کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده - بخش سوم

مشکل سوم: بحث ناکافی درباره گزینه‌های حفاظت اتصال به شبکه

سطوح عملکرد حفاظت اتصال نیروگاه محلی به شبکه سراسری بسیار گسترده بود و به عوامل زیادی، چون توان ژنراتورها، محل اتصال شبکه به نیروگاه محلی (پخش یا زیر توزیع)، نوع ژنراتور (القایی، سنکرون، آسنکرون) و پیکربندی ترانسفورماتور اتصال به شبکه بستگی دارد. نیازمندی‌های حفاظتی می‌توانند با رسیدن به اهداف ویژه یک سیستم حفاظتی تعریف شوند. غیر از یک بحث ساده درباره روش‌های کشف غیر موازی شدن ژنراتور‌ها با شبکه، استاندارد‌ها درباره موارد حفاظتی مانند پخش بار غیرعادی، شرایط سیستم آسیب دیده، وصل مجدد به شبکه چیزی نمی‌گویند.

ساده‌ترین و معمول‌ترین راه برای کشف غیرموازی شدن ژنراتور‌های نیروگاه محلی با شبکه سراسری استفاده از یک رله فرکانس بالا/پایین (۸۱ O/U) و یک رله ولتاژ بالا/پایین (۲۷/۵۹) است. هنگامی که نیروگاه محلی با شبکه غیرموازی می‌شود، به خاطر خطا‌ها یا دیگر شرایط غیرعادی، اگر تفاوت زیادی بین بار و خروجی ژنراتور‌ها باشد فرکانس و ولتاژ بلافاصله از محدوده مجاز خارج می‌شوند.

اگر بار و توان خروجی ژنراتور در هنگام جداشدن نزدیک به هم باشند ولتاژ و فرکانس ممکن است که در محدوده نرمال باقی بمانند و رله‌های فرکانس و ولتاژ عمل نکنند. اگر امکان این اتفاق وجود داشته باشد لازم است که از تریپ انتقالی و ارتباطات واسط قابل اطمینان استفاده شود.

هنگامی که غیر موازی شدن ژنراتور‌ها با شبکه کشف شد باید بلافاصله ژنراتور‌های محلی از شبکه جدا شوند و اجازه دهند که فیدر‌های شبکه در ایستگاه به صورت خودکار وصل شوند. وصل مجدد با سرعت بالا در شبکه می‌تواند ۱۵ تا ۲۰ سیکل پس از تریپ دادن فیدر‌های ایستگاه صورت پذیرد. شبکه باید صاحب نیروگاه محلی را از نیاز به سرعت قطع بالا آگاه گرداند. اگر زمان تریپ فرکانس پایین به طول انجامید ممکن است که لازم باشد یک رله ناظر بر ولتاژ و وصل مجدد با چک کردن سنکرونیسم به ایستگاه اضافه شود. تصویر ۳ چنین ترتیباتی را نشان می‌دهد که به فیدر ایستگاه اجازه وصل مجدد قبل از جدا شدن ژنراتور‌های محلی را نمی‌دهد. تصویر ۴ یک شمای ساده از رله‌های فرکانس بالا/پایین و ولتاژ بالا/پایین نوعی را نیروگاه‌های محلی کوچک نشان می‌دهد. عملکرد‌های ساده حفاظتی می‌توانند به وسیله یک رله دیجیتال چندکاره اجراشوند.

 

تصویر ۳- اضافه کردن رله نظارت ولتاژ و وصل کننده مجدد با چک کردن سنکرونیزم به ایستگاه.

 

تصویر ۴- یک راه حل ساده حفاظتی با استفاده از یک رله چند کاره.

 

استفاده از رله فرکانس پایین، همراه با نیاز به جداشدن نیروگاه محلی از شبکه قبل از اینکه فیدر شبکه مجددا وصل شود، مانع از این می‌شود که بیشتر نیروگاه‌های محلی در طی اختلال‌های بزرگ در شبکه به کمک شبکه بیایند. هنگامی که به دلیل یک اختلال عمده فرکانس شبکه پایین می‌آید این ژنراتور‌ها تریپ خواهند شد. این امر ممکن است به دلیل ستینگ پایین فرکانس برای همراهی با نیاز‌های مصرف کننده‌های داخلی باشد، اما زمان مورد نیاز برای تریپ معمولا از زمان وصل مجددخودکار تجاوز نمی‌کند. اگر همانطور که بعضی پیش بینی کرده اند بار تغذیه شده توسط نیروگاه‌های محلی بیش از افزایش مصرف ۱۰ سال آینده باشد نیاز به ژنراتور‌های محلی برای پشتیبانی از شبکه اصلی بیشتر حیاتی خواهدشد.

یک راه برای تخفیف دادن این مشکل استفاده از حفاظت نرخ تغییرات فرکانس (۸۱R relay) است. این روش به صورت گسترده‌ای درخارج از آمریکا (به جای یا به همراه رله فرکانس پایین (۸۱ relay)) برای کشف غیرسنکرون شدن نیروگاه محلی مورد استفاده قرارمی گیرد. این روش مزیت تریپ دادن سریعتر را برای بار‌های سنگین نیروگاه محلی دربردارد در حالیکه اجازه می‌دهد تا زمانی که فرکانس به آرامی در شبکه افت می‌کند نیروگاه محلی به شبکه متصل باقی بماند.

قانون ۲۱ کالیفرنیا استفاده از رله جهت دار توان (۳۲ relay) را به منظور کشف غیرموازی شدن نیروگاه محلی با شبکه اجباری می‌داند. این تمهید تنها برای نیروگاه‌های محلی درنظر گرفته شده است که برای مصرف بار پیک شبکه یا پخش بار در نظر گرفته شده اند و توان را به شبکه بازنمی گردانند. این رله درجایی نصب می‌شود که حداقل توان بار محلی ۵۰ درصد یا کمتر از ظرفیت ژنراتور‌های محلی باشد. نوعا، در نیروگاه محلی یک رله ۳۲ نصب می‌شود تا هنگامی که پخش بار به سوی باس ژنراتور به زیر ۵ درصد ظرفیت ژنراتور برسد عمل کند. تصویر ۵ چنین ترکیبی را نمایش می‌دهد. استاندارد ۱۵۴۷ این گزینه را برای کشف غیرسنکرون شدن ژنراتور‌های نیروگاه محلی با شبکه سراسری مورد بحث قرار نمی‌دهد.

 

تصویر ۵- قوانین ساحل غربی استفاده از رله توان جهت دار برای کشف غیرسنکرون شدن ژنراتور‌های نیروگاه محلی از شبکه سراسری را اجباری می‌داند.