سوف نتعرف في هذا المقال على ثلاث نقاط رئيسية:

1. مقدمة عن المحطات الرقمية الذكية.
2. آلية عمل المحطات الرقمية الذكية.
3. أبرز مزايا المحطات الرقمية الذكية.

• أولاً: مقدمة عن المحطات الرقمية الذكية أو ما يُعرف بـ Smart Digital Substation:

لا يمكن إغفال النجاح والانتشار الكبير الذي حققته محطات النقل المؤتمته SAS حول العالم، إلا أن السعي نحو مفاهيم الرقمنة والشبكات الذكية استلزم تعزيز محطات النقل بالكثير من الأنظمة والمعدات الذكية، وقد كان لشركة ABB العالمية الريادة في استحداث جيل جديد من محطات النقل وهي المحطات الرقمية الذكية.

مفهوم المحطات الرقمية الذكية:

هي التي يتم فيها استخدام الألياف البصرية Fiber optic عوضاً عن أسلاك التحكم النحاسية Copper hardwiring بصورة كاملة وتدمج في بُنيتها الأجهزة الإلكترونية الذكية:

1. الـ Intelligent Elec.
2. الـ Tronic Devices IED.

التي ترفع من مستوى الموثوقية والسلامة، وتسهل من عمليات الصيانة والرقابة والتحكم، وتحليل الأعمال والتنبؤ بها قبل وقوعها وخفض التكاليف المرتبطة بهذه المهام.

• ثانياً: آلية عمل المحطات الرقمية الذكية:

تستخدم المحطات الفرعية التقليدية قواطع الدوائر والمحولات الحالية (CT) ومحولات الجهد (VT) ومرحلات الحماية كلها سلكية باستخدام الكابلات النحاسية، ولكن مع التقدم في التكنولوجيا الرقمية والاتصالات والمعايير يتغير هذا الآن إلى ما يعرف بالمحطة الفرعية الرقمية.

تبدأ المحطة الفرعية الرقمية بـ (IEC 61850)  شبكات وأنظمة الاتصالات في المحطات الفرعية:

هذا هو المعيار الدولي الذي يحكم الاتصالات وأنظمة SCADA والأتمتة داخل المحطات الفرعية، إنه العمود الفقري والإطار الذي يتم من خلاله بناء محطة فرعية رقمية.

يتألف المعيار من عشرة أجزاء، ويتلخص الهيكل في الآتي:

• الجزء ١ إلى ٣: نظرة عامة ودليل لفهم المعيار، بالإضافة إلى توفير القواعد العامة.
• الجزء ٤: إدارة مشروع المنتجات والمناقصات لتركيب IEC 61850.
• الجزء ٥ و ٦: تفاصيل متطلبات الاتصال واللغة المستخدمة.
• الجزء ٧: يقدم تفاصيل عن نماذج البيانات والمعاملات التي يستخدمها المعيار.
• الجزء ٨ و ٩: يحددان التعيينات المطلوبة للمحطة وناقل العملية.
• الجزء ١٠: يقدم إرشادات حول كيفية إجراء اختبار المطابقة لتركيب IEC 62850.

يتم تنفيذ المحطة الفرعية الرقمية باستخدام العناصر والمكونات الموضحة في الرسم التوضيحي،  في حين أن الترتيب الموضح ليس الطريقة الوحيدة لتنفيذ محطة فرعية رقمية إلا أنه يمثل أحد الأساليب الأكثر شيوعاً المعتمدة.

الشكل التوضيحي:

• ثالثاً: أبرز مزايا المحطات الرقمية الذكية:

تمتاز المحطات الرقمية بعدة مزايا منها:

1. صغر المساحة.
2. انخفاض التكاليف المرتبطة.
3. قصر زمن الاختبارات قبل التشغيلية مقارنة بالمحطات التقليدية.

وليس هذا فحسب إن أبرز ما يميز المحطات الرقمية هو الاستغناء عن محولات الجهد و التيار التقليدية والتي تزن مئات الكيلوغرامات، واستبدالها بوحدة حساسات صغيرة مشتركة لقياس الجهد والتيار تسمى NCITS، تقوم على:

1. مبدأ Rogowski coils لقياس التيار.
2. مبدأ Capacitive divider لقياس الجهد.

تمتاز وحدة NCIT بسهولة فكها وتركيبها وصيانة اختبارها بالإضافة إلى تلافيها لمخاطر فتح الدائرة الثانوية لمحولات التيار التقليدية ومخاطر قصر الدائرة الثانوية لمحولات الجهد التقليدية، وتتصل بالوحدة وحدة تسمى MU والتي تقوم بتحويل قيم الجهد و التيار من قيم تناظرية إلى رقمية ومن ثم إرسالها إلى أجهزة الحماية و القياس.

مثال حي على الأجهزة المدمجة في بُنية المحطات الرقمية:

1. أجهزة مراقبة واكتشاف التفريغ الجزئي.
2. أجهزة تحليل جودة الطاقة.
3. أجهزة تحليل الزيت.
4. أنظمة الرقابة.
5. حساسات قياس درجة الحرارة.
6. تسجيلات الأعطال الرقمية.

معلومة إثرائية:

قامت شركة ABB بإنشاء وتشغيل أول محطتين رقميتين للجهد العالي في العالم بجنوب إيطاليا في منطقتي Vaglio و Tolve عام ٢٠١٨ م مع عقد دعم ومراقبة عن بعد على مدار الساعة لمدة ٢٠ عام، وتعمل المحطتين الرقميتين على نقل الطاقة المنتجة من مزارع الرياح إلى مناطق الاستهلاك الصناعي والسكني بجنوب إيطاليا لتحقيق هدفها في عام ٢٠٣٠ م وهو تلبية إحتياجها من الكهرباء بنسبة ٢٨٪؜ من خلال الطاقة المتجددة، وفي العام ٢٠٢٠ قامت شركة ABB بتشغيل أول محطة رقمية فائقة الجهد في البرازيل لنقل القدرة من محطة للطاقة الشمسية إلى مراكز الاستهلاك.

فيديو توضيحي: