محل یابی خطا

فصل اول

ضرورت محل یابی خطا در شبکه های توزیع

۱-۱-مقدمه
مصرف کنندگان نهایی انرژی الکتریکی همواره خواستار دریافت مداوم برق با کیفیت مناسب هستند . بنابراین در بهره برداری از شبکه های توزیع در اصل اساسی ذیل مطرح می گردد :
۱- تداوم ارائه سرویس به مصرف کنندگان
۲- حفظ کیفیت مناسب سرویس

۱-۱-۱- تداوم ارائه سرویس به مصرف کنندگان :
فعالیت اصلی مراکز حوادث شرکتهای توزیع در تداوم توزیع الکتریکی به شبکه فشار ضعیف می باشد .
ارائه سرویس به مصرف کنندگان برق به دلایل مختلف ممکن است با اختلال مواجه گردد. غیر از مواردی مانند اعمال خاموشیهای ناشی از کمبود انرژی برق ، اغلب موارد مربوط به شبکه توزیع است . مهمترین عوامل عدم تداوم کار عادی شبکه توزیع عبارتند از :
۱- حوادث غیر مترقبه مانند صدمه دیدن کابلها ، شکستگی تیرها ، آسیب دیدگی تجهیزات ناشی از برخورد وسایل نقلیه ، شرایط جوی و….

۲- عدم توانایی در تامین بار مصرف کنندگان به دلیل اضافه بار خطوط با ترانسفورماتور ها و ….
۳- تعمیر یا سرویس تجهیزات
۲-۱-۱- حفظ کیفیت مناسب سرویس :
ارائه سرویس مداوم به مصرف کنندگان کافی نمی باشد بلکه کیفیت این سرویس نیز بسیار با اهمیت است . این کیفیت از دو جنبه برای به رهبرداری ( شرکت توزیع ) و مصرف کننده حائز اهمیت است :
الف – کاهش تلفات شبکه توزیع تا حد ممکن ( از دید بهره بردار )
ب- تامین ولتاژ مناسب در پستهای ۴/۰ کیلو ولت ( از دید مصرف کننده )
هدف اساسی دیسپاچینگ توزیع ، تداوم سرویس و ارتقای کیفیت سرویس می باشد . با توجه به مطالب فوق سعی شده است روشهای فعلی مراکز حوادث به منظور دستیابی به هدف مذکور مورد بررسی قرار گیرند و در عین حال نقش سیستم دیسپاچینگ توزیع برای کمک به تعیین تداوم و کیفیت سرویس تبیین گردد . برای روشن شدن مطلب توضیح مختصری درباره طراحی و بهره برداری از شبکه توزیع ایران ضروری می باشد .
۲-۱- شبکه توزیع فشار متوسط در ایران
شبکه فشار متوسط در ایران شامل رده های ولتاژ ۳۳،۲۰،۱۱ کیلو ولت است . طراحی این شبکه بصورت شعاعی ، حلقوی و یا غربالی است ولی بهره برداری از آن به صورت شعاعی یا حلقوی باز می باشد . پستهای توزیع عموماً به دو صورت زمینی و هوایی نصب شده اند.
هر فیدر ورودی و خروجی از یک پست زمینی ، با یک سکسیونر به شینه های فشار متوسط پست وصل شده که به صورت دستی قابل قطع و وصل می باشد . در پستهای هوایی ، طبق بررسیهای به عمل آمده فقط ورودی ترانسفورماتور دارای فیوزکات اوت می باشد و معمولاً تجهیزاتی برای قطع و وصل خط هوایی نصب نشده است .

نقاطی که در آنها شبکه حلقوی به شبکه شعاعی ( یا حلقوی باز ) تبدیل می شود به نقاط مانور مرسوم می بیاشند که در موقع بروز خطا در یک فیدر ، می توان با استفاده از سکسیونرهای نصب شده در پستهای زمینی و نقاط مانور قسمتهای سالم فیدر را برقرار کرده و به این ترتیب بخشی از خاموشیهای ایجاد شده را برطرف نمود ، ولی در صورتی که در روی فیدر هوایی اشکال ایجاد شود ، معمولاً آن فیدر تا برطرف شدن عیب بی برق می ماند .

۳-۱- تداوم کیفیت سرویس
۳-۱-۱- تداوم ارائه سرویس به مصرف کنندگان
همانگونه که توضیح داده شد عوامل زیادی باعث تداوم سرویس می شوند که عمده ترین آنها ، وقوع حوادث غیرمترقبه در شبکه توزیع می باشد . عمده فعالیتهای مراکز حوادث توزیع برای حفظ تداوم سرویس به شرح زیر است :
الف : آگاهی از وقوع خطا در شبکه
ب- مشخص نمودن محل خطا
ج- جدا نمودن قسمتی که در آن خطا رخ داده از بقیه قسمتهای شبکه
د- بازیابی قسمتهای سالم شبکه و برقدار نمودن مجدد آنها
ه- تشخیص دقیق و تعمیر قسمت معیوب و وصل آن به بقیه شبکه
آنچه که از عملکرد فعلی مراکز حوادث استنباط می گردد استفاده از یک روش کاملاً دستی ، تجربی و غیرمهندسی است . در روش فعلی ، قطعی برق توسط مصرف کنندگان و یا از طریق دیسپاچینگ فوق توزیع به اطلاع مراکز حوادث توزیع می رسد . این مراکز ، با جستجو در مسیر

خطوط هوایی ، محل خطا دیده را تشخیص می دهند . در فیدرهای زمینی ، با جدا نمودن قسمتی از فیدر با استفاده از سکسیونرهای یکی از پستهای زمینی در مسیر فیدر و برقدار نمودن فیدر در پست اصلی ( فوق توزیع یا انتقال ) و ادامه این روش ، محل خطا را تشخیص داده و سپس با اهم متر و مولد ضربه و رفلکتور ، نوع خطا و فاصله محل اتصالی را پیدا کرده و با استفاده از نقشه و یا مسیر یابی ، محل اتصالی را مشخص می کنند . در روش فعلی ، نه تنها زمان بازیابی شبکه بسیار زیاد است بلکه عمر تجهیزات الکتریکی نیز با قطع و وصل جریان اتصال کوتاه کاهش می یابد و ب

ا وارد آمدن خسارت مالی به شرکت توزیع ( ناشی از عدم فرش برق در ساعات بازیابی شبکه به مصرف کننده ) اجتناب ناپذیر می باشد .
ارتباطات اصلی بین منبع تغذیه و مشترکین می باشند ، در حالت معمول ، زمانی که خطا اتفاق می افتد ، کلید بازبست ، فیدر را قطع کرده و بطور خودکار چندین دفعه فرمان وصل را می دهد . اگر خطا بعد از چند سیکل پاک گردد ، هیچ مسئله ای اتفاق نمی افتد . اگر خطا دائمی باشد ، کلید بازبست بطور قطع باقی خواهد ماند .
خطا ممکن است بر روی فیدر اصلی یا در یک شاخه تک فاز باشد . خطاهای کوتاه مدت خطاهایی می باشند که در ۳۰-۵۰ میلی ثانیه به ودی خود پاک می شوند و باعث عملکرد کلید بازبست نمی شوند . اندازه گیریهای واقعی در یک فیدر شعاعی ، توالی وقایع انواع خطاها را در هر دو یا سه روز نشان می دهند . این خطاها ممکن است باعث خسارت به لوازمات شرکت ها نشود اما بطور مشخص سبب عملکرد ید لوازم کامپیوتری یا سوئیچهای الکترونیکی مشترکین شود.[۱]
برای معرفی مشکلات مشخص شده در مواجهه با خطاهای فیدرهای توزیع شعاعی ، مثال زیر را در نظر بگیرید.
شکل ۱-۱: دیاگرام تک خطی یک فیدر توزیع شعاعی

شکل ۲-۱ : شکل موج جریان ضبط شده در خلال خطای کوتاه مدت

با توجه به شکل ۱-۱، بارها شامل مشترکین تجاری و صنعتی می باشد . حوادث این فیدر بصورت خطاهای کوتاه مدت برای چند روز تکرار می شود .

در اغلب این حالتها ، خطا بصورت تک فاز به زمین می باشد . شکل ۲-۱، شکل موج جریان ضبط شده در خلال یک خطای کوتاه مدت می باشد . در این موقع کلید باز بست پست ( بطور سه فازه ) هیچ عملکردی را ضبط نمی نماید . اما، جریان به بیشتر از ۲۰ برابر جریان بار افزایش می یابد .
آشکار سازهای خطایی که بروی فیدر نصب شده اند ،خطاهای کوتاه مدت را معمولاً ضبط نمی نمایند .
خطاهای مدت زیاد ، ممکن است به عملکرد کلید بازبست بیانجامد ، اما طبیعت خطاها یا محل یابی خطا هنوز ناشناخته مانده تا زمانی که خطای دائمی اتفاق بیافتد .
همان گونه که ذکر شد در شبکه توزیع کشور تجهیزات قابل قطع و وصل از راه دور نصب نشده اند و لذا انجام هر گونه مانور باید در محل انجام گیرد . علاوه بر آن یافتن نقطه خطا نیز عموماً بصورت تجربی و سلیقه ای می باشد . لذا ارائه و بررسی الگوریتمی که بتواند نقطه خطا یا محدوده محل خطا را نشان دهد ، کمک زیادی به بهره برداراران شبکه می نماید . علاوه بر آن از لحاظ تسریع در بازاریابی و تعمیر نیز روشهای محل یاب در سیستمهای توزیع حائز اهمیت است .

فصل دوم

مروری بر روشهای محل یابی خطا
در شبکه های توزیع

۱-۲-مقدمه
روشهای محل یابی خطا در خطوط هوایی و کابلهای زمینی می تواند به دو نوع اساسی تقسیم شوند . روشهایی که بر پایه اندازه گیری امپدانس خطا بعد از وقوع خطا می باشند و روشهایی که بر پایه اندازه گیری موج سیار خطای تولید شده هستند .
با توسعه تکنیکهای محل یابی خطا و استفاده از ثبت دیجیتالی اطلاعات خطا که در شر

کتهای توزیع مورد استفاده قرار می گیرد می توان به تسریع در بازیابی سیستم و جدا نمودن منطقه دارای مشکل کمک نمود . به کمک این اثباتها که معمولاً بروی خروجی خطا دار وجود دارند و به کم امپدانس سیستم ،محاسبه محل خطا امکان پذیر می باشد . جریان قبل از خطا از روی اطلاعات قبل از خطا گرفته می شود . باید توجه نمود که امپدانس سیستم بر اساس توالی شبکه و با فرض اینکه خطوط بطور واقعی ترانسپوزه شده اند می باشند .

قابل دسترس بودن ثباتهای دیجیتالی خطا – با یک بهای مناسب – اجازه استفاده این دستگاهها در پستهای اصلی را می دهد .
۱-۱-۲- محل یابی خطا برای خطوط شعاعی با چندین شاخه فرعی
وقتی که اطلاعات تنها در یک محل قابل دسترس باشد ، تنها مقادیر ممکن مورد استفاده امپدانس وسایل خواهد بود . امپدانس بصورت نمونه ولتاژ و جریان می باشد که این نسبت بر پایه نوع خطا و فازهای خطا دار ، در نظر گرفته ی شوند . کمیتهای فازورهای جریان برای کلاسه بندی نوع خطا و فازهای خطا دار ، استفاده می گردد . حداکثر تغییر فازورهای جریان بصورت یک مرجع استفاده می گردند . نسبت تغییر فازور جریان هر فاز با مقدار مرجع مقایسه می شود ، بطوری که اگر تغییر نسبت جریان معادل یا بیشتر از ۷۵/۰ باشد ، نسبت فاز خطا دار بصورت مبنا در نظر گرفته می شود .
از روی نوع خطای کلاسه بندی یک جفت جریان – ولتاژ برای محاسبه امپدانس سیستم انتخاب می گردند . برای نشان دادن تقریب محل یابی خطا دار روی فاز A عنوان می گردد . با توجه به شکل ۱-۲ ، اطلاعات جریان و ولتاژ در نقطه x موجود می باشند . x
f
o Z1=Z2,Z

شکل ۱-۲: دیاگرام تک خطی
با استفاده از شرایط خطا و پارامترهای شبکه ، ولتاژها و جریانهای خطا محاسبه می گردند . با استفاده از تبدیل نسبت فاز به فرض o Z1,Z امپدانسهای توالی معادلات بصورت :
(۱-۲) که در آن:
بنابراین امپدانس سیستم می تواند بصورت زیر معرفی شوند :
(۲-۲)

که در آن :
مقاومت دیده شده در دستگاه ثبات
را کتانس دیده شده در دستگاه ثبات
برای یک خطای تک فاز به زمین روی فاز A داریم :
(۳-۲)
که مقدار درست آن در پست بصورت :
(۴-۲)
که Z1 امپدانس توالی مثبت کل تا نقطه خطا می باشد .

با جداسازی معادله امپدانس سیستم [۴] به دو بخش حقیقی و موهومی و با حذف مقاومت نا مشخص Rf ، فاصله خطا می تواند بصورت زیر نشان داده شود :
(۲-۵)

اغلب آنالیزها مربوط به حالت خطاهای تک فاز به زمین می باشد ، اما می توانم انواع خطاهای دیگر را انتخاب جفت های جریان و ولتاژ متناسب با نوع خطا در نظر گرفت .
۲-۲- الگوریتم محل یابی خطا برای خطوط انتقال شعاعی به همراه بارها
۱-۲-۲- محل یابی خطا و رفتار بار
خطا معمولاً بصورت کوتاه خط به خط یا تک فاز به زمین و به ندرت بصورت خطای سه فازه می باشد . در هر صورت محل خطا حدود چند ثانیه توسط عملکرد مدار شکن پاک می گردد . همچنین ممکن است کلیدهای بازبست خودکار عمل نمایند . زمانی که خطا اتفاق می افتد ، تغییرات ولتاژها و جریانها بر اساس نوع و فاصله خطا انجام می پذیرد ، که این پدیده برای محاسبه فاصله خطا مورد استفاده می شود .
الگوریتهای مورد استفاده در خطوط انتقال ولتاژ بالا ، مدل انتهایی خط را بصورت یک منبع ولتاژ نامشخص و امپدانس مدل می نماید . خطا نیز بصورت یک مقاومت متغیر مدل می شود . خط نیز همانند بارهای انتهایی کاملاً اندوکتیو فرض می شود . بر این اساس از روش جمع آثار تونن برای الگوریتم استفاده شده است .

ولی در خطوط فشار متوسط و تعدادی از خطوط توزیع ولتاژ بالا ، فرضیات ممکن است برای شبکه های با حجم زیاد مشکل ایجاد نماید . چون انتهای خط دارای منبع نمی باشد و امپدانس باز بصورت یک راکتانس ثابت رفتار نمی نماید . علاوه بر مقاومت خط ، مقاومت و امپدانس بار باعث می گردد تا جریان خطا در فاز برابر با جریانهای خط در نقطه خطا دار یکی نباشد .
بارها در سیستم فشار متوسط بصورت بارهای گوناگون سوئیچ شونده و غیرخطی متعدد می باشند و به روشهای گوناگون مدل می شوند . [۵] اغلب شرکتها نیز آزمایشها و اندازه گ

یری های زیادی روی شبکه برای برآورد پارامترهای غیر مشخص مدلهای بار در نقاط کلیدی انجام داده اند . پاسخ استاتیکی مدلهای (۶-۲)و(۷-۲) بطور موثری رفتار بارهای گوناگون بزرگ در اغلب نقاط را مدل می نمایند . [۶]
(۶-۲)
(۷-۲)
که در رابطه فوق p ، توان اکتیو ، Q ، توان رادیو اکتیو ، V ولتاژ می باشد .
این پاسخ مطابق با یک امپدانس خالص برای رفتار بار می باشد . موتورها ، روشنایی و دیگر بارهای مسکونی – تجاری – صنعتی بندرت رفتاری بصورت امپدانس دارند .
بارهای موتوری دارای مشخصه توان ثابت بوده و به وسیله nP=0 مدل می شوند و بارهای جریان ثابت بصورت nP¬=nq=1 مدل می شوند . رفتار بار گرمایشی مقاومتی با ۲ nP¬=nq= مدل شده اند . پارامتر nq با جبران قدرت راکتیو به مقدار بیش از ۲ نیز می تواند برسد . آزمایشها نشان می دهد که بیشتر بارها بصورت مقادیر زیر مدل شوند : nP در رنج ۱ تا ۷/۱ و nq در رنج ۸/۱تا۵/۴ .
(۸-۲)
که در آن V0 ولتاژ پایانه است . I=YV
روشهای قراردادی محل یابی خطا فضایی از فواصل خطا را مطابق با
الف ) مقاومت بار
ب) ارتباط غیرخطی بین ولتاژ و جریان را بدست می دهد . ولتاژها و جریایانها در پ

ایانه یک قسمت از خط انتقال (شکل ۲-۲) بصورت زیر نشان داده می شود . [۶]
۲ ۱
T(x)
V2 V1

شکل ۲-۲ : بخشی از خط انتقال

(۹-۲)

۲-۲- اساس محل یابی خطا
شکل ۳-۲ مدل استفاده شده برای محاسبه محل یابی خطا در سیستمهای انتقال می باشد . خط خطا دار مقادیر نامشخص مقاومت در نقطه F می باشد . مسئله محل یابی ، محاسبه فاصله F از S است . سه نوع معمول خطا توسط معادلات مشخص شده اند

شکل ۳-۲: خط انتقال خط دار به همراه بار
از آنجایی که خطاهای الکتریکی تماماً مقاومتی هستند ، روابط تعیین فاصله خطا توسط معادلات بخش موهومی امپادنس خطا برابر صفر تهیه می گردد.
به جهت ارائه الگوریتم تعیین فاصله خطا از یک روش تجزیه و تحلیل استفاده شده که با مقادیر ولتاژها و جریانهای توالی در نقطه خطا و ولتاژ ها و جریانهای اندازه گیری شده در انتهای S( در هنگام و قبل از خطا ) و نقطه x ، فاصله نامشخص از S تا F بدست می آید . با جاگذاری این مقادیر معادله ای بر حسب x بدست آمده و فاصله خطا بدست آورده می شود . این معادله می تواند به کمک تکرار نیوتن رافسون با دیگر تکنیکها حل شود . حل تقریبی برای خطوط انتقال کوتاه با نادیده گرفتن از دومین بخش توابع ( به دلیل کوچکی ) بدست آورده می شود .[۶]
۳-۲- تکنیک محل یابی خطا برای سیستم توزیع با استفاده از سینگالهای ولتاژ گذاری فرکانس بالای خطا
۱-۳-۲- مقدمه :
تلاشهایی برروی توسعه روشهای اندازه گیری امپدانس برای محل یابی خطا انجام گرفته است . اما ، مانند تمام روشهای اندازه گیری که بر پایه فرکانس قدرت می باشد، موانع و محدودیتهایی برای پارامترهای خطا – در بخش مقاومت آن – و بار خطا و پارامترهای منبع و غیره وجود دارد . در نتیجه ، دقت بدست آمده در محل یابی خطا در حدود ۳-۲% طول کل خط محدود می شود و بعید به نظر می رسد که در آینده نزدیک دقت از این سطح بیشتر شود.
بطور تئوری ، موج سیار خطای تولید شده ، شامل اطلاعاتی درباره محل خطا است که می تواند بطور دقیق برای محل یابی استفاده شود [۷]. اما ، روشهای مل یابی خطا که بر پایه موج سیار هستند کمتر نشان داده شده اند . وقتی که ولتاژ در یک زاویه نزدیک صفر اتفاق می افتد ، خطا ترکیبات موج سیار زیاد تولید نخواهد کرد .
برای خطاهای نزدیک ، اختلاف زمانی بین سیر موج و بازگشت آن از باس بار خیلی کوتاه خواهد بود و بعید است که موجها بطور جداگانه آشکار شوند . اندازه های سینگالهای ولتاژ تا وقتی که محدودیت پهنای باند C.V.T نمی تواند یک مانع جدی باشد ، تهیه می گردند . یک روش جهت حفاظت خطوط انتقال بر پایه آشکار سازی سیگنالهای گذاری فرکانس بالایی است که توسط خطای تولید شده می باشد ، بررسی نشان می دهد که این روش دقت بسیار بالایی در محل یابی خطا دارد . علاوه بر آن روش مورد نظر ، مصون از حوادث فرکانس توان مثل نوسانات قدر ت و اشباع آن می باشد .
همچنین این سیستم برای نوع خطا ، مقاومت خطا و پارامترهای منبع ، بهبود یافته است . این طرح بطور جداگانه با طرحهایی که بر پایه امپدانس می باشند ، رقابت می نماید .
در این مورد دو سیستم اساسی توضیح داده می شود که یکی استفاده از

ثباتهایی که در دو انتهای خط قرار گرفته و با کمک دریافت کننده های ماهواره ای که در فضا قرار گرفته اند سنکرون می شوند و دوم استفاده از ثباتهایی که در یکی از دو انتهای خط قرار دارند .
روش مورد نظر در این قسمت تعیین محل خطا بروی خطوط توزیع هوایی و سیستمهای کابلی می باشد و این روش بر اساس آشکار سازی سیگنالهای فرکانس بالای تولیدی توسط خطا بنا شده است .
در استفاده از این روش ، زاویه شروع خطای کوچک مسئله زیادی ندارد ، چو

ن سیگنالهای فرکانس بالا بطور پیوسته ای با قوس خطا در نقطه ای که خطا در آن رخ داده ، تغییر نمی کند . در طرح توصیف شده ، سیستم نمونه برداری سرعت بالا برای تولید حالتهای گذاری فرکانس بالای خطا ، استفاده شده است . جهت رسیدن به دقت بالایی در سیستم، نمونه برداری بصورت ۲۰ نمونه در هر سیکل استفاده می شود .
۲-۳-۲-طراحی فاصله یاب و اصول آن
تغییر ناگهانی در ولتاژ سیستم برای یک خط یا کابل ، سیگنالی با باند پهن را در تمام رنج فرکانس تولید خواهد نمود .
مقادیر اصلی این موجها با دیگر مقادیر مثل : موقعیت خطا روی خط ، مقاومت خط و از همه مهمتر ، نمونه وقوع خطا وابستگی دارد . این ترکیبات فرکانسی از نقطه خطا در هر دو جهت منتشر می شوند . در واقع ، سیگنالها روی خط یا کابل به همدیگر یم رسند و بسوی نقطه خطا برگشت می کنند .
۱-۲-۳-۲- قاعده اصلی محل یابی خطا
همانطور که در شکل ۲-۴ نشان داده شده است ، بطور گرافیکی می توان یک تکه از خط را توسط یک دیاگرام شبکه ای نشلن داد و در نظر بگیرید که سیگنالهای فرکانس بالا در سیستم به سوی هر دو باس بار در رو طرف حرکت می نماید . فرض کنید خطایی در فاصله x از باس بار R اتفاق می افتد .

شکل ۴-۲: دیاگرام شبکه ای بر خط تک فاز بدون تلفات
روش محل یابی خطا بر پایه تعیین موقعیت سیر حرکت سیگنالهای ولتاژ فرکانس بالا در باسباریست که فاصله یاب در آن قرار گرفته است . بخصوص ، زمان اولین دریافتی و توالی سیگنالهای برگشتی با اولین بری شناسایی موقعیت خطا استفاده می شود. در این شکل خطا در انتهای R آشکار شده است ، سیگنال vr2 بعد از سیر اولین موج vr1 در زمان ثانیه بدست آمده است که نشان دهنده فاصله x خط از باس بار R می باشد که مقدار آن : (۱۰-۲)

که v سرعت سیگنال موج سیار روی خط می باشد . مقدار x کمتر از طول خط Lp نشان دهنده خطا روی خط می باشد .
در تکنیک حاضر ، فاصله یاب طراحی شده بر اساس ایجاد یک سیگنال ولتاژ فرکانس بالا در رنج فرکانس ۱ تا ۱۰ مگا هرتز می باشد . اطراف این رنج فرکانسی ، امپدانس

باس بار توسط خازن باس بار محدوده شده و یک ولتاژ با علامت مخالف را برگشت خواهد داد . مقاومت خطای زمین نیز در این رنج فرکانسی موج ولتاژ یا پلاریته مخالف را برگشت می نماید . علاوه بر آن همانطور که از شکل ۴-۲ دیده می شود ، با در نظر گرفتن باسبار S یا R ، موج برگشت شده از باس بار انتهایی پلاریته مخالف با نقطه خطا را خواهد داد ، و به ای

۲-۲-۳-۲- دستگاه آشکار ساز خطا
بلوک دیاگرام دستگاه آشکار ساز خطا در شکل ۵-۲ نشان داده شده است . ولتاژ سه فازه توسط خازنهای کوپلینگ ولتاژ بالا نمایش داده می شوند و سیگنالهای اطلاعات طی مراحلی به دیجیتال تبدیل می شوند . مبدل ترکیب کننده جهت تهیه سیگنالهای هوایی و زمینی استفاده می شود .

شکل ۵-۲ : بلوک دیاگرام دستگاه محل یاب خطا

شکل ۶-۲ سرعت سیر موج سیگنالهای هوایی و زمینی برای یک خط هوایی و خط زمینی ۱۱ کیلو ولت را نشان می دهد . در حالت خط هوایی شکل (a -6)، با افزایش فرکانس ، سرعت هر دو سیگنال هوایی و زمینی نزدیک به سرعت نور می رسد . در حالت کابل شکل (b – ۶ ) ، گر چه هر دو مد اساساً کمتر از سرعت نور هستند ، ولی اختلاف بین دو سرعت با تغییر کم در فرکانسهای بالای یک مگا هرتز کاهش می یابد . منحنی ها می تواند توسط EMTPترسیم شوند . در عمل ، دقت تکنیک بوسیله نویزهایی که از طریق دو منبع بوجود می آیند ، تاثیر می پذیرد .

شکل ۶-۲: سرعت سیر سیگنالهای مد هوایی و زمینی a خط ،b کابل

بروی قدرت کابل یا خط نویزهایی مثل کرونا و تخلیه های ویژه ، و نویز زمین بوده که با وسایل کوپل می گردد . تکنیکهای ضد نویز معمول مثل ، جداسازی و فیلتر کردن ، می تواند برای کاهش اثر نویز زمین بکار گرفته شود . ولی نویز لوازم بطور موثری توسط کنترل تقویت سیگنالهای ورودی کنترل می گردد و نویز لوازم ارتباطی راکاهش می دهد .

۴-۲- طرح جدید برای آشکار سازی خطا بروی فیدرهای توزیع هوایی بر اساس روش امواج سیار
۱-۴-۲- مقدمه :
اغلب روشها که برای محل یابی خطا در شبکه توزیع بکار گرفته شده اند ، تن

ها بر اساس اطلاعات فرکانس اصلی برگرفته از مشتقات ولتاژ و جریان بعد از خطا می باشند .
ترکیبات فرکانس بالا بوسیله تغییر ناگهانی ولتاژ سیستم بوجود می آید ، نقش مهمی را در محل یابی خطا ایفاء می نماید. روش ارائه شده در این قسمت یافتن محل خطا در یک سیستم توزیع توسط آشکار سازی ترکیبات فرکانس بالا بوده که بوسیله بروز خطا روی خط بوجود می آیند .
۲-۴-۲- ساختار اصلی محل یاب : ار اصلی می باشد که با دریافت ترکیبات فرکانس بالای خطا در زمان بروز خطا روشن می گردند . با ملاحظه ساختار محل یاب ، هر ذخیره ساز روشن شونده دارای یک امپدانس بالا در فرکانس قدرت و یک امپدانس موثر (ZS ) می باشد که با امپدانس مشخصه خط۰ R در فرکانس اصلیFC مرتبط بوده و با آن تنظیم می شود [۸].

شکل ۷-۲ : اساس و ساختار یک محل یاب
بایستی در نظر گرفت که در اغلب ولتاژها در سیتم قدرت ، خازنهای ذخیره ساز روشن شوند:

Cp بصورت خازنی که بطور مستقیم متصل شده و یا بصورت خازنی که هادی ولتاژ بالا بوده ، مورد استفاده قرار می گیرند . انوکتانسهای (Lp ) در این مدار بطور فیزیکی جهت روشن نمودن مورد استفاده قرار می گیرند .
دستگاه تله موج می تواند یک ترانسفرماتور جریان باشد که به طور سری و مستقیماً با هر فاز خطوط قدرت متصل شده است . مدار تله موج با همان فرکانس Fc روشن شده و توسط مدار اتصال کوتاه واقعی در فرکانس قدرت و به کمک خاصیت اندوکتانس L1 با مقدار mH 1/0 عمل می نماید . در این روش اتصالات محل یاب مزاحمتی را برای اجرای حالت ماندگار سیستم که به آن اتصال داده شده ندارد .
مدار تله موج دارای امپدانس (Zt ) در فرکانس Fc می باشد . هر ذخیره ساز روشن کننده ، دارای امپدانس نزدیک به ۵۰۰ اهم به عنوان مثال نزدیک به مشخصه امپدانس یک خط ۱۱ کیلو ولت بین باند باریک فرکانس اطراف فرکانس مرکز Fc می باشد .

هر ذخیره ساز در فرکانس قدرت بصورت یک مدار باز عمل می کند و امپدانس آن به سرعت در خارج باند باریک اطراف فرکانس Fc ، بصورت یک تونل عمل می نماید و امپدانس آن در اطراف فرکانس قدرت خیلی کم افت می کند ( حدود ۳% اهم در mH 50) ، عمل آن برای فرکانس قدرت تقریباض مناسب بوده، اما عمل مدار ذخیره ساز در فرکانس Fc مثل بازدارنده می باشد .
۳-۴-۲- اساس عملکرد محل یاب ترکیبات فرکانس بالای خطا و تهیه اطلاعات برای محل یابی خطا قرار داده شده اند . شکل ۸-۲ محل یاب را در
یک خط تک فاز مفروض با یک امپدانس ۰ R می باشد نشان می دهد .

شکل ۲-۸: ساختار یک فیدر شعاعی با سه محل یاب

ابتدا خطایی در نقطه F1 در نظر گرفته و فرض کنید کع تنها سیگنالهای اطراف فرکانس Fc گرفته شده و تحلیل می شوند . برای این خطا ، نسبت ولتازها در هر طرف محل یاب Loc1 توسط معادله (۱۱-۲) داده شده اند :
(۱۱-۲)
که Qcu سیگنال مشخصه تهیه شده از تست ولتاژهای Vy ¬به Vx نزدیکترین محل یاب واقع در مسیر خطا می باشد . بطور مشابه برای همان خطا ، نسبت ولتاژها در هر طرف محل یاب Loc2 با معادله (۱۲-۲) داده می شود .
(۱۲-۲)
Qcd سیگنال مشخصه تهیه شده از نسبت ولتاژهای Vy ¬به Vx نزدیکترین محل یاب واقع در مسیر پایین خط می باشد .
حال وقوع خطا در F2 را در نظر گرفته و نسبت ولتاژها را که توسط معادله زیر نشان داده می شود
(۱۳-۲)

زمانی که خطایی رخ می دهد ترکیبات فرکانس بالا از میان محل یاب Loc2 عبور می نماید که باید مشخص گردد که این ترکیبات در بخش مشخصی از طیف فرکانس گذر می نماید . علاوه بر آن چون تمام فاصله یابها در همان فرکانس و پهانی باند روشن می شوند ، سیگنالهایی که روی هر دو منطقه فاصله یاب Loc1 و یا یک خطا در نقطه F2، ارتباط ولتاژها- بطوری که در معادله (۱۴-۲) نشان می دهد – بدست می آید :
(۱۴-۲)

بنابراین معلوم می شود که ، سیگنالهای بدست آمده از نسبت ولتاژهای Vy ¬؛ Vx هر فاصله یاب که در پشت نزدیکترین محل یاب و جداکننده خطا قرار گرفته است ، همواره تقریباً معادل با واحد می باشد . از معادلات فوق مشخص می شود که ، با مقایسه نسبت ولتاژهای Vx به Vy محل یابها با یک سطح آستانه از پیش معرفی شده THL ، بخش خطا دار خط می تواند برآورد گردد . بایستی در نظر گرفت که سطح آستانه THL بایستی با یک سطح قرار گرفته بین مقادیر یک و Qcu باشد .

 

فصل سوم

محل یابی خطا در شبکه های توزیع

۱-۲- مقدمه :
اغلب الگوریتمهای محل یابی خطا برای سیستمهای انتقال طراحی شده اند و برای شبکه های توزیع شعاعی مناسب نیستند [۹]. الگوریتمهای توصیف شده ای که می توانند برای شبکه های توزیع استفاده شوند با مسائلی همچون ، چگونه طبقه بندی کردن چندین محل خطای بدست آمده یا چگونه مدل کردن نقاط خطا ، درگیر هستند . تکنیکهای جدید روی توسعه سیستمهای تشخیص خطا بر پایه تقریبهای تجربی می باشند ، متمرکز شده اند [۱۰].اغلب تکنیکهای تجربی به اطلاعات خارجی همچون آلارمهای SCADA ، وسایل قطع و وصل فیدرپست ، اندازه گیریهای فیدر و سنسورهای ولتاژ و غیره اطمینان دارند [۱۱]. در بیشتر سیستمهای توزیع استفاده تقریبهای تجربی برای این کار ممکن نیست چون اندازه هایی که تنها در پست قابل دسترس هستند و نیز اطلاعاتی که برای عملکرد حفاظت فیدر وجود دارند معمولاً ناشناخته اند . در این بخش یک

سیستم محل یابی و تشخیص خطا را بطوریکه در شکل ۱-۳ نشان داده ، برای یک سیستم توزیع اتوماتیکی توصیف می نمایند . این سیستم شامل اطلاعات موجود در یک پست بوده که دارای دستگاه ضبط لحظه ای دیجیتال می باشد . به همراه آن اطلاعاتی از ساختار فیدر و تنظیم حفاظت موجود بوده که بصورت یک بانک اطلاعاتی تهیه شده است . یکی از فواید چنین سیستم ، سرعت بالای بازیابی انجام سرویس آن است که توسط کارگران تعمیر کار انجام می پذیرد . محل بابی خ

طا و سیستم تشخیص خطا می تواند برای شناسایی محل خطاهای گذرا بکار گرفته شود و بنابراین بصورت ابزاری برای جلوگیری از خطا مورد استفاده قرار گیرد .

شکل ۱-۳: سیستم اتوماتیکی محل یابی و تشخیص خطا
طرح محل یابی و تشخیص خط، شامل سه مرحله می باشد : پردازش سینگال ، محل یابی خطا ، تشخیص خطا .
بطوریکه در شکل (۲-۳) نشان داده شده است ، ابتدا یک الگوریتم پردازش سینگال برای محاسبه کمیتهای فاز و ولتاژ و جریان استفاده شده و توالی حوادث از شکلهای دیجیتالی ضبط شده ، استخرج می گردد . الگوریتم پردازش سیگنال بطور معمول بر پایه کارهای قبلی می باشد .

شکل ۲-۳: طرح محل یابی و تشخیص خطا
با محاسبه کمیتهای فازوری ، الگوریتم تشخیص خطا در انتها با استفاده از حذف کردن و مرتب کردن احتمالات نسبت به محل یابی خطا می پردازد .
این بخش به توصیف طرح تشخیص و محل یابی خطا تمرکز یافته که بصورت زیر مشخص می گردد:
ابتدا الگوریتم محل یابی خطا توصیف می گردد، آن وقت راهکار تشخیص خطا نشان داده می شود و در فصل بعدی نتایج آزمایشها روی خطای مورد نظر نشان داده می شود بطوری که فواید طرح محل یابی و تشخیص خطا عنوان می گردد[۱۲].
۲-۳- محل یابی خطا
الگوریتم فاصله یابی خطا بر پایه تکرار حل معادلاتی است که توصیف کننده شرایط خطا ددر حالت ماندگار می باشند . این مراحل بصورت زیر می باشد .

شکل ۳-۳: خطای تک فاز به زمین برروی فاز A

با در نظر گرفتن مقدار اثر متقابل بروی فازها ، ارتباط روابط فاز خطا دار بصورت:
(۱-۳)
Rf : مقاومت خطا ، If : جریان خطا ، D فاصله خطا می باشد . جریان خطا بوسیله تفریق جریان فاز خطا دار بعد از وقوع خطا از جریان عبوری از ابتدای خط می باشد که بص

ورت :
(۲-۳)
که در جریان خط روی فاز خطا دار بعد از نقطه خطا می باشد . در نظر بگیرید در ساختار شعاعی شبکه توزیع ، جریان خط بعد از وقوع خطا ، تنها بوسیله ولتاژهای نقطه خطا بدست می آید که می توانند با استفاده یک الگوریتم پخش بار شعاعی محاسبه گردند که
(۳-۳)
ولتاژها در نقطه خطا می تواند بصورت بخشهایی از جریانهای فاز و فاصله خطا بصورت زیر نشان داده شود:
(۴-۳)
جهت محاسبه فاصله خطا ، تقریب تکرار زیر برای حل این معادلات بکار گرفته می شود .
۱- تکرار فرض یک جریان خطای اولیه If شروع می شود . رابطه زیر بیانگر جریان خطا می باشد .