المحطات الكهربائية الذكية Substation Automation


المحطات الكهربائية الذكية Substation Automation

 

رفع كفاءة المحطات الكهربائية وتخفيض تكاليف التشغيل والصيانة كانت القوى المحركة لتطوير انظمة الوقاية وانظمة تشغيل وصياتة المحطات وانظمة نقل المعلومات والمراقبة والتحكم.

التطور الهائل فى انظمة المعالجات الدقبقة (الميكروبروسيسور) ادى الى انتشار الاجهزة الذكية
Intelligent Electronic Devices IEDs ومنها جهاز الوقاية الرقمى Numerical Relay ولكن للاسف الشديد كانت تنتجها الشركات ببروتوكولات للتخاطب والاتصال مختلفة او بروتوكول خاص بالشركة المنتجة مما ادى الى الاعتماد الكلى على الشركة المنتجة فى التطور او التوسع او الصيانة.

 

المحطات الكهربائية
لذا قامت الجمعية الدولية الكهروتقنية IEC المجموعة رقم 57 TC باعداد بروتوكول قياسى IEC 61850 للتنظيم لانتاج المعدات الكهربائية الذكية وتوحيد لغة التخاطب بينها بحيث يمكن تشغيل معدات مختلفة من مصانع مختلفة لتعمل مع بعضها فى منظومة واحدة بتوافق تام دون الحاجة الى اجهزة او برامج لتقوم بمهمة التوافق بينهما كما كان الحال عند ظهور هذه الاجهزة الذكية. ولنأخذ مثال بسيط ونبين مدى التوفير ورفع الكفاءة وتقليل تكاليف التشغيل والصيانة.

فى المحطات الكهربائية التقليدية لكل معدة كهربائية (مغذى – محول – رابط القضبان) عدد 3 خلايا فى مبنى التحكم للمحطة:

1 – خلية وقاية
2 – خلية تشغيل ومراقبة
3 -خلية قياس ومراقبة

كذلك تركب اجهزة وحدات طرفية Remote Terminal Unit RTU لتجميع المعلومات من معدات المحطة وتبادل تلك المعلومات مع مراكز التحكم.
تجمعت كل تلك الوظائف فى جهاز الوقاية الرقمى, اذ انه يؤدى مهمة الوقايه وكذلك يؤدى مهمة القياس للفولت والتيار ويحسب القدرة الفعالة والقدرة غير الفعالة واى معلومة مطلوبة يمكن حسابها بواسطة الجهد والتيار وزاوية الطور بينهما والزمن مثل حتساب كمية الطاقة كذلك يؤدى مهام التشغيل للمعدة من فصل وتوصيل القاطع الكهربى وسكاكين التوصيل وسكاكين الارضى.

 

 

المحطات الكهربائية

 

 

فى المحطات الكهربائية التقليدية سواء كانت معدات الفصل والتوصيل Switchgear مركبة فى الهواء الطلق AIS او كانت داخل غرفة ومن النوع المعزول بالغاز GIS فانه يلزم كمية كبيرة من الكابلات للربط بينها وبين غرفة التحكم للمحطة – هذه الكابلات تستخدم لتوصيل خلايا التشغيل وخلايا المراقبة وخلايا الوقاية لكل معدة كهربائية بمعدات الفصل والتوصيل ومعدات استشعار الجهد (محول الجهد) ومعدات استشعار التيار (محول التيار) فعلى سبيل المثال لا الحصر يوصل من القاطع الكهربى عددا من الملامسات المساعدة (Auxiliary contacts) لخلايا التشغيل , ملامس لبيان حالة القاطع (موصل أو مفصول) وعدد من الملامسات تستخدم كشرط لامكانية او منع التوصيل (Interlock) للقاطع الكهربى والسكاكين التى لها علاقة به وعدد آخر من الملامسات لخلايا اجهزة الوقاية اللازمة للقيام بمهمة الوقاية.

ونقس العدد من الملامسات او اكثر لكل سكينة توصيل وكل سكينة ارضى ولنفس الوظائف ، كذلك يوصل من محولات التيار كابلات لتوصيل الملفات الثانوية الى خلايا اجهزة الوقاية وخلايا القياس والمراقبة وايضا كابلات لتوصيل الملفات الثانوية لمحولات الجهد الى نفس الخلايا. كذلك يتم توصيل كابلات تخص التشغيل من غرفة التحكم لاتمام عملية التوصيل والفصل سواء العادى او نتيجة لحدوث خطأ وتم اتخاذ امر الفصل من اجهزة الوقاية تلقائيا. يلاحظ أن كمية الكابلات هائلة مطلوبة حتى يمكن التشغيل والتحكم من غرفة تحكم المحطة.

أما فى المحطات الكهربائية الذكية فالوضع يختلف تماما لسببين:

 

 

المحطات الكهربائية

 

 

أولا : تركب اجهزة الوقاية الرقمية اما فى السويتشجير مباشرة او فى غرفة أقرب ماتكون اليها وفى هذه الحالة فان طول الكابلات سوف يكون قليلا جدا بالمقارنة بتوصيلها الى غرة التحكم

ثانيا : يتم توصيل ملامس مساعد واحد او على اكثر اثنين من كل من القاطع الكهربائى وسكاكين التوصيل وسكاكين الارضى وكذلك ثلاثة أو اربعة اسلاك توصل من الملفات الثانوية من محولات الجهد وأخرى من محولات والتيار الى اجهزة الوقاية الرقمية مرة واحدة (ملحوظة هناك بعض التحفظات على محولات التيار من حيث دقة القياس سنتكلم عنه فى جزء خاص به وكيفة الحصول على الدقة المطلوبة فى القياسات) وفى هذه الحالة فان كمية الكابلات سوف تكون قليلة جدا بالمقارنة بالنظام التقليدى.
سوف يتم توصيل جهاز الوقاية الرقمى الى غرفة التحكم باحدى الطرق التالية:
زوج من الاسلاك المجدولة لتوصيله بأجهزة ذات قارنة من النوع RS485
4 ازواج من الاسلاك من نوع CAT5 or CAT6 بلتوصيله بشبكة معلومات وقارنة RJ45
زوج من اسلاك الفيبر لتوصيله بشبكة معلومات وقارنة FDI