عنوان :بررسی فنی واقتصادی ریکلوزرهای نصب شده در شبکه توزیع غرب استان تهران

نام نویسندگان : مهندس مهدی شهروزی ، مهندس علیرضا ظهیرکاشانی،  مهندس وحید مهین

شرکت مهندسی مشاور نیروی آذربایجان

کلمات کلیدی : ریکلوزر ، اتصالات کوتاه ، PANACEA

 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 .همانطور که می دانیم اساساً دو نوع کلی اتصال کوتاه در خطوط وجود دارد :

الف) اتصال کوتاه گذرا

ب ) اتصال کوتاه دائمی

یکی از عوامل عمده ایجاد اتصال کوتاه گذرا، رعد و برق و کلید زنی می باشد . مطالعات آماری نشان می دهد که 95 درصد از اتصال کوتاههای خطوط برق از نوع گذرا می باشند و این امر باعث شده تا در جهت رفع آن در صنعت برق از تجهیزاتی استفاده گردد که نمونه آن ریکلوزر (رله وصل مجدد ) می باشد . یکی از روشهای موثر در افزایش قابلیت اطمینان در انتقال انرژی الکتریکی و برقراری تداوم آن و ایجاد پایداری در شبکه ، استفاده از دستگاههای رله وصل مجدد می باشد . خطوط برق بطور مداوم در معرض تخلیه الکتریکی جوی، آلودگی محیط، نزدیک شدن هادیها به هم و سایر عوارض و پدیده های طبیعی قرار دارد . عوارض فوق الذکر ایزولاسیون خطوط را مختل ساخته و موجب قطع کلیدها و عدم تداوم در برقراری انرژی الکتریکی می گردند . خوشبختانه تأثیر موارد بالا در ایزولاسیون خطوط اکثراً به صورت لحظه ای وگذرا بوده که با قطع خط ،شرایط مناسب برای خفه شدن قوس الکتریکی و تأمین عایقی کامل، مجدداً امکان پذیر می گردد . به همین دلیل خطوط برق بایستی مجهز به رله وصل مجدد( ریکلوزر ) گردد تا با بروز عیب ، کلید قدرت بطور خودکار و توسط رله های حفاظتی قطع گشته و این دستگاه (ریکلوزر) به صورت خودکار، با پشت سرگذاشتن تأخیر زمانی مناسب کلید قدرت را مجدداً وصل نماید .

1- مبانی نظری:

بطور کلی در پیش بینی دستگاههای وصل مجدد خودکار لازم است که دو مورد ذیل بطور مناسب انتخاب گردد .

الف) تأخیر زمانی مناسب : بطوریکه درصد موفقیت آمیز بودن قطع و وصل، حداکثر گردد .

ب ) محدود کردن عوارض جانبی : ناشی از کار دستگاهای قطع و وصل مجدد.

    الف) انتخاب تأخیر زمانی مناسب: تأخیر زمانی انتخاب شده در فاصله دو مقدار حداقل قابل تنظیم می باشد . مقدار حداکثر با توجه به خصوصیات شبکه از نظر پایداری و مقدار حداقل با توجه به زمان کافی جهت دیونیزاسیون قوس الکتریکی مشخص می گردد . به همین علت تأخیر زمانی حائز اهمیت فراوان می باشد . حداقل تأخیر زمانی، مستلزم برآورد فاصله زمانی لازم برای خفه شدن قوس الکتریکی می باشد .

فواصل زمانی فوق با توجه به مشخصات شبکه، مشخصات خط، شرایط جوی، مدت برقراری و مقدار جریان اتصال کوتاه، کاملاً متغیر بوده و برآورد مقدار واقعی آن دشوار و تقریباً نا ممکن می باشد. پس از قطع کلیدها در دو طرف خط، مقدار جریان اتصال کوتاه فاز به زمین تا حد دهها آمپر کاهش یافته، قوس تحت تأثیر جریان فوق الذکر ادامه می یابد . این جریان به جریان درجه دوم قوس موسوم می باشد. جریان درجه دوم قوس تحت تأثیر دو فاز سالم واقع گردیده و ولتاژ خازنی القاء شده در فاز معیوب مانع از خفه شدن قوس الکتریکی گردیده و برقراری آنرا تداوم می بخشد .

ب ) اضافه ولتاژهای حاصل از قطع و وصل : اضافه ولتاژهای ناشی از کار دستگاههای وصل مجدد خودکار درصد قابل ملاحظه ای را دارا بوده و بالاترین دامنه را در ردیف ولتاژهای قطع و وصل حاصل از شرایط گوناگون کار کلیدها دارا می باشد . پدیدار شدن اضافه ولتاژهای گذرا و تقویت آنها در پی انتشار و انعکاس در طول خطوط انرژی، شرایط خطرناکی در جهت مختل شدن عایقی خطوط انتقال انرژی را فراهم می سازد .

قطع و وصل سریع خط تحت بار، در فاصله زمانی کمتر از یک ثانیه توسط دستگاههای وصل مجدد خودکار، با مسائل و پدیده های متعدد و گوناگون همراه می باشد که در هنگام برقدار کردن عادی خط مشاهده نمی شوند. این پدیده شرایط مناسب برای ظهور موجهای اضافه ولتاژ گذرا را موجب می شود که عبارتند از :

ب-1) پدیده های مربوط به بارهای الکتریکی باقمیانده در خط .

ب-2) پدیده  موجهای انعکاسی در هنگام وصل مجدد خودکار خط .

ب-1) پدیده های مربوط به بارهای الکتریکی باقمیانده در خط :

  با قطع کلیدهای خط تحت تأثیر در دو انتها، هادیهای خط با توجه به شرایط خازنی نسبت به یکدیگر و نسبت به زمین بارهای الکتریکی متناسب با حداکثر ولتاژ نامی خود را در خود ذخیره می سازند . این بارها اصطلاحاً به "بارهای الکتریکی باقمیانده در خط " موسوم می باشند . بارهای الکتریکی باقیمانده در خط به صورت ولتاژ مستقیم ظاهر می شوند که ولتاژ ناشی از بارهای الکتریکی باقیمانده نامیده می شود.

 بارهای الکتریکی باقمیانده در خط طبق منحنی دشارژ خازن تخلیه می شوند و این عمل در فاصله زمانی 5 الی 10 ثانیه صورت می پذیرد . هنگامیکه خط به صورت دستی وصل مجدد می گردد . فاصله زمانی جهت تخلیه بارها وجود دارد و ولتاژهای ناشی از بارهای باقیمانده به حداقل کاهش یافته است . در حالیکه وصل مجدد خودکار در فاصله زمانی( شکل ذیل) هاشور خورده انجام می پذیرد . برای کاهش دامنه اضافه ولتاژهای موقت ، پیش بینی هایی نظیر نصب شنت راکتور و افزایش نقاط نول به شبکه به عمل می آید که بصورت ذیل می باشند .

      ب-1-1) کاهش اضافه ولتاژهای موقت ظاهر شده در فازهای سالم خط :

       اضافه ولتاژهای موقت فازهای سالم ، بارهای الکتریکی باقیمانده در این فازها را افزایش می دهند. این عمل از طریق متعادل کردن بارراکتیو خط، نسبت شنت راکتورها،جابجایی فازها در طول خط (transopsition  )امکان پذیر می گردد .

      ب-1-2) انجام پیش بینی های مخصوص جهت تخلیه بارهای الکتریکی باقیمانده در خط :

       نظیر نصب مقاومتهای موازی با محفظه قطع کلید یا استفاده از نقطه نول در راکتورها، ترانسفورماتورهای ولتاژ  و غیره

ب-2) پدیده موجهای انعکاسی در خط :

     موجهای اضافه ولتاژ گذرا بر طبق قوانین موجهای سیار از محل نصب کلید به سمت دو طرف آن در طول خط منتشر میگردند. موج با رسیدن به نقاطی که عایق ضعیفتری دارند و یا به برقگیرهای فشار قوی، از طریق قوس الکتریکی حاصل بین فاز و زمین تخلیه می گردد . انتشار و انعکاس موج در طول خط با توجه به امپدانس موجی آن  Z0= √(L ∕C) و سرعت انتشار موج، صورت می پذیرد .

L و C به ترتیب خاصیت القایی و خازنی خط را  مشخص می کنند . سرعت انتشار موج در طول خط بسیار نزدیک به سرعت نور و در حدود  280000 کیلومتر بر ثانیه می باشد .

با رسیدن موج به شینه های ایستگاه انتهای خط، قسمتی از موج منعکس گشته و قسمت دیگر به حرکت خود ادامه میدهد . دامنه موج انعکاسی و موج عبور کرده در خط، با توجه به مقاومتهای موجی خطوط تعیین می گردد .

بعنوان مثال چنانچه به ترانسفورماتور با مقاومت موجیZt ختم گردد . دامنه موج انعکاسی Urموج وارد شده به ترانسفورماتور  Ut برحسب دامنه موج اصلی Uc  از روابط زیر بدست می آید .

Ur = ( (Zt- Zw) / (Zt + Zw) ) _* Uc

امپدانس خط = Zw

اگر انتهای خط باز باشدU_r= U_c  و موج منعکس شده با موج اولیه جمع شده موج با دامنه دو  برابر را به وجود  می آورد.

چون فاصله باز شدن کلیدها در دو طرف خط حدوداً 20 میلی ثانیه  می باشد . بدین ترتیب موجهای گذرای حاصل از کلیدزنی حدوداً یک سیکل ادامه می یابد . با توجه به مسائل فوق الذکر در مورد دستگاههای وصل مجدد خودکار اصطلاحات و ترتیب کاری این دستگاهها جهت بررسی کار آنها به صورت ذیل است :

1- Dead  time : زمان مورد نیاز برای دیونیزه شدن قوس الکتریکی و تنظیم آن عبارت است از فاصله زمانی بین استارت شدن رله وصل مجدد تا ظاهر شدن فرمان وصل مجدد می باشد. اگر طرفین خط بطور همزمان باز شوند . Dead time  کاهش می یابد .

2- Fault Duration  :رله های حفاظتی و بریکرهای سریع امکان وصل مجددهای موفقیت آمیز را افزایش داده اند. پاک کردن سریع خط باعث کاهش یافتن خرابیهای حاصل از بروز خط می گردد و ضمناً یونیزاسیون مسیر خط نیز کاهش می یابد و نهایتاً منتهی به یک وصل مجددهای موفقیت آمیز می گردد .

3-  Reclaim  time  : این زمان عبارت است از فاصله زمانی پاسخ دادن دستگاه وصل مجدد به یک فرمان استارت جدید می باشد ( با در نظر گرفتن سیکل عملکرد بریکر که مشخص کننده فاصله زمانی مجدد برای دریافت فرمان وصل مجدد توسط بریکر می باشد ).

2- ریکلوزرهای تکفاز یا سه فاز :

2-1- ریکلوزرهای تکفاز :

برای حفاظت خطوط تکفاز، مانند انشعابهای یک فیدر سه فاز بکار می رود و همچنین برای شبکه های سه فازی که همه بارشان بصورت تکفاز می باشد مورد استفاده قرار می گیرد . بنابراین موقعیکه یک اتصالی دائمی یک فاز با نول پیش آید ، تنها همان فاز قطع شده در حالیکه 3/2 سیستم برقدار می باشد .

2-2 -ریکلوزرهای سه فاز :

در جاهائیکه لازم است که بر اثر اتصال کوتاه هر سه فاز با هم قطع شوند بکار می رود . همچنین برای جلوگیری از یک فاز شدن بارهای سه فاز، مانند موتورهای بزرگ  سه فاز بکار می رود . این ریکلوزرها دارای دو نوع عملکرد می باشند :

-1-2-2تریپ تکفاز و قطع کامل سه فاز :  هر فاز بطور مستقل در مقابل اتصالیها قطع و وصل می شود و  وقتیکه یک اتصالی دائمی برروی یک فاز پیش آید هر سه فاز توسط یک رابط مکانیکی باهم قطع می گردند .

-2-2-2 تریپ سه فاز و قطع کامل سه فاز :   در این عملکرد برای هر اتصالی فاز به نول ، فاز و فاز و یا سه فاز ، تمام کنتاکتها همزمان با هم برای تریپ باز میشوند و عمل قطع و وصل برای هر سه فاز همزمان است .

3- ریکلوزرهای پانیشیا:

 پانیشیا (SEL- 351P) جزء کنترلی و حفاظتی ریکلوزر است که برای ریکلوزر GVR  به کار میرود و می تواند طوری

 برنامه ریزی شود که چهار ریکلوزر بازمان عملکرد مختلف را شامل شود (کنترل کند ).

یک منبع تغذیه خارجی برای تغذیه پانیشیا (SEL-351P ) از یک ترانس ولتاژ متصل به خط هوایی HV یا منبع ولتاژ مشابه دیگر، لازمست . منبع تغذیه خارجی برای پانیشیا تحت شرایط عادی به کار میرود . هر چند که باید منبع تغذیه پس از اینکه پانیشیا به طور خودکار به طرف باطری قابل شارژ سوئیچ شود قطع شود. این باتری پانیشیا را تغذیه می کند تا اینکه قدرت (ظرفیت ) باتری تا آستانه خاموش شدن افت کند آنوقت پانیشیا خود به خود خاموش می شود. یک رنج منحنیهای تأخیری و تندکار برای حفاظت در مقابل اضافه جریانهای فاز، زمین و خطای زمین مؤثر وجود دارد.حد خطای اضافه جریان برای خطای فاز، زمین و SEF  به طور جداگانه تنظیم می شود . این تنظیم را می توان بوسیله تابلو( پانل) رابط پانیشیا یا از طریق یکی از سریال پرتهای پانیشیا انجام داد. تمام پارامترهای حفاظتی دیگر را می توان به همان روش بالا وارد نمود. پانیشیا به طور خودکار 28 حادثه اخیر ، 15 سیکل گزارش و یا 14 حادثه اخیر، سی سیکل گزارش را در حافظه ثابت (غیر فرار) خود ثبت می کند . طول بخش گزارش حادثه توسط اپراتور قابل انتخاب است. تمام حوادث با استفاده از ساعت داخلی پانیشیا با زمان و تاریخ حادثه نشان داده میشوند . جریان، ولتاژ، فرکانس و اطلاعات وضعیت اجزاء که در هر گزارش وجود دارد ، عملکرد کنترل، برنامه وسیستم برای هر خطا را تأئید می کند . یک ثبات متوالی حوادث ، تغییرات حالات شرایط قابل برنامه ریزی را ثبت می کند (SER).ممکن است در حالت اجزاء کنترل ،ورودیها و خروجیها تغییراتی ایجاد کند.پانیشیا 512 حادثه اخیر را در حافظه غیر فرار(ثابت)خود ذخیره میکند.

4- برآورد اقتصادی:

با توجه به نصب ریکلوزر برروی تعدادی از فیدرها غرب استان تهران و افزایش روز افزون استفاده از تجهیزات جدید در این فصل بر اساس آمار خطاهایی که برروی فیدرها قبل و بعد از نصب ریکلوزر ایجاد شده برآوردی اقتصادی صورت پذیرفته است .(اطلاعات و آمار بدون هیچگونه دخل و تصرفی مستقیماً از اطلاعات دییپاچینگ برگرفته شده است.)

همانطور که می دانیم علت اصلی نصب ریکلوزر جهت کاهش انرژیهای توزیع نشده ناشی از ا تصالیهای گذرا می باشد پس پارامتر مهمی که جهت نصب ریکلوزرها بایستی درنظر گرفته شود اتصالیهای گذرا می باشد . حال با توجه به این پارامتر کلیه مطالعات براساس اتصالیهای گذرا بررروی فیدرهای نمونه ای که ریکلوزر برروی آنها نصب شده است صورت پذیرفته است .

4-1-فیدر سهیلیه:

تاریخ نصب ریکلوزر برروی فیدر سهیلیه اسفند ماه سال 82 بوده است که برای مقایسه آمار این اتصالیها بازه زمانی از ابتدای فروردین ماه تا انتهای بهمن ماه سال 83 بعد از نصب ریکلوزر در نظر گرفته شده است . در ادامه مقایسه این آمارها بصورت ماههای مشابه موجود است .

با توجه آمار ا ین اتصالیها و همچنین در نظر گرفتن هر کیلووات ساعتی 200 ریال میزان برگشت سرمایه طبق جدول صفحه بعد سالانه 12631355 ریال است که اگر هزینه ریکلوزر را صرف نظر از هزینه جایابی، هزینه مشاور ، مطالعات اولیه هر فیدر ، هزینه تعمیر وسرویس نگهداری براساس فهرست بها 131100000  ریال در نظر بگیریم بازگشت سرمایه اولیه بدون پارامترهای گفته شده 10 سال طول می کشد که با شرایط موجود و بیان شده مقرون به صرفه و اقتصادی نمی باشد .

ضمناً این مقایسه در نموداری میزان انرژی توزیع نشده در سال 82 و در سال 83 و اختلاف آنها را نشان می دهد مشخص شده است .

4-2- فیدرهای نمونه دیگر:

این مطالعات نشان می دهد که برای اقتصادی شدن استفاده از ریکلوزرها صرفاً نصب و راه اندازی آنها مهم نیست بلکه بایستی مطالعات دقیق برروی فیدرها و نوع بار آنها صورت پذیرد که با توجه به مطالعه برروی فیدرهای نمونه ذیل نتایجی قابل توجه بدست خواهد آمد:

1- فیدر نساء

2- فیدر برغان

3- فیدر شهر صنعتی

4- فیدر گنج بخش

مطالعه برروی آمار این فیدرها نشان می دهد که برای استفاده از ریکلوزر ،فیدرهایی با اتصالیهای گذرای بیشتر وشرایط بدتری موجود بوده اند که در ادامه، جداول انواع اتصالی فیدرهای نام برده آورده شده است .

لذا خواهشمند است برای نصب و راه اندازی سیستم های نوین چون ریکلوزر بدلیل هزینه هنگفتی که دارند این مطالعات دقیقتر و با حساسیت بیشتری انجام پذیرد در این 5 فیدر نمونه تنها فیدر سهیلیه از مشکلات و اتصالیها و هزینه ریالی کمتر برخوردار بوده لیکن در ابتدا تمامی هزینه ها به این فیدر اختصاص یافت.

5- نتیجه گیری :

5-1- در صورت استفاده از روشهای نوین صنعت برق بایستی در ابتدا مطالعات دقیقی بر روی آن انجام گردد در غیر این صورت بدون هیچگونه نتیجه اقتصادی و بازگشت سرمایه ای صرفا سرمایه اولیه نیز از بین رفته است.

5-2- برای استفاده و نصب ریکلوزر بر روی فیدر ها ، بر روی تمامی اتصالیهای آن فیدرها مطالعات کامل ودقیقی صورت پذیرد تا بازگشت سرمایه همانطور که در بند 4-1 برای فیدر سهیلیه محاسبه شده نباشد و به راحتی با یک مطالعه کامل بر روی آمار اتصالیهای یک فیدر میتوان تمامی اطلاعات مورد نظر را یافت.

5-3- نصب ریکلوزر و کلیه تجهیزات آن بایستی توسط افراد متخصص انجام پذیرد.

5-4- در صورت استفاده از ریکلوزرها ، تجهیزات جانبی آنها نیز بیشتر موردبررسی وتوجه قرار گیرد تا با استفاده بهینه تر از آنها بتوان روشهای اقتصادی تری برا ی آنها در نظر گرفت. 

6- مراجع :

6-1- ریکلوزرها (توانیر)

6-2- کاتالوگ ریکلوزر GVR

6-3- آمار و اطلاعات دیسپاچینگ غرب استا