theme wordpress
آموزش های پایه ای برقحفاظت و رلهژنراتورکنترل و ابزار دقیق

ادغام IEC 61850 در سیستم های اتوماسیون، کنترل و حفاظت نیروگاه ها

اصول IEC 61850

IEC 61850 خیلی بیشتر از یک پروتکل است. این استاندارد یک استاندارد  کلی برای پشتیبانی ارتباط تمام توابع انجام شده در یک ایستگاه طراحی شده است. هدف اصلی آن قابلیت همکاری بین تجهیزات است و این قابلیت این امکان را فراهم می کند تا IED ها (دستگاه های الکترونیکی هوشمند) از یک یا چند تولید کننده تبادل اطلاعات و استفاده از اطلاعات برای عملکردهای خودشان را داشته باشند.

انتقال داده ها معمولا یک روش یک طرفه است که داده ها از یک فرستنده ساده به یک گیرنده بسیار پیچیده که داده های پیچیده را تفسیر می کند، جریان می یابد.    اغلب یک انسان است که می تواند این داده ها را با کمک یک پس زمینه جامع بخواند و درک کند.

یک مثال این ارتباطات master-slave  است که معمولا در گذشته مورد استفاده قرار می گرفت، مانند ارتباط اطلاعاتی دستگاه های حفاظتی مطابق با استاندارد   IEC 60870-5-103 .

قابلیت همکاری(Interoperability)  ارائه شده به وسیله IEC 61850 خیلی بیشتر از انتقال داده ساده است ، و تبادل اطلاعات بین دو یا چند دستگاه هوشمند مشابه را فراهم می کند.

گیرنده باید نه تنها ساختار داده ها (syntax) را درک کند، بلکه معنای آن نیز را باید بفهمد. یعنی باید قابلیت معناشناسی بر مبنای ویژگیهای داده دریافت شده در یک ارتباط را دارا باشد.

قابلیت همکاری (Interoperability)به معنی جایگزینی (interchangeability) نیست، اما پیش نیاز آن است. برای   قابلیت جایگزینی بدون تأثیر در رفتار سیستم ، نیاز به دستگاه هایی با قابلیت های یکسان است. این امر مستلزم استاندارد سازی توابع است که خارج از محدوده IEC 61850 است می باشد، زیرا مانع توسعه بیشتر توابع برای اتوماسیون پست می شود.

این استاندارد عملکرد از طریق مدل داده ها و خدمات ارتباطی مرتبط ناشی از پیاده سازی ارتباط (بسته) را جدا سازی می کند.

این باعث می شود که استاندارد آینده گرا باشد و  این را در نظر می گیرد که توسعه در فن آوری ارتباطات سریع تر از توسعه عملکرد در زمینه   اتوماسیون پست، از جمله حفاظت است.

مدل داده ای استاندارد یک مدل شی گرا است، داده ها را به کوچکترین مجموعه های امکان پذیر گروه بندی می کند که اشاره به کوچکترین توابع ممکن  است که می تواند به صورت مستقل اجرا شود.

مقاله مرتبط:

حفاظت ژنراتور

اتاق تابلو و کنترل در سوئیچ ها و پست های HV / EHV (ساخت و ساز، طرح و کارکردها)

واحدها و سیستم های حفاظت الکتریکی

طرح های پایلوت برای حفاظت خطوط انتقال برق

شکل 1 – مدل سازی سخت افزار و توابع IEC 61850

شکل 1 - مدل سازی سخت افزار و توابع IEC 61850
شکل 1 – مدل سازی سخت افزار و توابع IEC 61850

این کوچکترین گروه ها یا توابع داده های ممکن گره های منطقی (Logical Nodes) (LN)  نامگذاری می شوند . گره های منطقی و تمام داده ها و ویژگی های موجود بر اساس معانی استاندارد شده، که اجباری هستند، نامگذاری می شوند.   مدل داده ها از اصطلاحات آشنا به هر مهندس برق استفاده می کند.

علاوه بر این، این قسمت شامل یک مدل دستگاه است که تابع تخصیص و همچنین ویژگی های هر دستگاه فیزیکی را توصیف می کند. قوانین واضح و مشخص توسعه کاربرد ها را آسان می کند.

ادغام تجهیزات شخص ثالث تسهیل می شود و استفاده از یک زبان مشترک (SCL) از ابهامات اجتناب می کند. هر IED سازگار با IEC 61850 ممکن است با استفاده از ابزار اختصاصی آن پیکربندی شود.

با این حال، تمام این ابزارهای IED باید با IEC 61850 سازگار باشد. این بدان معنی است که خواندن، تغییر و نوشتن فایل های پیکربندی باید مطابق با زبان توصیف پیکربندی پست (Substation Configuration description Language (SCL   از IEC 61850 در مورد مدل داده های استاندارد شده، دسترسی به داده ها (خدمات) و تمام ارتباطات ارتباطی باشد.

این اجازه می دهد تا یک سیستم یکپارچه ساز از اطلاعات قابل فهم از همه دستگاه ها (مستقل از تامین کننده و سازنده) برای ایجاد یک سیستم کامل ایجاد شود و از انطباق داده ها اطمینان حاصل کرد.

شکل 2 – توصیف زبان پیکربندی پست (SCL) که تمام جنبه های سیستم الکتریکی را توصیف می کند

شکل 2 - توصیف زبان پیکربندی پست (SCL) که تمام جنبه های سیستم الکتریکی را توصیف می کند
شکل 2 – توصیف زبان پیکربندی پست (SCL) که تمام جنبه های سیستم الکتریکی را توصیف می کند

اگر سیستم سازگار با IEC 61850 باشد. ممکن است اطلاعات مطابق با SCL همراه با اسناد سیستم ذخیره شود و دوباره در هر وضعیت تعمیر و نگهداری و همچنین در صورت تغییر ابزار یا تغییر مسئولیت برای تعمیر و نگهداری سیستم مورد استفاده قرار بگیرد،

داده های مهندسی ذخیره شده به عنوان فایل های SCL را می توان دوباره استفاده کرد،

روش های ارتباطی توسط   مدل هفت لایه ISO / OSI ، که بسته (stack) نامیده می شود  توصیف می شود . بسته انتخاب شده MMS (ویژگی ها پیام ساخت Manufacturing Message Specification) روی TCP / IP و اترنت   همانطور که در فناوری ارتباطات اصلی استفاده می شود می باشد.   این استفاده از این ابزار اجازه می دهد تا از فن آوری ارتباط که به سرعت در حال پیشرفت است استفاده کرد

الزامات عملکرد و ایمنی اختصاص یافته به اتوماسیون پست در نظر گرفته شده است.

مدل داده ها و بسته ارتباطی با استفاده از نقشه استاندارد مرتبط می شود که تنها موردی است که باید در صورت تغییر در تکنولوژی ارتباطات وفق داده شود .   این هیچ تاثیری بر توابع و پایگاه های داده در سیستم ندارد.

شکل 3 – مدل ارتباطی IEC 61850

شکل 3 - مدل ارتباطی IEC 61850
شکل 3 – مدل ارتباطی IEC 61850

کنترل و نظارت ایستگاه ها وظایف اساسی یک سیستم اتوماسیون پست است. و این وظایف شامل  :

  1. عملیات محلی سوئیچینگ و دیگر تجهیزات با ولتاژ متوسط ​​/ بالا
  2. به دست آوردن اطلاعات تابلو و اندازه گیری های پارامترهای سیستم قدرت
  3. مدیریت رویدادها و آلارم ها.

این کاربرد مربوط به عملیات انسان در ایستگاه است. ارتباط داده برای این کاربرد به صورت عمودی انجام می شود؛ یعنی   از سطح کنترل ایستگاه تا سطح پایین (bay level)(دستورات از هر نوع از محل اپراتور ها) و یا   معکوس   (وضیعت های دوتایی (0 و ۱) مثل موقعیت بریکر و کلید ها، مقادیر اندازه گیری شده از ترانسفورماتورهای اندازه گیری و دیگر سنسورها، حوادث، آلارم ها).

این ارتباط عمودی (پایین – ایستگاه) ((bay – station))بر اساس یک   مفهوم مشتری-سرور(client-server concept )   با استفاده از خدمات گزارش، فرمان و انتقال فایل می باشد.

تاثیر IEC 61850 بر ساختار سیستم کنترل

معرفی IEC 61850 برای ادغام سیستم های الکتریکی منجر به ساختارهای سیستم ساده شده می شود. اترنت مبتنی بر IEC 61850 باس، جایگزین سیم کشی هارد وایر و کابل کشی سریالی برای ارتباطاتات فرایند است. در کنار ارتباطات فرایند، اترنت هم همزمان، انتقال فایل و دسترسی به ابزار مهندسی را در یک کابل فیزیکی امکان پذیر می سازد.

شکل 4 و شکل 5 نشان داده شده است   دو مرحله ممکن برای معرفی IEC 61850 .

شکل 4 نشان دهنده یک   پیکربندی جایگزین پروتکل های سریال توسط IEC 61850 برای ارتباط عمودی است ؛ یعنی، برای ارتباط بین دستگاه های الکترونیکی و سیستم کنترل.

ارتباط بین دستگاه های الکترونیکی (ارتباط افقی) به صورت هارد وایر باقی مانده است.

شکل 4 – سیستم یکپارچه بر اساس ارتباطات عمودی IEC 61850

شکل 4 - سیستم یکپارچه بر اساس ارتباطات عمودی IEC 61850
شکل 4 – سیستم یکپارچه بر اساس ارتباطات عمودی IEC 61850

IEC 61850 برای پشتیبانی از ارتباطات افقی طراحی شده است   . در این حالت، اتصال سخت افزاری بین دستگاه های الکترونیکی (به عنوان مثال برای اینترلاک) و ارتباط بین دستگاه های الکترونیکی و کنترل کننده های اتوماسیون اتوماتیک (به عنوان مثال، کنترل توربین) همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است نیز مبتنی بر اترنت است.

شکل 5 – سیستم مجتمع مبتنی بر ارتباطات عمودی و افقی IEC 61850

شکل 5 - سیستم مجتمع مبتنی بر ارتباطات عمودی و افقی IEC 61850
شکل 5 – سیستم مجتمع مبتنی بر ارتباطات عمودی و افقی IEC 61850

مثال – حفاظت از ژنراتور با استفاده از REG670 ABB

سیستم های حفاظتی ژنراتور و ترانسفورماتور ژنراتور مبتنی بر IEC 61850، ساده سازی، اتصال و هماهنگ سازی به سمت یکپارچگی کامل با   نیروگاه   اتوماسیون و سیستم کنترل را پیشنهاد می دهند.

IEC 61850 محتوای الگوریتم را برای محافظت از ژنراتور، موتور یا ترانسفورماتور تعریف نمی کند   اما اجرای بسیار عمیق مدل IEC 61850 در معماری دستگاه، بهترین مزایا را برای کاربر به ارمغان می آورد . این نه تنها در رابطه با ارتباطات است، بلکه همچنین در مورد اطمینان داده ها در سراسر کل نیروگاه می باشد.

وقتی که آن را به اجرای بومی مدل IEC 61850 می آید، ABB دارای IED 670 است که یک پلت فرم کنترل و حفاظت به طور کامل برای IEC 61850 طراحی شده است .

REG 670 به عنوان بخشی از این پلت فرم در حال حاضر دارای مواد تشکیل دهنده برای ارائه پشتیبانی کامل برای IEC 61850 مهندسی، پیکربندی، آزمایش و خدمات راه اندازی می باشد.

شکل 6 – رله حفاظت ژنراتور ABB IED REG670

شکل 6 - رله حفاظت ژنراتور ABB IED REG670
شکل 6 – رله حفاظت ژنراتور ABB IED REG670

در سختافزار با تکنولوژی اترنت، آماده ارائه یک ارتباط مستقیم، مستقل یا اضافی(Redundant) برای اهداف مختلف است. تمام داده ها از پیکربندی به پردازش و داده های اختلال منتقل ‌خواهد شد و بر اساس IEC 61850 تعریف / ویژگی های گره های منطقی(logical node definitions/attributes) ارائه خواهد شد.

این مدیریت ابزار  tool manager ) ABB PCM 600 IED )کاربر را پشتیبانی می کندکه نه تنها برای مقاصد پیکربندی و مهندسی، بلکه همچنین ویژگی های تست و نظارت را نیز فراهم می کند.

به عنوان مثال، REG 670 در حال حاضر تعاریف IEC 61850 را در داکیومنت های کاربری را یکی و متحد می کند مانند مثال پیشرو که یک بسته از قبل کانفیگور شده نشان می دهد. این پیکربندی برای استفاده کاربرد های ذخیره سازی آب، گاز و پمپ در نظر گرفته شده است .

برای کاربرد های بزرگتر، حفاظت ترانسفورماتور را می توان به RET 670 منتقل کرد، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است.

یکREG 670 به عنوان اصلی 1 و یکی دیگر به عنوان حفاظت اصلی 2 در حال حاضر محافظت از   بلوک ژنراتور کامل   از جمله ترانسفورماتور ژنراتور انجام می دهد. این در حال حاضر رابط IEC 61850 با سیستم کنترل نیروگاه را به دارا می باشد.

تمام اطلاعات لازم مانند رویدادها، هشدارها، اطلاعات آنالوگ و داده های اختلال در   فرمت Comtrade   می تواند در سیستم 800xA قابل دسترسی باشد (نگاه کنید به شکل 8).

شکل 7 – بسته بندی از پیش تعریف شده REG 670 برای کاربردهای ذخیره سازی آب، گاز و پمپ

شکل 7 - بسته بندی از پیش تعریف شده REG 670 برای کاربردهای ذخیره سازی آب، گاز و پمپ
شکل 7 – بسته بندی از پیش تعریف شده REG 670 برای کاربردهای ذخیره سازی آب، گاز و پمپ

برای تجسم و نظارت بر داده های REG 670، تمام قابلیت های نمایش سیستم 800xA، مانند   گرافیک قابل تنظیم، صفحه نمایش، آلارم و لیست رویداد   در دسترس هستند.

علاوه بر این، داده ها در پایگاه داده تاریخچه سیستم 800xA برای تجزیه و تحلیل بعید ذخیره می شود.

شکل 8 – سیستم 800xA ABB، بصری ترین رابط کاربری در صنعت، یک روش سازگار برای دسترسی به داده های شرکت های بزرگ و برای تعامل با برنامه های متعدد از هر ایستگاه کاری متصل در کارخانه و یا دفتر را فراهم می کند.

شکل 8 - سیستم 800xA ABB، بصری ترین رابط کاربری در صنعت،
شکل 8 – سیستم 800xA ABB، بصری ترین رابط کاربری در صنعت،

شکل 9 یکپارچگی حفاظت از واحد به سیستم 800xA را نشان می دهد   . سیستم های حفاظتی شامل دو کانال مستقل است. IEC 61850 مبتنی بر اترنت IED ها را به شبکه کنترل 800xA و سرور System 800xA متصل می کند.

یک دستگاه مسیریابی، شبکه کنترل سیستم 800xA و ایستگاه ایستگاه IEC 61850 را برای صرفه جویی در عملیات جدا می کند.

شکل 9 – ادغام RET 670 و REG 670 به سیستم ABB 800xA

ادغام عمودی سازگار از IED  تا سطح سیستم هزینه استراتژی نگهداری کارآمد را کاهش می دهد

اطلاعات مربوط به تعمیر و نگهداری تولید شده توسط خودRET 670 / REG 670 می تواند به طور خودکار به یک پیام نگهداری تبدیل شود و به CMMS (سیستم مدیریت تعمیر و نگهداری) منتقل شود.

شکل 9 - ادغام RET 670 و REG 670 به سیستم ABB 800xA
شکل 9 – ادغام RET 670 و REG 670 به سیستم ABB 800xA

یکپارچه سازی سیستم پست دیجیتال (VIDEO Digital substation system integration)

سخت افزار تنهازمانی مفید است که نرم افزار استفاده شده آن را مدیریت کند. طیف وسیعی از ابزارهای نرم افزاری ABB از سهولت استفاده بی نظیری برای ایجاد، پشتیبانی و نگهداری سیستم های حفاظتی با ویژگی ساده و ایمن را فراهم می کند.

Source: Future power plant control – Integrating process & substation automation into one system by ABB

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن