عنوان مالکیت فکری: رله هوشمند خود تنظیم برای تشخیص خطای امپدانس بالا در شبکه های توزیع

خلاصه اختراع

در حدود 30 تا 50 درصد از خطاهاي تكفاز همراه با هادي بريده شده در شبكه توزيع از نوع خطاي امپدانس بالا هستند. آشكارسازي خطاهاي امپدانس بالا از بروز خطر برق‌گرفتگي و آتش سوزي و از هدر رفتن انرژي جلوگيري مي كند. هدف اختراع حاضر طراحي و ساخت رله هوشمند تشخيص خطاي امپدانس بالا براي شبكه هاي توزيع است كه دو ويژگي اساسي هوشمندي و تطبيقي بودن در تنظيم را به همراه هوشمندي در تشخيص خطا داشته باشد. ويژگي هوشمندي و تطبيقي بودن اين رله در مد تنظيم بدين صورت است كه دستگاه بر مبناي اطلاعات اندازه گيري شده از شرايط واقعي شبكه در مدت زمان مشخصي آموزش مي بيند و آستانه هاي مربوط به وزن دهي هر يك از شاخص هاي تصميم گيري شرايط خطا از شرايط غير خطاي مشابه براي هر شبكه به صورت مشخص، محاسبه مي گردند. ويژگي هوشمندي در مد حفاظت بدين معنا است كه رله با قرار گرفتن مد عملكرد رله در وضعيت حفاظت عملكرد رله شروع مي شود و با محاسبه شاخص ها و مقايسه مقادير محاسبه شده و مقادير معيارها در خصوص وقوع و يا عدم وقوع خطاي امپدانس بالا تصميم گيري مي نمايد.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

حوزه کاربری رله هوشمند خطای امپدانس بالای پیشنهاد شده (اختراع حاضر) شبکه های توزیع به خصوص شبکه های نصب شده در مناطق با آب و هوای خشک است. این رله به منظور تشخیص خطاهایی صرفا در شبکه توزیع است که علیرغم پاره شدن سیم و افتادن روی زمین و خطری که برای جان انسانهایی که در معرض قرار می گیرند دارد ولی به دلیل امپدانس زیاد در مسیر خطا از طریق رله های معمول موجود در حفاظت خطوط و پستهای توزیع قابل شناسایی نیستند.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

اگرچه جلوگیری از وقوع خطا در سیستم قدرت با هدف تامین بدون وقفه، امری غیر ممکن از دیدگاه فنی و یا ممکن با صرف هزینه های غیرقابل توجیه از دیدگاه اقتصادی است، اما بکارگیری ساختار حفاظتی مناسب می تواند تا حد قابل قبولی وقفه ناشی از خطا را کاهش دهد و افزایش پایداری و قابلیت اطمینان شبکه و همچنین کاهش هزینه بهره‎برداری را به همراه داشته باشد. در حاليكه هدف اصلي در آشكارسازي و مكان‌يابي خطاي اضافه جريان، حفاظت از شبكه است، هدف از آشكارسازي و مكان‌يابي خطاهاي امپدانس بالا جلوگیری از بروز خطر برق‌گرفتگي و آتش سوزي و جلوگيري از هدر رفتن انرژي است چراکه خطوط و شبكه توزيع بگونه‌اي طراحي شده‌اند كه در مقابل جريان اندك ناشی از بروز خطای امپدانس بالا هيچگونه مشكل مستقيمي نخواهند داشت و خسارتي نمي‌بينند. خطاهاي امپدانس بالا (HIF)، به آن دسته از خطاهاي اتصال كوتاه در شبكه‌هاي توزيع اتلاق مي‌شود كه داراي امپدانس بالا در نقطه وقوع خطا هستند و معمولاً به دو دليل ايجاد مي‌شوند، يا هادي برقدار با جسمي كه داراي امپدانس زياد است مانند شاخه‌هاي درخت، تماس پيدا مي‌كند و يا هادي بريده شده و بر روي زمين (خاك خشك، شن و ماسه، آسفالت و …) مي‌افتد. اين نوع خطاها داراي دو ويژگي عمده هستند، كه عبارتند از:
1- جريان عبوري در اين نوع خطاها معمولاً در حدي نيست كه بوسيله تجهيزات اضافه جريان موجود در سيستم توزيع تشخيص داده شوند.
2- اين نوع خطاها در اكثر اوقات همراه با جرقه هستند.
هدف اختراع حاضر طراحی و ساخت رله هوشمند تشخیص خطای امپدانس بالا برای شبکه های توزیع است که دو ویژگی اساسی زیر را داشته باشد:
• هوشمندی بر مبنای تشخیص خطای امپدانس بالا بر مبنای الگوهای رفتاری در شکل موج جریان عبوری از هرفاز فیدر و قابلیت تفکیک خطای امپدانس بالا از سایر پدیده های ظاهرا مشابه؛
• تطبیقی بودن در تنظیم بر مبنای شناسایی شرایط جریانی فیدر در خطای امپدانس بالا و پدیده های ظاهرا مشابه.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

ایده بکارگرفته شده در طراحی و ساخت رله هوشمند و خودتنظیم تشخیص خطای امپدانس بالا، استفاده از اطلاعات مولفه های هارمونیکی فرد (1 و 3 و5 و7)، زوج (2و 4 و 6) و اطلاعات مولفه های ميان هارمونيك های (5/0، 5/1، 5/2، 5/3، 5/4، 5/5، 5/6، 5/7) برای تشخیص خطاي امپدانس بالا و همچنین تمایز این خطا با سایر شرایط عادی مشابه خطای امپدانس بالا از جمله بارهاي شبه خطا (كوره هاي قوسي، كوره هاي القايي و ….) و كليدزني خازني است. همانگونه كه در شكل مذكور نشان داده است، الگوريتم پيش بيني شده بر مبناي نوع عملكرد انتخاب شده از سوي كاربر در حالت ”تنظيم“ و يا ”حفاظت“ قرار مي گيرد. در حالت ”تنظيم“ كه در دو وضعيت ”تنظيم در حالت عادي“ و ”تنظيم در حالت خطای اتصال کوتاه“، اطلاعات موردنياز براي تعيين حدود آستانه، كه در حالت ”حفاظت“ لازم است، بر مبناي اندازه گيري مقادير واقعي از شبكه محاسبه مي گردند. دو وضعيت تنظيم به ازاي آنست كه در حاليكه رله بر روي فيدر موردنظر نصب گرديده و نمونه برداري از جريانها را انجام مي دهد، شبكه در دو وضعيت عادي و وضعيت وقوع خطاي امپدانس بالا قرار داده شود. با محاسبه اطلاعات اوليه بر منوال مذكور و يا واردكردن آنها از طريق كاربر به حالت ” حفاظت“ در عملكرد رله شروع مي شود و مطابق آنچه اشاره شد با مقايسه مقادير محاسبه شده و مقادير معيارها در خصوص وقوع و يا عدم وقوع خطاي امپدانس بالا تصميم گيري مي نمايد.