سيستم سنکرون و لزوم بازنگري در نحوه ارسال فرامين از ديسپاچينگ

[محمد خوزستان]

سيستم سنکرون و لزوم بازنگري در نحوه ارسال فرامين از ديسپاچينگ

نوشتار حاضر به چگونگي ارتباط سيستم ديسپاچينگ بايکي از رايج ترين مدارات کنترلي مورد استفاده در سيستم هاي کنترل و حفاظت پست هايفشار قوي موجود در کشور (Synce Relay Multiplexing ) پرداخته و هدف از آن تذکر يکنقطه ضعف احتمالي در طراحي مدارات الکتريکي واسطه بين اين دو سيستماست.

همزماني در سيستم هاي الکتريکي:
امروزه وجه مشخص تبديل انرژي درمقياس بزرگ ( انواع نيروگاه هاي توليد برق ) همچنان جابجايي در ميدان نيرواست.بارهاي الکتريکي ثابت و به تبع آن جريان هاي الکتريکي ناشي از حرکت آنها هر يکبه نوبه خود موجد يک ساختار رياضي موسوم به ميدان نيرو بوده که به طور ساختاريقابليت تعامل با ديگر ميادين نيرو مثل ميدانهاي جرم ـ شتاب با هدف انتقال انرژي رادارا هستند. بدليل نياز به تمرکز در محدوده حرکت و ديگر دلايل مکانيکي ، حرکت چرخشيمناسب ترين محمل انتقال انرژي در ميدان جرم ـ شتاب تشخيص داده شده است.
درساختار مذکور، بدليل ماهيت برداري ميادين الکتريکي و مغناطيسي، نحوه تأثير و تأثرآنها از حرکت و نيرو وابسته به جهت و سوي حرکت و بدليل تناوبي بودن حرکت چرخشيکاملاً برگشت پذير است.
تظاهر اين تغييرات برگشت پذير و متناوب، شکل گيري امواجسينوسي ولتاژ در پايانه ژنراتورهاي مبدل انرژي است، حتي در ژنراتورهاي DC نيز اساستوليد نيروي محرکه الکتريکي ، تغييرات متناوب است که توسط مکنده هاي خوش خدمتي بهنام جاروبک به طور ثانوي به ولتاژ DC تبديل مي شود. بدين ترتيب توليد برق به شکلمتناوب يک ضرورت فني در چارچوب امکانات مهندسي واقعاً موجود است. از مؤلفه هاي يکموج متناوب مي توان به دامنه موج ، فرکانس آن همچنين مرجع آغاز تغييرات اشاره کرد. در اتصال دو بخش از يک سيستم قدرت، هر سه فاکتور ياد شده بايستي قبل از اقدام بهوصل بدقت مورد اندازه گيري واقع شوند، زيرا بدلايل گوناگون چگونگي اين طپش ولتاژ ميتواند دستخوش تغييرات گذرا و يا دائم شود.
تغييرات کوچک معمولاً بر اثر تغييرناگهاني شرايط بارگذاري و تغييرات بزرگ به هنگام وقوع اتصال کوتاه، يا خروج ناگهانيمنابع بزرگ توليد برق و يا قطع و وصل خطوط انتقال که سبب تغييرات ناگهاني در مشخصهامپدانسي سيستم
مي شود، بوجود مي آيد. اختلاف فرکانس به هنگام وصل حتي در صورتاختلاف فاز صفر، موجب يک موج انرژي از سمت ناحيه فرکانس بالا به ناحيه فرکانس پايينمي شود که تأثيري شبيه شرايط بارگذاري شديد بر سيستم دارد و مي‌تواند علاوه برتهديد پايداري سيستم، ضربات مکانيکي شديدي را به عناصر گردان شبکه تحميلکند.
اختلاف در زاويه فاز نيز اثري مشابه بارگذاري هاي سنگين بر سيستم خواهدداشت.
اختلاف در دامنه ولتاژ دو سر کليد
مي تواند سبب جابجايي يک توانراکتيو قابل توجه از سمت ولتاژ بالاتر به سمت ولتاژ پايين تر شود. اين موضوع درصورتي که پاسخ مناسب سيستم تحريک ژنراتور را بدنبال نداشته باشد مي تواند سبب تريپکليد ژنراتور شود.

سيستم همزمان کننده خودکار
رله هاي سنکرون کننده بطورخودکار زاويه پيشروي مناسب را بر مبناي اطلاعات ورودي مربوط به زمان وصل کليد ولغزش مجاز در سيستم ( ………. ) محاسبه و در زمان مناسب فرمان وصل را به کليد مربوطهصادر مي کنند. اين رله ها همچنين مقادير بالا و پايين دامنه ولتاژ و لغزش مجاز رانيز کنترل مي کنند. براي مثال کليدي با سرعت وصل 5 سيکل
( TCB) در يک سيستم بالغزش مجاز 1/0 هرتز بايستي توسط رله اي با زاويه پيشروي AD سنکرون شود که در آن AD مطابق روابط زير قابل محاسبه است.

سيستم کنترل همزماني
سيستم کنترلهمزماني (Synchronizing check system ) نقش پشتيبان براي سيستم هاي سنکرون کنندهخودکار و يا دستي را بعهده دارد.
رله هاي مرتبط با اين سيستم تنها اختلاف فاز واختلاف ولتاژ را بررسي مي‌کنند.
براي مثال هنگامي که يک رله کنترل همزماني بازمان عملکرد ذاتي 90 ميلي ثانيه ( Tscp) به عنوان پشتيبان رله سنکرون کننده مثالبالا عمل مي کند، زاويه اختلاف فاز تنظيمي بايستي به روش زير محاسبهشود.




سيستم کنترل همزماني چند گانه
Synchronizing Multiplexing System
در انواع پست هاي فشار قوي به طور معمول تعداد قابل توجهيکليد قطع و وصل جهت بهره برداري مناسب از سيستم پيش بيني مي شود. رله هاي سنکرونمورد استفاده در اينگونه پست ها از نوع کنترل همزماني است. کليد هاي منتهي به خطوطانتقال مجهز به رله دوباره وصل کن و به تبع آن رله سنکرون اختصاصي جهت ارزيابيشرايط همزماني دو سوي کليد به هنگام قطع و وصل هاي متوالي هستند. علاوه بر آن هرپست شامل تابلويي مجزا به نام تابلوي سنکرون جهت نظارت بر شرايط همزماني به هنگامقطع و وصل عادي کليد هاي پست است.هر يک از اين تابلوها حاوي تنها يک عدد رله سنکرونو مدارات جانبي مرتبط جهت استفاده همه کليدهاي سيستم است، بدين منظور آنرا سيستمهمزماني چندگانه
( Sync Multiplexing System ) مي‌نامند. در شکل زير طرحواره اياز اين سيستم مشاهده مي شود.
در اين سيستم فرمان وصل طي دو مرحله کاملاً مجزا بهکليد ارسال مي شود.
درمرحله نخست مدار انتخاب ولتاژ، ولتاژ دو سر کليد را باسوئيچينگ مناسب از ترانسهاي ولتاژ مربوط اخذ و به رله کنترل همزماني پيش بيني شدهتوسط مداري موسوم به باس ولتاژ ارسال مي کند.در اين سيستم مدار اينترلاک کاملاًمطمئني جهت ممانعت از تداخل ولتاژهاي مختلف روي باس ولتاژ پيش بيني مي شود تادرصورت اقدام به فرمان وصل همزمان روي دو کليد متفاوت،عملاً روي باس ولتاژ اتصالکوتاه پيش نيايد.سپس رله سنکرون در صورت برقراري شرايط همزماني اجازه وصل را بابسته شدن کنتاکت خروجي خود صادر مي کند. چنانکه در شکل زير مشاهده مي شود، تنها پساز اين مرحله است که عملکرد دستي کليد کنترلي سبب اعمال فرمان وصل به بوبين وصلکليد قدرت مي شود.
موضوع حائز اهميت در اين مدار مسئله تقدم راه اندازي مدارانتخاب ولتاژ و رله سنکرون ( عملکرد SI - ) بر عملکرد کليد کنترلي S2 – است چرا کهکنتاکت وصل کننده مدار الکتريکي بايستي از شرايط ويژه براي اينکار برخوردار باشد. کنتاکت رله سنکرون تنها به شرطي که براي اينکار طراحي شده باشد، قادر به ارسالفرمان وصل است، در غير اينصورت تحت تنش حرارتي واقع شده و در معرض تخريب احتماليواقع مي‌شود.از آنجا که رله هاي کنترل همزماني عموماً از نقش پشتيباني (Back Up ) در مدار برخوردارند،انتظار چنين ويژگي از آنها وجود ندارد. هرگاه کنتاکت يک رلهخيلي سريع از ويژگي فيزيکي لازم جهت شرکت در فرآيند قطع يا وصل يک جريان الکتريکيبرخوردار نباشد، بايستي با مدارات جانبي موسوم مدارات پوششي (Seal in) پشتيبانيشود، در غيراين صورت بدليل بروز پديده موسوم به جهت کنتانک
(Contact bounce) در کنتانک هاي سبک و خيلي سريع احتمال تخريب حرارتي آنها بر اثر تنشهاي حرارتي وجودخواهد داشت.
در شکل زير کليه مراحل راه اندازي رله سنکرون، فعال کردن مدارانتخاب ولتاژ و تأمين پلاريته مثبت مدار وصل تنها با يک عمل فشار کليد کنترلي S- انجام خواهد شد. البته در اين مدار بدليل آنکه عملکرد رله سنکرون مؤخر بر عملکردکليد کنترلي S - است، رله سنکرون نقش تمام کننده (Master ) در عمل سوئيچينگ مداروصل را ايفا خواهد کرد. بنابراين لازم است با عملکرد رله کمکي k- پوشش لازم جهتحفاظت از آن صورت پذيرد.

فرمان وصل از راه دور يا مرکز ديسپاچينگ
چنانچهمشاهده شد، طرح مناسب جهت اعمال فرمان وصل تابع شرايط متعددي است که مي تواند دومرحله اي
( شکل شماره 4 ) و يا يک مرحله اي
( شکل شماره 5 ) باشد.
آنچهمهم است آن است که فرامين ارسالي از راه دور و فرامين محلي بايستي هر دو از يک منطقواحد تبعيت کنند. طرحهاي فرمان وصل محلي رايج در پست هاي فشار قوي موجود در کشور دررده هاي مختلف 230،400،132 کيلوولت منطبق بر سيستم کنترل همزماني چندگانه از نوع دومرحله اي ، اما فرامين ارسالي از سوي ديسپاچينگ به اين گونه پست ها يک مرحله اياست. يعني در مرکز ديسپاچينگ پس از دريافت سيگنال لازم مبني بر امکان کنترل از راهدور روي يک پست نمونه، يک فرمان وصل زمان دار به کليد مورد نظر اعمال و پس از مدتيحذف
مي شود.
همانگونه که ملاحظه شد، با اين روش کنتاکت وصل رله سنکرون طيعملکردهاي متعدد تحت تنشهاي جريان وصل قرار گرفته و احتمال تخريب آن وجود خواهدداشت. نحوه اعمال يک فرمان وصل از راه دور يک مرحله اي به يک سيستم کنترل همزمانيچندگانه دو مرحله اي در شکل زير نشان داده شده است. در اين طرح طي فرمان وصل محلي،ابتدا S1- عمل خواهد کرد و سپس S2- به نحوي که کنتاکت R- رله سنکرون تحت تنش جرياناوليه وصل قرار نخواهد گرفت ولي در فرمان وصل از راه دور به دليل تأخير ذاتي رلهسنکرون، کنتاکت R- مؤخر بر M ، عمل وصل را انجام داده و تحت تنش وصل قرار خواهدگرفت.
بنابراين جهت اطمينان از تأمين شرايط سوئيچينگ مناسب در محل پست ، لازماست در نحوه ارسال سيگنال وصل از مرکز ديسپاچينگ تجديد نظر بعمل آيد. بدين ترتيب کهتعداد سيگنال هاي ارسالي به پست از يک مرحله به دو مرحله افزايش يافته و يا آنکهاطمينان لازم از قابليت وصل کنتاکتهاي مزبور حاصل شود.

ظرفيت وصل کنتاکتهايالکتريکي
ظرفيت وصل کنتاکت رله هاي حفاظتي از مواردي است که معمولاً در بروشورهاو کاتالوگهاي فني سازندگان کمتر بدان پرداخته مي‌شود، همچنين کمتر به ديگرپارامترهاي الکتريکي مؤثر در مدارات وصل يعني خازنهاي پراکنده بوبينها توجه مي‌شودو بيشتر به مسئله ظرفيت قطع و پارامتر L/R بوبينها که از اهميت بيشتري برخوردار استپرداخته مي شود. بنابراين پيش داوري در خصوص کفايت فني يک کنتاکت براي عمل وصل وتعداد عملکرد مجاز آن بدون اتکا به آزمايش در شرايط واقعي غيرممکن است.
جهتتحليل شرايط فيزيکي حاکم بر عمل وصل مي توان به مدار معادل مقتبس از مرجع شماره 2همين نوشتار رجوع کرد. بر اين اساس انرژي مخرب روي کنتاکت وصل شونده همان انرژيذخيره شده روي خاذن معادل مدار طي عمل سوئيچينگ است. در شکل زير RC مقاومت کنتاکت، RB، مقاومت مربوط به سيستم هاي رابط و اتصالات ، RS مقاومت بار ( بوبين ) و C ظرفيتپراکنده بار است.
براي جريان لحظه اي زمان وصل خواهيم داشت :
توان حرارتي جذبشده توسط مقاومت کنتاکت برابر است با :
وانرژي جذب شده انتگرال زماني توان مذکوراست.
در نتيجه خواهيم داشت :
معادله بالا نشانگر انرژي ذخيره شده در خازنمعادل مدار طي عمل وصل است. چنانچه از منبع ولتاژ V صرفنظر کنيم معادله مذکور برايانرژي آزاد شده روي مقاومتRC توسط خازنC قابل تکرار است. بنابراين همزمان نشانگرانرژي تلف شده روي مقاومت RC است.
چنانچه مشاهده مي شود، انرژي مذکور تابع خازنپراکنده بوبين همچنين مقاومت کنتاکتRC است که آن نيز به نوبه خود تابع شرايط متعددياز قبيل جنس کنتاکت، فشار کنتاکتي، تميزي سطح تماس، هندسه سطوح برخورد کننده و غيرهاست.
با نگاهي به مرجع شماره 3 همين نوشتار تفاوت ماهوي مقاومت هاي ظاهر شده رويدو بخش فلزي اتصال يابنده و مقاومت الکتريکي ديگر بخشهاي موجود در مدار ديده ميشود. تفاوتي که بيانگر پيچيدگي هاي حاکم بر مدار در لحظه وصل خواهد بود، و تنها بهاتکاء آزمايش در شرايط واقعي قابل برآورد مهندسي است.
بر اساس اين مرجع معادلهحاکم بر ولتاژ و جريان شکل بالا به قرار زير است.
در اين معادله مؤلفه غيرخطيدوم حاکي از عدم تبعيت مقاومت کنتاکت در لحظه وصل از قانون اهم است که آن نيز ازشرايط ترموديناميکي حاکم بر نقاط عبور جريان (Spots) بين دو کنتاکت است. اين مؤلفهغيرخطي مرتبه 3 موجد يک افت ولتاژ هارموني3 در رژيم AC خواهد بود که به مدد لوازماندازه گيري بسيار دقيق قابل سنجش و برآورد است.

نتيجه :
نظر به ناهمگونيطرحهاي حاکم بر سيستم کنترل و حفاظت پست هاي فشار قوي که آن نيز ناشي از تنوعپيمانکاران و گستره زماني اجراي هر يک از پروژه ها است، بازنگري و جستجوي مناسبترينمنطق ارتباط بين ديسپاچينگ و کليه
طرح هاي موجود بر مبناي درک صحيح سيستم کنترلو حفاظت هر يک کاملاً ضروري است.