القائمة الرئيسية

الصفحات

 الدس السابق:وسائل الاتصالات بمحطات التحويل الكهربائية.

 * ما هى 61850 IEC

     تخيل نفسك  في substation ولديك مئات القراءات التي تحتاج لمتابعة وعشرات العمليات تحتاج لترتيب خاص واحتياطات معينة قبل التنفيذ. وهذا ما نقصده بمصطلح التحكم في المحطة . وفيما يلى بعض الأمثلة للتحكم في المحطات:

    1 -قبل نقل التغذية لدائرة الخروج في الشكل التالى من الــ BB العلوى إلى الــ BB السفلى هناك إجراءات مرتبة تحدثنا عنها سابقا.

      2 -هناك بالمحطة العديد من الــ  Inter-Locks التي تمنع على سبيل المثال فتح السكاكين قبل فتح القواطع تجنبا لحدوث شرارة لا يمكن قطعها بين أطراف السكينة كما في الشكل.

    3 -كما يوجد  Inter-Locks تمنع توصيل مفتاح الأرضى إذا كان القاطع متصلا وتمنع توصيل القاطع إذا كانت سكينة الأرضى موصلة. وبالطبع هذه مهمة بسيطة إذا كان الأمر متعلق بعدد محدود من المهمات لكن في الواقع يمكن أن تجد هذا الأمر شديد التعقيد بسبب كثرة المهمات كما في الشكل التالى.
     في الشكل السابق - على سبيل المثال لا الحصر - يوصل من القاطع الكهربائى عددا من الملامسات المساعدة (contacts Auxiliary) لخلايا التشغيل منها Contact لبيان حالة القاطع(موصل أو مفصول) ، وعدد آخر من الـــ Contacts تستخدم كشرط لإمكانية توصيل أو منع التوصيل (Interlock) للقاطع الكهربى والسكاكين التي لها علاقة به ، وعدد آخر من الـــ Contacts لخلايا أجهزة الوقاية اللازمة للقيام بمهمة الوقاية. ونفس العدد من الـــ 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 وأيضا كابلات لتوصيل الملفات الثانوية لمحولات الجهد إلى نفس الخلايا. 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. فهل يمكن أن يتم من خلال الــ Control room  التي ستصل إليها مثل هذه الغابة من الأسلاك التحكم في المعدات من خلال أجهزة تقليدية؟


    وحتى لو انتقلنا إلى جيل الإشارات الرقمية الـ Digital ، ومع استخدام أجهزة الــ IED  Intelligent Electronic Devices  هل يمكن التحكم في المئات من هذه الأجهزة المصنعة من شركات مختلفة والـ Brands مختلفة؟

      هل يمكن وسط هذه الغابة من الأجهزة والأسالك والإشارات أن نتحدث عن  Smart Grid وعن تواصل بين المحطات وبعضها ، خاصة وأن كل جهاز له أسلوبه في قراءة البيانات وأسلوبه في نقل المعلومات حسب الشركة المصنعة ؟
  هل يمكن أن نتحدث عن , Power Quality وعن اعتمادية عالية ؟
   الطريق الوحيد لذلك حسب تقرير EPRI الذى يقول : إن الــ Reliability في الشبكة يمكن أن تتحسن بنسبة 40 % لو تحولت المحطات لتصبحFully Automated  .
  لكن كيف يمكن أن يحدث ذلك في ظل وجود صعوبات أساسية في الــ Infrastructure للمحطات تصعب الوصول لهذا الحلم ، أهمها عدم وجود Standard Communication Protocols   بين أجهزة المحطة الواحدة.
  من هنا كان الحل السحرى الذى قدمته IEC . هذا الحل يضمن حدوث التواصل السليم بين أجهزة التحكم وأجهزة المراقبة وأجهزة القياس وأجهزة الوقاية وغيرها داخل المحطة الواحدة ، وبينها وبين غيرها من المحطات تمهيدا للوصول للهدف الأسمى وهو            الــSmart  Grid ، والتي يفترض فيها أن يتواصل مركز التحكم مع كافة المعدات والمفاتيح والمولدات والمحولات المصنوعة من multi-venders بلغة واحدة يفهمها الجميع من أجل الوصول لتحسين القدرة ورفع معدلات الاعتمادية.

      وكلمة السر في سبيل تحقيق ذلك هي 61850 هذا المنتج الرائع الذى كتبه 60 عالم من عدة دول اجتمعوا ضمن اللجنة رقم 57 في منظمة الــ IEC منذ سنة 1995 ولعدة سنوات وانتجوا لنا 1200 صفحة تمثل الــ 61850 IEC .

     إن 61850 IEC هو عبارة عن standard تم توصيفه خصيصا من أجل االتصاالت التي تحدث في الشبكة الكهربية بهدف تسهيل عملية التحكم ونقل البيانات بين الأجهزة المختلفة في الشبكة الكهربية. و في بدية األمر كان هذا الـ standard لالتصاالت بين األجهزة داخل نفس المحطة ، ولكنه بعد ذلك امتد للربط بين األجهزة في محطات مختلفة ، و كذلك لربط المحطات بمركز التحكم.

     و البعض قد يبسط الأمر ويعرف الــ 61850 IEC على أنها برتوكول موحد لتنسيق عمليات التخاطب    Digital communication  بين  أجهزة الـ   Intelligent Electronic Devices IED  المختلفة  داخل محطات التحويل ، والحق أنها أكبر من ذلك. فهى مثلا ليست برتوكول واحد بل عدة بروتوكوالت (SDV, GOOSE, MMS) كل واحد منها يستخدم في مستوى معين من مستويات المحطة لأداء مهمة معينة كما سنرى .

      وفي الواقع يمكن أن نقول أن IEC61850 عملت في ثلاث مجالات Domains عبقرية لحل مشاكل المحطات من أجل الوصول إلى  Fully Automated Substations . وهذه المجالات الثلاثة هي:
    1 -تطوير ثلاث طرق للــ Communication ، وهى : SMV, GOOSE, MMS
    2 -اعتماد Object Oriented Programming بدلا من Signal Oriented
    3 -تطوير أساليب Engineering and Testing

    وقبل عرض المزيد من التفاصيل عن هذه المجالات الثلاثة السابقة نؤكد على معنى هام وهو أنك باستخدام الــ IEC61850 فإنه يمكنك فقط أن "تعرف معلومة" ، أي    You can know of piece a Information ، ويمكن أن تعرف من أين جاءت المعلومة وماذا تحتوى وتكون واثقا Fully Trust  من وصولها من المكان المطلوب للمكان السليم ، كما يمكن أن تشارك هذه المعلومة مع غيرك من الأجهزة  بمعنى أن IEC 61850، مختصة بشيئين  How to Know and How to share info.

     ولكنها لا علاقة لها بالتنفيذ. وبالطبع يعتمد تطبيق الـــ 61850 IEC على وجود Ethernet Communication قوية لأن كم هائل من المعلومات سيتم نقله عبر كابلات الفايبر بدلا من الكابلات النحاسية القديمة.

  أيضا نشير إلى أن 61850 تقسم المحطة إلى ثلاثة مستويات :
   1 -المستوى الأول Level Process وفيه يتواجد كل المعدات ,ETC, CT, VT, CB وجميعها من النوع الــ Intelligent التي يمكن التواصل معها من خلال كابلات الــ Ethernet وفى هذا المستوى تنقل الإشارات من الــ VTs and CTs إلى المستوى الثانى.

   2 -المستوى الثانى يسمى بالــ Level Bay ويشتمل على أجهزة الــ IEDs الخاصة بالمعدات الموجودة في المستوى الأول (أجهزة الــ IEDs هي أجهزة رقمية تقوم بمهام الوقاية والمراقبة والتحكم بناء على الإشارات التي أتت إليها من المستوى الأول ، والــ IEDs هى الجيل الأحدث في منظومة الوقاية لأنها تعتمد ليس فقط على إشارات الجهد والتيار الخاصة بالمعدة المراد حمايتها ولكنها تتفاعل مع Logic and info  مأخوذة من الــ Process نفسها فهى ليست مجرد جهاز وقاية وحسب).

  3 -المستوى الثالث يسمى بالــ Level Station وفيه تتواجد الـ ,SCADA Data acquisition Human Machine interface , HMIوهى الأجهزة التي تستخدم في مراقبة والتحكم في المحطة كلها. 

The merging unit is the interface between the traditional analogue signals and the bay controllers and protection relays. 
    لاحظ أن المعدات الموجودة في المستوى الأخير قد لا تكون كلها Digital ولذا تزود بما يسمى Merging Unit  كما في الصورة

  المجال المميز الأول للـ 61850 IEC

  هو طريقة الــ Structure of Information   ، أوSubstation Configuration Language and naming conversion   فقد كان مبدأ Signal Oriented  هو المعتمد وفيه كان سلك اإلشارة يأتى للتحكم وعليه Tag يقول أن هذه الإشارة من الجهاز الفلانى ، وكان هذا مقبولا في الأنظمة الصغيرة لكن مع التوسع الكبير في عدد الإشارات (يمكن أن تصل إلى الآلاف) يصبح هذا الأسلوب مستحيلا ، ومن هنا كان الابتكار باستخدام Object Oriented Programming  ، كطريقة رائعة لتنظيم المعلومات .

     وهى لغة تواصل رقمية ، لا ننقل فيها فقط المعلومة المطلوبة (قيمة التيار مثلا أو حالة المفتاح) بل يكتب ضمن بيانات الــ Data اسم الجهاز المرسلة منه المعلومة ومن أي جزء فيه ووحدة القياس وقيمة القياس إلخ ، و هذه الــ Format لها أيضا Keys للتأكد من صحة وصول المعلومة ، بمعنى آخر أن المعلومة تصل رقميا ويمكن من مجرد النظر أن تعرف كافة التفاصيل المتعلقة بها طالما كنت تعرف أساسيات هذه اللغة الجديدة وهى بسيطة وغير معقدة ، علما بأن الخطوة الأولى فيها هي تحديد أسماء قياسية معتمدة لكل عنصر (مثلا المفتاح اسمه XCCB وجهاز الحماية ضد ارتفاع التيار اسمه PIOC إلخ) والخطوة الثانية لتطبيق هذه اللغة هو تحديد الــ Nodes المختلفة بالجهاز وكل Node سيكون لها اسم (أسماء قياسية وليست عشوائية) ومن هنا أصبح من الممكن عمل برامج لقراءة آلاف المعلومات بسهولة وتنفيذ الأوامر فيها دون تدخل بشرى  Fully Automated بسبب هذا الأسلوب المبتكر في تسمية ونقل المعلومات. (الجهاز يقسم إلى وظائف ثم الوظائف تقسم إلى nodes) ويقوم بهذه المهمة مهندس الــ . Control Software Engineer.

المجال الثانى للــ 61850 IEC :

    والبعض يظن أن الــ 61850 IEC مجرد communication برتوكول وهذا خطأ رغم أن من المجال الأول من مجالاتها الثلاث التي ذكرناهم سابقا هو تقديم three communication mechanisms   للتواصل بين الأجهزة بسرعة أقل من 4 مللى ثانية وبدون الحاجة لأسلاك . والواقع أن الــ 61850 IEC تقدم ثلاث وسائل للتواصل مختلفة حسب المستويات السابقة: 
   1 -الأول يسمى الـــ MMS  Manufacturing Message Specification  وهى تمثل mechanism التواصل بين المستويين الأول والتاني (Station Level and Bay Level) وبمعنى آخر التواصل بين الـــ SCADA وبين الـــ IEDs ، ومن خلال تخرج التقارير وتعليمات التحكم. ويمكن من خلال هذا البرتوكول التواصل مع معدات خارج المحطة عن طريق الأنترنت ولذا فكل جهاز سيكون له Address-IP خاص بهذه الشبكة.

   2 - يسمى الثانى Generic Object Oriented Substation Event, GOOSE وهو خاص بالتواصل بين (IEDs) في المستوى الثانى ، ومن خلاله يتم نقل إشارات GOOSE Message مثل Trip/Block/Interlock/ بدون الــ Hardware القديم. وهذا الــ Protocol خاص بتواصل الــ IEDs داخل المحطة فقط أي داخل الــ LAN ، ولذا يتعامل معها بواسطة MAC-Address لكل جهاز ولا يتعدى الــ Router لأنه لا يتواصل مع خارج المحطة. مع العلم بأن الــ GOOSE الواحدة يمكن أن تحمل أكثر من معلومة. وهى تنشر بطريقة Publisher/Subscribers بمعنى الجهاز الذى يصدرها ينقلها إلى كل المشتركين في نفس المستوى ثم يقوم كل واحد منهم بتنفيذ ما يخصه في هذه المعلومة (أو يهملها إذا كانت لا تخصه). وهى من النوع الــ Real time protocol   فهي سريعة جدا لتناسب أجهزة الوقاية. ومن استخداماتها:


   3 -الثالث يسمى (Sampled Measured Values (SMV وهو حلقة الوصل بين الأجهزة في المستوى الثالث وبين أجهزة الــ IEDs في المستوى الثانى ومن خلال هذا الــ Mechanism و بعد أن تتحول الإشارات من  Analog to Digital  يتم تداول ومشاركة كافة القراءات للجهد والتيار مع بقية أجهزة الــ IEDs.
   وبواسطة هذه الــ Mechanisms أو البروتوكوالت تصبح عمليات الــ Engineering داخل المحطة كلها Software بما في ذلك عمليات ال Testing وهناك مجال واسع جدا للمهندسين في البحث عن أساليب منوعة للإستفادة من هذه المعلومات.

الدرس التالي نظم الوقاية من الحريق فى المحطات

أنت الان في اول موضوع

تعليقات

التنقل السريع