سپورٹنگ اسٹیشن کے ریلے پروٹیکشن فолٹ معلومات کے پابندی نظام کا ڈیزائن

I. تعارف

ہالکے سالوں میں، بجلی کے نیٹ ورک کے پیمانے کے مسلسل وسعت کے ساتھ، سب اسٹیشنز، جو بجلی کے نظام کے اہم نوڈس ہیں، اپنے سلامت اور استحکام سے کام کرتے ہوئے پورے بجلی کے نیٹ ورک کی قابلِ اعتمادی کو یقینی بنانے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ ریلے حفاظت سب اسٹیشن کے سلامت کام کرنے کے لئے پہلی دفاعی لائن کا کام کرتی ہے۔ ریلے حفاظت کی صحت اور تیزی سے عمل کرنے کی صلاحیت بجلی کے نظام کی استحکام سے مستقیماً تعلق رکھتی ہے۔ اس لئے، سب اسٹیشن کے ریلے حفاظت نظام کی فلٹ معلومات کو موثر طور پر پتہ کرنے، اور پوتینشل فلٹ کو جلدی شناخت کرنا اور اس کا مقابلہ کرنا، بجلی کے نظام کے سلامت کام کرنے کے لئے بہت اہم ہے۔

ریلے حفاظت کی فلٹ کی شناخت کے لئے روایتی طریقوں کا اعتماد عموماً منوال جانچ پڑتال اور منظم صيانت پر ہوتا ہے۔ ان طریقوں کے ذریعے کام کرنا نہ صرف وقت کا خوردہ ہوتا ہے بلکہ کام کرنے والی شکل کے اعتبار سے بھی ناکافی ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، ان کی مدد سے حقیقی وقت میں نگرانی کی تکمیل نہیں ہوسکتی۔ اس لئے، فلٹ کے ابتدائی سیگنل کو چھوٹنے کا خطرہ ہوتا ہے۔ معلوماتی ٹیکنالوجی کے مسلسل ترقی کے ساتھ، خصوصی طور پر کمپیوٹر ٹیکنالوجی اور مواصلاتی ٹیکنالوجی کے ترقیات کے بعد، جدید سب اسٹیشن کے ریلے حفاظت فلٹ معلومات کی شناخت نظام نے آتمتک طریقوں کو اختیار کرنا شروع کر دیا ہے۔ حقیقی وقت میں معلومات کی جمع کیے جانے کے ذریعے، یہ نظام ریلے حفاظت کی حالت کی حقیقی وقت میں نگرانی کو یقینی بناسکتا ہے اور فلٹ کو جلدی شناخت کرسکتا ہے۔

اس لئے، یہ مقالہ جدید معلوماتی ٹیکنالوجی پر مبنی ایک سب اسٹیشن کے ریلے حفاظت فلٹ معلومات کی شناخت نظام کا پیش کرتا ہے اور اس کی ہارڈوئیر کی ساخت، سوفٹوئیر کی ڈیزائن، اور تجرباتی نتائج پر مفصل بحث کرتا ہے۔

II. نظام کی ہارڈوئیر کی ساخت کی ڈیزائن
(1) میزبان کمپیوٹر

میزبان کمپیوٹر کی ڈیزائن پورے نظام کی کارکردگی کو مستقیماً متاثر کرتی ہے۔ اس کی ہارڈوئیر کی ساخت C8051F040 سنگل چپ مائیکروکمپیوٹر کو مرکزی پروسیسر کے طور پر استعمال کرتی ہے۔ C8051F040 سنگل چپ مائیکروکمپیوٹر ایک عالی کارکردگی والا اور کم طاقت کا مخلوط سائنل مائیکروکنٹرولر ہے جس میں وافر پیریفارل سرچشمے شامل ہیں، جن میں آنلوگ اور ڈیجیٹل I/O پورٹس، ٹائم/کاؤنٹرز، UART، SPI، اور I2C مواصلاتی انٹرفیسز شامل ہیں۔ یہ خصوصیات C8051F040 کو میزبان کمپیوٹر کے مرکزی پروسیسر کے طور پر بہت مناسب بناتی ہیں، جس کی مدد سے عالی رفتار معلومات کی پراسیسنگ اور پیچیدہ کنٹرول لوژک کی ضروریات کو پورا کیا جا سکتا ہے۔

نظام کی حقیقی وقت میں نگرانی کی صلاحیت کو یقینی بنانے کے لئے، میزبان کمپیوٹر کی ڈیزائن میں ایک عالی کارکردگی والا مراقبہ یونٹ استعمال کیا گیا ہے۔ یہ یونٹ عام طور پر ایک عالی رفتار ADC (آنلوگ-ٹو-ڈیجیٹل کنورٹر)، DAC (ڈیجیٹل-ٹو-آنلوگ کنورٹر)، اور ولٹیج/کرنٹ مراقبہ سرکٹس پر مشتمل ہوتا ہے۔ یہ حقیقی وقت میں برقی پیرامیٹرز کو جمع کر سکتا ہے اور فلٹ تشخیص کے لئے صحیح معلومات کی حمایت فراہم کرتا ہے۔

مزید برآں، میزبان کمپیوٹر کو نیچے کے کمپیوٹر اور دور دراز مراقبہ مرکز کے ساتھ مواصلات کی ضرورت ہوتی ہے۔ ڈیزائن میں مختلف مواصلاتی انٹرفیسز، جیسے RS-232، RS-485، اور ایتھرنیٹ کو شامل کیا گیا ہے۔ یہ انٹرفیسز معلومات کی تیز رفتار منتقلی اور دور دراز کنٹرول کی صلاحیت کو یقینی بناتے ہیں۔

آپریٹرز کو نظام کی نگرانی اور کنٹرول کی آسانی کے لئے، میزبان کمپیوٹر کو ایک مین-میشین انٹریکشن انٹرفیس بھی فراہم کیا گیا ہے، جو عام طور پر ایک LCD ڈسپلے اسکرین اور کیبورڈ پر مشتمل ہوتا ہے۔ آپریٹرز ان انٹرفیسز کا استعمال کر کے نظام کی حالت کو حقیقی وقت میں دیکھ سکتے ہیں۔

(2) عایقیت کا جانچ کرنے والا سینسر

پرانے بجلی کے پلانٹس اور سب اسٹیشنز کے DC نظام کی تجدید کی ضرورتوں کو پورا کرنے کے لئے، کارکنان نے ایک عالی دقت کا جدایہ کرنے والا عایقیت کا جانچ کرنے والا سینسر ڈیزائن کیا ہے۔ نیکلی الیکٹرانک ٹیکنالوجی اور میٹریئل کا استعمال کرتے ہوئے، یہ سینسر عالی حساسیت، عالی استحکام، اور لمبی خدمات کی مدت کی خصوصیات رکھتا ہے، اور یہ کٹھن حالات میں بھی مستحکم طور پر کام کر سکتا ہے۔

عالی دقت عایقیت کے جانچ کرنے والے سینسر کا ایک کلیدی کارکردگی کا اشارہ ہے۔ نیکلی جانچ الگورتھم اور الیکٹرانک کمپوننٹس کا استعمال کرتے ہوئے، یہ دقیقاً چھوٹی عایقیت کی تبدیلی کو جانچ سکتا ہے، فلٹ معلومات کی صحت اور تیزی کو یقینی بناتا ہے۔

پرانے بجلی کے پلانٹس اور سب اسٹیشنز کے DC نظام کے حرارتی عایقیت کے آلے کی تجدید اور ترقی کرتے ہوئے اور عالی دقت کے جدایہ کرنے والے عایقیت کے جانچ کرنے والے سینسر کا استعمال کرتے ہوئے، نظام کی سلامتی کو بہت زیادہ بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ یہ سینسر عالی دقت کی جانچ کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں اور عاجل طور پر عایقیت کی فلٹ کو جانچ سکتے ہیں، جس سے موثر طور پر حادثات کی وقوع کو روکا جا سکتا ہے۔

(3) ابتدائی تحذیری جانچ یونٹ

ابتدائی تحذیر کی صحت اور جواب کی رفتار کو بہتر بنانے کے لئے، یہ ماڈیول عام طور پر سرگرم ابتدائی تحذیر اور غیر سرگرم ابتدائی تحذیر دونوں کے دوائی مکانزم کو شامل کرتا ہے۔

سرگرم ابتدائی تحذیر کا مطلب ہے کہ نظام خود کار طور پر برقی پیرامیٹرز کو جانچتا ہے۔ جب پیرامیٹرز نرمل حد سے باہر ہو جاتے ہیں تو فوراً ابتدائی تحذیر کا سگنل ختم ہو جاتا ہے۔ سرگرم ابتدائی تحذیر عام طور پر عالی کارکردگی والے سینسر اور معلومات جمع کرنے والے ڈیوائسز پر منحصر ہوتا ہے۔ یہ ڈیوائسز کرنٹ، ولٹیج، اور فریکوئنسی جیسے کلیدی پیرامیٹرز کو حقیقی وقت میں نگرانی کرتے ہیں اور متعلقہ معلومات کو بیرونی الگورتھم کے ذریعے تجزیہ کرتے ہیں تاکہ پوتینشل فلٹ کی خطرے کو شناخت کیا جا سکے۔ غیر سرگرم ابتدائی تحذیر کا مطلب ہے کہ متعلقہ برقی پیرامیٹرز کو تجزیہ کرتے ہوئے اور نظام کو بیرونی سگنل مل جانے کے بعد ابتدائی تحذیر کا سگنل ختم ہو جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، جب سب اسٹیشن میں ریلے حفاظت کا آلہ کام کرتا ہے تو غیر سرگرم ابتدائی تحذیر کا ماڈیول فوراً کام کرنا شروع کرتا ہے تاکہ کام کرنے کی وجہ کو تجزیہ کرے اور یہ تعین کرے کہ کیا مزید پروسیسنگ کی ضرورت ہے، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔

شکل 1 ہارڈوئیر کی ساخت کی ڈیزائن

ابتدائی تحذیری جانچ یونٹ کی ہارڈوئیر کی ساخت کی ڈیزائن میں، سرگرم ابتدائی تحذیر اور غیر سرگرم ابتدائی تحذیر کو ملایا جانے سے نظام کی ابتدائی تحذیر کی صلاحیت اور جواب کی رفتار کو بہت زیادہ بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ سرگرم ابتدائی تحذیر برقی پیرامیٹرز کو حقیقی وقت میں نگرانی کر سکتا ہے اور پوتینشل فلٹ کی خطرے کو جلدی شناخت کر سکتا ہے؛ جبکہ غیر سرگرم ابتدائی تحذیر کسی خاص واقعہ کے وقوع پر فوراً جواب دے سکتا ہے اور فلٹ کی وجہ کو گہرائی سے تجزیہ کر سکتا ہے۔

ان دو ابتدائی تحذیر کے طریقوں کو موثر طور پر ملایا جانے کے لئے، ہارڈوئیر کی ڈیزائن میں نیچے دیے گئے کلیدی عناصر کو درست کیا جانا ضروری ہے:

• سینسر اور معلومات جمع کرنے والے ڈیوائسز کا انتخاب: عالی دقت کے سینسر اور معلومات جمع کرنے والے ڈیوائسز کا انتخاب کیا جانا چاہئے تاکہ معلومات کی صحت کو یقینی بنایا جا سکے۔

• معلومات کی پروسیسنگ اور تجزیہ کی صلاحیت: ابتدائی تحذیر مراقبہ ماڈیول کو مضبوط معلومات کی پروسیسنگ اور تجزیہ کی صلاحیت ہونی چاہئے تاکہ جلدی نامعلوم معلومات کو شناخت کر سکے اور ابتدائی تحذیر کا فیصلہ کر سکے۔

• مکالمات کے انٹرفیس اور پروٹوکول: ماڈیول کو متعدد مکالمات کے انٹرفیس اور پروٹوکول کا سپورٹ کرنا چاہئے تاکہ دیگر نظام یا ڈیوائسز کے ساتھ معلومات کا تبادلہ آسان ہو۔

• یقینیت: ہارڈوئیر کی ڈیزائن کو ایسی بنانا چاہئے کہ ماڈیول کسی بھی انتہائی حالات میں مستحکم طور پر کام کر سکے اور غلط کام کرنے اور غیر مجاز رسائی کو روکنے کے لئے ضروری سیکیورٹی کے اقدامات کو اختیار کرے۔

III. نظام کی سوفٹوئیر کی ڈیزائن
(1) فلٹ کے بوجھ کے خصوصیات کی مصنوعی مدلنگ

سب اسٹیشن کے ریلے حفاظت فلٹ معلومات کی شناخت نظام کا کلیدی حصہ اس کی سوفٹوئیر کی ساخت کی ڈیزائن ہے، خصوصی طور پر سٹیٹک اور ڈائنامک بوجھ مڈلز کی تعمیر ہے۔ ان مڈلز کا مقصد نظام کے کام کرنے کے دوران بوجھ کے کارکردگی اور ریاکٹیو بوجھ کو بیان کرنا ہوتا ہے، ساتھ ہی ولٹیج اور فریکوئنسی کی آہستہ تبدیلیاں بھی، اور یہ عام طور پر پولینومیل مڈلز کی مدد سے ظاہر کیے جاتے ہیں۔ سٹیٹک بوجھ مڈل عام طور پر ایسے ظاہر کیا جاتا ہے:

جہاں P اور Q کارکردگی اور ریاکٹیو بوجھ کو ظاہر کرتے ہیں، V ولٹیج ہے، P0, Q0, V0 مرجعی حالت کی قدریں ہیں، اور n اور m بوجھ کی خصوصیات کے سیفیشنس ہیں۔

ڈائنامک بوجھ مڈل نسبتاً پیچیدہ ہوتا ہے۔ یہ ولٹیج اور فریکوئنسی کی تبدیلیوں کے لئے بوجھ کی دائرہ وار ریاکشن کو مد نظر رکھتا ہے، جس میں متعدد وقت کے ثابتین شامل ہوتے ہیں تاکہ بوجھ کی ولٹیج اور فریکوئنسی کی تبدیلیوں پر جواب کی رفتار کو مصنوعی طور پر ظاہر کیا جا سکے۔ ڈائنامک بوجھ مڈل کو بوجھ کی طاقت کی وقت کے ساتھ تبدیلی کی شرح کو بیان کرنے والے ایک سیریز میں دفرنشیل ایکیشن کی مدد سے ظاہر کیا جا سکتا ہے۔

سوفٹوئیر کی ساخت کی ڈیزائن میں، ان مڈلز کو سب اسٹیشن کے ریلے حفاظت فلٹ معلومات کی شناخت نظام میں شامل کیا جاتا ہے تاکہ نظام کی کام کرنے کی حالت کو حقیقی وقت میں نگرانی کریں اور تجزیہ کریں۔ نظام کرنٹ، ولٹیج، بوجھ جیسی حقیقی وقت کی معلومات جمع کرتا ہے، اور ان مڈلز کی مدد سے کیلکولیشن کرتا ہے تاکہ علمی طور پر پوتینشل فلٹ کی حالت کو شناخت کرے۔

(2) فلٹ معلومات کی جمع

ریلے حفاظت کے آلے کی قابلِ اعتمادی کو یقینی بنانے کے لئے، فلٹ معلومات کی شناخت نظام کی ڈیزائن بہت اہم ہے، خصوصی طور پر فلٹ معلومات کی جمع کا حصہ۔ یہ حصہ عام طور پر تین ماڈیولوں میں تقسیم ہوتا ہے: مستحکم حالت کی معلومات کی جمع، عرضی معلومات کی جمع، اور حالت کے فائل کے مینجمنٹ۔

مستحکم حالت کی معلومات کی جمع ماڈیول کا کام اصلی طور پر سب اسٹیشن کے نرمل کام کرنے کے دوران برقی پیرامیٹرز، جیسے ولٹیج، کرنٹ، بوجھ جیسی معلومات کو جمع کرنا ہوتا ہے۔ یہ معلومات بجلی کے نیٹ ورک کی کام کرنے کی حالت کا تجزیہ کرنے اور فلٹ کی تجزیہ اور پیشنگوئی کے لئے بنیادی ہوتے ہیں۔ یہ ماڈیول عام طور پر تین سب-ماڈیولوں پر مشتمل ہوتا ہے: معلومات کی جمع، معلومات کی پروسیسنگ، اور معلومات کی محفوظی۔ معلومات کی جمع کا سب-ماڈیول سب اسٹیشن کے مراقبہ نظام کے ساتھ انٹرفیس کے ذریعے حقیقی وقت میں برقی پیرامیٹرز حاصل کرتا ہے؛ معلومات کی پروسیسنگ کا سب-ماڈیول جمع کردہ معلومات پر ابتدائی تجزیہ کرتا ہے، غیر معیاری قدریں ہٹا دیتा ہے، اور معلومات کو فارمیٹ کرتا ہے؛ معلومات کی محفوظی کا سب-ماڈیول پروسیسنگ کردہ معلومات کو ڈیٹا بیس میں محفوظ کرتا ہے تاکہ بعد میں تجزیہ کیا جا سکے۔

عرضی معلومات کی جمع ماڈیول بجلی کے نیٹ ورک میں عرضی واقعات کو ضبط کرنے پر مرکوز ہوتا ہے، جیسے کہ کوتاہی، کھولی، اور دیگر فلٹ۔ یہ عرضی واقعات عام طور پر برقی پیرامیٹرز کی تیز تبدیلیوں کے ساتھ آتے ہیں، لہذا عالی رفتار اور عالی دقت کے معلومات جمع کرنے والے ڈیوائسز کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ ماڈیول عام طور پر تین سب-ماڈیولوں پر مشتمل ہوتا ہے: عالی رفتار معلومات کی جمع، عرضی واقعہ کی شناخت، اور واقعہ کی معلومات کی محفوظی۔ عالی رفتار معلومات کی جمع کا سب-ماڈیول مائیکرو سیکنڈ کی سطح تک برقی پیرامیٹرز کی تبدیلیوں کو ریکارڈ کر سکتا ہے؛ عرضی واقعہ کی شناخت کا سب-ماڈیول پیش سیٹ الگورتھم کے تحت فلٹ کی شناخت کرتا ہے اور فلٹ کی قسم کو دقیقاً شناخت کرتا ہے؛ واقعہ کی معلومات کی محفوظی کا سب-ماڈیول شناخت کردہ فلٹ معلومات کو خاص ڈیٹا بیس میں محفوظ کرتا ہے، جو کارکنوں کے لئے گہرائی سے تجزیہ کے لئے مفید ہوتا ہے۔

حالت کے فائل کے مینجمنٹ ماڈیول کا کام سب اسٹیشن کے ریلے حفاظت کے آلے کے حالت کے فائل کے مینجمنٹ اور صيانت کا کام کرتا ہے، اور یہ حفاظت کے آلے کے کانفیگریشن کی تفصیلات، کام کرنے کی حالت، اور قدیم فلٹ کے ریکارڈز جیسی کلیدی معلومات کو مفصل طور پر ریکارڈ کرتا ہے۔ یہ اصلی طور پر چار سب-ماڈیولوں پر مشتمل ہوتا ہے: حالت کے فائل کی تولید، اپ ڈیٹ، کوئری، اور بیک اپ۔ تولید کا سب-ماڈیول حفاظت کے آلے کی اصلی کانفیگریشن کے مطابق ایک ابتدائی حالت کا فائل تیار کرتا ہے؛ اپ ڈیٹ کا سب-ماڈیول آلے کے پیرامیٹرز یا کانفیگریشن میں تبدیلی کے وقت حالت کا فائل اپ ڈیٹ کرتا ہے؛ کوئری کا سب-ماڈیول صارفین کو حالت کے فائل میں موجود معلومات کو کوئری کرنے کی اجازت دیتा ہے؛ بیک اپ کا سب-ماڈیول حالت کے فائل کو منظم طور پر بیک اپ کرتا ہے تاکہ معلومات کی کھوئش کو موثر طور پر روکا جا سکے۔

(3) فلٹ معلومات کی شناخت

جب اسٹیشن کنٹرول لیئر ریلے حفاظت سے "A - لائن مرج کردہ نیٹ ورک کا کنکشن خراب" کا الارم معلومات وصول کرتا ہے، تو نظام فوراً فلٹ معلومات کی شناخت کا عمل شروع کرتا ہے تاکہ یہ تصدیق کرے کہ آیا یہ الارم واحد ذریعہ ہے، یعنی کیا دیگر آلے بھی مشابہ الارم جاری کرتے ہیں۔ اس مثال میں، اگر دیگر آلے الارم جاری نہیں کرتے ہیں تو نظام "A - لائن مرج کردہ نیٹ ورک کا کنکشن خراب" کی معلومات پر مرکوز ہوگا۔