مقدمة: لماذا مسائل تحديد مواقع الدفن

وفي شبكات التوزيع الكهربائية الحديثة، فإن القدرة على تحديد مواقع الأخطاء بسرعة ودقيقة أمر أساسي للحفاظ على الموثوقية العالية والتقليل إلى أدنى حد من التجاوزات المكلّفة، إذ تعمل نظم التوزيع في مجموعات أقل، ولكنها تخدم معظم العملاء النهائيين، مما يجعل من ثم فترات انقطاع قصيرة باهظة من حيث ضياع الإيرادات، وعدم رضا العملاء، والضرر المحتمل للمعدات، وكثيرا ما تكون أساليب تحديد مواقع الخطأ التقليدية، تعتمد على قياسات بسيطة ومطوية أو دوريات خطية موزعة يدويا، غير كافية، حيث لا تكفي.

ومن أكثر التقنيات قوة وثابتة في مجال تحليل الأخطاء طريقة المكونات المتناظرة التي وضعها تشارلز ل. فورتيسكو في عام 1918، يزيل هذا النهج نظما غير متوازنة وعالمية ذات ثلاث مراحل إلى ثلاث مجموعات متوازنة من المقاطعات، ويفسر كيفية إسهام العناصر التحليلية المتكافئة في تحديد مواقع دقيقة لا في تحسين الكفاءة التشغيلية فحسب، بل يدعم أيضا تنسيق الحماية والتخطيط للشبكة.

النظرية وراء المكونات المتماثلة

The Symmetrical components rest on a simple but remarkable insight: any unbalanced set of three-phasors (voltages or currents) can be transformed into three balanced sets known as the ]positive-sequitence-cLT:1], [FquLT:2]

والرياضيات، يتم التحول باستخدام مشغل فورتيسكو (أ) = 120 درجة ].

  • I0] = (Ia + Ib + Ic) / 3
  • I1] = (Ia + a ·b + a2 ·Ic) / 3
  • I2] = (Ia + a2 ·b + a ·Ic) / 3

ويُلغى من الفولط بنفس الطريقة، وهذا التحول خطي وغير قابل للكشف، بمعنى أن الكميات الأصلية من المرحلة يمكن استردادها في أي وقت، إذ يعمل المهندسون مع عناصر غير متماثلة، يحولون حالة معقدة غير متوازنة إلى ثلاث شبكات متوازنة بسيطة يمكن تحليلها بصورة منفصلة باستخدام تقنيات قياسية لكل مرحلة، وهذا أمر له قيمة خاصة بالنسبة لتحليل الأخطاء لأن الأنواع المختلفة من الأخطاء تنتج أنماطاً متميزة في المكوِّنات المتعاقبة، مما يجعل تحديد الهوية وتحديد المواقع أكثر وضوحاً.

لماذا "الحياة" مفيدة للفشل

وفي عملية متوازنة ثابتة، لا توجد سوى عناصر إيجابية متعاقبة؛ ولا توجد تسلسلات سلبية ولا تسلسلات صفرية، وعندما يحدث خطأ، فإن عدم تماثل النظام لا يؤدي إلى ظهور عناصر سلبية وعناصر صفرية، كما أن حجم هذه المكونات وزوارقها النسبية يرتبطان مباشرة بنوع وموقع الخطأ، وعلى سبيل المثال، فإن وجود خط أساس واحد يولد تسلسلا سالبا وثابتا.

التخلف غير المتوازن في شبكات التوزيع

وتعاني شبكات التوزيع من أنواع مختلفة من الأخطاء، حيث يقدم كل منها نمطا فريدا من عناصر التماثل، فهم هذه الأنماط هو الخطوة الأولى نحو تحديد موقع الخطأ بدقة.

التخلف عن الدفع من خط إلى آخر

إن أخطاء الـ SLG هي الأكثر شيوعا في نظم التوزيع العام، التي كثيرا ما تكون ناجمة عن البرق، أو الاتصال بالشجر، أو الفشل في التلقيح، وبالنسبة لخطاء من الدرجة ألف إلى الأرض، فإن مخطط الشبكة يبين التسلسل الإيجابي والسلبي والسلسلة الصفرية المرتبطة بالسلسلة عند نقطة الخطأ، ويشمل هذا الخطأ العناصر الثلاثة المتعاقبة التي تتدفق من خلال المسار المحايد.

الخزنات من خط إلى خط لاين (LL)

ولا ينطوي خطأ في القانون الليبري (مثل المرحلة باء إلى المرحلة جيم) على أرض الواقع، ولذلك فإن عناصر عدم التعاقب لا وجود لها (ما لم يكن النظام مرتكزاً، وهو نادر)، فالشبكات الإيجابية والسلبية التي تتواصل بالتوازي مع نقطة الخطأ، ويسود الخطأ الحالي بتسلسل إيجابي وسلبي يضاهيهى تقريباً الصفر، ويميز هذا النمط بين أخطاء القانون الأساسي والثلاثة.

إخفاقات خطية إلى أرضية مزدوجة

وتشتمل أخطاء الـ دي.دي.جي على مرحلتين ونقطة أرضية، وتتألف شبكة التسلسل من الشبكات الثلاث المتوازية عند نقطة الخطأ، ويبدو أن التسلسلات السلبية والصفية تختلف بحجمها مقارنة بخطأات الـ دي.جي، وغالبا ما تنتج عن أخطاء تفوق خطى المرحلة الواحدة، ولكنها أقل من ثلاثة مراحل، كما أن نسبة الصفر إلى التسلسل السلبي تساعد على التمييز بين الـ دي.

ثلاثة - قوارب

والخطأ المتوازن الذي يبلغ ثلاث مراحل (المسمى أيضا خطأ غير متماثل من ثلاث مراحل) هو أشد خطأ ولكن أقل شيوعا، ولأن الخطأ غير متماثل، لا توجد سوى عناصر إيجابية متعاقبة؛ ولا تزال التسلسلات السلبية والصفية صفرا، وفي حين أن العناصر المتوازية لا تحتاج إلى تحليل للأخطاء المتوازنة، فإن غيابها عن التسلسلات السلبية والصفية لا يزال مؤشرا تشخيصيا مفيدا.

الطلب على الموقع الافتراضي

ويكمن جوهر الموقع المخطئ باستخدام المكونات المتوازية في مقارنة الكميات المقاسية من المرحلة في مرحلة فرعية أو في مرحلة ما مع قياس القيم النظرية المستمدة من نماذج الشبكات المتعاقبة، وتوفر التوابع الرقمية الحديثة والمسجلات المسببة للأخطاء ووحدات القياس التدريجية كميات كبيرة من الفولط والبيانات الحالية، مما يتيح التحلل في الوقت الحقيقي إلى عناصر متعاقبة.

قياس العناصر المتعلقة بالتكافؤ وحسابها

والخطوة الأولى هي تسجيل الفولط والتيارات الثلاثية المراحل في نهاية المصدر (أو في نقاط متعددة إذا استخدمت الخوارزميات المتعددة) ويجب مواءمة هذه الطورائ التدريجية مع الزمن، التي قد تتطلب رسما زمنيا للشبكة العالمية لتحديد المواقع، وباستخدام مسارات البرمجيات، فإن قياسات التسلسل التدريجي، مثلا، إذا كانت تسلسلات المرحلة المسجلة هي Ia, Ib, Ic, I.

تحديد التخلف عن السداد من التوقيعات

وبعد الحصول على عناصر التسلسل المقيسة، يمكن تحديد نوع الخطأ بدراسة وجود وحجم نسبي للتسلسلات السلبية والصفية.

  • SLG: ] I2 and I0 present; I0 is significantly larger than I2.
  • LL:] I2 present; I0 is zero (or negligibly small).
  • DLG: ] I2 and I0 present; I0 is similar to or larger than I2, but not as dominant as in SLG.
  • Three-phase:] I2 = صفر = صفر.

ويمكن استخدام المزيد من الاعتراف بالنمط المتقدم، مثل إجراء عمليات تفتيش منطقية على الزوايا المرحلة، عندما يكون هناك غموض، وهذه الخطوة حيوية لأن كل نوع من أنواع الأخطاء يتطلب صيغة حسابية مختلفة عن بُعد.

تقدير التخلف عن السداد باستخدام طريقة رد الفعل

For the most widely used techniques is the impedance-based fault location, which leverages sequence components to abolish out load and other disturbances. For a single-end system, the apparent impedance from the measure point to the fault is Zapparent = V(f)

d = (Imag[V]a/(I]a + k0]]) / Imag[z1

حيث يكون خط التعاقب الإيجابي لكل طول الوحدة، وكمية صفرية/ز1 عامل تعويض يُظهر الفرق بين الازدحام الصفري والتسلسل الإيجابي، وباستخدام الجزء الخيالي (الرد الفعل)، تصبح الطريقة أقل حساسية للمقاومة، التي لا تسهم عادة في الطريقة غير النشطة.

وبالنسبة للأخطاء التي تنطوي عليها معدلات اللياقة، تُحسب المسافة من حلقات التعاقب الإيجابي والسلبي، بينما تقدم حلقة التعاقب الصفري معلومات إضافية، وتتوقف دقة هذه الطريقة على معرفة دقيقة بالمعالم القياسية، وافتراض وجود وسيط متجانس (إذا استخدم في نهاية واحدة)، وعدم وجود حمولة تحمل في أثناء الخطأ (وهو أمر معقول إذا كان الخطأ شديد الخطورة).

التحديات والحلول العملية

وفي حين توفر العناصر المتوازية أساسا قويا لموقع الخطأ، فإن نظم التوزيع في العالم الحقيقي تستحدث تعقيدات يجب معالجتها لتحقيق نتائج دقيقة.

أثر التوليد الموزَّع

وقد أدى انتشار الألواح الشمسية، والاضطرابات الريحية، وغيرها من موارد الطاقة الموزعة إلى تغيير الملامح الحالية في شبكات التوزيع، وقد تسهم وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة في حدوث خطأ غير مستمر (توجد مصادر قائمة على اللافقاريات ذات حجم محدود وزوايا مختلفة للمرحلة مقارنة بالمولدات المتزامنة) ولا تزال عناصر القياس غير متماثلة، ولكن التجاوزات المتتالية التي تُنظر إليها من التخفيضات يمكن أن تتباين تبعاً لموقع مضاعفة.

معالجة الآثار العابرة وغير المباشرة

وبعد وقوع خطأ، فإن الخطأ الحالي يتضمن عناصر عابرة (قابلية شركة التعمير) وبالنسبة للمصادر المتزامنة، والتفاعلات دون المتزامنة والمتقاربة، وقد تختلف عناصر التعاقب المستمدة من بيانات ما قبل التقصير أو الدورة الأولى من قيم الدول الثابتة، وللتخفيف من هذه المدة، فإن التقلبات الرقمية الحديثة قد تطبق التصفية الرقمية (مثلا، التحولات الفوقية التي تُنقل بواسطة شبكة مصغرة أو نوافذ من الدورات).

خطوط التكافل المتبادلة والخطوط غير المتجانسة

وفي دوائر التوزيع، ولا سيما الكابلات الجوفية أو الخطوط العامة التي تضم دوائر متعددة على نفس البرج، والتكافلات المتبادلة بين المراحل وبين الدوائر الموازية تؤثر بشكل كبير على التخلف غير المتكرر، ويجب أن يتضمن نموذج المكون المتناظر أوجه قصور متبادلة في شبكة عدم التعاقب، وتتمثل التبسيطات المشتركة في معاملة نظام الحسابات ذي المراحل الثلاث على أنه مجموعة من النماذج غير المستقرة.

مقارنة مع تقنيات تحديد مواقع الدفن الأخرى

طرق الاختراق المستندة إلى العناصر المتماثلة ليست الأداة الوحيدة في مجموعة أدوات المهندسين، وهاتان النهجتان البارزتان الآخرتان هما طرق السفر الموجية والأساليب القائمة على التعلم.

ولا تستخدم معظم الطرق الرقمية/النقل إلى الموجات المتحركة وقت التحليق في الموجات الكهرومغناطيسية المتولدة عن ذلك، فهي سريعة ودقيقة (خطأ في المعدات) ولكنها تتطلب معدلات عالية لأخذ العينات ومجسات مخصصة، وهي أقل تأثرا بالمقاومة الخاطئة والشحن وتشكيل النظام، غير أنها أكثر تكلفة وتعقيدا لنشرها من أساليب الضبط.

() استخدام الأساليب القائمة على التعلم ] (مثل الشبكات العصبية والغابات العشوائية) بيانات قياسية عن الخطأ التاريخي للتنبؤ بموقع الخطأ، ويمكنها استخلاص العلاقات غير الخطية والتكيف مع تغيرات النظام، غير أنها تتطلب بيانات تدريبية واسعة النطاق وقد لا تعمم بشكل جيد على أنواع الأخطاء النادرة، وتوفر عناصر غير متماثلة نهجا هندسيا محددا لا يعتمد على توافر البيانات.

ولكلا الأسلوبين البديلين مكانهما، ولكن العناصر المتباينة تظل العمود الفقري للموقع الخطأ في شبكات التوزيع بسبب بساطة هذه الشبكات وقابليتها للتفسير وسجلها الثابت.

الاتجاهات المستقبلية والتألق

(ج) نظراً إلى أن شبكات التوزيع أصبحت أكثر رقمية مع الهياكل الأساسية المتقدمة للمقاييس وتكنولوجيات الشبكة الذكية، فإن تطبيق عناصر التناظرية آخذ في التطور، حيث أن قياسات التسلسل الزمني من نقاط متعددة تتيح تحديد موقع للأخطاء في منطقة واسعة دون الاعتماد على افتراضات ذات نهاية واحدة.

وبالإضافة إلى ذلك، يجري تطبيق نظام التعلم الآلي وتجهيز الإشارات الرقمية للمساعدة في تحديد نوع الخطأ والمسافة عندما يكون نمط العنصر المتناظر غامضا بسبب عدم تماثل النظام أو عيوب متقطعة، غير أن الفيزياء الأساسية لا تزال دون تغيير: فالمكونات التماثلية أساسية لتحليل الظروف غير المتوازنة، ويضمن استمرار استخدامها إلى جانب الحساب المتقدم أن تكون شبكات التوزيع في المستقبل أكثر موثوقية من أي وقت مضى.

خاتمة

إن المكونات اللامتثالية ليست مجرد عملية أكاديمية - بل هي طريقة عملية وقوية لتحديد مواقع الأخطاء بدقة في شبكات التوزيع، ومن خلال إزالة الظروف غير المتوازنة للنظم إلى شبكات متوالية متوازنة، يمكن للمهندسين تصنيف الأخطاء، وحساب المسافات بصيغ موثوقة قائمة على التقادم، وتنسيق نظم القياس، وفي حين أن التحديات مثل توليد الطاقة الموزعة، والانقلاب المتبادل، والخطوط الأساسية غير المتجانسة تتطلب معالجة دقيقة.

الروابط الخارجية لمزيد من القراءة: ]