الكشف عن القوس الكهربائي في خطوط طاقة النقل الكهربائية

أهمية الكشف عن القوس الكهربائي في خطوط طاقة النقل الكهربائية:

يمكن أن يصبح حدوث ماس كهربائي في نظام الطاقة الكهربائية خطيراً على المعدات الكهربائية، خاصةً عندما يحدث خطأ قوس في خط طاقة النقل، كما يتم تكوين قوس أساسي ويتم تقديمه خلال مدة الخطأ حتى اللحظة التي تفتح فيها القواطع.

لذلك إعادة إغلاق أوتوماتيكية أحادية وثلاثية الطور لخطوط القدرة، كما يعد إيقاف تشغيل ماس كهربائي، يعد وسيلة فعالة للغاية لتحسين موثوقية نظام الطاقة، لذلك؛ فإن معظم العيوب في الخطوط الهوائية للقوس تكون بعد إيقاف الخطأ، كما يتم إزالة الأيونات من منطقة القوس وهذا يجعل إعادة الإغلاق ممكناً.

وأثناء الدائرة القصيرة، يكون جهد القوس في بداية الخط هو مجموع انخفاض الجهد عبر ممانعات الخط والجهد القوسي، وجهد القوس مشوه بسبب طبيعته غير الخطية، كما أن تأثير القوس ضئيل للغاية على شكل الموجة الحالية، وذلك لأن قيمة جهد القوس أصغر بكثير بالنسبة لجهود الطور، لذلك؛ فإنه يمكن افتراض أن شكل الموجة الحالي هو جيبي.

ومن أجل تحديد قوس دائرة قصر؛ فإنه يُقترح استخدام درجة “تشويه منحنى الجهد” في بداية الخط، بحيث يتغير نوع التشويه خلال وقت ظهور القوس، كما ينمو جهد القوس الكهربائي مع مستوى تشويه التيار، ولتحديد درجة تشويه الجهد، تكون معلمات المكون الأساسي في الجهد ضرورية.

وبالإضافة إلى المعلمات المقدرة؛ فإنه يمكن أن تظهر أخطاء التقدير، وهي مؤشرات جيدة لحساب درجة تشويه منحنى جهد الاختبار.

تحسين عملية اكتشاف القوس الكهربائي على خطوط النقل الكهربائية:

هناك طريقتين لتحسين ما يتعلق باكتشاف القوس في خطوط طاقة النقل، بحيث تعتمد الطريقة الأولى على نهج المربعات الصغرى (LS) والثانية على نهج إجمالي المربعات الصغرى (TLS)، ومن أجل تحديد قوس الدائرة القصيرة، يُقترح استخدام درجة تشويه منحنى الجهد في بداية الخط، لذلك تعتمد كلتا الطريقتين على تقدير المعلمات في إشارات الجهد في الوقت الفعلي والتحليل تقدير الخطأ.

ولحل هذه المشكلة؛ فإنه تم استخدام “الشبكة العصبية العودية الاصطناعية”، كما تم تعديل الطرق المتاحة في معظم الدراسات لحل أنظمة المعادلات الخطية وتكييفها مع مشاكل معالجة الإشارات، بحيث تتم صياغة المشكلات على أنها مشكلات يتم حلها باستخدام خوارزمية التحسين المستمر للوقت الأكثر حدة.

حيث يزيد إطالة القوس من قيمة خطأ التقدير، لذلك يُقترح استخدام هذه الزيادة كمعيار للتمييز بين الدوائر القصيرة بالقوس وبدونه، كما وتجدر الإشارة إلى أنه بعد افتتاح المرحلة ذات الدائرة القصيرة، حيث لوحظ حدوث “قوس ثانوي”، وبمرور الوقت؛ فإنه يتم تمديد هذا القوس، كما ويمكن أن يصل طوله إلى قيمة تصل إلى عشر مرات أكبر من قيمته الأولية.

وبالتالي؛ فإنه يمكن أيضاً استخدام الزيادة في تقدير الخطأ للمكون الأساسي لجهد القوس الثانوي للكشف عن خطأ القوس، وبالمقارنة مع تقدير (LS)؛ يكون تأثير تقدير (TLS) أكثر موثوقية عند زيادة تكرار أخذ العينات وتطبيق نافذة أوسع لأخذ العينات، بحيث ستكون النتائج مفيدة في الكشف عن الأخطاء.

طرق عرض عملية الكشف عن القوس الكهربائي:

أثناء خط الصدع القوسي، يمكن تحديد القيمة الأولية لجهد القوس من حقيقة أن تدرج الجهد ثابت ومستقل عن التيار، كما يمكن تحديد الحد الأدنى لطول القوس لخطأ أحادي الطور من طول سلسلة العوازل، وذلك خلال طول الصدع القوسي في الغلاف الجوي، حيث أن الإطالة ناتجة بشكل أساسي عن:

• تعتمد القوى المغناطيسية على تيار العطل.

• الحمل الحراري في البلازما والهواء المحيط.

• الرياح.

كما يؤدي إطالة مدة الاضطراب إلى زيادة درجة منحنى جهد التشويه، والذي يُقترح استخدامه للكشف عن قوس الدائرة القصيرة، كما تشير الزيادة في تشوه منحنى الجهد أثناء العطل إلى وجود خطأ في القوس الكهربائي.

وإذا لم يتم تمديد المنحنى الأصلي؛ فيمكن استخدام القوس الثانوي، كما أن أعطال القوس الكهربائي ليست عابرة دائماً، خاصةً إذا لم يتم تمديد القوس أثناء عطل القوس؛ فهناك فرصة ضئيلة لإعادة إغلاق الخط بنجاح.

ومن أجل تحديد درجة تشويه الجهد، يجب تحديد معلمات التوافقي الأساسي لهذا التوتر. لتحديد معلمات المكونات الأولية للإشارة، كما يمكن تطبيق “الشبكات العصبية التكيفية” بشكل متكرر، حيث تمت صياغة المشكلة على أنها مشكلة تحسين يمكن حلها بطريقة الهبوط الحاد وطريقة إجمالي المربعات الصغرى.

الخوارزميات الحسابية الخاصة تشغيل الشبكة:

يتم إعطاء المكون الأساسي للجهد في نظام الطاقة من خلال:

[u (t) = Ua sin⁡ (t) + Ub cos⁡ (t)]

حيث:

U(a,b): اتساع متعامد لمكونات الإشارة.

ω: نبض معروف لمكون الإشارة (50 هرتز).

كما تحتوي الإشارة المقاسة على ضوضاء وتشويه مختلف، بحيث:

[y (t) = Ua sin⁡ (t) + Ub cos⁡ (t) + e (t)]

كما تم افتراض أن موجة الجهد y (t) قد تم قياسها خلال فترة زمنية مغلقة، ونتيجة لذلك تم الحصول على عينات (N)، وذلك للإشارة المقاسة y(m) = y (mT) (فترة أخذ العينات T)، كما يتجاوز عدد العينات عدد مكونات الجهد المقاس.

أيضاً تمثل الشبكات العصبية التماثلية التكيفية نهجاً واعداً للغاية لتقدير السرعة العالية لمعلمات الإشارات، وفي هذا الطرح تم اقتراح خوارزميات وبنيات الدوائر التكيفية الشبيهة بالخلايا العصبية، بحيث تمكنت خوارزميات ظروف الحالة المستقرة من تقدير السعات وتواتر المكون الأساسي للجهود.

كما يمكن تغيير طول قوس خط الطاقة خلال دائرة كهربائية قصيرة، بحيث يؤدي إطالة القوس أثناء الدائرة القصيرة إلى زيادة جهد القوس، وبالتالي درجة تشويه جهد الخط. تسمح الشبكة العصبية العودية البسيطة لها بتعيين معلمات المكون الأساسي للجهد وفي نفس الوقت تخلق إمكانية قراءة أخطاء تقدير هذه المعلمات.

ومع إطالة القوس يزيد من أخطاء تقدير المكون الأساسي للجهد، والذي يحدد فرق الجهد بين العينات والقيم المكون الأساسي، وكما تشير الزيادة في قيمة تشويه جهد الخط أثناء وقوع الحادث إلى دائرة قصر، وخاصةً إذا لم تقم بإطالة قوس الأصل؛ فيجب اعتباره قوساً ثانوياً.

كما أن الشبكات التي تم إنشاؤها وفقاً للخوارزمية الجديدة بناءً على معايير (TLS) و (RTLS)، بيّنت ما يلي:

• أظهر مقاومة أكبر لمستوى تداخل الضوضاء للتوزيع العادي ومستوى تداخل الإشارة بواسطة توافقيات أعلى مقارنة بالشبكات المصممة على أساس معيار (LS) القياسي.

• تقديم نتائج أكثر دقة لتقدير السعة في حالة تقلبات التردد في الإشارة المدروسة، بحيث لا تتجاوز الأخطاء (1٪).

• يكون وقت تقارب مسار المعلمات المخصصة أقصر مما هو عليه في حالة تطبيق معيار (LS).

• الشبكة القائمة على معيار (TLS) حساسة للتداخل النبضي.

• تتميز الشبكة القائمة على معيار (RTLS) بمقاومة أفضل للتداخل النبضي مقارنة بمعيار (TLS).

• أكدت تجارب المحاكاة الحاسوبية المكثفة صحة وأداء الخوارزميات المقترحة.