افزایش ظرفیت خطوط انتقال

در ۲۴ آوریل سال ۱۹۹۶ كمیسیون تنظیم انرژی فدرال (FERC) مربوط به كشورهای آمریكا، كانادا، شمال كالیفرنیا و مكزیك در پاسخ به مفاد قانون سیاست انرژی (EPACT) سال ۱۹۹۲ یك قانون نهایی بنام امریه شماره ۸۸۸ صادر كرد. امریه شماره ۸۸۸ راه را برای رقابت عمده فروشی برق هموار می‌كند. در اجرای این امریه شركت‌های خدماتی برق و گاز كه مالكیت، كنترل یا بهره‌برداری از خطوط انتقال را بعهده دارند می‌توانند بدون تبعیض به تعرفه‌ها دسترسی آزاد داشته باشند. دومین قانون بنام دستور شماره ۸۸۹ است كه در همان تاریخ صادر شد. طبق این امریه لازم است مالكیت سیستم‌های خطوط انتقال برق و شركت‌های وابسته به آنها به اطلاعات روز دسترسی كامل داشته باشند و برای فروش برق از طریق سیستم انتقال از مزیت رقابت غیرعادلانه استفاده نكنند. انتظار می‌رود دستورهای ۸۸۸ و ۸۸۹ و سایر اقدامات كمیسیون خدمات عمومی ایالتی به منظور ایجاد رقابت بیشتر در صنعت نیروی برق باعث تقاضای زیاد برای خدمت انتقال برق شود.
قانون سیاست انرژی اعلام می‌دارد چون ظرفیت انتقال محدود است شركت خدمات برق بایستی ظرفیت خطوط انتقال خود را افزایش دهد ودر صورت نیاز خدمات انتقال را توسعه دهد. بهرحال به دلایل مسائل زیست‌محیطی، اثرات بهداشتی احتمالی میدان‌های مغناطیسی و الكتریكی (EMF)، نگرانی در مورد منافع ویژه گروهها و نگرانی برای كاهش ارزش املاكی كه در مسیر خطوط انتقال قرار می‌گیرند دریافت مجوز برای محل و ساخت سیستم خطوط انتقال جدید مشكل‌تر می‌شود. توسعه ۸/۱۰۱۲۶ مایل خطوط انتقال در كشورهای آمریكا، كانادا، شمال كالیفرنیا، مكزیك هم‌اكنون در حال برنامه‌ریزی و یا در دست ساخت است. ساخت بسیاری از این خطوط ممكن است با تاخیر مواجه شود و یا اصلاً اجرا نشود.
بدلیل مشكلات مربوط به ساخت و نصب خطوط انتقال جدید، بررسی روش‌های ممكن برای افزایش ظرفیت و توان انتقال برق در خطوط انتقال موجود و حداكثر استفاده از سیستم‌های انتقال موجود بسیار حایز اهمیت است و باید مورد توجه قرار گیرد. بدلیل هزینه و زمان زیاد ساخت خطوط انتقال جدید توسعه و افزایش ظرفیت خطوط انتقال (در صورت امكان) روش جالب توجهی است. این مقاله سیستم برق را برای سیاست‌گزاران و قانون‌گزاران توصیف می‌كند و موانع حرارتی، ولتاژ و بهره‌برداری از توانایی انتقال از یك نقطه به نقطه دیگر را برای آنها مشخص می‌كند. در اینجا بعضی از اصلاحات احتمالی این موانع از طریق توسعه ظرفیت همراه با مقایسه هزینه توسعه ظرفیت خطوط انتقال با هزینه‌های ساخت و نصب خطوط انتقال جدید ارایه می شود.
● توصیف تاسیسات بزرگ نیروی برق
خطوط انتقال و خطوط توزیع بوسیله میزان ولتاژ آنها طبقه‌‌بندی می‌شوند. خطوط انتقال بطور كلی از ۱۱۵ كیلوولت و بیشتر یعنی ۷۶۵ كیلوولت تعیین می‌شوند.
خطوط فوق توزیع بین ۶۹ كیلوولت و ۱۳۸ كیلوولت و خطوط توزیع كه برق مشتركان را تامین می‌كنند كمتر از ۶۹ كیلوولت هستند.
تاسیسات انتقال معمولاً مشخص‌كننده بالاترین ولتاژ یا ولتاژهایی است كه در سیستم معینی استفاده می‌شود و انرژی الكتریكی را از نیروگاهها به خطوط توزیع انتقال می‌دهند. در اغلب تاسیسات انتقال از خطوط جریان متناوب هوایی استفاده می‌شود. بهرحال بعضی از تاسیسات خطوط انتقال هوایی با جریان مستقیم و كابل‌های زیرزمینی و زیردریایی نیز وجود دارند. ترانسفورماتورهای قدرت در نیروگاهها برای بالابردن ولتاژ برق از ولتاژ تولید به ولتاژ انتقال و در پست‌های توزیع برای كاهش ولتاژ برق انتقالی به ولتاژ سیستم توزیع استفاده می‌شوند و در سایر مكان‌ها برای اتصال سیستم‌های انتقال طراحی شده در ولتاژهای مختلف بكار می‌روند. پست‌های بزرگ قدرت برق را به سیستم فوق توزیع كه مابین سیستم‌های انتقال و توزیع است انتقال می‌دهد. سیستم توزیع برق را به مشتركان مسكونی و تجاری و برخی از صنایع كوچكتر انتقال می‌دهد.
پست‌های برق برای تغییرو تبدیل انرژی الكتریكی به ولتاژهای مختلف، انتقال انرژی الكتریكی از یك خط به خط دیگر و هدایت جریان برق در مواردی كه مشكلی در خط انتقال یا سایر تجهیزات پیشامد می‌كند مورد استفاده قرار می‌گیرند و بنابراین از تاسیسات برق و بهره‌برداری از آنها محافظت بعمل می‌آید. سیستم‌های قطع مدار (جریان) باعث قطع جریان برق از تجهیزات آسیب‌دیده می‌شود و بنابراین بیشترآسیب‌زدن به آنها جلوگیری بعمل می‌آورد.
برای اینكه از تاسیسات عظیم برق بطور اطمینان بخش بهره‌برداری بعمل آید این تاسیسات باید بر اساس اصول زیر طراحی و بهره‌برداری شوند:
▪ مجموع تولید برق در هر لحظه باید با مجموع برق مصرفی و تلفات آن در سیستم انتقال و توزیع مساوی باشد.
▪ برق می‌تواند از طریق سیستم انتقال طبق قوانین فیزیكی جریان داشته باشد و نمی‌تواند از طریق خطوط معینی جریان یابد.
▪ برای سرویس‌دهی بدون وقفه، ظرفیت ذخیره در تولید و انتقال در هنگام طراحی سیستم باید در نظر گرفته شود.
● عوامل محدود‌كننده در تاسیسات (سیستم) انتقال
مقدار نیروی برق در خط انتقال حاصل ولتاژ و جریان است و عاملی است كه كنترل آن مشكل بوده و «عامل قدرت» نامیده می‌شود. در صورتی‌كه در خطوط، ظرفیت انتقال به اندازه كافی باشد نیروی برق اضافی می‌تواند با اطمینان كامل منتقل شود. در سیستم انتقال سه نوع عامل محدود‌كننده ظرفیت انتقال برق را محدود می‌كنند: عامل حرارت و جریان، عامل ولتاژ و عامل بهره‌برداری از سیستم.
● عامل حرارتی و جریان
محدودیت‌های حرارتی معمولی‌ترین عوامل محدود‌كننده‌ای هستند كه توانایی و ظرفیت انتقال برق را در خط انتقال، كابل و ترانسفورماتور محدود می‌كنند. خط انتقال در برابر جریان الكترون‌ها مقاومت می‌كند و باعث تولید گرما می‌شود. میزان گرمای ایجاد شده در تجهیزات خط انتقال به جریان یعنی میزان جریان الكترون‌ها و همچنین به شرایط ‌آب و هوایی محیط ارتباط دارد مانند درجه حرارت، سرعت باد، مسیر باد به دلیل تاثیرات آب و هوا و پراكندگی حرارت در هوا. حدود گرما برای خطوط انتقال معمولاً برحسب جریان‌های برق بیان می‌شود.
بدلیل اینكه گرمای بیش از حد به دو مساله احتمالی منتهی می‌شود محدودیت‌های گرمایی تحمیل می‌شود. این دو مساله عبارتند از:
۱) خط انتقال به دلیل گرمای زیاد، قدرت خود را از دست می‌دهد و این گرمای زیاد عمر خط را كاهش می‌دهد.
۲) خط انتقال منبسط شده و در مركز فاصله بین دكل‌های نگاهدارنده آن دچار خمیدگی می‌شود. در صورتی كه درجه حرارت بكرات بسیار زیاد باشد خط هوایی دایماً كشیده می شود و ممكن است فاصله آن از زمین كمتر از اندازه‌ای باشد كه به دلایل ایمنی لازم است. چون این گرم شدن بیش از حد بطور تدریجی انجام می‌شود و برای مدت زمان‌های محدود جریان‌های بیشتری انتقال می‌یابد. گرمای عادی برای خط انتقال در اثر میزان جریان برق ایجاد می‌شود كه این خط بتواند آنرا دایماً انتقال دهد.
مقادیر اضطراری اندازه‌هایی هستند كه خط می‌تواند برای مدت معینی مثلاً چند ساعت از عهده آنها برآید.
كابل‌های زیرزمینی و ترانسفورماتورهای برق نیز بوسیله عوامل گرمایی محدود می‌شوند. كابل‌های زیرزمینی در هنگام بهره‌برداری در درجه گرمای بیش از حد به دلیل خسارت وارد شدن به عایق از عمر سرویس‌دهی آنها كاسته می‌شود. ترانسفورماتورهای قدرت نیز طوری طراحی شده‌اند كه در حداكثر افزایش درجه گرما در هنگام بهره‌برداری از عایق‌ آنها محافظت به عمل آید.
● محدودیت‌های ولتاژ
ولتاژ عبارت است از مقدار فشاری كه واحد نیروی الكتروموتیو برای جریان الكتریسیته در خط انتقال لازم دارد. به دلیل وجود اختلاف در تقاضای برق و وجود نواقصی در خط انتقال و توزیع ولتاژ دچار نوساناتی می‌شود. در هنگام طراحی خط انتقال در مورد میزان حداكثر ولتاژ محدودیت‌هایی تعیین می‌شود. در صورتی كه از این میزان حداكثر تجاوز شود، اتصال كوتاه، تداخل امواج رادیویی و نویز اتفاق می‌افتد. به ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات پست‌ها و یا تسهیلات مشتریان برق نیز ممكن است خسارت وارد شود. محدودیت‌ حداقل ولتاژ بر اساس نیاز مشتریان برق نیز وجود دارد. ولتاژهای پایین باعث بدكار كردن لوازم برقی مشتریان خواهد شد و ممكن است موتور آنها خسارت وارد كند.
از انتهای ارسال برق به انتهای دریافت آن در انتهای خط انتقال اتفاق می‌افتد. افت ولتاژ در طول خط انتقال جریان متناوب تقریباً متناسب با جریان راكتور (واكنش) و واكنش خط است. واكنش خط با افزایش طول خط افزایش می‌یابد. خازن‌ها و راكتورها (فعال‌كننده‌ها) بر اساس نیاز روی خطوط انتقال برق نصب می‌شوند تا مقدار افت ولتاژ را تا حدی كنترل كنند. بدلیل اینكه میزان ولتاژ و سطح جریان تعیین‌كننده جریان برقی است كه می‌توان به مشتریان تحویل داد این موضوع بسیار حائز اهمیت است.● محدودیت‌های بهره‌برداری از تاسیسات برق
محدودیت‌های بهره‌برداری از تاسیسات عظیم برق از شرایط ایمنی و قابلیت اطمینان سرچشمه می‌گیرد. این شرایط به حفظ جریان برق در خطوط انتقال و توزیع شبكه مربوط می‌شود. وقتی كه تقاضا تغییر می‌كند، وقتی كه الگوهای تولید تغییر می‌كند یا وقتی كه در اثر قطع یا وصل یك مدار در سیستم انتقال یا توزیع تغییر حاصل می‌شود در الگوهای توزیع جریان برق تغییر بوجود می آید.
● جریان برق در شبكه‌ها
وقتی كه یك شركت تامین‌كننده برق یا كنترل‌كننده برق، نیروی برق را از یك نقطه به نقطه دیگر انتقال می‌دهد برق تولیدی در تمامی مسیرها بدون توجه به مالكیت خطوط جریان می‌یابد. مقدار برقی كه در هر مسیر در خطوط انتقال جریان دارد به مقاومت ظاهری برق در مسیرهای مختلف ارتباط دارد. مقاومت‌ ظاهری خط انتقال به طول خط وجزییات طراحی آن بستگی دارد. در مقایسه با مسیری كه از مقاومت بیشتری برخوردار است مسیر خطی كه دارای مقاومت ظاهری كمتری است بخش بیشتری از مجموع برق را جذب و منتقل می‌كند. وقتی كه شركت‌های تامین‌كننده خدمات برق با سایر شركت‌ها یا مشتریان وارد معامله عمده برق می‌شوند قرارداد مسیر خطوط یا تاسیسات انتقال را كه قرار است برق از طریق آن جریان داشته باشد تنظیم می‌كنند. جریان‌های برق در واقع از قرارداد مسیر پیروی نمی‌كنند بلكه ممكن است از طریق مسیرهای موازی سایر سیستم‌های انتقال جریان یابند كه این خود به شرایط باربرق در زمان انتقال بستگی دارد. به این گونه جریان‌ها «جریان‌های مسیر موازی» گفته می‌شود. وقتی كه سیستم‌های انتقال بطور مستقیم یا غیر مستقیم در بیش از یك نقطه به یكدیگر متصل می‌شوند، جریان‌های برق در شبكه سیستم‌های دیگر جاری می شوند و به این ترتیب جریانهای حلقه‌ای «لوپ‌» تشكیل می‌شود. جریان‌های حلقه‌ای و جریان‌های موازی هر دو ممكن است مقدار برقی كه سایر سیستم‌ها می‌توانند انتقال دهند محدود كنند.
● عمل پیگیری برای ایمنی سیستم
به دلیل روند‌های پیشگیری از بهره‌برداری (عملكرد) برای ایمنی تاسیسات محدودیت‌هایی در مورد تاسیسات انتقال وجود دارد. تاسیسات (سیستم) بزرگ برق برای تداوم خدمات تامین برق با در نظر گرفتن وقوع اشكالاتی در واحد تولید، خط انتقال یا در هر یك از سایر اجزاء تشكیل‌دهنده طراحی و بهره‌برداری می‌شود. مفهوم روند‌های پیشگیری یعنی بهره‌برداری از سیستم بطوریكه اگر در نتیجه خرابی و قطع یك یاچند جزء بقیه سیستم بكار خود ادامه دهد و در برق‌رسانی وقفه‌ای ایجاد نشود. این امر توسط شورای اطمینان برق آمریكای شمالی (NERC) به عنوان عامل اولیه برای جلوگیری از بروز اشكال در یك ناحیه در اثر عدم كارآیی در ناحیه دیگر به شمار می‌رود. شورای اطمینان برق آمریكای شمالی استانداردها و دستوالعمل‌هایی را برای هماهنگی سراسری روند خدمات در ایالات متحده، كانادا و بخش‌هایی از مكزیك فراهم می‌كند. دستورالعمل‌های این شورا توصیه می‌كند كه سیستم‌ها بصورتی باشند كه بتوانند هرگونه اشكال احتمالی را برطرف كنند.طبق نظریه شورای اطمینان برق آمریكای شمالی توانایی كنترل و برطرف كردن چندین اشكال باید از جمله نیازهای بهره‌برداری باشند. پیروی و اجرای دستورالعمل‌های این شورا (NERC) باعث افزایش ایمنی در عملكرد و بهره‌برداری از تاسیسات و كاهش فركانس‌هایی است كه دچار مشكلات عمده هستند.
ضرورت‌های پیشگیری شورای مذكور شامل ایجاد ظرفیت تولید كافی به منظور فراهم كردن خدمات بهره‌برداری اضافه بر تقاضا و محدودیت انتقال برق در تاسیسات انتقال است. در این صورت سیستم طوری عمل می‌كند كه هر یك از عوامل زیردرجه حرارت عادی تحت شرایط عادی و حدود اضطراری در زمان بروز مشكلات قرار گرفته و عمل خواهند كرد. بنابراین در هنگام بروز هرگونه اشكال در سیستم و برای رفع آن می‌توان از ظرفیت ذخیره استفاده كرد.
● پایداری سیستم (تاسیسات)
مسائل مربوط به پایداری سیستم‌های برق نشاندهنده سایر محدودیت‌های بهره‌برداری از سیستم است. این مسائل بطور كلی به دو گروه زیر تقسیم می‌شوند:
۱) هم‌زمان كردن ژنراتورهای (مولدهای) سیستم
۲) جلوگیری از افت ولتاژ
در یك سیستم تولید هم‌زمان مرتبط، تمامی ژنراتورها در یك سیستم همزمان و مرتبط، تمامی مولدها بطور هم‌آهنگ با سرعتی میچرخند كه فركانس ثابتی تولید می‌كنند. در آمریكا این فركانس ۶۰ دور در ثانیه است. وقتی كه در سیستم انتقال اشكالی پیشامد می‌كند نیازهای قدرت مولد‌ها تغییر می‌كند. این اشكال ممكن است باعث كاهش ضرورت‌های قدرت مولد شود. بهرحال قدرت مكانیكی كه توربین را به حركت درمی‌آورد ثابت می‌ماند و باعث تسریع مولد می‌شود. پس از برطرف كردن عیب جریان برق تغییر می‌كند و از سرعت توربین كاسته می شود. این امر باعث نوسان در سرعت مولد و در فركانس جریان برق در سیستم می‌شود. در صورتی كه شرایط طبیعی یا سیستم‌های كنترل این نوسان‌ها را كاهش ندهند سیستم پایدار نخواهد بود. این امر بی‌ثباتی موقت نامیده می‌شود و ممكن است كار سیستم كاملاً قطع شود. برای جلوگیری از ناپایداری موقت انتقال برق بین منطقه‌ها به اندازه‌ای كه مطالعه احتمال حوادث سیستم تعیین می‌كند محدود می‌شود.
ناپایداری دائم در صورتی اتفاق می‌افتد كه مقدار زیادی برق از یك خط یا بخشی از سیستم به نقطه‌ای كه نیروهای همزمان كننده دیگر تاثیری ندارند منتقل شود.
ناپایداری دائم یك حادثه غیرعادی است. چون براحتی قابل پیشگیری است. بهرحال ناپایداری دائم به عنوان محدودیتی در انتقال برق عمل می‌كند. ناپایداری با علائم كوچك كه ناپایداری دینامیك نیز نامیده می‌شود معمولاً وقتی اتفاق می‌افتد كه تغییرات عادی در تولید و یا مصرف بقدری كوچك است كه به عنوان عیب به حساب نمی‌آید ولی در فركانس‌های پایین باعث نوسان می‌شود. این شرایط ممكن است باعث نوسانات زیاد ولتاژ و فركانس شده و به از دست دادن پایداری كل سیستم منتهی شود.
ناپایداری ولتاژ در صورتی پیش می‌آید كه سیستم انتقال برای كنترل جریان راكتیو (واكنشی) بطور صحیح طراحی نشده باشد. مقدار زیادی از جریان برق راكتیو در خطوط انتقال بلند موجب افت شدید ولتاژ در محل مصرف شده و مصرف‌كنندگان جریان‌های زیادی را از سیستم دریافت كنند. این گونه جریان‌های زیاد باعث جریان راكتیو اضافی و از دست دادن ولتاژ در سیستم شده و به ولتاژ‌های پایین‌تر در محل مصرف منتهی می‌شود. با ادامه این شرایط افت ولتاژ بیشتر شده لازم است برای جلوگیری از خسارت شدید به سیستم برق مصرف‌كنندگان قطع شود. در نهایت سیستم برق بطور كامل یا بخشی از آن قطع خواهد شد.
●چاره‌جویی محدودیت‌های ظرفیت تاسیسات انتقال
محدود‌كننده‌های مذكور توانایی سیستم را برای انتقال برق محدود می‌كنند، بنابراین ظرفیت بهره‌برداری از شبكه انتقال موجود را كاهش می‌دهند. این بخش از این گزارش در مورد توسعه امكانات به منظور افزایش توانایی انتقال خطوط انتقال موجود بطوریكه ظرفیت بیشتری از برق بتواند با اطمینان از یك بخش سیستم به بخش دیگر یا از یك سیستم به سیستم دیگر منتقل شود.
چاره‌جویی‌های مربوط به محدودیت‌های حرارتی، ولتاژ و غیره به منظور افزایش ظرفیت انتقال برق و روش‌های بهره‌برداری از سیستم تشریح خواهد شد.
● چاره‌جویی ‌های محدودیت‌های حرارتی در اجزاء تشكیل‌دهنده تاسیسات انتقال
برای رفع و یا كاهش محدودیت‌ در انتقال برق به دلیل افزایش گرما در خطوط انتقال هوایی روش‌های زیادی وجود دارد. روش‌های موجود برای كابل‌های زیرزمینی و ترانسفورماتورها بسیار محدود است. مروری در مورد روش‌های بكار گرفته شده به منظور تنظیم گرمای خطوط انتقال راههای افزایش ظرفیت انتقال را با هزینه ناچیز یا بدون هزینه آشكار می‌سازد. در زمان گذشته برای تعیین میزان حرارت خطوط از روش تخمین و ساده‌سازی استفاده می‌كردند و كمترین میزان و بالاترین درجه قابلیت اطمینان ازسیستم را انتخاب می‌كردند. با روش‌های جدید محاسبه ظرفیت انتقال برق در خطوط انتقال بدون هیچگونه تغییر فیزیكی در خطوط بوجود می‌آید.
بعلاوه حدود جریان برق را برای خطوط بر اساس رسیدن به حداكثر درجه حرارت در زمان واقعی با استفاده از اطلاعات شرایط آب و هوای محیط در خط انتقال و اطلاعات جریان برق در مركز كنترل می‌توان محاسبه كرد. بعضی از شركت‌های خدمات برق درجه حرارت خط انتقال را از طریق استفاده از ردیاب‌های قرار گرفته روی آن محاسبه می كنند و آنرا به مركز كنترل ارسال می‌كنند. هزینه یك چنین سیستمی كه شامل سنسورها (گیرنده‌ها) و تاسیسات زمینی است حدود ۰۰۰/۷۰ دلار برای هر مكان تخمین زده شده است.
چون محدودیت گرمایی خط انتقال بر اساس گرمای بخشی از آن خط است كه سریعتر از سایر بخش‌های گرم می‌شود. افزایش ظرفیت گرمای كل این خط گاهی اوقات با جایگزین كردن یك عامل ارزان قیمت می‌تواند نتیجه بخش باشد. تعویض كلید قطع مدار بسیار كم‌خرج‌تر از تعویض خط یا نصب خط جدید است. قطعات جایگزین شده را می‌توان در جای دیگر در سیستم مورد استفاده قرار داد.
ممكن است افزایش درجه‌های حرارت مجاز و برنامه‌ریزی برای كاهش عمر خطوط قابل قبول باشد. در این روش ممكن است در طول خط خمیدگی ایجاد شود بطوریكه حفظ ارتفاع مجاز خط از زمین امكان‌پذیر نباشد. در صورتی كه ارتفاع خط تا زمین در تعداد محدودی از فواصل خط كافی نباشد، ساخت و نصب مجدد دكل‌ها برای افزایش ارتفاع آنها و یا كشیدن حصار اطراف بخش‌های مسیر عبور كه تحت تاثیر قرار می‌گیرند بطوریكه آنها را از دسترس خارج كنند از نظر اقتصادی قابل توجیه است. در صورتی كه خمیدگی (شكم دادن بطرف پایین) در سرتاسر خط اتفاق افتد، افزایش ارتفاع دكل‌های خط بسیار گران خواهد بود. بعضی اوقات مجدداً كشیدن خط به منظور افزایش ارتفاع خط از زمین امكان‌پذیر است.
افزایش ظرفیت انتقال یك خط با كنترل خمیدگی آن برای حرارت و جریان بیشتر امكان‌پذیر است. برای این كار دو روش مستقیم و غیرمستقیم وجود دارد. روش مستقیم عبارتست از: محاسبه خمیدگی واقعی خط در وسط آن با استفاده از اطلاعات دریافت شده از سنسورهای نصب شده روی دكل‌ها در مورد كشش افقی و درجه حرارت محیط با استفاده از این روش، مركز كنترل حد واقعی جریانی كه خط تحت شرایط واقعی می‌تواند از خود عبور دهد را محاسبه می‌كند. روش غیرمستقیم عبارت است از انتقال درجه‌های حرارت و سرعت باد و محل‌های خمیدگی زیاد به مركز كنترل از طریق رادیو یا تلفن با استفاده از این اطلاعات مركز كنترل خمیدگی را محاسبه كرده و هرگونه روند خطرناك را مشخص می‌كند.
واضح‌ترین و گران‌ترین روش كاهش محدودیت‌های حرارتی در یك خط جایگزین كردن آن با خط (هادی) بزرگتر و مجدداً كشیدن آن یا اضافه كردن یك یاچند خط است. در این روش اسكلت دكل‌ها كه خطوط روی آنها نصب می‌شود باید مورد توجه قرار گیرد. دكل‌ها طوری طراحی می‌شوند كه بتوانند وزن خطوط موجود و وزن باران یا برف یخ‌زده روی آنها را تحمل كنند. این دكل‌ها لازم است برای تحمل كردن نیروهای شدید بادهایی كه بطور عمودی در مسیر خطوط می‌وزند دارای قدرت جانبی كافی باشند. جایگزین كردن خطوط با خطوط بزرگتر (ظرفیت بیشتر) یا اضافه كردن خطوط در كنار آنها معمولاً به تقویت اسكلت دكل‌ها و احتمالاً بتن‌ریزی پایه ستون‌های دكل‌ها نیاز دارد. كشیدن یا اضافه كردن خطوط به منظور افزایش ظرفیت انتقال نیز به توسعه تجهیزات پست نیاز دارد. هزینه توسعه هر پست تقریباً ۶۰۰۰۰۰ دلار است.● رفع (چاره‌جویی) محدودیت‌های ولتاژ خطوط تكی
اكنون ولتاژ‌های استاندارد در آمریكا عبارتند از: ۵/۳۴ كیلوولت، ۴۶ كیلوولت، ۶۹ كیلوولت، ۱۱۵ كیلوولت، ۱۳۸ كیلوولت، ۱۶۱ كیلوولت، ۲۳۰ كیلوولت، ۳۴۵ كیلوولت، ۵۰۰ كیلوولت، ۷۶۵ كیلوولت و ۱۱۰۰ كیلوولت (كه هنوز بصورت تجاری نصب نشده است). توسعه و تغییر ولتاژهای خط به دو گروه تقسیم می‌شود: افزایش در یك گروه ولتاژ و تغییر به گروه ولتاژ متفاوت. افزایش ولتاژ بهره‌برداری در یك گروه ولتاژ روشی است كه چندین دهه مورد استفاده قرار گرفته است. در صورتی كه ضمن بارهای سبك تحت بهره‌برداری عادی سیستم به حد ولتاژ بالاتر نرسد، ولتاژ بهره‌برداری عادی می‌تواند بدون تغییر عمده در خطوط افزایش یابد. بهرحال لازم است ولتاژهای ژنراتور‌ها را افزایش دهیم و برای تولید ولتاژ جدید ترانسفورماتورها را تعدیل و تنظیم كنیم یا احتمالاً ترانسفورماتورها را تعویض كنیم. برای جلوگیری از جریان راكتیو (واكنشی) اضافی بدلیل ولتاژ افزایش یافته در سیستم جانبی هماهنگی با سیستم‌های جانبی لازم است. سایر روش‌های چاره‌جویی مسائل مربوط به ولتاژ كه باعث محدود كردن ظرفیت انتقال می‌شوند شامل كنترل جریان‌های راكتیو است. دو نوع منبع راكتیو وجود دارد، خازن‌ها و راكتورها كه به ترتیب جریان‌های راكتیو را تولیدو جذب می‌كنند. نصب خازن یا راكتیو درنقاط مهم خطوط انتقال و توزیع غالباً چاره‌ای برای كنترل جریان‌های راكتیو بوده و بنابراین انتقال برق را افزایش می‌دهد. هزینه نصب خازن فرعی به قرار زیر است:
▪ ۱۱۵ كیلوولت، ۵۰ مگاولت آمپر راكتیو (MVAR) نصب جدید ۱۰۰۰۰۰۰ دلار اقدام اضافی (خازن‌های بیشتر) در سیستم موجود ۵۰۰۰۰۰ دلار
▪ ۲۳۰ كیلوولت، ۶۳ مگاولت آمپر راكتیو: نصب جدید ۲۰۰۰۰۰۰ دلار، اقدام اضافی ۷۰۰۰۰۰ دلار
▪ ۵۰۰ كیوولت، ۱۰۰ مگاولت آمپر راكتیو: نصب جدید ۳۰۰۰۰۰۰ دلار
▪ ۵۰۰ كیلوولت، ۲۰۰ مگاولت آمپر راكتیو: نصب جدید ۵۰۰۰۰۰۰ دلار
هزینه راكتور‌های فرعی در خط انتقال به قرار زیر است:
▪ ۲۳۰ كیلوولت، ۹/۸۷ مگاولت آمپر راكتیو: نصب جدید ۲۰۰۰۰۰۰ دلار
▪ ۵۰۰ كیلوولت،‌۱۰۰ مگاولت آمپر راكتیو: نصب جدید ۳۰۰۰۰۰۰ دلار
تغییرات ولتاژ به گروه ولتاژ بالاتر معمولاً به بازسازی اساسی خطوط انتقال نیازدارد. ولتاژهای بالاتر به فاصله بیشترین خطوط وبین اشیاء متصل به زمین از جمله دكل‌ها نیاز دارند.
اضافه كردن عایق‌ها و سایر تغییرات باعث افزایش وزن و بار دكل‌ها می‌شود این تغییرات نیازمند قدرت بیشتر در ساختمان دكل‌ها و پایه‌های آن است. برآورد هزینه تبدیل خطوط انتقال با دكل (برج) فولادی از یك گروه ولتاژ به گروه ولتاژ‌ دیگر عبارتست از:
▪ ۶۰ كیوولت تا ۱۱۵ كیلوولت: ۵۰۰۰۰ دلار در مایل
▪ ۱۱۵ كیلوولت تا ۲۳۰ كیلوولت: ۵۰۰۰۰۰ دلار در مایل
▪ ۲۳۰ كیلوولت تا ۵۰۰ كیلوولت: ۸۰۰۰۰۰ دلار در مایل
تبدیل‌های (تغییرات) گروه ولتاژ سطوح گرمای عادی(ظرفیت گرمای مجاز) را افزایش می‌دهد كه به اندازه هادی (سیم) بستگی دارد.
بازسازی خط به منظور ولتاژ بالاتر هزینه بیشتری برای تجهیزات پست به همراه دارد. در صورتی كه شبكه‌های متصل شده در ولتاژ قدیمی‌تر باقی بمانند در بازسازی خط برای ولتاژ بالاتر لازم است برای اتصال با بقیه سیستم یك ترانسفورماتور در هر یك از دو انتها نصب شود.
● سایر روشهای افزایش انتقال برق
سایر روشهای كاهش عوامل محدودكننده انتقال برق كه به اجزاء تشكیل‌دهنده سیستم ارتباط دارد عبارتند از: تبدیل برجهای (دكل‌های) تك‌مداره به برجهای چند مداره و تبدیل خطوط جریان متناوب (AC) به خطوط جریان مستقیم با ولتاژ بالا (HVDC)، اغلب مدارهای انتقال ۲۳۰ كیلو‌ولت و پایین‌تر بر روی خطوط برجهای دو مداره نصب می‌شوند. مدارهای با ولتاژ بالاتر عموماً روی برجهای تك‌مداره نصب می‌شوند. برای تبدیل خط تك‌مداره به خط دو مداره لازم است عرض مسیر عبور خط و ارتفاع برج را كاملاً افزایش دهیم. وقتی كه مقادیر زیادی برق در فواصل طولانی منتقل می‌شود تبدیل خط جریان متناوب (AC) به خط جریان مستقیم با ولتاژ بالا (HVDC) یا تعویض خط AC بسیار حائز اهمیت است. خطوط جریان مستقیم با ولتاژ بالا از طریق مبدل‌ها در هر انتها به سیستم‌های جریان متناوب متصل می‌شوند.
جریان برق در انتهای ارسال‌كننده از جریان متناوب به جریان مستقیم تبدیل می‌شود و در پایان دریافت از جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل می‌شود. برای انتقال مقدار زیاد برق مدارهای جریان مستقیم با ولتاژ بالا نسبت به مدارهای متناوب مزیت‌هایی دارند. مدارهای جریان مستقیم با ولتاژ بالا را بدون توجه به بهره‌برداری مدارهای متناوبی كه به آنها متصل هستند می‌توان برای انتقال مقدار معینی برق كنترل كرد. در صورتی كه خطوط جریان مستقیم با ولتاژ بالا به موازات خطوط جریان متناوب عمل كنند، قطع برق در خط جریان متناوب موازی باعث نمی‌شود بار اضافی به خط جریان مستقیم منتقل شود. همینطور قطع خط جریان مستقیم با ولتاژ بالا بارخطوط جریان متناوب موازی را افزایش نمی‌دهد. مدارهای جریان مستقیم با ولتاژ بالا مقاومت دارند ولی واكنش جریان متناوب را ندارند بنابراین نسبت به مدارهای جریان متناوب افت ولتاژ كمتری دارد. مدارهای جریان مستقیم با ولتاژ بالا دارای نقطه ضعف هستند یعنی آنها در انتهای مدار نیاز به ایستگاههای مبدل دارند كه این ایستگاهها بسیار گران هستند و بنابراین این مدارها بجز مواردی كه برق برای فواصل طولانی انتقال داده می‌شود غیر اقتصادی هستند. مدارهای جریان مستقیم باولتاژ بالا مسائل ناپایداری سیستم مدارهای جریان متناوب را ندارند.
● راههای چاره‌جویی محدودیت‌های بهره‌برداری از سیستم
۱) تغییر جریان برق
همانطور قبلاً اشاره كردیم، توزیع جریان‌های برق از طریق شبكه انتقال به مقاومت ظاهری خطوط مختلف بستگی دارد. در صورتی كه جریان برق در یك سیستم طوری تغییر داده شود كه بار روی خطی كه اشكال دارد كاهش داده شود، برق بیشتری را می‌توان انتقال داد. گاهی اوقات با تغییر اتصالات خطوط در پست‌های مختلف به منظور افزایش جریان برق از طریق بعضی خطوط و كاهش آن در سایر خطوط جریان برق از طریق سیستم انتقال بهتر منتقل می‌شود. تنظیم مجدد از قبیل بستن بعضی از كلیدهای قطع مدار و بازكردن سایر كلیدها احتیاج به سرمایه‌گذاری نیاز ندارد. سایر تنظیم‌های مجدد هزینه كوچكی خواهد داشت مانند اضافه كردن كلید‌های قطع مدار برق یا اتصال مجدد یك خط از یك باس (bus) در پست به باس دیگر.
بین بخش‌های سیستم انتقال چندین مسیر وجود دارد. اضافه بار قبل از سایر خطوط در خط تكی قرار می‌گیرد. برای رفع این مشكل و تغییر جریان برق بعضی از دستگاهها را می‌‌توان مورد استفاده قرار داد. تنظیم‌كننده‌ زاویه انحراف فاز (PAR) یا تنظیم‌كننده زاویه قدرت غالباً برای این منظور استفاده می‌شود. تنظیم‌كننده زاویه انحراف فاز مانند ترانسفورماتور بوده كه جریانی را از طریق خط تنظیم شده القا می‌كند.
توزیع جریان برق درخط تغییر می‌كند ولی مجموع جریان برق انتقالی تغییر نمی‌كند. استفاده از تنظیم‌كننده‌های زاویه انحراف فاز در سالهای اخیر افزایش یافته و بهرحال نصب آنها نسبتاً گران است. یك تنظیم‌كننده ۲۳۰ كیلوولتی ۳۰۰ مگاولت آمپر با ظرفیت زاویه فاز بعلاوه منهای ۶۰ درجه به مبلغ ۰۰۰/۰۰۰/۳۰ دلار تخمین زده می‌شود.
با كاهش مقاومت ظاهری خط توسط قرار دادن یك سری خازن یا با افزایش مقاومت ظاهری توسط یك سری راكتور می‌توان جریان برق را تغییر داد. سری خازن‌ها غالباً در خطوط انتقال بلند استفاده می‌شوند تا از این طریق مقاومت ظاهری جریان برق را كاهش داده و بنابراین افت ولتاژ را در ط.ول خط كاهش می‌دهد.
همچنین میزان تلفات مربوط به جریان راكتیو را كاهش می‌دهد خازن‌ها جریان برق را در خطی كه روی آن نصب شده‌اند افزایش و جریان برق را در سایر خطوط موازی كاهش می‌دهند. نصب یك خازن ۵۰۰ كیلوولت، ۵۷۰ میلیون ولت آمپر راكتیو (MVAR) اخیراً حدود ۰۰۰/۰۰۰/۱۰ دلار تخمین زده شده است.
سری راكتورها جریان برق را از طریق خطی كه در صورت نبودن راكتورها تحت بار اضافی قرار می‌گرفت كاهش می‌دهند. از راكتور غالباً كمتر از خازن‌ها استفاده می‌شود. راكتورها یك نقطه ضعف دارند و آن این است كه آنها افت ولتاژ را در خطی كه باعث كاهش ظرفیت انتقال برق می‌شود افزایش می‌دهند.
۲) تغییر در فلسفه‌های بهره‌برداری
روش بهره‌برداری جلوگیری‌كننده تحت عنوان محدودیت‌های بهره‌برداری سیستم مشخص می‌كند. در صورتی كه اشكالی در سیستم پیش آید لازم نیست هیچگونه اقدامی به عمل آید. در صورتی كه احتمال وقوع حادثه وجود داشته باشد سیستم قادر است بدون بیش از حد گرم شدن خطوط، مسائل ولتاژ و ناپایداری به آن جواب دهد. این روش باعمل «اصلاح‌كننده» كه نیاز به اقدام فوری دارد فرق دارد مانند قطع و وصل مدارها یا اقدامات دیگر پس از وقوع حادثه، بنابراین عملكرد سیستم كفایت می‌كند. عمل اصلاح‌كننده كمتر از عمل جلوگیری قابل اعتماد است ولی ضمناً‌ بهره‌برداری عادی باعث می‌شود برق بیشتری منتقل شود. اقدامات اصلاح‌كننده گاهی اوقات بین سیستم‌ها بقدری پیچیده می‌شود كه در صورت وقوع حادثه، سیستم قادر به ادامه بهره‌برداری نیست.
تغییر جریان برق برای كاهش بار در خط بحرانی باعث افزایش انتقال برق می‌شود. فن‌آوری‌ها بجای اینكه در جهت روش‌های جلوگیری كننده باشند در جهت روش‌های اصلاح‌كننده یا رفع نقص توسعه داده می‌شوند. فن‌آوری‌هایی كه به عنوان بخشی از سیستم قابل انعطاف‌ انتقال جریان متناوب (FACTS) توسعه یافته‌اند را می‌توان برای كمك به كاهش محدودیت‌های بهره‌برداری سیستم بازدارنده جریان استفاده كرد. سیستم قابل انعطاف انتقال جریان متناوب برای كنترل سریعتر و دقیق‌تر تجهیزات به منظور تغییر طریقه‌ای كه جریان‌های برق سیستم تحت شرایط عادی یا هنگام وقوع مشكل در سیستم تقسیم شود از كلید‌های الكترونیك و سایر تجهیزات استفاده می‌كند. برای كاهش جریان در خطی كه اضافه بار دارد و افزایش بهره‌برداری از ظرفیت اضافی مسیرهای دیگر می‌توان از تجهیزات FACTS استفاده كرد. این امر باعث افزایش ظرفیت انتقال در تاسیسات انتقال و توزیع موجود تحت شرایط عادی می‌شود. اكنون بعضی از كاربردهای FACTS امكان‌پذیر در حال استفاده است. در حالی كه سایر كاربردهای آن در مراحل پیشرفت است.
● نتیجه‌گیری
شركت‌های خدمات عمومی برق در انتظار رقابت شدید در آینده هستند و در حال حاضر روش‌های پایین‌ آوردن هزینه‌های خود را دنبال می‌كنند. اقدام كردن در مورد افزایش ظرفیت انتقال برق بوسیله بالابردن میزان توانایی خطوط موجود مقرون بصرفه و جالب توجه است. چون این عمل باهزینه نسبتاً كمتر از هزینه ساخت خطوط موجود در مدت زمان كوتاهتری انجام می‌شود. ساخت خطوط انتقال جدید با در نظر گرفتن موضوعات محیط‌زیستی، اثرات بهداشتی احتمالی میدان‌های الكترومغناطیسی و كاهش ارزش‌های دارایی واقع در مسیرهای خطوط انتقال كار مشكلی است. توانایی انتقال یك سیستم را می‌توان افزایش داد در صورتی كه بتوانیم موانع (محدودیت‌های) بهره‌برداری از سیستم خطوط انتقال موجود را از طریق روش هر مذكور از سر راه برداریم. چون بازسازی با افزایش تجارت عمده در این زمینه ادامه دارد.
انتظار می‌رود گردانندگان (اپراتورهای) آینده سیستم‌های انتقال ائم از گردانندگان مستقل سیستم (ISOS)، گروههای انتقال منطقه‌ای (RTGS)، تولید‌كنندگان برق و یا شركت‌های خدمات عمومی برق به افزایش میزان بهره‌برداری از خطوط انتقال موجود با استفاده از روشهای مذكور در این مقاله علاقمند خواهند شوند.

منبع : www.eia.doe.gov
John.Makens
John.Makens/eia.doe.gov
مترجم: محمود احمدی

منبع : مجله بولتن بین الملل