خودکارسازی سامانه قدرت

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

سیستم‌های اتوماسیون آخرین دگرگونی است که در حفاظت و کنترل پست‌های فشار قوی پدید آمده‌است. هرچند بیش از دو دهه از پیدایش سیستم‌های اتوماسیون پست‌های فشار قوی نمی‌گذرد، این دانشوری هر روز با شتاب فراوانی در حال دگرگونی و پیشرفت بوده‌است. بیشتر تمرکز این بخش بر روی شناخت سیستم‌های اتوماسیون و روشنگری درباره تفاوت پست‌های سیستم اتوماسیون با پست‌های ساده می‌باشد. دست آوردهای افزوده سیستم اتوماسیون (نسبت پست‌های معمول) وامدار بهره گیری از شبکه‌های کامپیوتری و نرم‌افزارهای وابسته می‌باشد. افزون بر آن، پیاده سازی پست‌ها به صورت اتوماسیون، مایه کاهش زمان هزینه انجام و بهره برداری پست می‌شود. داده گردانی دیگر دستاورد سیستم‌های اتوماسیون است که توانایی بهره برداری از آن در پست‌های معمول نیست. با بهره گیری از یک سیستم اتوماسیون همه رخ دادها و شمارگان اندازه گیری شده پست با برچسب زمان به صورت نرم‌افزاری در یک پایگاه داده انباشته می‌شوند و در هر زمان که نیاز باشد دسترسی پذیر می‌باشند. توانایی افزایش دست یابش و قابلیت اطمینان از دیگر دست آوردهای پیاده سازی پست‌ها به صورت اتوماسیون می‌باشد. سنجش سیستم‌های اتوماسیون نسل‌های پیش با سیستم‌های اتوماسیون کنونی نشان از دگرگونی فراوانی است که در سیستم‌های اتوماسیون پدید آمده‌است. بخش‌های آینده در زمینه آشنایی نخستین با ساختار سیستم‌های اتوماسیون و کارایی آنها می‌باشد.

محتویات

آشنایی[ویرایش]

سیستم‌های اتوماسیون جهشی را در زمینه کنترل، حفاظت و اندازه گیری پست‌های فشار قوی در بر داشته‌اند. به سخن دیگر این سیستم‌ها به جهت پیشرفت دانشوری دچار دگرگونی شده‌اند و از شکل یک سیستم سنتی و سیمی و آنالوگ به سیستم‌های نوین و هوشمند و دیجیتال تبدیل شده‌اند. فرستمان اطلاعات بدست یک کابل فیبر نوری به جای چندین کابل بسیار کلفت و پر رشته برای فرستمان سیگنال‌ها به اتاق کنترل، دگرگونی است که تا چندین سال بهره گیری از آن بهره برداران و کارفرمایان به این موضوع با شک و گمان نگاه می‌کردند. در این بخش یافتاری که برای نخستین بار در سیستم‌های اتوماسیون مطرح شده‌است بیان شود. در حالیکه بیش از دو دهه از به کار گیری سیستم‌های اتوماسیون در پست‌های فشار قوی نمی‌گذرد و این فناوری همچنان با سرعت زیادی در حال تغییر و پیشرفت است. این تغییرات در دهه اخیر بسیار سریع تر بوده‌است و سیستم‌های اتوماسیون پست‌های فشار قوی هر روز به جایگاه واقعی خود که کنترل وحفاظت سیستم‌های قدرت می‌باشد نزدیکتر می‌شوند.[۱] پست‌های فشار قوی به عنوان گره‌هایی در شبکه‌های قدرت بوده و یکی از مهمترین و کلیدی ترین نقاط در امنیت سیستم قدرت می‌باشند. و به همین دلیل کنترل و حفاظت آنها از اهمیت زیادی حتی نسبت به صنایع کلان مانند نیروگاه و پتروشیمی برخوردار است. کنترل و حفاظت در پست‌های فشار قوی از بدو امر تا کنون تغییرات زیادی داشته‌اند. ولی تاریخچه این دو کاملاً با یکدیگر متفاوت می‌باشد. سیستم‌های حفاظتی در پنجاه سال اخیر دارای تغییرات رو به رشد بوده و پیشرفت‌های زیادی داشته‌اند. در گذشته، اکثر رله‌های حفاظتی به صورت الکترو مکانیکی بوده‌اند که در صورت کم یا زیاد شدن جریان، ولتاژ یا دیگر مقادیر، میدان‌های مغناطیسی خاصی تولید شده و نهایتاً رله عمل می‌نماید. با پیشرفت فناوری الکترونیک رله‌های الکترونیکی یا استاتیکی ظاهر شدند که عملکرد آنها بر اساس خروجی مدارهای آنالوگ بود. با پیشرفت فناوری دیجیتال و ظهور رله‌های میکرو پروسسوری تحولی عظیم در نحوه حفاظت‌ها صورت گرفته‌است. به عنوان مثال حفاظت پیچیده‌ای مانند حفاظت دیستانس که در گذشته نسبتاً حجیم و پر هزینه بود، در حال حاضر به سادگی و در قالب منطق‌های نرم‌افزاری و با استفاده از میکرو پروسسورهای سبک و کوچک طراحی شده و عمل می‌کند. این سیستم‌ها علاوه بر سادگی دارای دقت بالاتری نیزمی باشد. در حال حاضر محدوده زون‌های حفاظتی یک رله دیستانس توسط نرم‌افزار مشخص می‌شود و اطلاعات مربوطه در تنظیم رله اعمال می‌شود[۲] . به همین علت رله‌های نسل جدید همگی به حافظه داخلی و پایانه مخابراتی مجهز شده‌اند و تمام تنظیمات در قالب یک فایل توسط نرم‌افزارهای پیشرفته طراحی شده و توسط کابل ارتباطی ازطریق رایانه به رله‌ها اعمال می‌شوند. این کار توسط کابل‌های سریال و با پروتکل Mod-Bus صورت می‌گیرد. بدین صورت که تنظیمات و پیکره بندی رله‌ها از طریق یک رایانه قابل حمل و برقراری ارتباط مستقیم و مجزا با هر رله از طریق یک کابل سریال که معمولاً از نوع RS-232 می‌باشد تحقق می‌یابد[۳]

. البته تعدد رله‌ها در هر پست و نیاز به هماهنگی بین آنها باعث می‌گردد تا کار تنظیم دوره‌ای رله‌ها، هر چند که ساده تر از رله‌های الکترونیکی و الکترومکانیکی باشد، کار سخت و زمانبری باشد. با پیشرفت تکنولوژی شبکه‌های کامپیوتری، طراحان به فکر استفاده از این شبکه‌ها برای انتقال اطلاعات مربوط به تنظیمات و پیکره بندی افتادند. لذا به جای برقراری ارتباط مستقیم با هر رله از طریق یک کامپیوتر مرکزی مستقیماً به همه رله‌ها دسترسی داشته، تنظیمات را انجام داد. در این حالت نیاز به قطع و وصل مداوم کابل Rs-232 از یک رله به رله دیگر نمی‌باشد. هرچند که عملکرد حفاظت کاملاً مشابه رله‌های نسل قبل باقی‌ماند. تاریخچه تبدیل کنترل‌های سنتی به کنترل‌های اتوماسیون با سیستم‌های حفاظت کاملاً متفاوت است. کنترل در پست‌های معمول توسط تابلوهایی که به تابلوهای میمیک موسوم هستند صورت می‌گیرد. میمیک‌ها در واقع تک خطی پست را بر روی تابلوها رسم می‌کنند که به جای کلیدها و سکسیونرها از دیسکریپنسی و یا ترکیب سمافور و کلید فشاری استفاده می‌شود. وضعیت باز وبسته کلیدهای فشار قوی و سکسیونرها توسط دو کنتاکت اصلی به المان‌های میمیک گزارش می‌شود. با توجه به اینکه در پست‌های معمولی تمام تابلوهای حفاظت و کنترل در اتاق کنترل قرار دارد فاصله بین تجهیزات فشارقوی تا اتاق کنترل بسیار زیاد است. در پست‌های ۴۰۰ کیلو ولت این فاصله به طور متوسط حتی به ۴۵۰ متر نیز می‌رسد. ظهور کنترل کننده‌های صنعتی در بحث پست سبب شد تا میمیک‌های نسل قبل جای خود را به این المان‌ها بدهند. بدین معنی که کلیدها و سکسیونرها وضعیت‌های خود را به ورودی‌های دیجیتال این کنترل کننده‌ها می‌دهند و میمیک نقشه تک خطی بر روی صفحه نمایش رسم می‌شود.[۴]

سیستم‌های کنترل توزیع شده[ویرایش]

پست‌هایی که مجهز به سامانه خودکار باشند پست‌های DCS یا سیستم با کنترل پخش شده نامیده می‌شوند. این نامگذاری نشان دهنده این است که کنترل پخش شده برجسته ترین و نخستین ویژگی پست‌های با سامانه خودکار می‌باشد. برای اینکه حجم کابل‌های پست که بخش فراوانی از هزینه سراسری پست را می‌برگیرد کاهش یابد، ایده نشاندن کنترل کننده‌ها در جایگاه و در نزدیکی کالاهای فشار قوی بازگفته شده‌است. در این برنامه دانستار از سوی یک شبکه رایانه‌ای به فرمانسرا (control room) برده می‌شود. این ایده افزون بر کاهش هزینه ساخت پست فشار قوی، نگرانی برخاسته از تاثیر واداشتی)القایی) الکترومغناطیسی بر روی کابل‌های دراز دارای سیگنال‌های فرهی(الکتریکی) که در پست‌های ساده هستند را نیز بر طرف می‌نماید که از برای نبود تاثیر امواج الکترومغناطیسی بر روی کابل‌های از نوع بافت نوری که سیگنال‌های نوری را می‌برد می‌باشد. برای کاهش حجم کابل کشی پست، کالاهای کنترلی، حفاظتی و اندازه گیری در اتاق‌هایی نزدیک کالاها می‌باشند که به نام اتاق‌های BCR نامیده می‌شوند. همه دانستارهایی که در کالاهای درون هر اتاق BCR انباشته می‌شود از راه بافتهای نوری به فرمانسرا فرستاده می‌شود و در رایانه‌های Server انباشته و پردازش می‌شود و در HMIها نمایش داده می‌شود. در زمینه پخش تغذیه نیز سیستم‌های DCS تاثیر سپنتای (مثبت) برجای گذاشته‌اند. در هر اتاق BCR یک تابلوی پخش AC و یک تابلوی پخش DC نشانده می‌شود که به دست یک یا چند کابل ورودی تغذیه شده و پس از چند شاخه شدن در تابلو برای همه نیازهای درون اتاق BCR بخش می‌شود. لذا در سیستم‌های DCS افزون بر کاهش درازا کابل‌های اندازه گیری گردش و ولتاژ(چونکه اتاق BCR به کالاها فشار قوی نزدیک شده‌اند) و زدایش کابل‌های سیگنال و اندازه گیری، بدلیل بهره گیری از بافت نوری به جای کابل مسی، حجم کابل‌های پخش نیز کاهش یافته و با یک کابل بنیادی جایگزین شده‌است. برای نمونه، در سیستمهای غیر پخش شده برای تغذیه هرچرخاک (موتور) وابسته به کلیدهای پست یک کابل جداگانه کشیده می‌شود ولی در سیستم‌های پخش شده همه کابل تغذیه چرخاکها با یک کابل فراهم می‌شود و با پرداختن به دمدمی بودن بار چرخاک و ضریب همزمانی پایین، اندازه کابل نیز خیلی بزرگ نمی‌شود..

تعریف سطح‌ها[ویرایش]

سیستم‌های اتوماسیون عموماً به سه لایه بخشبندی می‌شوند. این بخش بندی بر پایه محل فیزیکی جای گرفتن المان‌ها می‌باشد. در اینجا لایه‌های گوناگون فشرده وار شناسانده شده‌اند.

Station Level یا سطح پست[ویرایش]

تجهیزاتی که در این سطح جای گرفته‌اند، در فرمانسرا (اتاق کنترل) سوار می‌شوند. سرورها، HMIها، GPS، Gateway و رهیاب از المان‌های این لایه می‌باشند. نکته مهین این است که، برپایه استاندارد همه کارکردهای بنیادی پست مانند سیستم‌های کنترل، حفاظت، اندازه گیری به ناچار باید نابسته از لایه پست باشند. این لایه در واقع جایگزین تابلوهای کنترل، ER، FR و اسکادا که در پست‌های معمولی در فرمانسرا می بوده‌است.

Bay Level یا سطح بی[ویرایش]

تجهیزات این سطح در اتاق‌های BCR مستقر هستند و مهمترین سطح یک سیستم اتوماسیون می‌باشد. طبق استاندارد با از دست رفتن کل سطح پست این سطح بایستی بتواند به طور کامل تمام وظایف از جمله کنترل، پایش، حفاظت و اندازه گیری را انجام دهد. لذا تمام منطق‌های کنترل و اینترلاک لزوماً باید دراین سطح و در داخل BCUها ساخته شود و تمام تجهیزات حفاظتی نیز در همین سطح قرار دارند.

Process Level یا سطح تجهیزات[ویرایش]

این سطح در نزدیکترین فاصله با تجهیزات فشار قوی قرار دارد و وظیفه انتقال اطلاعات از تجهیزات اندازه گیری فشار قوی و ارسال فرمان باز و بست به کلیدها را دارد. بر خلاف دو سطح دیگر این سطح تاکنون در پست‌های اتوماسیون پیاده سازی نشده‌است و کاملاً مشابه با پست‌های معمولی می‌باشد. به عبارت دیگر ارتباط سطح Bay Level و تجهیزات فشار قوی به صورت مسی می‌باشد. با پیدایش استاندارد IEC-61850 پیاده سازی این سطح یک درجه به واقعیت نزدیکتر شده‌است که در آن صورت تجهیزات فشار قوی بایستی مجهز به ورودی و خروجی‌های میکرو پروسسوری باشند تا بتوانند با تجهیزات سطح Bay ارتباط دیجیتالی برقرار نمایند.

دست آوردها[ویرایش]

پیدایش سیستم‌های اتوماسیون دست آوردهای زیادی را در جنبه‌های مختلف به همراه داشته‌است.

دست آوردهای فنی[ویرایش]

قابلیت‌های فنی سیستم‌های اتوماسیون ایده‌هایی هستند که قبل از ظهور سیستم‌های اتوماسیون پیاده سازی آنها کاملاً غیر ممکن بود. دست آوردهای فنی سیستم اتوماسیون (در مقایسه با پست‌های معمولی) مربوط به بهره گیری از شبکه‌های کامپیوتری و نرم‌افزارهای مربوطه می‌باشد که بعضی از آنها به شرح زیر می‌باشند:

امکان ارتباط با دور دست

در پست‌های معمول امکان ارتباط با شبکه بالادست تنها از طریق دیسپاچینگ و از طریق ارتباط PLC فراهم می‌باشد. در حالی که شبکه‌های کامپیوتری را که دارای پروتکل TCP/IP هستند به سادگی و به کمک Router می‌توان به شبکه جهانی اینترنت متصل نمود.

امکان پیاده سازی منطق‌های نرم‌افزاری

در پست‌های معمولی منطق‌های کنترلی به کمک رله کمکی ساخته می‌شد، که علاوه بر هزینه بربودن، طول عمرشان نیز محدود و وابسته به تعداد عملکرد آنها می‌باشد. تأخیرها، حجم زیاد کابل کشی بین تابلوها و شلوغی تابلوها، نیاز به تابلوی پشتیبان برای تکثیر وضعیت‌ها در سیستم‌های متداول، دیگر در سیستم‌های اتوماسیون وجود ندارد.

امکان پیاده سازی حالت انتظار در سطح پست

حالت انتظار به معنای جلوگیری از امکان فرمان دهی از دو نقطه به صورت همزمان که می‌تواند منجر به اتفاقات خطرناکی در شبکه شود، است و سیستم تا زمانی که عمل اول به پایان برسد در حالت انتظار قرار می‌گیرد. تا کنون چنین امکانی در سطح پست وجود نداشته‌است. در سیستم‌های اتوماسیون این عمل به سادگی و با روش‌های نرم‌افزاری قابل پیاده سازی می‌باشد.

نمایش دینامیک سیستم

در پست‌های معمولی نمایش برقدار یا بی برق بودن باسبارها، خط‌ها و ترانسفورماتور غیر ممکن می‌باشد و اپراتور با توجه به وضعیت کلیدها و ولت مترها و آمپرمترها، بی برق یا برقدار و زمین بودن هر قسمت را بایستی استنباط نمایند. ولی سیستم‌های اتوماسیون به طور هوشمند و با کمک مقادیر جریان و ولتاژ و وضعیت کلیدها برق دار، بی برق، زمین بودن و یا جریان دار بودن المان‌ها را با رنگ‌های مختلف نمایش می‌دهد.

دست آوردهای اقتصادی[ویرایش]

اتوماسیون پست‌ها به صورت باعث کاهش زمان لازم و هزینه اجرا و بهره برداری پست می‌شود که در زیر به برخی از آنها اشاره می‌شود.

کاهش هزینه کابل

نزدیک به %۱۰ کل هزینه پست مربوط به هزینه کابل آن است. با توجه به اینکه در سیستم‌های اتوماسیون، حجم کابل‌های حفاظت و کنترل و کابل‌های توزیع بسیار کاهش می‌یابد و کابل‌های باز و بست نیز بسیار کوتاه و نازک تر می‌شوند، لذا حجم کابل مورد نیاز به میزان %۳۰ کاهش یافته و باعث %۳ کاهش در هزینه نسبت به طرح‌های معمول می‌شود. این درصد کاهش هزینه قابل ملاحظه می‌باشد.

کاهش تعداد تابلو و تجهیزات جانبی

علاوه بر کابل‌های بین تابلوها، پست‌های معمولی درگیرمشکلی به عنوان تعدد و شلوغی بیش از حد تابلوها می‌باشد. تمام وضعیت‌ها توسط رله مکثر تکثیر می‌شود لذا در کنار تابلو کنترل اصلی ناچار به قرار دادن تابلویی که دربرگیرنده سیم‌های داخل تابلو و رله‌های کمکی می‌باشد که به آن تابلو Follower گفته می‌شود. ولی در سیستم‌های اتوماسیون تمام وضعیت‌ها به صورت نرم‌افزاری تکثیر می‌شوند و منطق در داخل رله ساخته می‌شود و دیگر نیازی به تابلوهای Follower نیست. همچنین تابلوهای اسکادا، ثبت حوادث و خطا همگی در داخل HMI متمرکز شده‌اند.

کاهش ابعاد ساختمانی پست

کاهش تعداد تابلوها و انتقال تابلوهای کنترل و حفاظت به اتاق‌های BCR، باعث کاهش قابل توجه ابعاد اتاق کنترل می‌گردد. این کاهش ابعاد هم باعث کاهش هزینه و هم منجر به کوتاه شدن زمان عملیات ساختمانی پست می‌شود.

کاهش هزینه تعمیر و نگهداری

بدلیل استهلاک کمتر تجهیزات دیجیتالی، طول عمر آنها به طور قابل ملاحظه‌ای از تجهیزات الکترومکانیکی بیشتر است. لذا با حذف رله‌های مکثر که دارای کنتاکت و بوبین هستند و جایگزینی آنها با منطق‌های نرم‌افزاری، به طرز چشمگیری متوسط رویداد خطا در سیستم کاهش می‌یابد.

کاهش زمان و هزینه کلی احداث پست

تمامی دلایل ذکر شده در بالا از یک سو باعث کاهش زمان کل احداث پست می‌گردد و از طرف دیگر باعث کاهش هزینه کل احداث پست می‌گردد.

مدیریت اطلاعات[ویرایش]

در پست‌های معمولی بسیاری از اطلاعات از قبیل مقادیر توان، انرژی، تعداد باز و بست‌ها و غیره یا ثبت نمی‌شود و یا اگر ثبت می‌شود به صورت دستی و توسط اپراتور انجام می‌گیرد که ممکن است کامل نبوده و یا دارای خطای انسانی باشد. تمام رخ دادها و مقادیر اندازه گیری شده پست با درج زمان به صورت نرم‌افزاری در بانک اطلاعاتی نرم‌افزار به طور اتوماتیک ذخیره می‌شود. این ذخیره سازی مدیریت اطلاعات را به همراه دارد که امکان پیاده سازی آنها در پست‌های معمول وجود ندارد. بعضی از موارد به شرح زیر می‌باشند:

امکان بازیابی اطلاعات

یعنی تمام اطلاعات از جمله رویدادها، منحنی خطاها، نمودارهای توان، ولتاژ و غیره، در سیستم اتوماسیون به ترتیب زمان ذخیره می‌شود و تمام اطلاعات قابل بازیابی و دسترسی می‌باشند.

امکان جستجو و فیلتر نمودن

سیستم‌های اتوماسیون همانند تمام نرم‌افزارها، قابلیت جستجو و فیلتر کردن اطالاعات را با توجه به مشخصات مورد نیاز در بردارند. که در دست یابی سریع وصحیح به اطلاعات بسیار مفید می‌باشد.

امکان ارسال اطلاعات

با توجه به اینکه تمام اطلاعات به صورت فایل هستند، امکان ارسال فایل‌های خروجی از طریق اینترنت یا ایمیل فراهم است.

خروجی مربوط به تعمیرات

یکی از قابلیت‌هایی که به سبب مدیریت اطلاعات حاصل می‌شود، امکان تولید خروجی‌هایی است که به خروجی تعمیرات موسوم است. درا ین خروجی تعداد باز یا بسته شدن هر کلید را می‌توان از بانک اطلاعاتی استخراج کرد و در سر رسید زمان معین آلارم مربوط به زمان بازدید دوره‌ای را فعال نمود.

امکان افزایش دست یابش[ویرایش]

در پست‌های معمول تنها از طریق تابلوهای میمیک کنترل امکان ارسال فرمان پذیر است. این درحالی است که در پست‌های اتوماسیون نقاط دسترسی متفاوتی در سطوح دسترسی مختلف وجود دارد. به عنوان مثال از Bay Level کنترل کننده بی یا از Station Level از دو یا چند HMI و یا با اتصال Lap Top به صورت اضطراری هنگامی که شبکه قطع باشد. با اضافه کردن نقاط دستیابی، دست یابش سیستم نیز افزایش می‌یابد. که این مورد در پست‌های معمول امکان پذیر نیست.

امکان افزایش قابلیت اعتماد[ویرایش]

کنترل از طریق سیستم‌های معمولی صرفاً به صورت تکی می‌باشد و امکان اجرای مسیرهای تکرار در بسیاری از موارد وجود ندارد. این در حالی است که در سیستم‌های اتوماسیون اجرا هرگونه تکرار به سادگی امکان پذیر است. قرار دادن دو سرور و اتصال دوگانه تجهیزات را می‌توان در رابطه با افزایش قابلیت اطمینان مثال زد.

نسل قبل سیستم‌های اتوماسیون[ویرایش]

سیستم‌های اتوماسیون طی سالهای اخیر پیشرفت‌های زیادی کرده‌اند و از هیچ جهتی با تکنولوژی نسل قبل خود که به کمتر از پنج سال پیش مربوط می‌گردد، قابل مقایسه نمی‌باشند. به عنوان نمونه سیستم اتوماسیون با مدل‌های SAS 500 و SAS 600 که مربوط به سازنده ABB می‌باشد را به صورت زیر می‌توان با یکدیگر مقایسه کرد[۵]

مقایسه دو سیستم از شرکت ABB ABB 500 ABB 600
تکنولوژی ۲۰۰۷- ۲۰۰۹ ۲۰۰۳-۲۰۰۶
سرعت (Mbps) ۱۰۰ ۱٫۲۵
پروتکل LON TCP/IP
مخابرات Peer 2 Peer نه بله
پشتیبانی IEC-61850 نه بله

وظایف[ویرایش]

سیستم‌های اتوماسیون وظایف زیادی را به موازات یکدیگر انجام می‌دهند که می‌توان بعضی از این وظایف را به شرح زیر نوشت.

کنترل و پایش[ویرایش]

مهمترین وظیفه سیستم اتوماسیون کنترل و پایش تجهیزات فشارقوی (کلید، سکسیونر، ترانسفورمرو...) و تجهیزات فشارضعیف (رله‌ها، کنترل کننده‌ها و...) می‌باشد. کنترل و پایش شامل موارد زیر می‌باشد:

الف: پایش وضعیت تمام کلیدها ی فشار قوی، سکسیونرهای خط و زمین، بی برق یا برقدار و یا زمین بودن خطوط و باسبارها، نمایش جریان‌ها و ولتاژهای خطوط، باسبارها و تمام نقاط پست.

ب: پایش و نمایش وقوع هر گونه خطا و عملکرد رله‌های حفاظتی و همچنین کلیدهای حفاظتی فشار قوی با دقت میلی ثانیه.

ج: پایش تمام تجهیزات مربوط به اتوماسیون شامل سوییچ‌ها، سرورها و کنترل کننده‌ها و رله‌ها

د: پایش وضعیت باتری‌های پست

ه: پایش وضعیت اتاق‌های BCR شامل باز یا بسته بودن درب، دمای اتاق و سایر اطلاعات لازم

و: پایش وضعیت خروجی‌های سیستم تغذیه پست شامل LVAC و LVDC مبنی بر عملکرد حفاظت‌های فیدرها

ز: کنترل تمام کلیدهای فشار قوی، ارسال فرمان و اجرای صحیح منطق کنترل

ح: کنترل اتوماتیک سیستم‌های تغذیه پست شامل LVAC و 110 VDC و 48 VDC و تغذیه اینورتر

حفاظت[ویرایش]

کاربردی که سیستم اتوماسیون پست را نسبت به سیستم‌های اتوماسیون دیگر صنایع متمایز می‌کند، کاربرد حفاظتی سیستم اتوماسیون می‌باشد. البته ذکر این نکته در ابتدای امر ضروری است که تا کنون هیچ استفاده حفاظتی از سیستم‌های اتوماسیون نشده‌است و سیستم حفاظت پست کاملاً مجزا از سیستم اتوماسیون پیاده سازی شده‌است. بدین ترتیب که اندازه جریان و ولتاژ توسط کابل‌های مسی به رله گزارش می‌شود و همچنین فرمان‌های باز و بسته شدن کلیدها از طریق کابل‌های مسی به کلیدها ارسال می‌گردد. علت این امر نگرانی از عدم عملکرد صحیح و سریع و با قابلیت اطمینان کافی سیستم اتوماسیون می‌باشد. سیستم‌های اتوماسیون تقریباً ناشناخته هستند و رفتار آنها تابع اتفاقات احتمالی می‌باشد. ترافیک شبکه و در دسترس بودن یا نبودن المان‌ها از عواملی هستند که عملکرد سیستم اتوماسیون را تحت تاثیر قرار می‌دهد. امور زیر را می‌توان به عنوان وظیفه سیستم حفاظت در نظر گرفت:

دریافت مقادیر جریان و ولتاژ از طریق سیستم اتوماسیون[ویرایش]

با گزارش اندازه جریان و ولتاژ به یکی از گره‌های شبکه، تمام رله‌های حفاظتی و کنترل کننده‌ها می‌توانند از این مقادیر استفاده کنند. در حالی که در حال حاضر برای تک تک رله‌های حفاظتی اندازه جریان به طور مستقیم گزارش می‌شود که با احتساب اندازه‌هایی که به تجهیزات اندازه گیری گزارش می‌شود، ترانسفورمرهای جریانی دارای چهار الی شش سیم پیچ تبدیل جریان می‌باشند. درصورتیکه در صورت استفاده از قابلیت‌های سیستم اتوماسیون با گزارش یک مقدار به شبکه تعداد سیم پیچ‌های ترانسفورمر جریان به یک یا دو سیم پیچ کاهش خواهد یافت[۶]

. مزایای جانبی دیگری از جمله عدم نیاز به بررسی هماهنگی مشخصات ترانسفورمر جریانی و رله نیز حاصل می‌گردد. البته این موضوع نیاز به مجهز نمودن تجهیزات اندازه گیری فشار قوی به تجهیزات شبکه دارد که در حال حاضر یا آینده نزدیک، برای کاربرد آن نمی‌توان تصوری داشت[۷]

ارسال فرمان قطع و وصل به تجهیزات فشار قوی[ویرایش]

در حال حاضر فرمان‌های قطع و وصل توسط دو مسیر مستقل از کابل‌های قطور(با سطح مقطع ۶ یا ۱۰) صورت می‌گیرد. با توجه به تعدد کلیدها و سکسیونرهای پست وزیاد بودن فاصله بین تجهیزات فشار قوی و اتاق BCR، کابل‌های Trip/close حجم زیادی از کابل‌های پست را تشکیل می‌دهند. همانند تجهیزات اندازه گیری، این موضوع نیاز به مجهز نمودن کلیدهای فشارقوی به تجهیزات شبکه دارد که در حال حاضر یا دست کم در آینده نزدیک این کار عملی به نظر نمی‌رسد[۸] .

گفتگو بین رله‌ها[ویرایش]

در کاربردهای فراوانی نیاز به این است تا دو رله حفاظتی با یکدیگر گفتگو داشته باشند. به وارون دو حالت پیش این کاربرد خیلی باور نکردنی نمی‌باشد، زیرا هم اکنون همه رله‌ها توانایی شبکه شدن را دارند و با این شبکه هم اکنون توانایی پیوند مستقیم و گفتگو رله‌ها با یکدیگر بودن دارد. اما علت اینکه این امر تا کنون انجام نشده‌است این است که هنوزبه سامانه خودکار اعتماد لازم وجود ندارد تا وظایف حفاظتی را پذیرا شود. برخی از این کاربردها را به عنوان نمونه می‌توان بگونه زیر نام برد[۹] .

الف- حفاظتCBF St.1: همه حفاظت‌های متصل به یک بی پس از فرستاده فرمان بازشدن کلید، بی درنگ حفاظت CBF را برای رفتار بگونه Re-trip روشن می‌سازند. زمان مورد نیاز برای رفتار CBF Stage 1 برابر ۲۰ میلی ثانیه‌است. با شمردن زمان مورد نیاز برای تصمیم گیری رله، زمان از دست رفته در درون شبکه دست بالا ۵ میلی ثانیه می‌تواند باشد.

ب- هماهنگی بین حفاظت‌های Distance SUB.I و Auto Recloser: این دو رله پیوند تنگاتنگی با یکدیگر دارند، بگونه‌ای که ورودیهای رله "بازبست خودکار" با رفتار حفاظت دیستانس فعال می‌شود و پس از رفتار رله بازبست خودکار گزارش وابسته را به رله دیستانس می‌فرستد. هم اکنون این پیوندها با سیم مسی استوار می‌گردد. اما با بهره گیری از توانایی‌های سامانه خودکار می‌توان این داد و ستد سیگنال را بدون سیم کشی و از روش شبکه پدید آمده انجام داد. زیرا همانگونه که گفته شد در سامانه خودکار همه رله‌ها به سیستم وصل بوده و رفتار خود را به یکدیگر و سرورگزارش می‌نمایند.

ج- حفاظت:CBF St.2 پس از گذشت ۱۰۰ میلی ثانیه از فرستادن فرمان قطع CBF St.1، اگر هنوز گزند به جا بود رله CBF فرمان قطع را برای همه کلیدهای پیرامون آن می‌فرستد. هم اکنون این فرستادن همگی ازروش کابل مسی است. این در حالی است که به کمک سیستم‌های اتوماسیون می‌توان فرمان قطع رله CBF را برای همه رله‌های فیدرهای کنار که با توجه به گستردگی پست بگونه میانگین۱۰ فیدر می‌باشد، بگونه Carrier Aided Trip از روش شبکه سیستم‌های اتوماسیون فرستاد.[۱۰] این روش مایه کاسته شدن همه کابل کشی وابسته به حفاظت CBF St.2 می‌گردد. افزون بر آن، این فرمان را بدون هیچگونه هزینه‌ای می‌توان به چندین رله فرستادن نمود تا مایه افزایش قابلیت اطمینان گردد.

اندازه گیری[ویرایش]

وظیفه دیگر سیستم اتوماسیون، انتقال اطلاعات مربوط به مقادیر اندازه گیری شده به سطح پست می‌باشد. با توجه به تجدید ساختار شدن سیستم‌های انرژی الکتریکی و لزوم دقت و قابلیت اطمینان ارسال اطلاعات، اتصال تجهیزات اندازه گیری نیز به این سیستم بسیار مهم می‌باشد. همانطور که مشخص است برای ارسال صحیح اطلاعات باید اطلاعات از تمام تجهیزات اندازه گیری کننده به مبدل Serial Switch ارسال شود تا اطلاعات شبکه سریال به شبکه TCP/IPمنتقل شود. همچنین اطلاعات، با توجه به توپولوژی شبکه، توسط سوییچ‌ها به سرور منتقل شده و HMIها مقادیر اندازه گیری شده را نمایش می‌دهند.

ارتباط با اسکادا[ویرایش]

در پست‌های معمولی تمام اطلاعات پست شامل وضعیت کلیدها و تجهیزات بایستی با قابلیت اطمینان بالا و سرعت مناسب به اسکادا ارسال شود. اطلاعات حفاظت و کنترلی و همچنین اندازه گیری از تجهیزات به سرور ارسال شده و از آن به طور مستقیم برای Gateway ارسال می‌گردد. در این وظیفه، صحت و اتصال HMIها لزومی ندارد[۱۱][۱۲]

ارتباط با شبکه بالادست[ویرایش]

شبکه داخلی سیستم اتوماسیون Ethernet LAN می‌باشد. و برای اتصال به شبکه WAN و دنیای اینترنت نیاز به تجهیزات خاصی می‌باشد. ارتباط با شبکه بالا دست توسط دو مسیر مجزا و با استفاده ازExternal Modem و Router صورت می‌گیرد[۱۳] . کارایی‌های زیادی را می‌توان با ارتباط با شبکه جهانی اینترنت تصور نمود. امکان برقراری ارتباط و تعمیرات از راه دور و نیز ارتباط با پست‌های مجاور از امکانات دیگر ارتباط با شبکه بالا دست می‌باشد.

هماهنگی زمانی تجهیزات[ویرایش]

مهمترین مشخصه سیستم اتوماسیون پست‌های فشار قوی در مقایسه با اتوماسیون دیگر صنایع که از جهت ابعاد بسیار بزرگتر از آن می‌باشد، نیاز به دقت بسیار بالای زمان رویداد حوادث می‌باشد. لذا لازم است تمام تجهیزات حفاظتی دارای زمان مشابه و سنکرون باشند. تمام تجهیزات به کمک GPS که به سوییچ‌ها متصل است سنکرون می‌شوند[۱۴][۱۵]

ارتباط با رله AVR[ویرایش]

مهمترین جز در پست‌های فشارقوی، ترانسفورمر می‌باشد که کنترل و پایش آن از اهمیت بالایی برخوردار است. لذا در اختیار بودن رله AVR و مکانیزم کنترل Tap-Changer و پایش دمای روغن و سیم پیچ‌های ترانسفورمر از طریق HMI بسیار مهم است. به دلیل عدم امکان اتصال رله‌های AVR به سیستم اتوماسیون، این رله‌ها از طریق BCUها وضعیت‌ها را برای نمایش در HMI و یا ارسال به SCADA ارسال می‌نمایند[۱۶] .

وظایف دیگر[ویرایش]

سیستم اتوماسیون وظایف دیگری نیز دارد که بعضی از این وظایف عبارتند از چاپ، ارسال و بازیابی مقادیر تنظیم و پیکره بندی رله‌ها و نیز برقراری منطق کنترل بینBayهای مختلف.

طرح‌های متداول[ویرایش]

اولین مشخصه‌ای که سیستم‌های اتوماسیون را از یکدیگر متمایز می‌کند، هم بندی تجهیزات می‌باشد. در این بخش به معرفی مهمترین طرح‌هایی که برای ارتباط بین تجهیزات استفاده می‌شود پرداخته می‌شود .

طرح اتصال ستاره دوگانه[ویرایش]

در این طرح ستون اصلی شبکه را ارتباط سوییچ‌هایی که به صورت سری بسته شده‌اند تشکیل می‌دهد و تجهیزات به صورت ستاره به سوییچ‌ها متصل شده‌اند، تشکیل می‌دهند. برای افزایش قابلیت اطمینان مسیر دیگری هم مشابه مسیر اول در نظر گرفته شده‌است.این طرح هنگامی مناسب است که تجهیزات حفاظتی و کنترلی دارای دو پورت ارتباطی باشند و بتوان آن‌ها را به دو سوییچ متصل کرد. در صورت بروز اشکال در هر مسیر، مسیر دیگر ارتباط بین تجهیزات را برقرار می‌سازد.

طرح حلقه سطح بی[ویرایش]

در این طرح سطح‌های Bay و Station در دو شبکه LAN جداگانه قرار دارند. نقطه اتصال این دو شبکه Serverها می‌باشند و هر سطح داده مورد نیاز خود را از سرور دریافت می‌کنند. تنها مزیت این طرح جدا بودن دو شبکه و کاهش ترافیک می‌باشد.

طرح اتصال حلقه کامل[ویرایش]

در این طرح تجهیزات سطح بی و پست در یک یا دو حلقه کامل قرار می‌گیرند. این توپولوژی هنگامی به کار می‌رود که ارتباط تجهیزات به سیستم تنها از یک مسیر برقرار گردد.

محدودیت‌های سیستم اتوماسیون[ویرایش]

سیستم‌های اتوماسیون، علی‌رغم تمام قابلیت‌های فنی که دارند، نتوانسته‌اند برتری‌ها و توانایی‌های خود را نشان دهند. این روند تا جایی پیش رفته‌است که بسیاری از پست‌های جدید و بزرگ به صورت معمولی اجرا می‌شوند و یا به عنوان مثال هنوز، ذخیره و یادداشت اطلاعات از پست‌ها برای ارائه به بازار برق به همان روش سنتی انجام می‌شود. دلایل فنی و غیر فنی زیادی را برای این چالش‌ها می‌توان ذکر کرد که بعضی از آنها به شرح زیر می‌باشد.

ناشناخته بودن سیستم[ویرایش]

مهمترین مشکل در زمینه سیستم‌های اتوماسیون ناشناخته بودن سیستم می‌باشد. این سیستم‌ها تکنولوژی‌های نوظهوری در صنعت پست‌های فشار قوی می‌باشند که تا کنون مطالعات زیادی در زمینه آنها نشده‌است. بهره برداران، طراحان و سایر کسانی که تا کنون در حال طراحی پست‌ها به صورت معمول بوده‌اند، با سیستم‌هایی مواجه شده‌اند که هیچگونه شناختی از آنها ندارند. صحت عملکرد سیستم، قابلیت اطمینان و تأخیر از جمله مواردی هستند که در مورد این سیستم‌ها کاملاً ناشناخته‌است. هنوز هیچ مطالعه جامعی در مورد کارایی این سیستم‌ها صورت نگرفته‌است.

وابستگی سیستم به شرکت سازنده[ویرایش]

یکی از مهمترین مشکلات سیستم اتوماسیون انحصاری بودن تکنولوژی به چند شرکت انگشت شمار می‌باشد. همین انحصاری بودن مشکلات زیادی را برای پیاده سازی آن سبب شده‌است. فروش تجهیزات معمولاً همراه با انتقال تکنولوژی نیست. برخلاف سیستم‌های معمول که شرکت‌های داخلی زیادی در ساخت تجهیزات آنها نقش داشته‌اند، کشور ما در زمینه سیستم‌های اتوماسیون چه از نظر قطعات، نرم‌افزار و طراحی مهندسی کاملاً وابسته بشمار می‌رود. سیستم‌هایی که بفروش می‌رسند معمولاً به صورت بسته کامل می‌باشند. یعنی سیستم‌های پیاده سازی شده معمولاً دارای طرح‌های ثابتی هستند که معمولاً امکان توسعه در آینده در آنها دیده نشده‌است و یا در بردارنده هزینه زیادی می‌باشند. مشکل هنگامی بروز می‌نماید که سیستم نیاز به تغییر داشته باشد که در این صورت علاوه بر هزینه‌های گزافی که فرایند به همراه دارد نیاز به حضور نماینده فنی شرکت مربوطه نیز می‌باشد.

مهندسی و طراحی و پیاده سازی ضعیف[ویرایش]

در سالیان اخیر براستی شرکت‌های زیادی برای دریافت گواهی نامه از شرکتهای خارجی و انجام امور مهندسی بسیار کوشیده‌اند تا خودکفایی کشور در گستره مهندسی نصب و اجرای تجهیزات را به ارمغان آورند. ولی ناکافی بودن اطلاعات در رابطه با سیستم مورد نظر از یک طرف و کمبود اطلاعات علمی در مورد شبکه‌های کامپیوتری و مخابرات و سیستم‌های نرم‌افزاری از طرف دیگر، ضعف در طراحی‌هایی که در این زمینه صورت گرفته را به ارمغان آورده‌است. آنچه مسلم است تجربه سالیان دراز شرکت‌های طراح در زمینه طراحی پست‌های معمولی را نمی‌توان با تجربه یک یا دو ساله مهندسین داخلی در سیستم‌های اتوماسیون مقایسه کرد.

بالاتر بودن احتمال اشتباه در طراحی[ویرایش]

دلایل فراوانی هست که مایه آن می‌شود تا احتمال لغزش در برنامه ریزی سیستم‌های اتوماسیون بیشتر شود. در اینجا سنجشی در این زمینه آورده می‌شود. در سیستم‌های معمول همه برنامه ریزی‌ها در چهارچوب سیم، کابل و کنتاکت می‌باشد. همه چرخه (مدار)های برنامه ریزی شده از سوی شرکت طراح چندین بار از سوی مشاور، کارفرما، مهندسان سوارکننده و دیگران بررسی می‌شود. آزمون‌های فراوانی در چهارچوب تابلو، چرخه و غیره می‌تواند رفتار هر چرخه (مدار) را بررسی نماید. توانایی انجام آزمون با داشتن کالاهای ساده‌ای مانند ولت متر انجام پذیر هست. این گفتار درباره سیستم‌های اتوماسیون دقیقاً در نوک روبرو جای دارد. همه چرخه‌ها در چهارچوب برنامه ریزی‌های نرم‌افزاری انجام می‌شود. هنوز هیچ هماهنگی بین طراح و مشاور برای بررسی و پذیرش نگاشته‌ها نیست. بین نگاشه‌های پایه تا تحویل کالاها، زنجیره گمشده‌ای هست که همان نگاشته‌های Detailed می‌باشد. در این سیستم به جای مدارهای الکتریکی از مدارهای فرزانی (منطقی) به کار گرفته می‌شود که بررسی آنها بسیار دشوارتر از مدارهای فرهی می‌باشد. زیرا هیچ نگاشته نوشته شده‌ای بین طراح و مشاور دادو ستد نمی‌گردد و مدارک طراح از سوی هیچ گروه دیگر بازبینی دوباره نمی‌شود. پیآمد، اینکه برنامه ریزی که برای سیستم‌های اتوماسیون انجام گرفته‌است میانگین وار دارای لغزیدگی‌های بیشتری می‌باشد.

کمبود آگاهی اپراتورها[ویرایش]

سالیان سال پست‌ها به صورت معمولی بهره برداری می‌شده‌است. اپراتورهای زیادی در این زمینه آموزش دیده‌اند و تجربیات زیادی در نحوه بهره برداری معمولی بدست آمده‌است. حذف تمام تابلوهای کنترل که روی آن‌ها میمیک رسم شده و تک خطی کل پست را نمایش داده می‌شد و جایگزینی آن با یک صفحه نمایش برای کاربر نامأنوس می‌باشد. استفاده از کامپیوتر نیاز به آموزش و تخصص دارد که استفاده از اپراتورهایی آشنا به امر را نیاز دارد. کاربرد نابجا از رایانه‌ها سبب آسیب دیدگی سیستم عامل و یا کاهش کارایی آن می‌شود. لازم به ذکر است که گزارش‌های زیادی مبنی بر استفاده نابجا از کامپیوترهای اپراتوری در دست است.

مشکلات نرم‌افزارها[ویرایش]

نرم‌افزارها نقش بسیار مهم و اساسی در سیستم‌های اتوماسیون به عهده دارند. به همین دلیل هرگونه اختلال در نرم‌افزارها مشکلات زیادی را برای کل سیستم بوجود می‌آورد. نسخه اصل بودن نرم‌افزارها مشکلی است که هزینه زیادی را در بر دارد. هرگونه خرابی نرم‌افزارها زمان زیادی برای تعمیر به همراه دارد. در حالی که مشکل در مورد تجهیزات سخت افزاری را می‌توان با المان ذخیره برطرف کرد. متاْسفانه گزارش‌های کاربران پست نشان دهنده آسیب پذیر بودن نرم‌افزارهای سیستم اتوماسیون می‌باشد. که این امر به شدت از کارایی سیستم اتوماسیون می‌کاهد.

ناهماهنگی سیستم‌های مختلف[ویرایش]

یکی از اهداف اولیه در سیستم‌های اتوماسیون یکپارچه سازی انتقال اطلاعات در سطوح پست بوده‌است. ولی متأسفانه سیستم‌های اتوماسیون در نیل به این هدف کاملاً شکست خورده‌اند. در حال حاضر سیستم‌های اتوماسیون کاملاً وابسته به محصولات یک شرکت می‌باشند. یعنی پروتکل تبادل اطلاعات تنها برای محصولات همان شرکت قابل فهم می‌باشد. ابعاد مشکل بوجود آمده بسیار وسیع و همه جانبه می‌باشد. برای بعضی از محصولات نیاز به مبدل‌های پروتکل می‌باشد. برای بعضی از محصولات نیاز به مبدل محیط (مثلاً فیبر نوری به سیم مسی و یا برعکس) می‌باشد. در بعضی حالات به هیچ روشی نمی‌توان دو سیستم را به هم متصل کرد. ولی آنچه مسلم است این مبدل‌ها علاوه بر هزینه‌ای که به همراه دارند باعث تأخیر در سیستم و از دست رفتن اطلاعات اولیه می‌شود. این مشکل زمانی به شدت ظهور می‌کند که یک پست اتوماسیون نیاز به توسعه داشته باشد. پیشرفت تکنولوژی سبب می‌گردد که نسل سیستم به کار رفته در طرح اولیه در زمان توسعه کاملاً منسوخ شده باشد. سیستم دومی که برای توسعه استفاده می‌شود حتی اگر دو طرح از یک سازنده باشند، کاملاً با سیستم اولیه ناسازگار است.

References[ویرایش]

  1. D.P. Buse and Q.H.Wu, IP Network-based Multi-agent Systems for Industrial Automation, Springer, 2007
  2. Leonard L. Grigsby, Electric Power Substations Engineering, Second Edition, 2006
  3. David Bailey, Edwin wright, Practical SCADA for Industry, 2003
  4. Leonard L. Grigsby, Electric Power Substations Engineering, Second Edition, 2006
  5. ABB Oy, "MicroSCADA Pro SYS 600 *9.0 System Overview Technical Description", 1MRS751852-MUM, 2004
  6. R. P. Gupta, Member, IEEE, "Substation Automation Using IEC61850 Standard", Fifteenth National Power Systems Conference (NPSC), IIT Bombay, December 2008
  7. Lars Andersson, Christoph Brunnerand Fred Engler, "Substation Automation based on IEC 61850 with new process-close Technologies"
  8. Lars Andersson, Christoph Brunnerand Fred Engler, "Substation Automation based on IEC 61850 with new process-close Technologies"
  9. Seong-Il Lim, Dong-Ho Park, Seung-Jae Lee, Seung-Soo Han, Myeon-Song Choi "RELIABILITY ENHANCEMENT SCHEME FOR IEC61850 BASED SUBSTATION AUTOMATION SYSTEM", IFAC Symposium on Power Plants and Power Systems Control, Kananaskis, Canada, 2006
  10. Seong-Il Lim, Dong-Ho Park, Seung-Jae Lee, Seung-Soo Han, Myeon-Song Choi "RELIABILITY ENHANCEMENT SCHEME FOR IEC61850 BASED SUBSTATION AUTOMATION SYSTEM", IFAC Symposium on Power Plants and Power Systems Control, Kananaskis, Canada, 2006
  11. ] David Bailey, Edwin wright, Practical SCADA for Industry, 2003
  12. Gordon Clarke, Deon Reynders, Edwin Wright, Practical Modern SCADA Protocols, Published By ELSEVIER, 2004
  13. ۹
  14. Leonard L. Grigsby, Electric Power Substations Engineering, Second Edition, 2006
  15. H. Lee Willis, Muhammad H. Rashid, Control and Automation of Electrical Power Distribution Systems, 2007
  16. ۱۰