Εντοπισμός Θέσης Σφάλματος σε Γραμμές Μεταφοράς Μεγάλου Μήκους με Μοντέλο Κατανεμημένων Παραμέτρων και Συγχρονισμένες Μετρήσεις

Abstract

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι αναπόσπαστο κομμάτι της ανθρώπινης δραστηριότητας. Η αξιοπιστία και η ακεραιότητα του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας είναι μέγιστης σημασίας για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών κοινωνιών, χωρών και ολόκληρων ηπείρων. Η προστασία αυτού του συστήματος από μόνιμα σφάλματα και ο περιορισμός των επιπτώσεων που αυτά προκαλούν είναι αναγκαία. Αυτά τα σφάλματα πρέπει να περιορίζονται και να απομονώνονται αμέσως για την προστασία του ανθρώπινου δυναμικού και του εξοπλισμού. Αφού απομονωθούν και αποσβεστούν, είναι απαραίτητη η εποπτεία, η αντικατάσταση τυχόν ελαττωματικού ή χαλασμένου εξοπλισμού και η επανασύνδεση του τμήματος του δικτύου που επλήγη, όσο το δυνατόν πιο γρήγορα. Για την επίσπευση των διαδικασιών απαιτείται η γνώση του τύπου, της θέσης και της αντίστασης σφάλματος με την καλύτερη δυνατή ακρίβεια. Η έννοια της ανίχνευσης σφαλμάτων προσπαθεί να κάνει ακριβώς αυτό. Στην συγκεκριμένη εργασία παρουσιάζονται, αναλύονται και διερευνώνται δώδεκα διαφορετικοί αλγόριθμοι ανίχνευσης σφαλμάτων που εφαρμόζονται σήμερα για την εύρεση της θέσης και της αντίστασης σφάλματος σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Εστιάζουμε σε μεθόδους που βασίζονται σε μετρήσεις τάσεως και ρεύματος που λαμβάνονται από μονάδες μέτρησης φασιθετών (phasor measurement units - PMUs). Αυτές, όταν προέρχονται μόνο από το ένα άκρο της γραμμής γίνεται λόγος για τους “αλγορίθμους εντοπισμού θέσης σφάλματος ενός άκρου”. Όμως, στις μέρες μας, η ανάπτυξη της τεχνολογίας του γεωεντοπισμού και των τηλεπικοινωνιών επιτρέπει να λαμβάνονται συγχρονισμένες μετρήσεις και από τις δύο πλευρές μιας γραμμής μεταφοράς. Έτσι, έχουν προταθεί οι “αλγόριθμοι εντοπισμού θέσης σφάλματος δύο άκρων με συγχρονισμένες μετρήσεις” οι οποίες αξιοποιούν μεγαλύτερο όγκο πληροφοριών. Συνοπτικά, η δομή της εργασίας έχει ως εξής: Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται η έννοια της ανίχνευσης σφαλμάτων η σημασία, ο σκοπός και η εφαρμογή της σε μία γραμμή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στη συνέχεια στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μοντελοποιείται μια γραμμή μεταφοράς. Επίσης, αναφέρονται οι συνδεσμολογίες των κυκλωμάτων ακολουθίας για όλα τα είδη βραχυκυκλωμάτων (μονοφασικό, διφασικό, τριφασικό) με βάση το μοντέλο π μεγάλου μήκους. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται η ανάλυση και η απλοποίηση αυτών των κυκλωμάτων με στόχο τον υπολογισμό των μεγεθών της τάσης και του ρεύματος κατά το σφάλμα στις θέσεις των ηλεκτρονόμων, δηλαδή στα άκρα της γραμμής. Έπειτα, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι “αλγόριθμοι εντοπισμού θέσης σφάλματος ενός άκρου” και αναλύεται διεξοδικά η εφαρμογή τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται και αναλύονται οι “αλγόριθμοι εντοπισμού θέσης σφάλματος δύο άκρων με συγχρονισμένες μετρήσεις”. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής αυτών τον μεθόδων με προσομοιώσεις που έγιναν με το λογισμικό Mathcad, για δύο γραμμές μεταφοράς διαφορετικού μήκους και για όλα τα είδη σφαλμάτων. Εξετάζεται η συμπεριφορά των αλγορίθμων σε φορτισμένη και αφόρτιστη γραμμή, με την θέση και την αντίσταση σφάλματος να μεταβάλλονται. Έτσι, συμπεριλαμβάνονται από τις πιο εύκολες και απλές μέχρι τις πιο δυσμενείς και σύνθετες περιπτώσεις. Τέλος, παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα συμπεράσματα και προτείνονται βελτιώσεις. Λέξεις Κλειδιά: Βραχυκύκλωμα, μοντέλο γραμμής μεταφοράς μεγάλου μήκους, εντοπισμός θέσης σφάλματος, Mathcad, υπολογισμός ακολουθιών μεγεθών.