چکیده

عبور جریان هجومی از ترانس هاي قدرت در لحظه برقداري، تحریک حفاظت دیفرانسیل را به دنبال خواهد داشت.در رله هاي دیفرانسیل عموما با استفاده از نسبت هارمونیک دوم به هارمونیک اصلی ، شرایط جریان هجومی تشخیص داده شده و از عملکرد رله جلوگیري می شود. مواردي از عملکرد غلط رله دیفرانسیل در شرایط جریان هجومی برقداري به علت پایین بودن میزان هارمونیک دوم در ترانس ها به هسته هاي جدید گزارش شده اند در این مقاله ضمن بررسی مبانی تئوریک جریان هجومی و علت پایین بودن میزان هارمونیک دوم ، راهکارهایی براي پرهیز از عملکرد غلط رله دیفرانسیل ارائه خواهد شد.

مقدمه

حفاظت دیفرانسیل به عنوان حفاظت اصلی براي ترانس هاي قدرت با ظرفیت بزرگتر از ۱۰ MVA توصیه شده است .[۱]عموما حفاظت دیفرانسیل بهترین حفاظت براي ترانسفورماتور ها می باشد ولی جریان هجومی زمان برقداري ترانس چون فقط از یک سیم پیچ ترانس عبور می کند توسط رله به عنوان فالت تشخیص داده می شود[۲] در صورتیکه تمهیدات خاصی براي جلوگیري از عملکرد رله دیفرانسیل در لحظه کلیدزنی ترانس در نظر گرفته نشود ، جریان هجومی سبب عملکرد غلط رله دیفرانسیل خواهد شد.این عملکرد غلط علاوه بر ممانعت از برقدار کردن ترانس ، سبب اعمال اضافه

ل

ولتاژ هاي ناشی از قطع کردن جریان مغناطیس کننده خواهد شد[۵] که می تواند سبب استرس عایقی و کاهش عمر ترانس گردد.در [۶ ] روشی ارائه شده که با استفاده از محتواي هارمونیکی ، جریان هجومی از جریان فالت تشخیص و عملکرد غلط رله دیفرانسیل بلاك می شود .از آنجایی که بین هارمونیک هاي جریان هجومی هارمونیک دوم غالب می باشد در [۷] استفاده از آن براي تشخیص جریان هجومی مورد اشاره قرار گرفته است.زمانی که نسبت هارمونیک دوم به اصلی از مقدار تنظیم شده بیشتر باشد شرایط جریان هجومی تشخیص داده شده و عملکرد رله دیفرانسیل بلاك می شود.

بعضی ترانس هاي انتقال،خصوصا طرح هاي جدید با هسته هاي بهینه شده براي کاهش تلفات ، مقادیر کمی هارمونیک دوم در جریان هجومی خود تولید می کنند.در صورت کاهش هارمونیک دوم به کمتر از ۱۵ یا ۲۰ درصد رله هاي دیفرانسیل با خطر عملکرد غلط مواجه خواهند شد.[۸]

در ادامه ضمن بررسی مبانی تئوریک جریان هجومی به بررسی یک نمونه واقعی عملکرد غلط رله دیفرانسیل و ارائه راهکار براي جلوگیري از آن خواهیم پرداخت.

.۲ علت وقوع جریان هجومی

به طور کلی هر پدیده اي در سیستم قدرت که سبب افزایش قابل توجه ولتاژ مغناطیس کننده ي هسته شودباعث جاري شدن جریان هجومی مغناطیس کننده درون ترانس می شود[۳] که در ادامه به تشریح آن خواهیم پرداخت. فرض کنید ولتاژ اعمالی به ترانس به صورت رابطه (۱) باشد:

(۱)Vm sin(ωt) = V(t)
در این حالت شار تولید شده توسط این ولتاژ برابر با انتگرال آن خواهد بود با:
′ › ∫
( ) + Ф۰ (۲) Фtotal (t) = (3)
total
→ Ф (t) = -Фm cos(ωt)
ترم اول در رابطه (۳ ) شار ماندگار و ترم دوم شار گذرا نامیده می شود.شار حالت ماندگار شار طبیعی متناظر با دامنه ولتاژ مغناطیس کننده ترانس در حالت ماندگار می باشد و شار گذرا ، شاري است که باید به شار ماندگار اضافه شود تا شار مجموع (Фtotal) برابر با شار پسماند ترانس در لحظه بسته شدن کلید شود [۴] به عبرت دیگر:
+t0 -t0 (4)
= Фres= Фtotal Фtotal
در رابطه (۴) ، t0 لحظه بسته شدن کلید و Фres شار پسماند ترانس می باشد شکل ۱ شار ماندگار ، شار گذرا و شار مجموع را نشان می دهد. در این شکل مشاهده می شود که شار ماندگار در لحظه

ه

کلیدزنی (t=0) در پیک منفی خود قرار دارد، از طرفی شار پسماند داراي مقدار مثبتی می باشدکه نتیجه آن شار گذرا و شار مجموع بزرگ خواهد بود. از آنجایی که معمولا شار حالت ماندگار ترانس ها در نزدیکی نقطه زانویی منحنی اشباع هسته قرار دارد ، افزایش شار سبب عبور جریان مغناطیس کننده شدید از ترانس خواهد شد.

در شرایط نمایش داده شده در شکل ۱حداکثر شار مجموع به صورت رابطه (۵) خواهد بود: (۵) Max(Фtotal) = 2Фm + Ф res

شکل – ۱ شکل موج ولتاژ ، شار ماندگار و شار مجموع[۴]

با گذشت زمان و میرا شدن شار گذرا ، شار مجموع به شار ماندگار تقلیل پیدا خواهد کرد و جریان ترانس نیز به جریان به باري خواهد رسید.این روند در مورد ترانس هاي کوچک توزیع سریع اتفاق می افتد ولی براي ترانس هاي انتقال ممکن است چند صد ثانیه به طول بینجامد. شکل ۲ یک نمونه واقعی از جریان هجومی یک ترانس ۲۳۰ کیلوولت ۱۶۰ مگاولت آمپر در لحظات اولیه برقداري را نمایش داده است.

شکل ۲ نمونه واقعی جریان هجومی

م

.۳ تنظیمات بلاکینگ در رله هاي دیفرانسیل

همان طور که اشاره شد رله هاي دیفرانسیل از ده ها سال پیش با استفاده از نسبت هارمونیک دوم به اصلی، جریان هجومی را از جریان فالت تفکیک می کرده اند .از این روش در بسیاري از رله هاي دیفرانسیل امروزي استفاده می شود[۱۴] . [۹]-[۱۳] مقدار تنظیم مناسب براي تنظیم نسبت هارمونیک دوم به اصلی را %۱۵ اعلام کرده است.رله هاي دیفرانسیل ترانس هاي سه فاز از ۳ رله دیفرانسیل مجزا

براي تشخیص خطا در هر فاز تشکیل شده اند.هر کدام از این رله ها داراي تشخیص دهنده جریان هجومی می باشندکه می تواند بسته به سازنده رله به صورت زیر عمل کند:[۹]

-۱ ججداگانه : با تشخیص جریان هجومی در هر فاز فقط عملکرد رله دیفرانسیل همان فاز بلاك می شود.