سیستم‌های خودکار ایستگاه برق: عیوب معمول و روش‌های درمان
1. پودمانه‌بندی ساختاری سیستم‌های خودکارسازی زیرستانیون
1.1 ساختار سیستم توزیع‌یافته
ساختار سیستم توزیع‌یافته یک معماری فنی است که با همکاری چندین دستگاه و واحد کنترلی غیرمرکزی، جمع‌آوری داده و کنترل را انجام می‌دهد. این سیستم شامل چندین ماژول عملکردی مانند واحدهای نظارت و ذخیره‌سازی داده است. این ماژول‌ها از طریق یک شبکه ارتباطی قابل اعتماد به یکدیگر متصل شده و عملیات خودکارسازی زیرستانیون را بر اساس منطق و استراتژی‌های کنترل پیش‌فرض انجام می‌دهند.
در یک ساختار توزیع‌یافته، هر واحد دارای قدرت پردازش و تصمیم‌گیری مستقل است که به کنترل خودکار و تشخیص خطا در یک منطقه محلی اجازه می‌دهد.
در عین حال، این واحدها می‌توانند داده‌ها را به یک سیستم کنترل مرکزی در زمان واقعی بارگذاری کنند و زیرستانیون را می‌توان از طریق یک پلتفرم نظارت دوردست به صورت مرکزی مدیریت کرد. در مقایسه با سیستم‌های کنترل مرکزی سنتی، سیستم‌های توزیع‌یافته انعطاف‌پذیری و اضافه‌سازی بالاتری دارند که می‌تواند تأثیر خرابی‌های نقطه‌ای را مؤثرانه جلوگیری کرده و پایداری و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش دهد. ساختار سیستم توزیع‌یافته می‌تواند عملکردهای خودکارسازی پیچیده‌تری را پشتیبانی کند و به زیرستانیون اجازه می‌دهد تا در برابر محیط‌های پیچیده شبکه برق به صورت انعطاف‌پذیر واکنش نشان دهد و تأمین برق را ایمن و پایدار نگه دارد.
1.2 ساختار سیستم مرکزی
ساختار سیستم مرکزی یک واحد کنترل مرکزی را به عنوان هسته در نظر می‌گیرد و عملکرد مختلف دستگاه‌های زیرستانیون را از طریق عملکردهای پردازش و کنترل داده مرکزی مدیریت و هماهنگ می‌کند. این ساختار شامل یک سیستم کنترل مرکزی و دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند است. سیستم کنترل مرکزی مسئول دریافت و پردازش داده‌های مختلف دستگاه‌ها و صدور دستورالعمل‌ها بر اساس استراتژی‌های کنترل برای رسیدن به کنترل و مدیریت یکپارچه دستگاه‌های مختلف زیرستانیون است.
در یک سیستم مرکزی، تمام عملکردهای نظارت و کنترل در واحد کنترل مرکزی متمرکز شده‌اند و دستگاه‌های مختلف زیرستانیون از طریق یک شبکه ارتباطی با سرعت بالا به یکدیگر متصل شده‌اند. اگرچه این ساختار یکپارچگی و راحتی بالایی در مدیریت و نگهداری سیستم دارد، اما چون تمام فرآیندهای کنترل و تصمیم‌گیری به یک سیستم کنترل مرکزی وابسته است، هر گاه سیستم مرکزی خراب شود، ممکن است منجر به از دست دادن کنترل یا قطع عملکرد کل زیرستانیون شود و بدین ترتیب ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم برق را تحت تأثیر قرار دهد.
1.3 ساختار سیستم سلسله‌مراتبی
ساختار سیستم سلسله‌مراتبی یک معماری است که عملکردهای سیستم را به چند لایه تقسیم می‌کند و هر لایه به طور مستقل مسئول وظایف خاصی است. این ساختار معمولاً شامل چهار لایه اصلی است: لایه میدان، لایه کنترل، لایه نظارت و لایه مدیریت. تبادل داده و هماهنگی کنترل بین هر لایه از طریق یک شبکه ارتباطی با سرعت بالا انجام می‌شود.لایه میدان در پایین‌ترین سطح سیستم قرار دارد و عمدتاً از دستگاه‌های هوشمند و دستگاه‌های حفاظتی رله‌ای در زیرستانیون تشکیل شده است. لایه میدان مسئول انجام عملیات پایه‌ای مانند جمع‌آوری پارامترهای الکتریکی، نظارت بر وضعیت دستگاه‌ها و انجام کنترل خودکار محلی است.
لایه کنترل بین لایه میدان و لایه نظارت قرار دارد و عمدتاً از واحدهای پایانه دور (RTU) و کنترل‌کننده‌های منطق برنامه‌پذیر (PLC) تشکیل شده است. لایه کنترل مسئول دریافت داده‌ها از لایه میدان و کنترل دستگاه‌های میدانی بر اساس منطق و استراتژی‌های کنترل است، بنابراین به اتمام رساندن برنامه‌ریزی خودکار دستگاه‌ها در زیرستانیون می‌پردازد.لایه نظارت در بخش بالایی-میانی سیستم قرار دارد و معمولاً از یک سیستم کنترل و جمع‌آوری داده‌های نظارتی (SCADA) تشکیل شده است. لایه نظارت مسئول پردازش و ذخیره‌سازی مرکزی داده‌های لایه کنترل و میدان، نظارت بر وضعیت عملکرد زیرستانیون در زمان واقعی و ارائه عملکردهایی مانند هشدارها و مدیریت دستگاه‌ها است.
لایه مدیریت در بالاترین سطح سیستم قرار دارد و عمدتاً مسئول مدیریت و پشتیبانی تصمیم‌گیری کلی زیرستانیون است. لایه مدیریت عملکردهایی مانند نظارت و مدیریت نگهداری کلی سیستم برق را ارائه می‌دهد تا عملکرد هماهنگ زیرستانیون در کل شبکه برق را تضمین کند.
2. خرابی‌های رایج در سیستم‌های خودکارسازی زیرستانیون
2.1 خرابی‌های شبکه ارتباطی
شبکه ارتباطی سیستم خودکارسازی زیرستانیون نقش مهمی در سیستم‌های برق مدرن دارد و مسئول انجام انتقال داده و اشتراک گذاری اطلاعات در زمان واقعی بین دستگاه‌های مختلف است. اما خرابی‌های شبکه ارتباطی می‌تواند به طور جدی عملکرد کنترل خودکار و نظارت دوردست زیرستانیون را تحت تأثیر قرار دهد و منجر به عدم پایداری عملکرد سیستم برق شود.
تجهیزات ارتباطی ممکن است به دلیل پیری یا مشکلات کیفیتی خراب شوند. آسیب‌های سخت‌افزاری به سوئیچ‌ها یا روترها ممکن است از ارسال صحیح داده‌ها جلوگیری کند و قطع خطوط انتقال می‌تواند منجر به قطع ارتباط شود. مشکلات تغذیه برق نیز یکی از دلایل مهم خرابی‌های سخت‌افزاری است. تغذیه برق ناپایدار ممکن است از عملکرد صحیح تجهیزات ارتباطی جلوگیری کند.
در شبکه ارتباطی زیرستانیون، تداخل الکترومغناطیسی که در طول عملکرد تجهیزات ایجاد می‌شود ممکن است کیفیت سیگنال‌های ارتباطی را تحت تأثیر قرار دهد، به ویژه برای سیگنال‌های با فرکانس پایین یا ارتباطات بی‌سیم. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی قوی که توسط تجهیزات با ولتاژ بالا در سیستم برق ایجاد می‌شود نیز ممکن است منجر به ضعیف شدن یا تحریف سیگنال شود و قابلیت اطمینان انتقال داده را تحت تأثیر قرار دهد. ضعیف شدن سیگنال در خطوط انتقال دور مسافت نیز یک مشکل رایج است، به ویژه زمانی که از ارتباطات کابلی استفاده می‌شود. سیگنال در طول انتقال تدریجاً ضعیف می‌شود که ممکن است از دریافت صحیح داده‌ها در سمت گیرنده جلوگیری کند.
2.2 خرابی‌های جمع‌آوری داده
جمع‌آوری داده در سیستم خودکارسازی زیرستانیون پایه‌ای برای اجرای نظارت دوردست و مدیریت برنامه‌ریزی است. سیستم جمع‌آوری داده مسئول دریافت داده‌های زنده از دستگاه‌های مختلف زیرستانیون و انتقال آنها به سیستم کنترل مرکزی یا سیستم SCADA است. اگر جمع‌آوری داده خراب شود، ممکن است عملکرد عادی زیرستانیون را تحت تأثیر قرار دهد و حتی ایمنی سیستم برق را به خطر بیاندازد.
سیستم جمع‌آوری داده به تعداد زیادی دستگاه سخت‌افزاری وابسته است. اگر این دستگاه‌ها خراب شوند، جمع‌آوری داده به طور عادی انجام نخواهد شد. آسیب یا پیری سنسورها ممکن است منجر به اندازه‌گیری نادرست پارامترهای کلیدی مانند جریان یا دما شود. قطع تغذیه برق واحدهای پایانه دور (RTU) یا دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند (IED) ممکن است از شروع یا کارکرد دستگاه‌ها جلوگیری کند و بدین ترتیب جمع‌آوری و انتقال داده را تحت تأثیر قرار دهد.
جمع‌آوری داده به یک شبکه ارتباطی پایدار وابسته است تا داده‌ها را از دستگاه‌های میدانی به سیستم کنترل مرکزی منتقل کند. اگر شبکه ارتباطی خراب شود، مانند از دست دادن سیگنال یا تأخیر در انتقال داده، ممکن است منجر به خرابی جمع‌آوری داده شود. مشکلاتی مانند آسیب خطوط ارتباطی، تجهیزات شبکه معیوب یا عدم سازگاری پروتکل‌ها به طور مستقیم قابلیت اطمینان و زمان‌بندی داده‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
اگر دستگاه‌های سیستم جمع‌آوری داده به درستی تنظیم یا کالیبره نشوند، داده‌های جمع‌آوری شده ممکن است نادرست یا از دست برود. اگر دستگاه‌ها در زمان نصب با پارامترهای مشخص تنظیم نشوند یا بعداً به طور منظم کالیبره نشوند، می‌تواند منجر به خطا در جمع‌آوری داده شود. عملکرد عادی سیستم جمع‌آوری داده به پشتیبانی از پلتفرم یا برنامه‌های نرم‌افزاری مربوطه وابسته است. اگر در نرم‌افزارهای موجود نقص یا عدم سازگاری نسخه وجود داشته باشد، جمع‌آوری داده ممکن است به طور عادی انجام نشود.
2.3 خرابی‌های هشدار نادرست
در عملکرد روزمره سیستم خودکارسازی زیرستانیون، می‌تواند وضعیت تجهیزات برق را به صورت زنده نظارت کند و سیگنال‌های هشدار را صادر کند تا اقدامات متناسب به موقع اتخاذ شود. اما هشدارهای نادرست یکی از انواع خرابی‌های رایج در سیستم‌های خودکارسازی است. هشدارهای نادرست ممکن است عملکرد عادی کارکنان را تحت تأثیر قرار دهد و منجر به تلف شدن منابع و تداخلات غیرضروری شود. در شرایط وخیم، می‌تواند منجر به واکنش‌های اضطراری نامناسب شود.
عملکرد هشدار سیستم خودکارسازی زیرستانیون معمولاً به آستانه‌های تنظیم شده وابسته است. اگر این آستانه‌ها بسیار حساس تنظیم شوند یا با شرایط عملیاتی واقعی همخوانی نداشته باشند، ممکن است هشدارهای نادرست متعددی ایجاد شود. نوسانات بزرگ ولتاژ یا تغییرات گذرا در تجهیزات در شرایط عملیاتی خاص ممکن است به اشتباه به عنوان خرابی شناسایی شده و هشدار صادر شود. بنابراین، تنظیم آستانه‌های مناسب برای جلوگیری از هشدارهای نادرست بسیار مهم است.
خطاهای عملیاتی از سوی اپراتورها نیز یکی از دلایل رایج هشدارهای نادرست است. در زمان تنظیم سیستم یا رفع عیب تجهیزات، خطاهای اپراتورها ممکن است منجر به شرایط هشدار نامناسب یا ایجاد هشدارهای نادرست شود. اگر اپراتورها سیستم را بر اساس دستورالعمل‌های استاندارد عملیاتی تنظیم نکنند یا پس از تعویض تجهیزات پارامترهای هشدار را دوباره کالیبره نکنند، وضعیت تجهیزات ممکن است با شرایط هشدار مطابقت نداشته باشد و هشدارهای نادرست ایجاد شود.
3. اقدامات برای مقابله با خرابی‌های رایج در سیستم‌های خودکارسازی زیرستانیون
3.1 بهبود سیستم مدیریت تجهیزات سخت‌افزاری
ایجاد یک سیستم مدیریت تجهیزات کامل پیش‌شرط جلوگیری از خرابی‌های سخت‌افزاری است. زیرستانیون باید دستورالعمل‌های مدیریت دقیق برای چرخه عمر کامل تجهیزات، از جمله خرید و نگهداری، تدوین کنند تا هر تجهیز قبل از نصب تحت بازرسی کیفیت و پذیرش دقیق قرار گیرد و در زمان استفاده از آن مطابق با الزامات فنی باشد. همزمان، برای انواع مختلف تجهیزات، دوره‌های نگهداری و استانداردهای بازرسی خاص باید تعیین شود و بازرسی‌ها و به‌روزرسانی‌های منظم انجام شود تا عمر تجهیزات تمدید شده و خرابی‌های ناشی از پیری یا آسیب تجهیزات کاهش یابد.
ثانیاً، زیرستانیون باید نظارت و ثبت تجهیزات در طول عملکرد را تقویت کنند. از طریق نظارت زنده تجهیزات، می‌توان خطرات خرابی پنهان را به موقع شناسایی کرد. از یک سیستم نظارت آنلاین برای نظارت مداوم بر وضعیت عملکرد و پارامترهای کلیدی مانند جریان تجهیزات خودکارسازی زیرستانیون استفاده کنید و داده‌ها را به سیستم نظارت مرکزی منتقل کنید. بر این اساس، بازرسی‌های منظم خرابی، ثبت داده‌های دقیق عملکرد تجهیزات و تشکیل پرونده‌های تاریخی انجام دهید تا پیش‌بینی و تحلیل خرابی، شناسایی تغییرات ناهماهنگ تجهیزات و اتخاذ اقدامات پیشگیرانه برای جلوگیری از خرابی انجام شود.
3.2 انجام کارهای نگهداری و خدمات منظم
کارهای نگهداری منظم باید شامل نگهداری سیستم نرم‌افزاری سیستم خودکارسازی باشد. بخش اصلی سیستم خودکارسازی سیستم نظارت کامپیوتری و نرم‌افزار کنترل است. پایداری عملکرد آنها مستقیماً بر سطح خودکارسازی و توانایی تشخیص خرابی زیرستانیون تأثیر می‌گذارد. بازرسی‌های منظم سیستم نرم‌افزاری، از جمله به‌روزرسانی و بهینه‌سازی سیستم عامل و الگوریتم‌های کنترل، برای تضمین اینکه نرم‌افزار در انجام عملیات پیچیده "خراب" یا "وقفه" نداشته باشد، ضروری است.کارهای پشتیبان‌گیری منظم نیز بسیار مهم است، زیرا می‌تواند از توقف سیستم به دلیل خرابی برنامه یا از دست دادن داده جلوگیری کند. بنابراین، پشتیبان‌گیری‌های منظم سیستم و تمرین‌های بازیابی داده بخشی از کارهای نگهداری هستند.
3.3 اجرای روش حذف
اجرای روش حذف نیازمند تعریف واضح علائم خرابی و ثبت دقیق آنها است. اپراتورها باید بر اساس هشدارهای سیستم و عملکرد تجهیزات به سرعت علائم خرابی را شناسایی کنند و وضعیت اساسی خرابی را درک کنند. اگر سیستم دچار از دست دادن داده یا تأخیر در انتقال داده شود، اپراتورها باید ابتدا ارتباطات ارتباطی بخش‌های مختلف سیستم را بررسی کنند تا اطمینان حاصل کنند که کانال انتقال داده قطع نشده است. از طریق مشاهده دقیق، برخی از علل واضح خرابی می‌توانند حذف شوند تا مطمئن شویم که بررسی‌های بعدی خرابی بیشتر هدفمند خواهند بود.
اجرای روش حذف باید مراحل خاصی را دنبال کند. به عنوان مثال، در مورد خرابی‌های جمع‌آوری داده در سیستم خودکارسازی زیرستانیون، ابتدا تجهیزات جمع‌آوری خود را مانند سنسورها و ترانسفورماتورها بررسی کنید تا وضعیت عملکرد این دستگاه‌ها را تأیید کنید. اگر تجهیزات جمع‌آوری در وضعیت خوبی باشند، سپس ارتباطات ارتباطی و پروتکل‌های انتقال داده بین دستگاه‌ها را بررسی کنید. اگر تجهیزات ارتباطی و اتصالات شبکه عادی باشند، سپس بررسی کنید که تنظیمات نرم‌افزاری سیستم خودکارسازی درست هستند و آیا تنظیمات یا خطاهای برنامه‌نویسی ناهماهنگی وجود دارد. در نهایت، با حذف مرحله به مرحله، منبع خرابی به طور نهایی تعیین می‌شود. این روش به طور موثر محدوده بررسی خرابی را کاهش می‌دهد و از بررسی‌های ناخواسته و تلف شدن منابع جلوگیری می‌کند.
4. نتیجه‌گیری
به طور خلاصه، سیستم خودکارسازی زیرستانیون شامل تعداد زیادی تجهیزات و فناوری‌ها است و انواع خرابی‌های سیستم متنوع هستند و موقعیت‌یابی و مقابله با خرابی‌ها پیچیدگی بالایی دارد. همزمان، در طول عملکرد سیستم خودکارسازی زیرستانیون، برخی تجهیزات ممکن است به دلیل عواملی مانند پیری و تغییرات محیطی خارجی خراب شوند. اگر این خرابی‌ها به موقع رفع نشوند، ممکن است منجر به آسیب تجهیزات و کاهش کارایی عملکرد سیستم شود و هزینه‌های نگهداری و تعمیر را افزایش دهد. بنابراین، نیاز به اقداماتی مانند بهبود سیستم مدیریت تجهیزات سخت‌افزاری، انجام کارهای نگهداری منظم و اجرای روش حذف برای بهبود توانایی تشخیص و پیشگیری از خرابی‌ها وجود دارد.
