بررسی خروج خطوط 230 کیلوولت به‌علت برخورد صاعقه با استفاده از روش مونت‌کارلو: مطالعه موردی در مناطق غرب ایران

شناسنامه علمی شماره

نویسندگان

1 دانشکده فنی مهندسی - دانشگاه رازی

2 دانشکده مهندسی برق - دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

طراحی نامناسب برج‌های خطوط انتقال در مناطق با چگالی صاعقه بالا سبب افزایش نرخ خروج خط به‌علت اصابت صاعقه می‌گردد. در این مقاله، با مطالعه داده‌های هواشناسی در مناطق تحت پوشش برق منظقه ای غرب ایران در 5 سال اخیر، سطح ایزوکرونیک و چگالی صاعقه ناحیه‌های مختلف محاسبه و سپس نرخ خروج خطوط انتقال 230 کیلوولت دومداره با یک سیم محافظ (طرح موجود) به‌علت اصابت صاعقه مورد بررسی قرار گرفته‌است.  آمار خروج خطوط ارائه‌شده توسط برق منطقه‌ای غرب و همچنین نتایج محاسبات انجام‌شده، نشان‌دهنده نرخ بالای خروج خطوط در این مناطق است. نتایج این محاسبات با مقادیر مشابه طرح برج درصورت استفاده از دو سیم محافظ مقایسه شده و نتایج نشان‌دهنده اختلاف بالای این دو طرح در مقدار نرخ خروج خطوط می‌باشد. باتوجه به مقدار چگالی صاعقه در مناطق موردمطالعه، شبیه‌سازی‌ها نشان‌دهنده عدم‌کفایت طرح برج با یک سیم محافظ برای رسیدن به نرخ خروجی برابر مقادیر استاندارد است. به‌منظور اصلاح طرح موجود راهکارهای مختلف استفاده از برق‌گیرها، تغییر ساختار برج در طرح موجود و طرح‌های آتی مورد بررسی قرار گرفته‌است. باتوجه به طبیعت تصادفی صاعقه، از روش مونت‌کارلو برای تولید سناریوهای مختلف در نرم افزار MATLAB  و اجرای شبیه‌سازی در نرم افزار EMTP استفاده شده‌است. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating Outage Rates of 230 kV Transmission Lines Due to Lightning Strike Using Mont Carlo Method: Case Study in West Regions of Iran

نویسندگان [English]

  • M. Moradi 1
  • E. Karami 2
  • H. Abdi 1
  • Sh. karimi 1
1 Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
2 Faculty of Electrical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Inappropriate design of transmission line towers in areas with high lightning density increases the outage rate of the line due to direct lightning strikes. In this paper, The lightning activities of areas covered by western regional electricity company during five recent years were collected from weather stations. Based on collected datasets, the Isokeraunic level and the lightning density of different areas have been computed. This information were further used to investigate and predict the outage rate of double circuit 230 kV transmission lines with one shield wire (existing plan) due to direct lightning strikes. Due to high density of lightning activities in some areas, the calculation results show high outage rate in these areas, which  has been confirmed by actual experiences. In order to overcome this problem, a tower design with two shield wires was proposed for new developments. The outage rate of the transmission line with the two shield wire design with extracted lightning densities were compared with the existing tower installed. The results show high degree of improvement in outage rates.  In order to modify the existing transmission line outage rates, installation of surge arresters  and their capabilities were studied. Due to statistic nature of lightning, Monte Carlo method along with EMTP simulations were used in investigations.  Simulations results show placement of surge arresters on  two upper phases can reduce the shielding failure outage rates in the transmission line, significantly. The pros and cons  of surge arrester installations in transmission line to compensate   inappropriate  tower design are discussed. Results of this study can be used for further transmission line developments in these areas. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Isokeraunic level
  • lightning density
  • 230 kV twin circuit transmission lines
  • surge arrester
  • Mont Carlo method

مراجع

[1]      A. R. Hileman, "Insulation Coordination for Power Systems", New York, NY, USA: Marcel Dekker, 1999.
[2]      "IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines," IEEE Std 1243-1997, pp. 1-44, 1997.
[3]      T. Ito, T. Ueda, H. Watanabe, T .Funabashi, and A. Ametani, “Lightning flashovers on 77-kV systems: observed voltage bias effects and analysis,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 18, pp. 545-550, 2003.
[4]      T. A. Short, Electric power distribution handbook: CRC press, 2014.
[5]      V. Cooray, Lightning protection: The Institution of Engineering and Technology, 2009.
[6]      F. Young, J. Clayton, and A. Hileman, “Shielding of transmission lines,” IEEE Trans. on PAS, vol. 83, p. 132, 1963.
  [7]      وزارت نیرو- توانیر، مشخصات فنی عمومی و اجرایی پست‌ها، خطوط فوق توزیع و انتقال نیرو ، نشریه شماره 2-440، بهمن 87.
[8]      IEC 60099-4, “Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c systems”. part 4, second edition, 2004-5.
[9]      R. Shariatinasab, B. Vahidi, and S. H. Hosseinian, “Statistical evaluation of lightning-related failures for the optimal location of surge arresters on the power networks,” IET Gener., Transmiss. Distrib., vol. 3, no. 2, pp. 129–144, Feb. 2009.
[10]      R. Shariatinasab, B. Vahidi, S. H. Hosseinian, and A. Ametani, “Probabilistic evaluation of optimal location of surge arresters on EHV and UHV networks due to switching and lightning surges,” IEEE Trans. Power Del., vol. 24, no. 4, pp. 1903–1911, Oct. 2009.
[11]      مصطفی یحیی آبادی، علیرضا صدوقی، «تعیین نواحی با بیش‌ترین احتمال برخورد صاعقه در ساختارهای پیچیده به منظور بهینه‌سازی سیستم حفاظت» مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 26 شماره 2، صفحات 377-369، تابستان 1395.
[12]      محمد مرادی، بررسی و شبیه‌سازی قطعی‌های خطوط انتقال و فوق توزیع ناشی از پدیده صاعقه و ارائه راهکارهای اصلاحی پیشگیرانه،  قرارداد شماره 2594039، برق منطقه‌ای غرب، محل اجرا: دانشگاه رازی، اسفند 1396.
[13]      Earth Resistance and Resistivity Meter, MRU-200-GPS, Catalog,  https://www.sonel.pl/en/product/earth-resistance-resistivity-meter-sonel-mru-200-gps / 2018-12-15
[14]      P. Chowdhuri, J. Anderson, W. Chisholm, T. Field, M. Ishii, J. Martinez, et al., "Parameters of lightning strokes: a review," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 20, pp. 346-358, 2005.
[15]      R. Shariatinasab, J. Gholinezhad and K. Sheshyekani., "Estimation of Energy Stress of Surge Arresters Considering the High-Frequency Behavior of Grounding Systems," IEEE Transactions On Electromagnetic Compatibility, DOI: 10.1109/TEMC.2017.2756700, 2017.
[16]      W. R. Gilks, S. Richardson, and D. Spiegelhalter, Markov chain Monte Carlo in practice, CRC Press, 1995.
[17]      J. A. Martinez, "Parameter determination for power systems transients", Proc. IEEE Power Eng. Soc. Gen. Meeting, pp. 1-6, 2007.
[18]      T. Hara and O. Yamamoto, “Modelling of a transmission tower for lightning-surge analysis,” IEE Proceedings-Generation, Transmission and Distribution, vol. 143, pp. 283-289, 1996.
[19]      Z. Zhang, W. Sima, X. Jiang, C. Sun, L. Shu, “Study on the lightening protection performance of shielding failure for UHV&EHV transmission lines,” Proceedings of the Csee, vol. 10, p. 000, 2005.
[20]      Z. G. Datsios, P. N. Mikropoulos, and T. E. Tsovilis, "Estimation of the minimum shielding failure flashover current for first and subsequent lightning strokes to overhead transmission lines," Electric Power Systems Research, vol. 113, pp. 141-150, 2014.
 
[21]      خلیل گرگانی فیروزجاه، «امکان سنجی حذف برق‌گیر از نقاط غیرضروری شبکه توزیع از طریق مطالعه حداکثر شعاع حفاظتی» مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 48 شماره 1، صفحات 271-261، تابستان 1395.
[22]      Siemens, Siemens  HV surge arrester Cataloge, https://www.siemens.com/energy/arrester, page 72, Model 3EP6./ 2018-12-15
[23]      K. Munukutla, V. Vittal, G. T. Heydt, D. Chipman, and B. Keel, “A practical evaluation of surge arrester placement for transmission line lightning protection," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 25, pp. 1742-1748, 2010.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار