اصلاح رگولاسیون ولتاژ در خطوط انتقال نیرو

بخشی از فهرست مطالب پروژه اصلاح رگولاسیون ولتاژ در خطوط انتقال نیرو
فصل اول : مقدمه‌ای در مورد خطوط انتقال و رگولاسیون ولتاژ در خطوط انتقال
مقدمه    
مفهوم رگولاسیون ولتاژ    
الف- خطوط انتقال کوتاه    
ب- خطوط انتقال متوسط    
ج – خطوط انتقال بلند    
تاثیر ولتاژ بر روی ضریب بهره انتقال    
 راه‌حل‌های کنترل ولتاژ در شبکه    
 عوامل افت ولتاژ    
 اهداف    
 فصل دوم
 تعاریف یک سیستم قدرت و انواع شبکه‌ها    
 تاثیرولتاژ بر روی ضریب بهره انتقال    
 علل استفاده از شبکه‌های سه فاز    
انواع شبکه‌ها    
افت ولتاژ و تلفات انرژی    
 طراحی شبکه‌های توزیعی    
 فصل سوم : مقدمه‌ای بر انواع انرژی در ایران
 تولید و توزیع    
منابع انرژی برق در ایران    
 انتقال و توزیع برق    
 توزیع نیرو    
 منابع انرژی طبیعی جدید و طبیعی موجود    
 فصل چهارم : انتخاب سطح ولتاژ در انتقال
 مقدمه    
 انتخاب ولتاژ اقتصادی    
 الف) تعیین ولتاژ به کمک رابطه تجربی استیل    
ب) تعیین ولتاژبه کمک منحنی تغییرات ولتاژ    
 ج) رابطه تجربی جهت تعیین ولتاژ انتقال در مسافت طولانی    
د) یک رابطه تجربی دقیق جهت تعیین ولتاژ در انتقال    
فصل پنجم : بررسی انجام ولتاژ‌ها
مقدمه    
اضافه ولتاژهای موجی    
 اضافه ولتاژهای موقت    
 فصل ششم : اثر نوسانات ولتاژ بر دستگاه‌های الکتریکی و روشهای اصلاح آن
چکیده    
۱-    اثر تغییرات ولتاژ بر عملکرد وسایل الکتریکی    
۲-     افت ولتاژ مجاز در اجزاء شبکه    
۳-     روشهای تنظیم ولتاژ در شبکه توزیع    
۴-    تنظیم در قسمتهای مختلف شبکه توزیع    
۵-    روش کنترل دستگاههای تنظیم ولتاژ    
فصل هفتم : بهبود تنظیم ولتاژ در خطوط توزیع انرژی الکتریکی
مقدمه    
 تصحیح کننده ولتاژ ترانسفورماتوری    
 تصحیح کننده ولتاژ راکتیو TSC/TSR   
فصل هشتم : تنظیم سریع ولتاژ ژنراتور
۱-    تنظیم کننده تیریل    
۲-     تنظیم کننده سکتور گردان    
۳-    تنظیم کننده روغنی    
۴-    تنظیم کننده آمپلیدین    
فصل نهم : سیستم MOSCAD برای جبران افت ولتاژ
کاربرد عملی    
مراحل تولید و توزیع نیروی برق    
 سیستم اتوماتیک کنترل شبکه توزیع از راه دور DA   
پایه واساس طرز کار سیستم کنترل از راه دور DA   
 مشخصات مهم و اصلی MOSCADRTU   
شرح جعبه MOSCAD کنترل از راه دور و قابل برنامه‌ریزی    
 ارتباط متغیرها    
فصل دهم : تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور
 تنظیم طولی ولتاژ    
 تنظیم ولتاژ زیربار    
 تنظیم عرضی ولتاژ    
فصل یازدهم : بررسی کنترل ولتاژ و راههای جبران سازی آن
 الف ) کنترل قدرت راکتیو و ولتاژ توسط ترانسفورماتورهای متغییر    
ب‌)    عملکرد خطوط انتقال بدون جبران کننده    
۱-    خط انتقال در شرایط بی‌باری    
۲-     خط انتقال در شرایط بارداری    
 ج ) جبران کننده‌های ثابت ، موازی در سیستم به هم پیوسته    
 د) انواع جبران کننده‌ها    
جبران کننده‌های راکتیو    
و ) کندانسورهای سنکرون    
هـ) جبران کننده‌های استاتیک    
 
فصل اول

مقدمه‌ای در مورد خطوط انتقال و رگولاسیون ولتاژ در خطوط انتقال
 
مقدمه اصولا هر شبکه الکتریکی گسترده را می‌توان شامل بخش‌های تولید (Generation) و انتقال (Transformation) تبدیل (Transformation) توزیع (Distribution) و مصرف (Consumption) دانست . خطوط هوایی انتقال انرژی که از اجزا اصلی شبکه‌های الکتریکی گسترده محسوب می‌شوند وظیفه انتقال انرژی الکتریکی از نقاط تولید به مراکز مصرف را بعهده داشته و می‌توان آنها را به رگهای حیاتی صنعت برق تشبیه نمود . در اغلب مواقع مسیله چگونه امر تغذیه انرژی الکتریکی را به مراکز تولید آن وابسته می‌دانند در صورتیکه تنها ۳۵ درصد کل مخارج ایجاد نیروگاه و ۶۵ درصد بقیه صرف انتقال این انرژی و رساندن آن به نقاط مصرف می‌گردد . همواره مورد توجه خاص دت اندرکاران صنعت برق و طراحان خطوط انتقال بوده تا با استفاده از تکنیک‌های مدرن طراحی و بهره‌گیری از آخرین دستاوردهای علمی در این زمینه ضمن بالا بردن کیفیت انتقال هزینه‌های لازم را نیز به حداقل رسانند . نکته مهم دیگر که استفاده از تکنیکهای جدید طراحی را اجتناب ناپذیر می‌سازد تلفات انرژی در طول خطوط انتقال است که هر ساله درصدی از این انرژی را که با مخارج سنگین تهیه می‌شود بدون هیچ استفاده ‌ای به هدر می‌دهد . البته موضوع تلفات انرژی الکتریکی منحصر به انتقال بوده و در سایر بخشها مانند تولید تبدیل و توزیع نیز سهم توجهی از انرژی الکتریکی تلف می‌شود . آمارهای موجود نشان می‌دهند که در کشور ما سیر نزولی تلفات در بخش انتقال طی سالیان اخیر نسبت به سایر بخشها سریعتر بوده و این نتیجه بازنگری مداوم بر روشهای قبلی و به روز در آوردن آنها مطالعه و تحقیق مستمر و سرانجام تلاش در جهت دستیابی به آخرین تکنولوژی مورد استفاده در کشورهای پیشرفته در این زمینه می‌باشد. به طور کلی بحث انتقال از آنجا آغازگردید که تولید انرژی الکتریکی در بعضی مناطق به سبب وجود پتانسیل و فاکتورهای لازم جهت تولید در آن نقطه افزایش یافت و می‌بایست این انرژی تولید شده به سایر نقاط هم ارسال می‌شد . البته در سالهای پیدایش انرژی الکتریکی به علت محدود کردن امکان تولید فقط انرژی جریان مستقیم (D.C) با ولتاژ ضعیف را انتقال می‌دادند و نیروگاهها قادر بودند تنها چند خانه را تغذیه کنند . بعدها بتدریج نیروگاه‌هایی ساخته شد که قادر بودند مجتمع‌های بزرگتری را تغذیه نمایند . تکامل صنعت ماشین سازی و بخصوص ماشین‌های بخار و بالاخره پیدایش و تکامل توربین‌های آبی و بخار تولید انرژی الکتریکی بیشتری را در یک نقطه امکان‌پذیر ساخت . با افزایش قدرت تولید در سالهای بعد ولتاژهای بالاتری جهت انتقال این قدرت مورد نیاز بود . لذا ولتاژ بتدریج بالاتر رفت به طوری که امروزه ولتاژ انتقال بوسیله سیستم‌های سه فاز (AC) به حدود ۱۱۵۰ کیلووات هم رسیده است . زیر انتقال توانهای بالا به مسافات طولانی تلفات انرژی را به شدت افزایش می‌دهد و متداولترین راه جهت کاهش این تلفات که مستقیما با جریان مرتبط است افزایش ولتاژ انتقال است . انتقال انرژی تنها به یک روش خاص منحصر نبوده و راههای گوناگونی برای این کار مورد استفاده قرار می گیرد . بلوک دیاگرام (۱) روشهای مختلف انتقال انرژی را نشان می‌دهد . استفاده از کابلهای زیرزمینی جهت انتقال توان تحت ولتاژ بالا ضمن دارا بودن محاسن بسیار و بعلت داشتن هزینه‌های سنگین تهیه و نصب تجهیزات ( تقریبا ۱۵ برابر خط هوایی ) فقط در مناطق شهری و برخی نقاط خاص که به هر دلیل استفاده از خطوط انتقال هوایی میسر و یا مناسب نباشد از نظر فنی و اقتصادی توجیه‌پذیر خواهد بود . استفاده از خطوط انتقال فشار قوی جریان مستقیم نیز که تحت عنوان H.V.D.C(high voltage direct current) شناخته شده تنها در مسافات بسیار طولانی و انتقال انرژی خیلی زیاد و یا اتصال دو شبکه دارای فرکانسهای متفاوت به یکدیگر مورد توجه قرار می‌گیرد . البته برخی صاحب نظران در زمینه انتقال انرژی الکتریکی استفاده از این روش را بعلت هزینه‌ نسبتا بالای آن و همچنین امتیازهای فراوانی که خطوط A.C در مقابل خططو D.C دارند توصیه نمی‌کنند و حتی برای اتصال دو شبکه با فرکانهای متفاوت نیز احداث ایستگاه مبدل ( و نه خط انتقال D.C) جهت تبدیل فرکانسهای دو شبکه به یکدیگر را مناسبتر می‌دانند . در کشور ما تا کنون خطوط فشار قوی بصورت D.C نصب نشده و در اینجا نیز عمده توجه ما معطوف به خطوط هوایی انتقال انرژی فشار قوی به صورت A.C می‌باشد که تا کنون چندین هزار کیلومتر از این خطوط در کشور نصب گردیده و خطوط بسیاری نیز در حال نصب و یا درمراحل طراحی می‌باشند . بلوک دیاگرام (۱) مفهوم رگولاسیون ولتاژ در خطوط انتقال الف) خطوط کوتاه (L 80 Km) درصد تنظیم ولتاژ یک خط طبق تعریف از رابطه زیر بدست می آید درصد تنظیم ولتاژ در این رابطه ولتاژ انتهای خط در بی‌باری و ولتاژه انتهای خط در بار کامل می‌باشد . در تعیین و ولتاژ ابتدای خط باید ثابت نگه داشته شود در بی‌باری خواهد بود لذا درصد تنظیم بصورت زیر نوشته می شود درصد تنظیم ولتاژ ولتاژ ابتدای خط را بر حسب ولتاژ انتهای خط به طور تقریبی می‌توانیم رابطه‌ی ( I ) درصد تنظیم ولتاژ خط نیز این چنین محاسبه می‌شود . رابطه (II) درصد تنظیم ولتاژ رابطه III نشان می‌دهند که هر چه جریان انتهای خط از ولتاژ عقب‌تر باشد افت ولتاژ و درصد تنظیم ولتاژ بیشتر می‌شود . در ضریب قدرت‌های پیش فاز افت ولتاژ و درصد تنظیم کمتر شده و به مقادیر صفر و منفی نیز می‌رسند . در خطوط کوتاه افت ولتاژ به دلیل عناصر سری (‌مقاومت و سلف ) است . مطابق شکل زیر شکل ۱( مدار معادل خط انتقال کوتاه ) حال مثالی در این مورد بیان می‌کنیم . مثال در یک خط انتقال سه فاز به طول Km50بار انتهای خط قدرت Mv 100 را در ضریب قدرت ۸۰ پس فاز و ولتاژ Kv 132 جذب می‌نماید مقاومت و اندوکتانس خط بترتیب و هستند ولتاژ ابتدای خط و درصد تنظیم ولتاژ را محاسبه کنید . حل ابتدا ولتاژ فازی را در انتهای خط محاسبه می‌کنیم . VOLT پارامترهای خط انتقال در طول KM50 را به صورت زیر محاسبه می‌کنیم. R=0.0385 50 50=1.54 جریان خط انتقال I=Ir=Is برابر است با ولتاژ خطی در ابتدای خط برابر است با درصد تنظیم ولتاژ ب) خطوط انتقال متوسط (۸۰ kmL240 km) در خطوط انتقال با طول متوسط ادمیتانس موازی در محاسبات وارد می شود اگر کاپاسیتانس خط را در وسط خط بطور متمرکز در نظر بگیریم و اندوکتانس خط را به دو قسمت کنیم مدل اسمی T مطابق شکل ۲ بدست می آید . شکل ۲ (‌مدل اسمی T خط متوسط ) اگر ا دمیتانس خط را به دو قسمت تقسیم کنیم و در ابتدا و انتهای خط قرار دهیم مدل اسمی مطابق شکل ۳ بدست می آید . شکل ۳( مدل اسمی خط متوسط ) در مدل اسمی خط انتقال داریم Vs=AVrBIr در شرایطی بی‌باری با قرار دادن IR=0در رابطه بالا و در نتیجه رابطه درصد تنظیم ولتاژ برای خط انتقال با طول متوسط به صورت زیر نوشته می‌شود . درصد تنظیم ولتاژ ج) خطوط انتقال بلند (L240 km) دریک خط انتقال بلند نمی‌توان پارامترها را به صورت متمرکز در نظر گرفت و از مدارهای اسمی T و خط انتقال استفاده نمود در چنین خطی پارامترها به صورت یکنواخت در طول خط پخش شده‌اند . در شکل ۴ مدار معادل یک فاز خط انتقال بلند در قسمت بسیار کوچکی بطول و به فاصله X از انتهای خط نشان داده شده است . امپدانس سری و ادمیتانس موازی در این قسمت بترتیب می‌باشند ولتاژ در انتهای این قسمت V و در ابتدای آن است . شکل ۴- قسمت بسیار کوچکی از خط انتقال در این شکل Vs = VrcoshalIrZcsinhal یا Vr=Vscoshal- IsZcsinhal است با توجه به روابط بالا می‌توان درصد تنظیم ولتاژ را بدست آورد . محدوده مجاز تغییرات ولتاژ در شبکه ایران معمولا است که باید در این رنج تنظیم شود و در این رنج قابل قبول است . مثلا برای شبکه تک فاز ۲۲۰ ولت محدوده مجاز تغییرات ولتاژ بین ۲۰۹ ولت تا ۲۳۱ ولت است .

مقایسه شبکه‌های هوایی و زمینی
 خطوط انتقال و توزیع را ممکن است به صورت شبکه‌های هوایی و یا زمینی کشیده و بوسیله موارد زیر
را می‌توان با هم مقایسه کرد .
۱-    احداث شبکه‌های هوایی آسانتر است در صورتیکه برای احداث شبکه‌های زمینی باید مسیر مناسب انتخاب و احتیاج به کانال مناسب نیز می‌باشد .
۲-    احداث شبکه‌هایی ارزانتر از شبکه‌های زمینی است .
۳-     عیب یابی و رفع عیب شبکه‌های هوایی آسانتر از شبکه‌های زمینی است چون در شبکه‌های هوایی عیب با چشم دیده می‌شود ولی در شبکه‌های زمینی باید عیب‌یابی توط دستگاههای مخصوص صورت بگیرد .
۴-    هر چه ولتاژ خط انتقال افزایش یابد هزینه کابل نیز افزایش می‌یابد .
۵-    در شبکه‌های زمینی به افراد متخصص بیشتری نیاز است .
۶-    شبکه‌های زیرزمینی زیباتر و تمیزتر است و در نقاط پر جمعیت شهری از شبکه زیرزمینی استفاده می شود .
۷-    گرفتن انشعاب و تقسیم برق به مشترکین در شبکه هوایی آسانتر است ولی در شبکه زمینی باید از مفصل استفاده نمود .
۸-     شبکه‌های زمینی کمتر از شبکه‌های هوایی در مقابل آب و هوایی جوی و باد و طوفان وخطرات دیگر کمتر قرار می‌گیرد و آسیب کمتری می‌بیند .