پرسش و پاسخ درباره حفاظت میکروکامپیوتری و دستگاه های خودکار: توضیح کردن عملکردهای اصلی و اصول کاربردی
چه چیزی میکروکامپیوتر حفاظتی است؟
پاسخ: دستگاه حفاظتی میکروکامپیوتر یک دستگاه خودکار است که می‌تواند نقص یا شرایط غیرطبیعی عملکرد تجهیزات برق در یک سیستم قدرت را تشخیص دهد و برای قطع کلاهک‌ها یا ارسال سیگنال‌های هشدار عمل کند.
وظایف پایه‌ای حفاظت میکروکامپیوتر چیست؟
پاسخ:
به صورت خودکار، سریع و انتخابی، تجهیزات نقص دار را از سیستم جدا کرده و با قطع کلاهک‌ها، مطمئن می‌شود که تجهیزات بدون نقص به سرعت به حالت عادی بازگردند و جلوی آسیب بیشتر به تجهیزات نقص دار گرفته شود.
شرایط غیرطبیعی عملکرد تجهیزات برق را تشخیص داده و بر اساس نیازهای عملیاتی و نگهداری، سیگنال‌های هشدار را فعال کرده یا تجهیزاتی که اگر در خدمت باقی بمانند ممکن است آسیب ببینند یا به نقص تبدیل شوند را قطع می‌کند. حفاظت‌های واکنش‌دهنده به شرایط غیرطبیعی معمولاً نیاز به عمل فوری ندارند و ممکن است شامل تأخیر باشند.
نیازهای اساسی حفاظت میکروکامپیوتر چیست؟
پاسخ: حفاظت میکروکامپیوتر نقش مهمی در تضمین عملکرد ایمن، پایدار و قابل اعتماد سیستم‌های قدرت و در تمیز کردن سریع نقص‌ها دارد. بنابراین، حفاظت‌های رله‌ای باید الزامات زیر را برآورده کنند:
انتخابی: وقتی یک نقص سیستمی رخ می‌دهد، دستگاه حفاظتی باید فقط تجهیزات نقص دار را جدا کند و مطمئن شود که تجهیزات بدون نقص ادامه عملکرد داشته باشند، بنابراین منطقه قطع برق را به حداقل می‌رساند و عملکرد انتخابی را محقق می‌کند.
سرعت: پس از یک نقص سیستمی، اگر نقص به سرعت تمیز نشود، ممکن است شدت یابد. به عنوان مثال، در طول کوتاه‌مداری، ولتاژ به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد که باعث می‌شود موتورهای نزدیک به نقطه نقص کند شوند یا متوقف شوند و تولید عادی را مختل کنند. علاوه بر این، ژنراتورها در طول نقص نمی‌توانند انرژی ارسال کنند که ممکن است منجر به ناپایداری سیستم شود. همچنین، تجهیزات نقص دار با جریان‌های نقص بالا مواجه هستند که باعث آسیب مکانیکی و حرارتی شدید می‌شود. هرچه جریان نقص بیشتر پایدار باشد، آسیب بیشتر خواهد بود. بنابراین، پس از یک نقص، سیستم حفاظتی باید به سرعت عمل کند تا آن را جدا کند.
حساسیت: دستگاه حفاظتی باید به طور مطمئن نقص‌ها و شرایط غیرطبیعی را در منطقه محافظت خود تشخیص دهد. این بدان معناست که نه تنها در حالت کوتاه‌مداری سه‌فازی فلزی تحت شرایط کاری ماکسیمم عملکرد حساس دارد بلکه در حالت کوتاه‌مداری دو‌فازی با مقاومت انتقال بالا تحت شرایط کاری مینیمم نیز حساسیت کافی و عملکرد مطمئن دارد.
قابلیت اعتماد: قابلیت اعتماد یک سیستم حفاظتی بسیار مهم است. این سیستم نباید وقتی که نقص در منطقه محافظت خود رخ می‌دهد عمل نکند و همچنین نباید بدون وجود نقص عمل کند. یک دستگاه حفاظتی غیرقابل اعتماد، یکبار در خدمت گذاشته شود، می‌تواند خود منبع گسترش یا حتی حوادث مستقیم شود.
حفظ‌های مبتنی بر میکروکامپیوتر که برای ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند و وظایف مربوطه آنها را به اختصار توصیف کنید.
پاسخ: ترانسفورماتورها تجهیزات حیاتی در سیستم‌های قدرت هستند. نقص‌های آنها تأثیر زیادی بر قابلیت اطمینان تأمین برق و عملکرد عادی سیستم دارند. ترانسفورماتورهای با ظرفیت بالا نیز بسیار با ارزش هستند، بنابراین باید تجهیزات حفاظتی با عملکرد عالی و قابلیت اعتماد بالا بر اساس ظرفیت و اهمیت ترانسفورماتور نصب شوند.
نقص‌های ترانسفورماتور می‌توانند به دو دسته نقص داخلی و خارجی درون ظرف تقسیم شوند.
نقص‌های داخلی ظرف عبارتند از: کوتاه‌مداری فاز به فاز، کوتاه‌مداری لپ به لپ و کوتاه‌مداری تک‌فازی به زمین. جریان‌های کوتاه‌مداری باعث ایجاد قوس الکتریکی می‌شوند که می‌تواند پیچه‌ها، عایق‌ها و هسته را سوزانده و ممکن است باعث تبخیر شدید روغن ترانسفورماتور شود که می‌تواند منجر به انفجار ظرف شود.
نقص‌های خارجی ظرف شامل:کوتاه‌مداری فاز به فاز و کوتاه‌مداری تک‌فازی به زمین در بوسینگ‌ها و خطوط خروجی.
شرایط غیرطبیعی عملکرد شامل: جریان بیش از حد به دلیل کوتاه‌مداری خارجی، بارگذاری بیش از حد به دلایل مختلف و سطح روغن پایین درون ظرف.
بر اساس این نوع نقص‌ها و شرایط غیرطبیعی، باید تجهیزات حفاظتی زیر نصب شوند:
حفاظت گاز (بوخولتز) برای کوتاه‌مداری داخلی ظرف و سطح روغن پایین.
حفاظت دیفرانسیل طولی یا حفاظت جریان فوری برای کوتاه‌مداری چند فازی در پیچه‌ها و خطوط خروجی، کوتاه‌مداری به زمین در پیچه‌ها و خطوط خروجی در سیستم‌های زمین‌گذاری با جریان بالا و کوتاه‌مداری لپ به لپ.
حفاظت جریان بیش از حد (یا حفاظت جریان بیش از حد با شروع ولتاژ مرکب یا حفاظت جریان دنباله منفی) برای کوتاه‌مداری فاز به فاز خارجی، به عنوان پشتیبانی برای حفاظت گاز و دیفرانسیل (یا جریان فوری).
حفاظت جریان دنباله صفر برای کوتاه‌مداری خارجی به زمین در سیستم‌های زمین‌گذاری با جریان بالا.
حفاظت بار بیش از حد برای بار بیش از حد متقارن و غیره.
چه حفاظت‌هایی برای یک واحد ژنراتور-ترانسفورماتور 600 MW نصب می‌شوند؟
پاسخ:
حفاظت دیفرانسیل واحد ژنراتور-ترانسفورماتور
حفاظت دیفرانسیل طولی ژنراتور
حفاظت دیفرانسیل اصلی ترانسفورماتور
حفاظت از دست دادن تحریک ژنراتور
حفاظت خارج از گام ژنراتور
حفاظت قدرت معکوس ژنراتور
حفاظت فرکانس پایین ژنراتور
حفاظت از بیش‌تحریک
حفاظت از کوتاه‌مداری به زمین ستاتور ژنراتور
حفاظت جریان بیش از حد ژنراتور
حفاظت جریان دنباله منفی با زمان معکوس ژنراتور
حفاظت از بار بیش از حد ستاتور ژنراتور
حفاظت از از دست دادن آب ژنراتور
حفاظت جریان دنباله صفر نقطه خنثی اصلی ترانسفورماتور
حفاظت گاز (بوخولتز) اصلی ترانسفورماتور
حفاظت رها شدن فشار اصلی ترانسفورماتور
تفاوت‌های حفاظت دیفرانسیل اصلی ترانسفورماتور و حفاظت گاز چیست؟ آیا هر دو حفاظت می‌توانند نقص‌های داخلی ترانسفورماتور را تشخیص دهند؟
پاسخ: حفاظت دیفرانسیل حفاظت اصلی ترانسفورماتور است؛ حفاظت گاز حفاظت اصلی برای نقص‌های داخلی ترانسفورماتور است.
محدوده حفاظت دیفرانسیل شامل تجهیزات الکتریکی اصلی بین ترانسفورماتورهای جریان در تمام طرف‌های ترانسفورماتور اصلی است، شامل:
کوتاه‌مداری چند فازی در خطوط خروجی و پیچه‌های ترانسفورماتور
کوتاه‌مداری لپ به لپ شدید
کوتاه‌مداری به زمین در خطوط خروجی پیچه‌ها در سیستم‌های زمین‌گذاری با جریان بالا
محدوده حفاظت گاز شامل:
کوتاه‌مداری چند فازی داخلی ترانسفورماتور
کوتاه‌مداری لپ به لپ، و کوتاه‌مداری بین لپ‌ها و هسته یا پوشش خارجی
نقص‌های هسته (مانند گرم شدن و آسیب)
سطح روغن پایین یا رسوخ روغن
تماس ضعیف در تغییر گام یا لحیم‌کاری ناقص رسانه‌ها
حفاظت دیفرانسیل می‌تواند بر روی ترانسفورماتورها، ژنراتورها، بخش‌های باربر و خطوط انتقال نصب شود، در حالی که حفاظت گاز مختص ترانسفورماتورها است.
برای نقص‌های داخلی ترانسفورماتور (به جز کوتاه‌مداری لپ به لپ کوچک)، هر دو حفاظت دیفرانسیل و گاز می‌توانند پاسخ دهند. چون نقص‌های داخلی باعث حرکت روغن و افزایش جریان اصلی می‌شوند، هر دو حفاظت ممکن است فعال شوند. کدام یک ابتدا عمل می‌کند بستگی به ماهیت نقص دارد.
نوع نقص‌هایی که حفاظت جریان دنباله صفر نقطه خنثی اصلی ترانسفورماتور، جریان بیش از حد فاصله و ولتاژ دنباله صفر بیش از حد به آنها پاسخ می‌دهند چیست؟ اصول تنظیم چیست؟
پاسخ: حفاظت جریان دنباله صفر نقطه خنثی اصلی ترانسفورماتور، جریان بیش از حد فاصله و ولتاژ دنباله صفر بیش از حد برای حفاظت از کوتاه‌مداری به زمین در خطوط خروجی خود تجهیز طراحی شده‌اند. آنها معمولاً به عنوان حفاظت پشتیبان برای کوتاه‌مداری زمین‌گذاری در سیستم 110-220 kV در طرف بالا ترانسفورماتور عمل می‌کنند. حفاظت جریان دنباله صفر زمانی استفاده می‌شود که نقطه خنثی ترانسفورماتور زمین‌گذاری شده باشد؛ حفاظت ولتاژ دنباله صفر زمانی استفاده می‌شود که نقطه خنثی بدون زمین‌گذاری باشد؛ و حفاظت جریان بیش از حد فاصله زمانی استفاده می‌شود که نقطه خنثی ترانسفورماتور از طریق یک فاصله شمعی زمین‌گذاری شده باشد.
حافظت جریان دنباله صفر دارای جریان شروع کوچکی است، معمولاً حدود 100 A، با زمان عمل حدود 0.2 ثانیه. حفاظت ولتاژ دنباله صفر بیش از حد معمولاً در دوبرابر ولتاژ اسمی فاز تنظیم می‌شود. برای جلوگیری از ولتاژ بیش از حد موقت در طول کوتاه‌مداری یک‌فازی، زمان تأخیر معمولاً 0.1-0.2 ثانیه تنظیم می‌شود. طول فاصله شمعی در نقطه خنثی 220 kV ترانسفورماتور معمولاً 325 میلی‌متر است، با ولتاژ تخریب RMS 127.3 kV. وقتی ولتاژ خنثی بیش از ولتاژ تخریب باشد، فاصله شمعی تخریب می‌شود و اجازه می‌دهد جریان دنباله صفر از طریق نقطه خنثی جریان یابد. زمان حفاظت 0.2 ثانیه تنظیم می‌شود.
حفظ اصلی و حفظ پشتیبان چیست؟
پاسخ: حفاظت اصلی به حفاظتی گفته می‌شود که در صورت رخ دادن یک نقص کوتاه‌مداری، الزامات پایداری سیستم و ایمنی تجهیزات را برآورده کرده و به طور انتخابی عمل کرده تا نقص را از تجهیزات محافظت شده و خط کامل تمیز کند.
حفظ پشتیبان به حفاظتی گفته می‌شود که وقتی حفاظت اصلی یا کلاهک قطع نتواند عمل کند، نقص را تمیز می‌کند.
وظیفه تحریک اجباری ژنراتور چیست؟
پاسخ:
پایداری سیستم قدرت را افزایش می‌دهد.
پس از تمیز کردن نقص، بازیابی سریع ولتاژ را ممکن می‌سازد.
قابلیت اطمینان عملکرد حفاظت جریان بیش از حد با زمان تأخیر را بهبود می‌بخشد.
شرایط خودراه‌اندازی موتورها در طول نقص سیستم را بهبود می‌بخشد.
