بخشی از مقاله
چکيده
با توجه به افزایش اهمیت انرژی الکتریکی و رشد روزافزون تقاضای آن به عنوان نیروی محرکهی اصلی چرخ صنعت، نیاز به قابلیت اطمینان بالاتر و سیستم حفاظتی کارآمدتر بیش از پیش احساس میگردد. در این میان شبکه های توزیع نقش مهمی را در انتقال انرژی به مصرفکنندهها ایفا میکنند. یکی از مشکلات اساسی شبکه های توزیع فعلی نحوهی حفاظت فیدرهای آن میباشد. به دلیل وجود حفاظت در ابتدای فیدر فرعی، در اثر وقوع حادثه در هر قسمت از یک فیدر فشار متوسط توزیع، کلیهی مشترکین متصل به آن بیبرق میگردند. در گذشته برای حل این مشکل، از هماهنگی فیوز و رلهی اتوریکلوزر استفاده میکردند. ولی یکی از مشکلات این ساختار هماهنگی فیوز با منحنی آنی و کند ریکلوزر است. بنابراین امروزه استفاده از این ساختار تقریباً منسوخ شده است. در حال حاضر به منظور رفع این مشکل از ترکیب رلهی اتوریکلوزر و سکشنالایزر در فیدرهای توزیع استفاده میشود. در این مقاله این دو سیستم از نظر دیدگاه قابلیتاطمینان مقایسه موردی شدهاند و همچنین شاخصهای قابلیتاطمینان در دو مورد بررسی میشود
کليد واژه - قابليت اطمينان، فيوز، ريکلوزر، سکشنالايزر، حفاظت شبکه هاي توزيع
١- مقدمه
امروزه انرژي الکتريکي جزء جدايي ناپذير زندگي انسان مي باشد و زندگي صنعتي و پيشرفته ي مصرفکنندگان نياز حياتي به يک منبع تأمين کننده ي انرژي الکتريکي باکيفيت و قابليت اطمينان بالا دارد. براي تأمين چنين هدفي به شبکه ي توزيعي نياز است که کمترين وقفه را در برقرساني داشته باشد.
شبکه ي توزيع به دليل ساختار حلقوي باز و بهرهبرداري شعاعي به خودي خود قابليت اطمينان بالايي ندارد. حفاظت در شبکه هاي توزيع تنها در ابتداي فيدر بوده است . بنابراين بروز هرگونه حادثه اي در فيدرهاي پرانشعاب توزيع موجب قطع برق کليه ي مشترکين آن مي گردد. بدين منظور در شبکه هاي توزيع از ريکلوزرها براي جلوگيري از خاموشي هاي ناشي از خطاهاي زودگذر استفاده مي شود. با قراردادن فيوزها در طول شبکه و هماهنگ کردن آن با منحني کند و آني ريکلوزر ابتداي فيدر مي توان از بخش وسيعي از خاموشي هاي شبکه جلوگيري کرد و در حقيقت با اين روش مانع از سرايت خطا به ساير نقاط شبکه مي شوند. استفاده از اين تجهيزات به جايابي محل خطا کمک مي کند و سبب کاهش زمان بازيابي سيستم مي شود و به طور کلي قابليت اطمينان شبکه را بهبود مي بخشند. ولي در عمل هماهنگ کردن اين تجهيزات حفاظتي کار دشواري است و همچنين گذر جريانهاي اتصالکوتاه گذرا از فيوز سبب عملکرد نادرست آن مي شود. امروزه استفاده از سکشنالايزرها مي تواند جايگزين مناسبي براي فيوزهاي سر فيدرهاي فرعي باشد. به طور کلي مهمترين موضوع در خصوص بکارگيري اين تجهيزات حفاظتي ، انتخاب نوع مناسب تجهيز حفاظتي براي قرارگيري آنها در شبکه توزيع مي باشد. زيرا انتخاب نامناسب نوع و محل قرارگيري اين تجهيزات روي فيدرهاي توزيع نتايج متفاوتي را از ديدگاه قابليت اطمينان فراهم مي آورد و حتي ممکن است سبب بدترشدن شاخص هاي قابليت اطمينان شود. لذا بايستي به طريقي ، تعداد و مکان بهينه اين تجهيزات را انتخاب کرد تا هم از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد و هم به رضايت مندي مشترکين منجر شود. در مقالات بررسي شده از روشهاي الگوريتم هاي جستجوي هوشمند مانند الگوريتم ژنتيک ، پرندگان، مورچگان و ... به منظور جايابي سکشنالايزر استفاده شده است . در اين روشها الگوريتم ، در فضاي جوابهاي ممکن جستجو کرده و بهترين نقاط کانديد را با توجه به قيود مسئله انتخاب مي کند. مرجع [١] از الگوريتم TPSO(الگوريتم پرندگان سه سطحي ) براي مينيمم کردن تابع هزينه و انتخاب تعداد و محل سکشنالايزرها و کليد قطع کننده ١ استفاده کرده است . در [٢] الگوريتمي جهت جايابي سکشنالايزرها بر پايه برنامه ريزي پويا پيشنهاد شده است و در آن کمينه سازي هزينه هاي سرمايه گذاري و انرژي توزيع نشده به عنوان هدف مسئله بيان شده است . در[٣]، با استفاده از روشهاي بهينه سازي هوش .مصنوعي مانند الگوريتم ژنتيک (GA) و PSO، مسئله تعيين همزمان تعداد و مکان بهينه کليدهاي خودکار کنترل از راه دور در شبکه هاي توزيع شعاعي با وجود منابع توليد پراکنده به منظور کاهش خسارات ناشي از خاموشي ها بهينه سازي شده است .
در[٤]، با درنظر گرفتن هزينه هاي سرمايه گزاري ، بهرهبرداري و تعميرات کليدهاي جداکننده ٢ و هزينه ي انرژي توزيع نشده، تابع هدف غيرخطي هزينه را با روش شبيه سازي تبريدي ٣(SA) مينيمم کرده است . در اکثر مقالات بررسي شده، هدف اصلي مقاله جايابي سکشنالايزر و ساير تجهيزات حفاظتي در شبکه هاي توزيع فشار متوسط بوده است . تمامي اين مقالات با هدف بهبود شاخص ENS قابليت اطمينان انجام شده است . در اين مقاله به منظور مقايسه مناسب عملکرد تجهيزات در مقابل خطاهاي گذراي شبکه ، از يک مدلسازي دقيق تر براي مدلکردن اين تجهيزات استفاده مي شود. به اين منظور سطح اتصال کوتاه در نقاط کانديد شبکه محاسبه مي شود و در نهايت بر اساس مقايسه ي هزينه ي انرژي توزيع نشده حاصل از ناهماهنگي ريکلوزر-فيوز يا عملکرد نامناسب فيوز با هزينه ي نصب سکشنالايزر، تجهيزات حفاظتي مناسب براي نقاط کانديد انتخاب مي شود.
٢- ساختار شبکه هاي توزيع
٢-١-ريکلوزر
به طور معمول در شبکه هاي توزيع هوايي، تجهيز حفاظتي ابتداي فيدر، ريکلوزر انتخاب مي شود. به دليل اينکه در يک سيستم توزيع هوايي، در حدود ٨٠ تا ٩٥ درصد خطاها داراي طبيعتي گذرا هستند و نهايتاً، حداکثر پس از چند سيکل يا چند ثانيه خود به خود از ميان مي روند، استفاده از ريکلوزرها در شبکه هاي توزيع هوايي بسيار مناسب است . ريکلوزرها شبکه را در مقابل خطاي گذرا حفاظت مي کنند. اما همچنان در اثر بروز خطاي دائمي نياز به تقسيم شبکه به نواحي کوچکتري مي باشد تا تنها قسمت کوچکي از شبکه به صورت دائم قطع شود و توان کمتري از دست برود. بدين منظور بايد از تجهيزات ديگري در طول شبکه استفاده کرد[٥].
مشخصه ي زمان.جريان ريکلوزرها معمولاً از سه منحني تشکيل مي شود، مشخصه ي زماني عملکرد ريکلوزرها با سه حرف A،B و C مشخص مي شود. Aشبيه به رله هاي آني عمل مي کند و داراي منحني عملکرد سريع مي باشد. مشخصه Bو C با تأخير زماني عمل مي کنند [٦] (معمولاً منحني هاي کند ريکلوزر را روي يک منحني نشان مي دهند). در شکل (١) منحني مشخصه ي ريکلوزرها نشان داده شده است .
٢-١-١ هماهنگي ريکلوزر-فيوز
در فيدرهاي حفاظت شده با اتوريکلوزر ميتوان براي تقسيم فيدرهاي فشارمتوسط توزيع به نواحي کوچکتر، در سر فيدرهاي فرعي که انشعابات پايين دست آن زياد است ، از يک فيوز استفاده کرد تا در صورت لزوم شبکه ي بالادست را از خطاي پايين دست ايزوله کند. در صورت نبود فيوزها سر فيدر فرعي، خطاي دائم پايين دست سبب ميشود بخش وسيعي از شبکه بالادست بيبرق شود. براي عملکرد صحيح سيستم حفاظتي در مقابل خطاي گذرا، ريکلوزر بايد به گونه اي تنظيم شود که قبل از فيوز عمل کند.
بنابراين زماني که در يک فيدر فرعي شبکه که در سر آن يک فيوز قرار دارد، خطاي گذرا رخ دهد، ريکلوزر ابتداي خط روي منحني تند خود عمل مي کند و مانع از عملکرد فيوز در مقابل خطاي گذرا مي شود. در شکل (٢) نحوه ي قرار گرفتن ريکلوزر و فيوز در شبکه هاي توزيع هوايي نشان داده شده است . به منظور هماهنگي تجهيزات، فيوز سر پست ٢٠.٠.٤ کيلو ولت را با فيوز ابتداي فيدر فرعي هماهنگ مي کنند. سپس فيوزهاي فيدر فرعي را با منحني کند ريکلوزر تنظيم کرده و براي فيوزهاي ساير شاخه هاي فرعي هم به همين نحو عمل مي کنند. يکي از مشکلات اصلي اين ساختار زماني رخ مي دهد که تعداد فيدرهاي فرعي شبکه زياد شود. بنابراين در چنين شرايطي اگر سر همه ي فيدرها فيوز قرار گيرد، بعلت سطح اتصال کوتاههاي متفاوت و جريان در فيدرهاي فرعي ، امکان از دست رفتن هماهنگي بين فيوزهاي سر فيدرهاي فرعي با منحني تند ريکلوزر بسيار محتمل مي باشد. لذا ممکن است در مقابل يک خطاي گذرا، فيوزهاي سر فيدر زودتر از ريکلوزر عمل کرده و قسمتي از شبکه بي دليل دچار خاموشي شود.
ناهماهنگي بين ريکلوزر- فيوز در منحني شکل (٣) نشان داده شده است . در صورتي که تعداد فيوزها بيشتر باشد، احتمال اين ناهماهنگي افزايش مييابد. مطابق شکل (٣) در صورتي که مقدار جريان خطا از يک مقدار معيني بيشتر شود، فيوز از منحني تند ريکلوزر سريع تر عمل ميکند. در اين شرايط عمليات بازيابي شبکه پس از يک خطاي گذرا به دليل مکانيابي و همچنين تعويض فيوزها، زمانبر ميباشد و مشترکين خاموشي طولاني مدتي را به ازاي يک خطاي گذرا ميبينند. يکي ديگر از مشکلات استفاده از فيوزها، احتمال عملکرد نادرست آن ميباشد. زمانيکه خطاي گذرا در شبکه رخ ميدهد، ريکلوزر عمل ميکند و در اثر بازبست پيدرپي ريکلوزر، دماي فيوز افزايش مييابد. هادي موجود در فيوز در اثر عبور جريان، گرم و در صورت بيشترشدن آن از يک مقدار از پيش تعيين شده، کاملاً ذوب ميشود. بنابراين افزايش دماي فيوز در اثر عبور پيدرپي جريان اتصالکوتاه در عمليات مربوط به بازبست ريکلوزر، سبب عملکرد سريع تر آن ميشود. همه ي اين عوامل اثرات نامطلوبي روي قابليت اطمينان شبکه دارد.
٢-٢- سکشنالايزر
سکشنالايزرها شبکه را به چند بخش تقسيم مي کنند و در صورت استفاده از اين تجهيزات در شبکه ، در اثر وقوع خطاي دائمي بر روي شبکه ، خاموشي هاي سيستم را مي توان به بخش کوچکي محدود کرد. اين تجهيزات بستگي به زمان ندارند و همچنين نمي توانند جريان اتصالکوتاه شبکه را قطع کنند، بلکه عملکرد آنها بستگي به عملکرد ريکلوزر بالادستي خود دارد .[7]
سکشنالايزرها تعداد قطع هاي ريکلوزر را شمارش مي کنند، زماني که ريکلوزر باز مي شود، يک شماره به شمارشگر سکشنالايزر اضافه مي شود. اين شمارشگر در عدد معيني تنظيم شده است که اين عدد حداقل يکي از تعداد بازبست هاي ريکلوزر بالادست خود کوچکتر است . بنابراين سکشنالايزر زماني فيدر فرعي تحت پوشش خود را قطع مي کند که شمارشگر آن به عدد تنظيم شده برسد. ولي در صورتي که خطا گذرا باشد شمارشگر سکشنالايزر صفر مي شود و به حالت اول برمي گردد.
سکشنالايزر عملکرد زماني ندارد و نيازي به هماهنگي با ساير تجهيزات حفاظتي شبکه ندارد.
با توجه به خصوصيات سکشنالايزرها که به آن اشاره شد و عدم نياز به تنظيمات زماني ، سکشنالايزرها جايگزين مناسبي براي فيوزهاي فيدرهاي فرعي مي باشند.
