پایان نامه مکان یابی بهینه ریکلوزر در شبکه توزیع متوسط

فصل اول

مقدمه

امروزه اکثر سیستمهای صنعتی اداری و تجاری وابستگی کامل به انرﮊی الکتریکی دارد بعد از اختراع ﮊنراتور DC و در ادامه ﮊنراتورهای AC که باعث گسترش روز افزون استفاده از انرﮊی الکتریکی در قرن حاضر شده است. اکنون نیاز به مطالعات گوناگون برای بهینه سازی و مطمئن سازی روی شبکه انرﮊی احساس میشود.کیفیت توان، کاهش هارمونیکها و استفاده از انواع کلیدها، از جمله اقدامات صورت گرفته برای بهتر کردن انرﮊی الکتریکی بوده است.

قابلیت اطمینان یکی از مهمترین پارامترهایی است که در این چند دهه اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است و فعالیتهای گسترده ای در زمینه شناسایی شاخص ها و بهبود قابلیت اطمینان صورت گرفته است. خاموشی ها و به عبارتی قطع برق مهمترین مسئله در مطالعات قابلیت اطمینان است. شاید تصور 5 دقیقه قطع برق برای یک مصرف کننده خانگی چندان مهم نباشد ولی همین چند دقیقه خسارات جبران ناپذیر را به صنایعی مانند ذوب آهن و ساخت ترانزیستور تحمیل می کند. پس تامین بدون وقفه انرﮊی الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار است.

سیستم توزیع ارتباط بین سیستم انتقال و مصرف کننده نهایی را برقرار می سازد و نزدیک ترین سیستم بخش قدرت به سیستم مصرف کننده است.اگر یک نیروگاه یا یک خط انتقال از مدار خارج شود،معمولا می توان از ژنراتور ها،شبکه و خطوط انتقال دیگر استفاده کرد تا مصرف کننده بی برق نشود.اما در سیستم توزیع چنانچه خطی قطع شود مستقیما مصرف کننده بی برق می شود.بخش عمده هزینه سرمایه گذاری اولیه برای تهیه انرژی الکتریکی،از نیروگاه تا محل مصرف،به شبکه توزیع مربوط است.همه ی مواردی که ذکر شد اهمیت سیستم توزیع را نشان می دهد.استفاده وسیع و رو به رشد از انرژی الکتریکی،بالا بردن سطح کیفیت را در تامین این انرژی ضروری می نماید.

به دلیل پایین بودن ولتاژ و در نتیجه بالاتر بودن جریان در سیستم توزیع نسبت به سیستم انتقال و همچنین گستردگی و پیچیدگی آن،یکی از مشکلات عمده این سیستم تلفات الکتریکی بالای آن است.مطالعات نشان می دهد که حدود 13 درصد مجموع کل توان تولیدی به صورت تلفات اهمی در خطوط توزیع به هدر می رود(1).   

در بازار کنونی انرﮊی الکتریکی ارائه برق مانند یک کالای معمولی با تبلیغات و رقابت بسیاری همراه شده است. بنابراین تمام شرکتهای ارائه دهنده خوستار آن هستند که مشتریان بیشتری جذب کنند همچنین مشتریان کنونی خود را نیز راضی نگه دارند. فرض کنید که در حال تماشای یک مسابقه فوتبال جذاب هستید حال اگر برق شما همان5 دقیقه نیز قطع شود،از شرکت ارائه دهنده ناراضی خواهید شد و ممکن است شرکت خود را عوض کنید این نمونه ساده نشان داد که در بازار کنونی کاهش خاموشی ها و ارائه قابلیت اطمینان بالا برای یک مشترک معمول خانگی اهمیت پیدا می کند.

خاموشی دلایلی زیادی دارد از این جمله طوفان و یا افتادن درختان است. درباره دلایل خاموشی و راههای مقابله با آنها در فصل مربوط به قابلیت اطمینان به تفصیل بحث خواهد شد.

خطا هایی که در شبکه توزیع رخ می دهد دارای دو ماهیت گذرا و ماندگار می باشند.خطاهای گذرا،خطا هایی هستند که پس از وقوع،بدون نیاز به اعمال مانور و تعمیرات در سطح فیدر برطرف می شوند و سیستم به وضعیت نرمال بر می گردد.اما خطا های ماندگار خطا هایی هستند که پس از وقوع برای بازیابی سیستم به اجرای عملیات مانور و تعمیرات نیاز دارند.آمار و بررسی ها در شبکه های توزیع نشان دهنده این است که 80-90 درصد خطا های رخ داده در شبکه های توزیع هوایی،دارای ماهیت گذرا می باشند(2)که این امر به دلایل مختلف از جمله:وزش باد، برخورد شاخ و برگ درختان و پرندگان و حیوانات با خطوط توزیع،رعد و برق و بروز اشکال در تجهیزات و ... می باشد. که درصد این خطا ها و دلایل ایجاد آن بستگی به موقعیت جغرافیایی و شرایط اقلیمی منطقه مورد نظر دارد و می تواند با توجه به این شرایط فرق کند.    یکی از عوامل کاهش مشترکین تاثیر پذیر از خطا و در نتیجه کاهش مشترکینی که دچار خاموشی می شوند استفاده از ادوات کلید زنی می باشد. پرکاربرد ترین ادوات کلید زنی در شبکه های فشار متوسط ریکلوزر و سکشن لایزر است. ریکلوزر وسیله ای است که با قطع و وصل جریان برق باعث رفع خطای گذرا می شود. وجود ادوات کلیدزنی و حفاظتی از قبیل فیوز،سکشن لایزر و ریکلوزر روی فیدر باعث می شود که مشترکین با توجه بهموقعیت شان روی فیدر،تاثیرات متفاوتی را از وقوع خطا های گذرا روی قسمت های پایین دست و ابلا دست این ادوات تجربه کنند.اما ذکر این نکته ضروری است که وجود ریکلوزر علاوه بر خطا های گذرا،روی تاثیرپذیری مشترکین از خطا های ماندگار نیز اثر می گذارد.کارهای مختلفی در زمینه بهبود قابلیت اطمینان ارائه شده است(2). 

عمل reclosing کردن به این صورت است که با تنظیم ریکلوزر این تجهیز با تشخیص خطا٬ خط مربوطه را در بازه ای کوتاه بی برق میکند٬ این عمل دو یا سه بار تکرار می شود اگر خطا برطرف شود جریان انرژی تداوم مییابد و اگر خطا دائمی باشد کلید به طور خودکار قطع میشود. در صورتی که خطا دائمی باشد و خط احتیاج به تعمیر داشته باشد ریکلوزر ناحیه خطا دار را از بقیه شبکه جدا می سازد و بقیه نقاط به کار خود ادامه می دهند.

در این تحقیق بر آن هستیم تا روشی برای پیدا کردن نقاط مناسب برای نصب ریکلوزر معرفی کنیم. در ابتدا به تشریح مختصری از خود تجهیز پرداخته خواهد شد. در ادامه معرفی ریکلوزر برخی از موارد موجود در کاتالوگ ریکلوزر را آورده و مطالب موجود در آن بیان می شود. در فصل بعد مسائل مربوط به قابلیت اطمینان را برسی شده و درباره تاثیرات ریکلوزر روی خاموشی ها توضیح ارائه می شود.

پیدا کردن تعداد و مکان مناسب برای ریکلوزر دارای مزایا فنی و اقتصادی زیادی است. برای پیدا کردن نقاط مناسب ابتدا شاخصها قابلیت اطمینان را معرفی خواهد شد. در مرحله بعدی این شاخص ها بر اساس تعداد مشترکین و مقدار بار هر نقطه مصرف نرمالیزه خواهد شد. بعد از معرفی شاخصها قابلیت اطمینان تابع هدف را که در بر گیرنده خطای گذرا وماندگار است را تعریف می کنیم. تابع هدف شامل مقادیر شاخصها قابلیت اطمینان ٬ ضرایب وزنی و مقادیر مورد نظر طراح برای شاخصها قابلیت اطمینان می باشد(3).

پیدا کردن مقدار کمینه تابع هدف مورد نظر است که این مقدار بدست آمده متناظر با بهترین مقادیر برای شاخص ها قابلیت اطمینان است.

برای پیدا کردن مقدار کمینه تابع هدف باید تمام مکانهای ممکن برای نصب ریکلوزر امتحان شود و پس از آن از بین مقادیر به دست آمده مقدار کمینه را یافته و مکان های مربوط به آن را به عنوان مکان بهینه در نظر گرفته خواهد شد. برای این منظور از روش مستقیم استفاده می کنیم که در فصل مربوطه به تفضیل بیان می شود.

برای محاسبه مکان بهینه برنامه ای رایانه ای نوشته شده است ٬ (بوسیله نرم افزار MATLAB) که با عمل تکرار تمام حالتهای ممکن را برسی کرده و مقادیر تابع هدف را برای هر حالت ذخیره می کند. پس از پایان مراحل تکرار و خاتمه برنامه مقدار کمینه تابع هدف را یافته و مکان های مناسب را به عنوان خروجی نشان می دهد.

در مرحله مطالعات عددی شبکه ای فرضی طراحی شده است که اطلاعات آن شباهت مناسبی به یک شبکه واقعی دارد. مکان مناسب برای یک ٬ دو وسه ریکلوزر توسط برنامه ارائه شده و روی شمای شبکه نشان داده می شود٬ همچنین مقادیر شاخصها قابلیت اطمینان مربوط به مکانها به عنوان خروجی داده می شود.

در پایان به برسی تاثیر تغییر برخی پارامترها بر جایابی ریکلوزر پرداخته می شود ٬ این پارامترها عبارتند از مقدار بار٬ تعداد مشترکین ٬ طول خط و رشد بار. نتایج این آزمایش ها به صورت عددی و شکل های مربوط آورده شده است (4).

فصل دوم

معرفی ریکلوزر

 1-2-مقدمه

از ابتدای شروع کار در صنعت برق، تداوم برق رسانی و سرویس دهی به مصرف کنندگان از اهمیت بالایی برخوردار بوده و تمامی دست اندرکاران این صنعت در تمام جهان پیوسته در جهت نیل به تأمین برق مطمئن و پایدارتر نمودن شبکه برق رسانی کوشیده و سرمایه گذاری نموده اند. یکی از راه های افزایش قابلیت اطمینان استفاده از ادوات کلید زنی است. پرکاربردترین وسیله کلیدزنی در شبکه فشار متوسط ریکلوزر و سکشن لایزر است در این فصل قصد داریم به معرفی ریکلوزر و برسی مطالبی مهم درباره آن بپردازیم. ابتدا  به تاریخچه ریکلوزر پرداخته می شود و سپس به معرفی خود تجهیز و برخی اجزا آن می پردازیم.

2-2-تاریخچه ی ریکلوزر

پیدایش ریکلوزر تقریبا به سال 1939 میلادی باز می گردد. پیش از آن برای قطع و وصل اتوماتیک (خودکار) خطاهای گذرای رخ داده در طول فیدر از فیوز مکرر که شامل دو یا سه فیوز بود٬ استفاده می شد. این فیوزها به گونه ای در مدار قرار می گرفتند که امکان قطع وصل مجدد را زمانی که یکی از فیوزها در برابر اضافه جریان عکس العمل نشان می داد٬ فراهم می کردند. در کنار تمامی مزایا٬ سوختن و از کار افتادن این فیوزها مشکل عمده بود و بر اساس همین روش کاری کلید یا به عبارت بهتر رله ی ریکلوزر در سال 1944 میلادی ساخته و به شکل امروزی آن معرفی گشت. این وسیله که مشخصه جریان-زمان دوگانه ای داشت (سریع و تاخیر دار) و به منظور حفاظت در برابر خطا های موقتی طراحی شده و قابل تنظیم با دیگر وسایل حفاظتی بود.با پیشرفت تکنولوژی میکروپروسسوری و افزایش سرعت پردازش اطلاعات سبب گردید که ریکلوزر های با وضعیت فعلی در ابعاد کوچکتر طراحی شوند. روند تکامل ریکلوزرها تا به امروز ادامه دارد و صنعت برق پی به مزایا و منفعت های آن برده است. ریکلوزر نسبت به فیوزها از لحاظ عملکرد٬ قابلیت وتوانایی بالاتری دارد ٬ آنها به اندازه ای سریع بودند که می توانستند از بروز آن دسته از خطاهای گذرا که در صورت تاخیر در عمل قطع به خطای دائم تبدیل می شدند٬ جلوگیری کنند. یکی دیگر از مزایای ریکلوزر در آن زمان ٬که اکنون بعنوان یک شاخص و پارامتر عمده در انتخاب تجهیزات حفاظتی بکار می رود٬ قدرت هماهنگی با سایر تجهیزات و وسایل حفاظتی بود که اپراتور از طریق تنظیم مشخصه ی جریان – زمان می توانست حفاظت مناسب را دربرابر خطاهای گذرا طراحی کند و ریکلوزر را با سایر ادوات حفاظتی بکار رفته در شبکه هماهنگ نماید. از سال 1944 میلادی تا کنون استفاده از ریکلوزر در مکان مناسب تا حد زیادی خاموشی های رخ داده در طول خط را کاهش داده و سبب افزایش قابلیت اطمینان شبکه و در نتیجه ی آن رضایت مندی مصرف کننده شده است.

-2-معرفی ریکلوزر

یک ریکلوزر در شکل ابتدائی آن،خطا را شناسایی کرده سپس باز شده و پس از زمانی از پیش تعیین شده مجددا بسته می شود.این باز بست اتوماتیک به عنوان Auto-Reclose شناخته می شود و چندین عملیات Auto-Reclose به کار گرفته می شود تا خطای گذرا را رفع کنند.در صورت بروز خطا،اگر خطا از نوع گذرا باشد،پس از یک یا چندبار Auto-Reclose مورد نیاز خطا رفع شده و سیستم به حالت نرمال خود باز می گردد.اما چنانچه خطا دائمی باشدریکلوزر باز شده و تا زمانی که به طور دستی توسط اپراتور Reset نشودباز باقی خواهد ماند. ریکلوزر ابزاری است که می تواند شرایط اضافه جریان در اتصال کوتاه فاز و فاز به زمین را آشکار و در صورت وجود جریان اضافه در مدار،  پس از یک زمان از پیش مشخص شده آن را قطع و سپس به طور خودکار وصل مجدد انجام دهد تا خط بار دیگر در مدار قرار گیرد. اگر خطایی که در آغاز،  باعث عمل بازبست شده است،  همچنان وجود داشته باشد،  آنگاه پس از تعداد معینی وصل مجدد(معمولا بین دو تا سه بار) رله مدار را همچنان در حالت قطع نگاه می دارد و بخش آسیب دیده را ازشبکه مجزا خواهد کرد. در یک سیستم توزیع هوایی،  در حدود 80 تا 90 درصد از خطاها دارای طبیعتی گذرا هستند و نهایتاً،  حداکثر پس از چند سیکل یا چند ثانیه خود بخود از میان می روند. بنابراین ریکلوزرها، با مشخصه قطع و وصلی که بیان شد،  از خروج خط از سرویس در اثر وقوع خطاهای گذرا پیشگیری می کند. ریکلوزرها نوعاً حداکثر دارای سه بار عملکرد باز کردن و بستن متوالی هستند و پس از آن،  عملکرد باز کردن نهایی صورت می پذیرد. علاوه بر این،  یک بار بستن دستی نیز معمولاً مجاز است(5).