مقال تركيب المكثفات التسلسليّـة على خطوط النقل جهد 380000

اللهم صلي علي سيدنا محمد وعلي اله وصحبه وسلم

مع زيادة الطلب على الطاقة الكهربائية بصورة مطردة, تزداد متطلبات نقل هذه الطاقة عبر أنظمة القوى المترابطة, مما يستلزم تحديث شبكات نقل الطاقة للجهد العالي. إن تحسين أداء هذه الشبكات ببناء خطوط نقل جديدة هو خيار مكلف اقتصاديا لما يتطلبه من انشاء محطات جديدة أو توسعة الحالية, إضافة الى معوقات تقنية وماليّة يصعب في الغالب تخطيها, كتوفّر مسارات خطوط النقل وأماكن بناء المحطات الجديدة. لذلك يتبقى امام شركات الكهرباء خيار تشغيل انظمة النقل الحالية بكفاءة أكبر.

تعتبر مكثفات الجهد العالي التسلسليّة على خطوط النقل الحل الامثل لتعزيز كفائة وموثوقية شبكات النقل للجهد العالي لما توفره من مزايا تقليل إستهلاك خطوط النقل للطاقة والتنظيم التلقائي للطاقة الكامنة بصورة عامة.

في السويد عام 1951 م, تم تركيب اول مكثف تسلسلي على جهد 245,000 فولت, تبعه مشروع مماثل في نفس العام بالولايات المتحدة الامريكية. وفي عامي 1954 م و 1960 م, تم في السويد والولايات المتحدة الامريكية تشغيل مشاريع أخرى بجهد 400,000 و500,000 فولت. وبذلك أصبحت المكثفات التسلسليةاسلوب متعارف عليه لتحسين نقل الكهرباء عبر خطوط الجهد العالي الطويلة.

في المملكة العربية السعودية, تتولى الشركة السعودية للكهرباء مسؤولية توليد, ونقل وتوزيع الكهرباء لكافة انحاء المملكة المقدرةمساحتهاب 2 مليون كيلومتر مربع تقريباً, حيث تقسم مساحة الدولة الى أربعة مناطق تشغيلية: الوسطى و الشرقية والغربيّة كماهومبين في الشكل رقم1.

وفي الوقت الحاضر, ترتبط المنطقتين الشرقية والوسطى بخطي نقل جهد 380,000 فولت مزدوجي الدائرة تحتوي كلا منها على مكثفات تسلسليّة جهد عالي, كما هو مبين في الشكل رقم 2, بالاضافة الى خط نقل مزدوج الدائرة جهد 230,000 فولت.

هذه الخطوط تزود الوسطى بمامجموعه 2600 ميغاوات من الطاقة المتولدة على ساحل الخليج العربي, تمر غالبتها عبر خطوط الجهد 380,000 فولت التي ساهمت في تعزيز الطاقة المنقولة من الشرقة الى الوسطى بحوالي 500 ميغاوات.

أينما دعت الحاجة إلى تركيب معدات جديدة في شبكات نقل الطاقة, لابد من أجراء دراسات بالحاسب الآلي- محاكاة- كخطوه أولى لتحديد مدى توافق هذه المعدات مع بقية مكونات أنظمة القوى الكهربائية الأخرى. وقد أجريت عدة دراسات لرؤية واستنباط آثار مكثفات الجهد العالي التسلسليّة على أداء شبكة الشركة السعودية للكهرباء, شملت على:

-دراسة استقرار أنظمة القوى الكهربائية,
-دراسة تبديل وضع الشبكة,
-دراسة التأثير علوّ الجهد المؤقت,
-جهد الإرجاع الحظي,
-الطنين التزامني الجزئي,
-التحقق من عدم توازن التيار والجهد
-التمثيل الإيقاعي للمعوقات,
-دراسة آثار الصواعق,

لقد بدأ مشروع مكثفات الجهد العالي في يناير عام 2003 م حيث تم تشغيل الخطوط عام 2005 م تبعه تشغيل بقية الدوائر, كما توضحه الصورة في شكل رقم 3. تبلغ مجموع خطوط جهد 380,000 فولت حوالي 313 كيلومتر من شدقم إلى الرياض و265 كيلومتر من فرس إلى الخفجي, حيث تقع المكثفات في وسط هذه الخطوط محاطة برمال الصحراء. تتزود الأنظمة الفرعية لهذه المكثفات بالكهرباء عن طريق مغذيين لكل مكثف من اقرب محطة كهربائية.

في هذه الأيام, هنالك ترتيبات مختلفة من مكثفات الجهد العالي بناءا على تقنياتها المستخدمة وتطبيقاتها. أحدى أنواع هذه المكثفات الميكانيكية وجد أنها مناسبة لتطبيقات شبكة الشركة السعودية للكهرباء حيث تحتوي على قواطع كهربائية وترتيبات حماية الكترونية ضد فرق الجهد عبر المكثف, كما هو مبين في الشكل رقم 4.

First Installation of 380KV Series Capacitor (SC) in Middle East Power Networks: Saudi Arabia Case Study

As the demand for electrical energy steadily increases, the power transfer between interconnected power systems also increases and, therefore, the transmission networks have to be upgraded. Constructing new transmission lines either requires reinforcement of existing substations or building new ones. Technical and economical constraints associated with the right of way for new lines and substations could be difficult to overcome. Due to these limitations, electric utilities have to utilize the existing transmission systems more efficiently.

Series compensation has been considered a good solution to enhance the voltage and angular stability and steady state power flow of AC transmission lines. It is implemented by inserting a capacitor in series with the line, and hence effectively reduces the overall line inductive reactance. Since the capacitor is connected in series, it automatically regulates the reactive power production.
The first series capacitor for EHV power transmission application was installed in a 245 kV line back in 1951 in Sweden. It was followed by a similar project in the USA in 1951. The first 400 kV series compensation project was energized in 1954 in Sweden. In 1960s the first 500 kV series compensation project was introduced in the USA. As a result of the success of these projects, series compensation has become a common practice to enhance the power transfer over long AC transmission lines.
Fig.1: Transmission Line Network in Saudi Arabia
In Saudi Arabia, Saudi Electricity Company- SEC is responsible of generating, transmitting and distributing the electricity over all the country that about 2 million km2. The country is operationally divided in to four electrical regions: Central, Eastern, Western and Southern as seen in Fig. 1.

The two power systems in East and Central Regions are presently interconnected via series compensated two (2) 380 kV double circuit lines and one (1) 230 kV double circuit line Fig.2. Due to availability of generation on the eastern coast, connections are used to transfer power from East Region towards Central Region and the power flow is mostly passing thru the 380 kV circuits with stability limit of about 2600 MW under double contingency criteria with series capacitors. Installation of series compensation was found to be the optimal solution to increase the power transfer from East to Central region by about 500 MW.

Whenever new equipment is to be installed on a transmission system, simulation studies are to be done to determine the effects of the new equipment to the power system. Several simulation studies have been carried out to see the impact of the series capacitor on SEC system. The studies are listed below:

System stability study
-Switching study;
-Temporary Over-voltage study;
-Transient Recovery Voltage
-Subsynchronous Resonance (SSR)
-Unbalance investigation, and
- Harmonic impedance simulation.
- Lighting study;

The project started on January 2003 and the first Series Capacitors (SC) has been energized on early May 2005 followed by rest of the circuits Fig.3. The first tie line is approximately 313 km from Shedgum to Riyadh, and the second tie line is approximately 265 km from Faras to Al-Kharj. Both tie lines are double circuit (D/C) and at 380 kV voltage level. The series capacitors are located at the middle of the lines, surrounded by desert, and their auxiliaries are supplied from the nearest substation. Two redundant feeders are feeding each series capacitor station for the purpose of supplying the SC auxiliaries' loads.
Nowadays, there are different configurations of series compensation devices based on their technology used and applications. A Mechanically Switch Series Compensation (MSSC) type as shown in Fig. 4 was found appropriate for SEC application. The main protective devices used are Metallic Oxide Vairestor MOV and circuit-breaker. The first is to limit the voltage across the capacitor and the CB connects and disconnects the series capacitors as required.

This project has greatly improved the system especially during the summer period of 2006 where the Central region power demand was high compared to the previous year. As a matter of fact, the power transfer in the 2nd of May 2006 was 2400MW while it was 1950MW at the same day on year 2005. That means approximately 450MW had to be locally generated in the Central region on 2005, where the cost of generating power is high compared to East due to gas turbine generating units in Central compared to thermal plants in East.
Capacitor Banks
Bypass CB
Damper MOV
Optical CT
In addition to the reduction of the generation cost at the Central, other advantages are; reducing power losses and utilizing the existing power lines instead of building new lines and substations. Company gained experience by installing such new equipment "series capacitor" with its advanced and latest technology of the control/protection systems is another added valuable technical benefit and know how.
Series compensation is found to be the economical and quicker solution to meet up the system power transfer demand requirement considering the available existing transmission lines. In the same time technical evaluation of the existing equipment must be done, during planning stage, to verify the appropriateness of the existing circuit breakers and protection systems of the compensated lines, adjacent lines, and generating units to have proper and save application.

لقد ساهم هذا المشروع في تحسين أداء الشبكة خصوصا في صيف عام 2006 م حيث زادت أحمال المنطقة الوسطى الكهربائية عن السنة الماضية. ففي النصف الثاني من شهر أيار 2006 م, بلغ معدل الطاقة المنقولة إلى الوسطى 2600 ميغاواط مقارنة ب 1950 ميغاواط في نفس اليوم عام 2005 م, مما وفر 450 ميغاواط كان سيتم توليدها من محطات توليد الوسطى الغازية بتكلفة أعلى من مثيلاتها البخارية في الشرقية.

وبالإضافة إلى تقليل تكلفة توليد الطاقة في الوسطى, يتميز مشروع مكثفات الجهد العالي بتقنين الطاقة المستهلكة والاستخدام الأمثل لخطوط النقل الحالية بدلا من بناء خطوط جديدة. وكذلك, بتركيب هذه المكثفات للجهد العالي ذات التقنية الأحدث في مجال التحكم والحماية, حصلت الشركة السعودية للكهرباء على خبرات ومزايا تقنية قيمة ومعرفة دقيقة بمختلف المجالات المتعلقة.

إن مكثفات الجهد العالي تعتبر الحل الاقتصادي الأمثل والسريع لتلبية متطلبات أنظمة نقل الطاقة الكهربائية مع الأخذ بعين الاعتبار خطوط نقل الطاقة القائمة حالياٍ. ولكن, في نفس الوقت, ينبغي إجراء دراسة تقنية لتقييم معدات الشبكة الحالية في مرحلة التخطيط للتحقق من ملائمة مكوناتها كالقواطع كهربائية, أنظمة حماية الخطوط المقاربة ووحدات التوليد مع أنظمة حماية خطوط مكثفات الجهد العالي من اجل الحصول على تطبيقات مناسبة وسليمة.

منقول ...

وبالتوفيق ان شاء الله ...

» حمل كتاب في خطوط النقل T.L
» حلقة بحث في نمذجة خطوط النقل الكهربائية باستخدام بيئة البرمجة
» كتاب في تركيب المحول الكهربى
» تاثير خطوط القوة الكهربيه والهاتف على الصحه
» مقال : مواقعنا العربية والحاجة إلى مهارات الاتصال الالكتروني