Dağıtım Ağlarında Yük Anahtarlari ile Müşteri Ekipmanı Arızalarının Otomatik İzolasyon Yöntemi

1 Genel Bakış

Dağıtım ağının güvenliği uzun süredir yetersiz kalmış durumda ve bu ağın otomasyonu alt istasyon otomasyonundan geride kalmıştır. Mevcut alt istasyonların 10 kV aralıklarını kullanarak hat bölümlendirme noktaları ayarlama, gelecekteki ağ ihtiyaçlarını karşılar. Dağıtım anahtarları, bölüm anahtarları ve koruma yapılandırması, güvenilirlik için alt istasyon çıkış hattı korumasıyla uyumlu olmalıdır. Arızanın izolasyonu, kendiliğinden iyileşmesi ve restorasyon dağıtım otomasyonunun temel unsurlarıdır.

Araştırmacılar akıllı dağıtım ağında arıza-restorasyon optimizasyonunu (çoklu güç, ara kesintili kaynaklar, enerji depolama) incelediler, ancak yük anahtarı tabanlı kullanıcı ekipmanı arızası izolasyonunu incelemediler. Şekil 1'deki hat örneğini ele alalım: Bölüm anahtarı S3, A, B, C'yi hizmet eder. A'nın arızası S3'ün devre dışı kalmasına neden olur. Geçici arızalar başarılı bir yeniden kapamayı sağlar; kalıcı olanlar ise B/C'ye elektrik kesintisine neden olur, üretim zararına uğrar, tedariki keser ve sorun giderme yükünü artırır (S3 arızayı belirleyemeyip tek tek kontrol etmesi gerektiği için). Bu nedenle, arızaları izole etmek, arızalı kullanıcıları tanımlamak ve S3'ün arızasız kullanıcılar için başarıyla yeniden kapatabilmesini sağlamak için acil olarak bir yük anahtarı yöntemi/cihazı gereklidir, kullanıcı veya arıza türüne (geçici/kalıcı) bakılmaksızın.

2 Yük Anahtarı ile Elektrik Kullanıcı Ekipmanı Arızalarını Etkili Bir Şekilde İzole Etme Yöntemi

Yük anahtarı, devre kesicisi ve yalıtma anahtarı arasında yer alan bir anahtarlama cihazıdır ve basit bir yay söndürme cihazı içerir. Nominal yük akımını ve bazı aşırı yük akımlarını kesmekte fakat kısa devre arızası akımını kesemez. Bu nedenle, herhangi bir kullanıcı ekipmanı arızalandığında, sadece bölüm anahtarı S3 koruma amacıyla devre dışı kalır. Eğer bir cihaz, S3 yeniden kapandıktan önce arızalı kullanıcıyı tespit eder ve onun yük anahtarını devre dışı bırakırsa, arızalı kullanıcı izole edilmiş olur ve S3 başarıyla yeniden kapatabilir. Arızalı kullanıcı bilgilerinin dağıtım ağı operasyon ve bakım (O&M) personeline SMS yoluyla gönderilmesi, arızaların hızlı bir şekilde giderilmesine, O&M iş yükünün azaltılmasına, elektrik tedarik güvenliğinin artmasına ve arızasız kullanıcıların elektrik tedariklerinin sağlanması konusunda yardımcı olur.

3 Yük Anahtarı ile Elektrik Kullanıcı Ekipmanı Arızalarını Etkili Bir Şekilde İzole Etme Teknik Yolu
3.1 Teknik Mantık Modülü Süreci

Kullanıcı A'nın ekipman arızası örneğini ele alalım. Onun yük anahtarına bir arıza tespit cihazı kurun (Şekil 2'ye bakınız). Yük anahtarı ve giriş hatı arasında yer alır, voltaj tespit modülü, akım tespit modülü, mantık değerlendirme ve işleme modülü, devre kesme teması, sinyal teması ve kablosuz sinyal gönderme modülüne sahiptir (mantık süreci Şekil 3'te gösterilmiştir). Voltaj ve akım tespit modüllerinin çıktıları mantık modülünün girişine bağlanır. Çıkışı da devre kesme teması ve sinyal temasının bir ucuna bağlanır. Devre kesme temasının diğer ucu, yük anahtarının devre kesme bobininden kullanıcıya birincil ekipmana bağlanır; sinyal temasının diğer ucu kablosuz modüle bağlanır. Bu, etkili arıza izolasyonu, bakım personeli tarafından hızlı arıza giderimi, arıza bulma iş yükünün azalmasını ve çalışma verimliliğinin artmasını sağlar.

3.2 Fiziksel Kablolaştırma Uygulaması

Kullanıcı A'nın ekipman arızası örneğini ele alalım (Şekil 4'e bakınız), voltaj tespit modülü genel elektrik dağıtım odasının bus voltaj transformatörüne bağlanır ve akım tespit modülü CT1 (Kullanıcı A'nın giriş hatı akım transformatörüne) bağlanır. Kullanıcı A'nın mantık değerlendirme modülü, giriş akımı ve voltajı işler.

Kullanıcı A'nın kısa devre arızası olduğunda, mantık değerlendirme modülü üzerinden geçen akım, önceden belirlenmiş arıza akımını aşar (ve "1" olarak işaretlenir). Daha sonra, bölüm anahtarı S3 devre dışı kalır, genel dağıtım odası bus voltajını kaybeder. Tüm kullanıcıların mantık modülleri bu voltaj kaybını tespit eder ("1" olarak işaretlenir), ancak sadece Kullanıcı A'nın modülü hem arıza akımını hem de voltaj kaybını tespit eder (her ikisi de "1"). Bu "1"ler AND kapısı oluşturur ve Kullanıcı A'yı arızalı olarak tanımlar.

Kullanıcı A'nın mantık modülü, devre kesme teması TJ1 ve sinyal teması TJ2 çıktısını verir. TJ1 kapanır, pozitif güç kaynağına ve yük anahtarı devre kesme bobinine bağlanarak Kullanıcı A'nın yük anahtarını devre dışı bırakır. TJ2 kapanır, kablosuz yolla dağıtım ağı O&M personeline arıza bilgilerini gönderir. Bu, arızalı kullanıcının yük anahtarı arıza akımını kesmezken arızayı izole etmeyi sağlar. Arızalı olmayan kullanıcılar, voltaj kaybına rağmen (arıza akımı tespit edilmez), yük anahtarlarını devre dışı bırakmaz (AND kapısı aktive olmaz).

Benzer şekilde, giriş hatı akım transformatörlerinin ikincil akımları (Kullanıcı B için CT2, Kullanıcı C için CT3) tespit cihazına bağlanır. Arıza mantığı Kullanıcı A'nın prensibine dayanır, B/C için arızaları izole ederek diğerlerinin normal elektrik tedarikini sağlar.

4 Bölüm Anahtarı Koruması ve Yanlış İşlem Önleme Tedbirleri ile Koordinasyon

• Hava hatları için: Arıza tespit cihazı, S3'ün yeniden kapama süresiyle (genellikle devre dışı kalma sonrası 1.2 saniye gecikme) koordineli çalışır. 1.2 saniye içinde, arızalı kullanıcının yük anahtarını devre dışı bırakmalıdır (S3'ün arızalı durumlarda yeniden açılmasını önler). Arıza bilgileri, hızlı onarım için O&M personeline SMS yoluyla gönderilir.

• Kablo hatları için: S3'ün yeniden kapama özelliği olmadığından, tespit cihazı arızalı yük anahtarını devre dışı bırakır ve arıza bilgisini SMS yoluyla gönderir. O&M personeli S3'ü kapatır, böylece arızasız kullanıcıların elektrik tedarikini sağlar ve kesinti süresini azaltır.

• S3 yeniden kapandıktan sonra arızasız yük anahtarlarının yanlış devre dışı kalmasını önlemek için: Tespit cihazının mantığı, ilk olarak arıza akımının yükseldiğini, ardından voltaj kaybını (AND kapısı oluşturacak şekilde) algılamayı gerektirir. Voltaj kaybı değerlendirmesine bir gecikme eklenir (gerilim öncesi gelen darbe akımından dolayı yanlış devre dışı kalmanın önlenmesi için).

5 Sonuç

Kullanıcıların giriş hatı yük anahtarlarına (bölüm anahtarı korumasıyla koordineli) arıza tespit cihazları kurmak, yük anahtarlarının arızaları otomatik olarak izole etmesine ve O&M personeline uyarıda bulunmasına olanak tanır. Bu, genel dağıtım hattı güvenliğini artırır, arıza bulma iş yükünü azaltır ve kesinti yayılmasını sınırlar. Bu cihaz, ana dağıtım hatları yük anahtarlarında da (üst düzey bölüm anahtarı korumasıyla koordineli) kullanılabilir, yük anahtarı sonrası arızaları izole ederek ve anahtarlar arasındaki kullanıcıların elektrik tedarikini sağlayarak kesinti aralıklarını küçültür ve dağıtım hattı güvenliğini artırır.