متلب سایت MatlabSite.com

Transcript

1 11-F-PSS-1780 بررسي عدم تعادل جريان درخطوط كوتاه شبكه برق منطقه اي اصفهان چكيده سعيد حاجي آقاجاني رضاپورآقابابا عليرضامنصوري شركت برق منطقه اي اصفهان اصفهان- ايران شركت برق منطقه اي اصفهان شركت برق منطقه اي اصفهان اصفهان- ايران اصفهان- ايران واژههاي كليدي: خطوط كوتاه عدم تعادل جريان تله موج linetrap,current unbalance, shortlines با تاسيس نيروگاههاي خصوصي در مجاورت پستهاي انتقال و لزوم اتصال شعاعي اين نيروگاهها به شبكه برق ناگذير اين نيروگاهها توسط خطوط كوتاه به شبكه انتقال متصل ميگردند. اما خطوط انتقال كوتاه داراي تاثيراتي متفاوت از خطوط انتقال بلند است كه اتفاقا" بعلت كوتاهي خط توسط طراحي رايج درنظرگرفته نمي شود و نتايج منفي آن پس از احداث ودر عمل ظاهر ميگردد. در اين مقاله ضمن بررسي پديده هاي ناشي از خطوط كوتاه خطوط كوتاه بين نيروگاه جنوب اصفهان و پست چهلستون به عنوان يك نمونه مورد بررسي قرار گرفته وشبيه سازي شده است. اتصال نيروگاه جنوب با يك خط دومداره كوتاه صورت گرفته كه مشاهده ميزان جريان هريك از فازها حاكي از نامتعادلي بالاي مقدمه عدم تعادل بار در خطوط كوتاه در شبكه هاي برق باعث افزايش تلفات خطوط اختلاف در فلش خطوط وايجاد ميدانهاي مغناطيسي نامتقارن ميگردد. در شبكه برق منطقه اي اصفهان خطوط كوتاه متعددي وجود دارد از جمله اين خطوط خطوط ارتباطي بين نيروگاه جنوب اصفهان با پست چهلستون مي باشد. اين خطوط داراي ولتاژ 400KV و طول تقريبي يك كيلومتر و بصورت باندل سه تايي در هر فاز ميباشد در يكي از خطوط در فازهاي C,B لاين تراپ نصب وبرروي خط ديگر لاين تراپي نصب نميباشد.خطوط بر روي يك دكل و با دو عدد سيم گارد نصب شده است. در اين مقاله ضمن بررسي اثرات خطوط كوتاه موارد شبيه سازي عوامل موثر شناسايي و راهكارهايي جهت بهبود سيستم اراي ه شده است. جريان در فازهاي اين خطوط مي باشد. همچنين وجود لاين تراپ و تا ثير آن در ايجاد نامتعادلي دراين مقاله بررسي شده است. در اين گزارش موارد با نرم افزار digsilent شبيه سازي گرديد. عوامل موثر بر جريان نامتعادلي درخطوط كوتاه 1 )عدم تقارن ذاتي خطوط ترانسپز نشده 2) نصب لاين تراپ 3 )جمع آثار اجزاء متقارن جريان در خطوط با بارگيري كم 1

2 4 )كوپل الكترومغناطيس ميان خطوط دكلهاي دومداره درمنابع علمي ذكر شده كه مطالعات خاصي در مورد عدم تعادل بار در خطوط كوتاه انتشار داده نشده است. [1-8] 1 )بررسي جريان نامتعادلي ناشي از عدم تقارن ذاتي خطوط ترانسپز نشده مطابق با محاسبات ماكزيموم عدم تقارن ذاتي زماني رخ ميدهد كه خط دومداره باندل موازي با ترتيب عمودي دا شته باشيم,دونوع عدم تقارن جريان در خطوط دومداره توسط HESSE فرموله شده است:.[8] 1 )نامتعادلي سرتاسري 2 )نامتعادلي چرخشي نوع فيزينگ خط برهريك از اين جريانها تا ثير دارد.در شكلهاي 2 الي 5 تا ثير فيزينگ و طول خط براين دوجريان توسط نمودار بيان شده است. شكل. 1.ترتيب هاي فازي معمول شكل. 3.برايند جريان توالي صفرمولفه جريان سرتاسري نسبت به طول خط شكل. 4.مولفه منفي جريان چرخشي نسبت به طول خط شكل. 5.مولفه صفر جريان چرخشي نسبت به طول خط شكل. 2. برايند كلي جريان توالي منفي نسبت به طول خط استفاده از ترتيب (abc-abc)sb نامتعادلي سرتاسري را زياد مي كند درحاليكه جريان چرخشي صفر ميگردد. روش (abc-cba) LR نامتعادلي سرتاسري را كاهش وهمچنين جريان چرخشي را صفر ميكند.نوع (abc-acb) هردوجريان نامتعادلي سرتاسري و چرخشي را افزايش ميدهد. 2

3 2 )نامتعادلي جريان بعلت نصب لاين تراپ نوع (abc-bca) جريان نامتعادلي سرتاسري را كم كرده مطالعات نامتعادلي باخطوط كوتاه نيازبه درنظرگرفتن لاين [ 8]-[13 ]بحث وجريان گردشي را افزايش ميدهد.مراجع تراپ ها به عنوان منبعي براي توليد جريان نامتعادلي دارد.اتصال دوعدد LT به يك فاز خط انتقال معادل است با افزودن امپدانس ZA به فاز.افت ولتاژ روي امپدانس ZA باعث عدم تقارن درولتاژ و جريان انتقال ميگردد. دقيقتري از اثرات ترتيب فازها برروي جريان نامتقارني اراي ه ميكند. مطابق با نمودارهاي 3 و 4 جريان نامتعادل سرتاسري باطول خط بستگي دارد ولي جريان نامتعادلي چرخشي به طول خط وابسته نيست.[ 13 ] باتوجه به مطالب فوق مي توان استنتاج كرد كه بهترين روش فيزينگ براي خطوط انتقال دومداره كوتاه ابتدا روش LRوسپس روش SB ميباشد. در مورد خطوط نيروگاه جنوب-پست چهلستون ترتيب فازي بكاررفته SB ميباشد شبيه سازي زير نشان ميدهد در صورتيكه لاين تراپ درمدار نباشد توالي فازي موجود تا ثير چنداني بر عدم تعادل جريان ندارد. شكل 7. شماي اتصال امپدانسهاي توالي با درنظر گرفتن امپدانس ZA محاسبات مربوط به نصب لاين تراپ بطور مفصل درمرجع [13] آمده است.شبيه سازي خطوط انتقال نيرگاه جنوب پست چهلستون با اين فرض كه دو عدد لاين تراپ بر روي فازهاي B,C نصب شده باشند نتايج زير را خواهد داشت. همانطور كه مشاهده ميشود عدم تعادل جريان در فازها قابل توجه ميباشد. شكل. 6.آرايش abc-abcبدون لاين تراپ abc-abc 3 نتايج شاهد براين موضوع است كه جريان نامتعادلي سرتاسري در خطوط انتقال كوتاه با امپدانس سيستم محدود مي شوند اين نتيجه توضيح ميدهد كه چرا درژنراتورها وبارهاي شبكه جريان نامتعادلي در سطح ناچيزي است ازسوي ديگر امپدانس مدار معادل سيستم جريان نامتعادل چرخشي را حتي در خطوط خيلي كوتاه محدود نمي سازد. شكل 8 :آرايش با لاين تراپ

4 مدار فوق داراي ترتيب فازي abc-abc ميباشد كه مطابق با آنچه در عمل نصب گرديده دوعدد لاين تراپ با L=.2mh در هر طرف خط در نظر گرفته شده است همچنين كوپلاژ مغناطيسي بين خطوط در اين مدل براي خطوط با سه باندل و با جنس هادي curlewدر نظر گرفته شد. بمنظوربررسي اينكه آيا با تغيير ترتيب فازي خط نامتعادلي كاهش مي يابد يا خير تمامي آرايشهاي ممكن شبيه سازي گرديد نتايج حاكي از آن است كه تغيير آرايش در حاليكه لاين تراپها نصب ميباشند تا ثير چنداني ندارند.براي مثال به شكل زير توجه فرماييد: شكل 9 : آرايش abc-cba با لاين تراپ مطابق مطالعات ماكزيموم جريان نامتعادلي درخط با بارگيري سبك اتفاق مي افتد وقتي كه خط ديگر بارگيري سنگيني دارد. اثر كوپل الكترومغناطيس درتمامي شبيه سازي هاي فوق لحاظ گرديد.مطالعات مربوط به تا ثير كوپل الكترومغناطيس درخطوط كوتاه واقع بريك دكل در مرجع [1] بيان گرديد. 4) جمع آثار اجزاء متقارن جريان درخطوط بابارگيري سبك بعضي موارد جريان نامتعادلي بالا كه تاكنون برروي خطوط انتقال كوتاه مشاهده شده اند را مي توان دراثر جمع آثار جريانهاي توالي در خطوط بابارگيري سبك توضيح داد.جاري شدن جريان توالي مثيت در سيستم انتقال با پخش بار از ژنراتورها به سمت بار تعريف ميگردد.جريان توالي منفي معمولا" از خطوط انتقال ترانس پز نشده به سمت ژنراتورها وبارهاي بزرگ كه امپدانس توالي منفي كوچكي دارند جاري مي شود.جريان توالي صفر ازخطوط ترانسپزنشده به ترانسهاي /Y با نوترال زمين شده جاري ميشود.مسيرهاي متفاوت جريانهاي توالي جاري شده درسيستم انتقال دروضعيتي كه جريانهاي توالي منفي وصفر دربرابر جريان توالي مثبت درخط انتقال كم بارمقاديرقابل توجهي دارند.جمع آثار جريانهاي توالي روي خط بصورت جريانهاي قابل توجه نامتعادلي در فازها ظاهر ميگردد.اين پديده در شكل 10 مدل شده است.[ 1 ] در شبيه سازي فوق آرايش شبكه به LR تغيير داده شد اما همانطور كه مشاهده ميگردد تغيير ناچيزي در ميزان نامتعادلي جريانها پديد مي آيد. 4 3 )جريان نامتعادلي ناشي از كوپل الكترومغناطيس مابين خطوط برروي دكل دومداره جريان نامتعادلي بعلت كوپل مغناطيسي مابين خطوط بابارگيري سنگين در[ 14 ]مطالعه شد. شكل. 10.مدل سيستم براي مطالعه جريان نامتعادلي در اثر جمع آثار جريانهاي توالي در خط دوم

5 اين مدل سيستم شامل دوخط تك مداره كوتاه است كه مشكلات ناشي از عدم تعادل دروسط به يك بار متصل شده اند.اين دو خط در ابتدا به هدف از مطالعات بالا اين بود كه پديده نامتعادلي جريان باسبارهايي متصل شده اند كه بصورت تونن شبيه سازي شده درخطوط انتقال كوتاه را بفهميم.در مرحله بعد درمورد اينكه و جري ان اتصال كوتاه روي باسبار 40 kam است اين نامتعادلي چه مشكلاتي پديد مي آ ورد تحقيق مي (I3=I1=40KAm) بار بصورت يك امپدانس ثابت در نظر نماييم.قبلا" نشان داديم كه عمده جريان نامتعادلي در اثر گرفته شده.امپدانس توالي مثبت آن درشرايطي محاسبه شده كوپلاژالكترومغناطيس مابين خطوط وهمچنين جمع آثار است كه اگرولتاژ روي بارkv 165 باشد جريانهاي توالي فقط درخطوط بابار سبك امكان وقوع SLOAD=100MW+J33MVAR خواهد بود. بمنظور اينكه جريان نامتعادلي بالا را مدل كنيم بايد SLOAD راازطريق خط يك تامين نماييم بطوريكه جريان توان درخط دوم تقريبا" معادل صفر باشد, S1~SLOAD و S2~0.(شكل (11 براي اين منظور ولتاژ توننVS=165kv وVR=163.9kv وزاويه بار δ بايددررنج 034. δ 025. بايد تعيين گردد. بمنظور اينكه نامتعادلي جريان در شكل (11) را توضيح دهيم جمع اثار جريانهاي توالي رادرخط دوم درنظربگيريد درحاليكه زاويه بار 0305.=δ است توان انتقاليSLOAD از خط يك جريان توالي منفي I1L2=15.1Am وجريان توالي صفرI1L0=5.3Am را تامين مي كند. اين نامتعادلي نسبت به جريان توالي مثبت I1L1=376Am ناچيز است.بار جريانهاي توالي زير را مصرف مي كند: I2=.6Am I1=363Am وI0=0 (ترانسفورمرهاي بارنوترال زمين نشده اند) جريانهاي توالي در خط دوم بدين صورتند: I2L1=13Am وI2L1=13Am I2L2=4.5Am جمع آثار اين جريانهاي دارد.بنظر ميرسد نامتعادلي ناشي از جريانهاي فاز كم اثر منفي برروي عملكرد هيچيك از اجزاء سيستم ندارد.ازسوي ديگر جريان نامتعادلي ناشي از عدم تقارن ذاتي پارامترهاي خط ونصب LT حتي برروي خطوط پربار نيز قابل توجه است وبطور كلي جريان نامتعادلي سرتاسري درخطوط كوتاه تاثيري نداشته وان جريان چرخشي نامتعادلي است كه اثرات زيررا مي تواند منجرشود: 1 )افزايش تلفات توان درخطوط دومداره 2 )افزايش جريان در بعضي از فازهاي خطوط 3 )افزايش ميدان مغناطيسي در مجاورت خطوط تابلوي I راكه اثرافزودن LT به يك خط از خطوط دو مداره را نشان ميدهد درنظر بگيريد بدون درنظر گرفتن LTجريان فاز اطراف خط مشاهده ميشود. را نتيجه ميدهند. توالي جريانهاي نامتعادل شكل (13) تابلوي 1650Am بود كه با افزودن LT جريان واقعي به 2189Am رسيد و اين دراثر جريان چرخشي ايجاد شده است. اين افزايش جريان فاصله مينيموم بين خط و زمين را كاهش داده واحتمال اتصال كوتاه رابالامي برد همچنين مطابق با شكل (B,12) افزايش قابل توجهي در ميدان مغناطيسي I 5 شكل.11. جريان نامتعادلي ناشي از جمع آثار جريانهاي توالي در خط دوم عدم تعادل جريان بعلت افزودن لاين ترپ به خطوط انتقال كوتاه

6 مراجع 1. Aaron Kalyuzhny, Gregory Kushnir, Analysis of Current Unbalance In Transmission Systems With Short Lines, IEEE Trans. Power Del.,, vol 22, no 2, APRIL M. Adibi, D. Milanich, and T. L.Volkmann, Asymmetry issues in power system restoration, IEEE Trans. Power Del., vol. 14, no. 3,pp , Aug R. Gutman and L. B. Wagenaar, EHV transformer bank unbalance, IEEE Trans. Power Del., vol. 11, no. 4, pp , Oct A: v. Jouanne and B. Banerjee, Assessment of voltage unbalance, IEEE Trans. Power Del., vol. 16, no. 4, pp , Oct T. H. Chen, Evaluation of line loss under load unbalance using the complex unbalance factor, Proc. Inst. Elect. Eng., Gen. Transm. Dis., vol. 142, pp , Mar J. Arrillaga and C. P. Arnold, Computer Analysis of Power Systems. New York: Wiley, P. M. Anderson, Analysis of Faulted Power Systems. Ames, IA: Iowa State Univ. Press, M. H. Hesse, Circulating currents in paralleled untransposed multicircuit lines: I- numerical evaluations, IEEE Trans. Power App. Syst.,vol. PAS-85, no. 7, pp , Jul Circulating currents in paralleled untransposed multicircuit lines: II-methods for estimating current unbalance, IEEE Trans.Power App. Syst., vol. PAS-85, no. 7, pp , Jul M. H. Hesse and J. Sabath, Untransposed power line-analysis and tests, IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-90, no. 3, pp ,May/Jun Transmission Line Reference Book: 345 kv and Above, 2 ed. Palo Alto, CA: Elect. Power Res. Inst., 1982, pp A: Nourai, A. J. F. Keri, and S. H. Shih, Shield wire loss reduction for double-circuit transmission lines, IEEE Trans. Power Del., vol. 3, no.4, pp , Oct A: Ametani, D. V. Dommelen, and I. Utsumi, Study of super-bundl and low-reactance phasings on untransposed twin-circuit lines, Proc.Inst. Elect. Eng., Gen. Transm. Dist. C, vol. 137, no. 4, pp ,Jul J. Ma, S. Fortin, and S. F. Dawalibi, Analysis and mitigation of current unbalance due to induction in heavily loaded multicircuit power lines, IEEE Trans. Power Del., vol. 19, no. 3, pp , Jul شكل. 12 تاثير جريان نامتعادل روي ميدان مغناطيسي.( a )چگالي ميدان مغناطيسي درمجاورت خط (b) چگالي ميدان مغناطيسي در جهت نتيجه گيري: راست دكل عدم تعادل جريان در خطوط كوتاه باعث افزايش تلفات ايجاد فلش نامتقارن در خطوط و ميدانهاي مغناطيسي نامتقارن ميگردد. با توجه به شبيه سازي انجام شده پيشنهاد ميگردد خطوط دو مداره كوتاه بصورت آرايش abc-cba يا حداقل بصورت abc-abc اجرا گردد و از بكار بردن آرايشهاي ديگر خودداري گردد. همچنين از لاين تراپ در خطوط كوتاه حتي الامكان استفاده نگردد و از روشهاي ديگر مخابراتي جهت انتقال اطلاعات بهره گيري شود. 6