ملاحظات بهره برداری و بهینه سازی سیستم های توزیع نیرو

در دو دهه اخیر فعالیت های قابل ملاحظه ای در بهینه سازی نیروگاه ها و شبكه های انتقال انجام گرفته است از كامپیوترهای آنالوگ و دیجیتال در این رشته ها جهت مطالعه, پخش بار, مطالعه پایداری سیستم و تعیین اپتیمم بار ژنراتورها استفاده میشود

در دو دهه اخیر فعالیت های قابل ملاحظه ای در بهینه سازی نیروگاه ها و شبكه های انتقال انجام گرفته است. از كامپیوترهای آنالوگ و دیجیتال در این رشته ها جهت مطالعه، پخش بار، مطالعه پایداری سیستم و تعیین اپتیمم بار ژنراتورها استفاده میشود.در دو دهه اخیر فعالیت های قابل ملاحظه ای در بهینه سازی نیروگاه ها و شبكه های انتقال انجام گرفته است. از كامپیوترهای آنالوگ و دیجیتال در این رشتهها جهت مطالعه، پخش بار، مطالعه پایداری سیستم و تعیین اپتیمم بار ژنراتورها استفاده میشود. تا اینكه اخیراً فعالیتهایی جهت اپتیمم كردن شبكه های توزیع كه تقریباً ۵۰ تا ۶۰ درصد هزینه كلی صنعتبرق را تحت تاثیر قرار میدهد انجام گرفت. نكات مهم در اپتیمم كردن عبارتند از:

ـ مدل كردن هزینه شبكه ها

ـ مطالعه شبكه های مختلف از نظر تركیب

ـ اپتیمم نمودن آرایش (lay out) فیدر هوایی یا كابل زیرزمینی

نكته مهم جهت مطالعه بهینه سازی شبكه های توزیع به حداقل رسانیدن هزینه ها است كه بستگی به وضعیت شبكه های مورد استفاده دارد. بطور وضوح مشخص است سیستمی كه دارای ضریب اطمینان بالایی نسبت به دیگری باشد هزینه اپتیمال آن بیشتر است.

در این مقاله به عناوین برنامه ریزی پخش بار در شبكه های توزیع، Brown out یا قطع تناوبی و برنامهریزی شده فیدرهای ۲۰ كیلوولت، كاهش دیماند در مواقع پیك بار و همچنین بررسی حوادث در شبكه های توزیع و نظریات اصلاحی در هر مورد خاص اشاره شده است.

۱ـ توسعه شبكه های توزیع:

مفهوم توزیع با یك مشترك و یك بار شروع میشود. بار معمولاً به پیك دیماند با در نظر گرفتن عدم همزمانی اطلاق میشود. مجموعه بارها و مشتركین گروههای بار را تشكیل و نیاز به شبكه توزیع را ایجاب میكند. شبكه های توزیع باید طوری طراحی شوند كه علاوه بر تامین نیازهای فعلی در تامین درخواستهای مشتركان در آینده نیز بتوانند كارایی لازم را داشته باشند. كه از جمله میتوان به موارد زیر اشاره كرد:

الف: توسعه شبكه ۲۰ كیلوولت باید آن چنان باشد كه موقیعت ایجاد شبكه فشار ضعیف را فراهم كند لذا این شبكه باید برای ایجاد یك شبكه فشار ضعیف بهم پیوسته كه در سالهای آینده ایجاد خواهد شد امكاناتی رافراهم كند.

ب : زونهای شبكه ۲۰ كیلوولت باید تعیینكننده اتصالاتی باشند كه پیوستگی كاملی با شبكه فشار ضعیف بوجود آورند و بتوانند بطور طبیعی در مرزهای مشخص شده موثر بوده و شبكه فشار ضعیف را در داخل خود قرار دهند. مثلاً كابلهای ۲۰ كیلوولت طوری نباشند كه بعلت عوامل طبیعی مانند رودخانه ها، سیلابها و جادهها و غیره نتوانیم برای ایجاد شبكه فشار ضعیف بهم پیوسته از آن استفاده كنیم.

پ: یك زون شبكه ۲۰ كیلوولت نه تنها در شرایط بهره برداری نرمال بوسیله گروهی از فیدرهای ۲۰ كیلوولتی كه همه آنها از یك ایستگاه اصلی فوق توزیع منشعب شده اند تغذیه میشوند بلكه این گروه بوسیله فیدرها با ایستگاههای اصلی فوق توزیع دیگر نیز باید اتصال داشته باشند. طوریكه اگر در شرایط استثنایی عیب و نقصی در سیستم مشاهده شد بتوان از طریق دیگر شبكه را تغذیه كرد.

ت : یك گروه از فیدرهای ۲۰ كیلوولت باید به طریقی تشكیل یك رینگ را بدهند در صورتیكه حادثهای و یا اتصالی روی یك فیدر از گروه اتفاق افتاد، گروههای باقیمانده، به تنهایی تحمل بار فیدر حادثه دیده را داشته باشند بدون اینكه از بار مجاز تعیین شده فیدرهای هوایی و كابلها تجاوز كنند.

ث: هنگام برنامه ریزی و طرح یك شبكه ۲۰ كیلوولت، باید مطمئن بود كه فیدرهائی كه داخل رینگ میشوند ناتوان و ضعیف نباشند و بتوانند سهم عمده ای از بار را چه در شرایط نرمال و چه در شرایطی كه یكی از آنها از مدار خارج و یا وارد شود، انتقال دهند. یعنی بطور عملی تغذیه ایستگاههای توزیع تنها از طریق یك فیدر هوایی یا كابل نباشد و ایستگاهها با سایر نقاط شبكه ارتباط داشته باشند.

د: قانون ارتباط بین ایستگاه های ترانسفورماتور ممكن است در بعضی مواقع استثنا هم داشته باشد و آن محلهایی است كه وقتی بطور عملی یك ایستگاه شبكه توزیع از مدار خارج شود میتوان از طریق شبكه فشار ضعیف بهم پیوسته به شرطی كه بار آن معادل بار پست از مدار خارج شده باشد تامین كرد.

ذ: در مورد ایستگاههای اختصاصی تغذیه این چنین ایستگاهها به نحوی باشد كه از طریق شبكه ۲۰ كیلوولت بصورت رینگ انجام گیرد. همچنین با شبكه فشار ضعیف بهم پیوسته نیز ارتباط داشته باشد تا در مواقعی كه از طرف شبكه ۲۰ كیلوولت این ایستگاه از مدار خارج شود بار آن را بتوان از طریق شبكه فشار ضعیف عمومی تامین كرد.

۲- ملاحظات بهرهبرداری:

هر چند در طرح شبكه های توزیع نیازهای مصرف كنندگان مد نظر قرار میگیرد ولی هنوز این شبكه ها طرح تكمیلی بخود نگرفته و مشخصه های اضافی دیگری نیز مطرح هستند. در اصل این احتیاجات اضافی از تغییر وضع اقتصاد ملی و وضعیت انرژی ناشی میشوند.

موضوع مشخصه های بهره برداری در تاسیس، نصب و طبقه بندی شبكه جهت ارایه آسان یك سرویس (ارایه خدمات برقی) با كیفیت بهتر خلاصه میشود. البته با در نظر گرفتن راندمان بالاتر شبكه توزیع و یك ملاحظه اقتصادی برای سیستم الكتریكی از محل تولید تا محل مصرف، موضوع بهره برداری را شاید بتوان به چهار قسمت زیر طبقه بندی كرد:

۱ـ كیفیت ارایه سرویس

۲ـ برنامه ریزی پخش بار

۳ـ كنترل برنامه تولید

۴ـ كنترل و سیاست مصرف بهینه

عوامل بالا قدری بهم پیوسته بوده و همه آنها لازمه سیستم توزیع هستند.

۱-۲- كیفیت ارایه سرویس: كه بر اساس عوامل زیر سنجیده میشود:

الف ـ مجزا كردن خطاها و برگردانیدن سرویس به حالت بدون خطا در شبكه توزیع.

ب ـ تقسیم بارها ما بین فازها یا مدارها جهت جلوگیری از اضافه بار و بهبود بخشیدن

وضعیت ولتاژ:

پ ـ به مدار آوردن و یا خارج كردن خازنهای نصب شده در ایستگاهها به منظور بهبود ضریب قدرت و كاهش میزان جریان عبوری از خطوط كه نهایتاً موجب بهبود ولتاژ میشوند.

ت ـ مجهز كردن سیستمهای توزیع كه شامل ایستگاهها نیز میشود با مدارها و كلیدهای پیشرفته برای بیبرق كردن آنها جهت مقاصد نگهداری و مانور.

۲-۲- برنامه ریزی پخش بار: احتیاج به برنامهریزی پخش بار از دو عامل عمومی و غالباً پیشبینی نشده زیر ناشی میشود:

الف ـ فقدان منبع تولید به میزان كافی

ب ـ فقدان توانایی سیستم انتقال، فوق توزیع و توزیع

دو عامل ذكر شده ممكن است ناشی از:

ـ رشد بار سریعتر از ایجاد امكانات جدید است.

ـ مصارف یا تقاضاهای غیرعادی بزرگ و پیشبینی نشده كه در اثر تغییرات نامعمول بدون دلیل و یا در اثر برخی تغییرات بخصوص بوجود می آیند و موجب تلفات مهمی در شبكه تغذیه كننده مشتركین میشود.

ـ خطا یا اضافه بار در برخی المان های تشكیل دهنده سیستم تغذیه مثلاً خطای خط، خطای ترانسفورماتور پست و غیره برای یك دوره تناوب طولانی.

در این زمینه پخش بار دلالت بر كاهش بار در باسپست، ترانسفورماتور پست یا فیدر ورودی پست دارد.

دیسپاچینگ های توزیع با استفاده از دو پارامتر كاهش ولتاژ و (Brown out) یا عدم وصل تناوبی فیدرها برای پریودهای نسبتاً كوتاه زمان در یك برنامه ریزی از قبل تعیین شده میتوانند سیاست پخش بار را در شبكه های توزیع اعمال كنند.

۱-۲-۲- كاهش ولتاژ: كاهش ولتاژ ممكن است در اثر تغییر روی تنظیم كننده های ولتاژ در روی باس بار ایستگاه اتفاق بیفتد. ولتاژ را ممكن است طی مراحلی كه متناسب بامیزان بار مورد نیازی كه قبلاً برنامه ریزی شده است بتوان كاهش داد. در مدارهایی كه بارهای مربوط به آن اهمی بوده (بارهای روشنایی) یا ضریب قدرت برابر با واحد باشد یك درصد افت ولتاژ اغلب معادل یك درصد افت بار است.

كاهش ولتاژ به مقدار بیش از ۸ درصد موجب كاهش بهره نوری لامپ های رشته ای شده و جریان الكترونی در داخل لوله فلورسنت به مقدار كمی میرسد. معمولاً بارهای راكتیو در ولتاژهای پایینی با كشیدن جریان بیشتر به صورت رضایتبخش به كارشان ادامه میدهند. اگر چه این افزایش جریان ممكن است سبب داغ شدن، تلفات گشتاور و سایر حالات نامطلوب شود.در مناطقی كه فیدرهای ۲۰ كیلوولت خروجی از دو یاچند ایستگاه فوق توزیع بصورت بهم پیوسته ورینگ یك شبكه فشار ضعیف را تغذیه میكنند باید در پایین نگهداشتن ولتاژ فیدرهای تغذیه كننده اولیه نهایت دقت را بعمل آورد. بهره برداری از تنظیم كننده ها باید هماهنگ شده باشد تا اینكه ولتاژ هر یك از فیدرها عملاً همزمان پایین نگه داشته شده در غیر اینصورت با پایین بودن ولتاژ تنها در فیدرهای خروجی از یك پست فوق توزیع باعث عملكرد حفاظت كننده های شبكه و باز شدن فیدرها خواهد شد. همچنین افزایش ناگهانی بار در فیدر یا فیدرهاییكه ولتاژ آنها كاهش نیافته ممكن است موجب نوسان (hunting) و تداخل مابین حفاظت كننده های فیدرهای مختلف شده و احیاناً موجب تریپ فیدرها در اثر اضافه بار ناشی از تاثیر پیدر پی (cascading Effect) شود كه این موضوع از مدار خارج شدن (shot down) شبكه ۲۰ كیلوولت را به همراه خواهد داشت.در بعضی موارد ممكن است بمنظور جلوگیری از تریپ كردن فیدرها، در اثر اضافه بارهای موقت. رله اضافه جریان دیژنكتور فیدرها قفل شده تا اینكه تمامی تنظیم كننده ها در یك سطح ولتاژ پایین تنظیم و ثابت شوند. چنانچه عمل كاهش ولتاژ یك حالت نسبی و تكراری داشته باشد تنظیم رله های محافظت كننده فیدرها در یك حوزهای معین غیرحساس شده و در نتیجه از پیشآمدن حالت نوسانی و از مدار خارج شدن پشت سرهم فیدرها بطور موثری ممانعت میشود.

۲-۲-۲- Brown out: روشی است كه در آن هر یك از فیدرها را برای یك تناوب زمانی نسبتاً كوتاه از قبل تعیین شده، معمولاً هر كدام در یك زمان مشخص، به منظور كاهش مقدار بار ترانسفورماتورهای ایستگاه فوق توزیع از مدار خارج میكنند. بارهای مهم و بحرانی (critical Loads) از قبیل بیمارستان ها و مراكز نظامی اغلب توسط دو فیدر با امكان تعویض دو طرفه بصورت دستی یا اتوماتیك تغذیه میشوند. در محلهایی كه چنین طبقه بندی وجود نداشته باشد ممكن است ضروری باشد كه قسمتی از بار یك فیدر را به بارهای مهم تقسیم كنیم و بدین ترتیب در مواقعی كه فیدر مربوط بیبرق میشود بارهای مربوطه را به یك فیدر برقدار وصل كنیم. در صورتیكه در یك فیدر بارهای بحرانی بیشتری وجود داشته باشد آن فیدر ممكن است كلاً از Brown out معاف شود.

---