أهم قضايا الموثوقية في خطوط نقل القدرة الكهربائية

أهمية الوقوف على قضايا الموثوقية في خطوط نقل القدرة الكهربائية:

نظراً لتوسع نظام النقل على مر السنين، يبدو أن السعة الفائضة المتاحة على خطوط النقل يتم استهلاكها دائماً مع نمو النظام أو عندما يجد مستخدمو الإرسال طرقاً أكثر اقتصادية لتلبية متطلبات النظام، حيث يؤدي التوسع إلى مزيد من الاستخدام، كما ينتج ازدحام النقل عندما يتعذر على مسار معين لنقل الكهرباء استيعاب تدفق الطاقة المتزايد.

وعلى الرغم من اختلاف أسباب الازدحام، إلا أن النتيجة الشائعة هي أن زيادة تدفق الطاقة على مسار إرسال معين غير ممكن دون المخاطرة بموثوقية النظام، كما يحدد هذا القسم بعض الأنواع الشائعة من القيود ويقدم بعض الظواهر الكهربائية المرتبطة بهذه المشكلات.

القيود الحرارية المرتبطة بموثوقية نظام خطوط النقل:

يمكن أن يؤدي ترهل الخط الناتج عن تجاوز الحد الحراري لخط النقل إلى حدوث خطأ في الخط، وهو عبارة عن قوس بين خط النقل والنباتات أو الهياكل أو الأرض القريبة، وخاصةً عند حدوث أعطال في الخط، حيث تزيل مكونات خط النقل الواقية الخط من الخدمة لحماية المعدات الطرفية من التلف الجسيم.

وذلك بمجرد إزالة الخط المعيب من الخدمة، حيث تعاني خطوط النقل الأخرى في النظام من زيادة الأحمال الكهربائية لأنها تعوض عن فقدان الخط المعيب، كما يمكن أن يحدث التحميل الزائد على خطوط النقل هذه، والتي قد تتجاوز قيود التشغيل الحراري.

أما إذا لم يتم التحكم فيها على الفور؛ فقد تحدث أعطال إضافية في خط النقل، وذلك لضمان تشغيل نظام موثوق به، وغالباً ما يتم وضع قيد التشغيل الحراري (المحدد بالقدرة الحقيقية، أو ميغاواط)، وعلى خطوط النقل المزعجة للتحكم في نقل الطاقة المسموح به عبر الخطوط، بحيث يحدد هذا الحد حداً أعلى لقدرة نقل خط معين، ومن المهم ملاحظة أنه في بعض الحالات، لذلك قد يتم تعيين حد التحويل على خط معين.

في الواقع يقلل من ارتفاع درجة حرارة خط نقل مختلف، بحيث تميل إضافات خطوط النقل إلى التخفيف من احتمالية تجاوز حدود سعة خط النقل، وعلى الأقل حتى يتم اكتشاف الاستخدامات المستقبلية لسعة النقل الإضافية والوصول إلى عوامل تقييد جديدة، وذلك كما يفهم مشغلو النظام أنه حل مؤقت قصير المدى.

كما يمكن تجاوز الحد الحراري في حالات الطوارئ، ولهذا السبب، قد تحمل خطوط النقل أيضاً تصنيفاً للطوارئ، بحيث يخضع لطول زمني يسمح بحد نقل أعلى طالما أن طول الوقت الذي يكون فيه النقل ساري المفعول لا يتجاوز الفترة المحددة، على سبيل المثال 10 دقائق تصنيف الطوارئ، وبشكل عام، تكون القيود الحرارية أكثر شيوعاً في المناطق التي يكون فيها نظام النقل مترابطاً بإحكام (خطوط أقصر).

مستوى الفولتية المرتبطة بموثوقية نظام خطوط النقل:

في المقام الأول كنتيجة لمفاعلة خط النقل، حيث سيكون الجهد عند الطرف المستقبل للموصل أقل من الجهد المطبق على الطرف المرسل، كما قد تؤدي الانحرافات الكبيرة في الجهد إما أعلى أو أقل من القيمة الاسمية إلى إتلاف المرافق أو معدات العميل، لذلك يتم استخدام قيود جهد التشغيل للحفاظ على ظروف التشغيل التي تلبي متطلبات الجهد اللازمة.

وبشكل عام، تكون قيود الجهد أكثر شيوعاً في المناطق التي تكون فيها خطوط النقل متفرقة وطويلة، كما هو الحال في الربط الغربي، كذلك قد يكون من الأكثر اقتصاداً معالجة قيود الجهد عن طريق تعديل الخطوط الموجودة، مثل إضافة السعة، وذلك بدلاً من إضافة سعة نقل جديدة.

قيود تشغيل النظام:

حيث يمكن لمشغلي النظام تقدير تأثيرات تدفقات العقود (تلك التدفقات المحددة على أنها معاملات من نقطة إلى نقطة)، وذلك على المسارات المتوازية في نظام النقل، كما تسمح هذه التقديرات للمشغلين بتعديل جداول العقود لتقليل احتمالية مواجهة حد النقل على خطوط نقل النظام بسبب التدفقات الحلقية، ولذلك، قد تكون هناك قيود تشغيل محددة للتخفيف من آثار تدفقات قدرة المسير المتوازي.

كما تدعو الإرشادات إلى هامش جيد لضمان بقاء التوليد الكافي، وخاصةً في حالة انقطاع المولد، وبالمثل؛ فإنه توجد أدلة تشغيل للحد من تأثيرات النظام التي تسببها أنواع أخرى من الظروف التي تؤثر على استقرار النظام.

كما يوصى بكل ظروف التشغيل هذه كوسيلة لتحسين موثوقية النظام بشكل عام مع التقليل من استخدام مكونات نظام معينة، بالإضافة إلى ذلك؛ يتبع جميع مشغلي النظام إرشادات التشغيل الوقائية لضمان سلامة النظام وموثوقيته بشكل عام.

استقرار النظام والجهد:

نظراً لأن الأحمال تتغير باستمرار، فقد تحدث هناك اختلافات صغيرة في التردد حيث تتكيف الطاقة الميكانيكية في توربينات المولدات مع التغيرات في الطلب على الطاقة الكهربائية، وطالما أن اختلافات التردد صغيرة (أي استقرار الإشارة الصغيرة)؛ يظل النظام المترابط متزامناً.

كما سيستمر النظام في العمل بطريقة مستقرة ما لم تستمر الاختلافات في الزيادة في الحجم وتتأرجح عند الترددات المنخفضة. يمكن أن تؤدي هذه التذبذبات إلى المزيد من مشاكل الجهد والتردد الكهربائي التي قد تؤدي إلى عدم الاستقرار وربما إلى الانقطاعات المتتالية.

أيضاُ قد تحدث التذبذبات الأكبر عند إزالة مكونات النظام من الخدمة بسبب حدوث عطل أو انقطاع، وعلى سبيل المثال؛ فقد تميل تغيرات التردد التي يسببها مولد خارج الخط إلى أن تكون أكبر في الحجم من تذبذبات الإشارة الصغيرة الناتجة عن تغيرات الحمل، كما توفر تقلبات الثبات الأكبر احتمالية أكبر للتقلبات غير المنضبطة التي يمكن أن تؤدي إلى عدم استقرار الحالة المستقرة.

أيضاً هناك حاجة إلى تدابير وقائية لتقليل احتمالية عدم استقرار النظام، مما قد يؤدي إلى انقطاع النظام على نطاق واسع، كما يمكن للنظام الذي يفتقر إلى الاستقرار العابر أن ينتج خصائص التشغيل هذه إذا لم يتم ممارسة التدابير التصحيحية للقضاء على الحالة.

حيث يحدث عدم استقرار الجهد عندما يتعرض نظام النقل لتدفقات طاقة تفاعلية كبيرة، ولا يجب تجاهل بأن تدفقات الطاقة التفاعلية الكبيرة على خطوط النقل الطويلة إلى انخفاض الجهد عند الطرف المستقبل للخط، كما يتسبب “الجهد المنخفض” في زيادة التيار، مما يؤدي إلى خسائر تفاعلية إضافية، أيضاً قد تكون النتيجة النهائية هي انهيار الجهد بشكل كامل.

لذلك قد يؤدي إلى إتلاف المعدات والتسبب في انقطاعات إضافية، خاصةً إذا تُركت دون حل، وبشكل عام؛ فإن خطوط النقل الطويلة محدودة الاستقرار وليست محدودة حرارياً، وذلك اعتماداً على ظروف النظام، لذلك يمكن أن تؤدي تحسينات المعدات لإضافة المزيد من الطاقة التفاعلية أو خطوط نقل إضافية إلى تخفيف مشاكل استقرار الحالة المستقرة والجهد.