روش های کاهش فشار بیش از حد در شبکه های الکتریکی با ولتاژ خیلی بالا

پاره‌ای افزودنی سریع خازنه‌ها

هدف:

خازنه‌ها عمدتاً برای جبران ظرفیت خطوط انتقال بلند استفاده می‌شوند که می‌تواند باعث بروز ولتاژهای بیش از حد و مشکلات قدرت واکنشی شود. آنها فوائد ثانویه‌ای نیز دارند مانند کاهش ولتاژهای بیش از حد در هنگام اتصال، اما این معمولاً دلیل اصلی نصب آنها توسط شرکت‌های برق نیست. اهداف اصلی خازنه‌ها شامل موارد زیر است:

• جبران ظرفیت: خطوط انتقال بلند ظرفیت قابل توجهی دارند، به ویژه در سطح ولتاژ بسیار بالا (EHV). این ظرفیت می‌تواند در شرایط بار کم یا هنگامی که خط باز است، باعث بروز ولتاژهای بیش از حد شود. خازنه‌ها با ارائه بار واکنشی که اثرات ظرفیتی را مقایسه می‌کند، به کاهش این ولتاژهای بیش از حد کمک می‌کنند.

• کاهش ولتاژهای بیش از حد در هنگام تغییر وضعیت: اگرچه این هدف اصلی نیست، خازنه‌ها می‌توانند ولتاژهای بیش از حد در هنگام تغییر وضعیت را نیز کاهش دهند. هنگامی که یک برشکن باز یا بسته می‌شود، ولتاژهای موقتی می‌توانند بروز کنند. خازنه‌ها می‌توانند برخی از این ولتاژهای موقتی را جذب کنند و بنابراین میزان ولتاژهای بیش از حد را کاهش دهند.

کاربرد:

• خازنه‌ها معمولاً در زیرстанیون‌ها در طول خطوط انتقال بلند، به ویژه در سیستم‌های EHV که اثر ظرفیتی بیشتر است، نصب می‌شوند.

• آنها معمولاً فقط برای کاهش ولتاژهای بیش از حد در هنگام تغییر وضعیت نصب نمی‌شوند زیرا روش‌های دیگری (مانند مقاومت‌های بستن یا بستن کنترل‌شده) برای این هدف خاص موثرتر هستند.

مقاومت‌های بستن

هدف:

مقاومت‌های بستن برای محدود کردن افزایش ولتاژ در انتهای دریافتی یک خط انتقال هنگام تغذیه استفاده می‌شوند. هدف اصلی حفظ ولتاژ در حد مجاز، معمولاً حدود 2 واحد پر (p.u.)، برای جلوگیری از آسیب به تجهیزات و تضمین پایداری سیستم است.

عملکرد:

• هنگامی که یک خط انتقال تغذیه می‌شود، یک سریع تغییر جریان می‌تواند باعث افزایش قابل توجه ولتاژ در انتهای دریافتی شود که منجر به شرایط ولتاژ بیش از حد می‌شود.

• مقاومت‌های بستن به صورت موقت در سری با برشکن در طول عملیات بستن متصل می‌شوند. آنها تغییر جریان اولیه را محدود می‌کنند و هرگونه تغییرات موقتی را کاهش می‌دهند، بنابراین جلوگیری از اینکه ولتاژ از 2 p.u. تجاوز کند.

• پس از آرام شدن تغییرات موقتی، مقاومت‌ها دور می‌شوند و خط به طور عادی کار می‌کند.

مزایا:

• محدود کردن ولتاژ: ولتاژ انتهای دریافتی را در حدود امن نگه می‌دارد، تجهیزات را محافظت می‌کند و عملکرد پایدار را تضمین می‌کند.

• کاهش تغییرات موقتی: میزان ولتاژهای بیش از حد در هنگام تغییر وضعیت را کاهش می‌دهد که در سیستم‌های EHV می‌تواند مهم باشد.

بستن تدریجی قطب‌ها

اصل:

بستن تدریجی قطب‌ها شامل بستن قطب‌های جداگانه یک برشکن سه‌فازی با فاصله نیم دور است. ایده این است که تغییرات موقتی در فاز اول فرصتی برای کاهش پیدا کنند قبل از اینکه فاز بعدی بسته شود، بنابراین احتمال بروز ولتاژهای بیش از حد شدید کاهش می‌یابد.

عملکرد:

• در یک سیستم سه‌فازی، هر فاز به ترتیب بسته می‌شود، با تأخیر نیم دور (10 میلی‌ثانیه در 50 Hz یا 8.33 میلی‌ثانیه در 60 Hz) بین هر فاز.

• با تدریج بستن، تغییرات موقتی تولید شده توسط فاز اول فرصتی برای کاهش پیدا می‌کنند قبل از اینکه فاز بعدی تغذیه شود. این کاهش تأثیر تجمعی تغییرات موقتی و کاهش ریسک بروز ولتاژهای بیش از حد را انجام می‌دهد.

مزایا:

• کاهش تغییرات موقتی: اجازه می‌دهد تغییرات موقتی از فاز اول قبل از بسته شدن فاز بعدی کاهش یابند، که میزان کلی ولتاژهای بیش از حد را کاهش می‌دهد.

• اجرای ساده: نیاز به سیستم‌های کنترل پیچیده ندارد، بنابراین یک روش نسبتاً ساده و اقتصادی برای کاهش ولتاژهای بیش از حد است.

آرام‌ساز‌های انتهای خط

هدف:

آرام‌ساز‌های انتهای خط در انتهای خطوط انتقال نصب می‌شوند تا در برابر ولتاژهای بیش از حد ناشی از ضربه‌های رعد و برق یا عملیات تغییر وضعیت محافظت کنند. آنها ولتاژهای بیش از حد را در نقاطی که نصب شده‌اند به سطح محافظت آرام‌ساز محدود می‌کنند.

عملکرد:

• آرام‌ساز‌ها طراحی شده‌اند تا وقتی ولتاژهای بیش از حد از یک حد معین تجاوز کنند، انرژی اضافی را از سیستم دور کنند. آنها ولتاژ را به سطح ایمن محدود می‌کنند، جلوگیری از آسیب به تجهیزات و تضمین تمامیت سیستم انتقال را می‌کنند.

• معمولاً، آرام‌ساز‌ها در هر دو انتهای خط انتقال (اطراف ارسال و دریافت) نصب می‌شوند. اما آنها فقط ولتاژهای بیش از حد را در آن مکان‌های خاص محدود می‌کنند و محافظت در طول کل خط را فراهم نمی‌کنند.

مزایا:

• حفاظت از ولتاژ بیش از حد: به طور مؤثر تجهیزات در انتهای خط را در برابر ولتاژهای بیش از حد ناشی از رعد و برق یا تغییر وضعیت محافظت می‌کند.

• حفاظت متمرکز: محافظت متمرکز در نقاط کلیدی سیستم را بدون نیاز به تجهیزات اضافی در طول کل خط فراهم می‌کند.

بستن کنترل‌شده

اصل:

بستن کنترل‌شده یک روش پیشرفته کاهش است که از یک کنترل‌کننده دینامیکی برای تحلیل ولتاژ دیفرانسیل در دو طرف برشکن، پیش‌بینی نقاط حداقل ولتاژ آینده و بستن برشکن در لحظه بهینه برای کاهش ولتاژهای بیش از حد استفاده می‌کند. کل فرآیند باید در کمتر از 0.5 ثانیه تکمیل شود تا موثر باشد.

عملکرد:

• یک کنترل‌کننده دینامیکی به طور مداوم ولتاژ دیفرانسیل در دو طرف برشکن را مورد نظارت قرار می‌دهد.

• نقاط حداقل ولتاژ را شناسایی می‌کند و پیش‌بینی می‌کند که چه زمانی نقاط حداقل آینده رخ می‌دهند.

• سپس کنترل‌کننده برشکن را در نقطه حداقل ولتاژ پیش‌بینی شده بسته می‌کند، تضمین می‌کند که بستن در دوره‌ای با ولتاژ کم رخ می‌دهد و خطر ولتاژ بیش از حد را کاهش می‌دهد.

• این روش نیاز به الگوریتم‌های کنترل سریع و دقیق دارد، همچنین زمان‌بندی دقیق برای تضمین بستن برشکن در لحظه بهینه.

مزایا:

• کاهش ولتاژهای بیش از حد: با بستن برشکن در نقطه ولتاژ بهینه، بستن کنترل‌شده میزان ولتاژهای بیش از حد را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

• بهبود پایداری سیستم: با جلوگیری از افزایش ولتاژ بیش از حد در هنگام تغذیه خط، به پایداری سیستم کمک می‌کند.

• فناوری پیشرفته: نسبت به روش‌های سنتی مانند بستن تدریجی قطب‌ها یا مقاومت‌های بستن، راه‌حلی پیشرفته‌تر و موثرتر ارائه می‌دهد.

نمودار ولتاژ بیش از حد در خطوط بلند EHV

شکل نشان‌دهنده نمودار ولتاژ بیش از حد در یک خط بلند EHV اثربخشی گزینه‌های مختلف محدود کردن ولتاژ بیش از حد را نشان می‌دهد. هر روش تأثیر خاص خود را بر سطوح ولتاژ بیش از حد دارد و انتخاب روش به نیازهای خاص سیستم بستگی دارد.

• پاره‌ای افزودنی سریع خازنه‌ها: ولتاژهای بیش از حد ناشی از ظرفیت خط و کاهش ولتاژهای بیش از حد در هنگام تغییر وضعیت را کاهش می‌دهد.

• مقاومت‌های بستن: ولتاژ انتهای دریافتی را به 2 p.u. محدود می‌کند و به طور مؤثر ولتاژهای بیش از حد در هنگام تغذیه خط را کنترل می‌کند.

• بستن تدریجی قطب‌ها: تأثیر تجمعی تغییرات موقتی را با اجازه دادن به کاهش آن‌ها بین بستن فاز‌ها کاهش می‌دهد.

• آرام‌ساز‌های انتهای خط: انتهای خط را در برابر ولتاژهای بیش از حد محافظت می‌کند اما محافظت در طول کل خط را فراهم نمی‌کند.

• بستن کنترل‌شده: ولتاژهای بیش از حد را با بستن برشکن در نقطه ولتاژ بهینه کاهش می‌دهد و کنترل مؤثرترین را بر ولتاژهای بیش از حد موقتی ارائه می‌دهد.

هر یک از این روش‌ها می‌توانند به طور جداگانه یا ترکیبی برای دستیابی به کاهش مطلوب ولتاژ بیش از حد در خطوط بلند EHV استفاده شوند، بسته به نیازهای و محدودیت‌های خاص سیستم.