پاسخ رایانه‌ای برای حفاظت از ترانسفورماتورها
- پس‌زمینه و چالش‌های اصلی
ترانسفورماتورها اجزای حیاتی سیستم‌های برق هستند و عملکرد قابل اعتماد آن‌ها برای امنیت شبکه ضروری است. محافظت ترانسفورماتور به روش سنتی با چالش‌های فنی متعددی مواجه است، از جمله شناسایی جریان کوتاه داخلی، تمایز جریان ناشی از شارژ اولیه، محافظت در برابر بار زیاد و مشکلات اشباع دیفرانسیل. به خصوص، محافظت دیفرانسیل درصدی سنتی در برابر تداخل هارمونیک حساس است که ممکن است منجر به عملکرد نادرست یا عدم عملکرد سیستم محافظت شود و به شدت پایداری سیستم را تهدید کند.
۲. مرور کلی راه‌حل
این راه‌حل از فناوری محافظت مبتنی بر میکروکامپیوتر پیشرفته استفاده می‌کند و روش‌های مختلفی را برای دستیابی به محافظت جامع ترانسفورماتور ترکیب می‌کند. شامل سه ماژول اصلی است: محافظت دیفرانسیل مقید به هارمونیک، سیستم تشخیص اشباع CT تطبیقی و سیستم محافظت یکپارچه با مانیتورینگ دما با الیاف نوری.
۲.۱ فناوری محافظت دیفرانسیل مقید به هارمونیک
با استفاده از فناوری بلاک‌شدن هارمونیک دوم، این روش با تشخیص محتوای هارمونیک دوم در جریان‌های دیفرانسیل به صورت زنده، جریان‌های خطا را از جریان‌های ناشی از شارژ اولیه متمایز می‌کند. ویژگی‌های کلیدی عبارتند از:
- آستانه تنظیم‌پذیر محتوای هارمونیک (۱۵٪-۲۰٪) طراحی شده برای ویژگی‌های ترانسفورماتور.
- تحلیل هارمونیک مبتنی بر تبدیل فوریه برای اطمینان از دقت تشخیص.
- منطق بلاک‌شدن پویا برای جلوگیری از عملکرد نادرست محافظت.
نتایج کاربردی: در یک مورد محافظت ترانسفورماتور با ولتاژ فوق بالا ۷۶۵kV، این فناوری نرخ عملکرد نادرست را ۸۲٪ کاهش داد و قابلیت اطمینان محافظت را به طور قابل توجهی افزایش داد.
۲.۲ سیستم تشخیص اشباع CT تطبیقی
براساس تحلیل تحریف موج جریان و مانیتورینگ بار CT قبل از خطا، این سیستم ضرایب محدودیت را به صورت پویا تنظیم می‌کند:
- وضعیت عملکرد CT را به صورت زنده مانیتور می‌کند تا ویژگی‌های اشباع را شناسایی کند.
- از محاسبه نرخ تحریف موج برای داوری دقیق اشباع استفاده می‌کند.
- پارامترهای محافظت را به صورت پویا تنظیم می‌کند تا در شرایط اشباع قابلیت اطمینان را تضمین کند.
شاخص‌های عملکرد: در کاربردهای UHV، این روش حتی در شرایط اشباع شدید CT نیز عملکرد قابل اعتمادی را تضمین می‌کند و زمان عملکرد را به کمتر از ۱۲ms کاهش می‌دهد و به طور قابل توجهی سرعت واکنش به خطا را افزایش می‌دهد.
۲.۳ سیستم محافظت یکپارچه با مانیتورینگ دما با الیاف نوری
سنسورهای توزیع‌شده الیاف نوری در مکان‌های مهم پیچ‌های ترانسفورماتور جهت مانیتورینگ دما به صورت زنده نصب می‌شوند:
- اندازه‌گیری مستقیم دمای نقاط داغ پیچ با دقت ±۱°C.
- آستانه‌های دما چندسطحی (به عنوان مثال، تنظیم قطع در ۱۴۰°С).
- یکپارچه‌سازی با محافظت دیفرانسیل برای قطع سریع‌تر بر اساس دما.
- فعال‌سازی خودکار سیستم خنک‌سازی برای جلوگیری از افزایش دما.
نتایج عملی: در یک ایستگاه تبدیل، عمر مفید ترانسفورماتور را ۳۰٪ افزایش داد و خرابی‌های عایق‌بندی ناشی از گرم شدن را جلوگیری کرد.
۳. مزایای فنی
- قابلیت اطمینان افزایش یافته: مکانیزم‌های محافظت چندگانه با هم همکاری می‌کنند تا نقص‌های محافظت تک‌گانه را کاهش دهند.
- پاسخ سریع: الگوریتم‌های پردازش داده با سرعت بالا به طور قابل توجهی زمان عملکرد را کاهش می‌دهند.
- تطبیق‌پذیری: تنظیم خودکار پارامترهای محافظت بر اساس شرایط عملکرد.
- محافظت پیشگیرانه: مانیتورینگ دما امکان پیش‌بینی خطا را فراهم می‌کند و محافظت غیرفعال را به پیشگیری فعال تبدیل می‌کند.
۴. موارد کاربردی
این راه‌حل با موفقیت در پروژه‌های متعدد UHV و زیرстанسیون‌های ولتاژ فوق بالا ۷۶۵kV نصب شده است. داده‌های عملیاتی نشان می‌دهند:
- نرخ عملکرد صحیح ۹۹.۹۸٪.
- زمان تشخیص میانگین خطا به ۴۰٪ کاهش یافته است.
- حوادث عملکرد نادرست بیش از ۸۵٪ کاهش یافته است.
- افزایش قابل توجه عمر مفید تجهیزات.
