بخشی از مقاله
چکیده- با رشد روز افزون شبکههای قدرت و نیاز مبرم به تأمین مستمر و بدون وقفه انرژی الکتریکی به عموم مردم جامعه، حفظ پایداری، قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری شبکههای برق رسانی به اقصی نقاط کشور از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و به تبع آن ، حفاظت و کنترل اصولی و هماهنگی بخشهای گوناگون شبکه بهم پیوسته برق ، مسئله ای بدیهی و غیر قابل اجتناب میباشد.
بطور طبیعی خطوط انتقال انرژی الکتریکی در معرض حوادث و مخاطرات گوناگونی قرار داشته و در هنگام بروز این مخاطرات، بایستی هر چه سریعتر با تشخیص و عملکرد سیستمهای حفاظتی، قطع شده و از شبکه جدا گردند. در این مقاله سعی شده است بطور مختصر و گذرا حفاظت دیفرانسیل خطوط انتقال بخصوص حفاظت دیفرانسیلی پایلوت خطوط بررسی گردد.
با توجه به اینکه شبکه بهم پیوسته سراسری فیبر نوری بهمراه تجهیزات ترمینالی نوری آن در قالب طرح جامع فیبر نوری کشور از مراکز نیروگاهی تا شبکههای توزیع برق، بر روی خطوط و در ایستگاههای انتقال و فوق توزیع در حال احداث میباشد، لذا در مقاله حاضر به نحوه احداث و کاربردهای مختلف و مزایای این شبکه مخابراتی نیز اشاره گردیده و سپس استفاده عملی و کاربردی از مخابرات فیبر نوری در حفاظت دیفرانسیلی پایلوت خطوط انتقال در قالب یک پروژه اجرائی و ملی که برای اولین بار در سطح وزارت نیرو دراصفهان طراحی و به مورد اجرا و بهره برداری قرار گرفته ، بعنوان الگوئی برای سایر نقاط صنعت برق کشور معرفی گردد.
-1 مقدمه
شیوهها و روشهای حفاظتی انتقال و فوق توزیع با توجه به سطح ولتاژ و موقعیت خاص آنها بسیار متنوع و گوناگون میباشد. از ساده ترین این روشها میتوان به حفاظت اضافه جریان و اتصال زمین بر روی فیدرهای فشار ضعیف و متوسط اشاره کرد که به تدریج با افزایش سطوح ولتاژی و اهمیت خط انتقال مورد نظر، حفاظتهایی همچون رلههای دیفرانسیل برای خطوط کوتاه و انواع رلههای دیستانس با امکانات مختلف الکترونیکی و دیجیتالی برای خطوط بلند مد نظر قرار می گیرند.
یکی از شیوههای حفاظتی خطوط انتقال کوتاه بعلت کوچکی امپدانس آنها، استفاده از حفاظت دیفرانسیلی پایلوت بوده که توسط Merz و Price ابداع و بطور متداول در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه با گسترش شبکههای فیبر نوری میتوان از تارهای نوری [ 1 -2] بعنوان لینکهای انتقال فرامین حفاظتی در رلههای دیستانس و یا دیفرانسیل بمنظور همزمانی تحریک این گونه رلهها در دو انتهای خطوط انتقال و فوق توزیع استفاده نموده و تله پروتکشن خط انتقال و یا فوق توزیع را بر روی فیبر نوری قرار داد.
با وجود اینکه استفاده از این روش در دهه اخیر در کشورهای صنعتی و توسعه یافته امری متداول و طبیعی بوده و از قابلیت اطمینان بالائی نیز برخوردار میباشد، ولی بدلیل تازگی احداث شبکه سراسری فیبر نوری برروی خطوط انتقال و فوق توزیع کشور ،هنوز این موضوع تحقق نیافته بود که خوشبختانه با تحقیق و بررسی این امر ، بستر سازی و شرایط لازم فراهم شده و اخیراً برای اولین بار در سطح وزارت نیرو بطور کاربردی مورد بهره برداری قرار گرفت .
-2 عملکرد سیستمهای مخابراتی
برای اینکه یک پیام توسط امواج رادیویی "RF" ارسال گردد، ضروری است که برخی از مشخصات این امواج در تطابق با پیام ارسالی تغییر یافته [3] که این عمل با بکارگیری مدولاسیون تحقق مییابد. مدولاسیون به مجموعه اعمالی گفته میشود که باعث تغییر یک یا چند مشخصه امواج رادیوئی بصورت تابعی از مقدار لحظه ای موج دیگر از قبیل موج صدا "Voice"، موج تصویر "Video" و یا فرامین اطلاعاتی "Data" شود.
اصولاً مشخصات قابل تغییر یک موج ارسالی شامل دامنه " Amplitude " ، فرکانس" " Frequency و فاز " Phase "بوده که به تبع آن سه نوع مدولاسیون به ترتیب، مدولاسیون دامنه "AM"، مدولاسیون فرکانس "FM" و مدولاسیون فاز "PM" وجود دارد. امواج رادیویی که دارای فرکانس و دامنه ثابت میباشد به امواج حامل "Carrier" موسوم بوده و پیام ارسالی، موج مدوله کننده نامیده شده که تحت تأثیر پروسه مدولاسیون بر روی موج حامل سوار و پس از رسیدن به مقصد با عمل عکس مدولاسیون از موج حامل گرفته شده که اصطلاحاً به آن دمدولاسیون و یا آشکار سازی "Detection" میگویند.
در مدولاسیون دامنه "AM"، دامنه لحظه ای موج کاریر متناسب با موج مدوله کننده یعنی پیام ارسالی تغییر می یابد، در صورتی که در مدولاسیون فرکانس "FM" ، فرکانس لحظهای موج کاریر در تطابق با سیگنالی که بایستی بر روی موج رادیویی مدوله شود، تغییر یافته در حالی که دامنه موج کاریر ثابت میباشد. در مدولاسیون فاز "PM" مقدار زاویه فاز موج ارسالی پیام تغییر یافته بطوری که اندازه آن متناسب با دامنه لحظه ای موج مدوله کننده میباشد.
بایستی به این نکته توجه شود که وقتی فاز یک جریان در یک مدار تغییر میکند یک تغییر فرکانس لحظه ای در مدت زمانی که آن تغییر فاز انجام میشود، بوجود میآید. مقدار این تغییر فرکانس یا انحراف از فرکانس، بستگی بدین داشته که با چه سرعتی این تغییر فاز کامل شده و به مقدار کلی آن نیز وابسته است. سرعت تغییر فاز مستقیماً با فرکانس موج مدوله کننده متناسب بوده و در نتیجه میزان تغییر فرکانس در مدولاسیون فاز متناسب با دامنه موج مدوله کننده یعنی پیام ارسالی و نیز فرکانس آن میباشد.
برای حصول موج ارسالی در مقصد مورد نظر میتوان از یکسو سازی "Rectification" سیگنالها و فرکانسهای رادیویی استفاده نموده و با حذف نیم سیکلهای منفی، مقدار متوسط امواج دریافتی که در تطابق کامل با موج اصلی ارسالی میباشد را بدست آورد. با توجه به نیاز و کارآئی تکنولوژیهای مختلف مخابراتی، میتوان از تکنولوژیهای متداول IP ، MPLS ، DSL ، DLC ، ATM ، WDM و SDH استفاده نمود که در این پروژه سیستم SDH استفاده شده است.
-3 تکنولوژی SDH
در این تکنولوژی سیگنالهای مخابراتی پس از مراحل مختلف مالتی پلکسینگ - TDM - نهایتاً به یک سیگنال نوری تبدیل شده و بر روی بستر فیبر منتشر میشوند و با پهنای باند حتی 10Gb/s بخوبی کار کرده و نسلهای جدید پیشرفته آن یعنی NGSDH بسیاری از امکانات و توانمندیهای تکنولوژیهای مخابراتی جدید را که بر اساس ATM , MPLS،IP هستند را میتوانند بر روی بستر SDH منتقل نموده و دارای قابلیت ارسال اطلاعات با توپولوژی حلقه بوده و در کنار آن میتوان از Teleprotection نیز استفاده نمایند.
-4 طرح جامع شبکه فیبر نوری
با توجه به سیاست گذاریهای وزارت نیرو، احداث شبکه فیبر نوری بر روی خطوط انتقال و فوق توزیع سراسر کشور در راستای ایجاد بستر مناسب برای تبادل اطلاعات و گسترش کاربرد فناوری اطلاعات و ارتباطات" " ICT از مراکز تولید انرژی الکتریکی تا نقاط مصرف بمنظور کنترل، مانیتورینگ و ارسال فرامین حفاظتی شبکهای الکتریکی و نهایتاً مساعدت و همکاری در تشکیل دولت الکترونیک میباشد.
شرکت برق منطقه ای اصفهان یکی از شرکتهای تابعه وزارت نیرو بوده و دارای شبکههای بهم پیوسته انرژی الکتریکی بوده و بعنوان پل ارتباطی شمال به جنوب و شرق به غرب کشور قلمداد شده و جزئی از شبکه بهم پیوسته Back-Bone مخابرات نوری صنعت برق میباشد. شرکت برق منطقه ای اصفهان بمنظور مدیریت و بهرهبرداری از شبکه برق با استفاده از فن آوریهای جدید در زمینههای حفاظت، کنترل و مانیتورینگ سیستمها و بخشهای مختلف شبکه قدرت و نیز ایجاد شبکه مخابراتی برای ارتباطات رایانه ای، اتصال مراکز تلفنی و نیز برقراری ارتباطات تصویری ،اقدام به ساختار شبکه مخابراتی متکی بر تکنولوژیهای مخابرات نوری نموده است.
مشخصات فنی سیستمهای مخابراتی NGSDH با ظرفیتهای STM-1 وSTM-16 ، مالتی پلکسهای Access و سیستم مدیریت شبکه NMS و سایر تجهیزات جانبی ترمینالهای فیبر نوری بر اساس مشخصات فنی ابلاغی شرکت مدیریت شبکه ایران، تهیه گردیده است این شبکه بگونه ای طراحی شده که از یک طرف بصورت زیر مجموعه شبکه مخابراتی صنعت برق عمل نماید و از طرف دیگر بصورت یک شبکه مخابراتی منطقه ای، نیازمندیهای مخابراتی سیستم مدیریت و کنترل شبکه قدرت شرکت برق منطقه ای اصفهان را تأمین نماید.
سیستم همزمان "Synchronization System" در شبکه تحت پوشش اصفهان بسیار اساسی و حائز اهمیت بوده و با توجه به نوع ساختار شبکه مخابراتی طراحی گردیده است. یکی از کاربردهای شبکه جدید مخابراتی، حفاظت خطوط فشار قوی در سطوح ولتاژی 400 و 230 کیلو ولت از طریق کانالهای مخابراتی متکی بر شبکه جدید فیبر نوری است.
در مطالعات انتخاب تکنولوژیهای مخابراتی و نیز طراحی شبکه مخابراتی برق منطقه ای اصفهان ، همگرائی و انطباق این شبکه مخابراتی با شبکه انتقال صنعت برق کشور بصورت Back-Bone مدنظر بوده و این شبکه بگونه ای طراحی گردیده که بصورت جزئی از شبکه مخابراتی و بهم پیوسته صنعت برق کشور عمل نماید. همچنین ضمن داشتن استقلال منطقه ای در حوزه تحت مدیریت شبکه برق منطقه ای اصفهان در مسیرها و نقاط مشترک با شبکه انتقال تبادل ترافیک نموده و از نظر مدیریت و سنکرونیزاسیون ، هر دو شبکه بصورت سازگار با یکدیگر عمل نمایند.
-5 شیلد وایر فیبر نوری "OPGW"
غالباً خطوط انتقال و فوق توزیع دارای یک سیم زمین "Grounding Wire" میباشند که بر روی بالاترین نقاط دکلهای فشار قوی از یک قله به قله دیگر رفته و در طول مسیر خط احداث و هادیهای فشار قوی را از اضافه ولتاژهای ناشی از رعد و برق آسمان محافظت مینماید. با توجه به اینکه خطوط انتقال و فوق توزیع بصورت یک شبکه بهم پیوسته در سراسر کشور گسترده شده اند، بهترین مکان برای احداث شبکه فیبر نوری بر روی سیم زمین نصب شده بر بالای دکلهای فشار قوی میباشد که منجر به ساخت سیم جدید زمین دکلها ، موسوم به شیلد وایر فیبر نوری "OPGW" بوده و در حال احداث بر روی تمامی خطوط انتقال و فوق توزیع طرح جامع شبکه فیبر نوری کشور میباشد.
نحوه نصب فیبر نوری به روشهای دیگر نیز مانند , ADSS Clipping , Clamping ,Wrapped ,OPAC , OPPC , ADL انجام می گردد که هر کدام بستگی به نوع خط انتقال و مزایای ویژه آن قابل اجرا بوده، ولی یکی از بهترین روشهای نصب ، روش OPGW بوده که از مزایای بیشتر و معایب کمتری برخوردار است. از انواع مهم فیبرهای نوری میتوان به فیبر نوری Multi Modeو Single Modeاشاره کرد که هر کدام در انواع مختلف در طول موجهای 1310 و 1550 نانومتر برای انتقال اطلاعات مخابراتی بکار میروند.
-6 حفاظت دیفرانسیل خطوط انتقال
این نوع حفاظت با تکیه بر مقایسه جریانهای ورودی و خروجی خط مورد حفاظت ، طراحی شده و برای اولین توسط Price و Merz پایه گذاری گردیده است. حفاظت دیفرانسیل اصولاً بدو صورت جریان گردشی و تعادل ولتاژ [4] وجود دارد. در نوع اول مانند شکل 1 از دو عدد ترانسفور ماتور جریان که دارای نسبت تبدیلهای یکسان میباشند در ابتدا و انتهای خط مورد نظر استفاده میشود و ثانویه این ترانسهای جریان توسط کانالهای ارتباطی که ساده ترین نوع آن هادیهای فلزی بنام سیمهای pilot میباشند به رله دیفرانسیل متصل میشوند.
