دليل الحماية والترحيل: اختيار المرحلات وإعدادها واختبارها

ما الذي يحميه مرحل الحماية فعليًا

مرحل الحماية هو صانع القرار: فهو يقيس التيار/الجهد (وأحيانًا التردد والطاقة والممانعة والتوافقيات)، ويطبق المنطق، ويصدر رحلة إلى قاطع الدائرة عندما تشير الظروف إلى خطر التلف أو خطر السلامة. في الحماية العملية وتصميم التتابع، يمكنك حماية:

• المعدات: المحولات والمحركات والمولدات والكابلات والقضبان والمغذيات.
• استقرار النظام: منع الرحلات المتتالية أثناء الأعطال.
• الأشخاص والمرافق: الحد من مدة وميض القوس وإمكانات اللمس غير الآمنة.

النموذج العقلي المفيد هو "مناطق الحماية". يجب أن يكون لكل أصل حدود محددة بوضوح ونظام ترحيل أساسي، مع حماية احتياطية عند المنبع. الهدف هو أن رحلات التتابع الأساسية أولا؛ رحلات النسخ الاحتياطي فقط في حالة فشل الحماية الأساسية أو الكسارة.

وظائف الترحيل الأساسية التي ستستخدمها في أغلب الأحيان

تقوم المرحلات الرقمية الحديثة بتنفيذ العديد من الوظائف في جهاز واحد. فيما يلي العناصر الأساسية الشائعة في تطبيقات الحماية والترحيل، بالإضافة إلى ما تجيده:

إذا كنت بحاجة إلى نقطة بداية للعديد من الأنظمة الصناعية والتجارية، فغالبًا ما تكون حزمة الصدع الأرضي ذات التيار الزائد ذات الطور المشترك مع منحنيات زمنية جيدة التنسيق هي خط الأساس الأكثر فعالية من حيث التكلفة - ثم قم بإضافة مخططات تفاضلية أو تقليل فلاش القوس أو بمساعدة الاتصالات حيث تبرر المخاطر والحرجية ذلك.

تصميم نظام الحماية: المناطق والانتقائية والنسخ الاحتياطي

يجب أن تجيب فلسفة الحماية والترحيل العملية على ثلاثة أسئلة لكل نوع من أنواع الأخطاء: "من يتعثر أولاً؟"، "ما مدى السرعة؟"، و"من يدعمها إذا فشل ذلك؟" التسلسل الهرمي الكلاسيكي هو:

• الحماية الأولية: تغطي أصغر منطقة وتسافر بشكل أسرع.
• النسخ الاحتياطي المحلي: يقوم منطق فشل الكسارة برحلات القواطع الأولية إذا لم يتم مسح الكسارة المحلية.
• النسخ الاحتياطي عن بعد: ترحيل التيار الزائد/المسافة المتأخرة زمنياً والذي يزيل الخطأ في حالة فشل المخططات المحلية.

هامش التنسيق الذي يجب أن تخطط له

بالنسبة لتنسيق التيار الزائد المتدرج زمنيًا، يستهدف المهندسون عادةً الفاصل الزمني للتنسيق الذي يغطي التسامح مع وقت تشغيل المرحل، ووقت إزالة الكسارة، وتأثيرات CT / التتابع العابرة. في العديد من الإعدادات الميدانية، يكون نطاق البداية العملي هو 0.2-0.4 ثانية بين أجهزة المصب والمنبع على نفس مستوى الخطأ الحالي (اضبط بناءً على سرعة القاطع ونوع التتابع).

فحص سريع لحدود المنطقة

قبل الانتهاء من الإعدادات، تأكد من أن حدود كل منطقة ذات معنى فعليًا: يجب محاذاة مواقع التصوير المقطعي، ومواضع الكسارة، وقطع الاتصال. تحدث العديد من عمليات التشغيل الخاطئة عندما تظهر الرسومات حدًا واحدًا بينما تقوم أسلاك التصوير المقطعي أو مجموعة الكسارات بتنفيذ حدود أخرى.

محولات الأجهزة والأسلاك: نقطة الفشل الخفية

أداء الحماية والتتابع مقيد بسلسلة القياس. إذا لم "يرى" المرحل الخطأ بشكل صحيح أبدًا، فلن ينقذك أي قدر من الدقة في الإعدادات.

المحولات الحالية (CTs): الدقة مقابل التشبع

يمكن أن يؤدي تشبع الأشعة المقطعية إلى تأخير أو تشويه التيار أثناء الأعطال العالية، خاصة بالنسبة للعناصر التفاضلية وعالية السرعة. تشمل التخفيفات العملية ما يلي:

• استخدم فئات CT المناسبة لواجب الحماية وتيار الخطأ المتوقع (بما في ذلك إزاحة التيار المستمر).
• حافظ على انخفاض العبء الثانوي: المسافات القصيرة، حجم الموصل الصحيح، النهايات الصلبة.
• التحقق من صحة القطبية والنسبة على كل CT؛ يمكن لتصوير مقطعي معكوس واحد أن يهزم الحماية التفاضلية.

محولات الجهد (VTs/PTs): منطق الصهر وفقدان الإمكانات

يمكن أن يحاكي فشل الصمامات VT انخفاض الجهد أو أخطاء المسافة. استخدم الإشراف على فقدان الإمكانات حيثما كان ذلك متاحًا، وتأكد من أن ممارسات الصهر الثانوية VT تتوافق مع توقعات مخططك. إذا كان المرحل الخاص بك يستخدم استقطاب الجهد، فتأكد من سلوكه في ظل فقدان VT حتى لا تنشئ نقطة عمياء أو حالة رحلة مزعجة.

قاعدة عملية: إذا كنت ترى عمليات غير مفسرة، فتحقق من أسلاك CT/VT والحمل والقطبية والتأريض قبل تغيير الإعدادات. في العديد من التحقيقات، السبب الجذري هو سلوك الأسلاك أو محول الصك وليس عنصر الحماية نفسه.

سير عمل إعدادات الترحيل العملي مع مثال عملي

يوجد أدناه سير عمل عملي يمكنك تطبيقه لحماية التيار الزائد لوحدة التغذية. وهي ليست بديلاً عن دراسة التنسيق الكاملة، ولكنها تمنع الأخطاء الأكثر شيوعًا.

سير العمل خطوة بخطوة

1. جمع بيانات النظام: الخط الواحد، مقاومة المحولات، أحجام الموصلات، أنواع القواطع، نسب CT، وطريقة التأريض.
2. حساب توقعات الحمل والتدفق: الحد الأقصى للطلب، تشغيل المحرك، تنشيط المحولات.
3. حساب مستويات الخطأ في الحافلات الرئيسية (الحد الأدنى والحد الأقصى): تضمين اختلافات المصدر ومساهمة المحرك حيثما أمكن ذلك.
4. حدد عناصر الحماية: مرحلة OC، خطأ أرضي، لحظي، اتجاهي إذا لزم الأمر.
5. قم بتنسيق منحنيات الوقت من المنبع إلى المنبع بهامش متعمد (لا "تنظر" إلى التقاطعات القريبة).
6. التحقق من صحة أهداف الحماية: عدم وجود رحلة عند التحميل العادي، رحلة بسبب الأخطاء خلال الوقت المطلوب، عملية النسخ الاحتياطي الصحيحة.
7. قم بتوثيق كل افتراض ووضع الأساس المنطقي بحيث تظل التغييرات المستقبلية متماسكة.

مثال عملي (الأرقام النموذجية)

خذ بعين الاعتبار وحدة تغذية 480 فولت مع تيار حمل كامل يبلغ 300 أمبير ونسبة CT تبلغ 600:5. نهج البداية المشترك هو:

• المرحلة الزمنية لاقط التيار الزائد بالقرب 1.25× الحد الأقصى للحمل المتوقع (لتجنب الرحلات المزعجة)، ثم اضبطه حسب بدء تشغيل المحرك وتنوعه.
• يتم تعيين العنصر اللحظي فوق الحد الأقصى للخطأ في اتجاه مجرى النهر (للحفاظ على الانتقائية)، أو يتم تعطيله عندما تكون الانتقائية أمرًا بالغ الأهمية.
• تم اختيار التقاط الأعطال الأرضية لاكتشاف الأعطال الأرضية المنخفضة المستوى مع احترام نظام التأريض؛ بالنسبة للأنظمة المؤرضة بالمقاومة، قد يكون هذا أقل بكثير من التقاطات الطور.

في العديد من المرافق، يعتمد تحسين أداء الفلاش القوسي بشكل أقل على خفض عمليات الالتقاط وأكثر على استخدام منطق أسرع أثناء الصيانة (على سبيل المثال، إدخال وضع الصيانة) مع الحفاظ على التنسيق الطبيعي سليمًا. النتيجة التي يمكن الدفاع عنها هي: سريع عندما يتعرض الناس، انتقائي عندما يكون المصنع قيد التشغيل .

مرحلات الحماية الحديثة: المنطق والاتصالات والمعيار IEC 61850

تستخدم أنظمة الحماية والترحيل بشكل متزايد المخططات المدعومة بالاتصالات لتحسين السرعة والانتقائية. تشمل الأنماط الشائعة التعثر المسموح به، وأنظمة الحظر، ورحلة النقل. تتيح المواصفة القياسية IEC 61850 نماذج بيانات موحدة ورسائل عالية السرعة (على سبيل المثال، GOOSE) التي يمكن أن تحل محل الأقفال المتشابكة في العديد من التصميمات.

حيث تساعد الاتصالات أكثر

• حماية الخط: مسح أسرع باستخدام المخططات المتساهلة مقارنةً بتصنيف الوقت النقي.
• تنسيق فشل الحافلات والكسارات: المنطق الحتمي وتحسين الإبلاغ عن الأحداث.
• الرؤية التشغيلية: يعمل رسم الذبذبات وسجلات الأحداث على تقليل وقت استكشاف الأخطاء وإصلاحها بعد الرحلات.

التحكم السيبراني والتكوين (غير اختياري)

نظرًا لأن المرحلات الحديثة عبارة عن نقاط نهاية قابلة للبرمجة، فإن التحكم في التكوين يعد جزءًا من الموثوقية. تعامل مع ملفات الإعداد وتعيينات الاتصالات باعتبارها عناصر خاضعة للرقابة: احتفظ بسجل الإصدارات وتقييد الوصول والتحقق من صحة التغييرات من خلال عملية اختبار. تتمثل إحدى الممارسات التشغيلية القوية في المطالبة بمراجعة النظراء لأي تغيير قد يغير منطق التعثر.

الاختبار والتشغيل: كيف يبدو "الجيد" في الميدان

إن نظام الحماية والترحيل يكون جيدًا بقدر جودة تشغيله. توفر المرحلات الرقمية تشخيصات غنية، ولكنك لا تزال بحاجة إلى إثبات مسار الرحلة من طرف إلى طرف: الاستشعار ← المنطق ← جهات اتصال الإخراج ← ملف رحلة الكسارة ← مسح الكسارة.

قائمة التحقق من التشغيل (عملية)

• قطبية الأشعة المقطعية، والنسبة، والتحقق من المراحل؛ تم فحص وتوثيق التأريض الثانوي.
• قطبية VT ورسم الخرائط الصحيحة من مرحلة إلى مرحلة / مرحلة إلى محايدة ؛ تم التحقق من منطق فقدان الإمكانات.
• التحقق من دائرة الرحلة: استمرارية ملف الرحلة، وإمداد التيار المستمر، وإنذارات الإشراف، ورسم خرائط جهات اتصال الإخراج الصحيحة.
• اختبارات الحقن الثانوية: يتم التحقق من صحة الالتقاطات ومنحنيات الوقت والسلوك الاتجاهي مقابل الإعدادات.
• اختبارات شاملة للرحلات المدعومة بالاتصالات عند استخدامها (بما في ذلك السلوك الآمن من الفشل عند فقدان الاتصالات).
• تم التحقق من التقاط سجل الحدث: سجلات الاضطراب، ومزامنة الوقت، وتسمية المحطة الصحيحة.

معيار القبول العملي هو أن وقت الرحلة المقاس (تشغيل التتابع وتصفية قاطع الإخراج) يتوافق مع افتراضات التصميم. بالنسبة للعديد من التطبيقات، من المتوقع أن تكون عملية الحماية "اللحظية" حسب الطلب عدد قليل من دورات تردد الطاقة لقرار الترحيل بالإضافة إلى إزالة الكسارة، ولكن يجب أن يتطابق الهدف الدقيق مع خطة الكسارة والتنسيق.

استكشاف أخطاء العمليات الخاطئة وإصلاحها: العزل السريع للسبب الجذري

عندما يتعطل أحد أجهزة التتابع بشكل غير متوقع، فإن أسرع طريقة لعزل السبب الجذري هي استخدام تسلسل منضبط يفصل بين "ما قام جهاز التتابع بقياسه" و"ما شهده النظام". استخدم تقارير أحداث التتابع ورسم الذبذبات أولاً؛ فهي غالبًا ما تكون أكثر موثوقية من الافتراضات التي يتم تقديمها بعد وقوعها.

أسئلة ذات إنتاجية عالية للإجابة عليها

• ما العنصر المؤكد (على سبيل المثال، وقت OC، لحظي، تفاضلي، انخفاض الجهد)؟
• هل تظهر الأشكال الموجية توقيع خطأ حقيقي (حجم التيار، تحول الطور، التسلسل السلبي، التيار المتبقي)؟
• هل كان المرحل مستقطبًا بشكل صحيح (VT موجود، رسم خرائط الطور الصحيح) في وقت التشغيل؟
• هل يمكن أن يفسر تشبع الأشعة المقطعية أو خطأ الأسلاك القياسات (التيار المسطح، وتيارات الطور غير المتطابقة)؟
• هل تم فتح الكسارة بالفعل، أم أنك واجهت سيناريو فشل الكسارة؟

مثال شائع: الرحلات التفاضلية عند تنشيط المحولات عند تعطيل تقييد التدفق أو تكوينه بشكل خاطئ. مشكلة أخرى متكررة هي خطأ الأرض "ثرثرة الالتقاط" الناجم عن الأسلاك المتبقية غير الصحيحة أو اتصال ثانوي CT. وفي كلتا الحالتين، يعد تغيير الإعدادات وحده أمرًا محفوفًا بالمخاطر ما لم تتأكد من صحة سلسلة القياس.

اختيار التتابع المناسب للوظيفة

يجب أن يكون تحديد مرحل الحماية مدفوعًا بأنواع الأخطاء والأهمية وقابلية الصيانة، وليس فقط عدد الميزات. استخدم المعايير أدناه لتجنب الإفراط في الشراء، أو ما هو أسوأ من ذلك، عدم الحماية.

معايير الاختيار ذات أهمية في الممارسة العملية

• وظائف الحماية المطلوبة: تشمل التوسع المستقبلي (وحدات التغذية الإضافية، DG، قواطع التعادل).
• المدخلات والمخرجات: ملفات الرحلة، حالة القاطع، التعشيق، وضع الصيانة، الإنذارات.
• الاتصالات: دعم بروتوكول SCADA واحتياجات IEC 61850 وطريقة مزامنة الوقت.
• سجلات الأحداث: عمق التقاط الشكل الموجي، والمشغلات، وسهولة الاسترجاع.
• قابلية الصيانة التشغيلية: تحديد مدى توفر البرامج ودعم القالب وبصمة التدريب.

بيان النتائج العملية لمعظم المشاريع هو: توحيد عائلات الترحيل ووضع النماذج حيثما كان ذلك ممكنًا . يعمل التقييس على تقليل الوقت الهندسي وتبسيط قطع الغيار وتحسين الاستجابة للحوادث لأن الفنيين يتعرفون على الأنماط في تقارير الأحداث والمنطق.