ما الدور الذي يلعبه جهاز الحماية المتكامل ذو الكمبيوتر الصغير في معدات التحويل ذات الجهد العالي، وكيف يتم اختياره؟
دور وأهمية أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة في معدات التوزيع الكهربائية ذات الجهد العالي
في السنوات الأخيرة، ازداد استخدام أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة في مشاريع أنظمة توزيع الطاقة المتوسطة والعالية بشكل كبير. هذه الأجهزة سهلة الاستخدام وتتجاوز عيوب حماية الريلاي التقليدية مثل التوصيل المعقد، وقلة الموثوقية، وإجراءات الإعداد والاختبار الصعبة. تتميز أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة بوظائف التشخيص الذاتي الشاملة، مما يجعل الاكتشاف والتشغيل الأولي أمرًا بسيطًا جدًا.
بمجرد اكتشاف أي شذوذ، يأمر الوحدة المركزية للمعالجة (CPU) بمولد الإشارات بإصدار إشارات إنذار صوتية وبصرية متناسبة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تنفيذ العديد من الوظائف المساعدة بسهولة، مثل طباعة معلومات العطل وتسجيل وقت تشغيل الحماية بعد الحدث. هناك العديد من الشركات المصنعة لهذه الأجهزة، كل منها تقدم منتجات بخصائص وتكوينات مادية مختلفة، مما يجعل اختيار الجهاز الأكثر ملاءمة أمرًا صعبًا.
1. اختيار أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة
لضمان أن تقوم أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة بأداء مهامها في حماية الريلاي بشكل صحيح ودقيق، يجب أن يتم اختيارها خلال مرحلة التصميم بناءً على تقييم شامل للموثوقية، ووقت الاستجابة، وسهولة الصيانة والتشغيل الأولي، والوظائف الإضافية.
1.1 موثوقية أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة
إدخال الإشارات لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة هو نفس الإدخال لحماية الريلاي التقليدية: يتم استيراد إشارات الجهد والتيار من محولات الجهد (VTs) ومحولات التيار (CTs)، ويتم تحويلها بواسطة المحولات إلى الإشارات القياسية المطلوبة من قبل جهاز الحماية، ويتم تصفيتها لإزالة التوافقيات الدنيا والعليا وغيرها من إشارات التداخل. ثم تقوم المحولات التناظرية-الرقمية (A/D) بتحويل الإشارات التناظرية إلى إشارات رقمية. تقوم الوحدة المركزية للمعالجة (CPU) بإجراء العمليات الحسابية على الإدخال الرقمي، ومقارنته بالقيم المحددة مسبقًا، واتخاذ القرارات بشأن ما إذا كان سيتم تشغيل الإنذار أو قطع الدائرة.
لمواجهة متطلبات الموثوقية، يتم معالجة وإخراج إشارات القياس والحماية من خلال وحدات معالجة مستقلة داخل الجهاز. هذا يضمن دقة القياس العالية ويوفر هامشًا كافيًا أثناء الأعطال الشديدة. يجب أن لا يحدث فيضان A/D أو التشبع عندما يصل تيار إشارة العطل إلى 20 مرة قيمة العادي، وهو ما يلبي عادة متطلبات الموثوقية للمشاريع الهندسية النموذجية.
1.2 وقت الاستجابة لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة
خلال التصميم والاختيار، يمكن الحكم على جودة جهاز الحماية فقط بناءً على ثلاثة مؤشرات: الدقة الحسابية، ووقت الاستجابة، والحمل الحسابي. هذه العوامل الثلاثة متناقضة: الدقة الحسابية المنخفضة والحمل الحسابي الصغير يؤديان إلى وقت استجابة أسرع، بينما الدقة العالية والحمل الكبير يؤديان إلى وقت استجابة أبطأ. عادةً، بالنسبة للمستخدمين النهائيين للشبكة الكهربائية، يجب أن يكون الحمل الحسابي أكبر من 3 مرات، وأن تكون الدقة الحسابية أعلى من 0.2٪، وأن يكون وقت الاستجابة الأقصى أقل من 30 مللي ثانية لتلبية المتطلبات الهندسية النموذجية لوقت الاستجابة.
1.3 اختيار الوظائف الأخرى لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة
تحتوي أجهزة الحماية المتكاملة على العديد من الرقائق المتكاملة، مما يتطلب خبرة فنية عالية للصيانة. أثناء الاختيار، يجب أن تكون الأجهزة ذات مكونات معيارية وجاهزة للتركيب، مما يسمح بحل أعطال المكونات عن طريق استبدال الوحدات فقط، مما يحسن كفاءة العمل.
بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تحتوي أجهزة الحماية على وحدة EPROM مدمجة، مما يتيح تخزين جميع القيم المحددة رقميًا. يمكن للعمال في الموقع استرجاع هذه القيم بسهولة لأجل عمليات التشغيل الأولي للأجهزة دون الحاجة إلى إعادة كتابة البيانات. لدمج النظام مع نظام الرصد الآلي العام للمشروع، يجب أن تكون أجهزة الحماية قادرة على التواصل، مما يسهل تشكيل الشبكة عبر الحافلات البيانات ونقل معلومات التشغيل إلى النظام الرئيسي للرصد الآلي.
2. العلاقة بين أجهزة الحماية المتكاملة ونظام التحكم الآلي الشامل للمصنع
بناءً على التكوين ومتطلبات الاتصال لنظام التحكم الآلي للمصنع، يتم تقسيم نظام التحكم الآلي لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة عادةً إلى ثلاث طبقات: طبقة معدات التوزيع، وطبقة المحطة الفرعية، وغرفة التحكم المركزية.
2.1 طبقة معدات التوزيع
تألف طبقة معدات التوزيع من أنواع مختلفة من أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة، والتي يتم تركيبها مباشرة على معدات التوزيع. يقوم كل جهاز بمعالجة الإشارات وتنفيذ وظائف الحماية والتحكم الخاصة به. الوظائف المحددة هي كما يلي:
(1) الخزانة القادمة
وظائف الحماية: قطع التيار الزائد الفوري، قطع التيار الزائد المؤجل.
وظائف القياس: التيار الثلاثي الأطوار، الجهد الثلاثي الأطوار، الطاقة الفعالة وغير الفعالة، الطاقة الفعالة وغير الفعالة.
وظائف الرصد: وضع فتح وإغلاق القاطع الكهربائي.
وظائف التحكم: فتح وإغلاق يدوي (على الخزانة)، فتح وإغلاق عن بعد.
وظائف الإنذار: قطع الدائرة بسبب العطل، إشارات التحذير، فتح وإغلاق، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
(2) خزانة المحول
وظائف الحماية: قطع التيار الزائد الفوري، قطع التيار الزائد المؤجل، التحميل الزائد الزمني العكسي، عطل الأرضية الأحادية، قطع الغاز الثقيل.
وظائف القياس والرقابة والتحكم: نفسها مثل الخزانة القادمة.
وظائف الإنذار: قطع الدائرة بسبب العطل، غاز خفيف، إنذار درجة الحرارة، إشارات التحذير، فتح وإغلاق، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
(3) خزانة الشريط الأم
وظائف الحماية والرقابة والتحكم: نفسها مثل الخزانة القادمة.
وظائف الإنذار: قطع الدائرة بسبب العطل، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
(4) خزانة المحرك
وظائف الحماية: قطع التيار الزائد الفوري، قطع التيار الزائد المؤجل، التحميل الزائد، عطل الأرضية الأحادية، الجهد المنخفض، الحرارة الزائدة.
وظائف القياس: التيار الثلاثي الأطوار، الجهد الثلاثي الأطوار، الطاقة الفعالة وغير الفعالة، الطاقة الفعالة وغير الفعالة.
وظائف الرصد: وضع فتح وإغلاق القاطع الكهربائي.
وظائف التحكم: فتح وإغلاق يدوي (على الخزانة)، فتح وإغلاق عن بعد.
وظائف الإنذار: قطع الدائرة بسبب العطل، إشارات التحذير، فتح وإغلاق، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
بعد جمع البيانات داخل معدات التوزيع الخاصة بها، تقوم أجهزة الحماية بنقل البيانات عبر الحافلة إلى الكمبيوتر الرصد في طبقة المحطة الفرعية. هذا النظام يقلل بشكل كبير من كابلات التحكم، ويقصر وقت التشغيل الأولي في الموقع، ويحسن كفاءة العمل.
2.2 طبقة المحطة الفرعية
يحتاج العديد من الإشارات من المحطة الفرعية إلى نقلها إلى غرفة التحكم المركزية عبر إيثرنت الصناعة للمصنع، ويتلقى المحطة الفرعية الإشارات من غرفة التحكم المركزية لإصدار الأوامر للتحكم في أجهزة الحماية. تتكون طبقة المحطة الفرعية عادةً من أجهزة الكمبيوتر الصناعية، والطابعات، والشاشات. وظائفها الرئيسية تشمل تكوين وإدارة أجهزة الحماية المتكاملة لمعدات التوزيع، ومراقبة تشغيل النظام، وإنشاء وإدارة قاعدة بيانات المحطة الفرعية، والتواصل مع غرفة التحكم المركزية.
بسبب حفاظ الشركات المصنعة على برامج أجهزة الحماية وطرق الحسابات الكهربائية سرية، يجب أن تقوم طبقة المحطة الفرعية أيضًا بتحويل بروتوكولات الاتصال لتيسير نقل وإرسال الإشارات بين غرفة التحكم المركزية وأجهزة الحماية.
2.3 شبكة الاتصال
يمكن استخدام شبكة الحافلة MODbus للتواصل بين معدات التوزيع والمحطة الفرعية، مع دعم حتى 64 محطة عميل. يتم استخدام العزل الضوئي بين شبكة الاتصال والأجهزة لمنع التداخل الخارجي. يتم التواصل بين المحطة الفرعية وغرفة التحكم المركزية باستخدام إيثرنت الصناعة ووسائط الألياف الضوئية، بمعدل اتصال أكبر من 1 ميجابت في الثانية.
2.4 البرمجيات
يمكن استخدام برمجيات النظام على منصات رئيسية ذات هياكل قياسية دولية، مثل Windows NT. يجب أن تتضمن الوحدات البرمجية: البرمجيات الرئيسية للتحكم، وبرمجيات الرسومات، وبرمجيات إدارة قاعدة البيانات، وبرمجيات إنشاء التقارير، وبرمجيات الاتصال.
عند اختيار البرمجيات، يجب أن تكون البرمجيات الرئيسية للتحكم ذات درجة عالية من التجزئة. تسمح التجزئة العالية للعاملين في الموقع باستدعاء البرمجيات بسهولة بناءً على ظروف الموقع دون الحاجة إلى برمجة إضافية، مما يقلل بشكل كبير من العبء العملي والصيانة للمساعدين والعمال الفنيين ويزيد من كفاءة العمل.
3. الأمور التي يجب مراعاتها عند اختيار المكونات المادية لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة
بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة الأمور التالية عند اختيار المكونات المادية لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة:
استخدام الهيكل المغلق والمدعم الذي يقاوم الاهتزازات القوية والتداخل، مع حجم تركيب مضغوط مناسب للبيئات القاسية وتركيب الخزانات.
اعتماد هيكل CPU ثنائي الصناعي، حيث يحتوي كل جهاز على CPU رئيسي وCPU اتصال. يعمل الـ CPUان بطريقة متبادلة للتحقق، مما يحسن وقت الاستجابة والدقة للجهاز، ويمنع التشغيل الخاطئ أو عدم التشغيل، ويحسن الاستقرار والموثوقية.
تعويض درجة الحرارة التلقائي الكامل يسمح للجهاز بالعمل لفترات طويلة في البيئات من -20 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية.
تتم معالجة إشارات القياس والحماية بشكل منفصل داخل الجهاز، مما يلبي متطلبات الدقة ومدى الحماية والموثوقية.
استخدام دائرة عينة التردد المخصصة لتتبع تردد الشبكة بدقة، مما يجعل حساب الكميات الكهربائية أكثر دقة.
استخدام العزل الضوئي لإشارات الإدخال والإخراج الرقمية، والسلاسل المحمية لأسلاك التوصيل الداخلية للخزانة، مما يمنع فعالًا الإشارات التداخلية الخارجية ويحسن قدرة الجهاز على مقاومة التداخل.
استخدام شاشة LCD كبيرة ولوحة مفاتيح ناعمة لعرض الأرقام بشكل أوضح وسهولة التشغيل.
بعد التشغيل الأولي والعمل، يتم تخزين القيم المحددة لمختلف أنماط الحماية رقميًا في EPROM، مما يسهل استرجاعها بعد التصحيح أو إصلاح عطل الدائرة.
تشمل دارة التحكم الشاملة للقاطع الكهربائي المناسبة للتحكم في أنواع مختلفة من القطع الكهربائية، مما يسهل تحديث المحطة الفرعية.
توفر قدرات تحليل الحوادث الشاملة، بما في ذلك سجلات أحداث تشغيل الحماية، وسجلات تجاوز حدود إشارات الكميات الكهربائية، وتسجيل العطل.
4. دور أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة في معدات التوزيع الكهربائية ذات الجهد العالي
تقوم أجهزة الحماية المصغرة بحماية الدوائر من الحالات غير الطبيعية. أدوارها في معدات التوزيع الكهربائية ذات الجهد العالي هي كالتالي:
تحتوي أجهزة الحماية المصغرة على قدرات قوية لمعالجة البيانات والعمليات المنطقية وتخزين المعلومات، ولديها هياكل داخلية متقدمة. توفر وظائف الحماية الكاملة لحماية الريلاي التقليدية. من خلال استقبال الإشارات من مكونات القياس مثل محولات التيار ومحولات الجهد، يمكن للجهاز مراقبة وتحكم وحماية حالة الدائرة. وهذا يشمل حماية ضد الدوائر القصيرة والتحميل الزائد وعطل الأرضية الأحادية وغيرها. بدون جهاز حماية، يتم تحقيق هذه الوظائف في معدات التوزيع الكهربائية ذات الجهد العالي باستخدام الريلاي. مع الحماية المصغرة، تتوفر وظائف إضافية مثل قبول التحكم عن بعد بسهولة، والتواصل مع النظام الأعلى لنقل إشارات الجهد والقوة والطاقة من الدائرة، وتعديل إعدادات الحماية بشكل مريح.
