تطبيق وحدة التحكم في قاطع الدائرة IED-Business في محطات التحويل ذات الجهد العالي
ملخص التحكم في مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي باستخدام الأجهزة الإلكترونية الذكية (IED)
مقدمة
لقد ثورت الأجهزة الإلكترونية الذكية (IEDs) في التحكم والتحكم الآلي لمفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي (HV) في محطات التحويل. من خلال دمج التقنية الرقمية المتقدمة، تمكن IEDs من الرصد والمراقبة والتحكم في الوقت الحقيقي من مركز بعيد مركزي، مما يعزز كفاءة وموثوقية وأمان أنظمة الطاقة.
التركيب والتكامل
يمكن تركيب جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED إما داخل خزانة مفتاح الدائرة في ساحة المفاتيح أو في غرفة الريلاي/التحكم. من المهم ملاحظة أن الوظائف مثل فشل المفتاح (BF)، وإعادة الإغلاق التلقائي (AR)، ومراقبة الدائرة (CS) عادة ما تكون غير مدمجة في جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED ولكن قد يتم التعامل معها بواسطة ريلات حماية منفصلة أو أجهزة أخرى.
توحيد الإشارات
في بعض تطبيقات محطات التحويل، بدلاً من وجود أسلاك فتح/إغلاق فردية لكل جهاز حماية أو تحكم IED متصل بنفس مفتاح الدائرة، يمكن لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED واحد توحيد جميع إشارات الفتح أو الإغلاق من عدة أجهزة IED. هذا النهج يبسط التوصيل ويقلل من عدد الاتصالات، مما يجعل النظام أكثر كفاءة وسهولة في الصيانة.
الرصد والوظائف المساعدة
يقوم جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED بالرصد المستمر لحالة مفتاح الدائرة، بما في ذلك:
حالة الموضع: مفتوح، مغلق، أو مواقع وسيطة.
مستويات الضغط: ضغط هيدروليكي، نفطي، أو غازي، والتي تعتبر حاسمة للعمل الصحيح.
الاتصالات المساعدة: تستخدم لتوفير معلومات الحالة للأجهزة IED المرتبطة.
بالإضافة إلى ذلك، يقدم الجهاز عدة وظائف مساعدة:
وظيفة منع التكرار: تمنع مفتاح الدائرة من إعادة الإغلاق حتى يتم التعامل مع سبب الفشل. إذا كانت هناك وظيفة منع التكرار موجودة في مفتاح الدائرة نفسه، يجب تعطيل وظيفة منع التكرار في الجهاز لتجنب التعارضات.
مراقبة ملفات السحب والإغلاق: تراقب صحة ملفات السحب والإغلاق للتأكد من عملها بشكل صحيح.
مراقبة الضغط: تنذر المشغلين بحالات الضغط المنخفض وتمنع أوامر الفتح/الإغلاق إذا كان الضغط غير كافٍ.
الوظائف الرئيسية لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED
جمع معلومات حالة المفتاح الأساسي: يقوم الجهاز بجمع البيانات حول موضع وحالة مفتاح الدائرة.
تنفيذ أوامر الفتح/الإغلاق: يمكن للجهاز تنفيذ أوامر الفتح أو الإغلاق محليًا أو عن بعد عبر SCADA، وحدات التحكم في البي، أو أجهزة IED الحماية.
الفتح/الإغلاق المجزأ حسب الطور: يمكن للجهاز فتح أو إغلاق الأطوار الفردية (A، B، C) أو تنفيذ عمليات ثلاثية الأطوار. ومع ذلك، لا يشمل الجهاز منطقًا مدمجًا لاختلاف القطب.
وظيفة منع التكرار: تمنع مفتاح الدائرة من الإغلاق المتكرر أثناء حالة العطل.
مراقبة ملفات السحب والإغلاق: تضمن سلامة ملفات السحب والإغلاق.
مراقبة الضغط: تراقب مستويات الضغط للتأكد من التشغيل الآمن ومنع الإجراءات غير الآمنة.
تفاعل الإشارات في جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED
عند حدوث عطل في نظام الطاقة:
أجهزة IED الحماية تكتشف العطل وتصدر أمر فتح إلى جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED.ثم يقوم جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED بفتح المفتاح المناسب باستخدام إشارات موصولة مباشرة (طور A، B، C، أو فتح ثلاثي الأطوار).بعد الفتح، يقوم الجهاز باستلام الحالة الجديدة لمفتاح الدائرة (مثل مفتوح أو مغلق) ويوفر هذه المعلومات للأجهزة IED ذات الصلة عبر إشارات موصولة مباشرة.تتم مراقبة وتقرير معلومات الحالة الإضافية، مثل الضغط المنخفض.إشارة الفتح من أجهزة IED الحماية تُستخدم أيضًا لبدء وظيفة إعادة الإغلاق التلقائي (AR)، التي تحاول استعادة الطاقة بعد العطل. يتم إرسال أمر إعادة الإغلاق إلى جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED عبر إشارات موصولة مباشرة. وبالمثل، يمكن أن تقوم إشارة الفتح بإطلاق وظيفة فشل المفتاح (BF)، وأوامر إعادة الفتح يتم أيضًا توصيلها مباشرة بالجهاز.الأوامر عن بعد (فتح/إغلاق) من RTU/SCADA، أنظمة التحكم الآلي المحلية للمحطة، أو وحدات التحكم في البي يتم توصيلها مباشرة بجهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED.
التواصل مع IEC 61850 وGOOSE
في محطات التحويل الحديثة، يمكن لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED التواصل باستخدام بروتوكول IEC 61850، خاصة عبر رسائل GOOSE (Event Generic Object-Oriented Substation). هذا يسمح بالتكامل السلس مع الأجهزة الذكية الأخرى في محطة التحويل، مما يقلل الحاجة للتوصيلات المباشرة ويحسن مرونة وموثوقية النظام.
توضح الشكل 1 تطبيقًا نموذجيًا لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED باستخدام التواصل GOOSE. في الممارسة العملية، غالبًا ما يتم تنفيذ شبكات احتياطية (شبكة A وشبكة B) لضمان موثوقية أعلى.
دوره في التحكم الآلي في محطات التحويل
يعمل جهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED كواجهة رقمية بين الأجهزة الثانوية (مثل أجهزة IED الحماية، وأنظمة SCADA، ووحدات التحكم في البي) والمعدات الأولية ذات الجهد العالي (مفاتيح الدائرة). يسهل الانتقال من الأنظمة التناظرية التقليدية إلى محطات التحويل الرقمية الكاملة، مما يتيح ميزات متقدمة مثل الرصد في الوقت الحقيقي، والتحكم الآلي، وتحسين التعامل مع الأعطال.
الوظائف الرئيسية الأخرى لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED:
يوضح الشكل 2 الوظائف والتفاعلات الإشارية لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة IED:
نظرة شاملة على التحكم في مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي باستخدام الأجهزة الإلكترونية الذكية (IED)
مقدمة
تلعب الأجهزة الإلكترونية الذكية (IEDs) دورًا مهمًا في محطات التحويل الحديثة من خلال تمكين التحكم والمراقبة المتقدمة لمفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي (HV). جهاز التحكم في مفتاح الدائرة هو جهاز IED متخصص يجمع المعلومات من مفاتيح الدائرة ويرسل أوامر التحكم إليها، مما يسهل الإدارة في الوقت الحقيقي والتحكم الآلي. يتصل هذا الجهاز بمفاتيح الدائرة التقليدية المستندة إلى الإشارات التناظرية من خلال نقاط الاتصال الموصولة مباشرة، حيث يقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى بيانات رقمية للتواصل عبر بروتوكول IEC 61850 ورسائل GOOSE (Event Generic Object-Oriented Substation).
الوظائف الرئيسية لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة
جمع المعلومات من المفاتيح
حالة الموضع: مفتوح، مغلق، أو مواقع وسيطة.
حالة ضغط التحكم: مستويات الضغط الهيدروليكي، النفطي، أو الغازي.
الاتصالات المساعدة: إشارات حالة إضافية مثل الضغط المنخفض، حالات العطل، وما إلى ذلك.
الإدخالات الموصولة مباشرة: يستخدم جهاز التحكم في مفتاح الدائرة نقاط الاتصال الموصولة مباشرة لجمع معلومات الحالة المختلفة من مفاتيح الدائرة، بما في ذلك:
تحويل التناظري إلى الرقمي: يقوم الجهاز بتحويل هذه الإشارات التناظرية إلى شكل رقمي، مما يجعل البيانات متوافقة مع بروتوكولات التواصل الحديثة.
إرسال أوامر التحكم إلى المفاتيح
الإخراجات الموصولة مباشرة: يستخدم جهاز التحكم في مفتاح الدائرة نقاط الاتصال الموصولة مباشرة لإرسال أوامر الفتح أو الإغلاق إلى مفاتيح الدائرة. يتم تنفيذ هذه الأوامر بناءً على التعليمات المستلمة من أجهزة الحماية، وأنظمة SCADA، أو وحدات التحكم في البي.
الدوائر المجزأة حسب الطور: يوفر الجهاز عادةً دوائر فتح وإغلاق مجزأة حسب الطور، مما يسمح بالتحكم المستقل في الأطوار الفردية (A، B، C) أو العمليات الثلاثية الأطوار. بالنسبة لمفتاح الدائرة الثلاثي الأطوار، يوفر عادةً ملف إغلاق واحد وملفين للفتح.
التواصل عبر رسائل GOOSE
نشر المعلومات لأجهزة مستوى البي: بعد جمع المعلومات الكهربائية من مفاتيح الدائرة، يقوم جهاز التحكم في مفتاح الدائرة بتحويل هذه البيانات إلى إشارات رقمية وينشرها لأجهزة IED في مستوى البي عبر الباص العملي باستخدام رسائل GOOSE. هذا يسمح للأجهزة الأخرى في محطة التحويل بالوصول إلى تحديثات الحالة في الوقت الحقيقي.
استقبال رسائل GOOSE من أجهزة مستوى البي: عند حدوث عطل في نظام الطاقة أو إصدار أمر تحكم عن بعد، تقوم الأجهزة ذات الصلة بالحماية أو وحدات التحكم في البي بنشر رسائل GOOSE المناسبة (مثل أمر الفتح، أمر الإغلاق). يعمل جهاز التحكم في مفتاح الدائرة كمشترك، ويستقبل هذه الرسائل ويقوم بالإجراءات المناسبة، مثل فتح أو إغلاق مفتاح الدائرة عبر نقاط الاتصال الموصولة مباشرة.
منع التكرار المتكرر (وظيفة منع التكرار)
منع التكرار المتكرر: إذا تم فتح مفتاح الدائرة يدويًا أو تلقائيًا على عطل دائم واستمرت إشارة الفتح، فقد يحاول المفتاح الفتح عدة مرات بعد كل فتح. لمنع هذا، يحتوي جهاز التحكم في مفتاح الدائرة على وظيفة منع التكرار تضمن أن المفتاح يفتح مرة واحدة فقط وتحجب الفتحات الإضافية حتى يتم قطع دارة الفتح بواسطة المشغل.
اعتبارات التكوين: إذا كان مفتاح الدائرة نفسه يحتوي على دائرة منع التكرار، يجب تعطيل وظيفة منع التكرار في جهاز التحكم في مفتاح الدائرة لتجنب التعارضات.
مراقبة ملفات مفتاح الدائرة
مراقبة ملف الإغلاق: يمكن لجهاز التحكم في مفتاح الدائرة مراقبة حالة ملف الإغلاق باستخدام مفاتيح مساعدة. يتم تحقيق ذلك بتوصيل المحطة بالقطب السالب لمصدر الطاقة في سلسلة مع الاتصال المساعد الطبيعي المغلق (52b) لمفتاح الدائرة. إذا تم توصيل المحطة أيضًا بملف الإغلاق (CC)، يمكن لمفاتيح المساعدة توفير مراقبة لصحة ملف الإغلاق.
مراقبة ملف الفتح: وبالمثل، يمكن للجهاز مراقبة حالة ملف الفتح باستخدام مفاتيح مساعدة. يتم تحقيق ذلك بتوصيل المحطة بالقطب السالب لمصدر الطاقة في سلسلة مع الاتصال المساعد الطبيعي المفتوح (52a) لمفتاح الدائرة. إذا تم توصيل المحطة أيضًا بملف الفتح (TC)، يمكن لمفاتيح المساعدة مراقبة حالة ملف الفتح.
مراقبة الضغط والحجب
مراقبة الضغط الحرجة: يعتبر الضغط في مفاتيح الدائرة ضروريًا لعملها الصحيح. يمكن أن يؤدي مستويات الضغط غير الطبيعية إلى أعطال، وتقليل العمر الافتراضي، أو حتى تلف المفاتيح. لذلك، يقوم جهاز التحكم في مفتاح الدائرة بمراقبة جميع أنواع إشارات الضغط (مثل الضغط الهيدروليكي، النفطي، الغازي) في مفاتيح الدائرة ذات الصلة.
وظائف الحجب الضغط: عند استلام أمر الفتح أو الإغلاق، يقوم الجهاز بتنفيذ وظائف الحجب الضغط لمنع العمليات غير الآمنة. إذا كان الضغط أقل من عتبة آمنة، سيحجب الجهاز تنفيذ الأمر لحماية المفتاح. تضمن هذه وظائف الحجب أن يعمل مفتاح الدائرة فقط تحت ظروف آمنة.
دوائر الفتح والإغلاق المجزأة حسب الطور
يقدم جهاز التحكم في مفتاح الدائرة عادةً دوائر فتح وإغلاق مجزأة حسب الطور، مما يسمح بالتحكم المستقل في كل طور. بالنسبة لمفتاح الدائرة الثلاثي الأطوار، يشمل الجهاز عادةً:
ملف إغلاق واحد: يستخدم لإغلاق الأطوار الثلاثة في وقت واحد.
ملفين للفتح: واحد للفتح الفردي للطور والآخر للفتح الثلاثي الأطوار. هذا التصميم يسمح بالتحكم المرن والدقيق في مفتاح الدائرة، وفقًا لمتطلبات نظام الطاقة الخاصة.
خاتمة
يعد جهاز التحكم في مفتاح الدائرة مكونًا حيويًا في محطات التحويل الحديثة، حيث يربط بين مفاتيح الدائرة التناظرية التقليدية وأنظمة التواصل الرقمية. من خلال دمج الميزات المتقدمة مثل التواصل عبر رسائل GOOSE، وظيفة منع التكرار، ومراقبة ملفات مفتاح الدائرة، يعزز الجهاز موثوقية وأمان وكفاءة عمليات مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي. قدرته على جمع البيانات في الوقت الحقيقي وتنفيذ أوامر التحكم تضمن أن تعمل محطات التحويل بشكل سلس، حتى في بيئات الطاقة المعقدة والديناميكية.
