رمز sim-power.ir
بررسي و بهبود قابليت اطمينان در شبكه توزيع شهرهاي زنجان و قزوين با استفاده از نرمافزار DIgSILENT
بابك قليزاد علي اصغر امجدي مجتبي نعمتي پرويز رمضانپور
شركت سرمايه گذاري كاركنان صنعت برق شركت برق منطقهاي زنجان شركت برق منطقهاي زنجان مركز توسعه و بهرهوري نيرو
در منطقه زنجان – قزوين مدير عامل شركت برق منطقهاي معاونت نظارت بر توزيع دانشگاه صنعت آب و برق
چكيده :
قابليت اطمينان يكي از مباحث مهم در طراحي و بهرهبرداري سيستمهاي مختلف ميباشد. از آنجا كه اغلب
مشتركين شبكه برق با شبكههاي توزيع در ارتباط هستند و از اين شبكه تغذيه ميكنند و نيز بنابر آمار بيشتر
قطعيهاي مشتركين ناشي از قطعيهاي شبكه توزيع ميباشد, اهميت بررسي قابليت اطمينان در شبكههاي توزيع
بيش از پيش آشكار ميگردد. قابليت اطمينان شبكههاي توزيع شهرهاي زنجان و قزوين در قالب پروژه تهيه طرح
جامع توزيع شهرهاي زنجان و قزوين به عنوان يكي از بخشهاي مهم پروژه مورد مطالعه قرار گرفت و راهحلهاي
ممكن براي بهبود وضعيت قابليت اطمينان شبكههاي توزيع اين شهرها بررسي گرديد. در اجراي اين بخش از
پروژه تهيه طرح جامع توزيع شهرهاي زنجان و قزوين از نرمافزار DIgSILENT كه قابليت انجام محاسبات
شبكههاي توزيع را نيز دارد, استفاده گرديد.
كلمات كليدي : قابليت اطمينان, شبكههاي توزيع, پارامترهاي اساسي, انديسها و شاخصهاي
اساسي قابليت اطمينان, نرمافزار DIgSILENT
1- مقدمه
در جامعه مدرن مهندسان و مديران فني مسئول برنامهريزي, طراحي, ساخت و بهرهبرداري از سادهترين
محصولات تا پيچيدهترين سيستمها هستند مصرفكنندگان نيز انتظار دارند كه سيستمها پايا, ايمن و اطمينان
بخش باشند. قابليت اطمينان يك سيستم عبارتست از احتمال عملكرد رضايت بخش آن سيستم تحت شرايط كار
مشخص براي مدت زمان معين. اولين بخش؛ احتمال با يك عدد بيان ميشود كه همان شاخص ارزيابي قابليت
اطمينان ميباشد. و اما سه بخش ديگر شامل عملكرد رضايت بخش, زمان و شرايط كار معين كه همگي
پارامترهاي مهندسي هستند, و تئوري احتمال هيچ كمكي نميكند. فقط مهندسين و متخصصين قادر به تامين 2
اطلاعات مربوط به آنها ميباشند[1]. شيوههاي ارزيابي قابليت اطمينان از نظر تاريخچه پيدايش, ابتدا در ارتباط با
صنايع هوا فضا و كاربردهاي نظامي شكل گرفت, ولي سريعا توسط ساير صنايع مانند صنايع هستهاي كه تحت
فشار شديد جهت تضمين ايمني و قابليت اطمينان راكتورهاي هستهاي در تامين انرژي الكتريكي ميباشند مورد
توجه و كاربرد قرار گرفت.[2]
طبق آمار به دست آمده از شركتهاي توزيع برق حدود 80% درصد از قطع برق و عدم اطمينان بخشي
سيستمهاي الكتريكي ناشي از قطع برق در سيستمهاي توزيع ميباشد. سيستمهاي توزيع به علت گستردگي,
پايين بودن كيفيت تجهيزات به كار رفته در شبكههاي توزيع, تاثير شرايط جوي بر روي شبكه توزيع ونيز
تصادفات و عوامل انساني تاثير گذار بر روي آن داراي قطعيهاي زيادي ميباشد.[3,1و4] لذا, مطالعات قابليت
اطمينان اهميت بالايي براي شركتهاي توزيع برق دارد تا از اين رهگذر هم رضايتمندي مشتركين حاصل شود و
هم ميزان انرژي توزيع نشده شركتهاي توزيع كاهش يابد.
با توجه به اهميت محاسبات قابليت اطمينان شبكههاي توزيع, اين موضوع به عنوان يكي از بخشهاي
كاري پروژه تهيه طرح جامع توزيع شهرهاي زنجان و قزوين مورد توجه قرار گرفته و براي بهبود وضعيت آينده
شبكه از اين منظر مطالعاتي در شبكههاي توزيع زنجان و قزوين صورت گرفت و طرحهاي اصلاحي در اين زمينه
ارائه گرديد. مطالعات قابليت اطمينان شبكههاي توزيع در تهيه طرح جامع شهرهاي زنجان و قزوين توسط
نرمافزار DIgSILENT مورد بررسي قرار گرفت.
در ادامه ابتدا روند مطالعه و بهبود قابليت اطمينان مورد بررسي قرار ميگيرد كه در مراجع [6,5و7] به
تفضيل بيان شدهاند و سپس روند مدلسازي خطا مورد بررسي قرار ميگيرد [9,8,2و10] و در انتها نتايج
حاصل محاسبات و استفاده از روندهاي بهبود قابليت اطمينان در شبكههاي توزيع شهرهاي زنجان و قزوين آورده
ميشود.
[sdfile url=”http://sim-power.ir/wp-content/uploads/2015/01/9_011.rar”]
2- روند محاسبه اثر خطا و بهبود قابليت اطمينان
روندها محاسبات قابليت اطمينان شبكههاي توزيع شامل سه روند كلي ميباشد كه عبارتند از :
روند محاسبه اثر خطا يكي از مرسومترين روندهاي محاسبات قابليت اطمينان در شبكههاي توزيع ميباشد
كه توانمنديهاي مناسبي در محاسبات قابليت اطمينان و يافتن انديسهاي مختلف نقاط بار دارد. روند محاسبه در
اين روش به صورت مرحله به مرحله در ذيل ميآيد:
گام اول: اطلاعات توپولوژيكي سيستم, درصد بارگذاري نقاط بار (پستهاي توزيع), امپدانس خط يا
كابل, اطلاعات مربوط به قابليت اطمينان اجزاي سيستم, اطلاعات سيستم حفاظتي, محل و نمودار قطع ادوات
حفاظتي جمعآوري ميشود. و براي هر خط شبكه تجهيزات حفاظتي قطع كننده شناسايي ميشود.
گام دوم: رابطهاي بين نقاط بار و همچنين خط بين نقاط بار و مراكز تغذيه مشخص ميشود. 3
گام سوم: مدل خطاي هر قطعه i از سيستم در مسير تغذيه نقطه مورد نظر محاسبه ميشود و مقادير
سه انديس اساسي قابليت اطمينان در خطاهاي چندگانه كه باعث قطع آن نقطه بار به صورت گذرا و يا ماندگار
شدهاند محاسبه ميشود.
گام چهارم : انديسهاي مربوط به بار و انرژي و انديسهاي مربوط به مشتركين محاسبه ميشود. و
نقاط بار بر اساس انديسهاي حدي قابليت اطمينان تعريف شده مرتب ميشود.
گام پنجم : اگر انديسهاي يك نقطه بار از نظر فركانس ايجاد خطا مشكل داشته باشد از كاهش طول
فيدر استفاده ميشود يا اينكه مسير تغذيه نقطه بار تا حد امكان زميني ميشود. اگر انديسهاي نقطه بار از نظر
زمان قطع مشكل داشته باشد از سوئيچ اتوماتيك يا ايجاد نقاط مانور جديد براي آن نقطه بار و مسير تغذيه آن
استفاده ميشود.
روندهاي گفته شده در بالا جهت محاسبات قابليت اطمينان شبكههاي توزيع به كمك روش محاسبه اثر
خطا ميباشد و در محاسبات قابليت اطمينان شبكههاي توزيع شهرهاي زنجان و قزوين توسط نرمافزار
ام به كمك اطلاعات حوادث DIgSILENT j از اين روش استفاده شدهاست. همچنين مدل خطاي قطعات
جمعآوري شده در شركتهاي توزيع محاسبه ميشود.
3- محاسبه پارامترهاي اساسي قابليت اطمينان
پارامترهاي اساسي قابليت اطمينان به كمك اطلاعات حوادث شهرهاي زنجان و قزوين محاسبه شدند.
براي محاسبه پارامترهاي اساسي قابليت اطمينان در شهرهاي زنجان و قزوين كه در مطالعات تهيه طرح جامع
مورد بررسي قرار گرفت, روشهاي زير به كار گرفته شد.
ابتدا قطعيهاي ايجاد شده در شبكه تقسيم بندي شدند, اين تقسيم بندي به صورت نمودار درختي در شكل
(1) نشان داده شدهاست. فيدرهاي شبكه توزيع نيز به دو گروه بزرگ فيدرهاي هوايي و زميني تقسيم بندي
شدند. در زير روند استفاده شده براي محاسبه پارامترهاي اساسي قابليت اطمينان از اطلاعات حوادث همراه با
تعريف اين پارامترها بيان ميشود.
1-3- نرخ خرابي متوسط :
نرخ خرابي متوسط براي فيدرها با متوسط گيري تعداد خطاها براي هر كيلومتر فيدر در سالهاي سابقه
اطلاعات حوادث به دست ميآيد. براي محاسبه مقدار متوسط نرخ خرابي مراحل زير به كار گرفته شد
براي هر دو گروه فيدرها نرخ خرابي هريك از انواع قطعيها در هر فيدر محاسبه گرديد.
نرخ خرابي معادل براي هر فيدر در شبكه فشار متوسط با جمع كردن نرخ انواع قطعيها در هر فيدر از رابطه
زير محاسبه شدهاست.
و نيز رسيدن به نرخ خرابي متوسط براي دو نوع فيدر زميني و هوايي، ميانگين نرخ
خرابي در تمام فيدرهاي هوايي و زميني موجود در شبكه به صورت جداگانه محاسبه شد. فيدرهايي را كه نرخ
خرابي آنها از مقدار ميانگين به دست آمده براي نوع فيدر مورد بررسي (هوايي يا زميني) به اندازه كمتر از دو برابر
انحراف معيار تفاوت داشتند را انتخاب شده و بقيه فيدرها (هوايي يا زميني) از محاسبات كنار گذاشته شدند. نرخ
خرابي معادل نهايي از ميانگين گيري در فيدرهاي انتخاب شده براي نوع فيدر مورد بررسي (هوايي يا زميني)
بدست آمد.
براي بقيه فيدرها نرخ خرابي به دست آمده از همان فيدر, مورد استفاده قرار گرفت.
نتايج حاصل از محاسبات نرخ خرابي متوسط در شهرهاي زنجان و قزوين در جدول (1) آورده شدهاست.
2-3- زمان تعمير :
به مدت زماني كه از ابتداي زمان شروع قطعي تا رفع كامل قطعي طول ميكشد زمان تعمير گفته ميشود.
براي زمان تعمير متوسط در فيدرهاي مختلف مراحل زير به كار گرفته شد :
1-براي هر دو گروه فيدرها متوسط مدت زمان تعمير انواع قطعيهاي ماندگار اتصالي و طبق برنامه قابل
كليد زني و غير قابل كليد زني محاسبه شد.
2- از مدت زمانهاي بدست آمده در مرحله دوم نسبت به تعداد خرابيها در هر فيدر طبق رابطه زير
ميانگين گيري وزني به عمل آمد.
زمان تعمير قطعيهاي طبق برنامه غير قابل كليد زني ميباشد. ميانگين به دست آمده را به عنوان مدت
زمان تعمير در شبكه در نظر گرفته شد.
نتايج حاصل از محاسبات مدت زمان متوسط تعمير در شهرهاي زنجان و قزوين در جدول (2) آورده
شدهاست.
3-3- زمان كليد زني :
5
به مدت زماني كه از اول قطعي تا انجام مانور (باز شدن سكسيونر و جمپر و يا فيوز كات اوت) در شبكه
طول ميكشد, زمان كليد زني گويند. براي محاسبه اين مدت زمان مراحل زير به كار گرفته شد:
1- براي هر دو گروه فيدرها مدت زمان كليد زني در شبكه براي انواع قطعيهاي قابل كليد زني محاسبه
ميانگين وزني به دست آمده به عنوان متوسط زمان كليد زني فيدرهاي مورد بررسي در نظر گرفته شد.
نتايج حاصل از محاسبات مدت زمان متوسط تعمير در شهرهاي زنجان و قزوين در جدول (3) آورده
شدهاست.
پس از محاسبه مقادير متوسط پارامترها اين مقادير به عنوان ورودي نرمافزار DIgSILENT براي انواع
خطوط هوايي و زميني, جهت محاسبات نرمافزار داده شد.
4- بررسي نتايج محاسبات قابليت اطمينان در شهرهاي زنجان و
قزوين با استفاده از نرمافزار DIgSILENT
[sdfile url=”http://sim-power.ir/wp-content/uploads/2015/01/9_011.rar”]
براي انجام محاسبات قابليت اطمينان در شبكههاي توزيع شهرهاي زنجان و قزوين با استفاده از نرمافزار
DIgSILENT, فيدرهاي شبكه توزيع شهرهاي زنجان و قزوين به صورت گرافيكي و الكتريكي به نرمافزار
معرفي شدند شكل(2) و شكل(3) شماي كلي شبكه توزيع شهرهاي زنجان و قزوين را به صورت گرافيكي در
نرمافزار نشان ميدهد. شبكه توزيع شهر زنجان شامل 26 فيدر است كه از چهار پست فوق توزيع تغذيه ميشوند
و شبكه توزيع شهر قزوين شامل 21 فيدر است كه از چهار پست فوق توزيع تغذيه ميشوند. براي كامل شدن
اطلاعات جهت محاسبات قابليت اطمينان, اطلاعات الكتريكي شامل متراژ هر يك از فيدرها, نوع هادي فيدرها,
توان اكتيو و راكتيو هريك از نقاط بار, تعداد مشتركين تغذيه شونده از هر نقطه بار, اطلاعات و پارامترهاي اساسي
محاسبه شده براي هر قطعه فيدر به عنوان ورودي, وارد نرمافزار شدند. براي محاسبه قابليت اطمينان از روش
محاسبه اثر خطا كه چگونگي انجام اين روش در بند 2 آوردهشدهاست استفاده گرديد.
نتايج حاصل از محاسبات قابليت اطمينان توسط نرمافزار DIgSILENT در دو شهر زنجان و قزوين,
انديسهاي اساسي و انديسهاي بار و مشتركين هريك از نقاط بار و خروجي نيز شاخصهاي كلي سيستم
ميباشد. نتايج حاصل از محاسبات در دو شهر زنجان و قزوين حاكي از آن بود كه ميزان شاخصهاي قابليت
اطمينان در اين دو شهر از محدوده پيش بيني شده در پروژه تهيه طرح جامع توزيع فراتر رفتهبود و اين نشانگر
ضعف شبكه از نقطه نظر قابليت اطمينان ميباشد.
در جدول (4) نمونهاي از خروجي نرم افزار نشان داده شدهاست. بر اساس اين انديسها نقاط ضعف نسبي
شبكه, از نظر وضعيت قابليت اطمينان آن نقطه بار, نسبت به وضعيت كلي شبكه مشخص شدند. در شكل (4)
خروجي كل سيستم از نظر شاخصهاي قابليت اطمينان در شهر زنجان ارايه ميگردد. 6
جهت افزايش قابليت اطمينان از نظر نرخ قطعي در شهر زنجان دو فيدر اين شهر از نوع فيدرهاي هوايي به
صورت فيدرهاي زميني تبديل شدند. در ضمن براي كاهش مدت زمان حضور قطعي در سيستم در شهر زنجان
استفاده كليدهاي اتوماتيك سكشنالايزر در شبكه هوايي, نصب فيوز در انشعابات فرعي شبكه هوايي اين شهر و
ايجاد چهار نقطه مانور جديد در شبكه توزيع اين شهر پيشنهاد گرديد. بدين ترتيب نقاط ضعف شبكه زنجان
اصلاح شد و مقادير پارامترها به ميزان مورد انتظار رسيد. همچنين, جهت افزايش قابليت اطمينان از نظر نرخ
قطعي در شبكه توزيع شهر قزوين احداث دو فيدر جديد در شهر قزوين پيشنهاد داده شد تا طول تعدادي از
فيدرهاي طولاني اين شهر كاهش يابد در ضمن براي كاهش مدت زمان حضور قطعي در سيستم توزيع شهر
قزوين 5 نقطه مانور جديد به شبكه توزيع اين شهر اضافه شد و براي فيدرهاي هوايي نيز پيشنهاد شد تا از
كليدهاي اتوماتيك سكشنالايزر استفاده گردد و در ضمن در هر شاخه فرعي فيدرهاي هوايي پيشنهاد نصب فيوز
داده شد. به كمك اين تغييرات شبكه توزيع شهر قزوين نيز اصلاح و مقادير پارامترها به ميزان دلخواه رسيد.
خروجي نرمافزار پس از اصلاحات انجام شده در همان شبكه در شكل (5) نشان داده شدهاست.
5- نتيجه گيري
محاسبات قابليت اطمينان در شبكه توزيع شهرهاي زنجان و قزوين كه در قالب پروژه تهيه طرح جامع
توزيع شهرهاي زنجان و قزوين كه توسط نرمافزار DIgSILENT انجام شد نشان داد كه استفاده از فيدرهاي با
شعاع تغذيه كوتاه و استفاده از فيدرهاي زميني – تا حد امكان – در شبكههاي توزيع باعث كاهش نرخ خرابي
سيستم ميشود. و همچنين ايجاد نقاط مانور در شبكه و استفاده از اتوماسيون شبكههاي توزيع در كاهش مدت
زمان قطعي در سيستم تاثير بسزايي دارد.
در ضمن بايد توجه داشت كه توانمنديهاي نرمافزارDIgSILENT در انجام سريع محاسبات و ارايه
خروجيهاي مختلف امكان مطالعه هر گونه تغيير در شبكه را به راحتي در اختيار برنامهريزان شبكه قرار ميدهد.
رمز sim-power.ir
