حالة التطوير واتجاهات أتمتة المحطات الفرعية المتكاملة

المحطة الفرعية هي رابط مهم لا غنى عنه في نظام الطاقة. وهي مسؤولة عن المهام الثقيلة لتحويل الطاقة وإعادة توزيع الطاقة، وتلعب دورًا حاسمًا في التشغيل الاقتصادي لشبكة الطاقة. من أجل تحسين مستوى التشغيل المستقر للمحطات الفرعية، وتقليل تكاليف التشغيل والصيانة، وتحسين الفوائد الاقتصادية، وتوفير خدمات الطاقة الكهربائية عالية الجودة للمستخدمين، بدأت تكنولوجيا الأتمتة الشاملة للمحطات الفرعية في الظهور وتم استخدامها على نطاق واسع.

الأتمتة الشاملة للمحطات الفرعية هي تطبيق تكنولوجيا الكمبيوتر وتكنولوجيا الاتصالات الحديثة على المعدات الثانوية للمحطة الفرعية (بما في ذلك التحكم والإشارة والقياس والحماية والأجهزة الأوتوماتيكية وأجهزة التحكم عن بعد، وما إلى ذلك)، وتنفيذ المراقبة والقياس التلقائي للمحطة الفرعية من خلال مزيج وظيفي والتحكم الأمثل في التصميم والتنسيق، بالإضافة إلى أنظمة التشغيل الآلي الشاملة مثل إرسال الاتصالات. إن تحقيق الأتمتة الشاملة للمحطات الفرعية يمكن أن يحسن مستوى التشغيل الاقتصادي لشبكة الطاقة، ويقلل من الاستثمار في البنية التحتية، ويوفر وسيلة لتعزيز المحطات الفرعية غير المراقبة. أدى التطور السريع لتكنولوجيا الكمبيوتر وتكنولوجيا المعلومات وتكنولوجيا الشبكات إلى تقدم تكنولوجيا الأتمتة الشاملة في المحطات الفرعية. في السنوات الأخيرة، ومع تطور أنظمة القياس الكهربائية الرقمية (مثل المحولات الكهروضوئية أو المحولات الإلكترونية)، والمعدات الكهربائية الذكية وتقنيات الاتصالات ذات الصلة، فإن نظام الأتمتة المتكامل للمحطات الفرعية يتجه نحو الرقمنة.

I. الوظائف الرئيسية لنظام التشغيل الآلي المتكامل للمحطات الفرعية

تنعكس الوظائف الأساسية لنظام التشغيل الآلي المتكامل للمحطة الفرعية في وظائف الأنظمة الفرعية الستة التالية:

1. نظام الرصد الفرعي.

2. النظام الفرعي لحماية التتابع.

3. النظام الفرعي للتحكم الشامل في الجهد والطاقة التفاعلية.

4. النظام الفرعي للتحكم بطرح الأحمال ذو التردد المنخفض لنظام الطاقة.

5. النظام الفرعي للتحكم في التبديل التلقائي لإمدادات الطاقة الاحتياطية ؛

6. النظام الفرعي للاتصالات.

هذا الجزء غني نسبيًا بالمحتوى، وهناك العديد من الوثائق التي تشرحه بالتفصيل، لذلك لن نخوض في هذا المقال بالتفصيل.

ثانيا. نظام أتمتة المحطات الفرعية التقليدية

1. هيكل النظام

في الوقت الحاضر، يتم تصنيف هياكل أنظمة أتمتة المحطات الفرعية المتكاملة في الداخل والخارج إلى الأنواع الثلاثة التالية بناءً على أفكار التصميم [1]:

(1) مركزية

استخدام أجهزة الكمبيوتر من مختلف الدرجات لتوسيع دوائر الواجهة الطرفية الخاصة بها، وجمع المعلومات التناظرية والتحويلية والرقمية مركزيًا للمحطة الفرعية، وإجراء المعالجة والحسابات المركزية، ومراقبة الحواسيب الصغيرة الكاملة، وحماية الحواسيب الصغيرة وبعض وظائف التحكم الآلي. خصائصه هي: متطلبات أداء الكمبيوتر العالية، وضعف قابلية التوسع وقابلية الصيانة، ومناسبة للمحطات الفرعية المتوسطة والصغيرة.

(2) وزعت

مقسمة وفقًا للكائنات المراقبة أو وظائف النظام للمحطة الفرعية، تعمل وحدات المعالجة المركزية المتعددة بشكل متوازٍ، ويتم استخدام تكنولوجيا الشبكة أو الأساليب التسلسلية لتنفيذ اتصال البيانات بين وحدات المعالجة المركزية. من السهل توسيع النظام الموزع وصيانته، ولا تؤثر الأعطال المحلية على التشغيل العادي للوحدات الأخرى. يمكن استخدام هذا الوضع لتجميع الشاشة المركزية أو تجميع الشاشة المقسمة أثناء التثبيت.

(3) التوزيع اللامركزي

يتم تثبيت كل وحدة الحصول على البيانات ووحدة التحكم (وحدة الإدخال / الإخراج) ووحدة الحماية في طبقة الخليج محليًا على خزانة التبديل أو بالقرب من المعدات الأخرى. كل وحدة مستقلة عن بعضها البعض ومترابطة فقط من خلال شبكة الاتصالات ومتصلة بوحدة القياس والتحكم الرئيسية على مستوى المحطة الفرعية. تواصل. الوظائف التي يمكن إكمالها على مستوى الخليج لا تعتمد على شبكة الاتصالات، مثل وظائف الحماية. شبكة الاتصالات عادة ما تكون من الألياف الضوئية أو الزوج الملتوي، الذي يضغط المعدات الثانوية والكابلات الثانوية إلى أقصى حد، مما يوفر الاستثمار في البناء الهندسي. يمكن أن يكون التثبيت متوزعًا في كل حجرة، أو يمكن أن يكون تجميعًا مركزيًا أو هرميًا للشاشات في غرفة التحكم. من الممكن أيضًا أن يكون هناك جزء واحد في غرفة التحكم والجزء الآخر منتشر على خزانة المفاتيح.

2. المشاكل القائمة

حقق نظام التشغيل الآلي المتكامل للمحطة الفرعية نتائج تطبيق جيدة، ولكن هناك أيضًا عيوب، تنعكس بشكل رئيسي في: 1. لا يزال تبادل المعلومات بين المرحلة الابتدائية والثانوية مستمرًا في وضع أسلاك الكابلات التقليدية، وهو أمر مرتفع التكلفة وغير مريح في البناء والصيانة؛ 2. الجزء الثانوي لجمع البيانات متكرر إلى حد كبير، مما يهدر الموارد؛ 3. توحيد المعلومات غير كافٍ، وتبادل المعلومات منخفض، وتعايش أنظمة متعددة، وصعوبة الربط البيني بين الأجهزة وبين الأجهزة والأنظمة، مما يشكل جزر معلومات ويجعل من الصعب تطبيق المعلومات بشكل شامل؛ 4. عند وقوع حادث، سوف تظهر كمية كبيرة من معلومات إنذار الحدث، مع عدم وجود آلية تصفية فعالة، والتي تتداخل مع الحكم الصحيح للخطأ من قبل المشغلين المناوبين.

ثالثا. محطة فرعية رقمية

المحطات الفرعية الرقمية هي المرحلة التالية في تطوير أتمتة المحطات الفرعية. لقد نصت خطة تطوير العلوم والتكنولوجيا "الخطة الخمسية الحادية عشرة" لشركة Power Grid بوضوح على أنه خلال فترة "الخطة الخمسية الحادية عشرة"، ستتم دراسة المحطات الفرعية الرقمية وسيتم بناء محطات تجريبية. 2، وتوجد حاليا محطات فرعية رقمية. تم الانتهاء منها ووضعها قيد التشغيل، مثل المحطة الفرعية الرقمية لتحويل المعارض والمؤتمرات في فوتشو بقدرة 110 كيلو فولت.

1. مفهوم المحطة الفرعية الرقمية

تشير المحطة الفرعية الرقمية إلى محطة فرعية تكون فيها عمليات جمع المعلومات ونقلها ومعالجتها وإخراجها رقمية بالكامل. خصائصها الأساسية هي المعدات الذكية، وشبكة الاتصالات، والتشغيل والإدارة الآلية.

تتميز المحطات الفرعية الرقمية بالميزات الرئيسية التالية:

(1) المعدات الأساسية الذكية

المعدات الأساسية الذكية مثل المحولات الإلكترونية والمفاتيح الذكية (أو المفاتيح التقليدية ذات الأطراف الذكية) باستخدام الإخراج الرقمي. يتبادل الجهاز الأساسي والجهاز الثانوي قيم العينات وكميات الحالة وأوامر التحكم والمعلومات الأخرى من خلال نقل الألياف الضوئية للمعلومات المشفرة رقميًا.

(2) شبكات المعدات الثانوية

يتم استخدام شبكة الاتصالات لتبادل المعلومات مثل القيم التناظرية، وقيم التبديل، وأوامر التحكم بين الأجهزة الثانوية، ويتم التخلص من كابلات التحكم.

(3) أتمتة نظام إدارة العمليات

يجب تضمين أنظمة الأتمتة مثل أنظمة تحليل الأخطاء الأوتوماتيكية وأنظمة مراقبة الحالة الصحية للمعدات وأنظمة التحكم المبرمجة لتحسين مستوى الأتمتة وتقليل الصعوبة وعبء العمل في التشغيل والصيانة.

2. الخصائص التقنية الرئيسية للمحطات الفرعية الرقمية

(1) رقمنة جمع البيانات

العلامة الرئيسية للمحطة الفرعية الرقمية هي استخدام أنظمة القياس الكهربائية الرقمية (مثل المحولات الكهروضوئية أو المحولات الإلكترونية) لجمع المعلمات الكهربائية مثل التيار والجهد 3 لتحقيق عزل كهربائي فعال للأنظمة الأولية والثانوية وزيادة ذلك يزيد من الديناميكية نطاق قياس الكميات الكهربائية ويحسن دقة القياس، وبالتالي يوفر أساسًا لتحقيق التحول من تكرار أجهزة المحطات الفرعية التقليدية إلى تكرار المعلومات وتطبيق تكامل المعلومات.

(2) التوزيع الهرمي للنظام

شهد تطوير أنظمة أتمتة المحطات الفرعية تحولًا من المركزية إلى الموزعة. تستخدم معظم أنظمة أتمتة المحطات الفرعية الموزعة من الجيل الثاني تقنية اتصالات الشبكة الناضجة وبروتوكولات الاتصال البيني المفتوحة، والتي يمكنها تسجيل معلومات المعدات بشكل أكثر اكتمالًا وتحسين سرعة استجابة النظام بشكل ملحوظ. يمكن تقسيم هيكل نظام أتمتة المحطات الفرعية الرقمية فعليًا إلى فئتين، وهما المعدات الأولية الذكية والمعدات الثانوية المتصلة بالشبكة؛ من حيث البنية المنطقية، يمكن تقسيمها إلى "طبقة العملية" و"طبقة الخليج" وفقًا لتعريف معيار الاتصالات IEC61850. "،" طبقة التحكم في المحطة "ثلاثة مستويات. يتم استخدام اتصال الشبكة عالي السرعة داخل وبين كل مستوى.

(3) تشبيك تفاعل المعلومات وتكامل تطبيقات المعلومات

تستخدم المحطات الفرعية الرقمية محولات رقمية جديدة منخفضة الطاقة بدلاً من المحولات التقليدية لتحويل الجهد العالي والتيار العالي مباشرة إلى إشارات رقمية. ويتم تبادل المعلومات بين الأجهزة الموجودة في الموقع من خلال شبكات عالية السرعة. لا تحتوي الأجهزة الثانوية على واجهات إدخال/إخراج ذات وظائف مكررة. تصبح الأجهزة الوظيفية التقليدية وحدات وظيفية منطقية لتحقيق مشاركة البيانات والموارد. في الوقت الحاضر، تم تحديد IEC61850 دوليًا كمعيار اتصالات أتمتة المحطات الفرعية.

بالإضافة إلى ذلك، تقوم المحطة الفرعية الرقمية بدمج المعلومات وتحسين وظائف أجهزة النظام الثانوية المتناثرة الأصلية، لذلك يمكنها بشكل فعال تجنب تكرار تكوينات الأجهزة في المراقبة والتحكم والحماية وتسجيل الأخطاء وأجهزة القياس والقياس الخاصة بمشاكل المحطات الفرعية التقليدية مثل حيث يحدث عدم تبادل المعلومات وارتفاع تكاليف الاستثمار.

(4) تشغيل المعدات الذكية

تم إنشاء النظام الثانوي الجديد لقواطع الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي باستخدام أجهزة الكمبيوتر الصغيرة وتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة وأجهزة الاستشعار الجديدة. يتم تحقيق ذكاء نظام قاطع الدائرة من خلال النظام الثانوي الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر الصغير، والعبوات الناسفة والبرمجيات الذكية المقابلة. يمكن تمرير أوامر الحماية والتحكم. تصل شبكة الألياف الضوئية إلى نظام الدائرة الثانوية للمحطة الفرعية غير التقليدية، مما يتيح واجهة رقمية مع آلية تشغيل قاطع الدائرة.

(5) حالة صيانة المعدات

في المحطات الفرعية الرقمية، يمكن الحصول بشكل فعال على بيانات حالة تشغيل شبكة الطاقة ومعلومات الخطأ والإجراء لمختلف أجهزة العبوات الناسفة المختلفة لتحقيق مراقبة فعالة للتشغيل وحالة حلقة الإشارة. لا توجد وحدات وظيفية غير خاضعة للمراقبة تقريبًا في المحطات الفرعية الرقمية، ولا توجد نقاط عمياء في جمع خصائص حالة المعدات. يمكن تغيير استراتيجية صيانة المعدات من "الصيانة المنتظمة" لمعدات المحطات الفرعية التقليدية إلى "الصيانة المشروطة"، وبالتالي تحسين توفر النظام بشكل كبير.

(6) مبدأ قياس LPCT ومظهر أداة الفحص

كما ذكرنا سابقًا، فإن LPCT هو في الواقع محول تيار كهرومغناطيسي ذو خصائص خرج طاقة منخفضة. في معيار IEC، تم إدراجه كنموذج تنفيذ لمحول التيار الإلكتروني، وهو ما يمثل محول التيار الكهرومغناطيسي. اتجاه تطويري مع آفاق تطبيق واسعة. نظرًا لأن مخرجات LPCT يتم توفيرها بشكل عام مباشرة إلى الدوائر الإلكترونية، فإن الحمل الثانوي صغير نسبيًا؛ يتكون قلبها بشكل عام من مواد ذات نفاذية مغناطيسية عالية مثل سبائك البلورات الدقيقة، ويمكن تحقيق دقة القياس بمقطع عرضي أساسي أصغر (حجم النواة). متطلبات.

(7) ضغط هيكل النظام وتوحيد النمذجة

يتميز نظام القياس الكهربائي الرقمي بخصائص الحجم الصغير والوزن الخفيف. يمكن دمجها في نظام المفاتيح الكهربائية الذكي، ويمكن تحسين المجموعة الوظيفية وتخطيط المعدات وفقًا لمفهوم تصميم الميكاترونكس للمحطة الفرعية. في المحطات الفرعية ذات الجهد العالي والفائق الجهد، تعد وحدات الإدخال / الإخراج لأجهزة الحماية وأجهزة القياس والتحكم ومسجلات الأخطاء والأجهزة الأوتوماتيكية الأخرى جزءًا من المعدات الذكية الأساسية، مما يحقق تصميم إغلاق العملية للعبوات الناسفة؛ في المحطات الفرعية ذات الجهد المتوسط ​​والمنخفض، يمكن تصغير أجهزة الحماية والمراقبة ودمجها وتركيبها بالكامل على خزانة المفاتيح.

تحدد IEC61850 معيار النمذجة لأنظمة الطاقة وتحدد نموذج معلومات موحدًا وقياسيًا ونموذج تبادل المعلومات لأنظمة أتمتة المحطات الفرعية. وتنعكس أهميتها بشكل أساسي في تحقيق قابلية التشغيل البيني للأجهزة الذكية، وتحقيق مشاركة المعلومات في المحطات الفرعية وتبسيط صيانة النظام وتكوينه وتنفيذ المشروع.

3.IEC61850 القياسية

IEC61850 عبارة عن سلسلة من المعايير لـ "شبكات وأنظمة اتصالات المحطات الفرعية" التي صاغتها مجموعة العمل TC57 التابعة للجنة الكهروتقنية الدولية. وهو مرجع قياسي دولي لأنظمة أتمتة المحطات الفرعية القائمة على منصات اتصالات الشبكة. وسيصبح أيضًا معيارًا لأنظمة الطاقة من مراكز الإرسال إلى المحطات الفرعية، داخل المحطات الفرعية وأنظمة التوزيع. ومن المتوقع أيضًا أن يصبح معيار الاتصال للاتصال السلس للأتمتة الكهربائية هو معيار اتصالات التحكم الصناعي لمنصة اتصالات الشبكة العالمية.

بالمقارنة مع نظام بروتوكول الاتصالات التقليدي، يتمتع IEC61850 تقنيًا بالميزات البارزة التالية: 1. استخدام تقنية النمذجة الموجهة للكائنات؛ 2. استخدام الأنظمة الموزعة والمتعددة الطبقات؛ 3. استخدام واجهة خدمة الاتصالات المجردة (ACSI) وتقنية SCSM لرسم خرائط خدمة الاتصالات الخاصة؛ 4 يستخدم تقنية MMS (مواصفات رسالة التصنيع)؛ 5 لديه إمكانية التشغيل البيني؛ 6 لديه بنية مفتوحة موجهة نحو المستقبل.

السادس. خاتمة

لقد حقق تطبيق أنظمة أتمتة المحطات الفرعية في بلدنا نتائج مهمة للغاية ويلعب دورًا مهمًا في تحسين مستوى التشغيل الاقتصادي لشبكة الطاقة. حاليًا، مع التطوير المستمر للتقنيات الجديدة، بدأت المحطات الفرعية الرقمية في الظهور. بالمقارنة مع المحطات الفرعية التقليدية، تتمتع المحطات الفرعية الرقمية بالمزايا التالية: تقليل الأسلاك الثانوية، وتحسين دقة القياس، وتحسين موثوقية نقل الإشارة، وتجنب المشكلات مثل التوافق الكهرومغناطيسي، والجهد الزائد للإرسال، والتأريض من نقطتين بسبب الكابلات، وحل المشكلات بين المعدات. قضايا التشغيل البيني، يمكن للوظائف المختلفة للمحطة الفرعية مشاركة منصة معلومات موحدة، وتجنب ازدواجية المعدات، ومواصلة تحسين مستوى التشغيل والإدارة الآلية. المحطة الفرعية الرقمية هي اتجاه تطوير تكنولوجيا أتمتة المحطات الفرعية.

شركة ويشين للتصنيع الكهربائي المحدودة