نمذجة ومحاكاة ظاهرة فرط الجهد عند التوصيل أثناء العابر في تبديل المكثفات
DOI:
https://doi.org/10.65419/albahit.v5i1.122الكلمات المفتاحية:
تبديل المكثفات، العابر عند التوصيل، فرط الجهد، تيار الاندفاع، الظواهر العابرة في أنظمة القدرة، تحليل الحساسية، التوصيل المتتالي للمكثفاتالملخص
تُعد بنوك المكثفات المتصلة على التوازي (Shunt Capacitor Banks) عنصرًا أساسيًا لدعم الجهد وتحسين معامل القدرة في أنظمة القدرة الكهربائية الحديثة. ومع ذلك، فإن عمليات توصيلها قد تؤدي إلى حدوث فروقات جهد عابرة شديدة وتيارات اندفاع عالية التردد، مما يشكل مخاطر كبيرة على المعدات وجودة الطاقة الكهربائية.
وعلى الرغم من فهم الظاهرة الأساسية، لا تزال هناك فجوة بحثية مستمرة تتمثل في التحليل الشامل لهذه الظواهر العابرة، خاصة فيما يتعلق بتأثير معلمات النظام والتحقق من صحة نماذج المحاكاة عبر نطاق أوسع من ظروف التشغيل.
تعالج هذه الورقة هذه الفجوة من خلال تقديم دراسة تفصيلية لظاهرة فرط الجهد عند توصيل المكثفات. حيث تم تطوير نموذج متكامل لنظام قدرة كهربائية لمحطة فرعية بجهد 34.5 كيلوفولت، وتمت محاكاته باستخدام برنامج ATP/EMTP.
تبدأ الدراسة بتحليل الحالة الأساسية لتوصيل بنك مكثفات معزول، ثم تمتد لتشمل حالات أكثر تعقيدًا مثل التوصيل المتتالي (Back-to-Back Switching) وفصل المكثفات. كما تم إجراء تحليل حساسية لقياس تأثير المعلمات الرئيسية مثل ممانعة المصدر وحجم بنك المكثفات على الاستجابة العابرة.
أظهرت نتائج المحاكاة وصول الجهود العابرة إلى حوالي 1.5 وحدة نسبية (per unit)، وتيارات اندفاع تصل إلى عدة كيلو أمبير، وقد تم التحقق من هذه النتائج بمقارنتها مع الحسابات التحليلية، مع تقديم مناقشة تفصيلية للفروقات الملحوظة.
تقدم هذه الدراسة فهمًا أكثر دقة وشمولًا للظواهر العابرة الناتجة عن تبديل المكثفات، مما يوفر رؤى مهمة لتحسين تصميم الأنظمة، وتنسيق الحماية، واختيار المعدات المناسبة.
المراجع
[1] S. H. Horowitz and A. G. Phadke, Power System Relaying, 4th ed. Chichester, UK: John Wiley & Sons, 2014.
[2] D. A. Gonzalez, J. A. Martinez, and J. L. Guardado, “Capacitor Switching Transients: A Practical Approach,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 16, no. 2, pp. 276-281, Apr 2001.
[3] T. E. Grebe, “Application of distribution system capacitor banks and their impact on power quality,” in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 32, no. 3, pp. 714-719, May/Jun 1996.
[4] A. Greenwood, Electrical Transients in Power Systems, 2nd ed. New York: Wiley-Interscience, 1991.
[5] R. C. Dugan, M. F. McGranaghan, S. Santoso, and H. W. Beaty, Electrical Power Systems Quality, 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 2012.
[6] H. W. Dommel, EMTP Theory Book, 2nd ed. Portland, OR: Microtran Power System Analysis Corporation, 1992.
[7] J. D. Glover, M. S. Sarma, and T. J. Overbye, Power System Analysis and Design, 6th ed. Stamford, CT: Cengage Learning, 2017.
[8] P. M. Anderson, Analysis of Faulted Power Systems. Piscataway, NJ: IEEE Press, 1995.
[9] IEEE Std 1036-1992, IEEE Guide for Application of Shunt Power Capacitors.
[10] A. F. Imece, ed., IEEE Tutorial on Shunt Capacitor Bank Switching Transients. Piscataway, NJ: IEEE, 1996.
[11] C. H. C. dos Santos et al., “An ATP Simulation of Shunt Capacitor Switching in an Industrial Plant,” International Conference on Power Systems Transients (IPST), 2001.
[12] IEEE Std C37.012-2005, IEEE Application Guide for Capacitance Current Switching for AC High-Voltage Circuit Breakers on a Symmetrical Current Basis.
[13] M. R. Iravani and A. K. S. Chaudhary, “Analysis of capacitor-switching-induced transients in power systems,” in IEE Proceedings C - Generation, Transmission and Distribution, vol. 140, no. 4, pp. 327-336, July 1993.
[14] E. Haginomori, T. Koshiduka, J. Arai, and H. Ikeda, Power system transient analysis: theory and practice using simulation programs (ATP-EMTP). John Wiley & Sons, 2016.
[15] S. R. H. Salgado, J. L. B. de Oliveira, and J. C. de Oliveira, “Analysis of Transients in Capacitor Switching in a Didactic ATP-EMTP-Based Tool,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 20, no. 2, pp. 1159-1167, May 2005.
[16] A. Tokic, I. Uglesic, and V. Milardic, “Measurement, Modeling and Simulation of Capacitor Bank Switching Transients,” 2018 18th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), Ljubljana, 2018, pp. 1-6.
[17] D. F. Peelo, “Vacuum and SF6 Circuit Breaker Current Chopping Characteristics,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, no. 1, pp. 208-215, Jan. 2007.
[18] C. Zhai, Y. Fan, W. Meng, and K. Song, “Overvoltage management of SF6 circuit breaker switching for 66kV parallel capacitor bank based on ATP-EMTP,” Proc. SPIE 13159, 2nd International Conference on Electronic Information and Communication Technology (ICEICT 2024), 131596Z, 2024.
[19] R. K. Smith, P. G. Slade, and M. D. J. Air, “Controlled switching–a new technology for capacitor and reactor switching,” in IEEE Industry Applications Magazine, vol. 6, no. 6, pp. 16-24, Nov/Dec 2000.
[20] M. R. Zuniga-Garcia, E. A. Rivas-Trujillo, and F. de la Rosa, “Simulation analysis of the switching of substation shunt capacitor banks with a 6% series reactor for limiting transient inrush currents and oscillation overvoltage,” Electrical Engineering, vol. 100, no. 1, pp. 219-230, 2018.
[21] A. Zhai, et al., “Study on the Analysis and Suppression Methods of Inrush Current of Shunt Capacitors in 10kV Distribution Network,” 2024 5th International Conference on Electronic Information Engineering and Computer Science (EIECS), 2024, pp. 838-842.


