المحافظة علي حالة التشغيل الآمنه والدقيقة للمحطات الكهربائية هي أهم التحديات التي تدعم إستقرار الشبكة الكهربائية والتي تكمن في دقة عمليات التشغيل للمعدات بإستجابتها لأوامر الفصل والتوصيل وأيضا تحليل الأعطال بطريقة صحيحة وسريعة بما يضمن إعاده الشبكة الي حالة التشغيل الطبيعي بعد أي عطل مع الأخذ في الإعتبار مراقبة الأحمال والإشارات بطريقه شاملة للمحافظة علي إستقرار الشبكة، وكل ذلك مع مراعاة تقليل تكلفة التشغيل. فقد إعتمد نظام الشبكات الكهربائية منذ بدايته علي تواجد الأيدي العامله علي مدار الساعة لمراقبة المعدات وتسجيل الأحمال والأعطال. إلا أنه مع التطور الذي نعيشة أصبحت طريقة التحكم التي تعتمد على الأيدي العامله هي طريقة روتينية وذات تكلفة عالية، وهذا ما كان موجود في الأنظمة القديمة ولايزال موجود في بعض الأماكن حتي الآن كما نري في الشكل رقم (1)، و الذى يجعل المنظومة الكهربائية عرضة للخطأ البشرى و عدم تتبع الأحمال و تحليل الأعطال واتخاذ القرارات الصحيحه بدقه وبسرعه، علاوة على احتماليه الخطأ البشري لحالات الفصل و التوصيل للأنظمة الكهربائية حسب حالة الشبكة.
الشكل (1). حالة المراقبه والتشغيل للمحطات المعتمده على العنصر البشري.
ولكن مع تطور أجهزة الحماية من نظام الإلكتروميكانيكي Electromechanical الي الإلكتروستاتيكي Electrostatic ثم إلي الأجهزة الرقمية Numerical Relay الذي يعتبر الطفرة الرئيسية في نظام التحكم والحماية بالمحطات الكهربائية. حيث أدى استخدام الأجهزة الرقمية Numerical Relay الي دقة إتخاذ القرار بالفصل وتحديد منطقة العطل بكل دقة بالإضافة إلي دقة القياس للأحمال ومتابعة إتجاه سير القدرة فى الشبكة الكهربائية وكثير من المميزات، كما هو مرفق في الشكل (2) لتطور أجهزة الحماية.
الشكل (2). تطور أجهزة الحماية الكهربية.
وما يهمنا في هذا المقال هو إمكانيه التعامل مع أجهزة الحماية من على بعد من أجل عمليات المراقبة والتشغيل. حيث يمكن لمركز المراقبة والتحكم الرئيسي التعامل مع مجموعة كبيرة من المحطات الكهربائية فى آن واحد و بدقة متناهية حيث أن الأجهزة الرقمية Numerical Relay ستمكنهم بالحصول علي بيانات تفصيلية بالأعطال و تتابعها و أيضا إمكانية إرسال أمر الفصل أو التوصيل لأى معدة بالشبكة بكل سهولة و بدون تدخل العنصر البشرى، بالاضافه الي مراقبة الأحمال للشبكة عند كل نقطه مما يتيح المحافظة على استقرار الشبكة الكهربائية بصوره أفضل.
المهم هو طريقة ربط المحطات الكهربائية مع مركز التحكم لإمكانيه متابعة التفاصيل على الأجهزه الرقميه. حيث عندما بدأ نظام المراقبة عن بعد كان يتم التعامل مع المحطات بنظام الاسكادا Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA) والذي كان من عيوبه محدودية عدد الإشارات التي يمكن نقلها الي مركز التحكم والتي كانت تحتاج الي توصيلات Hard Wires لكل اشارة الي خلايا الاسكادا Remote Terminal Unit (RTU). وقد تم تطوير هذا النظام تبعا لتواجد الأجهزة الرقمية Numerical Relays والتي بدأت بنظام UCA 2.0 communication system أو نظام Modbus لإمكانية عمل Substation Automation System (SAS) بالتوصيل مع أجهزة الحماية والتي كانت أيضاً لها العديد من العيوب وأكبرها أن هذا النظام يحتاج الي أن يكون جميع أجهزة الحماية الموصلة مع نظام التشغيل SAS داخل المحطة من نفس المصنع بحيث أن يكون جميع المحطة ABB relays or Siemens Relays and so on. ولكن إذا إحتجنا إلي تطوير أو التوسع في المحطة فيجب إضافة جهاز من نفس النوع وهذا ما جعل أجهزه الوقاية الرقمية تتطور إلي الإعتماد علي IEC61850 Protocol وهذا هو ما أحدث الطفرة لعملية التشغيل والمراقبه للمحطات، ، كما هو في الشكل (3).
الشكل (3). التحكم والمراقبه عن بعد للمحطات الكهربية .
ويمكننا أن نستعرض أهم ما أضافه برتوكول IEC61850 لنظام التحكم والمراقبه في الشبكات الكهربائية والتي بدأت باتساع عدد الاشارات التي يمكن اضافتها والتي اصبحت لا تعتمد على التوصيلات السلكية Hard wires والتي ترسل الي نظام التشغيل SAS من خلال أسلاك الالياف الضوئية Fiber Optic Cables . والنقطه الأهم لاستخدام هذا البرتوكول هو امكانية التوصيل والملائمة مع أجهزة حماية من أنواع مختلفةً وهذا ما يسمي Interoperability حيث يقوم بترجمة كل مرحل الي configured IED description (CID) والذي يمكن التعامل معه من قبل نظام التشغيل SAS مما اتاح إمكانية تغيير أي مرحل حماية بأي إصدار وأيضًا التوسع في عدد الأجهزة داخل المحطة دون أي ضرر علي نظام التحكم والمراقبه.
الشكل (4) تطور نظام التحكم مع استخدام برتوكول IEC61850.
من أهم المميزات لاستخدام ميزة IEC61850 هو GOOSE Message وهذا ما يتيح مراقبة بعض المعدات لمعدات أخري داخل المحطة وهذه أضافة هامة جداً حيث في الأنظمه القديمة لو نظرنا الي الانترلوك لتوصيل الارضي Earth Switch علي الباسبار Busbar فإنه يجب التأكد بأن جميع سكاكين العزل Disconnector switches مفصولة وذلك لضمان عدم وجود جهد على القضبان Busbar وبالتالي باستخدام الـ Goose يمكن التواصل بين الأجهزة علي كل خلية Panel مع بعضهم لرؤية حالة كل سكينه عزل دون الحاجة الي توصيلات اسلاك بين ارضي القضبان وسكاكين العزل في كل خليه وهذا ما هو موضح في الشكل (5). أيضا استخدم بروتوكول IEC61850 قد اتاح Time synchronization ومزامنة الوقت هذه قد ساعدت بصورة هامة جداً لسرعة الفصل والتوصيل للمعدات وسرعة ترجمة امر الفصل او التوصيل للمعدة من مركز التحكم والذي يعتمد علي Global Position System (GPS) ولذلك ارتفعت دقة النظام في التشغيل للمعدات.
الشكل (5). دوائر الانترلوك بين المعدات داخل المحطه بالاعتماد علي IEC61850.
وللإطلاع علي بيانات أكثر دقه حول IEC61850 يمكنكم متابعة الموضوع التالي بالضغط هنا .
وأرجو ان يكون الموضوع مفيد وبالتوفيق لنا جميعاً.
