Elektrik İletim Sistemlerinde Çökme Sorununa Karşı Özel Koruma Sistemi

Bölgesel enerji arzının yüksek olduğu bir sırada, yüklü bir yüksek gerilim hattının devreden çıkmasıyla birlikte bütün bölgenin enerjisiz kalması ile sonuçlanan bir “blackout” olayına karşı ülkemizde özel bir koruma sistemi (SPS) kullanılmaktadır. Bu makalemizde SPS sistemini inceleyeceğiz.

A- A+

01.07.2015 tarihli yazı 12359 kez okunmuştur.

Siemens SPS Elektrik Arıza Koruma Sistem

SPS sisteminin amacı böyle bir durumda, bölge içerisindeki enerji santrallerinde belli sayıda generatörü devre dışına çıkararak iletim sistemine arz edilen enerji miktarını düşürmek ve kalan hatların aşırı yüklenmesinin önüne geçmektir. Devre dışı kalan hattın enerjisi, elektriğin doğası gereği kendine en kolay yolu tercih ederek kalan hatları yükleyecek olursa, kapasite sorunu yaşayan hatların da domino etkisi ile sırasıyla devre dışı kalmasına neden olabilir, en iyi ihtimalle de sistemde aşırı yüklenmeden kaynaklanan gerilim çökmeleri yaşanabilir.

Şekil 1: Yüksek Gerilim Enerji Nakil Hatları

►İlginizi Çekebilir: Elektrik Güç Sisteminde Gerilim Düşmesi ve Kesilmesi 1. Bölüm

SPS fonksiyonlarının belirlenebilmesi amacı ile bölge içerisindeki işletme koşulları simüle edilerek bir takım dinamik analizler gerçekleştirilir. Buna göre ilk olarak bölge içerisindeki üretim kapasitesi değerlendirilir. Daha sonra yine bölge içerisindeki büyük yükler ele alınır. Son olarak da yüklü bir hat üzerinde bir arıza senaryosu yaratılarak arızanın farklı sürelerde giderilme durumlarında yaşanacaklar simüle edilir. Gerçekleştirilen bu simülasyon çalışmalarına bağlı olarak da SPS sisteminin fonksiyonlarına yönelik bir teknik şartname çıkarılır.

Şekil 2: Hamitabat Doğalgaz Termik Santrali

SPS sistemi aşağıdaki fonksiyonları gerçekleştirecek şekilde bölge içerisindeki enerji santrallerine konuşlandırılır:

A)   Aşağıdaki durumlardan herhangi birinin sonucu olarak 400 kV Hat-1’in devre dışı kalmasının tespit edilmesi

a.    Mesafe rölesinin hatta arıza tespit edip kesiciyi açtırması
b.    Kesicinin bakım amacıyla manuel olarak açtırılması
c.    Hattın karşı uçtan açtırılması nedeni ile yüksüz kalması ve hattan çekilen aktif gücün ani olarak yaklaşık sıfıra düşmesi

B)   400 kV Hat-1’den çekilen aktif gücün, örnekleme periyodu 50 ms ile 100 ms arasında kalacak şekilde sürekli olarak ölçülmesi ve son 10 s süresince herhangi bir anda ortalama aktif güç değerinin hesaplanması ve hesaplanan değerin belli bir eşiğin üzerinde olup olmadığının sürekli olarak izlenmesi

C)   Yine 50 ms ve 100 ms arasında bir örnekleme periyodu ile ani gücün yukarıda hesaplanan ortalama güce oranının hesaplanması ve son 1 s süresince herhangi bir anda bu oranın belli bir eşik değerin üzerinde olup olmadığının izlenmesi. Yüksek miktarda yüklü bir komşu hattın devre dışı kalması halinde muhtemelen bu oran, eşik değerinin üzerine çıkacaktır.

Şekil 3: Mesafe Koruma Rölesi

►İlginizi Çekebilir: Darbe Gerilimleri

Aşağıdaki kombinasyonlardan herhangi biri gerçekleşirse enerji santralinde bir türbin SPS tarafından devreden çıkarılır:

1) Yukarıdaki “a” ve/veya “b” ve/veya “c” ve aynı anda “B” gerçekleşirse “A” olayından itibaren 150 ms içerisinde SPS tarafından bir türbin devre dışı bırakılacaktır.

2) “B” ve “C” aynı anda gerçekleşirse, bu durumda bir türbinin devre dışı bırakılması olabildiğince ani olarak gerçekleşecektir.
SPS tarafından hangi türbinin devre dışı bırakılacağı önceden bir seçici anahtar vasıtası ile seçilebilir.

Şekil 4: Yüksek Gerilim Güç Kesicileri

Yapılacak olan dinamik analizlerin sonucunda, 400 kV yüklü bir hattın devreden çıkmasına bağlı olarak yaşanabilecek geçici rejimlerde, SPS sistemi yardımı ile sistemde herhangi bir aşırı yüklenme, gerilim çökmesi ve “blackout” yaşanmayacağı teyid edilebilir. Ancak bununla beraber, bölge içerisindeki sistem bütünlüğünün korunması, sistem içerisindeki mesafe koruma rölelerinin ve transformatör aşırı yük koruma rölelerinin ayar değerlerinin kontrol edilmesini ve mümkünse değiştirilmesini gerektirebilir.

Koruma haberleşmesi yapılmayan hatlarda, aşırı yük durumunda mesafe koruma rölelerinin 3. bölge elemanları durumu bir 3-faz kısadevre gibi algılamamalıdır. Bu amaçla 3. bölge elemanları, sadece akım değerinin maksimum yük akımını %150 oranında aşması ve aynı zamanda gerilim değerinin de nominal değerin %80’ ine düşmesi durumunda devreye girecek şekilde ayarlanmalıdır. Bununla beraber mesafe koruma rölelerinde “load encroachment” ve “power swing blocking” fonksiyonları aktif hale getirilmelidir. Gerekli koordinasyonun sağlanabilmesi amacı ile SPS sisteminin türbini devreden çıkarma süresi, mesafe koruma rölelerinin 3. bölge elemanlarının gecikme süresinden kısa olmalıdır.

Geçici rejimlerde transformatörlerin anlık olarak aşırı yüklenmesi nedeniyle devreden çıkmalarının önüne geçmek amacı ile, aşırı yük koruma rölelerine 3 s kadarlık bir gecikme verilmelidir. Daha uzun süreli aşırı yüklenmelere karşı termik imaj koruma röleleri ve sıcaklık sensörleri vasıtası ile transformatörler korunmalıdır. Esasında kombine çevrim santrallerde bir gaz türbininin devreden çıkması ile buhar türbininin de çıkış gücü yaklaşık 3 s içerisinde yarıya düşecek ve transformatörler rahatlayabilecektir.

Gecici rejimlerde aşırı yüklenmenin tek bir transformatöre bindirilmesi ve bunun sonucunda o transformatörün de devre dışı kalması ile stabilite zarar göreceğinden ve birden fazla türbinin devreden çıkarılmasına müsade edilmeyebileceğinden birden fazla transformatörün geçici rejimlerdeki bu aşırı yüklenmeyi paylaşması sağlanmalıdır.

Şekil 5: Yüksek Gerilim Güç Transformatörü

Ülkemizdeki ilk SPS sistemi Şekil 2’de gözüken Hamitabat Doğalgaz Termik Santrali’nde konuşlandırılmıştır. Türkiye ile ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) arasında kurulu olan bu santralde çalışan SPS sistemi ile yeni kurulacak SPS sistemleri aşağıdaki özellikler bakımından uyumlu olmalıdır:

·         Standartlar bakımından uyumluluk
·         Güvenilirlik ve yedekli çalışma bakımlarından uyumluluk
·         Genel yazılım karakteristikleri bakımından uyumluluk
·         Her türlü olay kaydının tarih ve zaman ile etiketlenmesi bakımından uyumluluk
·         Elektromanyetik uyumluluk
·         Fabrika kabul testleri bakımından uyumluluk
·         Devreye alma bakımından uyumluluk

Ulusal elektrik iletim şebekelerinin etkin ve verimli bir şekilde işletilmesine yönelik modern teknolojiler mevcuttur. Bunlardan bir tanesi FACTS (Flexible AC Transmission Systems) çözümleri olarak bilinen güç elektroniği tabanlı sistemlerdir. Bu sistemlere ait teknolojiler kullanılarak paralel hatlarda akım kontrolü ve dolayısı ile yük akışı kontrol edilmek sureti ile hatların optimum yüklenmesi sağlanabilmektedir.

HAZIRLAYAN
Özgür YILMAZ
Siemens San. ve Tic. A.Ş.
Enerji Yönetimi İletim Çözümleri
Tasarım Mühendisliği Yöneticisi