حل مشکلات دقت بار کم: راهنمای به‌روزرسانی متر دیجیتال برای شبکه‌های برق میدان نفتی

I. مقدمه و پس‌زمینه​

دستگاه‌های سنجش برقی نقش مهمی در نظارت بر عملکرد ایمن، پایدار و اقتصادی شبکه‌های توزیع برق دارند. به طور سنتی، دستگاه‌های سنجش برقی اشاره‌ای که از نوع پوینتر آنالوگ هستند، به طور گسترده‌ای در زیرстанسیون‌های میدان نفتی استفاده شده‌اند. با این حال، با توسعه شبکه و افزایش نیازها به دقت و قابلیت اطمینان سنجش، دستگاه‌های پوینتری در طول زمان ضعف‌های متعددی را نشان داده‌اند، از جمله خطاهای خواندن قابل توجه، عدم دقت در نشان‌دادن تحت بارهای کم و مشکلات در تناسب دامنه.

برای مدرن‌سازی نظارت بر عملکرد زیرستانسیون و تضمین دقت، شفافیت و قابلیت اطمینان سنجش داده‌ها، این پیشنهاد شامل به‌روزرسانی جامع از دستگاه‌های پوینتری موجود به دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال است. دستگاه‌های دیجیتال با دقت بالا، خوانایی آسان، مقاومت قوی در برابر تداخلات و ویژگی‌های نصب و نگهداری آسان، راه‌حل مطلوب برای مشکلات فعلی هستند.

​II. وضعیت فعلی و تحلیل مشکلات (محدودیت‌های دستگاه‌های پوینتری)​​

دستگاه‌های پوینتری که در حال حاضر استفاده می‌شوند عمدتاً با مشکلات فوری زیر مواجه هستند:

1. ​خطاهای خواندن:​​ وابستگی به خواندن دیدی دستی به راحتی منجر به خطاهای زاویه‌ای می‌شود. روش‌های نادرست خواندن نیز به خطاهای انسانی کمک می‌کند و دقت داده‌ها را کاهش می‌دهد.
2. ​عدم دقت شدید تحت بارهای کم:​​ بار واقعی در زیرستانسیون‌های میدان نفتی اغلب در محدوده ۵٪-۱۰٪ مقیاس دستگاه قرار دارد. با این حال، محدوده دقت نشان‌دادن دستگاه‌های پوینتری فقط ۲۰٪-۸۰٪ مقیاس است. تحت چنین بارهای کمی، خواندن‌ها ممکن است از مقدار واقعی با صدها یا حتی هزاران آمپر انحراف داشته باشد، که نظارت را بی‌معنا می‌کند.
3. ​تعویض دامنه غیرعملی:​​ برای اینکه نشان‌دادن به محدوده دقت برسد، لازم است دامنه دستگاه تغییر کند، اما این باید با نسبت ترانسفورماتور جریان مطابقت داشته باشد. چون ترانسفورماتورهای سنجش و حفاظت غالباً به صورت واحد یکپارچه ساخته می‌شوند، تعویض ترانسفورماتورها شامل کارهای مهندسی بزرگ و هزینه‌های بالا است و این کار غیرعملی است.

​III. راه‌حل: مزایا و کاربرد دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال​

​۱. اصل سنجش​

دستگاه‌های دیجیتال از فناوری پیشرفته A/D (Analog-to-Digital) استفاده می‌کنند. آنها ابتدا مقادیر الکتریکی آنالوگ مداوم (مانند ولتاژ و جریان) را به مقادیر دیجیتال گسسته تبدیل می‌کنند، سپس سنجش، پردازش و نمایش می‌دهند. این اساساً با مکانیسم سنجش آنالوگ مستقیم دستگاه‌های پوینتری متفاوت است.

​۲. مقایسه مزایای اصلی​

دستگاه‌های دیجیتال مزایای بسیاری نسبت به دستگاه‌های پوینتری دارند، به طور دقیق در جدول زیر آمده است:

​۳. موقعیت کاربردی​

با توجه به مزایای فوق، دستگاه‌های سنجش الکترونیکی دیجیتال راه‌حل مطلوب برای به‌روزرسانی دستگاه‌ها و عملیات هوشمند و نگهداری در زیرستانسیون‌های میدان نفتی هستند. آنها به طور مؤثر مشکلات ذاتی دستگاه‌های پوینتری را حل می‌کنند و سطح نظارت عملیاتی و کارایی تصمیم‌گیری را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند.

​IV. نقاط کلیدی اجرایی و نصب​

برای تضمین اجرای صاف و عملکرد پایدار بلندمدت پروژه به‌روزرسانی دستگاه‌های دیجیتال، جنبه‌های زیر نیاز به تأکید دارند:

1. ​پیکربندی تأمین توان کمکی:​​
• ​اولویت قابلیت اطمینان:​​ توصیه می‌شود که توان کمکی دستگاه از سیستم توان DC یا از منابع موثوق مانند مدارهای روشنایی پشتیبان یا مدارهای با توان پشتیبان در سیستم توان کمکی زیرستانسیون تأمین شود. این امر از از دست دادن توان دستگاه در حین قطع کامل توان زیرستانسیون جلوگیری می‌کند که می‌تواند به تشخیص غلط اپراتور منجر شود.
• ​حفاظت مستقل:​​ هر مدار توان کمکی دستگاه باید با یک فیوز اختصاصی یا کلید کوچک با ظرفیت قطع بالا مجهز شود تا از جداسازی مؤثر در صورت وقوع خطا اطمینان حاصل شود.
2. ​استانداردسازی و زیبایی:​​
• نوع، رنگ پنل، ابعاد برش و غیره دستگاه‌های دیجیتال انتخابی باید استاندارد شوند تا زیبایی و یکپارچگی کلی پنل‌ها/کابینت‌های کنترلی حفظ شود.
3. ​اقدامات ضد تداخل:​​
• با توجه به محیط الکترومغناطیسی پیچیده در زیرستانسیون‌ها، محصولات اثبات‌شده که آزمون‌های محیط‌های الکتریکی و مغناطیسی قوی را عبور داده‌اند باید انتخاب شوند.
• در فازه‌های طراحی و نصب، اقدامات پیشگیرانه مانند سایه‌زنی و زمین‌دهی صحیح باید انجام شود تا عملکرد پایدار بلندمدت دستگاه‌ها در شرایط الکترومغناطیسی سخت تضمین شود.
4. ​دوره‌بندی کالیبراسیون و نگهداری:​​
• تمام دستگاه‌های دیجیتال باید در برنامه کالیبراسیون دوره‌ای شامل شوند، با دوره توصیه‌شده یک سال.
• برای تضمین دقت سنجش، دستگاه‌ها باید قبل از هر سنجش یا کالیبراسیون مهم ۱۵ دقیقه روشن شوند و پیش‌گرم شوند.
5. ​پشتیبانی فنی و پیگیری:​​
• پس از به‌روزرسانی و راه‌اندازی، تامین‌کننده باید بازدیدهای پیگیری کاربران را انجام دهد، مشکلات عملیاتی را به طور سریع رسیدگی کند و توضیحات فنی و آموزش‌های لازم را به کارکنان عملیاتی ارائه دهد.

​V. روش‌های کالیبراسیون دستگاه‌های دیجیتال کلیدی​

برای تضمین دقت سنجش، تمام دستگاه‌های دیجیتال نصب شده جدید و دوره‌ای بررسی شده باید طبق مشخصات کالیبراسیون شوند. زیر یک خلاصه از فرآیند کالیبراسیون برای انواع اصلی دستگاه‌ها آمده است:

• ​مراحل اولیه عمومی:​​ تأمین توان کمکی را وصل کنید؛ بررسی کنید که نمایش دیجیتال یا صفحه نمایش به طور عادی نمایش داده می‌شود.
• ​کالیبراسیون آمپرمتر:​​ سیم‌ها را طبق دیاگرام سیم‌کشی وصل کنید؛ جریان AC استاندارد (مثلاً ۵A) اعمال کنید؛ پتانسیومتر کالیبراسیون را تنظیم کنید تا به مشخصات مطابقت دهد؛ سپس جریان‌های تناسبی (مثلاً ۲.۵A, ۱.۲۵A) را برای تأیید خطی بودن اعمال کنید.
• ​کالیبراسیون ولتمتر:​​ ابتدا دستگاه را صفر کنید؛ سپس سیم‌ها را طبق دیاگرام سیم‌کشی متناسب با سطح ولتاژ (مثلاً ۳۵KV, ۶KV) وصل کنید؛ ولتاژ استاندارد (مثلاً ۱۰۰V) را وارد کنید؛ پتانسیومتر مربوطه را برای نمایش صحیح تنظیم کنید؛ و خطی بودن را تأیید کنید.
• ​کالیبراسیون متر قدرت فعال/غیرفعال:​​
• از یک منبع استاندارد برای خروجی ولتاژ و جریان استاندارد استفاده کنید، کنترل زاویه فاز آنها را انجام دهید.
• ​متر قدرت فعال:​​ دستگاه را در زاویه فاز φ=90° (cosφ=0) صفر کنید؛ مقیاس کامل را در φ=0° (cosφ=1) تنظیم کنید؛ خطی بودن را در نقاط مانند φ=30°, 60° و غیره تأیید کنید.
• ​متر قدرت غیرفعال:​​ دستگاه را در زاویه فاز φ=0° (sinφ=0) صفر کنید؛ مقیاس کامل را در φ=90° (sinφ=1) تنظیم کنید؛ و خطی بودن را تأیید کنید.
• ​کالیبراسیون متر عامل توان:​​ در تفاوت زاویه فاز 0° (عامل توان=1.00) و زوایای خاص (مثلاً 140°) کالیبراسیون کنید تا ارزش‌های نمایشی دقیق باشند.