خلاصه اختراع

عملكرد نامتقارن مدارشكن هاي خطوط انتقال كه به صورت گيركردن يك يا دو پل مدارشكن به هنگام بازشدن و يا بسته شدن بروز مي يابد، وضعيتي است كه مي تواند باعث ايجاد مشكل و حتي از دست رفتن تجهيزات گران قيمت شبكه همچون راكتورهاي جبرانساز گردد. از آنجا كه جلوگيري از وقوع خطا و خرابي تصادفي در مدارشكن ها مانند ساير تجهيزات امري دور از انتظار است، تشخيص سريع اين خطا (عملكرد نامتقارن مدارشكن)، ضروري است. اختراع حاضر مستقل از وضعيت مدارشكن ها در پست مقابل، پس از دريافت سيگنال بازشدن و يا بسته شدن سه فاز به مدارشكن، مبتني بر تجزيه و تحليل اطلاعات ولتاژ ديفرانسيلي دو طرف مدارشكن در هر سه فاز به ارزيابي وضعيت عملكرد مدارشكن هاي خطوط انتقال مي پردازد. مزيت اين رله در مقايسه با رله هاي حفاظتي موجود، قابليت تشخيص عملكرد نامتقارن به ازاي كليه شرايط بهره-برداري اعم از شرايط عادي و اتصال كوتاه و قابليت بكارگيري براي انواع خطوط با و بدون جبرانسازي است. اين رله مبتني بر اطلاعات موجود اندازه گيري (سيگنال هاي ولتاژي CVTهاي سمت خط و سمت باسبار و فرمان باز شدن و يا بسته شدن سه فاز) و بدون نياز به اضافه كردن تجهيز اندازه گيري جديد و يا اطلاعات پست مقابل، طراحي و ساخته شده است.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

حوزه کاربری رله تشخیص وضعیت عملکرد نامتقارن مدارشکن های خطوط انتقال پیشنهاد شده (اختراع حاضر) شبکه های فوق توزیع و انتقال برق است. این رله به منظور تشخیص عملکرد نامتقارن مدارشکن‌های خط ناشی از خطای مکانیکی گیرکردن یک یا دو پل مدارشکن هنگام باز شدن یا بسته شدن طراحی شده است.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

در شرایط بهره برداری عادی، هر سه پل مدارشکن یا بسته هستند یا باز. عملکرد نامتقارن مدارشکن به معنای از دست رفتن این تقارن بنابه دلایلی همچون قطعی مدار تریپ و یا مشکل مکانیکی است که نهایتا به گیرکردن یک یا دو پل مدارشکن به هنگام باز شدن یا بسته شدن می انجامد. به دلیل هر آنچه ممکن است بصورت اتفاقی در مدار شکن خط رخ دهد (مانند شکسته شدن میله عایقی انتقال قدرت مکانیکی یکی از پل ها) با قرارگرفتن مدار شکن در وضعیت بهره برداری، در شرایطی می تواند باعث ایجاد مشکل و حتی از دست رفتن تجهیزات گران قیمت شبکه همچون راکتورهای جبرانساز گردد. از آنجا که جلوگیری از وقوع خطا و خرابی تصادفی در مدارشکن ها مانند سایر تجهیزات امری دور از انتظار است، تشخیص سریع خطا (عملکرد نامتقارن مدارشکن)، ضروری است. هدف اختراع حاضر طراحی و ساخت رله تشخیص وضعیت عملکرد نامتقارن مدارشکن های خطوط فوق توزیع و انتقال است. این رله مستقل از وضعیت مدارشکن ها در پست مقابل و وضعیت جبرانسازی خط، پس از دریافت سیگنال بازشدن و یا بسته شدن به مدارشکن، به ارزیابی وضعیت عملکردی مدارشکن می پردازد. شایان ذکر است رله پیشنهادی در شرایط بازبست تکفاز که سیستم حفاظتی مربوط دستور بازشدن و بسته شدن تکفاز را صادر می کند، فعال نمی شود.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

مبنای راه حل پیشنهادی برای تشخیص وضعیت نامتقارنی مدار شکن، با توجه به غیرقابل اتکا بودن (1) اطلاعات دریافتی از وضعیت کنتاکت های کمکی مدارشکن و (2) سیگنال های جریان عبوری از خط، استفاده از الگوی رفتاری متفاوت ولتاژ اندازه گیری شده طرف خط در پل (یا پل های) بازشده در مقایسه با پل های (یا پل) گیرکرده در شرایط بازشدن و بسته شدن مدارشکن است. این الگوی رفتاری عبارتند از:
الف. یکسان بودن ولتاژهای اندازه گیری شده سمت خط و باس در وضعیت بسته بودن پل مدارشکن.
‌ب. متفاوت بودن ولتاژهای اندازه گیری شده سمت خط و باس در وضعیت باز بودن پل مدارشکن. این اختلاف در وضعیت باز بودن پل متناظر در مدارشکن خط در پست مقابل، تابعی از مشخصات خط و تجهیزات جبرانساز موازی (در صورت وجود) و در وضعیت بسته بودن پل متناظر در مدارشکن خط در پست مقابل، تابعی از ولتاژ پست مقابل و مشخصات خط و تجهیزات جبرانساز موازی (در صورت وجود) است.
منطق عملکرد رله برای تشخیص عملکرد عدم هماهنگی مدارشکن، نشان داده شده است. این منطق مبتنی بر خروجی تابع دیفرانسیل ولتاژی استوار است. رله با استفاده از اطلاعات اندازه گیری شده ولتاژ خط و ولتاژ باس برای هر فاز به صورت جداگانه به ارزیابی الکتریکی وضعیت باز یا بسته بودن پل مدارشکن در فاز مربوط می پردازد. خروجی منطق عملکرد رله به این ترتیب است که خروجی رله تشخیص وضعیت عملکرد نامتقارن مدارشکن است چنانچه همزمان شاخص دیفرانسیل محاسبه شده برای حداقل یک پل مدارشکن حاکی از بازبودن آن پل باشد (Vdiff>Thdiff) و برای حداقل یک پل دیگر مدارشکن شاخص دیفرانسیل محاسبه شده، حاکی از بسته بودن آن پل باشد (Vdiff<Thdiff). بر این اساس مطابق شکل (4) از مسیر بالا حداقل یک مورد “یک” خواهد بود که نتیجه کلی مسیر بالا “یک” می شود. همچنین از مسیر پایین نیز حداقل یک مورد “یک” خواهد بود که نتیجه کلی مسیر پایین “یک” می شود و در نتیجه وضعیت عملکرد ناهماهنگ پل های مدارشکن تشخیص داده می شود. روندنمای عملکرد رله پس از دریافت دستور باز یا بسته شدن سه پل مدارشکن، به ازای کلیه حالت های مختلف برای مقدار شاخص دیفرانسیلی ولتاژ در هر فاز به صورت مستقل در شکل (6) نشان داده شده است. خروجی های رله به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
الف. عملکرد موفق مدارشکن در دو وضعیت (1) بازشدن متقارن سه فاز و (2) بسته شدن متقارن سه فاز، اتفاق می افتد. در این شرایط خروجی رله غیرفعال و صرفا پیغام عملکرد موفق مدارشکن نمایش داده می شود.
‌ب. عملکرد نامتقارن مدارشکن در 6 وضعیت (1) بازشدن فاز اول و بسته ماندن فاز دوم و سوم در فرآیند دریافت فرمان باز شدن (معادل بسته شدن فاز دوم و سوم و باز ماندن فاز اول در فرآیند دریافت فرمان بسته شدن)، (2) بازشدن فاز دوم و بسته ماندن فاز اول و سوم در فرآیند دریافت فرمان باز شدن (معادل بسته شدن فاز اول و سوم و باز ماندن فاز دوم در فرآیند دریافت فرمان بسته شدن)، (3) بازشدن فاز سوم و بسته ماندن فاز اول و دوم در فرآیند دریافت فرمان باز شدن (معادل بسته شدن فاز اول و دوم و باز ماندن فاز سوم در فرآیند دریافت فرمان بسته شدن)، (4) بازشدن فازهای اول و دوم و بسته ماندن فاز سوم در فرآیند دریافت فرمان باز شدن (معادل بسته شدن فاز سوم و باز ماندن فازهای اول و دوم در فرآیند دریافت فرمان بسته شدن)، (5) بازشدن فازهای اول و سوم و بسته ماندن فاز دوم در فرآیند دریافت فرمان باز شدن (معادل بسته شدن فاز دوم و باز ماندن فازهای اول و سوم در فرآیند دریافت فرمان بسته شدن) و (6) بازشدن فازهای دوم و سوم و بسته ماندن فاز اول در فرآیند دریافت فرمان باز شدن (معادل بسته شدن فاز اول و باز ماندن فازهای دوم و سوم در فرآیند دریافت فرمان بسته شدن)، اتفاق می افتد. در این شرایط خروجی اول رله فعال و خروجی های 2 تا 4 رله متناسب با اختصاص دهی کاربر که می تواند فعال شدن باینری در صورت بسته بودن یا باز بودن پل ها باشد، فعال گردد. شایان ذکر است، حداکثر تعداد خروجی های باینری فعال رله مستقل از پیکربندی رله، 2 است. رله در صورت تشخیص وضعیت عملکرد نامتقارن مدارشکن، علاوه بر فعالسازی خروجی های باینری، پیغام عملکرد نامتقارن مدارشکن را اعلان می نماید. تست عملکردی رله حفاظتی پیشنهادی در شرایط مختلف برای خط حفاظت شده به قرار زیر حاکی از عملکرد موفق آن بوده است.