تاثیر مدهاي کاري جبرانساز خازن سري در خطوط انتقال بر عملکرد رلهدیستانس

Transcript

1 و 3 تاثیر مدهاي کاري جبرانساز خازن سري در خطوط انتقال بر رلهدیستانس مظاهرساغري مهدي فرزینفر و الهام وزیري 1 2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات سمنان ایران 1 saghari.mazaher@yahoo.com 2 Farzinfar.mehdi@gmail.com 3 elham_vaziri1985@yahoo.com چکیده - در این مقاله رله حفاظتی دیستانس در خطوط انتقال جبرانسازي شده بوسیله خازن سري مورد ارزیابی قرار گرفته است. نصب جبران کننده ي خازن سري در خط انتقال باعث افزایش یا کاهش دید رله ي دیستانس می شود. در مطالعات انجام شده تاثیر جبران کننده خازن سري بر حفاظت دیستانس براي خطاهاي تکفاز مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله ابتدا با معرفی خازن سري و تجهیزات آن و نیز بررسی دلایل استفاده از جبرانساز در خط انتقال یک مدل دقیق آن اراي ه شده است. سپس چالشهایی که یک مهندس حفاظت براي تنظیمات حفاظت دیستانس خطوط جبرانسازي شده با آن مواجه می شود مطرح و مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از ویژگیهاي نوین این مقاله تحلیل و بررسی رلههاي دیستانس در دو حالت حفاظت اضافه ولتاژ خازن سري و نیز بدون آن به ازاي وقوع انواع مختلف خطا در درصدهاي متفاوت خط حفاظت شده میباشد. مدلسازي شبکه نمونه جبرانسازي شده و شبیه سازي رله دیستانس توسط نرم افزار MATL انجام شده است. کلید واژه- افزایش برد'خازن سري'کاهش برد'حفاظت دیستانس. مقدمه 1- امروزه در سیستم قدرت جهت افزایش توان انتقالی خطوط بهبود پایداري سیستم کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ استفاده از جبرانساز سري بسیار مورد توجه بهره برداران سیستم قدرت قرار گرفته است. حفاظت دیستانس به عنوان حفاظت اصلی خطوط انتقال می باشد سرعت و صحیح حفاظت دیستانس رابطه مستقیم با قابلیت اطمینان سیستم دارد [1]. از آنجا که مدهاي کاري جبرانساز سري تاثیر مستقیم بر حفاظت دیستانس دارد در [2] تاثیر جبرانساز سري بر حفاظت دیستانس براي خطاهاي تکفاز مورد بررسی قرار گرفته در [3] دلایل نصب جبرانساز سري در شبکه انتقال مورد مطالعه قرار گرفته در [4] الگوریتم برد اول حفاظت دیستانس براي حفاظت از خط جبران شده اراي ه شده در [5] روش هاي هماهنگی رله هاي حفاظتی خطوط در حضور خازن سري بررسی شده است. در این مقاله ابتدا با معرفی خازن سري و تجهیزات آن و نیز بررسی دلایل استفاده از جبرانساز در خط انتقال یک مدل دقیق آن اراي ه شده است سپس چالشهایی که یک مهندس حفاظت براي تنظیمات حفاظت دیستانس خطوط جبرانسازي شده با آن مواجه می شود مطرح و مورد بررسی قرار می گیرد. در کارهاي گذشته تنها خطاي تکفاز مورد بررسی قرار گرفته و از سویی دیگر احتمال حفاظت اضافه ولتاژ جبرانساز سري مورد بررسی قرار نگرفته بود. از اینرو بر آن شدیم به تحلیل و بررسی رله دیستانس در دو حالت حفاظت اضافه ولتاژ خازن سري و نیز بدون آن به ازاي وقوع انواع مختلف خطا در درصدهاي متفاوت خط حفاظت شده بپردازیم. مدل اراي ه شده براي جبرانساز سري مطابق با مدل [4] می باشد و مدلسازي شبکه نمونه جبرانسازي شده و شبیه سازي حفاظت دیستانس توسط نرم افزار MATL انجام و نتایج آن آنالیز گردیده است. نتایج در قالب اشکال و جداول اراي ه و مورد مقایسه و بررسی قرار گرفت.

2 2- تي وري و مدل جبرانساز سري 1-2- قاعده کلی X = 1 را بانک خازنی راکتانس منفی به صورت بخشی از راکتانس القایی طول خط طبق رابطه دارا بوده که X = ωl از طریق کاهش زاویه فاز خط جبران می نماید. بانک خازنی در ابتدا وسط انتها و یا دو طرف خط انتقال نصب می گردد. نسبت K ضریب و یا درجه جبرانسازي خط می نامند که ضریب جبرانسازي در محدوده 0.7 K 0.25 قرار دارد.[1] شکل 1 یک شبکه شعاعی با جبرانساز سري را نشان می دهد. X, X, R به ترتیب مقاومت خط راکتانس خط و راکتانس خازنی هستند. اختلاف ولتاژ بین منبع و بار توسط دیاگرام فازوري به صورت زیر می باشد: 1 راکتانس کل خط برابر با بدون جبرانسازي سري خواهد بود X 2 راکتانس کل خط برابر با اما در حالت با جبرانسازي سري X X می باشد می توان نتیجه گرفت که X در حالت جبرانسازي شده کمتر از حالت بدون جبرانسازي شده است این کاهش راکتانس تاثیر مستقیم بر امپدانس اندازه گیري شده توسط رله دیستانس دارد [1] و [2]. شکل 1: شبکه شعاعی با جبرانساز سري. V = R. I cos(φ ) + (X X ). I sin(φ ) P = E. I cos(φ ), Q = E. I sin(φ ) بنابراین اختلاف ولتاژ: شکل 2 : پروفیل ولتاژ براي شبکه شعاعی باجبرانساز سري 2-2- توان انتقالی خازن سري در خط انتقال با کاهش راکتانس القایی باعث بالا رفتن توان انتقالی خط می شود. توان انتقالی خط طی شرایط ساده با دو منبع تغذیه به صورت ذیل شرح داده می شود. سیستم قدرت مشاهده شده در شکل a-3 بدون جبرانساز خازن سري و در شکل b-3 با جبرانساز خازن سري است. توسط معادله (4) و سیستم در انتقال یافته توان اکتیو (5) جبرانساز در خط انتقال محاسبه میشود. و با جبرانساز بدون V=...( ) (1) (2) (3) از معادله (3) نتیجه گرفته می شود تنظیم ولتاژ رابطه مستقیم با تغییرات زیاد بارها به با توجه جبرانساز دارد. نوسانات ولتاژ خواهیم داشت به همین منظور جهت بهبود بخشیدن به کیفیت بارها از جبرانساز خازن سري در خط انتقال استفاده می کنیم.[٢] در شکل 2 تاثیر خازن سري بر پروفیل ولتاژ براي شبکه شعاعی با بار القایی نشان داده شده است. همانطور که در شکل مشاهده می شود در محل بانک خازنی به دلیل راکتانس ولتاژ منفی افزایش یافته که به عنوان ولتاژ مثبت در نظر گرفته می شود. X راکتانس کل خط است. می توان ادعا کرد در پایان خط توان ظاهري ثابتی داریم. جبرانساز سري به وسیله ارسال توان راکتیو منفی در پایان خط به ضریب توان بهبود می بخشد. در حالت شکل 3 : سیستم انتقال توان با دو منبع a) بدون جبرانساز سري b) باجبرانساز سري P= sin δ P= sin δ (4) (5) 1 Without Series Compensation 2 With Series Compensation

3 در خط انتقال با جبرانساز سري با افزایش توان انتقالی خط تغییرات زاویه δ و تغییرات ولتاژ باس متصل به بار کمتر است نتیجه گرافیکی در شکل 4 نشان داده شده است. شکل 4 : a) منحنی توان-زاویه (M) بر امپدانس اندازه گیري شده در خطاي اتصال کوتاه تاثیر گذار هستند. مشخصه غیرخطی ولتاژ و جریان M اجازه می دهد از خازن سري در برابر اضافه ولتاژها محافظت کند. M ولتاژ دو سر خازن را در محدوده مجاز حفظ می کند. در شکل 5 رابطه غیرخطی ولتاژ و جریان M شبیه سازي شده توسط نرم افزار نشان داده شده است. زمانی که اضافه ولتاژ در دو سر خازن سري رخ می دهد در ولتاژهاي تعیین شده M شروع به هدایت می کند. ولتاژ محافظ به طور معمول بالاتر از شرایط عادي بهره برداري از شبکه است [4]. شکل 4 : b) منحنی توان- ولتاژ از دیگر مزایاي استفاده از جبرانساز سري جهت بهبود به بهره برداري سیستم هاي قدرت می توان به مواردي مانند افزایش ظرفیت انتقال خط افزایش کنترل پخش توان و کنترل ولتاژ کاهش تلفات کاهش تاثیرات محیطی کاهش هزینه هاي سرمایه گذاري (مانند احداث خط جدید) در خطوط انتقال HV و EHV اشاره کرد [3]. همه مزایا ذکر شده حاکی از کاهش راکتانس کل خط است اما این کاهش راکتانس مشکلاتی در زمان تنظیمات رله دیستانس رله توسط به دلیل تاثیر مستقیم بر امپدانس اندازه گیري دیستانس ایجاد می کند حفاظت خازن سري در طول دوره خطا جریان خطاي عبوري از خازن باعث تولید اضافه ولتاژ در ترمینالهاي خازن سري می شود. اضافه ولتاژهاي ظاهر شده در خط محافظت شده باعث بروز قوس در شاخکهاي موازي بانک خازنی سري می شود بنابراین براي محدود کردن ولتاژ دو سر خازن از حفاظت M استفاده می شود. به دلیل اثرات راکتانس جبرانساز تجهیزات حفاظتی خازن سري مانند 6 در شکل شکل 5 : مشخصه ولتاژ-جریان M تجهیزات مورد استفاده براي حفاظت بانک خازن سري در برابر اضافه ولتاژ نشان داده شده است. خطاهاي اتصال کوتاه شدید باعث اضافه ولتاژ بالا در ترمینال بانک خازنی شده و با عبور جریان بالا از M و یا بروز قوس در شاخکها رله اضافه جریان (نشان داده شده در شکل 6) تحریک شده و باعث کلید باي سپ می شود که در این حالت بانک خازنی از مدار خارج شده است. به طور معمول در جریان هاي بالاتر از 2 تا 3 برابر جریان نامی ) I جریان خط طبق رابطه زمانی باي سپ 10ms قبل از کار رله و ( قوس در فاصله صدور فرمان وصل به کلید بین شاخکها رخ می دهد. پس از قطع خط و جریان عیب (توسط رله دیستانس) کلید باي پس بعد از گذشت زمان 200ms به طور اتوماتیک باز خواهد شد و بانک خازنی مجددا در مسیر جریان بار خط قرار خواهد گرفت [1].

4 امپدانس دیده شده توسط رله می شود و اما شرایط دشوارتر زمانی است که قوس در شاخکها در پی برقراري جریان عیب روي ندهد و رله دیستانس امپدانس عیب را با وجود بانک خازنی اندازه گیري کند. -3 همچنین جذب انرژي شکل 6 : حفاظت جبرانساز خازنی سري در برابر اضافه ولتاژ کلید باي پس وظیفه محافظت از M را در برابر زیاد دارد. در حالتی که M در حال هدایت جریان است انرژي در خود M ذخیره می شود. M قبل از آنکه آسیب ببیند می تواند مقدار ماکزیمم انرژي در خود جذب کند بنابراین براي جلوگیري از آسیب دیدن M در یک سطح انرژي از پیش تعیین شده M از مدار خارج می شود. زمانی که انرژي جذب شده توسط M بیشتر از مقدار تنظیمی باشد به کلید باي پس فرمان وصل داده می شود. زمانی که انرژي جذب شده توسط M کمتر از مقدار تنظیمی باشد انرژي در خازن سري و M گردش می کند. مدل معادل M تابعی از جریان خط نرمالیزه شده بر اساس جریان سطح محافظتی خازن در شکل 7 نشان داده شده است [5]. شکل 7 : مدل معادل M محافظ بانک خازنی سري پارامترهاي مدل معادل M براي جریان هاي کمتر از جریان اتصال کوتاه توسط معادله (6) و (7) تعیین می شوند [2]. R = X ٠.٠٧٤٥ + ٠.٤٩e ٠.٢٤٣..٣٥. e ٥ ٠.٦e ١.٤ ) X = X ٠.١٠١٠ ٠.٠٠٥٧٤٩. I +.٢.٠٨٨. e ٠.٨٥٦٦. (6) (7) I بیان کننده جریان محافظت خازن است. خطا در واحد سطح جریان براي با توجه به مطالب اراي ه شده می توان ادعا کرد در خطاهاي اتصال کوتاه شدید امپدانس دیده شده توسط رله از مقدار امپدانس جبران شده به مقدار امپدانس جبران نشده به سرعت تغییر می کند که طی همین شرایط به دلیل سري شدن بخش دمپر (محدود کننده جریان خطا) با امپدانس خط باعث بالا رفتن تنظیمات حفاظت دیستانس معادله (8) براي محاسبه امپدانس ثانویه رله دیستانس براي خط بدون جبرانساز سري: Z = Z. l = [( R + jx ). l].. براي محاسبه امپدانس ثانویه رله دیستانس براي خط (8) معادله (9) با جبرانساز سري : Z = Z. l = [( R + jx jx ). l].. رله دیستانس داراي سه ناحیه حفاظتی و با زمان (9) حفاظت متفاوت می باشد. ناحیه هاي حفاظتی رله به شرح زیر می باشند [2]: 1- برد ناحیه اول براي %80 طول خط اول تنظیم می شود و زمان رله در این ناحیه آنی است. و = 0 1 T Z = 0.8(R + jx ) -2 برد ناحیه دوم براي حفاظت کل خط اول و %20 از کوتاهترین خط دوم تنظیم می شود زمان رله در این ناحیه با تاخیر زمانی 0.2s است. و T 2 = 0.2s Z = 1.2(R + jx ) 3- برد ناحیه سوم براي حفاظت کل خط اول و %40 از بلندترین خط دوم تنظیم می شود زمان رله در این ناحیه با تاخیر زمانی 1.5s است. و T 3 = 1.5s Z = 1.4(R + jx ) رله حفاظتی دیستانس با اندازه گیري امپدانس خطا و مقایسه با امپدانس تنظیمی تشخیص می دهد خطا را در چه زمانی از سیستم پاك کند بنابراین در صورتی که امپدانس تنظیمی دقیق نباشد باعث ناصحیح رله می شود. -4 چالشهاي حفاظت دیستانس با حضور جبرانساز خازن سري حفاظت خطوط موضوعات زیر دارد: سطح جبران کنندگی حفاظت خازن پیکربندي با جبرانسازي سري بستگی زیاد به محل قرار گرفتن (شکل) سیستم جبرانساز متعلقات بار خطوط محل ترانسفورماتورهاي قدرت پلاریزیشن رله ها طرح هاي تله پروتکشن

5 اتوریکلوزر و... علاوه براین مهندس حفاظت با چالشهاي متفاومتی ممکن است رو هب رو شود به دلیل آنکه در هنگام خطا رله دیستانس امپدانس عیب را با وجود بانک خازنی سري (خطاهایی که در آن M هدایت نمی کند) درخط اندازه گیري می نماید. سیستم با جبرانساز سري تحت تاثیر مساي ل مختلفی در ارتباط با حفاظت شامل معکوس شدن ولتاژ و جریان که به طور قابل توجهی منجر به عمل کرد نادرست رله در موقعیت هاي مختلف می شود شرایط معکوس شدن ولتاژ معکوس شدن ولتاژ زمانی رخ می دهد که همه امپدانس هاي بین منبع ولتاژ و خطا اندوکتیو هستند اما به طور همزمان امپدانس بین باس و نقطه خطا خازنی است. معکوس شدن ولتاژ باعث می شود که رله حفاظتی خط خطا را در جهت عکس ببیند. تصویر 8 راکتانس هاي سیستم با جبرانساز سري (با صرف نظر از مقاومت) را نشان می دهد. X, X, X راکتانس خط راکتانس خازن و راکتانس منبع هستند. تصویر 8 : خطا در خط انتقال منحنی 1 )بدون جبرانسازي سري منحنی 2 )با جبرانسازي سري با توجه به اینکه X, X راکتانس سلفی هستند جریان خطا در باس رله از طریق فرمول زیر محاسبه می شود.. I = ( ) (10) I جریان (X = X + X X نسبت به بسته به مقدار ) X ولتاژ 90 درجه پس فاز یا پیش فاز است. ولتاژ رله در باس R را می توان به صورت زیر بیان کرد: V = ji (X X ) =. (X (11) X ) با توجه به فرمول (11) نتیجه می گیریم ولتاژ رله زمانی معکوس خواهد شد که شرایط زیر برقرار باشد: بنابراین اگر خطا در پشت رله باشد رله ها خطا را در جهت مستقیم می بیند در نتیجه رله تصمیم نادرست می گیرد شرایط معکوس شدن جریان معکوس شدن جریان زمانی رخ می دهد که جریان در محل رله پیش فاز باشد به دلیل راکتانس خازنی بزرگ در حلقه خطا جریان 90 درجه از ولتاژ منبع جلوتر می باشد. معکوس شدن جریان زمانی رخ می دهد که شرط زیر بر قرار باشد:.X > X + X (13) به طور کلی احتمال رخ دادن معکوس جریان نادر است به دلیل آنکه طی چنین شرایطی افزایش زیاد جریان باعث M و کلید باي پس خازن شده در نتیجه خازن از مدار خارج می شود. اما در همین سیستم ها نیز در مواردي ممکن است که در اثر اتصال کوتاه با مقاومت خطاي بزرگ (RF) جریان اتصال کوتاه آنقدر کوچک باشد که منجر به عمل کردن تجهیزات حفاظتی خازن نشود که در این صورت پدیده معکوس شدن جریان یک مشکل جدي و غیر قابل تشخیص توسط رله خواهد بود. از معادله (12) و (13) نتیجه می شود که معکوس شدن ولتاژ و جریان براي بعضی از سیستم ها با توجه به پیکر بندي آنها اتفاق نمی افتد. از جمله راه کارها براي رفع مشکل معکوس شدن جریان و ولتاژ می توان به استفاده از ولتاژ فاز سالم ولتاژ حافظه معکوس (ولتاژ قبل از خطا) [1] تخمین جهت خطا بر مبناي زاویه ي بین فازور ولتاژ و جریان توالی مثبت (θ ) و یا استفاده از روش حداقل مربعات فرموله شده [6] به منظور برآورد مولفه هاي اساسی در آن وضعیت اشاره کرد. رله هاي دیستانس با مشخصه هایی که حساس به جهت می باشند مانند مشخصه موهو معکوس شدن ولتاژ و جریان مشکل بزرگی می باشد به دلیل آنکه باعث عدم رله در برابر خطاي رو به جلو می شود. -5 مشکل تنظیمات حفاظت دیستانس شبکه با جبرانساز سري یک جبرانساز خازن سري امپدانس خالص خطا را براي همه خطاهاي بعد از خود کاهش می دهد. در نتیجه وابسته به مقدار جبرانسازي سري محل خطا نزدیک به رله به نظر می رسد. براي خطاهاي بعد از جبرانساز.X + X > X, X > X (12)

6 وضعیت نا معلوم خازن سري که آیا در حال سرویس دادن است یا خیر باعث تنظیمات پیچیده زون اول می شود. اگر خازن در 3 حال سرویس دادن باشد باعث افزایش دید و اگر خازن در مدار 4 نباشد باعث کاهش دید رله دیستانس خواهد شد. شکل 9 : امپدانس اندازه گیري شده رله 1) بدون جبرانساز 2) با جبرانساز امپدانس دیده شده توسط رله دیستانس در خط جبران نشده بزرگتر است از خط جبران شده و دیگر آنکه در هنگام بروز خطا و در صورت هدایت کردن M امپدانس اندازه گیري بیشتر از حالتی است هدایت M که امپدانس 9 شکل نمی کند. اندازه گیري شده توسط رله دیستانس با مشخصه امپدانسی را 1 شماره خط می دهد نشان در حالی است که با بروز خطا M هدایت کرده و با تحریک رله اضافه جریان کلید باي سپ در حالت وصل قرار گرفته تا خازن از سرویس خارج شود در نتیجه امپدانس کل خط برابر مجموع امپدانس خط و بخش امپدانس محدود کننده جریان خطا است. در خط شماره 2 خطا شدید نبوده و M هدایت نکرده است بنابراین امپدانس کل خط برابر مجموع امپدانس خط و بخش خازن سري است در نتیجه با داشتن تنظیمات ثابت براي رله در حالت بدون جبرانسازي می توان اینچنین بیان کرد در حالتی که خازن در مدار است رله دچار افزایش برد و در حالتی که خازن از سرویس خارج می شود رله دچار کاهش برد می شود. -6 مطالعه و مدلسازي از یک مدل سیستم قدرت با امکانات متفاوت مانند محل خطا نوع خطا و... طوري استفاده می شود بتوان تمام که شرایط احتمالی را شبیه سازي و مورد مطالعه قرار داد. 10 در شکل دیاگرام تک خطی مدل ساده اي از سیستم قدرت (شبکه شعاعی) در نظر گرفته شده است رله دیستانس با کد انسی ٢١N-٢١ با مشخصه امپدانسی در محل باسA براي حفاظت از خط انتقال قرار گرفته است امپدانس تنظیمی زونهاي حفاظتی رله در برابر خطاهاي مختلف ثابت است(داراي مشخصه اي ثابت) امپدانس اندازه گیري شده رابطه اي مستقیم وجود دارد. توسط رله با بین امپدانس تنظیمی توسط رله دیستانس 6 امپدانس (,BN,CN,,AC&BC) براي تشخیص خطاهاي مختلف اندازه گیري می شود. براي بدست آوردن امپدانس ابتدا توسط فیلتر فوریه گسسته از ) 5 (DFT سیگنال ولتاژ سه فاز و جریان سه فاز نمونه برداري می شود DFT براي محاسبه فازور هارمونیک اصلی در رله هاي حفاظت دیجیتال بکار می رود کمیتهاي فازور شامل مولفه کمیت واقعی و موهومی استخراج می شود از نسبت ولتاژ اندازه گیري شده به جریان اندازه گیري شده مشخص می شوند [7]. امپدانس محاسبه و مقدار شکل 10 : مدل سیستم قدرت با جبرانساز سري R و X خازن سري در وسط خط انتقال با جبرانسازي %40 قرار گرفته براي حفاظت از خازن در برابر اضافه ولتاژ از و از رله M جریانی براي حفاظت M در برابر جذب انرژي زیاد استفاده شده است. براي مدل خط انتقال از مدل پارامتر توزیع شده استفاده شده این مدل در مقایسه با مدل خط با قسمت هاي PI پدیده انتشار موج و بازتاب انتهاي خط را با دقت بسیار بهتري نشان می دهد. اطلاعات شبکه فوق و تنظیمات برد رله حفاظتی در ضمیمه موجود می باشد. -7 نتایج شبیه سازي نتایج تست رله دیستانس با حضور در شبکه قدرت جبرانساز سري و بدون در نظر گرفتن جبرانساز با استفاده از شبیه سازي 3 over-reach 5 Discrete Fourier Filter 4 under-reach

7 زمان واقعی دیجیتال انجام شده است. 6 (RTDS ) می دانیم پس توسط نرم افزار از وقوع خطا ولتاژ MATLTB محل رله کاهش و جریان آن افزایش می یابد در نتیجه امپدانس دیده شده توسط رله کم می شود مقدار امپدانس دیده شده در هر لحظه با مقدار تنظیمی مقایسه و در نهایت جهت تصمیم گیري می کند. در شکل 11 نمودار تغییرات R-X براي خطا در %70 طول خط با جبرانسازي سري و بدون جبرانسازي سري نشان داده شده است. در جدول 1 نتایج شبیه سازي براي 4 محل خطا %20 %40 %70 و %100 در سیستم بدون جبرانساز و با حضور جبرانساز سري نشان داده شده است دو مورد اول خطا قبل از جبرانسازي می باشد. سري و دو مورد 2 درجدول در سیستم %100 و %70 از بعد دیگر نتایج شبیه سازي براي (خطاهاي بعد از جبرانساز دو سري محل خطاي جبرانساز) براي حالتی که به دلیل جذب زیاد انرژي در M باعث کلید باي پس می شود قرار داده شده است. 3 فاز هب زمین امپدانس دیده شده توسط رله کاهش یافته اما به دلیل کاهش سرعت تغییرات R-X رله افزایش یافته است. در حالت در تصویر جبرانسازي 12 زمان نرخ تغییرات امپدانس نسبت به زمان در هر دو حالت نشان داده شده است. شکل 12 : نرخ تغییرات امپدانس نسبت به زمان در هر دو حالت شکل 13 : منحنی تغییرات R-X براي خطاي دوفاز در %70 طول خط شکل 11 : منحنی تغییرات R-X براي خطاي تکفاز در %70 طول خط در جدول 1 همانطور که مشاهده می شود در هر دو حالت شبکه (بدون جبرانساز سري و با حضور با افزایش سري) جبرانساز فاصله خطا از محل رله براي همان نوع خطا زمان رله افزایش یافته به دلیل آنکه امپدانس اندازه گیري شده توسط رله دیستانس متناسب با فاصله تا محل خطا است همچنین هر چه شدت خطا افزایش یافته زمان رله کاهش یافته است. براي انواع خطاها قبل از جبرانساز هیچ تاثیري بر رله دیده نمی شود اما براي خطا ها بعد از جبرانساز تاثیر افزایش دید رله به وضوح مشخص است. براي خطاي تکفاز در محل %70 از طول خط انتقال به دلیل کاهش امپدانس دیده شده توسط رله سریعتر رله را در پی داشته و 2 فاز خطاه يا براي می دانیم با وقوع خطا شبکه به حالت سلفی می رود اما با دخالت خازن نرخ تغییرات در این نوع از خطاها کاهش می یابد (شکل 13 ). برد ناحیه دوم رله دیستانس براي حفاظت از کل خط با تاخیر زمانی 0.2s تنظیم شده است. خطاها در محل %100 از طول خط (پایان خط انتقال) در حالت بدون جبرانسازي در زون دوم رله با تاخیر زمانی 200ms پاك شده اند اما در حالت جبرانسازي همان خطاها به دلیل کاهش امپدانس دیده شده توسط رله باعث رله در زون اول می شود بنابراین رله دچار افزایش برد (over-reach) شده است. در جدول 2 نتایج رله دیستانس براي خط با جبرانساز سري براي حالتی که انرژي جذب شده توسط M درست محاسبه نشده باشد نشان داده شده است. زمانی که مقدار انرژي جذب شده توسط M کم باشد این امر باعث کلید باي پس در بعضی از محل هاي خطا می شود. 6 Real-time digital simulator

8 جدول 1 : نتایج رله دیستانس براي دو حالت بدون جبرانساز و با جبرانساز بدون جبرانساز سري با جبرانساز سري تاثیر NO محل خطا نوع خطا مدت زمان ماندگاري خطا (ms) مدت زمان ماندگاري خطا (ms) درست نادرست zero درست نادرست CN CN CN C N %20 %40 %70 %100 جدول 2 : نتایج رله دیستانس براي دو حالت بدون جبرانساز و با جبرانساز بهمراه کلید بايپس بدون جبرانساز سري با جبرانساز سري محل خطا %70 %100 نوع خطا CN CN مدت زمان ماندگاري خطا( ms ) درست مدت زمان ماندگاري خطا( ms ) درست کلید بايپس تاثیر off نادرست نادرست با مقایسه جدول 1 و جدول 2 ( کلید باي سپ ( افزایش زمان رله براي همان خطاها در حالت بدون جبرانسازي مشاهده می شود این موضوع حاکی از سري شدن امپدانس خط با امپدانس کلید باي سپ (بخش موازي RL دمپر محدود کننده جریان خطا) می باشد. در جداول منظور از برد زون اول برد زون دوم خطاي تکفاز هب زمین خطاي دو فاز و CN خطاي سه فاز هب زمین مخفف under-reaching به منظور کاهش برد مخفف over-reaching به منظور افزایش برد براي حالتی که کلید باي پس عمل کرده و OFF به منظور عدم کلید باي پس می باشد. از مطالب اراي ه شده می توان ادعا کرد که در خط انتقال جبرانسازي شده اگر تنظیمات رله براي حالت بدون جبرانسازي باشد باعث نادرست رله در خطاهاي خارج از برد حفاظتی می شود و اگر براي حالت جبرانسازي تنظیم شود به دلیل کاهش دید رله در مواردي که خازن در حال سرویس دهی نباشد و یا کلید باي سپ داشته باشیم با وقوع خطا رله خطاهاي پایان زون اول را نمی بیند و باعث می شود خطا مدت زمان بیشتري در شبکه باقی بماند. می دانیم در خطوط انتقال در ابتدا و انتهاي هر خط رله دیستانس قرار داده می شود و دیگر آنکه رله دیستانس جزء حفاظت غیر واحد محسوب می شود. بنابراین براي کاهش از این قبیل مشکلات روش هاي زیر استفاده می شود: استفاده از طرح هاي تله پروتکشن (حفاظت واحد خط) مانند مقایسه جهت و مسدود کننده ) 7 (DCB انتقال تریپ افزایش برد 7 directional comparison blocking

9 مجاز ) 8 (POTT مقایسه جهتی مسدود نشده ) 9 (DCUB و یا استفاده از حفاظت دیفرانسیل خطوط انتقال [8]. 8- نتیجه گیري در این مقاله تاثیر مدهاي کاري جبرانساز خازن سري بر حفاظت دیستانس مورد بررسی قرار گرفته است. با تنظیم رله براي حالت بدون سري جبرانساز براي همه نوع خطاها در محل هاي بعد از جبرانساز به شرط در مدار بودن خازن در طول دوره خطا رله دچار افزایش برد شده که باعث نادرست رله براي خطاهاي خارج از برد می شود اما در صورت خارج بودن جبرانساز و یا M در طول دوره خطا باعث کاهش برد رله و ناصحیح آن براي خطاهاي داخل برد حفاظتی می شود. ضمیمه منبع 400KV ولتاژ منبع 50HZ فرکانس منبع 40000MVA سطح اتصال کوتاه سه فاز خط انتقال 300KM کل طول خط j Ω/KM امپدانس خط توالی مثبت j Ω/KM امپدانس خط توالی منفی 13.5nf/KM ظرفیت خازنی توالی مثبت 8.5nf/KM ظرفیت خازنی توالی منفی بار 400KV ولتاژ بار 50HZ فرکانس بار 110+j50MVA توان ظاهري بار M KV ولتاژ حفاظت تنظیمات حفاظت دیستانس Ω T1=0 برد اول 106 Ω T2=0.2 برد دوم s.x = 37.8 Ω جبرانساز سري راکتانس خازن C=84.209μf ظرفیت خازن مراجع [1] Ziegler, Gerhard distance protection analogue and digital (second book on overhead line protection) T.shahrokhshahi, First Printing, thran, kavoshpardaz, [2] M. ZELLAGUI and A. CHAGHI Impact of Series Compensation (SC) on the MHO Distance Relay in Algerian 220kV Transmission Line Canadian Journal on Electrical and Electronics Engineering Vol. 2, No. 6, June 2011, pp [3] S.K. Salman, N. Rajoo, and V. Leitloff, Investigation of the Effect of the Insertion of Series Capacitors in high Voltage Transmission Lines on the Settings of Distance Protection, IEEE Seventh International Conference on Developments in Power System Protection,9-12 April [4] Murari M. Saha First Zone Algorithm for Protection of Series Compensated Lines IEEE TRS, POWER DEL, VOL. 16, NO. 2, APRIL [٥] Zahra Moravej, Mostafa Jazaeri, Mehdi Gholamzadeh Optimal coordination of distance and over-current relays in series compensated systems based on MAPSO Energy Conversion and Management 56 (2012) [6] Premalata Jena and Ashok Kumar Pradhan A Positive-Sequence Directional Relaying Algorithm for Series-Compensated Line IEEE TRS, POWER DEL, VOL. 25, NO. 4, OCTOBER [7] Dong-Gyu Lee, Ye-jun oh Distance Relaying Algorithm Using a DFT-based Modified Phasor Estimation Method paper accepted for presentation at 2009 IEEE bucharest power Tech conference, bucharest, Romania, june 28th - july 2nd. [8] Tarlochan S. Sidhu and Mojtaba Khederzadeh Series Compensated Line rotection Enhancement by Modified Pilot Relaying Schemes IEEE TRS, POWER DEL, VOL. 21, NO. 3, JULY 2006, pp permissive over-reaching transfer trip 9 directional comparison unblocking