مدحت فوزى
24-01-2007, 06:52 PM
الانقطاعات الكهربية الكبرى
تنقسم الانقطاعات الكهربية الكبرى إلى نوعين:
1-الإظلام الكامل Blackout
ويتم فيه انقطاع كل الأحمال الموصلة على الشبكة الكهربية لمنطقة محددة أو الشبكة الكهربية بأكملها لدولة معينة ويتأثر بذلك عدد كبير من الناس (عشرات الملايين) وتنقطع التغذية عنهم لعدة ساعات وقد يمتد الانقطاع ليوم أو أكثر.
2-الإظلام الجزئي Brownout
ويعنى انقطاع الكهرباء في جزء محدود من الشبكة ويتأثر به عدد كبير من الناس لعدة ساعات
*وعموما من الصعب التفريق بين النوعين (الكلى والجزئي) في ظل ترابط الشبكات محليا ودوليا وكلاهما له أخطار كبيرة على شتى مناحي الحياة اقتصادية وإستراتيجية ولما لا عسكرية أيضا في ظل عصر الطاقة الكهربية
أسباب حدوث الإنقطاعات الكهربية الكبرى.
ترجع أسباب حدوث الانقطاعات الكهربية الكبرى إما إلى عوامل طبيعية أو أداء خاطئ للمعدات والمهمات وألاجهزة الكهربية المكونة للشبكة الكهربية وفى بعض الأحيان وان لم تكن أهمها وهى الأخطاء البشرية وفيما يلي نوجز أهم الأسباب.
1- العوامل الطبيعية مثل الصواعق التي تضرب خطوط النقل الهوائية O.H.T.L
مما قد يسبب رفع الجهد إلي مستويات خطيرة تؤدى الى كسر العوازل الكهربية وتفريغ كميات هائلة من الكهرباء عير الشبكة قد تؤدى الى تشغيل أجهزة الحماية مما يؤدى الى فصل الأجزاء التي يوجد فيها العطل مما يؤدى الى زيادة التحميل عل باقي خطوط النقل بأكثر من قدرتها وفصلها هي الأخرى عن طريق أجهزة الحماية وقد يستمر تتابع الانفصال Cascading Interruption
حتى يحدث عدم توازن بين القدرة المولدة في الشبكة والأحمال الموصلة إليها حتى نصل في النهاية الى الانقطاع الكامل وتوقف المولدات الكهربية عن العمل مثلما حدث في مدينة نيويورك 13 يوليو 1977 بسبب صاعقة كهربية ضربت احد خطوط النقل الرئيسية تبعها انهيار العوازل وانفصال الخط ثم ضربت صاعقة أخرى خط أخر حتى وصلت الشبكة للإظلام الكامل
ومن العوامل الطبيعية والمناخية أيضا الأعاصير والرياح العاتية التي تسبب وقوع خطوط النقل الهوائية وتلامسها مع الأشجار وحدوث تيارات قصر عالية تؤدى الى فصل هذه الخطوط مما يؤدى الى الإظلام الكامل وكذلك الزلازل والبراكين قد تؤدى الى نفس التأثير مما يؤدى الى الانقطاع الكامل.
2-حدوث أعطال بخطوط النقل.
مثل تلامس الموصلات وحدوث دوائر القصر الأمر الذي يتطلب سرعة فصل هذه الموصلات بسرعة مما ينتج عنة زيادة في التحميل على الخطوط الأخرى السليمة والمحولات وإذا زاد التحميل عن معدله تنفصل باقي الخطوط والوحدات الأخرى بالشبكة وقد تتطور الانفصالات حتى يحدث الإظلام الكامل .
3-الضغوط الاقتصادية وإعادة هيكلة منظومات إنتاج ونقل وتوزيع القدرة الكهربية.
في هذه الحالة فقد يتطلب الامرتشغيل الخطوط والمعدات عند أقصى معدلاتها فعند تعرضها لاى زيادة في التحميل أو اى نقص في التوليد تزداد الخطورة وقد تتعرض الخطوط زائدة التحميل الى ارتخاء نتيجة ارتفاع درجة حرارتها مما قد يتجاوز المسافات المسموح بها بين الوصل والأرض فيحدث قصر يسبب فصل هذه الخطوط وتتوالى الأحداث حتى يحدث الإطفاء الكامل أو الجزئي كما يتسبب التحميل الزائد للمولدات والمحولات الوقوع في نفس المشكلة.
4-حدوث عطل كبير في احد المعدات الرئيسية بالشبكة الكهربية.
مثل حدوث عطل في المولدات والمحولات يحدث نقص كبير في التوليد عن التحميل ويؤدى في النهاية الى الانقطاع الكلى أو الجزئي.
5-حدوث عطل في أجهزة الوقاية التحكم.
جميع أجزاء الشبكة الكهربية مزودة بأجهزة وقاية وتحكم واى خلل في هذه الأجهزة أو الضبط الخاطئ لها قد يسبب التشغيل الخاطئ لها وقيامها بفصل الخطوط والمعدات الكهربية الكبرى مثل المولدات والمحولات وقد يتطور الموضوع الى الانفصال الكامل وانهيار الشبكة.
6-حدوث عطل في أجهزة ووسائل الاتصال بين مراكز التحكم يبعضها وبين المكونات الرئيسية للشبكة الكهربية ومعدات الفصل والتوصيل .
هذه الأجهزة والمعدات لها دور حيوي في نقل المعلومات فان حدوث خلل في هذه الأجهزة قد يؤدى إلي أخطاء كبيرة في المعلومات وفقد السيطرة والتحكم في الشبكة الى الحد الذي يسبب الانقطاع.
7-العوامل البشرية.
يعتبر العنصر الأهم لان له دور مهم في تشغيل الشبكات الكهربية والتحكم فيها فقد تتسبب الأخطاء البشرية في توصيل أو فصل معدات أو خطوط مهمة تؤدى في النهاية الى تتابع سريع للأحداث حتى يحدث الإطفاء الكامل.
كل والأسباب الأحداث تتوالى في أزمنة قصيرة جدا (ثوان أو أجزاء من الثانية)
الأمر الذي يتطلب اتخاذ التدابير الأزمة لتفادى هذه الأخطاء البشرية وإعادة ضبط ومراجعة ومعايرة أجهزة التحكم والوقاية بصفة دورية وأيضا فور حدوث تغيرات ملحوظة في الأحمال أو التركيبات والتوسعات الجديدة في الشبكات عل جميع مستوياتها.
ولكن كيف يكون الأمر عند حدوث أعطال خارجة عن إرادة مهندسي التشغيل والتحكم أو حدوث أعطال نتيجة للعوامل الطبيعية أو المناخية؟
الشبكات الكهربية تكون مزودة بمنظومة تحكم لفصل بعض الأحمال الأقل أهمية عند زيادة قدرة الأحمال عن قدرة التوليد وتنشأ هذه الحالة عند انفصال وحدة توليد كبيرة أو عدد من وحدات التوليد أو انفصال أحد الخطوط التي تنقل الكهرباء من الشبكات الكهربية المجاورة أومحطات التوليد البعيدة حيث تبدأ الأحمال الزائدة في سحب الطاقة اللازمة لها من الطاقة المختزنة في الأجزاء الدوارة للمولدات المتبقية في الشبكة مما يسبب نقصان سرعتها الدورانية وبالتالي نقصان التردد وتقوم أجهزة قياس التردد Frequency Relays باكتشاف النقص في التردد وتبدأ في الفصل المبرمج لجزء من الأحمال ويتوالى فصل الأحمال كلما استمر التردد في الانخفاض حتى تستقر الشبكة ويتوازن التحميل مع التوليد وتسمى هذه العملية طرح الأحمال
Load Shedding وتتم برمجة و ضبط أجهزة القياس والتحكم والفصل والوقاية مسبقا وبحسابات وتحليلات دقيقة للشبكة الكهربية قبل حدوث الأخطاء ومع الأخذ في الاعتبار مايسمى بالاحتياطي الدوار Spinning Reservesوكذلك إمكانية التغذية الفورية من الشبكات المجاورة دون تفاقم المشكلة أونقلها للشبكات المجاورة وهنا تلعب مراكز التحكم في الربط بين الشبكات وكذلك مراكز التحكم القومية والإقليمية دورا مهما في التعامل مع هذه الأحداث والمتطلبات.
وقد يؤدى الانفصال في الشبكات الكهربية إلي حدوث مايسمى بالجزر المنعزلة Islandingأي انقسام الشبكة الى أجزاء أومناطق منفصلة كل منها بها عدد من وحدات التوليد والأحمال وقد تكون بعض المناطق المنفصلة محملة بأكثر من طاقتها والمناطق الأخرى بها توليد زائد عن التحميل يؤدى الى زيادة سرعة المولدات وزيادة كلا من التردد والجهد بالشبكة الى حدود خطيرة فتقوم أجهزة وقاية المولدات بفصلها عن الشبكة إذا زاد التردد عن حد معين.
ويجب على مهندسي التشغيل والتحكم التدخل في الوقت المناسب عن طريق مراقبة أجهزة القياس والمراقبة قبل فوات الأوان وان يكون لديهم برامج وخطط محكمة ومعدة مسبقا للتعامل مع هذه المشكلة.
ومن الجدير بالذكر أنة يوجد بمراكز التحكم في الشبكات أجهزة كمبيوتر متقدمة وسريعة مزودة ببرامج قوية لحساب سريان القدرة Power Flow في الشبكة الكهربية ومعرفة قيم التيارات والجهود عند نقط الاتصال للتأكد من أن قيم التيارات والجهود لم تتجاوز القيم والحدود المسموح بها وعند اكتشاف اى تجاوزيجب على مهندس التشغيل والتحكم تدارك الموقف ووضع الحلول المسبقة مثل تخفيف الأحمال وتعديل سريان التيار عبر توصيل أوفصل بعض الخطوط قبل وقوع الأخطاء الكبيرة والمشاكل المترتبة عليها.
الانقطاعات الكهربية في مصر
في الساعة السابعة مساء 24أبريل 199وفى أخر ليلة من ليال شهر رمضان المبارك وكانت الشبكة عالية التحميل وبدأت أحداث الإظلام الكامل بخروج اضطراري FORCED OUTAGE
لخط الكهرباء ذي الدائرة المزدوجة الذي كان ينقل 1650ك ف من محطة السد العالي المائية إلي مراكز الأحمال بالقاهرة وحدث هذا الانفصال في الجزء الأول من الخط بين أسوان ونجع حمادي وتسبب خروج هذا الخط في تأرجح في القدرة الكهربية عبر الوصلة ذات الجهد 132 ك ف التي تمتد بين السد العالي ونجع حمادي ونتيجة لذلك انفصلت هذه الوصلة بفعل مرحا الحماية
Out Of Step Relay
وقد نتج عن ذلك انقسام الشبكة المصرية إلي جزيرتين كهربيتين منعزلتين الأولي في الجنوب وتحتوى علي محطات السد الغالي وخزان أسوان لتوليد الكهرباء وقليل من الأحمال مما أدى إلي تعرض الشبكة إلي توليد زائد عن الأحمال وامتدت الجزيرة الكهربية الأخرى من نجع حمادي شمالا للقاهرة والوجه البحري وباقي الشبكة وتعرضت هي الأخرى لنقص شديد في التوليد عن التحميل ولم تستطع خطة الدفاع في ذلك الوقت التعامل مع هذه المشكلة الكبيرة وحدث الإظلام الكامل نتيجة انفصال وحدات التوليد في الجزيرة الجنوبية بفعل مرحلات الوقاية ضد زيادة التردد وانفصال وحدات التوليد في الجزيرة الشمالية بفعل مرحلات الوقاية ضد نقصان التردد
مصر 24\4\1990
وقت الانقطاع 19:00
القدرة الكلية المركبة (م و) 9200
القدرة الكلية للأحمال(م و)7600
القدرة المتأثرة بالانقطاع(م و) 7600
زمن الاستعادة 06:00
نقلا عن مجلة الكهرباء العربية
العدد 86 أكتوبر/ديسمبر2006
د/عمر حنفي
أستاذ هندسة التحكم في نظم القوى الكهربية
هندسة حلوان
Edited By/ Medhat Fawzy
Special Thanks For My Prof D.R/ Gaber Abdelslam
Protection Engineering Master Of Mansoura University
Faculty Of Engineering
تنقسم الانقطاعات الكهربية الكبرى إلى نوعين:
1-الإظلام الكامل Blackout
ويتم فيه انقطاع كل الأحمال الموصلة على الشبكة الكهربية لمنطقة محددة أو الشبكة الكهربية بأكملها لدولة معينة ويتأثر بذلك عدد كبير من الناس (عشرات الملايين) وتنقطع التغذية عنهم لعدة ساعات وقد يمتد الانقطاع ليوم أو أكثر.
2-الإظلام الجزئي Brownout
ويعنى انقطاع الكهرباء في جزء محدود من الشبكة ويتأثر به عدد كبير من الناس لعدة ساعات
*وعموما من الصعب التفريق بين النوعين (الكلى والجزئي) في ظل ترابط الشبكات محليا ودوليا وكلاهما له أخطار كبيرة على شتى مناحي الحياة اقتصادية وإستراتيجية ولما لا عسكرية أيضا في ظل عصر الطاقة الكهربية
أسباب حدوث الإنقطاعات الكهربية الكبرى.
ترجع أسباب حدوث الانقطاعات الكهربية الكبرى إما إلى عوامل طبيعية أو أداء خاطئ للمعدات والمهمات وألاجهزة الكهربية المكونة للشبكة الكهربية وفى بعض الأحيان وان لم تكن أهمها وهى الأخطاء البشرية وفيما يلي نوجز أهم الأسباب.
1- العوامل الطبيعية مثل الصواعق التي تضرب خطوط النقل الهوائية O.H.T.L
مما قد يسبب رفع الجهد إلي مستويات خطيرة تؤدى الى كسر العوازل الكهربية وتفريغ كميات هائلة من الكهرباء عير الشبكة قد تؤدى الى تشغيل أجهزة الحماية مما يؤدى الى فصل الأجزاء التي يوجد فيها العطل مما يؤدى الى زيادة التحميل عل باقي خطوط النقل بأكثر من قدرتها وفصلها هي الأخرى عن طريق أجهزة الحماية وقد يستمر تتابع الانفصال Cascading Interruption
حتى يحدث عدم توازن بين القدرة المولدة في الشبكة والأحمال الموصلة إليها حتى نصل في النهاية الى الانقطاع الكامل وتوقف المولدات الكهربية عن العمل مثلما حدث في مدينة نيويورك 13 يوليو 1977 بسبب صاعقة كهربية ضربت احد خطوط النقل الرئيسية تبعها انهيار العوازل وانفصال الخط ثم ضربت صاعقة أخرى خط أخر حتى وصلت الشبكة للإظلام الكامل
ومن العوامل الطبيعية والمناخية أيضا الأعاصير والرياح العاتية التي تسبب وقوع خطوط النقل الهوائية وتلامسها مع الأشجار وحدوث تيارات قصر عالية تؤدى الى فصل هذه الخطوط مما يؤدى الى الإظلام الكامل وكذلك الزلازل والبراكين قد تؤدى الى نفس التأثير مما يؤدى الى الانقطاع الكامل.
2-حدوث أعطال بخطوط النقل.
مثل تلامس الموصلات وحدوث دوائر القصر الأمر الذي يتطلب سرعة فصل هذه الموصلات بسرعة مما ينتج عنة زيادة في التحميل على الخطوط الأخرى السليمة والمحولات وإذا زاد التحميل عن معدله تنفصل باقي الخطوط والوحدات الأخرى بالشبكة وقد تتطور الانفصالات حتى يحدث الإظلام الكامل .
3-الضغوط الاقتصادية وإعادة هيكلة منظومات إنتاج ونقل وتوزيع القدرة الكهربية.
في هذه الحالة فقد يتطلب الامرتشغيل الخطوط والمعدات عند أقصى معدلاتها فعند تعرضها لاى زيادة في التحميل أو اى نقص في التوليد تزداد الخطورة وقد تتعرض الخطوط زائدة التحميل الى ارتخاء نتيجة ارتفاع درجة حرارتها مما قد يتجاوز المسافات المسموح بها بين الوصل والأرض فيحدث قصر يسبب فصل هذه الخطوط وتتوالى الأحداث حتى يحدث الإطفاء الكامل أو الجزئي كما يتسبب التحميل الزائد للمولدات والمحولات الوقوع في نفس المشكلة.
4-حدوث عطل كبير في احد المعدات الرئيسية بالشبكة الكهربية.
مثل حدوث عطل في المولدات والمحولات يحدث نقص كبير في التوليد عن التحميل ويؤدى في النهاية الى الانقطاع الكلى أو الجزئي.
5-حدوث عطل في أجهزة الوقاية التحكم.
جميع أجزاء الشبكة الكهربية مزودة بأجهزة وقاية وتحكم واى خلل في هذه الأجهزة أو الضبط الخاطئ لها قد يسبب التشغيل الخاطئ لها وقيامها بفصل الخطوط والمعدات الكهربية الكبرى مثل المولدات والمحولات وقد يتطور الموضوع الى الانفصال الكامل وانهيار الشبكة.
6-حدوث عطل في أجهزة ووسائل الاتصال بين مراكز التحكم يبعضها وبين المكونات الرئيسية للشبكة الكهربية ومعدات الفصل والتوصيل .
هذه الأجهزة والمعدات لها دور حيوي في نقل المعلومات فان حدوث خلل في هذه الأجهزة قد يؤدى إلي أخطاء كبيرة في المعلومات وفقد السيطرة والتحكم في الشبكة الى الحد الذي يسبب الانقطاع.
7-العوامل البشرية.
يعتبر العنصر الأهم لان له دور مهم في تشغيل الشبكات الكهربية والتحكم فيها فقد تتسبب الأخطاء البشرية في توصيل أو فصل معدات أو خطوط مهمة تؤدى في النهاية الى تتابع سريع للأحداث حتى يحدث الإطفاء الكامل.
كل والأسباب الأحداث تتوالى في أزمنة قصيرة جدا (ثوان أو أجزاء من الثانية)
الأمر الذي يتطلب اتخاذ التدابير الأزمة لتفادى هذه الأخطاء البشرية وإعادة ضبط ومراجعة ومعايرة أجهزة التحكم والوقاية بصفة دورية وأيضا فور حدوث تغيرات ملحوظة في الأحمال أو التركيبات والتوسعات الجديدة في الشبكات عل جميع مستوياتها.
ولكن كيف يكون الأمر عند حدوث أعطال خارجة عن إرادة مهندسي التشغيل والتحكم أو حدوث أعطال نتيجة للعوامل الطبيعية أو المناخية؟
الشبكات الكهربية تكون مزودة بمنظومة تحكم لفصل بعض الأحمال الأقل أهمية عند زيادة قدرة الأحمال عن قدرة التوليد وتنشأ هذه الحالة عند انفصال وحدة توليد كبيرة أو عدد من وحدات التوليد أو انفصال أحد الخطوط التي تنقل الكهرباء من الشبكات الكهربية المجاورة أومحطات التوليد البعيدة حيث تبدأ الأحمال الزائدة في سحب الطاقة اللازمة لها من الطاقة المختزنة في الأجزاء الدوارة للمولدات المتبقية في الشبكة مما يسبب نقصان سرعتها الدورانية وبالتالي نقصان التردد وتقوم أجهزة قياس التردد Frequency Relays باكتشاف النقص في التردد وتبدأ في الفصل المبرمج لجزء من الأحمال ويتوالى فصل الأحمال كلما استمر التردد في الانخفاض حتى تستقر الشبكة ويتوازن التحميل مع التوليد وتسمى هذه العملية طرح الأحمال
Load Shedding وتتم برمجة و ضبط أجهزة القياس والتحكم والفصل والوقاية مسبقا وبحسابات وتحليلات دقيقة للشبكة الكهربية قبل حدوث الأخطاء ومع الأخذ في الاعتبار مايسمى بالاحتياطي الدوار Spinning Reservesوكذلك إمكانية التغذية الفورية من الشبكات المجاورة دون تفاقم المشكلة أونقلها للشبكات المجاورة وهنا تلعب مراكز التحكم في الربط بين الشبكات وكذلك مراكز التحكم القومية والإقليمية دورا مهما في التعامل مع هذه الأحداث والمتطلبات.
وقد يؤدى الانفصال في الشبكات الكهربية إلي حدوث مايسمى بالجزر المنعزلة Islandingأي انقسام الشبكة الى أجزاء أومناطق منفصلة كل منها بها عدد من وحدات التوليد والأحمال وقد تكون بعض المناطق المنفصلة محملة بأكثر من طاقتها والمناطق الأخرى بها توليد زائد عن التحميل يؤدى الى زيادة سرعة المولدات وزيادة كلا من التردد والجهد بالشبكة الى حدود خطيرة فتقوم أجهزة وقاية المولدات بفصلها عن الشبكة إذا زاد التردد عن حد معين.
ويجب على مهندسي التشغيل والتحكم التدخل في الوقت المناسب عن طريق مراقبة أجهزة القياس والمراقبة قبل فوات الأوان وان يكون لديهم برامج وخطط محكمة ومعدة مسبقا للتعامل مع هذه المشكلة.
ومن الجدير بالذكر أنة يوجد بمراكز التحكم في الشبكات أجهزة كمبيوتر متقدمة وسريعة مزودة ببرامج قوية لحساب سريان القدرة Power Flow في الشبكة الكهربية ومعرفة قيم التيارات والجهود عند نقط الاتصال للتأكد من أن قيم التيارات والجهود لم تتجاوز القيم والحدود المسموح بها وعند اكتشاف اى تجاوزيجب على مهندس التشغيل والتحكم تدارك الموقف ووضع الحلول المسبقة مثل تخفيف الأحمال وتعديل سريان التيار عبر توصيل أوفصل بعض الخطوط قبل وقوع الأخطاء الكبيرة والمشاكل المترتبة عليها.
الانقطاعات الكهربية في مصر
في الساعة السابعة مساء 24أبريل 199وفى أخر ليلة من ليال شهر رمضان المبارك وكانت الشبكة عالية التحميل وبدأت أحداث الإظلام الكامل بخروج اضطراري FORCED OUTAGE
لخط الكهرباء ذي الدائرة المزدوجة الذي كان ينقل 1650ك ف من محطة السد العالي المائية إلي مراكز الأحمال بالقاهرة وحدث هذا الانفصال في الجزء الأول من الخط بين أسوان ونجع حمادي وتسبب خروج هذا الخط في تأرجح في القدرة الكهربية عبر الوصلة ذات الجهد 132 ك ف التي تمتد بين السد العالي ونجع حمادي ونتيجة لذلك انفصلت هذه الوصلة بفعل مرحا الحماية
Out Of Step Relay
وقد نتج عن ذلك انقسام الشبكة المصرية إلي جزيرتين كهربيتين منعزلتين الأولي في الجنوب وتحتوى علي محطات السد الغالي وخزان أسوان لتوليد الكهرباء وقليل من الأحمال مما أدى إلي تعرض الشبكة إلي توليد زائد عن الأحمال وامتدت الجزيرة الكهربية الأخرى من نجع حمادي شمالا للقاهرة والوجه البحري وباقي الشبكة وتعرضت هي الأخرى لنقص شديد في التوليد عن التحميل ولم تستطع خطة الدفاع في ذلك الوقت التعامل مع هذه المشكلة الكبيرة وحدث الإظلام الكامل نتيجة انفصال وحدات التوليد في الجزيرة الجنوبية بفعل مرحلات الوقاية ضد زيادة التردد وانفصال وحدات التوليد في الجزيرة الشمالية بفعل مرحلات الوقاية ضد نقصان التردد
مصر 24\4\1990
وقت الانقطاع 19:00
القدرة الكلية المركبة (م و) 9200
القدرة الكلية للأحمال(م و)7600
القدرة المتأثرة بالانقطاع(م و) 7600
زمن الاستعادة 06:00
نقلا عن مجلة الكهرباء العربية
العدد 86 أكتوبر/ديسمبر2006
د/عمر حنفي
أستاذ هندسة التحكم في نظم القوى الكهربية
هندسة حلوان
Edited By/ Medhat Fawzy
Special Thanks For My Prof D.R/ Gaber Abdelslam
Protection Engineering Master Of Mansoura University
Faculty Of Engineering