بررسی قابلیت اطمینان در شبکه برق

بررسی قابلیت اطمینان در شبکه برق:  

قابلیت اطمینان در شبکه قدرت (Power Network Reliability) در واقع یعنی سیستم باید طوری طراحی شود که برای ارائه انرژی قابل اعتماد و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد. تاکنون نیاز قابلیت اطمینان به طور خلاصه در مبحث حفاظت شبکه قدرت مورد بحث قرار گرفت. قابلیت اطمینان به عوامل زیر بستگی دارد :
طراحی

تنظیمات

نصب

آزمایش

نگهداری

عملکردِ سیستم حفاظتی

طراحی سیستم حفاظتی شبکه قدرت

طراحیِ یک طرح حفاظت اهمیت بسیار زیادی دارد. منظور از این کار اطمینان ازعملکرد سیستم تحت شرایط مورد نیاز و اجتناب از عملکرد در زمانی  که این امر ضروری نیست می باشد. این شامل زمانی هم می شود که خطایی خارج از منطقه حفاظت شده رخ دهد و مهار خطا الزامی باشد. لازم است به ماهیت ، فرکانس و طول خطای احتمالی و تمامی پارامترهای مربوط به سیستم قدرت و نوع تجهیزات حفاظتی توجه شود. البته ، طراحی تجهیزات حفاظتی مورد استفاده در این طرح به همان اندازه مهم است. در این مرحله هیچ حفاظتی نمی تواند استفاده از تجهیزات حفاظتی که بد طراحی شده اند را جبران کند.

تنظیمات سیستم حفاظتی شبکه قدرت

باید مطمئن شویم که رله های حفاظتی و سیستم هایی که پارامترهای اولیه را مورد استفاده قرار می دهند ( از جمله خطا و بار و عملکرد مورد نیاز ، و غیره ) دارای تنظیمات درست هستند.  ویژگی های سیستم های قدرت به علت تغییرات در بار، محل ، نوع و مقدار تولید و غیره با گذشت زمان تغییر می کنند. بنابراین ، ممکن است لازم باشد تنظیم مقادیر رله در فواصل زمانی مناسب بررسی شود تا از مناسب بودن آن اطمینان حاصل شود. در غیر این صورت ، ممکن است عملیات ناخواسته صورت پذیرد و یا در زمان مورد نیاز، سیستم عملکرد درستی نداشته باشد یا اصلا عمل نکند.

نصب و راه اندازی سیستم حفاظتی شبکه قدرت

سیستم های حفاظتی باید به طور صحیحی  نصب شوند. پیچیدگی ارتباطات بسیاری از سیستم ها و ارتباط آن ها با بقیه قسمت های سیستم ممکن است باعث دشوار شدن  بررسی نصب سیستم شود.  بنابراین لازم است سیستم در محل نصب بررسی شود. از آنجایی که ایجاد شرایط خطا به درستی دشوار خواهد بود ، این آزمایشات باید نسبت به اثبات نصبشان ، راه اندازی شوند. در مرحله نصب ، بررسی ها باید صحت اتصالات ، تنظیمات رله ، و نبود آسیب در تجهیزات را اثبات کنند.

آزمایش سیستم حفاظتی شبکه قدرت

آزمایش باید تمام جنبه های طرح حفاظت و بازتولید شرایط عملیاتی و زیست محیطی را پوشش دهد. تست تجهیزات حفاظتی و استانداردهای به رسمیت شناخته شده درمرحله طراحی و تولید انجام می شود و بسیاری از این الزامات را برآورده می کند ، اما هنوز ، تست طرح حفاظت کامل  ( رله ها ، ترانسفورماتورهای جریان و سایر آیتم های جانبی ) لازم خواهد بود. این آزمون ها باید شرایط خطا را واقع  بینانه شبیه سازی کنند.

نگهداری سیستم حفاظتی شبکه قدرت

 

پس از نصب، تجهیزات شروع به خراب شدن خواهند کرد و ممکن است این مسئله در نهایت با عملکرد صحیح  تداخل پیدا کند.  
به عنوان مثال : ممکن است کنتاکت ها به دلیل عملیات مکرر هرز شوند  یا  بسوزند ، یا به دلیل آلودگی هوا مخدوش شوند ، کویل ها و مدارهای دیگر به  مدار باز تبدیل شوند ، قطعات الکترونیکی و دستگاه های کمکی بشکنند و قطعات مکانیکی خراب شوند.
ممکن است زمان بین عملیات رله ها مدت ها طول بکشد. در این مدت ، ممکن است بدون اینکه کسی بفهمد نقصی بروز کند و عدم عملکرد سیستم حفاظتی در پاسخ به خطا بروز دهد. به همین دلیل ، رله ها باید به طور متناوب آزمایش شوند تا عملکرد صحیح آنها بررسی شود.
تست ها ترجیحا باید بدون ایجاد اختلال در اتصالات دائم انجام شوند. می توان به کمک بلوک های آزمایشی و یا سوئیچ به این هدف دست یافت.
پرسنل آزمایش کننده هنگام ارزیابیِ قابلیتِ اطمینان و بررسیِ وسیله ای برای بهبودی باید دارای صلاحیت باشند. کارکنان برای پیشروی در یک روش سیستماتیک و به منظور دستیابی به پذیرش نهایی ، باید از لحاظ فنی دارای صلاحیت بوده ، به اندازه کافی آموزش دیده باشند و نظم داشته باشند. مدارهای مهم که آسیب پذیر هستند را می توان با نظارت مداوم برق کنترل کرد ، این کار معمولا به مدار شکن ، مدار تریپ و مدار خودکار مربوط می شوند. معمولا رله های دیجیتال و مدرن ، خود دارای امکانات تست و تشخیص هستند که به تشخیص شکست کمک می کند.  با این نوع رله ، ممکن است بتوانیم به صورت خودکار از طریق  لینک های ارتباطی به یک مرکز عملیات از راه دور شکست ها را گزارش دهیم ، تا اقدامات مناسب برای اطمینان از ادامه عملیات ایمنِ سیستمِ قدرتی که برای تحقیق و تصحیح خطاها ساخته شده است صورت گیرد.

عملکردِ سیستم حفاظتی شبکه قدرت

عملکردِ سیستم حفاظتی اغلب به صورت آماری ارزیابی می شود.  بدین منظور هر یک از خطاهای سیستم به عنوان یک حادثه طبقه بندی می شود و تنها آن هایی  که توسط دام مدارشکن درست برطرف می شوند ، طبقه بندی می شوند. سپس درصد پاکسازی صحیح را می توان مشخص کرد.
این اصل از ارزیابی ، به ارزیابی دقیق سیستم حفاظتی کمک می کند. از بسیاری از رله ها برای تشخیص خطای سیستم استفاده می شود ، و همه باید برای ثبت عمکرد صحیح درست عمل کنند.
بعید است بتوانیم قابلیت اطمینان کامل را با پیشرفت های بیشتر در ساخت و ساز به دست آوریم.  اگر سطح قابلیت اطمینان به دست آمده توسط یک دستگاه ، قابل قبول نباشد، می توان از طریق افزایش سیستم حفاظتی آن را بهبود بخشید.  در این جا دو سیستم حفاظتی کامل و مستقل ارائه شده است ، هر یک به نحوی تنظیم شده اند  که هر کدام به خودی خود قادر به انجام عملکرد مورد نیاز هستند. اگر احتمال شکست هر یک از تجهیزات x واحد باشد ، احتمال شکست هر دو این تجهیزات به طور همزمان ، در نتیجه ی افزونگی  2x  خواهد بود.  زمانی که x کوچک است خطرِ حاصل 2x قابل چشم پوشی است.
زمانی که سیستم های حفاظت چندگانه استفاده می شوند ، سیگنال خطا را می توان از راه های مختلفی به دست آورد.  دو روش رایج عبارتند از: همه سیستم های حفاظت باید عمل  کنند تا یک خطا مهار شود. فقط لازم است یک سیستم حفاظت عمل کند تا عملیات حفاظت به طور کامل رخ دهد.

منابع و پیوندها

گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Alstom Grid, Network Protection & Automation Guide, Alstom Grid, 2011

قابلیت اطمینان در شبکه قدرت از دید powernetwork.blogfa.com

یکی از مهمترین مسئولیتهای بهره‌برداری سیستم قدرت فراهم آوردن امکان عملکرد قابل سیستم قدرت است. در طراحی و ساخت تجهیزات سیستم قدرت و خطوط انتقال و توزیع زیادی ره این تجهیزات سیستم قدرت و خطوط انتقال و توزیع زیادی به این عوامل معطوف می‌شود.

تجهیزات تولید و پست با دقت طراحی می‌شوند تا سالها با اطمینان کار کنند و در طراحی نکاتی در نظر گرفته شده است تا اضافه ولتاژهای گذاری ناشی از رعد و برق و امواج حاصل از قطع و وصل را تحمل نماید. تجهیزات را چنان طرح کرده‌اند که فشارهای مکانیکی و الکتریکی را که ممکن است در اثر جریانهای شدید اتصال کوتاه ناشی شوند تحمل کنند... ادامه

قابلیت اطمینان در شبکه قدرت از دید spectrum.ieee.org

 

Recent newsworthy wide-area electrical blackouts have raised many questions about the specifics of such events and the vulnerability of interconnected power systems when operated outside of their intended design limits.

Exchange of information stemming from worldwide blackout findings, restorative efforts, and innovations in technology shed new light on the current conditions, procedures, regulations, and design of power systems. Examination of the root causes, the resulting effects on neighboring systems, and implementation of proven solutions to help prevent propagation of such large-scale events should help us design reliable power delivery infrastructures for today and in the future. Armed with this detailed and fresh prospective, power industry professionals can consider the costly lessons of the past, maintain a library of historical lessons about "What and why it happened?" for generations to come, and act as catalysts to help design or revise power systems to a heightened reliability... more

قابلیت اطمینان در شبکه قدرت از دید abb.com

As technology advances, we have become increasingly reliant on secure electricity supplies to carry out our daily tasks. Without them, the lights go out, trains stop running and computers shut down. The knock-on effects are not only inconvenient, they are costly and, in some cases, life threatening.With demand for electricity rising year on year and concern for the environment bringing more renewable energy sources online, transmission system operators are under increasing pressure to enhance the flexibility of their grids to improve capacity and accommodate the demands of deregulated power markets.
ABB's expertise in power transmission systems and electrical optimization, grid reliability and blackout prevention offers sustainable solutions to the challenges of today, and tomorrow... more 

انواع بوشینگ ترانس های قدرت

انواع بوشینگ ترانس های قدرت:  

اصولا بوشینگها به صورت های مختلف ساخته می شود، نوع اول بسیار قدیمی وبصورت خمره ای ساخته می شد  بدین صورت که مقره ای بزرگ وتوخالی  که درعرض بزرگ بوده، سیم  یا لید خروجی از سیم پیچ ها پس از عبور  از بام ترانس وبه کمک یک آداپتور فلزی  که مقره خمره ای روی آن نصب می گردد . از درون این مقره عبور نموده وازنوک آن خارج می شود در بالای مقره  به وسیله پیچ واتصالات مسی  روی لید استفاده شده واز یک حوزینگ مسی واورینگ ،چفت وبست گردیده بطوریکه  روغن ترانسفورماتور  وروغن داخل مقره با هم در ارتباط می باشند این نوع بوشینگ ها از رده خارج بوده  ودیگر تولید نمی شود وفاقد تست خازنی بوده اند 

نوع دیگر بوشینگها ازنوع لید خشک می باشد در این حالت  لید یا مفتول مسی یا آلو مینیمی در داخل مقره بلند قرار داشته واز دوسر آن خارج شده است  در قسمت فوقانی دارای پیچ ومهره بوده  که برای اتصابل  به شبکه  ودر قسمت تحتانی که داخل ترانس قرار می گیرد نیز اتصالاتی  وجود دارد تا سر خروجی سیم پیچ ها به آن وصل گردد. لوله مسی یا آلومینیمی  داخل مقره عایق کاری شده  ومقره پر از روغن عایق میشود تکنولوژی ساخت این بوشینگ به گونه ای است که همیشه پر از روغن بوده وارتباطی باروغن ترانسفورماتور ندارد

نوع بعدی از بوشینگها مانند بوشینگ قبلی است با این تفاوت که در این بوشینگ از لوله آلومینیمی استفاده شده است . این لوله که حدود سه اینچ قطر دارد به اندازه طول مقره مقداری یبیشتر می باشد که ابتدا با مواد اسیدی شسته و سپس سیقل داده  و از دوسر رزوه دار میشود . برای عایق بندی  روی دستگاه قرار داده  وروی آن کاغذ عایقی پیچانده میشود  این کاغذ که از نوع مخصوص وبا کیفیت عایقی بالا می باشد دارای یک لایه نازک آلومینیم است. تعداد دور عایق قبلا محاسبه شده وبا حالت تخم مرغی در طول بوشینگ شکل داده میشود . پس از عایق بندی به این قسمت   اکتیو پارت  می گویند وبرای رطوبت زدایی آن را در کوره تحت وکیوم قرار میدهند تا اکتیو پارت کاملا خشک گردد.با توجه به اینکه کاغذ عایقی دارای یک لایه آلومینیمی نازک می باشد  بوزیکه پس از عایق پیچی لوله آلومینیم عایق پیچی شده دارای یک ظرفیت خازنی ناشی از لایه های آلومینیومی  نازک خواهد شد  این عمل پیچاندن کاغذ عایق دارای محاسبات مربوط به خودکه ازحوصله این بحث خارج می باشد

اکتیو پارت را داخل یک مقره که از پیش ساخته شده قرار می دهند  و به کمک متعلقات از دو طرف مقره پیچ نموده تا هیچ گون راه نفوذی نداشته باشد سپس آن را  وکیوم نموده تا هوای موجود درآن تخلیه گردد  بعد عمل تزریق روغن را انجام داده ومقداری گاز نیتروژن جهت عدم  ارتباط روغن با هوا در سطح فوقانی روغن نیز فرار میدهند البته نشان دهنده  میزان روغن نیز در قسمت بالای بوشینگ نصب میگردد

چون این بوشینگها دارای لوله آلو

مینیمی تو خالی هستند در هنگام نصب روی ترانسفورماتور سر خروجی سیم پیچ را از داخل آن عبور می دهند ودر قسمت بالای آن به کمک اتصالت محکم میشود طول لید را تقریبا برابر لوله آلومینیمی در نظر می گیرند تا پس از عبور از لوله و متصل به نوک بوشینگ حالت شل بودن نداشته باشد  زیرا در هنگاه اتصال کوتاه بر اثر تکان شدید این امکان وجود دارد که لید بریده شود

مقدمات ارائه شده در رابطه با ساختار بوشینگها به منظور آشنایی با قسمتهای اصلی داخل بوشینگ واهمیت آنها بوده است زیرا عدم اطلاع از اکتیوپارت بوشینگ در هنگام بهره برداری ودر صورت بروز اشکال داخلی احتمال حادثه جبران ناپذیر وجو ودارد چه بسا تاکنون حوادث زیادی روی بوشینگها به دلایل مختلف صورت گرفته که ناشی از طراحی اولیه،بهره برداری وتعمیرات یا حمل ونقل نامناسب بوده است .

متاسفانه اکثر حوادث بوشینگها منجر به انفجار شده است که در بعضی مواقع توام با آتش سوزی ترانسفور ماتور نیز بوده وخسارت زیادی  به دنبال  داشته است  البته به این موضوع باید توجه نمود که مهمترین ، گرانترین واصلی ترین تجهیز ایستگاههای برق ترانسفورماتور آن می باشد وخروج آن از مدارمساوی باخاموشی  به مشترکین واین موضوع زمانی که ایستگاه فقط یک ترانسفورماتور داشته باشد یا اینکه ترانسفورماتورهای مجاور آن نیز پر بار باشند مدتها خاموشی را به در پی خواهد داشت .

چنانچه در قسمتهای بالا گفته شد کاغذ عایقی که دور لوله آلمینیمی پیچیده می شود دارای یک لایه نازک ازجنس آلومینیم است و این کاغذعایق  با لایه های  آلومینیمی طرفین خود یک خازن را تشکیل می دهند  که چنانچه هر دولایه را یک خازن بنامیم در مجموع تعدادی خازن سری بدست خواهند آمد که اگر اولین سرخازن خود لوله وآخرین دور کاغذ عایقی را سر دوم خازن در نظربگیریم یک خازن با ظر فیت با مشخص بدست می آید

برای دسترسی به ظرفیت خازن فوق  در هنگام ساخت بوشینگ یک قطعه فلزی کوچک رسانا که حالت فلکسیبل  نیز داشته است به آخرین لایه ورقه آلومینیمی جوش داده  و ان را از طرق یک سوراخ متصل به فلنج به بیرون بوشینگ هدایت می نمایندکه به ان نقطه تپ تست می گویند  و در آن نقطه می توانند ظرفیت خازنی یوشینگ را اندازه گیری کنند البته پس از پر شدن بوشینگ از روغن و آغشته شدن کاغذعایقی به روغن عایق ،خاصیت عایقی بالاتر رفته ودر محل تپ تست آزمایش تانژانت دلتا نیز صورت میگیرد.

پس ازبهره برداری از ترانسفور ماتور  واستفاده آن درشبکه ، معمولا آزمایشات دوره ای  روی آنها صورت می گیرد و معمولا ظزفیت خازنی بوشینگها ومقدارتانژانت دلتا هر بوشینگ اندازه گیری وبا سوابق کارخانه ای آن مقایسه می گردد چنانچه تفاوت وتغییرات محسوسی مشاهده شود بوشینگ تحت نظارت بیشتری قرار خواهد گرفت وزمان تست مجدد آن کوتاهتر خواهد شد.

همانطوریکه گفته شد محفظه بوشینگ پر از روغن  عایق است واگر به هر دلیلی  درون بوشینگ اشکالی بوجود آید مثلا تخلیه جزئی صورت گیرد  مطمئنا به تدریج تولید گازخواهدشد ودرقسمتهای پایین یا بالای بوشینگ در محل اتصال مقره به فلنج به دلیل فشار پشت روغن  نشتی ایجاد خواهد شد وروغن از محفظه بوشینگ به بیرون خواهد ریخت وباعث کاهش سطح روغن آن خواهد شد . به منظور حصول اطمینان از وضعیت داخل بوشینگ باید تست تانژانت دلتا وظر فیت عایقی  خصوصا روی بوشینگ معیوب انجام شود

در یکی ازشرکتهای برق  بوشینگ فشارقوی ۲۳۰کیلولت مربوط به یکی از ترانسفورماتورهای مهم نشتی روغن پیدا می کند بطوریکه بوشینگ با کمبود روغن مواجه میگردد ، تکنسین های تعمیرات بوسیله چسب نشتی روغن را گرفته ودر چندین مرحله از خروج روغن ممانعت می کنند واز طرف دیگر کمبود روغن را با تزریق روغن عایق جبران می کنند غافل از اینکه اشکال اساسی چیزی دیگری است تا یکروزدرشرایط بارداری ترانسفورماتور، بوشینگ معیوب منفجر شده وعلیرغم عملکرد صحیح سیستم های حفاظتی ترانس دچار آتشسوزی شده وخسارت زیادی به سایر متعلقات ترانس وارد آمد

در یکی ازکشورهای خارجی شرکتی خصوصی به نامbonanza دارای یک شبکه خصوصی انتقال وتوزیع بوده است وتعدادی از روستاها ومحله های اطراف خود را تامین می کند  بوشینگ های مربوط به ترانسفورماتورهای فشار قوی در پستهای برق این شرکت با سطح ولتاژ۲۳۰و۱۳۲و۶۶و۱۹کیلولت  به تناوب دچار مشکل میشوند وعلاوه بر ایجاد خاموشی، خسارت ببار آورده وکارمندان تعمیرات را به زحمت می اندازند پس از بررسی ها و دریافت نقطه نظرات کارشناسان به این نتیجه میرسند که باید ازیک سیستم مانیتورینگ استفاده کنند on line moitoring(omi) تا بدینوسیله همیشه وضعیت داخی بوشینگها را تحت کنترل خود درآورند وقبل از هرگونه حادثه پیش بینی لازم را بعمل آورند  .

کلیه بوشینگها ی نصب شده روی ترانسفورماتورها  را از طریق  نقطه تپ تست  به کمک یک  softwareپردازش می نمایند مقدار ظرفیت خازنی،تانژانت دلتا وولتاژبرای هر بوشینگ تعریف شده وبا اندازه گیری لحظه ای ومقایسه آنها با مقدیر ثابت ،وضعیت داخلی بوشینگها تحت کنترل قرار می گیرد. این نرم افزار می تواند آلارم وحتی فرمان تریپ نیز صادر نماید وترانسفورماتور را از خطر انفجار بوشینگ نجات دهد. .