حماية المحولات التفاضلية ومنتجات الحماية التفاضلية الأخرى | كانوين

بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من ظروف التشغيل غير الطبيعية للمحول، والتي تشمل بشكل رئيسي انخفاض مستوى الزيت، وارتفاع درجة حرارة الزيت أو ضغطه، وارتفاع جهد نقطة التعادل للمحول، والحمل الزائد، والتيار الزائد، والإثارة الزائدة، وما إلى ذلك.

من أجل مراقبة الأعطال المختلفة أو ظروف العمل غير الطبيعية، قمنا بإعداد وسائل حماية مختلفة، والتي تنقسم إلى حماية رئيسية وحماية احتياطية، وتتميز الحماية الرئيسية بخصائص الاستجابة السريعة.

الجزء الثاني: الحماية التفاضلية

تُعدّ الحماية التفاضلية الطولية إحدى وسائل الحماية الرئيسية للمحول، وتعمل هذه الحماية بشكل فوري لفصل المفاتيح على كلا الجانبين. تشمل منطقة الحماية الجزء الواقع بين محولات التيار على جانبي الحماية التفاضلية، بما في ذلك جسم المحول وخطوط التوصيل بين محول التيار والمحول. في عام ٢٠١٧، حدث وميض طوري AB في مانع الصواعق على جانب ٣٥ كيلوفولت من المحول الرئيسي رقم ٢ لمحطة فرعية ٢٢٠ كيلوفولت، مما أدى إلى انهيار هيكل مانع الصواعق نتيجة التفريغ الكهربائي. ولأن مانع الصواعق ٣٥ كيلوفولت كان يقع بين محول التيار المتردد والمحول الرئيسي على جانب الجهد المنخفض من المحول الرئيسي، فقد كان ضمن نطاق الحماية التفاضلية الطولية. وقد عملت مجموعتا الحماية للمحول الرئيسي بشكل صحيح، وتم عزل العطل.

01

المنطق الأساسي للحماية التفاضلية

تعتمد الحماية التفاضلية الطولية للمحولات الحالية على جهاز حماية حاسوبي دقيق، حيث يدخل تيار كل طور إلى جهاز الحماية بشكل منفصل، ويتم تحقيق الحماية التفاضلية الطولية بواسطة خوارزمية برمجية. سنأخذ طورًا واحدًا كمثال لتوضيح المبدأ الأساسي للحماية التفاضلية الطولية.

يمثل التيار التفاضلي الذي يشعر به جهاز الحماية المجموع الاتجاهي للتيارات الثانوية للملفين. كما هو موضح في الشكل 1، عندما يعمل النظام بشكل طبيعي أو عند حدوث قصر خارجي، تكون التيارات الثانوية للملفين متساوية في المقدار ومتعاكسة في القطبية، ويكون التيار التفاضلي صفرًا، ولا تعمل الحماية في هذه الحالة. وكما هو موضح في الشكل 2، عند حدوث عطل أرضي ضمن نطاق الحماية، تكون التيارات الثانوية متساوية في المقدار والقطبية، ويكون التيار التفاضلي هو مجموع التيارات الثانوية. وعند بلوغ قيمة بدء التيار التفاضلي، تعمل الحماية.

استنادًا إلى طريقة توصيل الملف الثانوي الريولوجية المذكورة أعلاه، تُضيف الحماية التفاضلية الطولية تعديل الطور، وإزالة تيار التسلسل الصفري، وتحويل السعة إلى متجهات التيار على الجانبين المختلفين لتشكيل طريقة حساب التيار التفاضلي، ثم تُدخل منحنى خصائص الكبح النسبي. وهذا يُشكل المنطق الأساسي للحماية.

باستخدام توصيلات YN-d11 كمثال، يظهر مخطط التوصيلات ومخطط متجه التيار في الشكل 3. يتضح أنه نظرًا لوجود فرق زاوية قدره 30 درجة بين متجهات التيار في الجانبين العالي والمنخفض، فإن المجموع الاتجاهي للتيارين لا يساوي صفرًا أثناء التشغيل العادي، مما يستدعي تحويل الطور أولًا. بعد التحويل، يصبح للجانبين العالي والمنخفض من نفس الطور نفس الطور.

هناك طريقتان لتحويل الطور، إحداهما تعتمد على جانب Y، بحيث يكون طور تيار جانب d متوافقًا مع طور تيار جانب Y، ويشار إليها باسم "نجمة الزاوية". وأكثر أنواع حماية نجمة الزاوية شيوعًا هي Narui Jibao RCS-978 وما إلى ذلك، وصيغة التحويل هي:

أما الطريقة الأخرى فتعتمد على الجانب d، بحيث يكون طور التيار في الجانب Y متوافقًا مع طور التيار في الجانب d، ويُشار إلى هذه الطريقة باسم "زاوية الدوران النجمي". وتعتمد معظم أجهزة الحماية الحالية طريقة زاوية الدوران النجمي، وصيغة التحويل هي:

يهدف إلغاء تيار التسلسل الصفري إلى منع حدوث خلل في عمل الحماية التفاضلية الطولية. في توصيلات YN-d، عند حدوث عطل أرضي خارج جانب الجهد العالي، يتدفق تيار التسلسل الصفري على جانب الجهد العالي Y، بينما لا يوجد تيار تسلسل صفري على جانب الجهد المنخفض d، مما يؤدي إلى عدم توازن تيارات التسلسل الصفري على كلا الجانبين، وبالتالي تعطل الحماية التفاضلية. في وضع تحويل "زاوية دوران النجمة"، يتم ترشيح تيار التسلسل الصفري عن طريق الفرق بين التيارين بعد إزاحة الطور على جانب Y، لذا لا داعي لاتخاذ أي إجراءات. أما في وضع تحويل "الزاوية إلى النجمة"، فيتم تعويض تيار التسلسل الصفري على متجه تيار جانب Y، وتكون صيغة التعويض كما يلي:

نظراً لاختلاف نسبة تحويل المحوّل ونسبة التحويل الريولوجي لكل جانب، لا يمكن أن تتساوى سعة التيار التفاضلي الثانوي على جانبي المحوّل أثناء التشغيل العادي أو في حالة حدوث عطل خارجي. في هذه الحالة، من الضروري إجراء تحويل للسعة، حيث تُؤخذ قيمة التيار على أحد الجانبين كمرجع، ويُحسب معامل التوازن على الجانب الآخر بناءً على الجهد على كلا الجانبين ونسبة التحويل الريولوجي، ثم يُضرب التيار على الجانب الآخر في معامل التوازن، بحيث يكون التدفق التفاضلي المحسوب داخلياً للجهاز مساوياً للصفر.

لتحسين حساسية الاستجابة في حالة الأعطال الداخلية وتجنب عدم توازن التيار الناتج عن الأعطال الخارجية، تعتمد الحماية التفاضلية الطولية عنصرًا تفاضليًا بمنحنى خصائص كبح نسبي. يمثل المحور الرأسي لمنحنى الكبح النسبي التيار التفاضلي، بينما يمثل المحور الأفقي تيار الكبح، ويمثل الجزء العلوي من المنحنى منطقة الاستجابة، والجزء السفلي منطقة الكبح. تنقسم منحنيات الخصائص الحالية إلى نوعين رئيسيين: منحنيات ذات خطين متقطعين، ومنحنيات ذات ثلاثة خطوط متقطعة.

يُظهر الشكل الأيسر من الشكل 4 منحنى الكبح ذي الخط المتقطع المكون من جزأين. يمكن أن يكون المنحنى من النوع ABC الذي يمر بنقطة الأصل، أو من النوع ABD الذي لا يمر بنقطة الأصل. معظم الأجهزة من النوع ABC.

يُظهر الشكل الأيمن من الشكل 4 منحنى الكبح ذي الخط المتقطع ثلاثي الأجزاء، والذي يمكن تقسيمه إلى نوعين: خط أفقي للجزء AB، وخط مائل للجزء AB. تشمل المعدات ذات الخط الأفقي في الجزء AB كلاً من Guodian Nanzi PST-1200U وABB's RET-316 وXuji WBH-801 وSEL-387، بينما تشمل المعدات ذات الخط المائل في الجزء AB كلاً من Sifang CSC-326 وShenrui PRS-778 وSouth Swiss RCS-978.

02

كيفية فحص نظام الحماية التفاضلية

يتم التحقق من حماية التفاضل الطولي وفقًا لمنحنى خصائص الكبح النسبي، حيث تعمل الحماية أعلى المنحنى، بينما لا تعمل الحماية أسفل المنحنى:

1) اختر نقطة. حدد من 3 إلى 5 نقاط للتحقق من الحماية التفاضلية الطولية، حيث يتم اختيار النقطة الأولى على المحور الرأسي في الشكل 4 للتحقق من الحد الأدنى لتيار التشغيل Iop.min؛ ويتم اختيار النقطتين الثانية والثالثة على نقطة الانعطاف للتحقق من تيار نقطة الانعطاف Ires؛ بالإضافة إلى ذلك، اختر نقطة على كل ميل للتحقق من الميل.

2) احسب القيمة. احسب قيمة تيار بدء التشغيل، ومعامل التوازن، وتوازن كل جانب من جوانب المحول؛ ثم احسب مقدار التيار وزاوية الطور لكل جانب من جوانب كل نقطة فحص وفقًا لمنحنى كبح النسبة للجهاز.

3) تحقق من المنحنى. قم بتطبيق طريقة المتغير الثابت لتثبيت تيار واحد عند نقطة الفحص وتغيير قيمة التيار الآخر، وذلك لتحريك نقطة الفحص لأعلى ولأسفل باتجاه منطقة التشغيل ومنطقة الكبح للتحقق مما إذا كان جهاز الحماية يعمل بشكل صحيح.

03

مكونات مساعدة للحماية التفاضلية

ولجعل الحماية التفاضلية أكثر موثوقية، تتضمن منطق الحماية أيضًا مكونات مثل التشغيل، والفصل السريع، والقفل:

1) عنصر البدء: يتضمن متغير البدء القيمة القصوى للتيار التفاضلي ثلاثي الأطوار، ومقدار تغير التيار، وما إلى ذلك. عندما يكون متغير البدء أكبر من أي قيمة بدء، يقوم جهاز الحماية بفتح الحماية التفاضلية.

2) عنصر الفصل السريع التفاضلي: عند مستوى تيار قصر الدائرة العالي، وبسبب تشبع محول التيار، يُولّد التوافقي الثاني عزم كبح هائل، ويرفض العنصر التفاضلي الحركة. لتجنب رفض الحماية، يُركّب عنصر فصل سريع تفاضلي في الجهاز. عندما يصل تيار قصر الدائرة إلى 4-10 أضعاف التيار المقنن، يتحرك عنصر الفصل السريع بسرعة إلى المخرج. بالإضافة إلى ذلك، ولمنع العمل غير الصحيح للحماية بسبب عدم اتساق الخصائص العابرة لمحولات التيار على كل جانب عند وجود تيار قصر دائرة كبير، يجب أن تكون الخصائص ذات الصلة لمحولات التيار على كل جانب من جوانب الحماية التفاضلية للمعدات الرئيسية، بما في ذلك المحولات، متسقة (التدابير المضادة الثمانية عشر 15.1. 10). يتم توصيل جانب الجهد العالي للمحول الرئيسي رقم 2 في المحطة الفرعية بالسلسلة الثانية من أسلاك 2/3، وهذه السلسلة متصلة بخط ربط آخر. في عام 2017، حدث عطل أرضي أحادي الطور في الطور B من المفتاح في السلسلة، ومجموعتان من الحماية التفاضلية لجسم المحول الرئيسي. يعمل عنصر القطع السريع على قطع المفاتيح على كل جانب من جوانب المحول الرئيسي؛ تقوم الحماية التفاضلية للتيار أحادي الطور على جانبي خط الربط بقطع الطور B من مفتاح الجانب المقابل، ثم تنجح إعادة التوصيل أحادية الطور.

3) عنصر حجب تيار البدء المُثير: عند فصل محول الإنزال الهوائي ودائرة القصر خارج منطقة المحول، يتولد تيار بدء مُثير هائل. ولمنع التيار التفاضلي الناتج عن تيار البدء المُثير من التسبب في عطل الجهاز، يُستخدم عنصر حجب تيار البدء لحماية التفاضل الطولي، وذلك باستخدام تشويه شكل الموجة (شكل موجة تيار تفاضلي متقطع أو غير متماثل)، وتحديد المكونات التوافقية (محتوى التوافقي الثاني أو الثالث)، والتحديد الضبابي لتيار البدء المُثير. مع ذلك، عند إنزال المحول هوائيًا، وخاصةً في حالة الإنزال الأول، قد تتعطل الحماية التفاضلية بسبب عدم كفاية إزالة المغناطيسية من الجسم الرئيسي، وقد يكون محتوى التوافقيات للتيار التفاضلي المنقول هوائيًا أقل من عتبة حجب المكونات التوافقية. من أجل القضاء بشكل جذري على تأثير المغناطيسية المتبقية على شحن المحول الفارغ، يمكننا اتخاذ تدابير إزالة المغناطيسية وإجراء عملية شحن فارغة أخرى، أو خفض عتبة حجب التوافقي الثاني مؤقتًا لضمان التشغيل الطبيعي للمحول الرئيسي.

4) عنصر فصل محول التيار: عند فصل الطور الثانوي لمحول التيار، يكون التيار التفاضلي هو تيار الحمل للطور المفصول، وقد يتعطل نظام الحماية. في هذه الحالة، يمكن استخدام تيار التسلسل الصفري، وتغيرات تيار الطور، والانخفاض المفاجئ غير الطبيعي في جهد الطور، وما إلى ذلك، لتحديد فصل محول التيار.

5) عنصر حجب تشبع محول التيار: عند حدوث عطل خارجي، يؤدي تشبع محول التيار إلى خلل في الحماية التفاضلية، لذا تم تجهيز جهاز الحماية بعنصر كشف حجب تشبع محول التيار. عند تشبع محول التيار، يظهر تيار تفاضلي بعد فترة من التشبع، ولذلك يستخدم الجهاز تزامن تيار الكبح والتيار التفاضلي لتحديد ما إذا كان محول التيار قد تشبع. إضافةً إلى ذلك، ولتقليل تأثير تشبع محول التيار على الحماية التفاضلية الطولية للمحول، تم استخدام محولات تيار ذات عامل حد دقيق (ALF) وجهد نقطة انعطاف مقنن أعلى (18 بندًا من التدابير المضادة 15.1.12).

الجزء الثالث: مقدمة عن أنظمة الحماية التفاضلية الأخرى

1.

حماية تفاضلية جانبية منفصلة

الحماية التفاضلية ذات الجانب المنفصل هي نوع من الحماية التفاضلية التي تعتبر ملف الجانب Y للمحول هو العنصر المحمي، وتتكون من أول وآخر محول تيار في كل جانب وفقًا للطور. على سبيل المثال، في حالة الطور A ذاتي الاقتران الموضح في الشكل 5، تتكون الحماية من TA1A وTA2a' وTA3A. وفقًا لقانون كيرشوف للتيار، لا توجد علاقة اقتران كهرومغناطيسي بين التيارات عند كلا الطرفين، لذا لا تتطلب هذه الحماية عناصر حجب تيار البدء، أو عناصر الاستجابة التفاضلية السريعة، أو عناصر حجب الإثارة الزائدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن القيمة الثابتة لتيار التشغيل في الحماية التفاضلية ذات الجانب المنفصل أقل، وحساسيتها أعلى من الحماية التفاضلية الطولية. لكن عيب هذه الحماية هو عدم قدرتها على الحماية من قصر الدائرة بين اللفات.

2.

الحماية التفاضلية ذات الطور المنفصل

الحماية التفاضلية بتقسيم الطور هي نوع من الحماية التفاضلية التي تعتبر كل ملف طور من ملفات المحول هو الجزء المحمي، وتتكون من محولات تيار على كل جانب من جوانب كل ملف طور. (على سبيل المثال). يمكن لهذه الحماية أن تعكس جميع أعطال طور معين من المحول باستثناء أسلاك جانب الجهد المنخفض، ولكنها تتطلب عنصرًا لحجب تيار البدء.

3.

حماية تفاضلية للخلايا على جانب الجهد المنخفض

نظرًا لعدم وجود نطاق حماية لأسلاك التوصيل على جانب الجهد المنخفض في نظام الحماية التفاضلية لفصل الأطوار، يُستخدم نظام الحماية التفاضلية الخلوية كمكمل له. تتكون الحماية التفاضلية لجانب الجهد المنخفض من محول التيار الداخلي للملف المثلثي ثنائي الطور على جانب الجهد المنخفض، ومحول تيار يعكس التيار التفاضلي لهذا الملف. يحتوي هذا النظام على عنصر مانع لتيار البدء، ولكنه لا يستجيب لأعطال اللفات.

4.

الحماية التفاضلية ذات التسلسل الصفري

تتكون الحماية التفاضلية ذات التسلسل الصفري من محولات تيار ذات تسلسل صفري على جانب نقطة التعادل للمحول، ودوائر ذات تسلسل صفري لمحولات التيار على جانب النجمة للمحول. يوضح الشكلان 6 و7 حلقات التيار عند حدوث أعطال أرضية خارج المنطقة وداخلها على التوالي. وبالمثل، لا توجد علاقة اقتران كهرومغناطيسي بين التيارات الثانوية لهذه الحماية، لذا لا يحتاج جهاز الحماية إلى عنصر حجب تيار بدء الإثارة أو عنصر حجب الإثارة الزائدة؛ وفي الوقت نفسه، يكون أكثر حساسية لعطل التأريض في ملفات المحول. مع ذلك، لا تستطيع الحماية التفاضلية ذات التسلسل الصفري سوى عكس عطل التأريض الداخلي في جانبي الجهد العالي والمتوسط، ولا يمكنها حماية قصر الدائرة بين اللفات.