کاربرد تازه‌واره شکن‌های کوهانداز جدید در ایستگاه‌های برق آبی کوچک مناطق کوهستانی

برق آبی کوچک به نیروگاه‌هایی اشاره دارد که ظرفیت نصبی تک واحد آن‌ها کمتر از ۵۰,۰۰۰ کیلووات است. یکپارچه‌سازی برق آبی کوچک در شبکه توزیع، توپولوژی سیستم و جهت جریان قدرت را تغییر می‌دهد. مطالعات مختلف به چالش‌های تنظیم مناطق غنی از برق آبی کوچک، استراتژی‌های بازبستن خطوط شبکه توزیع با برق آبی کوچک پرداخته و نوع جدیدی از دستگاه خودکار جدا شدن امن برای برق آبی کوچک پیشنهاد کرده‌اند.

​۱ وضعیت فعلی برق آبی کوچک در مناطق کوهستانی​
مساحت کل ۴۵,۳۸۵ کیلومتر مربع است که ۹۸.۳٪ آن شامل زمین‌های کوهستانی است. ۵۸ نیروگاه برق آبی کوچک با ظرفیت نصبی کل ۴۱.۴۵ مگاوات وجود دارد که بیشتر آن‌ها ظرفیت نصبی کمتر از ۱ مگاوات دارند. این نیروگاه‌ها به طور گسترده توزیع شده‌اند و از شرایط ارتباطی ضعیف رنج می‌برند.

به دلیل سن بالا، این نیروگاه‌ها عمدتاً از تجهیزات کنترل مکانیکی استفاده می‌کنند و دستگاه‌های خودکار ندارند. بیشتر مترهای دروازه مترهای پالسی هستند که برای خواندن دستی و بدون قابلیت انتقال دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. دستگاه‌های کنترل و حفاظت و تجهیزات همزمانسازی دارای رابط‌های ارتباطی نیستند و اطلاعات عملیاتی باید به صورت دستی از طریق تلفن به مراکز کنترل گزارش شوند.

خطوط ۱۰ کیلوولت از زیراستانیون‌های ۳۵ کیلوولت معمولاً در حالت ترکیبی عمل می‌کنند که در آن برق آبی کوچک و مصرف بار همزیستی دارند. سمت فشار بالای ترانسفورماتور اصلی از فیوز‌های سقوط استفاده می‌کند که ساختار ساده‌ای دارند و از طریق اتصال T به خطوط شبکه متصل می‌شوند.

​۲ تحلیل مشکلات​
​۲.۱ تأثیر بر فعال‌سازی دستگاه‌های کنترل خودکار خط​
در شبکه‌های توزیع فعال، پس از قطع شدن کلید خروجی زیراستانیون، نیروگاه‌های برق آبی کوچک ممکن است همچنان انرژی را به نقطه خرابی ارسال کنند که این امر خاموش شدن قوس خرابی را مختل می‌کند و موفقیت بازبستن را کاهش می‌دهد. اگر منابع انرژی توزیع شده (DER) در حین بازبستن متصل بمانند، بازبستن ناسازگار ممکن است رخ دهد که باعث جریان تکانه‌ای می‌شود و بازبستن را ناموفق می‌کند و واحدهای برق آبی کوچک را خراب می‌کند.

برخی از نیروگاه‌های ۱۰ کیلوولت متصل به شبکه حفاظت جدا شدن در فشار کم در حفاظت خط متصل و حفاظت ژنراتور ندارند و این مسئله نیازهای عملیات شبکه را برآورده نمی‌کند. این مسئله به شدت بر تأمین برق ایمن و قابل اعتماد شبکه و عمر عملیاتی ژنراتورها تأثیر می‌گذارد.

وقتی خرابی در کانال متصل به شبکه یک نیروگاه برق آبی کوچک رخ می‌دهد، ژنراتور نمی‌تواند پس از رفع خرابی از سمت سیستم به سرعت جدا شود. این ممکن است باعث بازپیوند ناسازگار بعد از عملیات بازبستن خط سمت سیستم شود، باعث عدم فعال شدن بازبستن سمت سیستم و قطع برق اضافی برای کاربران ترانسفورماتور عمومی شود و تأثیرات اجتماعی منفی قابل توجهی داشته باشد.

بنابراین، وقتی خرابی در کانال متصل به شبکه رخ می‌دهد، عدم توانایی ژنراتور در جدا شدن سریع به شدت بر تأمین برق ایمن و قابل اعتماد شبکه تأثیر می‌گذارد و ممکن است بازپیوند ناسازگار را ایجاد کند.

​۲.۲ انتقال ناقص اطلاعات کنترل​
بر اساس بررسی‌های میدانی، بیشتر نیروگاه‌های برق آبی کوچک در مناطق کوهستانی قرار دارند و از زیراستانیون‌های مرکزی شبکه دور هستند. نصب سیم‌های لیزری اختصاصی از طریق جنگل‌ها هزینه‌بر و غیرقابل اطمینان است. به‌روزرسانی تجهیزات خودکار و انتقال داده‌ها از طریق شبکه‌های خصوصی بی‌سیم امن پس از ارزیابی امنیت سایبری نیز نیاز به سرمایه‌گذاری قابل توجهی دارد. علاوه بر این، بیشتر نیروگاه‌های برق آبی کوچک ظرفیت محدودی دارند و سودآوری کمتری دارند که انگیزه‌ای برای به‌روزرسانی ایجاد می‌کند. محدودیت‌های کانال ارتباطی باعث انتقال ناقص اطلاعات به مرکز کنترل می‌شود.

با این حال، عدم توانایی انتقال داده‌های عملیاتی به موقع به مرکز کنترل منطقه‌ای تأثیر می‌گذارد بر تحلیل شبکه توسط کنترل‌کنندگان و قابلیت اطمینان ترانسفورماتورهای توزیع ۱۰ کیلوولت در خطوط متصل به شبکه. پلتفرم کنترل مجبور خواهد بود برای مدت طولانی به طور ناآگاهانه برای نیروگاه‌های برق آبی کوچک عمل کند که ایمنی عملیات شبکه منطقه‌ای را در معرض خطر قرار می‌دهد.

​۳ راه‌حل‌ها​
​۳.۱ مرور کلی راه‌حل​
برای دستیابی به نظارت و جمع‌آوری داده‌های موثر از واحدهای برق آبی کوچک و افزایش امنیت و قابلیت اطمینان شبکه، فیوز‌های سقوط سمت فشار بالای ترانسفورماتورهای اصلی با کلیدهای خلاء ستونی جدید با حسگرهای الکترونیکی با دقت بالا جایگزین می‌شوند. این کلیدها با دستگاه‌های خودکار خط (FTU) با قابلیت‌های سیگنال‌رسانی، تلهمتری، کنترل دور و جدا شدن خودکار همراه شده تا داده‌ها در نقطه اتصال ۱۰ کیلوولت و وضعیت کلیدها جمع‌آوری شوند.

مترهای پالسی موجود دروازه با مترهای انرژی الکترونیکی سه‌فاز چندکاره جایگزین می‌شوند تا داده‌های عملیاتی از واحدهای ژنراتور جمع‌آوری شوند که از طریq fieldbus به FTU منتقل می‌شوند. FTU با ماژول رمزنگاری عمودی دو کارتی مجهز شده است. داده‌ها به صورت امن رمزنگاری شده و از طریق کانال بی‌سیم عمومی اختصاصی با پوشش سیگنال قوی به سیستم کنترل منطقه‌ای یکپارچه ارسال می‌شوند.

وقتی خرابی در خط متصل به شبکه باعث قطع شدن کلید خروجی زیراستانیون می‌شود، حفاظت از دست دادن ولتاژ FTU فعال می‌شود و کلید ستونی باز می‌شود تا نیروگاه برق آبی کوچک را از شبکه جدا کند. همزمان‌سازی و بازپیوند بعد از بازگشت تأمین برق انجام می‌شود.

​۳.۲ تجهیزات بسته خودکار دیجیتال​
بسته خودکار دیجیتال شامل کلیدهای ستونی ZW32، جداکننده‌های دوطرفه، ترانسفورماتورهای ولتاژ تغذیه و FTU‌های دیجیتال است. واحد کلید با سه حسگر الکترونیکی ترکیبی (EVCT) و واحد دیجیتال محلی (ADMU) یکپارچه شده است.

ساختار کلی فشرده و سبک است که نصب و نگهداری را تسهیل می‌کند. در مقایسه با نرم‌افزارهای مراقبتی متعارف تجهیزات تشخیصی، این سیستم اجازه می‌دهد تا نرم‌افزار مراقبتی اطلاعات عملیاتی را از سیستم‌های عملیاتی ۳۲ واحد دریافت کند. همزمان اندازه فایل‌های تصویری دوربین و مراقبت از وضعیت عادی نرم‌افزارهای تشخیصی (بسته کوچک، بسته میله‌ای، عدم وجود میله در کارتن، تشخیص چرخ پنج‌گانه) و اطلاعات عملیات رد شدن را نیز ثبت می‌کند. نمایش‌های خاص شامل:

• نرم‌افزار داده‌های تصویر رد شده را به کنسول ارسال می‌کند.
• نرم‌افزار تمام داده‌های تصویری را به کنسول ارسال می‌کند.
• نرم‌افزار تمام داده‌های آماری (شامل برند، تاریخ، زمان، اطلاعات واحد و غیره) را به کنسول ارسال می‌کند.

با استفاده از سرور داخلی کارخانه، وقتی نرم‌افزار مراقبتی تجهیزات تشخیصی داده‌های اطلاعات خرابی تولید می‌کند، این اطلاعات به سرور ارسال می‌شوند و هشدارهای محلی از طریق سرور داخلی کارخانه تولید می‌شوند. اطلاعات خرابی نیز از طریق رایانه شخصی و دستگاه‌های موبایل هشدار داده می‌شوند. مشکلاتی مانند خرابی نرم‌افزار، قطع ارتباط دوربین، عدم گرفتن تصویر توسط دوربین، خرابی حسگر تشخیص تعبیه‌ی کامل بسته‌ی سیگار، عدم دریافت تصاویر نقص و خرابی دستگاه رد شدن باعث نمایش هشدارهای پرشوند روی رابط‌های رایانه شخصی و موبایل می‌شوند. صفحه هشدار اطلاعات خرابی دستگاه، مکان، زمان و رکورد رسیدگی را نمایش می‌دهد.

​۳.۳ اجرای کنترل هشدار کیفیت محصول​
با تحلیل داده‌های تشخیصی تجهیزات، هشدارهای اولیه در صورتی صادر می‌شوند که تعداد بسته‌های سیگار ناقص بیش از حد تعیین شده یا فرکانس ناقص غیرعادی باشد. قابلیت هشدار کیفیت به کارکنان نگهداری اجازه می‌دهد تا قسمت‌های مربوطه تجهیزات تولید اصلی را تنظیم یا تعمیر کنند و نقص‌های کیفی را به طور مؤثر حذف کرده و از تشدید آن‌ها جلوگیری کنند.

داده‌های تجهیزات تشخیصی بسته کوچک، تجهیزات تشخیص چرخ پنج‌گانه، تجهیزات تشخیص عدم وجود میله در کارتن و تجهیزات تشخیص بسته میله‌ای بر اساس اطلاعات نام تصویر نقص کیفی (شامل زمان وقوع نقص، تعداد محصولات ناقص و مکان دوربین که نقص را تشخیص داده) تحلیل می‌شوند. هشدار نقص محصول صادر می‌شود وقتی تعداد نقص بیش از حد هشدار باشد.

با تحلیل زمان و تعداد محصولات ناقص، فرکانس نقص در یک دوره معین و روندهای بلندمدت به صورت آماری تحلیل می‌شوند. این امر پایه‌ای برای مدیریت ارزیابی تجهیزات، هشدارهای به موقع برای کارکنان نگهداری و افزایش مدیریت نگهداری علمی فراهم می‌کند.

​۳.۴ مدیریت متمرکز وضعیت تجهیزات تشخیصی​
کارکنان مدیریت تولید (کارکنان کیفیت فرآیند، مدیران تجهیزات) از سیستم مراقبت برای مقایسه و تحلیل متمرکز وضعیت عملیاتی تجهیزات تشخیصی و وضعیت نقص محصول استفاده می‌کنند. سیستم مراقبت تجهیزات تشخیصی می‌تواند وضعیت عملیاتی زنده، روند نقص کیفی و تحلیل آماری داده‌های تاریخی تمام تجهیزات تشخیصی در کارخانه را نمایش دهد و مدیریت متمرکز یکپارچه تمام تجهیزات کارخانه را فراهم کند.

ضبط کامل تاریخچه خرابی‌ها می‌تواند نسبت واحدهای خراب، نوع خرابی، تجهیزات خراب و زمان‌های اوج خرابی را تحلیل کند. مدیریت نگهداری برنامه‌ریزی شده برای واحدها، نوع خرابی و تجهیزات با خرابی‌های مکرر اعمال می‌شود تا از وقوع آن‌ها جلوگیری شود.

​۴ نتیجه‌گیری​
به طور خلاصه، سیستم تشخیص تجهیزات در آتلیه تولید سیگار یک کارخانه توتون نیاز به نظارت آنلاین به موقع دارد تا وضعیت عملیاتی تجهیزات تشخیصی ردیابی شود، هشدار و مکان‌یابی خرابی ارائه شود. این کار کاهش نقص در فرآیند تولید بسته‌های سیگار، تضمین عملیات تولید صاف و افزایش کارایی تولید را فراهم می‌کند.