بهبود منطق حفاظت و کاربرد مهندسی ترانسفورماتورهای زمینی در سیستمهای تأمین برق راهآهن
۱. پیکربندی سیستم و شرایط عملیاتی
تبدیلکنندههای اصلی در زیراستانسیون اصلی مرکز نمایشگاه و میدان شهرداری خطوط راهآهن زنجان به استفاده از اتصال ستاره/دلتا با حالت عملیاتی نقطه میانی بدون زمینبندی میپردازند. در سمت بوس ۳۵ کیلوولت، از یک تبدیلکننده زمینبندی Zigzag استفاده میشود که از طریق مقاومت کممقدار به زمین متصل میشود و همچنین بارهای خدماتی ایستگاه را تأمین میکند. هنگامی که خطا یکفازی کوتاهمداری روی یک خط رخ دهد، مسیری از طریق تبدیلکننده زمینبندی، مقاومت زمینبندی و شبکه زمینبندی تشکیل میشود که جریان دنبالهای صفر را ایجاد میکند.
این امر امکان عملکرد حساس و انتخابی حفاظت دنبالهای صفر در بخش خطا را فراهم میکند که به طور قابل اعتماد و فوری مداربرهای متناظر را قطع میکند، بنابراین خطا را جدا میکند و تأثیر آن را محدود میکند. اگر تبدیلکننده زمینبندی قطع شود، سیستم به یک سیستم بدون زمینبندی تبدیل میشود. در این شرایط، خطا یکفازی زمینبندی میتواند تهدید جدی برای عایقبندی سیستم و ایمنی تجهیزات باشد. بنابراین، هنگام عملکرد حفاظت تبدیلکننده زمینبندی، نه تنها خود تبدیلکننده زمینبندی باید قطع شود بلکه تبدیلکننده اصلی مرتبط نیز باید به طور همزمان قطع شود.
۲. محدودیتهای طرحهای حفاظتی موجود
در سیستمهای تأمین برق زیراستانسیونهای اصلی مرکز نمایشگاه و میدان شهرداری خطوط راهآهن زنجان، حفاظت موجود برای تبدیلکننده خدماتی زمینبندی فقط شامل حفاظت جریان بیش از حد است. هنگامی که خطا باعث قطع شدن تبدیلکننده زمینبندی و خارج شدن آن از خدمت میشود، فقط مداربر خود را قطع میکند بدون اینکه مداربر تغذیه ورودی متناظر را به طور همزمان قطع کند.
این امر باعث میشود که بخش بوس متأثر برای مدت طولانی بدون نقطه زمینبندی عمل کند. در صورت رخ دادن خطا یکفازی زمینبندی در چنین شرایطی، ممکن است ولتاژ بیش از حد رخ دهد یا سیستم حفاظتی جریان دنبالهای صفر را شناسایی نکند، که موجب خرابی یا عدم عملکرد حفاظت دنبالهای صفر میشود—که میتواند حوادث را افزایش دهد و ایمنی کلی سیستم برق را تهدید کند.
به علاوه، در طول عملیات انتقال خودکار بوس (انتقال خودکار بوس)، تبدیلکننده خدماتی زمینبندی روی بوس بیانرژی به طور همزمان قطع نمیشود. این ممکن است باعث شود که هر دو بخش بوس از طریق مداربر اتصال بوس به هم متصل شوند، که منجر به وضعیت دو نقطه زمینبندی در سیستم میشود. چنین وضعیت دو نقطه زمینبندی میتواند به دو مشکل جدی منجر شود: (۱) طبقهبندی اشتباه جریان دنبالهای صفر در مواقع خطا، که موجب عدم عملکرد یا قطع غیرصحیح حفاظت میشود؛ و (۲) جریانهای دورانی ناشی از جریان دنبالهای صفر، که موجب گرم شدن و خرابی عایقبندی تجهیزات میشود.
منطق حفاظتی فعلی محدودیتهای قابل توجهی دارد. دستگاههای حفاظتی معمولی فقط وضعیت عملیاتی تبدیلکننده زمینبندی را نظارت میکنند و منطق همزمانی با مداربرهای تغذیه ورودی یا مداربر اتصال بوس را برقرار نمیکنند—که نیازمند مکانیزمهای ضروری بلاککردن/همزمانی هستند.
۳. پیشنهادات برای بهبود محدودیتهای حفاظتی موجود
۳.۱ اقدامات بهبود پیشنهادی
اضافه کردن منطق نرم "همزمانی قطع تبدیلکننده خدماتی زمینبندی"
شرایط فعالسازی:مداربر تبدیلکننده خدماتی زمینبندی باز میشود.اگر سیستم از زمینبندی مقاومت کم استفاده میکند، ناپدید شدن جریان مقاومت زمینبندی میتواند به عنوان یک معیار اضافی اضافه شود.
طراحی منطق همزمانی قطع:قطع مداربر تغذیه ورودی: اگر تبدیلکننده خدماتی زمینبندی خارج شده و هیچ نقطه زمینبندی دیگری روی بوس وجود ندارد، مداربر تغذیه ورودی را به طور همزمان قطع کنید تا بار به بوس دیگر منتقل شود.قطع مداربر اتصال بوس: اگر هر دو بخش بوس از طریق مداربر اتصال بوس به موازی کار میکنند، مداربر اتصال بوس را به طور همزمان قطع کنید تا بوس بدون زمینبندی جدا شود.
پیشنهاد پیادهسازی فنی:اضافه کردن حفاظت جریان دنبالهای صفر. هنگام عملکرد جریان بیش از حد یا جریان دنبالهای صفر، دستگاه حفاظتی باید مداربر محلی خود را قطع کند و همزمان دستور قطع همزمان به مداربر تغذیه ورودی و مداربر اتصال بوس ارسال کند. سازندگان دستگاههای حفاظتی باید نمودار منطقی همزمانی را به روز کنند و به روزرسانی نرمافزاری بر اساس این منطق انجام دهند.
۳.۲ بهروزرسانی حفاظت بر اساس ولتاژ دنبالهای صفر
عملکرد بلاککردن/قطع ولتاژ دنبالهای صفر:اضافه کردن حفاظت ولتاژ دنبالهای صفر به طرح حفاظتی بوس به عنوان پشتیبانی وقتی که تبدیلکننده خدماتی زمینبندی خارج از خدمت است. اگر ولتاژ دنبالهای صفر بیش از حد تعیین شده برای مدت زمان تعیین شده بیشتر باشد، مداربر تغذیه ورودی یا مداربر اتصال بوس را به طور خودکار قطع کنید.
هماهنگی با وضعیت عملیاتی تبدیلکننده زمینبندی:پیوند عملکرد حفاظت ولتاژ دنبالهای صفر با سیگنال وضعیت عملیاتی تبدیلکننده خدماتی زمینبندی:وقتی تبدیلکننده زمینبندی به طور طبیعی کار میکند، حفاظت ولتاژ دنبالهای صفر در حالت هشدار عمل میکند.وقتی تبدیلکننده زمینبندی خارج از خدمت است، حفاظت ولتاژ دنبالهای صفر به حالت قطع تغییر میکند.
یادداشتهای پیادهسازی – اقدامات ضدخطا:اضافه کردن تأخیر زمانی برای جلوگیری از قطع غیرصحیح به دلیل اختلالات موقت.استفاده از معیارهای منطقی "AND" (مثلاً ولتاژ دنبالهای صفر + وضعیت خارج از خدمت تبدیلکننده زمینبندی) برای افزایش قابل اعتمادی.
۳.۳ اصلاح مدار کنترل (بهروزرسانی سختافزاری)
اضافه کردن مدارهای همزمانی سختافزاری بین دستگاه حفاظت تبدیلکننده خدماتی زمینبندی و دستگاه حفاظت مداربر تغذیه ورودی. هنگامی که تبدیلکننده زمینبندی قطع میشود، سیگنال قطع از خروجی دستگاه حفاظت تبدیلکننده → موجب فعال شدن خروجی دستگاه حفاظت مداربر تغذیه ورودی → قطع مداربر تغذیه ورودی میشود.
در عملیات انتقال خودکار بین دو بوس، هنگامی که دستگاه حفاظت بوس اتصالی سیگنال قطع کردن شیر ورودی را ارسال میکند، همزمان سیگنالی را از طریق ترمینال خروجی تعاملی خود به ترمینال خروجی دستگاه حفاظت شیر تبدیلکننده خدمات زمینی ارسال میکند تا شیر تبدیلکننده زمینی قطع شود.
۳.۴ اجرای بازسازی در محل
همانطور که در جدول ۱ نشان داده شده است، هر دو گزینه ۱ و گزینه ۲ نیاز به تغییر و بهروزرسانی دستگاههای حفاظتی دارند. با این حال، زیرстанسیون مرکزی مرکز نمایشگاه و زیرستانسیون مرکزی ورزشگاه شهری زیرستانسیونهای قدیمی هستند که تجهیزات آنها به طور قابل توجهی از گارانتی خارج شدهاند. اجرای گزینه ۱ یا گزینه ۲ نیازمند این است که سازنده اصلی دستگاه حفاظتی بهروزرسانیهای نرمافزاری انجام دهد که شامل سرمایهگذاری قابل توجهی از نظر نیروی انسانی و مالی است. بنابراین، کارکنان عملیاتی گزینه ۳ را انتخاب کردهاند- اجرای تغییرات در محل با افزودن مدارهای تعاملی سختافزاری.
| طرح | مزایا | معایب | سناریوهای قابل اعمال |
| بهروزرسانی منطق حفاظت (طرح ۱/۲) | انعطافپذیری بالا؛ نیاز به تغییر سختافزاری ندارد | وابسته به پشتیبانی از عملکرد دستگاه حفاظتی است | پستهای الکتریکی که دستگاههای حفاظتی آنها میتوانند بهروزرسانی شوند |
| قفلبندی با سیمپیچ (طرح ۳) | قابلیت اطمینان بالا؛ پاسخدهی سریع | نیاز به قطع برق برای تغییر؛ انعطافپذیری ضعیف | پستهای قدیمی یا اصلاحات اضطراری |
هنگامی که ترانسفورماتور زمینگذاری به دلیل خرابی قطع میشود، نیاز است که برشکن ورودی تغذیه را نیز به صورت پیوندی قطع کنند. در بررسی مشخص شد که خروجیهای اضافی ۱، ۲ و ۳ همگی استفاده نشده بودند. پس از پایان عملیات قطار، کارکنان نگهداری درخواست مجوز کار ("درخواست مجوز کار") را از مأمور تجهیزات دریافت کردند. مأمور تجهیزات با توجه به نیازهای عملیاتی انتقال بار را انجام داد و پس از آمادگی شرایط برای ساخت و ساز، مجوز کار را تأیید کرد.
برای مدار برشکن پیوندی: خروجی اضافی ۲ (پینهای ۵۱۷/۵۱۸) روی پلاک سیگنال ۵# دستگاه حفاظت WCB-822C—که دارای تماسهای باز است—به طور سری به یک مدار پیوندی سختافزاری جدید متصل شد. این مدار سپس به پینهای باز خروجی ۵ (پینهای ۱۳/۱۴) روی پلاک خروجی ۴# دستگاه حفاظت WBH-818A برای برشکن تغذیه ورودی منتقل شد. پس از خروج سیگنال از پینهای مورد نظر، برشکن تغذیه ورودی قطع شد. مدار سختافزاری بین تجهیزات برشکن ترانسفورماتور زمینگذاری و برشکن تغذیه ورودی نصب شد و از طریق یک لینک فیزیکی صفحه فشاری به مدار مسدود کننده سختافزاری ادغام شد. فعال یا غیرفعال کردن این صفحه فشاری تعیین میکند که آیا عملکرد مسدود کننده فعال است یا خیر.
نقطههای تغییر دیگر بخش مادر مشابه بالا است. در طول بازسازی هر دو بخش مادر، از تغذیههای ورودی تقسیمبندی شده استفاده شد تا تأمین برق بدون وقفه به مناطق خدماتی مربوطه تضمین شود و بنابراین تأثیر بر نگهداری تجهیزات پس از عملیات کمینه شود.
پس از اتمام تغییرات، آزمایش رلههای حفاظتی انجام شد تا عملکرد برشکن پیوندی تأیید شود. پس از تأیید عادی بودن عملکرد، سیستم مستقیماً به کار گذاشته شد.
در مورد برشکن پیوندی ترانسفورماتور زمینگذاری خدماتی بخش مادر خاموش شده در طی عملیات انتقال خودکار بخش مادر (BATS): در بررسی مشخص شد که خروجیهای اضافی ۳ تا ۷ استفاده نشده بودند. پس از پایان عملیات قطار، کارکنان نگهداری درخواست مجوز کار را از مأمور تجهیزات دریافت کردند. مأمور تجهیزات با توجه به نیازهای عملیاتی انتقال بار را انجام داد و پس از آمادگی شرایط برای ساخت و ساز، مجوز کار را تأیید کرد.
برای بازسازی محلی ترانسفورماتور زمینگذاری خدماتی بخش مادر اول: یک مدار سختافزاری جدید اضافه شد. خروجی اضافی ۳ (پینهای ۵۱۹/۵۲۰) روی پلاک سیگنال ۵# دستگاه حفاظت WBT-821C—که دارای تماسهای باز است—به طور سری به مدار سختافزاری جدید متصل شد که سپس به پینهای باز خروجی اضافی ۱ (پینهای ۵۱۴/۵۱۵) روی پلاک خروجی ۵# دستگاه حفاظت WCB-822C در تجهیزات برشکن ترانسفورماتور زمینگذاری خدماتی بخش مادر اول منتقل شد. پس از خروج سیگنال از پینها، برشکن ترانسفورماتور زمینگذاری قطع شد. مدار سختافزاری جدید در دربهای کابین ثانویه هر دو تجهیزات برشکن ترانسفورماتور زمینگذاری و تجهیزات برشکن بخش مادر نصب شد و از طریق یک لینک فیزیکی صفحه فشاری به مدار مسدود کننده سختافزاری ادغام شد. عملکرد مسدود کننده میتواند با فعال یا غیرفعال کردن صفحه فشاری تنظیم شود.
برای بازسازی محلی ترانسفورماتور زمینگذاری خدماتی بخش مادر دوم: یک مدار سختافزاری جدید اضافه شد. خروجی اضافی ۴ (پینهای ۳۱۱/۳۱۲) روی پلاک گسترش ۳# دستگاه حفاظت WBT-821C—که دارای تماسهای باز است—به طور سری به مدار سختافزاری جدید متصل شد که سپس به پینهای باز خروجی اضافی ۱ (پینهای ۵۱۴/۵۱۵) روی پلاک خروجی ۵# دستگاه حفاظت WCB-822C در تجهیزات برشکن ترانسفورماتور زمینگذاری خدماتی بخش مادر دوم منتقل شد. پس از خروج سیگنال از پینها، برشکن ترانسفورماتور زمینگذاری قطع شد. مدار سختافزاری جدید در دربهای کابین ثانویه هر دو تجهیزات برشکن ترانسفورماتور زمینگذاری و تجهیزات برشکن بخش مادر نصب شد و از طریق یک لینک فیزیکی صفحه فشاری به مدار مسدود کننده سختافزاری ادغام شد. عملکرد مسدود کننده میتواند با فعال یا غیرفعال کردن صفحه فشاری تنظیم شود.
تغییر سیگنال برشکن پیوندی ترانسفورماتور زمینگذاری خدماتی بخش مادر خاموش شده در طی شروع عملیات انتقال خودکار بخش مادر در فرآیند بازسازی بخش مادر تکطرفه مربوطه انجام شد.
۴. نتیجهگیری
ترانسفورماتور زمینگذاری به عنوان یک نقطه میانی مصنوعی در سیستمهای توزیع برق با سیستمهای میانی غیرزمینگذاری شده، نقش مهمی در تضمین ایمنی و عملکرد پایدار سیستم دارد. بهبودهای فوق به طور قابل توجهی ایمنی سیستم را در زمان خارج کردن ترانسفورماتور زمینگذاری از خدمت افزایش میدهد و به طور مؤثر خطرات بیش از حد ولتاژ و خسارت تجهیزات ناشی از عملیات بدون نقطه زمینگذاری را جلوگیری میکند. قبل از اجرای واقعی، باید بر اساس مدلهای تجهیزات و پارامترهای سیستمی مورد نظر، تأیید دقیق انجام شود.
