دليل عملي للتحكم الذكي في محطات التوزيع الكهربائي

نظام التحويل الأوتوماتيكي (SAS)، كما يوحي اسمه، يتميز بقدرته على استبدال الوظائف الآلية بمهام المشغل اليدوية. تلعب العمليات الآلية دورًا حاسمًا في ضمان التشغيل الآمن والموثوق لهياكل نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية. وتشمل وظائفه، ولكن ليس بشكل حصري، الرصد وجمع البيانات والحماية والتحكم والتواصل عن بعد.

سابقاً، تم استخدام وحدات المحطة البعيدة (RTUs) فقط كوسطاء بين المعدات الكهربائية للتبديل في مستوى العملية في محطات التحويل وأنظمة إدارة الشبكات للمؤسسات لأغراض الرصد على مدى طويل (راجع الشكل 1 أدناه).

تُجهز هذه الوحدات بعديد من المدخلات والمخرجات، تعمل كواجهات اتصال مع مراكز التحكم الشبكية البعيدة. وحدات المحطة البعيدة (RTUs) ومراكز التحكم الشبكية (NCC) معًا تشكل نظام الرصد والتحكم والاستحواذ على البيانات (SCADA)، كما هو موضح في الشكل 1.

هناك العديد من الوظائف المحددة البارزة لنظام التحويل الأوتوماتيكي:

• رقابة تحويل الجهد (رقابة مبدل الحمل)

• حماية المعدات للأعمدة والأطراف والخطوط الكهربائية والمولدات وغيرها من المعدات.

• تنفيذ القفل الآلي والآليات التبديلية للمعدات الكهربائية.

• إرسال بيانات الرصد إلى مركز التحكم.

• حل أعطال نظام الطاقة محلياً أو عن بعد.

• إقرار التواصل مع محطات التحويل الأخرى (بين المحطات) ومراكز التحكم الإقليمية.

على سبيل المثال، يتم تنسيق العديد من الوظائف في نظام التحويل الأوتوماتيكي (SAS) لإعادة التشغيل تلقائيًا من الأعطال أو الفشل القصير في الدائرة. تتضمن هذه الوظائف أجهزة متعددة، حيث يتم تخصيص مسؤولياتها بين المعدات الأساسية (مثل قواطع الدائرة والمولدات المحولة، الخ) والمعدات الثانوية (مثل أجهزة الحماية وأجهزة الدمج والأجهزة الإلكترونية الذكية).

الشكل 1 - نظام التحويل الأوتوماتيكي: هندسة أنظمة SCADA الكلاسيكية

وبالتالي، تصبح الأسلاك والتوصيلات بين هذه الأجهزة والمعدات معقدة، مما يتطلب جهداً كبيراً وقتاً طويلاً لإجراء عمليات الصيانة والإصلاح والتوسع أو التعديل. وقد تم تقديم جهود لتقليل كمية الأسلاك والتوصيلات من خلال تنفيذ شبكات الاتصال المتسلسلة في مستويات مختلفة من هيكلية محطة التحويل. وقد أدت هذه المبادرات إلى حلول خاصة تم تطويرها من قبل موردي معدات محطات التحويل.

تعمل الشركات الكبرى، بما في ذلك المجموعات غير الهادفة للربح مثل بنية الاتصالات المرافق (UCA) التي تتكون من موردي معدات محطات التحويل ومعتمدي المرافق، على تحسين اتصالات محطات التحويل. تقوم بذلك من خلال المشاركة في تطوير المعايير الدولية لتحسين توافق الوظائف وتقديم هياكل توفر عرض نطاق أعلى للشبكة. الهدف هو تحسين موثوقية الاتصال داخل محطات التحويل وبين محطات التحويل المختلفة.

تتم تصنيف هندسة التحويل الأوتوماتيكي الهرمية في SAS بناءً على التنفيذ التقني. يتكون نظام التحويل الأوتوماتيكي من ثلاثة مستويات: مستوى المحطة، ومستوى الخلية، ومستوى العملية (كما هو موضح في الشكل 2). يمكن استغلال هذه المستويات لتحقيق وظائف متنوعة. من حيث المواصفات الفنية، سيكون حجم نظام التحويل الأوتوماتيكي (SAS) في محطات التحويل ذات الجهد العالي جدا أكبر مقارنة بمحطات التحويل ذات الجهد العالي.

في محطات التحويل الحديثة، يعتبر مستوى الخلية ميزة شائعة، رغم أنه في الأيام الأولى لنظام التحويل الأوتوماتيكي، لم يكن مفهوم مستوى الخلية معترف به.

عادةً ما يقوم المستشعرات بقياس قيم كبيرة جدًا للتيار والجهد. يتم استخدام المحولات للتيار والجهد (CTs/VTs) لتحويل كميات كبيرة من التيار والجهد إلى قيم معيارية، والتي يتم إدخالها بعد ذلك إلى مداخل الأجهزة الواقية. تكون القيم المقاسة عادة 5 أمبير (1 أمبير في أوروبا) للتيار و120 فولت للجهد. في الأساس، تقوم أجهزة الحماية أو الأجهزة الإلكترونية الذكية الحديثة بتنفيذ المنطق الوقائي.

الشكل 2 - بنية نظام التحويل الأوتوماتيكي تظهر مستويات المحطة والخلية والعملية

هذه الأجهزة تكتشف وتحسب مستويات التيار والجهد الكهربائي لحساب بعض القيم التي يتم رصدها بواسطة المنطق الوقائي، مثل التيار الكهربائي على الجانبين المختلفين للمحول ذو الجهد العالي جدا (EHV)/الجهد العالي (HV). عندما يتجاوز أحد المعلمات قيمة محددة (إعداد التقاط)، سيعمل المنطق الوقائي وفقًا لسلسلة محددة من الخطوات أو خوارزمية تحكم مبرمجة. عادةً، عند حدوث مشكلة، يتم إرسال إشارة القطع إلى القاطع المناسب لعزل خط أو عمود.