الأعطال الشائعة وعلاجات أنظمة التحكم الآلي للمحطات الكهربائية

1. تصنيف هيكلي لأنظمة تأتمتة المحطات الكهربائية
1.1 هيكل النظام الموزع

يشكل الهيكل الموزع بنية تقنية تحقق جمع البيانات والتحكم من خلال العمل التعاوني لعدة أجهزة ومكونات تحكم موزعة. يتكون هذا النظام من عدة وحدات وظيفية، بما في ذلك وحدات الرصد والتخزين. تتصل هذه الوحدات عبر شبكة اتصال موثوقة وتقوم بتنفيذ عمليات التأتمتة للمحطة الكهربائية وفقًا للمنطق والاستراتيجيات المحددة مسبقًا.

في الهيكل الموزع، يمتلك كل وحدة قدرة معالجة مستقلة ووظائف اتخاذ القرار، مما يسمح بالتحكم التلقائي وتشخيص الأعطال في المنطقة المحلية.

وفي الوقت نفسه، يمكن لهذه الوحدات تحميل البيانات إلى نظام التحكم المركزي في الوقت الفعلي، ويمكن إدارة المحطة الكهربائية بشكل مركزي من خلال منصة الرصد عن بعد. مقارنة بأنظمة التحكم المركزية التقليدية، تتميز الأنظمة الموزعة بمرونة أعلى وزائدة أعلى، مما يمكنها من تجنب تأثير أعطال النقطة الواحدة وتحسين استقرار وموثوقية النظام. يمكن لهيكل النظام الموزع دعم وظائف تأتمتة أكثر تعقيدًا، مما يمكّن المحطات الكهربائية من الاستجابة بمرنة في مواجهة بيئات الشبكة الكهربائية المعقدة وضمان سلامة واستقرار إمدادات الطاقة.

1.2 هيكل النظام المركزي

يعتمد هيكل النظام المركزي على وحدة تحكم مركزية كجوهر لنظام يقوم بإدارة وتنسيق تشغيل الأجهزة المختلفة في المحطة الكهربائية من خلال وظائف معالجة البيانات والتحكم المركزية. يتكون هذا الهيكل من نظام التحكم المركزي وأجهزة إلكترونية ذكية. يتحمل نظام التحكم المركزي مسؤولية استقبال ومعالجة البيانات من الأجهزة المختلفة وإصدار الأوامر وفقًا لاستراتيجيات التحكم لتحقيق التحكم والإدارة الموحدة للأجهزة المختلفة في المحطة الكهربائية.

في النظام المركزي، يتم تركز جميع وظائف الرصد والتحكم في الوحدة المركزية، ويتم ربط الأجهزة المختلفة في المحطة الكهربائية عبر شبكة اتصال عالية السرعة. رغم أن هذا الهيكل يتمتع بوحدة عالية ومرونة في إدارة وصيانة النظام، إلا أن جميع العمليات المتعلقة بالتحكم والقرارات تعتمد على نظام التحكم المركزي الوحيد، وبالتالي فإن فشل النظام المركزي قد يؤدي إلى فقدان السيطرة أو انقطاع تشغيل المحطة الكهربائية بأكملها، مما يؤثر على سلامة وموثوقية نظام الطاقة.

1.3 هيكل النظام الهرمي

يشكل الهيكل الهرمي بنية تقوم بتقسيم وظائف النظام إلى عدة طبقات، حيث تكون كل طبقة مسؤولة بشكل مستقل عن مهام محددة. عادة ما يتضمن هذا الهيكل أربع طبقات رئيسية: الطبقة الحقلية، وطبقة التحكم، وطبقة الرصد، وطبقة الإدارة. يتم إجراء تبادل البيانات وتنسيق التحكم بين كل طبقة عبر شبكة اتصال عالية السرعة.تقع الطبقة الحقلية في أسفل النظام وتتكون أساسًا من الأجهزة الذكية وأجهزة حماية العناصر في المحطة الكهربائية. تتحمل الطبقة الحقلية مسؤولية عمليات أساسية مثل جمع المعلمات الكهربائية ومراقبة حالة الأجهزة وتنفيذ التحكم التلقائي المحلي.

تقع طبقة التحكم بين الطبقة الحقلية وطبقة الرصد وتتكون أساسًا من وحدات الطرف البعيد ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. تتحمل طبقة التحكم مسؤولية الحصول على البيانات من الطبقة الحقلية وتحكم الأجهزة الحقلية وفقًا للمنطق والاستراتيجيات التشغيلية، وبالتالي إنجاز الجدولة التلقائية للأجهزة في المحطة الكهربائية.تقع طبقة الرصد في الجزء الأوسط العلوي من النظام وتتكون عادةً من نظام الرصد والتحكم وجمع البيانات (SCADA). تتحمل طبقة الرصد مسؤولية معالجة وتخزين البيانات الواردة من طبقة التحكم والطبقة الحقلية ومراقبة حالة تشغيل المحطة الكهربائية في الوقت الفعلي وتوفير وظائف مثل الإنذار وإدارة الأجهزة.

تقع طبقة الإدارة في أعلى النظام وهي مسؤولة بشكل أساسي عن الإدارة الشاملة ودعم اتخاذ القرارات للمحطة الكهربائية. توفر طبقة الإدارة وظائف مثل الرصد الشامل وإدارة الصيانة لنظام الطاقة لضمان التشغيل التناسقي للمحطة الكهربائية ضمن الشبكة الكهربائية بأكملها.

2. الأعطال الشائعة في أنظمة تأتمتة المحطات الكهربائية
2.1 أعطال شبكة الاتصال

تلعب شبكة الاتصال في نظام تأتمتة المحطة الكهربائية دورًا مهمًا في الأنظمة الكهربائية الحديثة، حيث تتحمل مسؤولية تحقيق نقل البيانات في الوقت الفعلي وتبادل المعلومات بين الأجهزة المختلفة. ومع ذلك، يمكن لأعطال شبكة الاتصال أن تؤثر بشكل كبير على التحكم التلقائي والرصد عن بعد للمحطات الكهربائية، مما يؤدي إلى عدم استقرار تشغيل نظام الطاقة.

قد تفشل أجهزة الاتصال بسبب التقادم أو مشاكل الجودة. قد يؤدي تلف الأجهزة المادية مثل المقاييس أو الرواتر إلى منع توجيه البيانات بشكل طبيعي، وقد يؤدي انقطاع خطوط النقل إلى انقطاع الاتصال. كما أن مشاكل التغذية الكهربائية تعد أيضًا سببًا مهمًا للأعطال المادية. قد يمنع التغذية الكهربائية غير المستقرة أجهزة الاتصال من العمل بشكل صحيح.

في شبكة الاتصال في المحطات الكهربائية، قد يؤثر التداخل الكهرومغناطيسي الناتج أثناء تشغيل الأجهزة على جودة إشارات الاتصال، خاصة بالنسبة للإشارات ذات التردد المنخفض أو الاتصال اللاسلكي. كما يمكن أن تسبب المجالات الكهربائية والمغناطيسية القوية التي تنتجها الأجهزة ذات الجهد العالي في نظام الطاقة تلاشي أو تشوه الإشارات، مما يؤثر على موثوقية نقل البيانات. يعتبر تلاشي الإشارات في خطوط النقل طويلة المسافة أيضًا مشكلة شائعة، خاصة عند استخدام الاتصال عبر الكابلات. تضعف الإشارات تدريجيًا أثناء النقل، مما قد يمنع الطرف المستقبل من استقبال البيانات بدقة.

2.2 أعطال جمع البيانات

يعتبر جمع البيانات في نظام تأتمتة المحطة الكهربائية الأساس لتحقيق الرصد والتحكم عن بعد وإدارة الجدولة. يتحمل نظام جمع البيانات مسؤولية الحصول على البيانات في الوقت الفعلي من الأجهزة المختلفة في المحطة الكهربائية ونقلها إلى نظام التحكم المركزي أو نظام SCADA. إذا حدثت أعطال في جمع البيانات، فقد يؤثر ذلك على تشغيل المحطة الكهربائية بشكل طبيعي وحتى يعرض سلامة نظام الطاقة للخطر.

يعتمد نظام جمع البيانات على عدد كبير من الأجهزة المادية. إذا فشلت هذه الأجهزة، فلا يمكن أن يتم جمع البيانات بشكل طبيعي. قد يؤدي تلف أو تقادم الأجهزة الاستشعارية إلى قياس غير دقيق لمعلمات مهمة مثل التيار أو درجة الحرارة. قد يؤدي انقطاع التغذية الكهربائية لأجهزة الطرف البعيد (RTUs) أو الأجهزة الإلكترونية الذكية (IEDs) إلى عدم تمكن هذه الأجهزة من التشغيل أو توقفها عن العمل، مما يؤثر على نقل وجمع البيانات.

يعتمد جمع البيانات على شبكة اتصال مستقرة لنقل البيانات من الأجهزة الحقلية إلى نظام التحكم المركزي. إذا حدثت أعطال في شبكة الاتصال، مثل فقدان الإشارة أو تأخير نقل البيانات، فقد يؤدي ذلك إلى فشل جمع البيانات. قد تؤدي المشاكل مثل تلف خطوط الاتصال أو عطل في معدات التحويل الشبكي أو عدم توافق البروتوكولات مباشرة إلى تأثير على موثوقية وسرعة نقل البيانات.

إذا لم يتم تكوين أجهزة نظام جمع البيانات بشكل صحيح أو معايرة، فقد تكون البيانات المجمعة غير دقيقة أو مفقودة. إذا لم يتم تكوين الأجهزة بمعلمات محددة عند التثبيت أو لم يتم معايرتها بشكل منتظم لاحقًا، فمن السهل أن يحدث خطأ في جمع البيانات. يعتمد تشغيل نظام جمع البيانات بشكل طبيعي على دعم منصة البرامج المناسبة أو البرنامج. إذا كان هناك ثغرات في البرمجيات أو عدم توافق في الإصدارات، فقد لا يتم تنفيذ جمع البيانات بشكل طبيعي.

2.3 أعطال الإنذارات الخاطئة

يمكن لنظام تأتمتة المحطة الكهربائية في عملية التشغيل اليومية مراقبة حالة الأجهزة الكهربائية في الوقت الفعلي وإصدار إشارات إنذار حتى يمكن اتخاذ الإجراءات المناسبة في الوقت المناسب. ومع ذلك، تعتبر الإنذارات الخاطئة من أنواع الأعطال الشائعة في الأنظمة الآلية. قد تؤثر الإنذارات الخاطئة ليس فقط على التشغيل الطبيعي للعاملين ولكن أيضًا على استهلاك الموارد والتدخل غير الضروري. وفي الحالات الشديدة، قد تؤدي إلى استجابات طارئة غير مناسبة.

تستند وظيفة الإنذار في نظام تأتمتة المحطة الكهربائية عادةً على حدود محددة. إذا تم ضبط هذه الحدود بشكل حساس جدًا أو لا تتوافق مع ظروف التشغيل الفعلية، فقد تحدث الإنذارات الخاطئة بشكل متكرر. قد تُعتبر التقلبات الكبيرة في الجهد أو التغيرات العابرة في الأجهزة تحت ظروف تشغيل معينة كأعطال، مما يؤدي إلى تشغيل الإنذارات. لذلك، يعد ضبط الحدود بشكل مناسب أمرًا حاسمًا لتجنب الإنذارات الخاطئة.

تعتبر الأخطاء التشغيلية من قبل العاملين أيضًا سببًا شائعًا للإنذارات الخاطئة. أثناء تكوين النظام أو تصحيح الأجهزة، قد تؤدي الأخطاء من قبل العاملين إلى ظروف إنذار غير منطقية أو تشغيل الإنذارات الخاطئة. إذا لم يتم تكوين النظام وفقًا لإجراءات التشغيل القياسية أو لم يتم إعادة ضبط معلمات الإنذار عند استبدال الأجهزة، فقد لا تتطابق حالة الأجهزة مع ظروف الإنذار، مما يؤدي إلى الإنذارات الخاطئة.

3. إجراءات التعامل مع الأعطال الشائعة في أنظمة تأتمتة المحطات الكهربائية
3.1 تحسين نظام إدارة المعدات المادية

يعتبر إنشاء نظام إدارة معدات صحيحة مطلبًا أساسيًا لمنع الأعطال المادية. يجب على المحطات الكهربائية وضع مواصفات إدارة مفصلة لدورة حياة المعدات بأكملها، بما في ذلك الشراء والصيانة، للتأكد من أن كل قطعة من المعدات تخضع للفحص الجودة والقبول الصارم قبل التثبيت وتلبية المتطلبات التقنية عند التشغيل. في الوقت نفسه، يجب تحديد دورة صيانة خاصة ومعايير فحص لكل نوع من أنواع المعدات، مع إجراء فحوصات دورية وتحديثات لتمديد عمر الخدمة للمعدات وتقليل الأعطال الناتجة عن التقادم أو التلف.

ثانيًا، يجب على المحطات الكهربائية تعزيز مراقبة وتسجيل المعدات أثناء التشغيل. من خلال مراقبة المعدات في الوقت الفعلي، يمكن اكتشاف مخاطر الأعطال المحتملة في الوقت المناسب. استخدم نظام المراقبة عبر الإنترنت لمراقبة حالة التشغيل والمعلمات الرئيسية مثل التيار لأجهزة تأتمتة المحطة الكهربائية ونقل البيانات إلى نظام الرصد المركزي. على هذا الأساس، قم بإجراء تشخيص الأعطال بشكل دوري، وسجل بيانات تشغيل المعدات بشكل مفصل، وشكل ملفات تاريخية، وذلك لإجراء التوقع والتحليل للأعطال، واكتشف التغييرات غير الطبيعية في المعدات بشكل فعال، واتخذ إجراءات وقائية لمنع الأعطال.

3.2 أعمال الصيانة والخدمة الدورية
يجب أن تشمل الأعمال الصيانة الدورية صيانة نظام البرامج للنظام الآلي. يعتبر جزء النظام الآلي الأساسي هو نظام الرصد الحاسوبي وبرمجيات التحكم. يعتمد مستوى التأتمتة وقدرة تشخيص الأعطال للمحطة الكهربائية بشكل مباشر على استقرار تشغيلهما. قم بصيانة نظام البرامج بشكل دوري، بما في ذلك تحديث وتحسين نظام التشغيل وخوارزميات التحكم، للتأكد من أن البرامج لا تواجه "فشل" أو "انهيار" عند التعامل مع عمليات معقدة.تعتبر أعمال النسخ الاحتياطي الدورية أيضًا ضرورية، حيث يمكن أن تمنع توقف النظام بسبب تلف البرنامج أو فقدان البيانات. لذلك، تعتبر النسخ الاحتياطي المنتظم للنظام وتدريبات استعادة البيانات جزءًا من أعمال الصيانة.

3.3 تنفيذ طريقة الإقصاء

يتطلب تنفيذ طريقة الإقصاء تحديد واضح لأعراض العطل وتسجيل مفصل لها. يجب على المشغلين تحديد مظهر العطل بسرعة استنادًا إلى إنذارات النظام والأداء الأجهزة، وفهم الوضع الأساسي للعطل. إذا تعرض النظام لفقدان البيانات أو تأخير في النقل، يجب على المشغلين أولًا فحص روابط الاتصال لكافة أجزاء النظام للتأكد من عدم انقطاع قناة نقل البيانات. من خلال الملاحظة الدقيقة، يمكن استبعاد بعض أسباب العطل الواضحة، مما يضمن أن يكون البحث عن العطل لاحقًا أكثر توجهاً.

يتطلب تنفيذ طريقة الإقصاء اتباع خطوات معينة. خذ على سبيل المثال أعطال جمع البيانات في نظام تأتمتة المحطة الكهربائية. أولاً، قم بفحص الجهاز المستخدم في الجمع نفسه، مثل الأجهزة الاستشعارية والمتحولات، لتأكيد حالة عمل هذه الأجهزة. إذا كانت أجهزة الجمع جيدة، فقم بفحص الاتصالات والبروتوكولات المستخدمة في نقل البيانات بين الأجهزة. إذا كانت أجهزة الاتصال وشبكات الاتصال طبيعية، فقم بفحص ما إذا كانت إعدادات البرامج لنظام التأتمتة صحيحة، وما إذا كانت هناك تكوينات غير طبيعية أو أخطاء في البرامج. أخيرًا، من خلال استبعاد الخطوات واحدة تلو الأخرى، يتم تحديد مصدر العطل. هذه الطريقة تساعد بشكل فعال على تضييق نطاق البحث عن العطل، ومنع الفحص العشوائي وضياع الموارد.

4. الخلاصة

باختصار، يشمل نظام تأتمتة المحطة الكهربائية العديد من الأجهزة والتكنولوجيات، وهناك تنوع كبير في أعطال النظام، وتعقيد كبير في تحديد موقع الأعطال ومعالجتها. في نفس الوقت، خلال تشغيل نظام تأتمتة المحطة الكهربائية، قد تفشل بعض الأجهزة بسبب عوامل مثل التقادم والتغيرات في البيئة الخارجية. إذا لم يتم التعامل مع هذه الأعطال في الوقت المناسب، فقد يؤدي ذلك إلى تلف الأجهزة وتقليل كفاءة تشغيل النظام، وبالتالي زيادة تكاليف الصيانة والإصلاح. لذلك، من الضروري اتخاذ إجراءات مثل تحسين نظام إدارة المعدات المادية، وتنفيذ أعمال الصيانة الدورية، وتطبيق طريقة الإقصاء لتحسين قدرة الكشف عن الأعطال والوقاية منها.