راكتور شنت
بهره برداري از راكتورهاي شنت كنترل شده (CSR )در شبكه انتقال 400 كيلوولتي
چكيده :
راكتورهاي شنت ثابت((FSR ، به طور معمول در خطوط فشارقوي براي جلوگيري از اضافه ولتاژ كنترل نشده و فرانتي ولتاژهاي اضافه اي كه از بارهاي موجود به شبكه برگردانده مي شود مورد استفاده قرار مي گيرند.
تجهيزات جديدي به نام راكتورهاي شنت كنترل شده ((CSR در حال گسترش مي باشند. نتايج پخش بار و ارزيابي فني يك نمونه از يك شبكه انتقال 400 كيلوولتي نشان ميدهد كه جايگزيني راكتورهاي شنت كنترل شده ((CSR بسيار سودمندتر است. اين متن به بررسي مزاياي فني و اقتصادي راكتورهاي كنترل شده ((CSR در يك شبكه انتقال 400 كيلوولتي مي پردازد.
امروزه شبكه 400 كيلوولتي مهمترين جزء اصلي در سطح ملي شده است. توسعه شبكه 400 كيلوولتي براي انتقال توان به مراكز بار در حال افزايش است. دراين متن نگهداري ولتاژ در سطح مطلوب، به حداكثر رساندن ظرفيت انتقال توان، پايداري و ثبات ولتاژ، و كاهش تلفات خط در شبكه 400 كيلوولتي با فرض حداكثر امكان آن پرداخته مي شود.
براي رسيدن به اين مقاصد ضروري است تعريف جديدي به كاربرد راكتورهاي شنت براي خط انتقال و باس بارها بپردازيم:
0-1 مقدمه
خط انتقال 400 كيلولتي كشور هند در سال 1971-1972 شروع به كار كرد. در ابتدا فقط دو خط انتقال به نام هاي Obra-Sultanpur و Dehar-Panipat در شهر پنجاب وجود داشت. اين دو خط انتقال طويل بوسيله راكتورهاي شنت ثابت ((FSR براي كنترل و جلوگيري از اضافه ولتاژها و امواج سيار خطوط انتقال در هنگام نخستين پريود زماني كه مدت زمان زيادي در آغاز به كار خطوط انتقال ناشي مي شد.
در سال 2001 ميلادي شبكه انتقال 400 كيلولتي ذكر شده به 42000 كيلومتر گسترش يافت. بيش از 4/3 خطوط با راكتورهاي ثابت ((FSR براي جبران سازي 60% اثر خازني (كاپاسيتيو) به كار گرفته مي شد. مجموع ظرفيت راكتورهاي شنت متصل به شبكه در حدود MVAR 10500 بود. شبكه، باري در حدود MW 65000 توان اكتيو و MVAR 39000 توان راكتيو توليد مي كرد. اتصال دائمي راكتور شنت MVAR 10500 در شبكه نشان مي داد كه مجموع توان راكتيو بارهاي موجود در شبكه حتي نزديك به MVAR 50000 هم مي رسيد.
امروزه، ارقام فوق به مقدار عددي بيشتري رسيده است. اين اضافه بار راكتيو در مواقع مينيمم پيك بار موجب افزايش ولتاژ و افزايش تلفات ناشي از بالا رفتن جريان در شبكه خواهد شد.
افزايش تلفات و ولتاژ در شبكه قدرت به اين امر منجر مي شود كه براي فراهم نمودن توان راكتيو بالاتر نيازمند است از ژنراتورها نيرويي بيشتري بكشد و آنها را وادار كند كه از محدوديت ظرفيت توليد توان راكتيو ژنراتورها تجاوز كند.
به عبارت ديگر اين توان راكتيو بالا موجب افزايش ولتاژ تحريك ژنراتور مي شود براي تامين اين ولتاژ زياد احتياج به انرژي جنبشي ( ديناميكي ) بيشتر براي ژنراتور مي باشد تا بتواند انرژي مورد نياز بارهاي موجود در شبكه را تامين كند. اين امكان كه بتوان كاهش و افزايش ولتاژ در شيكه بعلت تلفات پيش بيني نشده يك خط انتقال را با راكتورهاي ثابت در شبكه كنترل نمود، وجود ندارد.
اخيراً براي جلوگيري از اتلاف انرژي و خاموشي ها انجمن wreb گزارش مي دهد به لزوم توجه بيشتر توزيع سيستم انتقال توان در كشورها. يكي از مهمترين استنباطي كه از اين رويدادها شد ، چگونگي تامين و پشتيباني توان راكتيو و كنترل ولتاژ شبكه قدرت كه با افزايش بار در مواقع مختلف روي مي دهد.
در حقيقت براي بررسي ولتاژهاي كم ، بايد شبكه را در دو قسمت مجزا بررسي كنيم: يكي با افزايش توان بيشتر و بارهاي سبك و ديگري با توليد توان كمتر و بارهاي سنگين تر كه متعاقباً به كم و زياد شدن ولتاژ و در نتيجه اتلاف توان الكتريكي و خاموشي در شبكه مي انجامد.
براي بررسي ميزان خاموشي ها در شبكه آزمايشهايي با ولتاژهاي ضعيف انجام شد كه در جدول زير به بررسي آنها پرداخته شده است ، ولتاژ هايي كه قبل از خاموشي در پست هاي غربي شبكه بود در زير نشان داده شده است :
Station Voltage(kV) Station Voltage(kV)
Indore 321 Itarsi 371
Nagda 325 Bina 367
Satpura 367 Bhopal 355
Dhule 380 Parli 379
Asoj 370 Kalwa 395
سه خاموشي درتاريخ هاي 6/10/2003 و 5/11/2003 و 7/11/2003 به دليل افت ولتاژ شبكه در آن ناحيه اتفاق افتاد.
افت ولتاژ به هر شكل ادامه پيدا مي كند و باعث از دست رفتن تعادل شبكه مي شود.
بانك هاي خازن هاي ازپيش نصب شده كاملاً ناكافي و ناكارآمد هستند و عملا خازن هاي در دسترس سريعا براي اصلاح ولتاژ به مقدار مطلوب عمل نمي كنند. به علت كاهش زياد توان راكتيو، ولتاژ شبكه به شدت كاهش يافته است كه باعث اختلال در عملكرد شبكه مي شود.
اين وضعيت به روشني مساله كاهش توان راكتيو را نشان مي دهد كه بوسيله تامين آن مي توان وضعيت شبكه را به صورت قابل ملاحظه اي بهبود داد.
موضوع مهم ديگري اين است كه كاهش ولتاژ زماني اتفاق مي افتاد كه خطوط توان بيشتري را از ظرفيت واقعي خود تامين مي كردند. بهترين پيشنهاد اثر بخش براي رفع اين مشكل نصب بانك هاي خازني يا جبران ساز استاتيك توان راكتيوبود. براي تحقق اين امر نياز به تحليل مفصل سيستم و سرمايه گذاري عظيم بود كه منوط به صرف زمان و تلاش زيادي است. يك مساله عمده كه بايد در مورد آن بحث شود نقش راكتور شنت 400كيلوولتي است.
شايان ذكر است كه تقريباً تمام راكتورهاي شنت در خطوط و باس ها در هنگام بحران به شبكه متصل بودند.
قطعاً، وجود اين راكتورها بايد يك نقش تعيين كننده در بدتر شدن ولتاژ سيستم داشته باشد. پيشنهاد شد در طول چنين بحران هايي راكتورهاي شنت خاموش شوند اما حتي با خارج كردن راكتورها ي شنت از شبكه در طي پيك كم باري كه ولتاژ شبكه افزايش مي يابدممكن است موجب صدمات و خسارات زيادي شود.
2.0 نقش راكتورهاي شنت و برنامه هاي پيشنهاد شده
در سال 1970 در خط انتقال 400 كيلوولتي فوق الذكر، تعدادي بريكر آزمايشي براي كنترل راكتورهاي شنت بكار گرفته شد. به خاطر مشكلات سوييچينگ (قطع و وصل) و همچنين براي افزايش اطمينان بريكرها تصميم گرفته شد به طور ثابت راكتورهاي شنت به منظور جبران ساز خطوط بكار گرفته شود. در روزهاي ابتدايي شبكه 400 كيلوولتي، خطوط بار سبكي را تغذيه مي كردند. 60% جبران سازي دائمي ظرفيت كل خط انجام نمي شد.
امروزه شبكه 400كيلوولتي جزء مهمي در سطح ملي شده است.توسعة شبكه 400 كيلوولتي، براي انتقال توان به مراكز بار درحال افزايش است. در اين متن، نگهداري سطح ولتاژ مطلوب، ظرفيت حداكثر توان قابل انتقال، پايداري و ثبات ولتاژ و كاهش تلفات خط در شبكه KV 400 با فرض حداكثر اهميت مي پردازيم.
با توجه به اهميت راكتورهاي شنت ضروريست با ديد تازه اي به چگونگي استفاده از اين راكتور ها، درخطوط و باس بارها بپردازيم:
1- يك راكتورشنت متصل به انتهاي خط (راكتورخط) نبايد به طور دائم در شبكه باقي بماند. راكتور خط بايد زمانيكه شبكه در پيك كم باري و ولتاژ خط بالاي حد مجاز است، در مدار قرار گيرد.
2- راكتور خط بايد از مدار خارج شود زمانيكه بار روي شبكه در حال افزايش است يا وقتيكه ولتاژ خط به زير حد مجاز رسيده است .
3- راكتور خط بايد قادر باشد به حفاظت خط وتجهيزات وابسته از اضافه ولتاژهاي اتفاقي كه ممكن است به خاطر حالات مختلف بار در شبكه اتفاق بيفتد.
4- يك راكتور خط بايد به صورت خودكار قابليت عمل قطع و وصل داشته باشد زمانيكه خطايي (فالت) در شبكه اتفاق مي افتد.
با توجه به شرايط موجود در اين شبكه كشور هند، راكتورهاي شنت كنترل شده (CSR)، يك انتخاب ايده آل محسوب مي شد.
راكتورهاي شنت كنترل شده (CSR) به خوبي قادر است توان راكتيو موردنياز خط و بارهاي موجود در شبكه را، تامين كند.
در هنگام پيك پرباري و كاهش ولتاژ، (CSR) به صورت اتوماتيك از شبكه خارج مي شود. به عبارتي ساده مي توان گفت: راكتورشنت كنترل شده (CSR) قابليت قطع و وصل به صورت اتوماتيك زمانيكه شبكه به آن احتياج دارد را به خوبي مي تواند پشتيباني كند.
3. ساختمان واجزاي راكتور شنت
قاعده كلي راكتور شنت كنترل شده (CSR )، ين است كه جريان راكتيو يك راكتور شنت بايك تريستور كنترل مي كند كه مي تواند به سرعت عمل سوييچينگ را انجام بدهد.
بكار بردن يك تريستور، براي اينكه همواره يك سطح ولتاژ پايدار را فراهم كند و به مفهوم يك ترانسفورماتور راكتور با سيم پيچي اوليه متصل به طرف فشار قوي و يك ثانويه (كنترل شده) با سيم پيچي مناسب براي اتصال يك تريستور عملي نيست. به عبارت ديگر (CSR) يك ترانسفورماتور با امپدانس زياد است كه بوسيله يك تريستور (VALVE ) در طرف ثانويه موازي شده و سطح ولتاژ مطلوب را تامين مي كند. امپدانس CSR را به وسيله تغيير زاويه از ميان يك كنترل كننده به راحتي ميتوان تغيير داد.
CSRبا تغيير دادن زاويه كنترل كننده تريستورها ميتواند ميزان مورد نياز توان راكتيو را كنترل كند كه ميتواند بين صفر تا ظرفيت كامل باشد. يك كنترل كننده توان راكتيو به اين شكل عمل مي كند. اين نوع عملكرد به طور پيوسته ادامه مي يابد: CSR مي تواند در دو وضعيت ON و OFF كه توسط تريستور و زاويه كنترل آن اين كار انجام مي گيرد.
شماي كلي يك راكتور شنت كنترل شده (CSR ) كه در يك خط انتقال KV 400 به كار مي رود در شكل 1 آمده است. سيم پيچ اوليه ترانس راكتور متصل به ولتاژ فشار قوي ازميدان يك جداساز و سيم پيچ ثانويه به تريستور متصل شده است.
كنترل كننده اي منطقي و برنامه پذير است و پالس ها را ازسيگنال هاي ورودي دريافت مي كند در كنار مدار از يك بريكر و يك گوه براي مدار تريستور درحالات مختلف فراهم شده است. اين مدار وقتي كه بسته است CSR به عنوان يك راكتور ثابت عمل مي كند. حضور يك گوه كوچك كمك مي كند مجددا به حالت اوليه بازگردد جداسازها در مدارات فرعي و مدار تريستور از ملزومات مراقبت لازم را مي كند. سيم پيچي سوم دلتا است كه از هارمونيك هاي سوم محافظت ميكند. براي هارمونيك هاي ديگر كه ممكن توسط زاويه كنترل كننده تريستور در هنگام كنترل توان راكتيو ممكن است توليد شوند يك فيلتركننده هارمونيك ميتوان به سيم پيچ سوم متصل نمود. مصرف MVAR اين فيلترها بسيار كوچك و در حدود 5% از ظرفيت CSR مي باشد.
شكل 1 : دياگرام يك CSR ، 400 كيلوولتي