الدرس السابق:قسم الوقاية والتحكم في محطات التحويل الكهربائية
نظم التحكم الحديثة في محطات التحويل الكهربائية (Substation Automation System)
نظم التحكم والوقاية فى محطات التحويل تطورت ومازالت تتطور بشكل مطرد خلال السنوات الأخيرة ، فقد تحولت
نظم التحكم فى جميع المحطات الحديثة من نظم التحكم التقليدية (التى تعتمد على استخدام لوحات التحكم المزودة
بمفاتيح يدوية Pushbuttons وContactors متصلة بمهمات المحطة عن طريق كابلات) إلى نظم تحكم تعتمد
على نظم الاتصالات الرقمية الحديثة. وتسمى هذه النظم بالـ ( SAS (Substation Automation Systems .
تمثل الـ SAS عصب التحكم والوقاية لجميع مهمات المحطة ، بل ويربط المحطة بنظام التحكم الإشرافى Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA).
ولا يقتصر دور الـ SAS على التحكم فقط ، بل يتم ربط جميع أجهزة الوقاية الرقمية والإنذارات والإشار ات والبيانات
الخاصة بكل مهمة فى المحطة ليتم عرضها والتحكم فيها من خلال أجهزة الحواسب المخصصة داخل غرفة
التحكم. والصورة التالية تبين صورة من غرفة التحكم بإحدى محطات التحويل (قارن هذه الصورة وإمكاناتها بالصور
الواردة فى الدرس السابق)
وفيما يلى نعرض بشئ من التفصيل للمصطلحات ووظائف الهيكل العام لنظام الـ SAS.
1. وضائف نظــــــــــام الـ SAS.
يشتمل نظام الـ SAS( شكل أسفله) على العناصر التالية:
- جهاز التحكم والمراقبة الخاص بكل عنبر المسمى با Device (IED) Bay Control Intelligent Electronic.
- .
- جهاز الوقاية الخاص بكل عنبر المسمى باBay Protection Intelligent Electronic Device.
- نظام Software Electrical Interlocking لكل المهمات الكهربية بداخل وحدة التحكم للعنبر.
- أجهزة الحواسب المخصصة للتحكم والمراقبة لجميع المهمات الكهربية ، وهى معروفة باسم با HumanMachine Interface (HMI).
- وتنقسم أجهزة الـ HMI إلى Operator’s Workstation (OWS) و Engineering Workstation (EWS)
- شبكتى اتصالات (Ethernet) منفصلتين تماما تشكلا Network Area Local Redundant Ethernet LAN تتكون LAN من , Routers, Gateways,Ethernet Switches and Modems Cables Optical-Fiber
- أجهزة طرفية Terminal devices مثل الطابعات و شاشات العرض و لوحات المفاتيح وغيرها.
- نظام تزامن (GPS (Global Positioning System لربط جميع أجهزة الوقاية والتحكم بزمن موحد على مستوى الشبكة ككل.
- نظام تسجيل الأحداث التتابعى (SER (Sequential Event Recorder لتسجيل كل الأحداث والإشارات مثل فتح أو غلق أي دائرة و عمل أي جهاز من أجهزة الوقاية. ويتم طباعة هذه التقارير بشكل مستمر على طابعات مخصصة.
- نظام تسجيل الإنذارات Annunciation لتسجيل كل الإنذارات الحادثة مثل حدوث عطل فى أجهزة الوقاية أو انقطاع التغذية عنها أو حدوث أعطال وغيرها.
- أجهزة تسجيل الأعطال (TFR (Transient Fault Recorder والتى تقوم بتسجيل قيم الجهد والتيار بالإضافة إلى بعض الإشارات الرقمية الصادرة من أجهزة الوقاية بعد حدوث العطل. يتم الإحتفاظ بهذه البيانات لتحليلها بعد ذلك لمعرفة أسباب وملابسات العطل.
- تشتمل أيضا نظم اـا SAS على الوسائل اللازمة لربط المحطة بالـ SCADA.
والشكل التالي يمثل الشكل العام لنظام الـ SAS.
2. مقارنة بني التحكم فى المحطات التقليدية والمحطات الحديثة.
لنأخذ مثالا بسيطا لنبين به مدى التوفير و مقدار رفع الكفاءة و قدر التقليل فى تكاليف التشغيل والصيانة فى
المحطات الحديثة مقارنة بالمحطات التقليدية.
فى المحطة التقليدية يكون لكل معدة كهربائية سواء كانت (مغذى - محول - رابط القضبان) عدد ثلاث خلايا فى
مبنى التحكم للمحطة:
- -خلية وقاية
- -خلية تشغيل ومراقبة
- -خلية قياس ومراقبة
كذلك تركب أجهزة وحدات طرفية RTU Remote Terminal Unit لتجميع المعلومات من معدات المحطة
وتبادل تلك المعلومات مع مراكز التحكم، والـ RTU عبارة عن جهاز إلكتروني ذكي يمكن تركيبه في مكان بعيد
لكي يعمل كنقطة نهاية للـ field contact ويستخدم زوج من الوصالات النحاسية لكي يشعر ويراقب كل contact & transducer ومنها أنواع توضع في مراكز التحكم كأجهزة إرسال وإستقبال للإشارات ، و منها ما يوضع في
المحطات.
ما فى المحطات الحديثة فقد تجمعت كل تلك الوظائف في جهاز الوقاية الرقمي IED ، اذ أنه يؤدى مهمة الوقاية
وكذلك يؤدى مهمة القياس للفولت والتيار ويحسب القدرة الفعالة والقدرة غير الفعالة و يمكنه حساب أي معلومة
أخرى بدلالة الجهد والتيار وزاوية الطور بينهما والزمن مثل احتساب استهلاك الطاقة. كذلك يؤدى مهام التشغيل
للمعدات من فصل وتوصيل القاطع الكهربائي وسكاكين التوصيل وسكاكين الأرضى.
و فى المحطات التقليدية سواء كانت AIS أو GIS فإنه يلزم كمية كبيرة من الكابلات للربط بينها وبين غرفة
التحكم للمحطة ، و 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 الكهربائي عددا من الملامسات المساعدة (Auxiliary contacts )
لخلايا التشغيل منها ملامس لبيان حالة القاطع (موصل أو مفصول) ، وعدد آخر من الـ Contacts تستخدم
كشرط لإمكانية توصيل أو منع التوصيل (Interlock) للقاطع الكهربائي والسكاكين التي لها علاقة به ، وعدد آخر
من الـ Contacts لخلايا أجهزة الوقاية اللازمة للقيام بمهمة الوقاية. ونفس العدد من الـ Contacts أو أكثر لكل
سكينة توصيل وكل سكينة أرضي لنفس الوظائف ، كذلك يوصل من محولات التيار كابلات لتوصيل الملفات
الثانوية إلى خلايا أجهزة الوقاية وخلايا القياس والمراقبة و أيضا كابلات لتوصيل الملفات الثانوية لمحولات الجهد
إلى نفس الخاليا.
كذلك يتم توصيل كابلات تخص التشغيل من غرفة التحكم لإتمام عملية التوصيل والفصل سواء العادي أو نتيجة
لحدوث خطأ. و يلاحظ أن كمية الكابلات المطلوبة هائلة حتى يمكن التشغيل والتحكم من غرفة تحكم المحطة.
ما فى المحطات الذكية فالوضع يختلف تماما لسببين:
- أوال : تركب أجهزة الوقاية الرقمية إما فى السويتشجير مباشرة أو فى غرفة أقرب ما تكون إليها وفى هذه الحالة فإن طول الكابلات سوف يكون قليلا جدا بالمقارنة بتوصيلها إلى غر فة التحكم.
- ثانيا : يتم توصيل ملامس مساعد auxiliary contact واحد أو اثنين على الأكثر من كل من القاطع الكهربائي وسكاكين التوصيل وسكاكين الأرضى وكذلك ثلاثة أو أربعة أسلاك توصل من الملفات الثانوية من محولات الجهد وأخرى من محولات التيار إلى أجهزة الوقاية الرقمية مرة واحدة وفى هذه الحالة فإن كمية الكابلات سوف تكون قليلة جدا بالمقارنة بالنظام التقليدي .
وبالتالى فقد أدت نظم الـ SAS إلى كثير من المميزات مقارنة بنظم التحكم التقليدية أهمها كما ذكرنا توفير عدد
كبير من كابلات التحكم حيث تم إستبدالها ببرامج وخوارزمات تكتب داخل أجهزة الـ IEDs .وهذا بدوره يؤدى إلى
قلة احتمالية حدوث أعطال أو قطع فى شبكات كابلات التحكم داخل المحطة وبالتالى زيادة نسبة الاعتمادية لنظم
التحكم والوقاية.
وفى الجزء التالى نتعرف على الهيكل الهرمى لنظام التحكم وآليات تنفيذه بشكل مبسط.
3.هيكل التحكم فى نظام الـ SAS.
ينقسم هيكل التحكم فى نظام الـ SAS إلى خمسة مستويات:
1. OFF Mode
وفيه ال يمكن التحكم فى المهمة الكهربية الخاصة بالعنبر من أى مستوى سواءا من داخل أو خارج المحطة.
2. Emergency Mode
وفيه يتم التحكم فى مهمات العنبر عن طريق أجهزة التحكم اليدوية الموجودة فى العنبر ذاته كما هو الحال فى
المحطات ذات نظم التحكم التقليدية. ويستخدم هذا النمط من انماط التحكم فى حالة حدوث أعطال أو صيانة فى
كل أو بعض من أجهزة نظام SAS.
3. Local (BCU) Mode.
وفى هذا النمط يتم التحكم فى مهمات العنبر عن طريق الـ (IED) Bay Control Intelligent Electronic Device .
4. Remote (Station Level) Mode
وفىه يتم التحكم فى مهمات العنبر عن طريق أجهزة الحواسب سواءا الـ OWS) Workstations Operator) أو الـ (EWS) Engineering Workstations .ومن الجدير بالذكر أن الأوامر التى يتم إصدارها من الـ OWS
أو الـ EWS تنتقل عبر شبكة الاتصالات (LAN) إلى الا Bay Control Intelligent Electronic Device (IED) والتى تقوم بدورها بتمرير الأوامر إلى المهمات الكهربائية من خلال أسلاك التوصيل.
5. Remote (Supervisory Level) Mode
وفى هذا النمط يتم التحكم فى مهمات العنبر عن طريق نظام الـ SCADA من خلال مراكز التحكم الأقليمية
والقومية وكما هو الحال فى النمط السابق ، فإن الأوامر التى يتم إصدارها من الـ OWS أو الـ EWS تنتقل عبر شبكة الاتصالات (WAN and LAN) إلى Bay Control Intelligent Electronic Device (IED)
والشكل أسفله يلخص هيكل التحكم الهرمى فى نظام الـ SAS.
وبعد التعرف بشكل مبسط على الهيكل العام لأنماط التحكم فى نظام الـ SAS ، يجدر ذكر أن الجمعية الدولية
الكهروتقنية (IEC) قامت بوضع مواصفة عالمية تضبط تصميم ونمذجة نظم الاتصال داخل شبكات نظام الـ SAS تحت مواصفة رقم 61850-IEC.
السلام عليكم جزاكم الله خيرا على الشرح الرائع محتاج كورس SAS ، متاح مكان كويس في مصر للحصول على الكورس من فضلك
إرسال ردحذفeng.medhatmostafa@gmail.com