Εργαστηριακό σύστημα προστασίας & εποπτείας μονάδας παραγωγής & μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας - Μελέτη και έλεγχος προστασίας του μετασχηματιστή ανύψωσης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια απόκτησης του διπλώματος Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Μηχανικού Η/Υ. Η εκπόνησή της ξεκίνησε τον Οκτώβριο του 2011 και ολοκληρώθηκε το Μάιο του 2012. Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η περιγραφή, ο τρόπος χρήσης και οι δοκιμές επί του συστήματος προστασίας και επιτήρησης μονάδας παραγωγής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, που βρίσκεται στο εργαστήριο Σ.Η.Ε. του τμήματος ΗΜΜΥ και υλοποιήθηκε από την εταιρεία PROT.A.S.I.S SA. Στην αρχή της εργασίας και συγκεκριμένα στο πρώτο κεφάλαιο, κάνουμε εκτενή αναφορά στα διάφορα είδη και σχήματα προστασιών που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, αναλύοντας τη χρησιμότητα και τον τρόπο λειτουργίας τους. Στη συνέχεια και στο δεύτερο κεφάλαιο, περιγράφουμε αναλυτικά το εργαστηριακό σύστημα προστασίας μονάδας παραγωγής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Αναφερόμαστε σε όλες τις συνιστώσες του συστήματος, στον τρόπο επικοινωνίας των συσκευών και παραθέτουμε χρήσιμες πληροφορίες για τον ορθό χειρισμό του. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναλύουμε τις δυνατότητες και τα στοιχεία που διαθέτει ο ψηφιακός ηλεκτρονόμος SEL-587 του συστήματος, με στόχο να κατανοήσει ο αναγνώστης πλήρως τον τρόπο λειτουργίας του. Επιδίωξή μας είναι να γίνει σαφής ο τρόπος που παρέχει διαφορική προστασία και προστασία υπερέντασης ο εν λόγω ηλεκτρονόμος. Στο σημείο αυτό, μεταβαίνουμε στην αξιοποίηση του εργαστηριακού συστήματος. Πιο συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 4, πραγματοποιούμε μελέτη βραχυκυκλωμάτων κατά IEC 60909 (2001) στο δίκτυο που έχουμε ορίσει να επιτηρεί το εργαστηριακό μας σύστημα, με τη βοήθεια του προγράμματος NEPLAN. Εν συνεχεία, με χρήση των αποτελεσμάτων της μελέτης αυτής υλοποιούμε μελέτη προστασίας υπερέντασης για το δίκτυό μας. Επιπλέον, υπολογίζουμε όλες τις απαραίτητες παραμέτρους ρύθμισης του ηλεκτρονόμου SEL-587, με σκοπό την πλήρη και ολοκληρωμένη προστασία του μετασχηματιστή ανύψωσης, που διαθέτει η μονάδα παραγωγής μας. Κλείνοντας το κεφάλαιο 4, παραθέτουμε ένα συνοπτικό και περιεκτικό οδηγό χρήσης του προγράμματος AcSELarator® QuickSet, μέσω του οποίου στέλνουμε τις ρυθμίσεις που υπολογίσαμε στον SEL-587 του εργαστηριακού συστήματος. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο της διπλωματικής μας εργασίας, ελέγχουμε την ορθότητα των ρυθμίσεων που αφορούν τον ηλεκτρονόμο SEL-587, μέσω δοκιμών που διενεργήσαμε, υπό συνθήκες βραχυκυκλωμάτων σε διάφορα σημεία του δικτύου μας. Οι δοκιμές αυτές έγιναν με τη βοήθεια της συσκευής OMICRON CMC 356, η οποία χρησιμοποιείται κατά κόρον στις εφαρμογές δευτερογενούς ελέγχου των σχημάτων προστασίας στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας και στη βιομηχανία. Τέλος, συγκρίνουμε τους χρόνους λειτουργίας του SEL-587 που προέκυψαν από τις δοκιμές με τους θεωρητικά αναμενόμενους.

This diploma thesis was an important part of my studies in Electrical and Computer Engineering. The elaboration of this work began in October 2011 and was completed in May 2012. Its purpose is to present and describe the manner of use and the application of the power plant and transmission protection system, which is located in the Electric Energy Systems Laboratory of the ECE department and was designed by the company PROT.A.S.I.S SA. Initially and specifically in the first chapter, we make extensive mention to the various types and elements of protection schemes used in modern power systems, analyzing their applications. In the second chapter, we describe in detail the power plant and transmission protection system. We refer to all system devices, explain the way that they communicate with each other and give useful information about its proper manipulation. In the third chapter, we analyze the features and elements of digital relay SEL-587. Our aim is to make clear the manner this relay provides differential and overcurrent protection. In chapter 4, we calculate short-circuits currents in different places of our power plant and transmission line, according to the IEC 60909 (2001), with the help of the software NEPLAN. Using these results, we implement overcurrent protection study for our network. Furthermore, we calculate all the necessary setting parameters of the relay SEL-587, in order to achieve a complete protection scheme of the step-up transformer, which has our power plant. Closing the fourth chapter, we present a concise instruction manual of the software AcSELarator ® QuickSet, which was used to send the calculated settings parameters to SEL-587. In the fifth and final chapter of our diploma thesis, we check the correctness of our settings concerning the relay SEL-587, through secondary testing. These tests were carried out by OMICRON CMC 356 device, which is widely used in applications that concern protection systems commissioning. Finally, we compare the operating times of the SEL-587, obtained from tests, with the theoretically expected.