سیستم کنترل دستگاه حفاظتی در زیرстанسیون‌های فشار قوی

خلاصه کنترل دیودهای مدار بازکننده ولتاژ بالا با دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند (IED)
مقدمه
دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند (IEDs) به طور کامل کنترل و خودکارسازی دیودهای مدار بازکننده ولتاژ بالا (HV) در زیراستانیون‌ها را تغییر داده‌اند. با ادغام فناوری دیجیتال پیشرفته، IEDs امکان نظارت، مدیریت و کنترل در زمان واقعی از مرکزیت دور را فراهم می‌کنند، که باعث افزایش کارایی، قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم‌های برق می‌شود.

نصب و یکپارچه‌سازی
یک IED کنترل دیود مدار بازکننده می‌تواند یا در داخل کابینت دیود مدار بازکننده در حیاط سوئیچ یا در اتاق رله/کنترل نصب شود. باید توجه داشت که عملکردهایی مانند عدم عملکرد دیود مدار بازکننده (BF)، بسته‌شدن خودکار (AR) و نظارت بر مدار (CS) معمولاً در IED کنترل دیود مدار بازکننده یکپارچه نمی‌شوند بلکه ممکن است توسط رله‌های محافظ جداگانه یا دستگاه‌های دیگر مدیریت شوند.

جمع‌آوری سیگنال‌ها
در برخی از کاربردهای زیراستانیون، به جای داشتن سیم‌های جداگانه برای هر IED محافظ یا کنترلی که به یک دیود مدار بازکننده متصل شده‌اند، یک IED کنترل دیود مدار بازکننده می‌تواند تمام سیگنال‌های باز و بسته‌شدن را از چند IED جمع‌آوری کند. این رویکرد سیم‌کشی را ساده‌تر می‌کند و تعداد اتصالات را کاهش می‌دهد، که باعث کارایی بیشتر و نگهداری آسان‌تر سیستم می‌شود.

نظارت و عملکردهای کمکی
IED کنترل دیود مدار بازکننده به طور مداوم وضعیت دیود مدار بازکننده را نظارت می‌کند، شامل:

• وضعیت موقعیت: باز، بسته یا موقعیت‌های میانی.

• سطح فشار: فشار هیدرولیک، پنوماتیک یا گاز، که برای عملکرد صحیح ضروری هستند.

• تماس‌های کمکی: برای ارائه اطلاعات وضعیت به IEDs مرتبط استفاده می‌شوند.

به علاوه، IED چندین عملکرد کمکی فراهم می‌کند:

• عملکرد ضد تزریق: از باز شدن مجدد دیود مدار بازکننده تا زمانی که علت خرابی حل شود جلوگیری می‌کند. اگر عملکرد ضد تزریق در خود دیود مدار بازکننده وجود دارد، عملکرد ضد تزریق IED باید غیرفعال شود تا از تداخلات جلوگیری شود.

• نظارت بر سیم‌پیچ‌های دیود مدار بازکننده: سلامت سیم‌پیچ‌های باز و بسته شدن را نظارت می‌کند تا اطمینان حاصل شود که به درستی کار می‌کنند.

• نظارت بر فشار: اپراتوران را درباره شرایط فشار پایین هشدار می‌دهد و اگر فشار کافی نباشد، دستورات باز و بسته شدن را مسدود می‌کند.

عملکردهای اصلی یک IED کنترل دیود مدار بازکننده

• جمع‌آوری اطلاعات وضعیت سوئیچ اصلی: IED داده‌های موقعیت و وضعیت دیود مدار بازکننده را جمع‌آوری می‌کند.

• اجرا دستورات باز و بسته شدن: IED می‌تواند دستورات باز یا بسته شدن را به صورت محلی یا از راه دور از طریق SCADA، واحد کنترل بی، یا IEDهای محافظ اجرا کند.

• باز و بسته شدن جداگانه فازها: IED می‌تواند فازهای مختلف (A، B، C) را به طور مستقل باز یا بسته کند یا عملیات سه‌فازی انجام دهد. با این حال، منطق تفاوت قطب‌ها در آن یکپارچه نیست.

• عملکرد ضد تزریق: از باز شدن مکرر دیود مدار بازکننده در حالت خرابی جلوگیری می‌کند.

• نظارت بر سیم‌پیچ‌های دیود مدار بازکننده: سلامت سیم‌پیچ‌های باز و بسته شدن را تضمین می‌کند.

• نظارت بر فشار: سطوح فشار را نظارت می‌کند تا عملکرد ایمن و جلوگیری از اعمال ناامن را تضمین کند.

تعامل سیگنال‌ها در IED دیود مدار بازکننده

هنگامی که یک خرابی در سیستم برق رخ می‌دهد:

IEDهای محافظ خرابی را تشخیص می‌دهند و دستور باز کردن به IED کنترل دیود مدار بازکننده می‌دهند.IED کنترل دیود مدار بازکننده سپس دیود مدار بازکننده مربوطه را با استفاده از سیگنال‌های سخت‌افزاری (فاز A، B، C یا باز کردن سه‌فازی) باز می‌کند.بعد از باز کردن، IED وضعیت جدید دیود مدار بازکننده (مانند باز یا بسته) را جمع‌آوری می‌کند و این اطلاعات را از طریق سیگنال‌های سخت‌افزاری به IEDهای مرتبط ارائه می‌دهد.اطلاعات وضعیت اضافی، مانند فشار پایین، نیز نظارت می‌شود و گزارش داده می‌شود.سیگنال باز کردن از IEDهای محافظ نیز برای شروع عملکرد باز کردن خودکار (AR) استفاده می‌شود، که تلاش می‌کند تا بعد از خرابی برق را باز کند. دستور باز کردن AR به IED کنترل دیود مدار بازکننده از طریق سیگنال‌های سخت‌افزاری ارسال می‌شود. به طور مشابه، سیگنال باز کردن می‌تواند عملکرد عدم عملکرد دیود مدار بازکننده (BF) را شروع کند و سیگنال‌های باز کردن مجدد نیز به صورت سخت‌افزاری به IED منتقل می‌شوند.دستورات کنترل از راه دور (باز کردن/بستن) از RTU/SCADA، سیستم‌های خودکارسازی محلی زیراستانیون یا واحد کنترل بی نیز به صورت سخت‌افزاری به IED کنترل دیود مدار بازکننده منتقل می‌شوند.

ارتباط با IEC 61850 و GOOSE

در زیراستانیون‌های مدرن، IED کنترل دیود مدار بازکننده می‌تواند با استفاده از پروتکل IEC 61850، به طور خاص از طریق پیام‌های GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event) ارتباط برقرار کند. این امر امکان یکپارچه‌سازی ساده با دستگاه‌های هوشمند دیگر در زیراستانیون را فراهم می‌کند، نیاز به اتصالات سخت‌افزاری را کاهش می‌دهد و کارایی و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می‌بخشد.

شکل 1 یک کاربرد معمول IED کنترل دیود مدار بازکننده با استفاده از ارتباط GOOSE را نشان می‌دهد. در عمل، شبکه‌های مکمل (شبکه A و شبکه B) معمولاً برای اطمینان از قابلیت اطمینان بالاتر پیاده‌سازی می‌شوند.

نقش در خودکارسازی زیراستانیون

IED کنترل دیود مدار بازکننده به عنوان یک رابط دیجیتال بین دستگاه‌های ثانویه (مانند IEDهای محافظ، سیستم‌های SCADA و واحد کنترل بی) و تجهیزات اصلی ولتاژ بالا (دیودهای مدار بازکننده) عمل می‌کند. این دستگاه انتقال از سیستم‌های آنالوگ سنتی به زیراستانیون‌های کاملاً دیجیتال را تسهیل می‌کند و ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند نظارت در زمان واقعی، کنترل خودکار و مدیریت بهتر خرابی‌ها را فراهم می‌کند.

سایر عملکردهای اصلی IED کنترل دیود مدار بازکننده:

در شکل 2 نشان داده شده است که چگونه IED کنترل دیود مدار بازکننده عملکردها و تعاملات سیگنالی را انجام می‌دهد:

مرور جامع کنترل دیودهای مدار بازکننده ولتاژ بالا با دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند (IED)

مقدمه

دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند (IEDs) نقش مهمی در زیراستانیون‌های مدرن با امکان کنترل و نظارت پیشرفته بر دیودهای مدار بازکننده ولتاژ بالا (HV) ایفا می‌کنند. کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده یک IED تخصصی است که اطلاعات را از دیودهای مدار بازکننده جمع‌آوری می‌کند و دستورات کنترلی به آن‌ها می‌فرستد، که مدیریت و خودکارسازی در زمان واقعی را تسهیل می‌کند. این دستگاه از طریق تماس‌های ورودی/خروجی سخت‌افزاری با دیودهای مدار بازکننده مبتنی بر سیگنال‌های آنالوگ سنتی ارتباط برقرار می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کند تا از طریق پروتکل IEC 61850 و پیام‌های GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event) ارتباط برقرار کند.

عملکردهای کلیدی کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده

1. جمع‌آوری اطلاعات از دیودهای مدار بازکننده

• وضعیت موقعیت: باز، بسته یا موقعیت‌های میانی.

• وضعیت فشار کنترل: سطوح فشار هیدرولیک، پنوماتیک یا گاز.

• تماس‌های کمکی: سیگنال‌های وضعیت اضافی مانند فشار پایین، شرایط خرابی و غیره.

• تماس‌های ورودی سخت‌افزاری: کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده از تماس‌های ورودی سخت‌افزاری برای جمع‌آوری اطلاعات وضعیت مختلف از دیودهای مدار بازکننده استفاده می‌کند، شامل:

• تبدیل آنالوگ به دیجیتال: کنترل‌کننده این سیگنال‌های آنالوگ را به فرمت دیجیتال تبدیل می‌کند تا داده‌ها با پروتکل‌های ارتباطی مدرن سازگار شوند.

2. ارسال دستورات کنترلی به دیودهای مدار بازکننده

• تماس‌های خروجی سخت‌افزاری: کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده از تماس‌های خروجی سخت‌افزاری برای ارسال دستورات باز یا بسته شدن به دیودهای مدار بازکننده استفاده می‌کند. این دستورات بر اساس دستورالعمل‌های دریافتی از دستگاه‌های محافظ، سیستم‌های SCADA یا واحد کنترل بی اجرا می‌شوند.

• مدارهای باز و بسته شدن جداگانه فازها: کنترل‌کننده معمولاً مدارهای باز و بسته شدن جداگانه فازها را فراهم می‌کند که کنترل مستقل فازهای مختلف (A، B، C) یا عملیات سه‌فازی را ممکن می‌سازد. برای یک دیود مدار بازکننده سه‌فازی، معمولاً یک سیم‌پیچ بسته شدن و دو سیم‌پیچ باز شدن فراهم می‌شود.

3. ارتباط از طریق پیام‌های GOOSE

• انتشار اطلاعات به دستگاه‌های سطح بی: پس از جمع‌آوری اطلاعات الکتریکی از دیودهای مدار بازکننده، کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده این داده‌ها را به سیگنال‌های دیجیتال تبدیل می‌کند و آن‌ها را از طریق process bus با استفاده از پیام‌های GOOSE به IEDهای سطح بی منتشر می‌کند. این امر امکان دسترسی دستگاه‌های دیگر در زیراستانیون به به‌روزرسانی‌های وضعیت در زمان واقعی را فراهم می‌کند.

• دریافت پیام‌های GOOSE از دستگاه‌های سطح بی: هنگامی که یک خرابی در سیستم برق رخ می‌دهد یا یک دستور کنترل از راه دور صادر می‌شود، دستگاه‌های محافظ یا واحد کنترل بی مربوطه پیام‌های GOOSE مربوطه (مانند دستور باز یا بسته شدن) منتشر می‌کنند. کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده به عنوان یک مشترک، این پیام‌ها را دریافت می‌کند و اقدامات مناسب مانند باز یا بسته کردن دیود مدار بازکننده از طریق تماس‌های خروجی سخت‌افزاری خود انجام می‌دهد.

4. پیشگیری از باز شدن مکرر (عملکرد ضد تزریق)

• پیشگیری از باز شدن مکرر: اگر یک دیود مدار بازکننده به صورت دستی یا خودکار بر روی یک خرابی دائمی بسته شود و سیگنال بسته شدن ادامه داشته باشد، دیود مدار بازکننده ممکن است چندین بار پس از هر باز شدن تلاش کند تا بسته شود. برای جلوگیری از این، کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده یک عملکرد ضد تزریق دارد که اطمینان می‌دهد دیود مدار بازکننده فقط یک بار باز شود و از بسته شدن مجدد تا زمانی که مدار بسته شدن توسط اپراتور بی‌نیرو شود جلوگیری کند.

• اعتبارسنجی پیکربندی: اگر خود دیود مدار بازکننده یک مدار ضد تزریق دارد، عملکرد ضد تزریق در کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده باید غیرفعال شود تا از تداخلات جلوگیری شود.

5. نظارت بر سیم‌پیچ‌های دیود مدار بازکننده

• نظارت بر سیم‌پیچ بسته شدن: کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده می‌تواند وضعیت سیم‌پیچ بسته شدن را با استفاده از رله‌های کمکی نظارت کند. این کار با اتصال ترمینال به قطب منفی منبع تغذیه به صورت سری با تماس کمکی معمولاً بسته (52b) دیود مدار بازکننده انجام می‌شود. اگر ترمینال نیز به سیم‌پیچ بسته شدن (CC) متصل شود، رله‌های کمکی می‌توانند نظارت بر سلامت سیم‌پیچ بسته شدن را انجام دهند.

• نظارت بر سیم‌پیچ باز شدن: به طور مشابه، کنترل‌کننده می‌تواند وضعیت سیم‌پیچ باز شدن را با استفاده از رله‌های کمکی نظارت کند. این کار با اتصال ترمینال به قطب منفی منبع تغذیه به صورت سری با تماس کمکی معمولاً باز (52a) دیود مدار بازکننده انجام می‌شود. اگر ترمینال نیز به سیم‌پیچ باز شدن (TC) متصل شود، رله‌های کمکی می‌توانند وضعیت سیم‌پیچ باز شدن را نظارت کنند.

6. نظارت بر فشار و مسدود کردن

• نظارت بر فشار بحرانی: فشار در دیودهای مدار بازکننده برای عملکرد صحیح آن‌ها ضروری است. سطوح فشار نامتعادل می‌توانند منجر به خرابی، کاهش عمر مفید یا حتی آسیب به دیودهای مدار بازکننده شوند. بنابراین، کنترل‌کننده دیود مدار بازکننده تمام سیگنال‌های فشار (مانند هیدرولیک، پنوماتیک، گاز) در دیودهای مدار بازکننده مرتبط را نظارت می‌کند.

• عملکرد مسدود کردن فشار: هنگامی که یک دستور باز یا بسته شدن دریافت می‌شود، کنترل‌کننده عملکرد مسدود کردن فشار را اجرا می‌کند تا از عملیات ناامن جلوگیری کند. اگر فشار زیر حد ایمنی باشد، کنترل‌کننده اجرای دستور را مسدود می‌کند تا دیود مدار بازکننده را محافظت کند. این عملکردهای مسدود کردن اطمینان می‌دهند که دیود مدار بازکننده تنها در شرایط ایمن عمل می‌کند.

مدارهای باز و بسته شدن جداگانه فازها