نتيجة للأعطال والاضطرابات disturbances التي تحدث في الشبكات الكهربية تحدث تغيرات كبيرة في الجهود والتيارات ويؤدي ذلك إلى تأرجح كبير في القدرة power swing مما يسبب تهديداً خطيراً للمنظومة وفصل خاطئ لكثير من المرحلات Relays خصوصاً وتحديداً المرحلات المسافية distance relays مما يؤدي بدوره إلى فصل متتابع للخطوط والمحطات cascading tripping وبالتالي حدوث الانقطاع الكلي Blackout.
العناصر الرئيسية لحماية فقدان التوازن (out-of-step protection) هي:
• special out-of-step protection (SOSP) and supplementary control;
• power swing blocking (PSB) of distance and under-impedance protection;
• pole-slip protection (PSP) of synchronous generators;
• out-of-step tripping (OST) in transmission network.
تتمثل مهمة الحماية الخاصة (special out-of-step protection (SOSP في منع فقدان التزامن وبدء التشغيل غير المتزامن، فيما تتمثل مهمة التحكم الإضافي (supplementary control) في إضافة تخميد للنظام ومحاولة إرجاع السرعة للسرعة التزامنية وتخميد التذبذبات (oscillations) الحاصلة في زاوية العضو الدوار للمولدات (rotor angle)، يعتبر power system stabilizer PSS مثالاً جيداً لمثل هذه المتحكمات الإضافية، و دخول هذه المتحكمات يكون له الأثر الكبير في استقرارية المنظومة ورجوعها إلى الحالة المستقرة في نفس نقطة التشغيل قبل العطل أو نقطة أخرى مستقرة، أحياناً حتى بعد دخول هذه المتحكمات فإن التأرجح في القدرة power swing والتذبذب oscillation في زاوية العضو الدوار rotor angle يظل مستمراً مما يؤدي إلى أن تكون الممانعة impedance المقاسة بواسطة المرحل المسافي distance relays أقل من ضبط المرحل وقد يؤدي هذا إلى فصل خاطئ unnecessary tripping، وهذا التغير في الممانعة impedance إنما هو ناتج عن تأرجح القدرة وليس نتيجة لعطل في الخط لذا لابد أن يصمد خط النقل قليلاً ولا يفصل نتيجة لها تأرجح القدرة power swing الأمر الذي يجعل الشبكة أكثر تهديداً ويقود إلى الانطفاء الكلي Blackout.
إذاً ما هو الحل لتجنب فصل الخطوط بالحماية المسافية أثناء تأرجح القدرة:
توجد في المرحل المسافي distance relay وظيفة function مهمتها معرفة التغير في الممانعة impedance هل هو ناتج عن عطل fault على خط النقل أم أن هذا التغير نتيجة لتأرجح القدرة power swing _في بوست لاحق إن شاء الله يمكن التفصيل في كيف يميز المرحل relay بين النوعين _ هذه الوظيفة function الخطيرة والمهمة للغاية تسمى بـ (power swing blocking (PSB، حيث أنها تتسبب في عمل حجب block لمنع جهاز الحماية المسافية من العمل وفصل الخط حتى يمر هذا التأرجح بسلام وتعود الأمور إلى الاستقرار ولا شك أن هذا يجنب الفصل الخاطئ ويجنب الشبكات خطر الانطفاء الكلي blackout.
ولكن ماذا لو استمر هذا الـتأرجح في القدرة زمناً طويلاً أو كان هذا التأرجح من النوع غير المستقر unstable power swing:
توجد وظيفتان functions مهمتان للغاية أحداهما متعلقة بحماية المولدات وهي جزء أصيل من حمايات المولد، والوظيفة الأخرى متعلقة بحماية خطوط النقل:
الحماية المتعلقة بالمولدات: تعرف باسم (pole-slipping protection (PSP و مهمتها عزل المولدات من المنظومة ولكن بعد عدد محدد من الدورات والتأرجحات set number of asynchronous cycles.
الوظيفة الأخرى المتعلقة بخطوط النقل: تعرف باسم (out-of-step tripping (OST وهي وظيفة غاية في الأهمية وتمثل فارقاً كبيراً في حماية الشبكات الكهربائية من الانهيار الكلي ومهمتها فصل الشبكة الكهربائية في نقطة محددة مسبقاً وتجزئة الشبكة إلى جزر island، عندما يكون التأرجح مستمراً وغير مستقر ولكن لابد من مراعاة الأحمال والتوليد عند تجزئة الشبكة بحيث يكون التوليد مساوي أو قريب من الأحمال حتى لا ندخل في مشكلة under frequency أو بالعكس over frequency.
وبصورة عامة لحماية الشبكة الكهربائية من مشاكل تأرجح القدرة power swing لابد أن تضم الحماية وظيفة function فعالة لعمل حجب block للمرحلات المسافية أثناء التأرجح بتفعيل الـ PSB، وفي حالة التأرجح غير المستقر أو التأرجح الذي يظل زمناً طويلاً لابد من وجود الـ PSP في جانب التوليد للحماية من انزلاق العضو الدوار ومنع حدوث التلف damage للعضو الدوار rotor، وفي جانب الشبكة لابد من تفعيل الـ OST لتقسيم الشبكة إلى جزر متساوية بقدر الإمكان في التوليد والأحمال ويمكن تفعيل فصل الأحمال بانخفاض التردد under frequency load shedding لجعل هذه المساواة ممكنة.
