بخشی از مقاله
چکیده
گسترش روز افزون شبکه هاي توزیع نیروي برق، مسوولان شرکت هاي برق را بخصوص در جوامع رو به رشد به این فکر واداشته است تا روش هاي بهبود قابلیت اطمینان شبکه را با جدیت بیشتري دنبال کنند. از دیدگاه قابلیت اطمینان شبکه توزیع نیروي برق، مطالعه آماري خطاها و حوادث، به شناسایی نقاط حادثه خیز شبکه و دلایل اصلی رخداد خطاها کمک می کند. این مقاله، یک روش نوین براي بهبود شاخص هاي قابلیت اطمینان با ارزیابی علل و عواقب حوادث و خاموشی هاي شبکه توزیع نیروي برق مبتنی بر مدل سازي خطا با روش ترکیبی حوادث پی در پی1 و خطاي پنهان 2 پیشنهاد می دهد. جهت اجرایی کردن روش پیشنهادي، ابتدا کلیه حوادث و خاموشی ها در یک بازه زمانی مشخص - یک سال - براي یک شبکه توزیع نیروي برق واقعی - شهرستان ساري - تحلیل و بررسی می شود. سپس با توجه به الگوریتم به دست آمده از مدل سازي خطا با روش ترکیبی حوادث پی در پی و خطاي پنهان، شاخص هاي قابلیت اطمینان براي یک فیدر 20 کیلوولت نمونه - اوقاف - ، با روش تحلیلی در محیط هاي نرم افزاري PDN GIS10 و MATLAB، شبیه سازي و محاسبه می شود. با بررسی نتایج به دست آمده می توان دریافت که با تحلیل حوادث شبکه توزیع نیروي برق با روش پیشنهادي، نقاط ضعف شبکه شناسایی شده و تصویري واقع بینانه از آن براي ما ترسیم می کند.
واژه هاي کلیدي:شبکه توزیع نیروي برق، قابلیت اطمینان، حوادث شبکه ، مدل سازي خطا.
.1 مقدمه
شبکه هاي توزیع به عنوان گسترده ترین بخش از میان سه رکن اصلی شبکه قدرت - تولید، انتقال، توزیع - ازاهمیت ویژه اي برخورداراست. این گستردگی به حدي است کهتقریباً در همه شبکه هاي قدرت دنیا، % 50 از هزینه هاي سرمایه اي صنعت برق جهت ایجاد زیر ساخت ها در بخش توزیع صرف می گردد.[1] از سوي دیگر سیستم توزیع نیروي برق، مسئول تحویل نهایی انرژي الکتریکی به مصرف کنندگان می باشد. همین مسأله باعث وجود موقعیت خاص این بخش، از نقطه نظر مدیریتی می گردد.[2]گسترش روز افزون شبکه هاي توزیع نیروي برق، تنوع بار و حساسیت بارهاي جدید، مسوولان شرکت هاي برق را بخصوص در جوامع رو به رشد به این فکر واداشته است تا دست یابی به شاخص هاي امنیت و قابلیت اطمینان شبکه هاي برق فشار متوسط و فشار ضعیف را با جدیت بیشتري دنبال کنند.[3] این مقاله الگوریتمی قابلیت اطمینان محور مبتنی بر تحلیل حوادث با مدل سازي انواع خطا - با روش ترکیبی حوادث پی در پی و خطاي پنهان - به منظور افزایش قابلیت اطمینان شبکه توزیع نیروي برق شعاعی ارائه می کند. این الگوریتم براي شبکه هایی پیشنهاد می شود که به صورت شعاعی بهره برداري می شوند و براي محاسبه شاخص هاي قابلیت اطمینان آن، نقاط بار به صورت نقطه گره شبیه سازي می شود. در نهایت روش تحلیل حوادث پیشنهادي بر روي یک فیدر 20 کیلوولت نمونه پیاده سازي شده و نتایج آن ذکر می گردند.
.2تحلیل حوادث شبکه توزیع نیروي برق
برقدار نگه داشتن شبکه و عدم خاموشی از مشخصه هاي بسیار مهم در پایداري سیستم و قابلیت اطمینان شبکه هاي توزیع نیروي برق است که منجر به کسب درآمد بیشتر براي تولید کننده و مصرف کنندگان برق می گردد.[3] خاموشی به هر نوع که باشد چه خواسته و ناخواسته می تواند لطمات و خسارات زیادي به شرکت هاي برق و مشترکین وارد نماید. ضربه هاي ناشی از قطع و وصل خطوط و پست هاي توزیع برق خسارات عمده اي را به تجهیزات اصلی شبکه - ترانسفورماتور،کلیدها، خطوط و... - وارد می کند به طوري که خسارت ها در فصل پیک بار شبکه - تابستان - به اوج خود می رسد. خاموشی هاي شبکه هاي توزیع نیروي برق معمولا به دو گروه اصلی تقسیم می گردند: .1 خاموشی هاي خواسته - با برنامه یا دستی - .2 خاموشی هاي ناخواسته - بی برنامه یا اتوماتیک - . خاموشی ناشی از قطع جریان برق در موقع انجام کارهاي تعمیرات و نگهداري و ... اتفاق می افتد را خاموشی با برنامه می گویند که می توان به خاموشی هاي ناشی از تعمیرات دوره اي - تنظیم فلش سیم، ترمیم جمپر، تعویض مقره و... - و توسعه و احداث شبکه - در مدار آوردن شبکه جدید یا ترانسفورماتور و... - اشاره کرد.
خاموشی هاي ناخواسته در اثر حوادث و اتفاقاتی که خارج از کنترل می باشد در اثر عملکرد تجهیزات حفاظتی و کنترلی - رله ها و دژنکتورها و... - اتفاق می افتد. براي برق رسانی هر چه بیشتر مشترکین برق در صورت بروز خطا، باید مساله بازیابی شبکه براي تمامی نقاط شبکه از قبل پیش بینی شده باشد.[4] مدل سازي انواع خطا از روش هاي مفیدي است براي حرکت از ارزیابی قابلیت اطمینان به سمت اخذ استراتژي هاي مدیریت دارایی بهینه و توسعه فعالیت هاي نگهداري و تعمیرات قابلیت اطمینان محورمی باشد.با بررسی و تحلیل حوادث شبکه توزیع نیروي می توان کلیه خاموشی هاي ناخواسته شبکه را به دو گروه جدیدي تقسیم بندي نمود: حوادث پی درپی و خطاي پنهان. حوادث پی در پی، زنجیره حوادث مرتبط با هم هستند که موجب خرابی در اجزاي اصلی شبکه توزیع نیروي برق و خاموشی هاي طولانی مدت مشترکین می شود.
که می توان به خاموشی هاي ناشی از خرابی تجهیزات شبکه توزیع نیروي برق - عیب در پست هاي توزیع زمینی و هوایی، خرابی سرکابل هاي زمینی و هوایی، خرابی کابل هاي زمینی و هوایی و... - ، شرایط نامساعد جوي - باران شدید، باد، طوفان ، رعد وبرق و ... - ، عوامل خارج از شبکه - برخورد جسم خارجی، پرندگان، وسایل نقلیه، حفاري و برخورد شاخه درختان با شبکه - و ازدیاد بار - قطع خطوط و یا ترانس به علت ازدیاد بار - اشاره کرد. خطاي پنهان، فرآیند خاموشی در یک حالت پایه بهره برداري با خاموشی اتفاقی فیدر توزیع آغاز می شود و اغلب با مانور مجدد شبکه بر طرف می شود. دراین مورد نیز می توان به خاموشی هاي ناشی از خطاي نیروي انسانی - تنظیم اشتباه رله ها، مانور اشتباه، تعمیرات ونگهداري غیرصحیح - ، خطاي گذرا و نامعلوم اشاره کرد.جدول - 1-2 - تحلیل حوادث شبکه توزیع نیروي برق نمونه - شهرستان ساري - و شکل - - 1 درصد این خاموشی ها - خواسته و ناخواسته - را در بازه زمانی مشخص - 1391-1392 - نشان می دهد.
.3ارزیابی قابلیت اطمینان مبتنی بر تحلیل حوادث شبکه توزیع نیروي برق
مفهوم قابلیت اطمینان یک مفهوم احتمالاتی بوده و این به دلیل طبیعت و رفتار احتمالاتی و نامعین سیستم از نقطه نظر وقوع خطا در عملکرد تک تک اجزاي تشکیل دهنده آن است. اکثر روش هاياحتمالاتی که براي محاسبه قابلیت اطمینان به کار می روند، در حوزه ارزیابی شایستگی سیستم توسعه یافته اند و اکثر مطالعات در این زمینه صورت می گیرد.[5] ارزیابی قابلیت اطمینان مسیري است در امتداد فرآیند طراحی و توسعه شبکه. در این مسیر استاندارد سازي و بهبود آن باید به عنوان بخش تفکیک ناپذیر، همواره مورد توجه قرار گیرد. ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه هاي توزیع نیروي برق توسط شاخص هایی که در استاندارد IEEE1366 معرفی نموده، انجام می شود. با توجه به تعدد این شاخص ها به بررسی مهم ترین و پرکاربردترین شاخص هاي ارائه شده در جدول - - 1-3 می پردازیم.[6]
توسط شاخص هاي محاسبه شده می توان درجه بحرانی بودن وضعیت شبکه با توجه به حوادث و اتفاقات روي داده را ارزیابی کرده و می توان نقاط حادثه خیز شبکه، فیدرهاي فشار متوسط حساس وسطح بار بحرانی شبکه را نیز شناسایی نمود. - مقدار سطح بار بحرانی، مقدار حداکثر باري در شبکه است که با تخطی از آن شبکه در مقابل حوادث - پنهان یا پی درپی - بسیار آسیب پذیر و شکننده می شود. - ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه، مبتنی است بر تحلیل اطلاعات حوادث و خاموشی هاي شبکه توزیع نیروي برق است.[7] مطالعات آماري اتفاقات و حوادث ثبت شده در سیستم هاي نرم افزاري ثبت خاموشی به عنوان اولین و اساسی ترین حلقه از زنجیره ارزیابی قابلیت اطمینان، اجتناب ناپذیر است. ازدیدگاه قابلیت اطمینان شبکه توزیع نیروي برق، تحلیل خطاها و حوادث شبکه، به شناسایی نقاط حادثه خیز و دلائل اصلی رخداد خطاها کمک می کند. بنابراین بهبود قابلیت اطمینان شبکه توزیع نیروي برق پس از طراحی و تنها از طریق تحلیل حوادث شبکه و تغییر خط مشی هاي بهره برداري امکان پذیر و بهینه است.
هدف اصلی روش هاي بهره برداري که توسط شرکت هاي توزیع نیروي برق در گذشته مورد استفاده قرار می گرفته، به حداقل رساندن هزینه هاي سرمایه گذاري براي بار معینی بوده است. این روش به روش بر نامه ریزي از دید منبع تغذیه معروف است. در روش هاي جدید بهره برداري، معمولا بهینه سازي از دید کل سیستم انجام می شود که هم هزینه هاي سرمایه گذاري و هم هزینه هایی ناشی از خسارت خاموشی هاي شبکه توزیع نیروي برق و مشترکین آن لحاظ می شود که این روش بهره برداري به روش برنامه ریزي از دید مصرف کننده معروف است. به طور کلی می توان گفت که روش هاي مدیریت اتفاقات در کاهش مدت زمان خاموشی، یا تعداد خاموشی ها بسیار موثر است.[8]براي ارزیابی علل حوادث و اتفاقات شبکه توزیع نیروي برق، روش نوینی مبتنی بر تحلیل و تقسیم بندي کلیه خاموشی هاي بی برنامه شبکه به دو گروه اصلی خطاي پنهان و حوادث پی در پی پیشنهادشده است.
ضریب تاثیر آن بر شاخص هاي قابلیت اطمینان شبکه تحت یک الگوریتم ترکیبی و بهینه شده تعریف می شود. الگوریتم تحلیل علل حوادث پیشنهادي در محیط نرم افزار MATLAB کد نویسی شده و سپس بر روي یک فیدر 20 کیلو ولت شبکه توزیع نیروي برق به ازاي ادوات اصلی و مانوري آن و سطح بار بحرانی فیدر شبیه سازي می شود باید توجه داشت که بهینه سازي و بازآرایی وضعیت شبکه توسط محاسبات پخش بار انجام می گیرد سپس با توجه به مدل شبیه سازي فیدر20 کیلولت مورد نظر شاخص هاي قابلیت اطمینان با روش تحلیلی محاسبه می شود. شکل - - 2 الگوریتم پیشنهادي را نشان می دهد.الگوریتم تحلیل حوادث و اتفاقات شبکه توزیع نیروي برق جهت محاسبه شاخص هاي قابلیت اطمینان از 3 بخش اصلی تشکیل شده که عبارتنداز:
الف - شناسایی توپولوژي شبکه: براي ورود اطلاعات بیان کننده توپولوژي - تعداد گره ها، انواع اجزاي اصلی فیدر 20 کیلو ولت از قبیل: ترانسفورماتورها،کلیدها و... - و نحوه اتصال گره هاي مختلف به
