تبديل التيار خارج الطور في قواطع الدائرة ذات الجهد العالي
عند ربط جزأين من شبكة كهربائية لهما نفس الجهد التشغيلي، يحدث ظاهرة التحويل بانزياح الطور إذا كانت مصادرهما المكافئة لها زوايا طور مختلفة، مع أن بعض أو جميع الأطوار تكون منزاحة بمقدار 180 درجة. أثناء عملية التحويل، يواجه القاطع الكهربائي جهود مصدر بأزايا طور مختلفة، مما يؤدي إلى وجود تيارات ذات انزياح طوري في الاتصال. يجب أن يتم قطع هذه التيارات بشكل موثوق بواسطة قواطع الدائرة على الجانبين من الاتصال.
وبشكل خاص، يؤدي الفرق في زاوية الطور بين المتجهات الدوارة التي تمثل جهود المصدر إلى موجات فورية غير متزامنة، مما يسبب تيارات عابرة وتوترات جهد كبيرة عند لحظة التحويل. بالنسبة للجهد العابر للتعافي (TRV)، يتميز هذا المهمة بالتحويل بوجود مصادر طاقة نشطة على الجانبين من القاطع الكهربائي، مما يزيد من تعقيد وتحديات عملية التحويل.
كما هو موضح في الشكل 1، افترض أن مصادر الطاقة S1 وS2 تمثل مصدرين بزوايا طور مختلفة. عندما يقوم القاطع الكهربائي بالتحويل بين هذين المصادر، يمكن أن يؤدي الفرق في زاوية الطور إلى زيادة كبيرة في التيار العابر، مما يفرض متطلبات أكبر على القاطع الكهربائي. لذلك، يجب أن يكون للقاطع الكهربائي قدرة كافية للتعامل مع هذه الظروف عالية الضغط، مما يضمن عمليات تحويل آمنة وموثوقة.
ملخص النقاط الرئيسية
التحويل بانزياح الطور: يحدث عند التحويل بين مصدرين بزوايا طور مختلفة.
التيارات العابرة: تتولد تيارات عابرة كبيرة بسبب الفروق في زاوية الطور.
الجهد العابر للتعافي (TRV): تتضمن مهمة التحويل مصادر طاقة نشطة على الجانبين من القاطع الكهربائي، مما يزيد من التعقيد.
متطلبات القاطع الكهربائي: يجب أن يكون القاطع الكهربائي قادرًا على التعامل مع الظروف عالية الضغط لضمان عمليات تحويل آمنة وموثوقة.
في مهام التحويل المعيبة التي تم مناقشتها سابقًا، يتلاشى مكون الجهد العابر للتعافي (TRV) على الجانب المرفق في النهاية إلى الصفر. ومع ذلك، في التحويل بانزياح الطور، يتلاشى مكون TRV على الجانب S2 تدريجيًا إلى الجهد العابر للتعافي بتكرار التيار الكهربائي (RV) للمصدر S2. كما هو موضح في الشكل 2، يُفترض أن الفرق في زاوية الطور بين المصادر هو 90 درجة، وأن المفاعلات القصيرة لها مقاومة متساوية.
لذلك، فإن السمة الرئيسية لعمليات التحويل بانزياح الطور هي ذروات TRV استثنائية، بينما تبقى معدلات الارتفاع في الجهد العابر للتعافي (RRRV) والتيار نسبيًا معتدلة. نظرًا لأن ذروة TRV تحت ظروف الانزياح الطوري هي الأعلى بين جميع عمليات التحويل، فإنها غالبًا ما تستخدم كمعيار لتقييم حالات التحويل المعقدة الأخرى، مثل إزالة أعطال على خطوط نقل طويلة أو التعامل مع أعطال على الخطوط المصححة بالسلسلة.
ملخص النقاط الرئيسية:
TRV على الجانب المرفق: في جميع الحالات، يتلاشى مكون TRV على الجانب المرفق إلى الصفر. TRV على الجانب S2 في التحويل بانزياح الطور: يتلاشى إلى الجهد العابر للتعافي بتكرار التيار الكهربائي (RV) للمصدر S2.
ذروة TRV: استثنائية تحت التحويل بانزياح الطور.
RRRV والتيار: تظل نسبيًا معتدلة.
المعيار المرجعي: ذروة TRV تحت ظروف الانزياح الطوري هي الأعلى، مما يجعلها مرجعًا شائعًا لتقييم حالات التحويل المعقدة الأخرى.
خصائص TRV في التحويل بانزياح الطور
في سيناريوهات التحويل المعيبة التي تم مناقشتها سابقًا، يتلاشى مكون الجهد العابر للتعافي (TRV) على الجانب المرفق إلى الصفر في جميع الحالات. ومع ذلك، في التحويل بانزياح الطور، يتلاشى مكون TRV على الجانب إلى الجهد العابر للتعافي بتكرار التيار الكهربائي (RV) للمصدر . يوضح هذا السلوك في الشكل 2، حيث يُفترض أن الفرق في زاوية الطور بين المصادر هو 90 درجة، وأن المفاعلات القصيرة تعتبر متساوية.
وصف متطور
في سيناريوهات التحويل المعيبة التي تم مناقشتها سابقًا، يتلاشى مكون الجهد العابر للتعافي (TRV) على الجانب المرفق دائمًا إلى الصفر. ومع ذلك، في التحويل بانزياح الطور، يتلاشى مكون TRV على الجانب إلى الجهد العابر للتعافي بتكرار التيار الكهربائي (RV) للمصدر . كما هو موضح في الشكل 2، يُفترض أن هناك فرق في زاوية الطور بين المصادر هو 90 درجة والمفاعلات القصيرة متساوية.
لذلك، فإن الخصائص الرئيسية لعملية التحويل بانزياح الطور هي:
ذروات TRV مرتفعة جدًا: قيم الذروة لـ TRV أعلى بكثير مقارنة بأنماط التحويل الأخرى.
RRRV والتيار معتدلان: معدلات الارتفاع في الجهد العابر للتعافي (RRRV) ومستويات التيار تظل معتدلة رغم ذروات TRV المرتفعة.
نظرًا لأن ذروة TRV تحت ظروف الانزياح الطوري هي الأعلى بين جميع أنماط التحويل، فإن هذا السيناريو يستخدم غالبًا كمرجع لتقييم حالات التحويل الخاصة الأخرى، مثل:
إزالة الأعطال على خطوط النقل الطويلة
التعامل مع الأعطال على الخطوط المصححة بالسلسلة
ملخص النقاط الرئيسية:
TRV على الجانب المرفق: يتلاشى دائمًا إلى الصفر في جميع سيناريوهات التحويل المعيبة.
-side TRV في التحويل بانزياح الطور: يتلاشى إلى الجهد العابر للتعافي بتكرار التيار الكهربائي (RV) للمصدر المصدر.
ذروة TRV: استثنائية تحت التحويل بانزياح الطور.
RRRV والتيار: تظل نسبيًا معتدلة.
المعيار المرجعي: ذروة TRV تحت ظروف الانزياح الطوري هي الأعلى، مما يجعلها مرجعًا شائعًا لتقييم حالات التحويل المعقدة الأخرى.
يوضح الشكل 3 سيناريوين يمكن أن يؤديا إلى ظروف الانزياح الطوري. في السيناريو الأول (الصورة اليسرى)، يتم ربط المولد بالشبكة عن طريق قاطع دائرية بشكل غير صحيح بزاوية طور خاطئة. في السيناريو الثاني (الصورة اليمنى)، تفقد أجزاء مختلفة من شبكة النقل التزامن، غالبًا بسبب حدوث قصر في مكان ما في الشبكة.
في الحالتين، تتدفق تيارات ذات انزياح طوري عبر الشبكة، والتي يجب أن يتم قطعها بشكل موثوق بواسطة قواطع الدائرة. تشكل هذه الحالات تحديات كبيرة لنظام الطاقة، حيث يمكن أن يؤدي الانزياح الطوري إلى تيارات وزهاء جهد عابرة عالية، مما يتطلب من قواطع الدائرة التعامل مع هذه الظروف القصوى بشكل فعال.
ملخص النقاط الرئيسية:
السيناريو 1 (الصورة اليسرى): يتم ربط المولد بالشبكة بزاوية طور خاطئة، مما يؤدي إلى انزياح الطور.
السيناريو 2 (الصورة اليمنى): تفقد أجزاء مختلفة من شبكة النقل التزامن، غالبًا بسبب حدوث قصر، مما يؤدي إلى انزياح الطور.
تيارات ذات انزياح طوري: في الحالتين، تتدفق تيارات ذات انزياح طوري عبر الشبكة.
متطلبات قاطع الدائرة: يجب أن تقوم قواطع الدائرة بقطع هذه التيارات ذات الانزياح الطوري بشكل موثوق للحفاظ على استقرار وسلامة النظام.
التحويل بين المولد والنظام
عند استخدام محول رافع للجهد، يمكن أن يحدث التحويل بين المولد ونظام الطاقة على الجانب ذو الجهد العالي (HV) أو الجانب ذو الجهد المتوسط (MV) للمحول. يمكن أن يحدث هذا التحويل ليس فقط خلال أعطال النظام أو توقف محطات الطاقة، ولكن أيضًا خلال أحداث التزامن وإلغاء التزامن.
يعتمد شدة ظروف عدم التزامن على:
فرق الزاوية الطورية: كلما كان فرق الزاوية الطورية بين المولد والشبكة أكبر، كان شدة حالة عدم التزامن أكبر.
حالة التحفيز للروتور: مستوى التحفيز في روتور المولد يؤثر أيضًا على شدة حالة عدم التزامن. عادةً ما يخفض نظام التحكم في التحفيز قوة المجال المغناطيسي للروتور بسرعة لتقليل تأثير حالة عدم التزامن.
لمعالجة هذه التحديات، يتم تجهيز محطات الطاقة بأجهزة حماية وتحكم مختلفة:
أجهزة حماية عدم التزامن: تعمل على اكتشاف ومنع المولد من فقدان التزامنه مع الشبكة.
أجهزة التحقق من التزامن: تضمن أن يتم ربط المولد بالشبكة بزاوية طور صحيحة، مما يمنع حالات عدم التزامن.
معدات التحكم في التزامن: تساعد في تحقيق التزامن السلس بين المولد والشبكة.
يوضح الشكل 4 هذا التخطيط النموذجي، ويظهر الاتصال بين المحول الرافع للمولد والنظام، وكذلك تكوين الأجهزة الحامية والتحكم المرتبطة به.
ملخص النقاط الرئيسية:
موقع التحويل: يمكن أن يحدث التحويل بين المولد ونظام الطاقة على الجانب ذو الجهد العالي (HV) أو الجانب ذو الجهد المتوسط (MV) للمحول الرافع للمولد.
حالات عدم التزامن: تعتمد شدة حالات عدم التزامن على فرق الزاوية الطورية والحالة التحفيزية للروتور.
أجهزة الحماية والتحكم: يتم تجهيز محطات الطاقة بأجهزة حماية عدم التزامن وأجهزة التحقق من التزامن ومعدات التحكم في التزامن لضمان عمليات تحويل آمنة وموثوقة.
2- التحويل بين نظامين:
عادة ما يحدث التحويل بين نظامين كهربائيين في حالات عدم توازن الطاقة واستقرار النظام. على سبيل المثال، يمكن أن يحدث ذلك في حالات الاضطرابات الكبيرة للنظام، وفي حالات إعادة تشغيل النظام، وبسبب التشغيل الخاطئ لنظم الحماية.
قد يتم تجهيز الخطوط الناقلة الأكثر أهمية بنظام حجب عدم التزامن في نظام الحماية، أو قد يتم تطبيق نظام حماية خاص بالنظام لمنع انفصال الأنظمة تحت ظروف عدم التزامن الشديدة.
استنتاجات حول ظواهر عدم التزامن:
تم اقتراح تيارات عدم التزامن المقدرة لتكون 25% من التيار القصير المقدر. لأسباب اقتصادية وإحصائية، تم اقتراح أقل قيم ذروة من تحليلات TRV: RV بقيمة 2.0 p.u. وتجاوز بنسبة 25%.
مع انفصال النظام الذي يأتي مع تقطيع متتابع للخطوط الهوائية وبالتالي زيادة في معاوقة النظام، يبدو أن قيمة قصوى تبلغ 25% من التيار القصير المقدر معقولة حتى اليوم. يعتبر القيمة القصوى للتيار غير المتزامن معلمة مهمة لقدرات قواطع الدائرة ذات الجهد العالي.
تظهر الاضطرابات الكبيرة زوايا عدم تزامن أكبر بكثير من قيم 105 درجة إلى 115 درجة المرتبطة بقيم ذروة TRV في المعايير. ينطبق هذا على الشبكات الشعاعية والشبكات المتداخلة؛ ومع ذلك، أظهرت الأحداث التاريخية أن زوايا عدم التزامن الكبيرة قد تحدث في نفس الوقت مع جهود تشغيلية منخفضة. الجمع بين زاوية عدم تزامن كبيرة وجهد تشغيلي منخفض ينتج قيم ذروة TRV مشابهة لتلك الواردة في المعايير لحالات ذات زاوية عدم تزامن نسبية منخفضة وجهد تشغيلي محدد (الحد الأقصى للجهد التشغيلي).
قد تكون قواطع الدائرة لنظام النقل المستخدمة لربط أو فصل محطات الطاقة التقليدية عرضة للتحويل بانزياح الطور أيضًا. لفصل محطات الطاقة خلال التذبذبات غير المستقرة للطاقة، تنطبق نفس الاعتبارات مثل تلك الخاصة بانفصال النظام مع الحذر من احتمالية الحاجة إلى تحديد حالة اختبار عطل محدود بواسطة محول.
لفصل محطات الطاقة بسبب التزامن الخاطئ، تنطبق نفس الظروف والمتطلبات الموصوفة لقواطع الدائرة للمولدات ذات الجهد المتوسط، وتحتاج عمليات المحاكاة لتقييم ما إذا كان التصميم يمكنه القيام بالمهمة. يجب أن تشمل عمليات محاكاة مثل هذه الأحداث وقت الاستجابة لنظم الحماية، ظاهرة انخفاض جهد المولد، وتسريع/تباطؤ الروتور لتحديد ما إذا كانت التيارات غير المتزامنة والجهد العابر للتعافي بعد التزامن الخاطئ للمولدات تغطي الظروف المحددة من قبل المستخدم، مثل 180 درجة.
