بخشی از مقاله
چکیده
با گذشت زمان و با افزایش احساس نیاز به هواپیماهای الکتریکی، تقاضاها برای توزیع قدرت جهت سیستم های توزیع الکتریکی هواپیما افزایش می یابد. واضح است که برای کاهش تلفات و افزایش ایمنی نیازمند استفاده از سیستم کنترل و نظارت جهت تشخیص محل خطاهای الکتریکی می باشیم. در این مقاله به کمک اندازه گیری امپدانس هارمونیک سیستم قدرت به تشخیص و تعیین محل خطا در کابل های قدرت می پردازیم. این روش بر خلاف سایر روشها به سیگنالهای تست نیازمند نیست و می تواند به طور موثری در سیستم های عیب یابی جاسازی شود . در این روش هارمونیک امپدانس خودی خط - خط در نقاط حساس سیستم های توزیع، با اندازه گیری ولتاژ و جریان بار در نقاط مختلف شبکه توزیع، تخمین زده می شود. با ترکیب تخمین های امپدانس خودی خط-خط هارمونیک، خطاها در سیکل های کم شناسایی و مکان آنها تعیین می شود. بنابراین یک سیستم پشتیبانی محافظ که به اندازه گیری جریان باس نیاز ندارد، ایجاد می شود که محل خطا را مشخص نموده و به این جهت برای سیستم های نگهداری هواپیما مفید است.
واژههای کلیدی: امپدانس، سیگنال تست، هارمونیک، خطا.
-1 مقدمه
در هواپیماهای معمولی، جهت حرکت هواپیما، سوخت به نیروی محرکه تبدیل میشود و چهار فرم از نیروی غیر محرکه شامل نیروی پنوماتیک، نیروی مکانیکی، نیروی هیدرولیک و نیروی الکتریکی [5-1] تولید میشوند . مفهوم هواپیمای تمام الکتریک یا نیمه الکتریک - MEA - برای کاهش استفاده از نیروی هیدرولیک و پنوماتیک مطرح گردیده است که دارای مزایایی چون بهینه سازی مصرف سوخت و کاهش هزینه های نگهداری و هزینه های کم کاری و نگهداری و عملیاتی است.[1] قابلیت اطمینان انرژی الکتریکی در یک MEA فشار بیشتری بر سیستم های حفاظتی و کنترلی میگذارد. که باعث میشود انرژی الکتریسیته منتشر شده از چند صد کیلووات به یک مگاوات در یک هواپیمای سایز 737 افزایش پیدا کند.[6]
بهبود تشخیص و تعیین مکان در سیستم های نیروی الکتریکی برای رسیدن به میزان بار مورد نیاز و کارایی مناسب حائز اهمیت است. در هر سیستم نیرویی و توزیعی سیستم حفاظتی لازم الاجراست. تکنیک های حفاظتی برای خطوط توزیع میتواند به دو استراتژی مشخص دسته بندی شوند: نوع غیر واحدی - مثل محافظ فاصله ای و رله های جریان بالا - و حفاظت نوع واحدی.[7] با توجه به فاصله کم کابل در سیستم نیروی هواپیما، طرح های تعیین شکست فاصله دور با رله های جریان بالای زمان بندی شده مناسب نیستند. طرح محافظت اختلاف جریان، یکی از طرح های محافظتی واحدی، با موفقیت در خطوط توزیع اجرا شده است.[8] همچنین میتوانند طوری برنامه ریزی شوند که در صورت ایجاد شکست جریان پایین به سرعت عملکرد داشته باشند و میتواند میان شکست های داخلی و بیرونی تمایز قائل شوند.[9] هرچند کانال اضافی ارتباطی یا سیم های پایلوت برای یک هواپیما بسیار سنگین است، بنابراین بیشتر سیستم های حفاظتی هواپیما شامل رله های جریان بالای ساده بدون توانایی در تشخیص محل خطا خواهند بود.
وسایل الکتریکی هوشمند - IED - که برای جمع آوری داده، محافظت و کنترل استفاده میشوند، در اصل برای مانیتورینگ دیجیتالی و محافظت از تجهیزات سیستم نیرویی مثل خطوط انتقال/توزیع، سوئیچ گیر، باس ها و ترانسفورماتورها استفاده میشوند .[21-19] رله های IED که برای محافظت از خطوط توزیع طراحی شده اند باید نیازهای مختلفی را اعم از حفاظت اصلی و پشتیبانی را برآورده کنند.[20] بسیاری از معادلات تشخیص شکست مثل محافظت فاصله ای [9] و محافظت جهتی [9] گسترش داده شده و میتوانند بر روی IEDها برای ایجاد محافظت پشتیبانی استفاده شوند. در این مقاله طرح جدیدی برای تشخیص و تعیین مکان شکست با استفاده از THLSI پیشنهاد شده است. این طرح میتواند با یک رله IED برای تهیه اطلاعات علاوه بر اطلاعات تهیه شده با سیستم اصلی حفاظت برای کمک به تشخیص دقیق محل شکست مچ شود.
اندازه گیری مقاومت یکی از تکنیک های متداول برای حفاظت رله است[9] و بنابراین این اصل در اینجا در نظر گرفته میشود. روش جدید سومین مقاومت هارمونیک خط به خط - THLSI - را در نقاط استراتژیک در سیستم توزیع نظارت میکند. این کار با اندازه گیری ولتاژ و جریان در مراکز توزیع بار انجام میگیرد. THLSI مشخصا به دلیل اینکه عملکرد هارمونیکی سه گانه ای دارد و به طور قابل توجهی در حضور عدم تقارن مخصوصا در شرایط شکست، تغییر میکند. اگر شکستی رخ دهد روش جدید میتواند بدون اندازه گیری مستقیم جریان های باس اصلی، به دقت شکست را تشخیص و تعیین مکان نماید . بنابراین میتواند سیگنال محافظتی پشتیبان دارای اطلاعات محل شکست را برای تعمیرات تولید نماید. هرچند توجه به این نکته حائز اهمیت است که THLSI در مراکز توزیع بار به آسانی محاسبه میشود. این خاصیت میتواند با تصحیح نرم افزاری واحدهای الکتریکی ریموت - REUs - در مراکز توزیع بار استفاده شود و بنابراین این اطلاعات اضافی میتواند با اندکی هزینه بیشتر بدست آید . این اطلاعات به کنترل کننده مرکزی کمک میکند تا سریعا سیستم توزیع را مجددا تنظیم نماید و در حضور شکست های کابلی برای بارهای ضروری در حال عرضه باقی بماند و همچنین با تعیین محل دقیق شکست، مدت زمان نگهداری را کاهش میدهد. این مقاله استفاده از THLSI برای تعیین مکان شکست توضیح میدهد.
- 2تئوری و پیشینه تحقیق
در سال های اخیر تحقیقات بیشتری با تمرکز بر روی روش های بازتابی برای تعیین مکان خطاها در سیم کشی هواپیما انجام شده است.[10] روش های بازتابی روش هایی هستند که معمولا برای تعیین عمر سیم ها و تشخیص شکست در سیم کشی استفاده میشود . الگوریتم های متفاوتی به روش بازتابی وجود دارند مثل دامنه زمانی بازتابی [11]، دامنه فرکانس بازتابی12] و [13 ، دامنه ترتیب زمانی بازتابی 14] و [15و دامنه زمانی طیف منتشره بازتابی 11] و 16 و [18 شکست های سنگین - باز و اتصال کوتاه - میتوانند با این روش های بازتابی تشخیص داده شوند، اما شکست های نرم مثل خرابی روکش در حالت کلی قابل مشاهده نیستند. روش های S/SSTDR میتوانند برای مکان یابی شکست های بینابینی یا تست عملکرد حال حاضر سیستم های سیمکشی زنده مورد استفاده قرار گیرند.[10] گرچه این روش ها در اصل برای سیستم های سیم کشی روشنایی استفاده میشوند. روشهای گذشته دارای سرعت عمل بسیار کمتری نسبت به این روش بوده اند و زمان اندازه گیری و تعیین محل خطا در آنها نیز بالا بوده است و بسیار سنتی عمل می نمودند.
- 3مواد و روشها
-1-3نمای کامل و کلی
در یک سیستم توزیع عملی، ولتاژهای شبکه با هارمونیک ها و هارمونیک های داخلی به دلیل اثرات بارهای غیر خطی آلوده میگردند. بنابراین ولتاژ فاز- زمین یا فاز-فاز و جریانات خط در یک سیستم سه فازی با مجموع سینوسی توابع فرکانس های پایه، هارمونیک و هارمونیک داخلی برابر است. برای توپولوژی سه سیم سه فاز پیشنهادی در سیستم های MEA ، ولتاژهای فاز فاز لحظه ای در مراکز توزیع بار در صورتی که بارها متصل ستاره ای باشند، به جریان های خط لحظه ای جاری به سوی بارها [1] مرتبط هستند. که در آن Za، Zb و Zc امپدانس بار هر فاز وia ، ib و ic عبارتند از جریان های بار. معادله - 2 - بازنمایی دامنه فرکانس معادله - 1 - را نشان میدهد که در آن F - 0 - تبدیل فوریر را نشان میدهد.
-2-3 تعیین محل شکست با استفاده از امپدانس سلف
به منظور نشان دادن این مفهوم که چطور مفهوم امپدانس سلف خط به خط میتواند برای شناسایی و تعیین محل شکست ها در سیستم مورد استفاده قرار گیرد، یک مثال شبکه آنالیز شده است. وقتی که یک شکست اتصال کوتاه فاز-فاز در سیستم رخ میدهد، رکتیفایر دیود جریان های هارمونیک سه گانه ای تولید میکند که به شبکه تزریق میشوند. در شکل یک مدار معادل شبکه نمونه در فرکانس های هارمونیک را نشان میدهد. در شبکه مورد مثال، امپدانس داخلی منبع توزیع برابر است با Zs - Rs,Xs - و ادمیتانس آن برابر است با - . Ys - Ys=1/Zs امپدانس بار منفعل متصل در گره 1 برابر است با - Z1 - R1,X1 و ادمیتانس آن عبارت است از .Y1= - Y1=1/Z1 - امپدانس و ادمیتانس کابل پاور باس برای طولی از محل شکست تا ترمینال محل عرضه به ترتیب به صورت و YTx - YTx=1/ZTx - مشخص میشوند.
