پرکاری تبدیل دیگه هوشمند در بخش کاری ۶kV یک نیروگاه

به دلیل طول عمر خدمت و فرسودگی شدید تجهیزات، شیرهای بخش کاری 6kV واحد 6 یک نیروگاه مخاطرات امنیتی مانند پین های موقعیت گرفته شده تغییر شکل یافته، موقعیت بستن غیرطبیعی شیرهای زمینی و خرابی دستگاه‌های محافظ را دارند. این مخاطرات عملکرد پایدار واحد را تهدید کرده و تبدیل به یک موضوع بسیار ضروری است. در عین حال، با توجه به موارد اخیر لختی الکتریکی مربوط به شیرهای متوسط ولتاژ، تصمیم گرفته‌ایم از تجهیزات شیر هوشمند استفاده کنیم. ما برنامه کنترل هوشمند را به صورت دوردستی به ECMS موجود اضافه می‌کنیم، مکانیزم‌های عملکرد الکتریکی، نظارت تصویری و سیستم‌های نظارت آنلاین را تنظیم می‌کنیم تا عملیات یک دکمه‌ای و هشدار وضعیت انجام شود، که باعث می‌شود کارکنان از تجهیزات خود دور شوند و ایمنی عملیاتی را تضمین کند.

1. اهداف کلی تبدیل به شیر هوشمند

شیر هوشمند می‌تواند پارامترهای الکتریکی تجهیزات سنتی را از طریق دستگاه‌های کنترل، اندازه‌گیری و ارتباطات به صورت دوردستی نظارت کند. از مکانیزم‌های الکتریکی برای انجام عملیات جابجایی داخل/خارج قطع کننده‌ها و باز/بستن شیرهای زمینی استفاده می‌کند و عملیات هوشمند را انجام می‌دهد. این تبدیل بر روی دو تابع اصلی "اتوماسیون عملیات" و "نظارت بر وضعیت" تمرکز دارد. همچنین دستگاه‌های نظارت آنلاین هارمونیک موجود و دستگاه‌های نظارت آنلاین عایق موتور را یکپارچه می‌کند تا توانایی تشخیص وضعیت تجهیزات را افزایش دهد. برای مشکلات رایج مانند گرم شدن سر کابل، گیر کردن مکانیزم‌ها، مشخصات غیرطبیعی شیرها و کم شدن عایق موتور، هشدار و تشخیص از طریق داده‌های نظارت آنلاین انجام می‌شود که حمایتی برای عملکرد قابل اعتماد تجهیزات فراهم می‌کند.

2. طرح تبدیل به شیر هوشمند
(1) اجرای اتوماسیون عملیات

ما برنامه کنترل هوشمند را به صورت دوردستی به ECMS اضافه می‌کنیم. با توجه به اینکه واحد‌های MRC موجود ABB فقط پشتیبانی از سیم‌کشی سخت (Hard Wiring) دارند، برای کاهش هزینه‌های سیم‌کشی و دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترل اضافی، از سوئیچ صنعتی Wislink2000 در ECMS برای ارتباط با دستگاه‌های محافظ یکپارچه سری WDZ - 5200 همان تولیدکننده در شیر از طریق RS485 استفاده می‌کنیم. سپس دستگاه‌های محافظ با واحدهای MRC از طریق سیم‌کشی سخت متصل می‌شوند. در نهایت، عملیات الکتریکی قطع کننده‌ها/کنتاکتورها و شیرهای زمینی انجام می‌شود که موجب ساده‌سازی پیوند کنترل و بهبود کارایی عملیات می‌شود.

(2) نظارت بر وضعیت و بهینه‌سازی عملیات و نگهداری

در زمینه نظارت بر وضعیت، دستگاه‌های حسگر هوشمند برای نظارت آنلاین دما و مشخصات مکانیکی قطع کننده‌ها تنظیم شده و دستگاه‌های نظارت آنلاین هارمونیک و دستگاه‌های نظارت آنلاین عایق یکپارچه می‌شوند. با استفاده از سیستم محلی ABB MyRemoteCare، وضعیت سلامت تجهیزات به صورت زنده ارزیابی می‌شود و احتمال خرابی تجهیزات پیش‌بینی می‌شود. از طریق این روش، عملیات و نگهداری تجهیزات از حالت "نگهداری پیشگیرانه" به "مدیریت پیش‌بینی فعال" تبدیل می‌شود که موجب بهینه‌سازی حالت عملیات و نگهداری، کاهش احتمال خرابی تجهیزات و تضمین عملکرد پایدار بلندمدت واحد می‌شود.

3. توضیح عملیات اتوماسیون
(1) مکانیزم محافظ حرکتی کامل الکتریکی

شیر با دستگاه محافظ حرکتی موتوری حرفه‌ای تجهیح شده است. هنگامی که شرایط کاری غیرعادی مانند گیر کردن رخ دهد، جریان خروجی موتور افزایش می‌یابد و برنامه محافظ فعال می‌شود تا توان موتور قطع شود، عملیات الکتریکی قفل شود و نمایانگر محافظ با سیگنال خرابی فعال شود تا از آسیب مکانیکی غیرقابل برگشت جلوگیری شود.

برای عملیات الکتریکی قطع کننده/کنتاکتور و شیر زمینی، طراحی به شرح زیر است:

• جابجایی الکتریکی قطع کننده/کنتاکتور: موتور محرک به بدنه قطع کننده اضافه شده تا بدنه قطع کننده را بین موقعیت کاری و موقعیت تست جابجا کند. واحد نظارت هوشمند با قابلیت جلوگیری از گیر کردن تنظیم شده تا به طور موثر از خطای تشخیص مکانیکی قطع کننده جلوگیری کند؛ هنگامی که خرابی موتور رخ دهد، به طور خودکار موتور و مکانیزم محرک را محافظت می‌کند، نمایانگر خرابی روشن می‌شود و سیگنال هشدار صادر می‌شود.

• قفل شدن شیر زمینی: عملیات الکتریکی شیر زمینی با قطع کننده/کنتاکتور قفل شده است. حالت عملیات الکتریکی کامل قطع کننده و شیر زمینی به طور قابل توجهی کارایی عملیات را افزایش می‌دهد و ایمنی اپراتور را تضمین می‌کند – اپراتورها دیگر نیازی به ورود به اتاق شیر برای عملیات محلی ندارند، زمان انتظار تغییر بار کاهش می‌یابد و خطر آسیب شخصی از خرابی عملیات جلوگیری می‌شود.

(2) منطق عملیات برنامه‌ریزی شده

• عملیات توالی یک دکمه‌ای: هنگام دریافت دستور بستن قطع کننده، سیستم ابتدا شیر زمینی را به صورت خودکار باز می‌کند، سپس قطع کننده را به صورت الکتریکی به موقعیت کاری می‌برد؛ پس از رسیدن قطع کننده به موقعیت، عملیات بستن از DCS (عملیات باز کردن معکوس است) انجام می‌شود. پشتیبانی از تغییر حالت شیرها بین حالت‌های نگهداری زمینی، آماده‌سازی سرد، آماده‌سازی گرم و عملیات به صورت دوردست برای کنترل توالی فراهم می‌کند.

• نیازمندی‌های حالت عملیات: با تجهیزات عملیات الکتریکی برای قطع کننده‌ها/کنتاکتورها و شیرهای زمینی، همچنین دستگاه‌های نظارت تصویری کامل، برای دیدن دوردست قطع کننده‌ها و شیرهای زمینی و ردیابی وضعیت عملیاتی مستقیم و مدیریت روزمره کسب و کار. این مورد نیازهای ایمنی عملیات و نگهداری را برآورده می‌کند، که امکان کنترل متمرکز دوردست یا محلی را فراهم می‌کند؛ عملیات دستی و الکتریکی می‌توانند به راحتی تغییر کنند و قفل شوند تا ایمنی عملیات تضمین شود.

4. توضیح عملکرد نظارت بر وضعیت
(1) تشخیص زنده بر اساس تغییرات بار

برای شناسایی به موقع نقص‌ها و خطرات پنهان تجهیزات، صدور هشدار، جلوگیری از افزایش مشکلات و کاهش احتمال قطع برق غیرمنتظره، از فناوری رادیویی بی‌سیم برای جمع‌آوری و نظارت زنده بر پارامترهایی مانند افزایش دما در تماس‌های شیر/سر کابل و ناهماهنگی مشخصات دینامیکی شیر استفاده می‌شود. در عین حال، رکوردهای عملیاتی جمع‌آوری شده توسط سیستم نظارت و تشخیص آنلاین در طول عملیات بلندمدت پایه‌ای قابل اعتماد برای ارزیابی سلامت تجهیزات فراهم می‌کند.

(2) طرح نظارت آنلاین دما برای شیرها

• طرح اندازه‌گیری دما: 6 نقطه برای تماس‌های متحرک قطع کننده (تماس‌های بالا و پایین) و 3 نقطه برای سمت کابل؛ 3 نقطه برای سمت شاخه بار بالا، 3 نقطه برای بازوی تماس پایین و 3 نقطه برای سمت کابل تماس‌کننده.

• ویژگی‌های فنی: اندازه‌گیری دما قطع کننده با طراحی داخلی انجام می‌شود تا از بیرونی شدن روی بازوی تماس یا انگشت جلوگیری شود؛ تمام ماژول‌های اندازه‌گیری دما از ارتباط رادیویی بی‌سیم تغذیه‌شده برای عملکرد بدون باتری استفاده می‌کنند. هنگام تعویض قطع کننده/تماس‌کننده، دستگاه نظارت آنلاین دما می‌تواند به سرعت تجهیزات جدید را شناسایی کند و به طور خودکار با آن‌ها جفت شود تا تطابق تجهیزات شیر و قطع کننده مورد نظارت تضمین شود، که این امر از طریق تطبیق خودکار با واحد آزمون کابین بدون مداخله دستی (یعنی بدون تعویض عناصر اندازه‌گیری دما) انجام می‌شود.

(3) منطق نظارت تصویری دوردست

تجهیزات نظارت تصویری در داخل شیر تنظیم شده‌اند تا تصاویر نظارت را به صورت دوردست منتقل کنند، که امکان مشاهده زنده وضعیت عملیاتی تجهیزات از طریق کامپیوتر میزی و تضمین عملکرد پایدار تجهیزات را فراهم می‌کند.

• نیازمندی‌های فنی تصویر آنلاین: هنگامی که یک عملیات تجهیزات در سیستم عملیات (ECMS) انتخاب می‌شود، سیستم تصویری به طور خودکار پس از صدور دستور به تصویر تجهیزات عملیاتی تغییر می‌کند، کل فرآیند عملیات را ضبط می‌کند تا مشاهده و قضاوت مستقیم در مورد اینکه آیا فرآیند و وضعیت عملیاتی قطع کننده/تماس‌کننده و شیر زمینی در محل خود قرار دارد و تماس خوب است، نیازهای نظارت دوردست را برآورده می‌کند. دوربین مستقیماً در کابین فشار بالا نصب شده، عملکرد عایق و سازگاری الکترومغناطیسی شیرهای مورد بررسی قرار گرفته و از طریق اترنت به سیستم نظارت تصویری متصل شده تا وضعیت قطع کننده/تماس‌کننده و جلوه‌های شیر و شیر زمینی را نظارت کند. دستگاه تصویری می‌تواند تصاویر نظارتی بخش‌های متناظر را برای نظارت دوردست بدون حضور کارکنان محلی فراخوانی کند. هنگام عملیات دوردست شیرها، دوربین به طور خودکار تصاویر نظارت تصویری را از طریق تشخیص حرکت بازخورد می‌دهد، که اپراتورها می‌توانند از طریق کامپیوتر میزی فرآیند و وضعیت عملیات الکتریکی را به صورت آنلاین نظارت کنند و نیاز به تأیید محلی ملال‌آور را حذف می‌کند.

(4) اصول نظارت آنلاین هارمونیک

هنگامی که تجهیزات الکتریکی در شرایط غیرعادی یا فرسوده کار می‌کنند، هارمونیک‌های مرتبه بالا با فرکانس‌های مختلف تولید می‌شوند. میزان فرسودگی تجهیزات از طریق فرآیند محاسبه "محتوای هارمونیک نسبی → مقدار شاخص → مقدار استاندارد": ابتدا محتوای هارمونیک نسبی هر مرتبه از هارمونیک‌های جریان را بر مجموع تحریف هارمونیکی جریان مرتبه تعیین شده تقسیم می‌کنیم تا مقدار شاخص را به دست آوریم؛ سپس تابع هارمونیک هر مرتبه که از مقدار شاخص تشکیل شده است را در مقدار محاسبه شده برای تشخیص هر مرتبه که از محتوای هارمونیک نسبی هر مرتبه به دست آمده است ضرب می‌کنیم تا مقدار استاندارد را به دست آوریم؛ در نهایت، مقدار شاخص را با مقدار استاندارد مقایسه می‌کنیم تا میزان فرسودگی تجهیزات را تعیین کنیم.

• مؤلفه‌های سیستم: شامل سیستم جمع‌آوری داده (مسئول جمع‌آوری زنده آنلاین داده‌های هارمونیک مرتبه بالا موتور) و سیستم تحلیل داده (با استفاده از نرم‌افزار تحلیل برای تحلیل زنده داده‌های هارمونیک مرتبه بالا و هشدار خرابی). کل سیستم از حسگرهای جمع‌آوری هارمونیک مرتبه بالا بدون تماس برای جمع‌آوری داده‌های عملیاتی تجهیزات استفاده می‌کند و از طریق تحلیل جامع مؤلفه‌های هارمونیک مرتبه بالا و نرخ محتوای آن‌ها میزان فرسودگی تجهیزات را تعیین می‌کند که پایه‌ای برای نگهداری فراهم می‌کند.

(5) اجرای نظارت آنلاین عایق موتور

برای تعیین وضعیت عایق موتورهای فشار بالا قبل از انتقال برق و در حالت آماده‌سازی روزمره، آزمون عایق الزامی است که یکی از مراحل کلیدی عملیات و نگهداری تجهیزات و روش مؤثر برای تضمین ایمنی سیستم است. برای نیازهای آزمون عایق منظم موتورهای باز (مانند موتورهای پمپ آب مدور و موتورهای پمپ آب تغذیه) و موتورهای آماده‌سازی بلندمدت در واحد، دستگاه‌های نظارت آنلاین عایق از اوایل تجهیز شده‌اند. روش تزریق ولتاژ مستقیم DC برای اندازه‌گیری عایق کابل یا پیچ‌های موتور استفاده می‌شود؛ هنگامی که خط برق قطع می‌شود، دستگاه نظارت عایق به طور خودکار نظارت عایق روی مدار فیدر را شروع می‌کند، مقادیر عایق تجهیزات آماده را به صورت زنده نمایش می‌دهد تا عملیات و نگهداری روزمره تسهیل شود.

5. بحث درباره جهت‌های بهبود
(1) مدیریت متمرکز توان کنترل

مقدمه‌ای از قطع کننده‌های مینیاتوری هوشمند تحت کنترل خط که به DCS، ECMS یا NCS دسترسی دارند برای دستیابی به کنترل متمرکز توان کنترل. همکاری با عملیات رک گرفتن/خروج و تغییر حالت تجهیزات اصلی برای انجام کنترل توالی کامل، عمیقاً در مدیریت و بهینه‌سازی عملیات یکپارچه می‌شود.

(2) بهبود سیستم نظارت عایق

اضافه کردن ترمینال‌های نظارت آنلاین عایق موتور (که پشتیبانی از نظارت بر جریان باقیمانده مدار موتور در حالت روشن شدن موتور را فراهم می‌کند) برای بهبود نظارت کامل بر عملکرد عایق تجهیزات آماده و کاری:

• کاهش کارآیی آزمون عایق منظم و خطرات عملیاتی؛

• همکاری با نظارت هارمونیک و MRC برای فراهم کردن پایه‌ای برای نگهداری شرایطی تجهیزات؛

• داده‌های عایق می‌توانند با سیگنال‌های RS 485 با پس‌زمینه ارتباط برقرار کنند یا سیگنال‌های هشدار/هشدار عایق/جریان روانی از طریق سیم‌کشی سخت خروجی دهند برای قفل شدن خودکار بین گرمکن‌های الکتریکی و موتورها.

(3) بهینه‌سازی یکپارچگی سیستم

همه فرآیندهای عملیاتی شیرهای هوشمند را به DCS میزبان متصل کنید تا جایگزین ECMS مستقل شود، که موجب کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری، تسهیل کنترل و مدیریت متمرکز DCS از تجهیزات، بهینه‌سازی و متمرکز کردن کارهای بازرسی و کاهش منابع انسانی می‌شود.

6. نتیجه‌گیری

شیرهای 6kV نقش کلیدی در سیستم برق نیروگاه دارند، با نظارت عملیاتی، تغییر بار، آزمون عایق و نگهداری که در عملیات و نگهداری روزمره ضروری هستند. برای ساخت نیروگاه هوشمند، شیرهای 6kV باید بر تأمین ایمنی کارکنان، عملکرد قابل اعتماد تجهیزات، کاهش شدت کار و نگهداری شرایطی تمرکز کنند و به طور مداوم حالت عملیات و نگهداری موجود را بهینه‌سازی کنند تا عملکرد ایمن‌تر، کارآمدتر و اقتصادی‌تری داشته باشند.