تجربه تبدیل سوئیچگیر هوشمند در بخش کاری ۶ کیلوولتی یک نیروگاه

به دلیل طول عمر طولانی و فرسودگی شدید تجهیزات، دستکش‌های بخش کاری ۶ کیلوولت واحد ۶ یک نیروگاه مخاطرات ایمنی مانند پین‌های موقعیت‌یابی تغییر شکل یافته، موقعیت بسته شدن غیرمعمول دستکش‌های زمین‌سازی و خرابی دستگاه‌های محافظ را دارند. این خطرها عملکرد پایدار واحد را تهدید کرده و تبدیل به موضوع بسیار ضروری شده است. در عین حال، با توجه به حوادث اخیر الکتریسیته برخورداری که شامل دستکش‌های متوسط ولتاژ بوده‌اند، تصمیم گرفته‌ایم از دستکش‌های هوشمند استفاده کنیم. ما برنامه کنترل هوشمند را به صورت دوردست به ECMS موجود پیاده‌سازی می‌کنیم، مکانیزم‌های عملکرد الکتریکی، نظارت تصویری و سیستم‌های نظارت آنلاین را تنظیم می‌کنیم تا عملیات یک کلیک و هشدار وضعیت را به دست آوریم، افراد را از خود تجهیزات دور نگه می‌داریم و ایمنی عملیاتی را تضمین می‌کنیم.

۱. اهداف کلی تبدیل دستکش‌های هوشمند

دستکش‌های هوشمند می‌توانند پارامترهای الکتریکی تجهیزات سنتی را به صورت دوردست از طریق دستگاه‌های کنترل، اندازه‌گیری و ارتباطی نظارت کنند. از مکانیزم‌های الکتریکی برای کامل کردن رفتن/برگشت دستکش‌های قطع کننده و باز/بسته شدن دستکش‌های زمین‌سازی استفاده می‌کنند تا عملکرد هوشمند را به دست آورند. این تبدیل روی دو تابع اصلی "اتوماسیون عملیات" و "نظارت وضعیت" تمرکز دارد. همچنین دستگاه‌های نظارت آنلاین هارمونیک موجود و دستگاه‌های نظارت آنلاین عایق موتور را یکپارچه می‌کند تا توانایی درک وضعیت تجهیزات را افزایش دهد. برای مشکلات رایج مانند گرم شدن بیش از حد پایانه‌های کابل، گیر کردن مکانیزم‌ها، مشخصات غیرمعمول دستکش‌ها و کم شدن عایق موتور، هشدار و تشخیص از طریق داده‌های نظارت آنلاین انجام می‌شود و پشتیبانی برای عملکرد قابل اعتماد تجهیزات ارائه می‌دهد.

۲. طرح تبدیل دستکش‌های هوشمند
(۱) اجرای اتوماسیون عملیات

ما برنامه کنترل هوشمند را به صورت دوردست به ECMS پیاده‌سازی 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 حفاظتی یکپارچه WDZ - 5200 سری از همان سازنده در دستکش‌ها از طریق RS485 استفاده می‌کنیم. سپس دستگاه‌های حفاظتی به واحدهای MRC از طریق سیم‌کشی سخت متصل می‌شوند. در نهایت، عملکردهای عملیات الکتریکی دستکش‌های قطع کننده/کنتاکتورها و دستکش‌های زمین‌سازی به دست می‌آید، لینک کنترل ساده شده و کارایی عملیاتی افزایش می‌یابد.

(۲) نظارت وضعیت و بهینه‌سازی عملیات و نگهداری

از نظر نظارت وضعیت، دستگاه‌های حسگر هوشمند برای نظارت آنلاین دما و مشخصات مکانیکی دستکش‌های قطع کننده تنظیم شده و دستگاه‌های نظارت آنلاین هارمونیک و دستگاه‌های نظارت آنلاین عایق یکپارچه می‌شوند. با تکیه بر سیستم محلی ABB MyRemoteCare، وضعیت سلامتی 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 حالت "مدیریت پیش‌بینی فعال" تبدیل می‌شود، حالت نگهداری بهینه می‌شود، احتمال خرابی تجهیزات کاهش می‌یابد و عملکرد پایدار بلندمدت واحد تضمین می‌شود.

۳. توضیحات عملکرد اتوماسیون عملیات
(۱) مکانیزم محافظی کامل با موتور الکتریکی

دستکش با دستگاه محافظ موتور حرفه‌ای مجهز شده است. هنگامی که شرایط کاری غیرطبیعی مانند گیر کردن رخ دهد، جریان خروجی موتور افزایش می‌یابد، برنامه محافظ را فعال می‌کند تا توان موتور قطع شود، عملیات الکتریکی قفل شود و نشانگر محافظ با سیگنال خطا روشن شود تا از آسیب مکانیکی غیرقابل برگشت جلوگیری شود.

برای عملیات الکتریکی دستکش قطع کننده/کنتاکتور و دستکش زمین‌سازی، طراحی به شرح زیر است:

• جابجایی الکتریکی دستکش قطع کننده: یک موتور محرک به بدنه دستکش اضافه شده تا بدنه دستکش را برای جابجایی بین موقعیت کاری و موقعیت آزمایش بکشد. یک واحد نظارت هوشمند با قابلیت جلوگیری از گیر کردن تنظیم شده تا به طور مؤثر از اشتباه در تشخیص خرابی‌های مکانیکی دستکش جلوگیری کند؛ هنگامی که خرابی موتور رخ دهد، به صورت خودکار موتور و مکانیزم محرک را محافظت می‌کند، نشانگر خطا روشن می‌شود و سیگنال هشدار منتشر می‌شود.

• اتصال متقابل دستکش زمین‌سازی: عملیات الکتریکی دستکش زمین‌سازی با دستکش قطع کننده/کنتاکتور اتصال متقابل دارد. حالت عملیاتی کامل الکتریکی دستکش و دستکش زمین‌سازی به طور قابل توجهی کارایی عملیاتی را افزایش می‌دهد و ایمنی اپراتور را تضمین می‌کند—اپراتورها دیگر نیازی به ورود به اتاق دستکش برای عملیات محلی ندارند، زمان انتظار تغییر بار کاهش می‌یابد و از آسیب شخصی ناشی از خرابی عملیات جلوگیری می‌شود.

(۲) منطق عملیات برنامه‌ریزی شده

• عملیات ترتیبی یک کلیک: هنگام دریافت دستور بستن دستکش قطع کننده، سیستم ابتدا دستکش زمین‌سازی را باز می‌کند، سپس دستکش قطع کننده را به صورت الکتریکی به موقعیت کاری می‌برد؛ پس از قرار گرفتن دستکش در موقعیت، عملیات بسته شدن می‌تواند از DCS (عملیات باز شدن برعکس است) اجرا شود. این عملیات پشتیبانی از تغییر دوردست دستکش‌ها در حالت‌های نگهداری زمین، آماده‌سازی سرد، آماده‌سازی گرم و عملیات را برای کنترل ترتیبی ارائه می‌دهد.

• نیازهای حالت عملیاتی: با دستگاه‌های عملیات الکتریکی دستکش‌های قطع کننده/کنتاکتور و دستکش‌های زمین‌سازی مجهز شده و دستگاه‌های نظارت تصویری کامل مسیر، برای دستیابی به نمایش دوردست دستکش‌های قطع کننده و دستکش‌های زمین‌سازی جهت پیگیری وضعیت عملیاتی و مدیریت کسب و کار روزانه. این امر نیازهای ایمنی عملیات و نگهداری را برآورده می‌کند، امکان کنترل متمرکز دوردست یا محلی را فراهم می‌کند؛ عملیات دستی و الکتریکی می‌توانند به صورت آزاد تغییر و اتصال متقابل شوند تا ایمنی عملیاتی تضمین شود.

۴. توضیحات عملکرد نظارت وضعیت
(۱) تشخیص زنده بر اساس تغییرات بار

برای شناسایی به موقع نقص‌ها و خطرات پنهان تجهیزات، ارسال هشدارها، جلوگیری از افزایش مشکلات و کاهش احتمال قطع برق ناخواسته، از فناوری رادیو فرکانس بی‌سیم برای جمع‌آوری و نظارت زنده بر پارامترهای مانند افزایش دما در تماس‌های دستکش/پایانه‌های کابل و عدم همزمانی مشخصات دینامیکی دستکش استفاده می‌شود. همچنین، رکوردهای عملیاتی جمع‌آوری شده توسط سیستم نظارت و تشخیص آنلاین در طول عملکرد طولانی‌مدت، پایه‌ای معتبر برای ارزیابی سلامتی تجهیزات ارائه می‌دهد.

(۲) طرح نظارت آنلاین دما برای دستکش‌ها

• طرح اندازه‌گیری دما: ۶ نقطه برای تماس‌های متحرک دستکش قطع کننده (تماس‌های بالا و پایین) و ۳ نقطه برای سمت کابل؛ ۳ نقطه برای سمت شاخه شین بالا، ۳ نقطه برای بازوی تماس پایین و ۳ نقطه برای سمت کابل کنتاکتور.

• ویژگی‌های فنی: اندازه‌گیری دما دستکش قطع کننده از طراحی داخلی استفاده می‌کند تا از مواجهه با بازو یا انگشت تماس جلوگیری شود؛ تمام ماژول‌های اندازه‌گیری دما از ارتباط بی‌سیم فرکانس رادیویی خودتغذیه استفاده می‌کنند. هنگام تعویض دستکش‌های قطع کننده/کنتاکتورها، دستگاه نظارت آنلاین دما می‌تواند به سرعت تجهیزات جدید را شناسایی کرده و به صورت خودکار با آن‌ها جفت شود تا مطابقت دستکش‌های تحت نظارت و دستکش‌های قطع کننده تضمین شود، که این امر از طریق سازگاری خودکار با واحد آزمون قفسه بدون مداخله دستی (یعنی بدون تعویض المان‌های اندازه‌گیری دما) انجام می‌شود.

(۳) منطق نظارت تصویری دوردست

تجهیزات نظارت تصویری در داخل دستکش‌ها تنظیم شده‌اند تا تصاویر نظارت را به صورت دوردست ارسال کنند، که اجازه می‌دهد کاربران از طریق کامپیوتر میزی وضعیت عملکرد تجهیزات را به صورت زنده مشاهده کرده و عملکرد پایدار تجهیزات را تضمین کنند.

• نیازهای فنی تصویر آنلاین: هنگامی که یک عملیات تجهیزات در سیستم عملیاتی (ECMS) انتخاب می‌شود، سیستم تصویری به صورت خودکار پس از صدور دستور به تصویر تجهیزات عملیاتی تغییر می‌کند، کل فرآیند عملیات را ضبط می‌کند تا به صورت مستقیم مشاهده و قضاوت شود که آیا فرآیند و وضعیت عملیاتی دستکش‌های قطع کننده/کنتاکتورها و دستکش‌های زمین‌سازی در محل و تماس خوب است، نیازهای بازرسی دوردست را برآورده می‌کند. دوربین مستقیماً در کامپارتمان فشار بالا نصب شده، تست شده برای عملکرد عایق دستکش‌ها و سازگاری الکترومغناطیسی و از طریق اترنت به سیستم نظارت تصویری متصل شده تا وضعیت دستکش‌های قطع کننده/کنتاکتورها، پرده‌های دستکش‌ها و دستکش‌های زمین‌سازی را نظارت کند. دستگاه تصویری می‌تواند تصاویر نظارتی بخش‌های مربوطه را برای بازرسی دوردست بدون حضور کارکنان محلی فراخوانی کند. هنگام عملیات دوردست دستکش‌ها، دوربین به صورت خودکار تصاویر نظارت تصویری را از طریق تشخیص حرکت بازخورد می‌دهد، که اجازه می‌دهد اپراتورها فرآیند و وضعیت عملیاتی الکتریکی را از طریق کامپیوتر میزی آنلاین نظارت کنند و نیاز به تأیید محلی ملال‌آور را حذف کنند.

(۴) اصول نظارت آنلاین هارمونیک

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

• اجزاء 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 خطا). کل سیستم از سنسورهای جمع‌آوری هارمونیک مرتبه بالا بدون تماس برای جمع‌آوری داده‌های تجهیزات عملیاتی آنلاین استفاده می‌کند و از طریق تحلیل جامع اجزای هارمونیک مرتبه بالا و نرخ محتوای آن‌ها میزان تخریب تجهیزات را تعیین می‌کند و پایه‌ای برای نگهداری فراهم می‌کند.

(۵) اجرای نظارت آنلاین عایق موتور

برای تعیین وضعیت عایق موتورهای فشار بالا قبل از انتقال برق و در حالت آماده‌سازی روزانه، آزمون عایق لازم است که یکی از مراحل کلیدی عملیات و نگهداری تجهیزات و وسیله مؤثر برای تضمین ایمنی سیستم است. برای نیازهای آزمون عایق منظم موتورهای باز (مانند موتورهای پمپ آب دور و موتورهای پمپ آب پرکننده) و موتورهای آماده‌سازی طولانی مدت در واحد، دستگاه‌های نظارت آنلاین عایق از زمان‌های اولیه مجهز شده‌اند. روش تزریق ولتاژ مستقیم DC برای اندازه‌گیری عایق کابل‌ها یا پیچ‌های موتور استفاده می‌شود؛ هنگامی که خط قطع شده، دستگاه نظارت عایق به صورت خودکار نظارت عایق روی مدار تغذیه را شروع می‌کند، مقادیر عایق تجهیزات آماده‌سازی را به صورت زنده نمایش می‌دهد تا عملیات و نگهداری روزانه تسهیل شود.

۵. بحث درباره جهت‌های بهبود
(۱) مدیریت متمرکز توان کنترل

مینی‌قطع‌کننده‌های هوشمند خطی که به DCS، ECMS یا NCS دسترسی دارند معرفی می‌شوند تا کنترل متمرکز توان کنترل را ارائه دهند. با همکاری با عملیات رفتن/برگشت تجهیزات اصلی و تغییر حالت، کنترل ترتیبی کامل فرآیند را کامل می‌کنند و به صورت عمیق در مدیریت و بهینه‌سازی عملیاتی یکپارچه می‌شوند.

(۲) بهبود سیستم نظارت عایق

طرفین نظارت آنلاین عایق موتور (با پشتیبانی از نظارت جریان باقیمانده مدار موتور هنگام روشن بودن موتور) را اضافه کنید تا نظارت کامل فرآیندی عایق برای تجهیزات آماده‌سازی و عملیاتی افزایش یابد:

• حجم کار آزمون عایق منظم و ریسک‌های عملیاتی را کاهش دهید؛

• با همکاری نظارت هارمونیک و MRC، پایه‌ای برای نگهداری شرایطی تجهیزات ارائه دهید؛

• داده‌های عایق می‌توانند از طریق سیگنال‌های RS 485 با پشتیبانی مبادله داده یا از طریق سیم‌کشی سخت سیگنال‌های هشدار/Alarm عایق/جریان نشتی را خروج دهند برای کنترل متقابل خودکار گرم‌کن‌های الکتریکی و موتورها.

(۳) بهینه‌سازی یکپارچگی سیستم

همه فرآیندهای عملیاتی دستکش‌های هوشمند را به DCS میزبان متصل کنید تا ECMS مستقل را جایگزین کنید، هزینه‌های سرمایه‌گذاری را کاهش دهید، کنترل و مدیریت متمرکز DCS از تجهیزات را تسهیل کنید، کار بازرسی را بهینه و متمرکز کنید و منابع انسانی را کاهش دهید.

۶. نتیجه‌گیری

دستکش‌های ۶ کیلوولت نقش کلیدی در سیستم برق نیروگاهی دارند، با نظارت عملیاتی، تغییر بار، آزمون عایق و نگهداری که در عملیات و نگهداری روزانه ضروری هستند. برای ساخت نیروگاه هوشمند، دستکش‌های ۶ کیلوولت باید روی تضمین ایمنی افراد، عملکرد قابل اعتماد تجهیزات، کاهش شدت کاری و نگهداری شرایطی تمرکز کنند، حالت موجود عملیات و نگهداری را به طور مداوم بهینه کنند تا عملکردی ایمن‌تر، کارآمدتر و اقتصادی‌تر داشته باشند.