हाई-वोल्टेज नेटवर्क में वोल्टेज असंतुलन - ओमान मुख्य इंटरकनेक्टेड सिस्टम

01 प्रसंग और पृष्ठभूमि

यह केस अध्ययन ओमान के मुख्य इंटरकनेक्टेड सिस्टम में ट्रांसमिशन और सब-ट्रांसमिशन स्तर पर किए गए वोल्टेज असंतुलन माप के निष्कर्ष प्रस्तुत करता है। (एमआईएस) - सल्तनत के प्रमुख औद्योगिक और शहरी लोड केंद्रों की सेवा करने वाला प्राथमिक बिजली नेटवर्क. अल्बादी एट अल द्वारा अध्ययन. (2015), औद्योगिक प्रौद्योगिकी पर आईईईई अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन में प्रस्तुत किया गया, व्यवस्थित वोल्टेज असंतुलन मूल्यांकन के कुछ प्रकाशित खातों में से एक है 132 kV HV level in a rapidly industrialising Middle Eastern grid.[1]

The Oman MIS is characterised by a load mix that presents significant PQ challenges: large industrial loads including aluminium smelters, steel plants, and cement factories — all of which are significant sources of harmonic distortion, झिलमिलाहट, and voltage unbalance — are connected to the same transmission network that serves residential and commercial customers. Quantifying the unbalance at the HV level is essential for understanding whether the source of unbalance seen at industrial equipment terminals is the utility transmission system or the industrial distribution network itself.

02 वोल्टेज असंतुलन - सिद्धांत और सूचकांक

परिभाषा - वोल्टेज असंतुलन क्या है?

एक तीन-चरण बिजली प्रणाली आदर्श रूप से परिमाण में बराबर तीन वोल्टेज चरणों के साथ संचालित होती है और चरण कोण में बिल्कुल 120 डिग्री से अलग होती है. वोल्टेज असंतुलन तब होता है जब चरणों के बीच परिमाण भिन्न होता है, लगातार चरणों के बीच चरण कोण 120° से भिन्न होता है, या दोनों स्थितियाँ एक साथ मौजूद हों.[1]

व्यवहार में, नेटवर्क विषमता के संयोजन से असंतुलन उत्पन्न होता है (गैर-ट्रांसपोज़्ड ट्रांसमिशन लाइनें, असमान ट्रांसफार्मर प्रतिबाधा) और विषमता लोड करें (एकल-चरण भार, असंतुलित तीन चरण भार, आर्क फर्नेस, कर्षण प्रणालियाँ). परिणामी असंतुलित तीन-चरण प्रणाली को फोर्टेस्क्यू के प्रमेय का उपयोग करके तीन सममित अनुक्रम घटकों में विघटित किया जा सकता है:

• सकारात्मक-अनुक्रम घटक - संतुलित आगे घूमने वाला घटक (जनरेटर के समान घूर्णन)
• नकारात्मक-अनुक्रम घटक - एक संतुलित पीछे की ओर घूमने वाला घटक (जनरेटर के विपरीत घुमाव)
• शून्य-अनुक्रम घटक - तीन समान चरण चरण (कोई घुमाव नहीं, केवल तटस्थ कंडक्टर वाले सिस्टम में मौजूद है)

दो परिभाषाएँ - आईईसी बनाम. कोई

आईईसी सममित घटकों की परिभाषा (वीयूएफ = वी₂/वी₁ × 100%) अंतरराष्ट्रीय स्तर पर पसंदीदा तरीका है और इसका उपयोग EN में किया जाता है 50160 और आईईसी 61000-2-2. इसके लिए चरण माप की आवश्यकता होती है (परिमाण और कोण दोनों) और यह सबसे भौतिक रूप से सार्थक परिभाषा है क्योंकि नकारात्मक-अनुक्रम वोल्टेज मोटर और अन्य तीन-चरण उपकरणों में हानिकारक प्रभावों के लिए सीधे जिम्मेदार है.[2]

एनईएमए परिभाषा (माध्य से किसी भी चरण वोल्टेज का अधिकतम विचलन, माध्य से विभाजित) केवल वोल्टेज परिमाण माप की आवश्यकता होती है और क्षेत्र मूल्यांकन के लिए उत्तरी अमेरिका में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है. छोटे-मोटे असंतुलन के लिए (नीचे लगभग 3%), दोनों विधियाँ संख्यात्मक रूप से समान परिणाम देती हैं. बड़े असंतुलन या महत्वपूर्ण कोण विषमता वाले मामलों के लिए, आईईसी विधि अधिक सटीक लक्षण वर्णन देती है.[3]

03 माप पद्धति

ओमान एमआईएस में तीन एचवी ग्रिड स्टेशनों पर वोल्टेज और वर्तमान असंतुलन माप आयोजित किए गए थे. प्रत्येक ग्रिड स्टेशन सिस्टम के तीन प्रमुख औद्योगिक क्षेत्रों में से एक को आपूर्ति करता है, ट्रांसमिशन सिस्टम और औद्योगिक उप-ट्रांसमिशन/वितरण नेटवर्क के बीच इंटरफेस पर माप बिंदुओं को पीक्यू पर्यावरण का प्रतिनिधि बनाना.[1]

माप पद्धति ने उच्च वोल्टेज पर पीक्यू मूल्यांकन के लिए अंतरराष्ट्रीय मानकों का पालन किया. मुख्य चुनौती 132 केवी का मतलब है कि प्रत्यक्ष माप संभव नहीं है - वोल्टेज और वर्तमान उपकरण ट्रांसफार्मर (वीटी और सीटी) सिग्नल को उपकरण-स्तर के वोल्टेज और धाराओं तक कम करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसके लिए उपकरण ट्रांसफार्मर सटीकता वर्ग के सत्यापन की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि मापे गए असंतुलित मान वास्तविक नेटवर्क विषमता के बजाय ट्रांसफार्मर त्रुटियों की कलाकृतियाँ नहीं हैं.

मापे गए असंतुलित डेटा की तुलना ओमानी बिजली वितरण कोड और लागू अंतरराष्ट्रीय मानकों में निर्दिष्ट सीमाओं से की गई - EN 50160 (आप LIMIT: वीयूएफ ≤ 2% के लिए 95% किसी एक सप्ताह की अवधि का) और आईईईई 519-2014 (जो हार्मोनिक सीमाओं को संबोधित करता है लेकिन उसी का संदर्भ देता है 2% नियोजन उद्देश्यों के लिए असंतुलित सीमा).[2][4]

04 मुख्य निष्कर्ष

ट्रांसमिशन-स्तर असंतुलन - सीमा के भीतर

ओमान एमआईएस में सभी तीन एचवी ग्रिड स्टेशनों पर वोल्टेज और वर्तमान असंतुलन माप ओमानी वितरण कोड और लागू अंतरराष्ट्रीय मानकों द्वारा निर्दिष्ट सीमा के भीतर थे। (इन 50160, आईईईई 519). पारेषण प्रणाली, बड़े और संभावित रूप से असंतुलित औद्योगिक भार की सेवा के बावजूद, के भीतर अपनी तीन-चरण वोल्टेज समरूपता बनाए रखी 2% ग्रिड स्टेशन माप बिंदुओं पर VUF सीमा.[1]

वर्तमान असंतुलन — एक अलग सूचक

वोल्टेज असंतुलन के साथ-साथ वर्तमान असंतुलन को भी मापा गया. वर्तमान असंतुलन एक लोड-साइड मात्रा है - यह आपूर्ति नेटवर्क की विषमता के बजाय कनेक्टेड लोड की विषमता को दर्शाता है. असंतुलित लोड धाराओं के साथ एक संतुलित आपूर्ति वोल्टेज इंगित करता है कि एकल-चरण या असमान तीन-चरण भार वितरण प्रणाली में असममित वर्तमान प्रवाह पैदा कर रहे हैं।, जो बदले में नेटवर्क प्रतिबाधा के माध्यम से छोटे वोल्टेज असंतुलन उत्पन्न करता है.[1]

वर्तमान असंतुलन और वोल्टेज असंतुलन के बीच संबंध माप बिंदु पर नेटवर्क प्रतिबाधा पर निर्भर करता है. एचवी ग्रिड स्टेशन पर (उच्च शॉर्ट-सर्किट स्तर, कम स्रोत प्रतिबाधा), यहां तक ​​कि औद्योगिक भार से महत्वपूर्ण वर्तमान असंतुलन भी बस में केवल छोटे वोल्टेज असंतुलन पैदा करता है - यही कारण है कि एचवी माप सीमा के भीतर हैं, भले ही डाउनस्ट्रीम वितरण नेटवर्क कम वोल्टेज स्तर पर अधिक महत्वपूर्ण असंतुलन दिखा सकता है.

05 वोल्टेज असंतुलन के प्रभाव

अध्ययन वोल्टेज असंतुलन के नकारात्मक प्रभावों की व्यापक समीक्षा प्रदान करता है, जो इसके लिए इंजीनियरिंग तर्क तैयार करता है 2% अंतर्राष्ट्रीय मानकों में VUF सीमा:[1]

इंडक्शन मोटर्स - सबसे संवेदनशील शिकार

इंडक्शन मोटर वह उपकरण प्रकार है जो वोल्टेज असंतुलन से सबसे अधिक प्रभावित होता है. नकारात्मक-अनुक्रम वोल्टेज घटक (वी₂) एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र को सकारात्मक-अनुक्रम क्षेत्र के विपरीत दिशा में चलाता है. रोटर संदर्भ फ्रेम में, नकारात्मक-अनुक्रम क्षेत्र समकालिक गति से लगभग दोगुनी गति से घूमता है - रोटर इस घटक को बहुत कम प्रतिबाधा प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप छोटे नकारात्मक-अनुक्रम वोल्टेज से बड़ी नकारात्मक-अनुक्रम रोटर धाराएं उत्पन्न होती हैं.

अन्य प्रभावित उपकरण और प्रणालियाँ

• तीन-चरण रेक्टिफायर और ड्राइव - असंतुलित आपूर्ति वोल्टेज रेक्टिफायर डायोड या थाइरिस्टर में असमान चालन कोण उत्पन्न करता है, गैर-विशेषता वाले हार्मोनिक ऑर्डर उत्पन्न करना और आउटपुट तरंग बढ़ाना
• पावर ट्रांसफार्मर - नकारात्मक-अनुक्रम धाराएं वाइंडिंग हानि और कोर संतृप्ति को बढ़ाती हैं. ट्रांसफार्मर सुरक्षा (विभेदक रिले) गंभीर असंतुलन की स्थिति में फर्जी यात्राएं हो सकती हैं
• पावर फैक्टर सुधार कैपेसिटर - असंतुलित वोल्टेज संधारित्र चरणों में असमान प्रतिक्रियाशील वर्तमान वितरण उत्पन्न करता है. कैपेसिटर बैंक के एक चरण पर उड़ा हुआ फ्यूज वोल्टेज असंतुलन का कारण और प्रवर्धक दोनों है
• Protection systems — distance relays and differential protection schemes rely on balanced voltage assumptions. Persistent unbalance can cause relay misoperation or desensitisation
• Energy metering — unbalanced systems require true three-phase metering. Single-phase or two-element metering configurations introduce measurement errors under unbalanced conditions

06 शमन तकनीक

The study reviews the principal mitigation approaches for voltage unbalance, which fall into three categories based on their point of application:[1]

07 विद्युत गुणवत्ता परिप्रेक्ष्य

यह अध्ययन पीक्यू केस स्टडी साहित्य में एक विशिष्ट और मूल्यवान स्थान रखता है: यह तेजी से औद्योगिकीकरण हो रहे ग्रिड में एचवी ट्रांसमिशन स्तर पर व्यवस्थित वोल्टेज असंतुलन माप के कुछ प्रकाशित खातों में से एक है. यह निष्कर्ष कि ओमान एमआईएस एचवी नेटवर्क बड़ी सेवा देने के बावजूद अंतरराष्ट्रीय सीमा के भीतर है, संभावित रूप से औद्योगिक भार को असंतुलित करना - एक महत्वपूर्ण आधार रेखा प्रदान करता है.

उपयोगिता इंजीनियरिंग परिप्रेक्ष्य से, मुख्य अंतर्दृष्टि प्रतिबाधा तर्क है: एचवी ग्रिड बस में शॉर्ट-सर्किट क्षमता अधिक होती है, इसका मतलब है कि इसका वोल्टेज कठोर है और असंतुलित भार धाराओं से विरूपण के प्रति प्रतिरोधी है. वही लोड करंट जो उत्पन्न करता है 2% कमजोर एलवी फीडर पर वीयूएफ केवल 0.1-0.2% वीयूएफ का उत्पादन कर सकता है 132 केवी बस. यह बताता है कि ट्रांसमिशन सिस्टम संतुलित क्यों दिखता है जबकि वितरण से जुड़े उपकरण महत्वपूर्ण असंतुलन का अनुभव करते हैं - असंतुलन वितरण-स्तर की बाधाओं और भार द्वारा बनाया जाता है, एचवी प्रणाली से प्रसारित नहीं.

सन्दर्भ

1. अल्बडी एमएच, अल हिनाई ए.एस, अल-बदी ए.एच, Al Riyami MS, अल हिनाई एस.एम, अल अब्री आरएस. “विद्युत प्रणालियों में असंतुलन - समीक्षा और ओमान एमआईएस केस स्टडी।” औद्योगिक प्रौद्योगिकी पर आईईईई अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन की कार्यवाही (ICIT 2015), सविल, स्पेन, पीपी. 1407-1411, मार्च 2015. DOI: 10.1109/आईसीआईटी.2015.7125294
2. इन 50160:2010+ए3:2019. सार्वजनिक बिजली नेटवर्क द्वारा आपूर्ति की जाने वाली बिजली की वोल्टेज विशेषताएँ. CENELEC, ब्रसेल्स.
3. कोई एमजी-1-2021 नहीं. मोटर्स और जेनरेटर. नेशनल इलेक्ट्रिकल मैन्युफैक्चरर्स एसोसिएशन, रोसलिन, वी.ए.
4. आईईईई एसटीडी 519-2022. इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम में हार्मोनिक नियंत्रण के लिए आईईईई मानक. आईईईई, न्यू यार्क, NY, 2022.
5. आईईसी 61000-2-2:2002+एएमडी1:2017. विद्युत चुम्बकीय संगतता (EMC) - भाग 2-2: सार्वजनिक निम्न-वोल्टेज आपूर्ति प्रणालियों में कम-आवृत्ति संचालित गड़बड़ी के लिए अनुकूलता स्तर. आईईसी, जिनेवा.