طرق تخفيف الجهد الزائد في التحويل في شبكات النقل الكهربائية ذات الجهد العالي
الإدخال السريع للمفاعلات المتوازية
الغرض:
تُستخدم المفاعلات المتوازية بشكل أساسي لتعويض القدرة الكهربائية للخطوط الناقلة الطويلة، والتي يمكن أن تؤدي إلى زيادة الجهد والطاقة غير الفعالة. توفر فائدة ثانوية من خلال تقليل زيادة الجهد عند التبديل، ولكن هذا ليس عادةً السبب الرئيسي لتثبيتها من قبل الشركات الكهربائية. الأهداف الرئيسية للمفاعلات المتوازية تشمل:
تعويض القدرة الكهربائية: تتميز الخطوط الناقلة الطويلة بقدرة كهربائية كبيرة، خاصة على مستويات الجهد العالي جداً (EHV). يمكن لهذه القدرة الكهربائية أن تسبب زيادة في الجهد، خاصة أثناء ظروف الحمل الخفيف أو عندما يكون الخط مفتوحاً. تساعد المفاعلات المتوازية في تخفيف هذه الزيادات في الجهد من خلال تقديم حمل غير فعال يقابله تأثيرات القدرة الكهربائية.
تقليل زيادة الجهد عند التبديل: رغم أنها ليست الغاية الرئيسية، يمكن للمفاعلات المتوازية أيضاً تقليل زيادة الجهد عند التبديل. عند فتح أو إغلاق قاطع الدائرة، قد تحدث زيادة جهد مؤقتة. يمكن للمفاعلات المتوازية امتصاص بعض هذه العوامل المؤقتة، مما يقلل من شدة الزيادة في الجهد.
التطبيق:
تُثبت المفاعلات المتوازية عادةً في محطات التحويل على طول الخطوط الناقلة الطويلة، خاصة في أنظمة الجهد العالي جداً حيث يكون تأثير القدرة الكهربائية أكثر وضوحاً.
لا يتم إضافتها عادةً فقط لتقليل زيادة الجهد عند التبديل لأن الإجراءات الأخرى (مثل مقاومات الإغلاق أو الإغلاق المراقب) تكون أكثر فعالية لهذا الغرض المحدد.
مقاومات الإغلاق
الغرض:
تُستخدم مقاومات الإغلاق لتقييد ارتفاع الجهد في نهاية استقبال الخط الناقل عند تشغيله. الهدف الرئيسي هو الحفاظ على الجهد ضمن حدود مقبولة، عادة حوالي 2 وحدة لكل وحدة (p.u.)، لمنع تلف المعدات وضمان استقرار النظام.
العمل:
عند تشغيل خط ناقل، يمكن أن يؤدي تدفق مفاجئ للتيار إلى ارتفاع كبير في الجهد في نهاية الاستقبال، مما يؤدي إلى ظروف زيادة الجهد.
تتم ربط مقاومات الإغلاق مؤقتًا بالتسلسل مع قاطع الدائرة أثناء عملية الإغلاق. تقوم بتقييد التدفق الأولي للتيار وتخفيف أي عوامل مؤقتة ناتجة، وبالتالي منع الجهد من تجاوز 2 p.u.
بمجرد توقف العوامل المؤقتة، يتم تجاوز المقاومات، ويتم تشغيل الخط بشكل طبيعي.
المزايا:
تقييد الجهد: يحافظ على الجهد في نهاية الاستقبال ضمن حدود آمنة، مما يحمي المعدات ويضمن التشغيل المستقر.
تقليل العوامل المؤقتة: يقلل من شدة زيادة الجهد عند التبديل، وهو أمر مهم بشكل خاص في أنظمة الجهد العالي جداً.
إغلاق القطب المتدرج
المبدأ:
يتضمن إغلاق القطب المتدرج إغلاق أقطاب القطبية الثلاثية المرحلة واحدة بعد الأخرى بنصف دورة. الفكرة هي السماح للعوامل المؤقتة في المرحلة الأولى بالاختفاء قبل إغلاق المرحلة التالية، مما يقلل من احتمال حدوث زيادة جهد شديدة.
العمل:
في نظام ثلاثي الأطوار، يتم إغلاق كل طور بشكل متسلسل، مع تأخير نصف دورة (10 مللي ثانية عند 50 هرتز أو 8.33 مللي ثانية عند 60 هرتز) بين كل طور.
عن طريق تدرج الإغلاق، تتوفر الوقت للعوامل المؤقتة التي تنتجها المرحلة الأولى للانحسار قبل تنشيط المرحلة التالية. هذا يقلل من التأثير التراكمي للعوامل المؤقتة ويقلل من خطر حدوث زيادة جهد.
المزايا:
تقليل العوامل المؤقتة: يسمح بانحسار العوامل المؤقتة من المرحلة الأولى قبل إغلاق المرحلة التالية، مما يقلل من شدة زيادة الجهد الكلية.
تبسيط التنفيذ: لا يتطلب أنظمة تحكم معقدة، مما يجعله طريقة نسبية بسيطة ومنخفضة التكلفة لتقليل زيادة الجهد.
صواعق نهاية الخط
الغرض:
تُثبت صواعق نهاية الخط في نهايات الخطوط الناقلة لحماية ضد زيادة الجهد الناتجة عن ضربات البرق أو عمليات التبديل. تقوم بتقييد زيادة الجهد في النقاط التي يتم تركيبها فيها إلى مستوى الحماية للصاعق.
العمل:
تم تصميم الصواعق لتوصيل الطاقة الزائدة بعيداً عن النظام عندما تتجاوز زيادة الجهد حدًا معينًا. يقومون بتثبيت الجهد على مستوى آمن، مما يمنع تلف المعدات ويضمن سلامة نظام النقل.
عادةً ما يتم وضع الصواعق في كلا طرفي الخط الناقل (طرف الإرسال وطرف الاستقبال). ومع ذلك، فإنها تقييد زيادة الجهد فقط في تلك المواقع المحددة ولا توفر حماية على طول كامل طول الخط.
المزايا:
حماية زيادة الجهد: تحمي بشكل فعال المعدات في طرفي الخط من زيادة الجهد الناتجة عن ضربات البرق أو التبديل.
حماية موجهة: توفر حماية مركزية في نقاط رئيسية في النظام دون الحاجة لمعدات إضافية على طول الخط بأكمله.
الإغلاق المراقب
المبدأ:
الإغلاق المراقب هو إجراء تخفيف متقدم يستخدم متحكمًا ديناميكيًا لتحليل الجهد التفاضلي عبر قاطع الدائرة، وتوقع نقاط الجهد الدنيا المستقبلية، وإغلاق القاطع في اللحظة المثلى لتقليل زيادة الجهد. يجب أن يتم إكمال العملية بأكملها في أقل من 0.5 ثانية ليكون فعالاً.
العمل:
يقوم المتحكم الديناميكي بمراقبة مستمرة للفرق في الجهد عبر قاطع الدائرة.
يحدد نقاط الجهد الدنيا ويتنبأ بوقوع نقاط الجهد الدنيا المستقبلية.
ثم يقوم بإغلاق القاطع عند نقطة الجهد الدنيا المتوقعة، مما يضمن أن يحدث الإغلاق خلال فترة منخفضة الجهد ويقلل من خطر زيادة الجهد.
يتطلب هذا الطريقة خوارزميات تحكم سريعة ودقيقة، بالإضافة إلى توقيت دقيق لضمان إغلاق القاطع في اللحظة المثلى.
المزايا:
تقليل زيادة الجهد: عن طريق إغلاق القاطع في نقطة الجهد المثلى، يقلل الإغلاق المراقب بشكل كبير من شدة زيادة الجهد.
تحسين استقرار النظام: يساعد في الحفاظ على استقرار النظام من خلال منع زيادة الجهد الزائدة أثناء تنشيط الخط.
التكنولوجيا المتقدمة: يقدم حلًا أكثر تطورًا وفعالية مقارنة بالطرق التقليدية مثل إغلاق القطب المتدرج أو مقاومات الإغلاق.
ملف تعريف زيادة الجهد في الخطوط الطويلة ذات الجهد العالي جداً
يوضح الشكل الذي يظهر ملف تعريف زيادة الجهد في الخطوط الطويلة ذات الجهد العالي جداً فعالية خيارات تقييد زيادة الجهد المختلفة. لكل طريقة تأثيرها الخاص على مستويات زيادة الجهد، ويعتمد اختيار الطريقة على المتطلبات الخاصة بالنظام.
الإدخال السريع للمفاعلات المتوازية: يقلل من زيادة الجهد بسبب قدرة الخط الكهربائية ويوفر بعض تقليل زيادة الجهد عند التبديل.
مقاومات الإغلاق: تحد الجهد في نهاية الاستقبال إلى 2 p.u.، مما يسيطر بشكل فعال على زيادة الجهد أثناء تنشيط الخط.
إغلاق القطب المتدرج: يقلل من التأثير التراكمي للعوامل المؤقتة من خلال السماح لها بالاختفاء بين إغلاق الأطوار.
صواعق نهاية الخط: تحمي طرفي الخط من زيادة الجهد ولكنها لا توفر حماية على طول الخط بأكمله.
الإغلاق المراقب: يقلل من زيادة الجهد عن طريق إغلاق القاطع في نقطة الجهد المثلى، مما يقدم السيطرة الأكثر فعالية على زيادة الجهد المؤقتة.
يمكن استخدام كل من هذه الطرق بشكل فردي أو مجتمعة لتحقيق التخفيف المطلوب لزيادة الجهد في الخطوط الطويلة ذات الجهد العالي جداً، اعتمادًا على الاحتياجات والقيود الخاصة بالنظام.
