤΑΞΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Β ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Β ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α+Β ΚΥΚΛΩΜΑ Α+Β ΕΚΤΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΕΝΤΑΞΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ Σχήµα 1. ιάταξη του PLC (Σύνδεση ψηφιακών / αναλογικών εισόδων και ψηφιακών εξόδων και αντίστοιχη συµβολική τους ονοµασία) 5

6 DC4 ON OFF PS 307 A OLTAGE SELECTOR RUN-P RUN STOP MRES SIEMENS SF BAF DC5 FRCE RUN STOP CPU 31 C DI10/DO8 AI8 A B Q14.0 Q14.1 Q14. Q14.3 Q14.4 Q14.5 RELAY ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΤΑΞΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Β ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Β ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Α+Β ΚΥΚΛΩΜΑ Α+Β ΕΚΤΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΕΝΤΑΞΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ I14.0 I14.1 I14. I14.3 I14.4 PIW56 PIW58 PIW60 PIW6 D1A D1B DA DB ΤΑΣΗ ΖΥΓΟΥ 1 ΓΩΝΙΑ ΖΥΓΟΥ 1 ΤΑΣΗ ΖΥΓΟΥ ΓΩΝΙΑ ΖΥΓΟΥ I14.5 I14.6 I14.7 I15.0 I15.1 Σχήµα. ιάταξη του προσοµοιωτή PLC 6