إن محطات توليد الطاقة التي تضم مولدات متعددة هي هياكل أساسية حرجة تتطلب تحليلا دقيقا للأخطاء لضمان الاستقرار والسلامة واستمرارية الخدمة، وفي هذه النظم، فإن التفاعل بين عدة مولدات متزامنة أثناء ظروف غير عادية مثل الدوائر القصيرة يخلق سلوكا متشابكا لا يمكن فهمه على نحو كاف باستخدام نماذج بسيطة للتصميم الموضعي، وهذه المادة تعرض دراسة حالة موسعة لتحليل الأخطاء في محطة متعددة المستويات لتوليد الطاقة باستخدام أسلوب الصنع.

التعريف بالتحليل الافتراضي في نظم الطاقة

فالتحليل الافتراضي هو حجر الزاوية في هندسة نظام الطاقة، وهو يشمل دراسة سلوك النظام في ظل ظروف غير عادية مثل ثلاث مراحل، وخط التلال، وخط التليف المزدوج، والخسائر من خط إلى آخر، لتحديد التيارات الخاطئة، وقطع الطين، وما يترتب على ذلك من ضغوط على المعدات، وفي محطات الطاقة الحديثة تأوي مولدات متعددة مرتبطة بحافلة مشتركة، يصبح التحليل تحدياً خاصاً لأن كل جهاز من الأجهزة يساهم في إحداثياته الداخلية القائمة على بعد المسافة.

وتشمل الأهداف الرئيسية لتحليل الأخطاء في مصنع متعدد المولدات ما يلي:

  • تحديد التيارات القصوى والحد الأدنى للخطأ لتخزين الكسر وتنسيق النقل.
  • تقييم تأثير المحايدين الأرضيين أو المقاومين المقاومين
  • تقييم استقرار المولدات المتزامنة أثناء وبعد الخطأ.
  • تصميم خطط وقاية تعزل القسم المخطئ مع الحفاظ على إمدادات الطاقة لأجزاء صحية.

فالحسابات التقليدية القائمة على مراحل تصبح غير مرغوب فيها بسرعة عندما تحدث أخطاء غير متوازنة، وهذا هو ما يثبت أنه لا غنى عنه في طريقة المكونات المتناظرة [(FLT:0]) ، التي قدمها أولاً شارل ليغيت فورتيسكو في عام 1918.

طريقة المكونات المتماثلة

:: تحويل العناصر اللامتثالية إلى نظام غير متوازن من ثلاث مراحل إلى ثلاثة نظم متوازنة مستقلة: الآثار الإيجابية، والتكرار السلبي، والتفاوت الصفري، ويمكن حل كل شبكة متعاقبة على حدة باستخدام تحليل الدائرة المعيارية للرابطة، وتعاد مواءمة النتائج للحصول على كميات فعلية من المرحلة، وتبسّط هذه الطريقة إلى حد كبير تحليل الأخطاء غير المتوازنة، التي تمثل الغالبية العظمى من الاضطرابات في العالم الحقيقي.

شبكة النتائج الإيجابية

وتمثل شبكة التعاقب الإيجابي النظام الذي يخضع لعملية متوازنة عادية، وتتكون من نفس الحجم وتفصل بين الفلفل والتيارات بـ 120 درجة في سلسلة المرحلة ألف - باء - جيم. وجميع أجهزة الصنع الدوارة - المحركات، وأجهزة التكديس المتزامنة - مصممة على غرار ما تنطوي عليه من آثار إيجابية (التي غالبا ما تكون معدة - Z1) بالنسبة لمولد متزامن، يكون ز - 1 هو إطار العملة " .

شبكة التعاقب السلبية

وتستأثر شبكة التعاقب السلبي بالظروف غير المتوازنة التي تنتج تيارات تتناوب عكس الاتجاه الطبيعي، وعادة ما تكون التخلف السلبي في التعاقب في مولد كهربائي، وهو رقم 2 أقل من الصفر 1 لأن الدوار يقدم مسارا مغناطيسيا مختلفا إلى مجالات التردد السلبي، وفي العديد من التحليلات العملية، يعتبر الـ Z2 بمثابة رد الفعل السلبي على التردد X2، الذي يُعتبر بالنسبة لآلات التحويل الفرعية " Xientdrature " ().

شبكة صفر - التردد

وتعالج شبكة التردد الصفري التيارات التي تمر بمرحلة في جميع الموصلات الثلاثة وتعود عبر أسلاك أرضية محايدة أو كليهما.() وتعتمد باطراد التردد صفري على وصلات الرياح (العصا أو الدلتا) وممارسات الهبوط، وبالنسبة لمولد له محايد مثبتة، تشمل Z0 المولدات التي لا يوجد فيها أثر] [العاملة] صفراً، وثلاث مرات:

وتتمثل إحدى الميزات الرئيسية لطريقة المكونات المتباينة في أن الشبكات الثلاث المتعاقبة مستقلة؛ وهي مترابطة فقط عند نقطة الخطأ بطريقة يمليها نوع الخطأ (مثلاً ربط سلسلة من أجل خطأ واحد من حيث الأرض، وصلة موازية لخطأ خطي إلى خطي).

تطبيق المكونات المتماثلة على محطة توليد الطاقة المتعددة العناصر

وعندما تكون عدة مولدات مرتبطة بحافلة مشتركة، يجب النظر في أوجه قصور كل مولد في سلسلة المولدات في شبكة التسلسل العام، ويعتمد الترابط الفعلي على المولدات الكهربائية لطب الطبو في النباتات التي تغذي حافلة واحدة من خلال أجهزة الكسر الفردية، أو إذا تم ترتيبها في تشكيلة وحدة نقل مولدات كهربائية.

والإجراء العام لتحليل الخطأ في مثل هذه النبات هو:

  1. Develop positive — negative - and zerosequence impedance diagrams for the entire system, including births, transformers, bus bars, transmission lines, and any load that contributes to fault current.
  2. Reduce each sequence network] to an equivalent Thévenin inedance as seen from the fault point. For a multi-generator bus, this typically involves parallel combinations of electricity sequence impedances plus the impedances of transformers and lines.
  3. (ب) أن يُبقي على شبكات التسلسل (]) وفقاً لنوع الخطأ، وبالنسبة لخطأ متوازن ثلاث مراحل، لا تستخدم سوى شبكة التعاقب الإيجابي، وبالنسبة للأخطاء غير المتوازنة، فإن شبكات التسلسل مرتبطة في سلسلة أو موازية أو مزيج منها.
  4. Solve for the sequence currents] at the fault point using Ohm’s law: I1 = V]prefault / (Z1 + Z2 + Z0) for a single line à surroundingground fault, etc.
  5. Transform sequence currents back into phase currents] using the inverse Fortescue transform: Ia = I1 + I2 + I0, I[[FL:4]b = a2I2 + I0,

ويمكن العثور على مساهمة كل مولد من المولدات في إجمالي الخطأ الحالي بتوزيع التسلسل الحالي وفقا للقسم الحالي في كل شبكة من الشبكات المتعاقبة، وهذا أمر أساسي لتحديد ما إذا كان يمكن لكسر مولد معين أن يقطع الخطأ بأمان.

النظام الموحد لكل جهة من جهة

وتتم عمليات الحسابات الافتراضية على وجه الحصر تقريبا باستخدام نظام الوحدة الواحدة )البو( لتجنب التعامل مع الحجم الكبير والحجم الحالي، والسماح بتركيب المعدات بسهولة من مستويات مختلفة من الفولطية، وفي هذه الدراسة، نعتمد قاعدة مشتركة قوامها ١٠٠ أمبير و ١٣,٨ كيلوفولط لكل الشبكات المتعاقبة، وتتحول الازدحامات المولدة أصلا في أو في المائة على أساسها إلى نسبة غير متماثلة إلى أساس التحول المشترك.

For a detailed treatment of per —unit calculations, readers can refer to standard power system textbooks such as ]IEE] recommended practices or the traditional work by Grainger and Stevenson.

دراسة حالة: محطة ثلاثية الأبعاد مع قبو حافلة

وتشمل دراسة الحالة محطة لتوليد الطاقة مع ثلاث مولدات متزامنة متطابقة (كل منها 100 ميلاً أمبير، و13.8 كيلو فولط) مرتبطة بالحافلة المشتركة من خلال محولات فردية (13.8/138 كيلوفولط، و100 أمبير لكل من هذه المركبات، وXT] = 10 في المائة على أساسها الخاص) وهناك ثلاثة أخطاء في الدائرة الموضوعية في الحافلة.

بيانات النظام واستهلاكه

  • تصنيفات المولدات: 100 ميغافولت أمبير، 13.8 كيلوفولت أمبير، X 'd = 0.15 كيلوغرام (النتيجة الافتراضية)، X2 = 0.12 نقي، X0 = 0.06 نقي (جميعها على أساس المولدات) وترتكز المولدات على أساس ثابت من خلال مقاوم محايد قدره 0.5 غيلدر.
  • Transformer impedance: 10% (0.1 pu) on 100 MVA base, 13.8/138 kV. For simplicity, transformers are supposed to be delta —wye grounded on the high side and wye —delta on the low side; zero-sequence path is blocked for delta windings.
  • موقع الخزنة: 13.8 كيلو فولط (النقطة واو).
  • التطاير قبل التعطل: 1 نقية في جميع الحافلات (أثار تدفق الحمولة).

الخطوة 1: تطوير شبكة التعاقب

ويمثّل كل مولد من المولدات ردة فعل دون متصلة به، أما بالنسبة لقاعدة 100 ميغافولت المشتركة، فتصبح القيم الدائمة كما يلي:

  • 0,1 في المائة في المجموعتين: 0,5 في المائة في المجموعتين: 0,5 في المائة في المجموعتين: 0,8 في المائة في المتوسط و100 في المائة في الثانية من العمر
  • Transformer impedance: ZT = 0.1 نقي (خطوبة على قاعدة 100 MVA) وبالنسبة لخطأ ثلاث مراحل، يكون المحول على خط ثابت، ولكن الخطأ يقع على الجانب المنخفض التطوّر، ولذلك فإن عدم وجود آثار إيجابية لدى المحولات قد يعتبر غير محدود إذا كانت العلاقة بين الريح والأرض صفر.

الخطوة 2: إيقاع (تيفينين) المكافئ في نقطة الفشل

وبالنسبة لخطأ ثلاث مراحل، لا تستخدم سوى شبكة التعاقب الإيجابي، وتوازي المولدات الثلاثة من خلال المحولات الخاصة بها، ومن ثم فإن التخلف الإيجابي المكافئ الذي يُنظر إليه من الحافلة هو مزيج مواز من ثلاثة فروع متطابقة، وكل فرع له Z1 gen + Z T = j0.15 + j0.1 = 0.25 نقي، وبالتالي، المجموع Z1 eq = (j0.25)/3 = j0.083.

الخطوة 3: الحساب الحالي

A-phase fault current (per‐unit) is I1 = Vprefault] / Z1 eq = 1.0 / j0.08333 = -j12.0 pu (magn 12.0 pu)

الخطوة 4: المساهمات في المولدات

وبما أن الفروع الثلاثة متطابقة، فإن كل مولد يساهم بثلث مجموع الخطأ الحالي: 208 50 / 3 ° 036 16 ألف. وهذه القيمة في إطار القدرة الاعتيادية على وقف التبديل المتوسط (مثلاً 40 كيلوفولت - 63 كيلوفولت)، مما يؤكد أن الكسرات كافية.

تحليل إضافي: خط واحد إلى آخر

)٣( لا يمكن أن يكون هناك خطأ في هذا المجال، حيث أن هذه البرمجيات لا يمكن أن تكون ذات صلة بالقطاع، كما أن هذه البرمجيات هي: صفر من التدفقات، و/أو صفر من الـ )٧٨( من نوع )٠,٧٨( من نوع )٠,٠( من الـ

(أ) يعني التسلسل الكلي للخطأ من خط واحد إلى آخر (المرحلة ألف): I1 = I0 = V) الافتراضي )/ (Z1 + Z0) = 1.0 (j0.083 + j0.07333 + (0.78 + j0.02) = 1.0/78

النتائج والمناقشة

وقد أتاح تحليل المكونات المتوازية حسابات واضحة وقابلة للتجزئة لكل من الأخطاء المتوازنة وغير المتوازنة، أما بالنسبة للخطأ الثلاثي، فإن الخطأ الكلي الذي يبلغ ٥٠,٢ كيلو متر مربعا يقع ضمن تقدير ٣٦ كيلوفولط، وهو ما يمثل نموذجا ل ١٣,٨ كيلو فولت من المحول، رغم أنه يلزم تنسيق دقيق لأن تعطل التيارات بالقرب من الحد الأقصى قد يكسر التوتر، ولكن قيمة المولدات الثابتة لكل منها تبلغ ١٦,٧ كيلوفولط.

ويبين تحليل الأخطاء من خط إلى آخر كيف يمكن للحياد الذي يقوم على أسس صلبة أن يسمح بتواجد أرضي كبير، وإذا كان المقاوم المحايد أكبر، فإن التيار الأرضي قد يخفض، ويحتمل أن يتطلب حماية حساسة من حيث التخلف عن الدفع، وهذا التداول بين الحجم الحالي للخطأ والحساسية الحمائية هو قرار تصميم كلاسيكي.

الآثار الحمائية

With known fault contributions, engineers can set overcurrent relays (e.g., 51G for ground, 51 for phase) and differential relays (87G for birth, 87B for bus) to achieve selectivity. The bus differential relay must operate quickly for a bus fault before any birth breaker opens, while avoid misoperation during external faults. The symmetrical components approach provides the sequences needed in calculate

خاتمة

وتظهر هذه الدراسة الموسعة أن طريقة المكونات المتباينة هي أداة أساسية لتحليل الأخطاء في محطات توليد الطاقة المتعددة المولدات، ومن خلال إزالة الظروف غير المتوازنة إلى ثلاثة شبكات متوالية متوازنة، يمكن للمهندسين أن يحسبوا التيارات الخاطئة بوضوح ودقيق، حتى عندما يتفاعل عدة مولدات اختيارية، ويوضح مثال ثلاثة مستويات، وخط واحد من حيث الأرض في حافلة مشتركة، كيف يؤثر اختيار المولدات الأساسية.

Further reading on the subject is available from WECC] fault analysis guidelines and the traditional textbook Power System Analysis by John J. Grainger and William D. Stevenson Jr. (McGraw‐Hill).