شبكات التوزيع املؤمتتة 2016 إعداد مثىن حممد كاظم توفيق رئيس مهندسني شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق احملتوايت املقدمة4 ............................................................................................................ الفصل األول -:مفاهيم عامة 5 ....................................................................................... األمتتة 5 .......................................................................................................... األمتتة يف إنتاج ونقل وتوزيع الطاقة الكهرابئية 5 ....................................................................... الشبكة الذكية 7 .................................................................................................. الفرق بني الشبكة الذكية واألمتتة يف شبكة توزيع الطاقة الكهرابئية 8 ..................................................... الفصل الثاين -:وظائف الشبكات املؤمتتة 11 .......................................................................... الوظائف الرئيسية 11 ............................................................................................. الفصل الثالث -:مكوانت وعناصر الشبكات املؤمتتة 13 ................................................................ أوالً :العناصر األساسية املشرتكة بني األجهزة واملعدات 13 ........................................................... املتحسسات (13 ................................................................................ )Transducer املعدات اإللكرتونية الذكية (14 ............................................................................ )IEDs نظام (15 .......................................................................................... )SCADA اثنياً :بعض أجهزة ومعدات الشبكة املؤمتتة 19 ..................................................................... جهاز مؤشر العطل (19 .................................................................... )Fault Indicators الفواصل أو املفاتيح الكهرابئية (23 ...................................................................... )Switch جهاز اعادة التشغيل (24 ............................................................................ )Recloser جهاز جتزئة الشبكة (25 ....................................................................... )Sectionalizer املتسعات املتغرية أو األوتوماتيكية 26 ............................................................................... 2 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق منظم اجلهد (28 ....................................................................... )Voltage Regulator املقاييس الذكية (30 .......................................................................... )Smart Meters امللحق 32 .......................................................................................................... أجهزة ومعدات متوفرة جتارايً للشبكات املؤمتتة 32 .................................................................... 32 ........................................................ ABB Distribution Automation Products 32 .........................................................SEL Distribution Automation Products 33 .......................................................... GE Distribution Automation Products املصادر 34 ......................................................................................................... الدورايت واجملالت 34 ............................................................................................ مقاالت شبكة اإلنرتنيت 34 ....................................................................................... 3 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق املقدمة تؤثر موثوقية وجودة إمداد الطاقة مباشرة على األنشطة االقتصادية ،واحلياة اليومية للمواطنني .بينما حتل شبكة التوزيع املؤمتت املشاكل األساسية املوجودة يف ربط إمدادات الطاقة مع الطلب وتتغلب على األجهزة واخلطوط القدمية والشبكات اليت توزع بشكل غري دقيق وتسبب زايدة اخلسائر يف اخلطوط واخنفاض جودة الطاقة .فمن دون أمتتة التوزيع ()Distribution Automation ال ميكن رصد أجهزة الشبكة على حنو فعَّال والتعرف على األعطال اليت تقع عليها ،وستنخفض إمكانية املعاجلة الذاتية أو املعاجلة عن بعد لألعطال يف الشبكة. يف اجلانب اآلخر تتطلب العديد من أجهزة أمتتة التوزيع موثوقية عالية يف االتصاالت وبراجميات معقدة وابلتايل زمن وصول أقل وحلول وقراءات أدق ومعاجلات أفضل ،من خالل االستفادة من تكنولوجية املعلومات واالتصاالت اليت تتيح االستشعار الشامل والسيطرة عن بعد على العقد واملعدات الكهرابئية على الشبكة إلجراء نقل كميات كبرية من البياانت واألوامر يف الوقت الفعلي وبشكل موثوق. 4 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق الفصل األول -:مفاهيم عامة األمتتة األمتتة ) (automatization or automationهي إلغاء تدخل اإلنسان إلغاءً كلياً أو جزئياً يف تنفيذ مهمات صناعية أو منزلية أو إدارية أو علمية ،من أكثرها بساطة كتنظيم درجة احلرارة يف فرن أو التحكم التسلسلي (التعاقيب) يف املراحل العملية ملكنة -أداة ،حىت أكثرها تعقداً كالتحكم بوساطة احلاسوب يف وحدة كيمياوية أو مركبة فضائية غري مؤهولة أو كاإلدارة املؤمتتة ملؤسسة مصرفية .ولقد استعملت كلمة األمتتة منذ منتصف الثالثينات من القرن العشرين للتعبري عن مجيع العمليات اليت استطاع اإلنسان تسخري آالت ميكانيكية للقيام هبا بدالً عنه .واتسع استعماهلا حىت غدت تعرب عن مجيع عمليات اإلنتاج اليت يتطلب إجنازها استعمال نظرايت وطرائق حتكمية متطورة بال تدخل اإلنسان تدخالً مباشراً كما يف جماالت اهلندسة الكيمياوية والبرتوكيمياوية والطبية وغريها. مثة عوامل كثرية ساعدت يف انتشار األمتتة وإعطاءها أمهية خاصة .فقد تكون شروط اإلنتاج احمليطية يف بعض الصناعات غري سهلة وصعبة على اإلنسان فتستلزم حماولة تصميم آالت للقيام بعملية اإلنتاج عوضاً عنه كما يف املفاعالت النووية وأماكن صهر بعض املعادن أو بعض الصناعات الكيمياوية اخلطرة .وتتطلب بعض الصناعات دقة وسرعة عاليتني يف األداء يعجز عن القيام هبما فيتحتم استخدام آالت معقدة متطورة ومربجمة هلذا اهلدف. وهنالك بعض الصناعات اليت تكون الغاية منها إنتاج أدوات معقدة ومتماثلة ،وذلك يقلل من إمكانية اإلجناز ابلصناعة اليدوية ويتطلب استخدام وسائل إنتاج مؤمتتة متقدمة كما يف صناعات قطع غيار اآلالت والسيارات والدوائر (العناصر) اإللكرتونية .هذه األسباب جمتمعة جتعل األمتتة مسألة ملحة يف الوقت الراهن. األمتتة يف إنتاج ونقل وتوزيع الطاقة الكهرابئية لقد ازداد عدد حمطات إنتاج الطاقة الكهرابئية يف معظم البلدان .وازدادت املسألة تعقيداً أمام احلاجة إىل ربط وحدات إنتاج الطاقة مجيعها على اختالف ضخامتها وأنواعها (مائية ،مشسية ،خبارية ،غازية ،نووية) يف شبكة واحدة وتوفري التزامن الالزم بينها لضمان نقل الطاقة وتوزيعها توزيعاً جيداً. 5 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق وهلذا كان إجياد منظومات مؤمتتة تضمن توليد الطاقة الكهرابئية ونقلها وتوزيعها من دون انقطاع أمراً ملحاً .ويعد بدء التشغيل يف وحدات إنتاج الطاقة الكهرابئية العالية القدرة ،ومدد توقف هذه الوحدات التوليدية ،مراحل حرجة جيب أن يراقب فيها أداء كل وحدة توليدية على حدة مراقبة جيدة من حيث السرعة والرتدد والتحريض والتوتر وفرق الطور ،إذ جيب أن يتم وصل الوحدة التوليدية مع شبكة التوزيع الكهرابئية أو فصلها عنها بدقة عالية من التوافق والتزامن لتكون الطاقة الكهرابئية املولدة متفقة يف الطور مع اليت يف الشبكة .ويتطلب حتقيق هذا التوافق يف الطور مراقبة عدد كبري من املتغريات يف أثناء زمين اإلقالع والتوقف مراقبة يعجز اإلنسان عن القيام هبا يدوايً وتصبح األمتتة أمراً ضرورايً .فمثالً يبلغ عدد املتغريات اليت يراقبها حتكم مؤمتت يف حمطة كهرابئية خبارية بقدرة 300ميغاواط 600متغري (دخل) مثل درجات احلرارة والضغط وسرعة الدوران وأوضاع املفاتيح وغريها .ويف حمطة كهرابئية نووية يتضاعف عدد هذه املتغريات لتصبح احلاجة إىل نظام مؤمتت متكامل وحموسب ،يؤلف ابستخدام برانمج مناسب نظام خبري ( ،)EXPERT SYSTEMضرورة الغىن عنها .وتتم مراقبة مجيع العمليات املؤمتتة من مركز التحكم الرئيسي املوجود يف كل حمطة .ودور األمتتة يف إنتاج الطاقة الكهرابئية ونقلها أساسي نتيجة لتعدد حمطات اإلنتاج وتنوعها وتباعدها يف البلد الواحد وبني عدة دول مرتبطة بشبكات من خطوط اجلهد الفائق .وهلذا تعتمد مجيع الدول على مراكز سيطرة (dispatching ) centersحموسبة وموزعة يف مواقع حمددة حتقق مايلي: السيطرة على توزع األمحال ( )load flowمن الناحية االقتصادية والفنية ابالعتماد على تشغيل احملطات األقل كلفة. ضمان االستقرار يف حال حدوث عطل يف أحد اخلطوط أو إحدى احملطات. تنظيم اجلهد على القضبان الناقلة ( )bus barيف حمطات اإلنتاج ومراكز االستهالك عن طريق التحكم يف نسبة حتويلاحملوالت ( )Tap changerواملتسعات لتحسني معامل القدرة وتقليل (.)reactive power معرفة األعطال يف شبكة النقل والتوزيع بشكل فوري وإجياد احللول هلا تلقائياً من خالل عزل العطب ومناقلة األمحال وتقليلاحلاجة اىل إرسال الكوادر العاملة اىل موقع العطب. 6 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق إستخدام املقاييس الذكية وابلتايل حتسني نظام اجلباية والسيطرة على محل املستهلك ومراقبة األمحال وتوزيعها مبا يضمن عدمالتجاوز على الشبكة. الشبكة الذكية اليوجد تعريف واحد للشبكة الذكية وسنعرض تعاريف وتوصيفات املؤسسات العاملية هلا: يعرفها املعهد الوطين األمريكي للتقييس والتكنولوجيا )(NIST شبكة كهرابئية تستخدم تكنولوجيا املعلومات لتوفري الكهرابء بكفاءة ،ووثوقية ،وبشكل آمن .ميكن تسميتها "كهرابء مع دماغ" وبتعريف أمشل :شبكة حديثة متكن التدفق ثنائي االجتاه للطاقة ،وتستخدم االتصاالت والتحكم ابإلجتاهني إمكانيات من شأهنا أن تؤدي جمموعة من الوظائف والتطبيقات اجلديدة. وتعرفها هيئة تنظيم الطاقة اإلحتادية األمريكية هي الشبكة الكهرابئية واليت تشمل جمموعة متنوعة من التدابري التشغيلية للطاقة مبا يف ذلك املقاييس الذكية ،واألجهزة الذكية، وموارد الطاقة املتجددة ،وموارد كفاءة الطاقة .تكييف السلطة االلكرتونية والسيطرة على إنتاج وتوزيع الكهرابء جوانب مهمة من ذكية شبكة. ويصفها معهد IEEE شبكات الطاقة الذكية هي شبكات طاقة واعدة لتعزيز الكفاءة التشغيلية للطاقة وطنية وإمدادات الطاقة عن طريق إنتاج الطاقة املنتشر مع تدفق الطاقة والكهرابء بشكل ثنائي االجتاه .ويتحقق هذا اهلدف عن طريق السماح للرصد ذكي والسيطرة على مكوانت خمتلفة ضمن خطوط النقل والتوزيع وكذلك األنظمة األخرى من اخلدمات ،الغاز الطبيعي ،والطاقة احلرارية ،والكهرابء، واملياه على جانب إىل املستخدم النهائي على اجلانب اآلخر ،مع احلفاظ على جودة الطاقة والكهرابء ،واألمن ،واملوثوقية ،والسالمة مع أقل ماميكن من التأثريات البيئية .احلكومات يف مجيع أحناء العامل تستثمر بكثافة يف شبكات الطاقة الذكية لضمان االستخدام واإلمداد األمثل للطاقة ،ومتكني ختطيط أفضل الستجاابت اإلنقطاع وإعادة التشغيل ،وتسهيل إدماج التكنولوجيات غري متجانسة 7 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق مثل نظم الطاقة املتجددة ،وشبكات السيارة الكهرابئية ،واملنازل الذكية يف مجيع أحناء شبكة .شبكات الطاقة الذكية تقدم حتدايت هندسية هائلة يف جمال تصميم وتكامل الطاقة والشبكات الكهرابئية مع تكنولوجيا االتصاالت وشبكات املعلومات ،جنباً إىل جنب مع أسئلة جوهرية حول أمن املعلومات وخصوصية املكوانت املختلفة ضمن الشبكة. وتصفها شركة ABB الشبكات الذكية متتلك القدرة على االستجابة على الطلب للمساعدة يف حتقيق التوازن بني االستهالك الكهرابئي مع العرض، وكذلك القدرة على دمج تكنولوجيات جديدة لتمكني أجهزة ختزين الطاقة واستخدام السيارات الكهرابئية على نطاق واسع. والتعريف املختصر الوايف هو تعريف شركة G&W Electric والشبكة الذكية هي شبكة كهرابء فيها كل مكوانت الشبكة ،مثل املفاتيح وأجهزة حتكم ومقاييس وما إىل ذلك ،لديها القابلية على توصيل معلومات املنظومة لبعضها البعض والسماح لالستجابة التلقائية دون احلاجة إىل إرسال الكوادر العاملة اىل املوقع. واهلدف هو حتقيق أقصى قدر من املوثوقية والكفاءة للشبكة يف حني إعطاء املستهلكني األفراد إمكانية السيطرة على االستهالك. بعض التكنولوجيات األساسية هي نظام ،SCADAإعادة التشكيل (مناقلة األمحال) واإلستعادة التلقائي ،املقاييس الذكية، والتكامل يف جمال الطاقة املتجددة. الفرق بني الشبكة الذكية واألمتتة يف شبكة توزيع الطاقة الكهرابئية إن أمتتة نظام التوزيع هو جزء من الشبكة الذكية فمفهوم الشبكة الذكية أوسع وأمشل ويضم اإلنتاج والنقل ومشاركة املستهلك يف إنتاج الطاقة .كما وتعترب وزارة الطاقة األمريكية إن أمتتة نظام التوزيع جزء من الشبكة الذكية وهو اجلزء األقدم ألن أغلب الدول املتقدمة قد نفذت أمتتة نظام التوزيع ودخل فعلياً ابلعمل منذ سنوات بينما مشروع الشبكة الذكية مازال يف البداية .إن مايقوم به نظام التوزيع الذكي أو املؤمتت من عملية مناقلة األمحال إلستعادة التشغيل بشكل تلقائي هو مثال على املعاجلة الذاتية (self- )healingوهو من أهم أوصاف عمل الشبكة الذكية. 8 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق 9 ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق شبكات التوزيع املؤمتتة خمطط يوضح وظائف نظام التوزيع املؤمتت خمطط يوضح وظائف الشبكة الذكية 10 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق الفصل الثاين -:وظائف الشبكات املؤمتتة الوظائف الرئيسية وظائف أمتتة التوزي ِع الفردية مثل مراقبة القدرة غري الفعالة (ﭬار) على مغذي أو اكتشاف عطل على الشبكة .الميكن ختمني الفوائد او التحدايت بشكل منفصل ،ألن الوظائف مرتابطة ببعضها البعض .وهذه الوظائف هي كما يلخصها معهد -: IEEE .1املراقبة والتحكم للمعدات داخل احملطات الثانوية من خالل -: أ -نظام SCADAلشبكة التوزيع ملراقبة معدات التوزيع يف احملطات الثانوية. ب -التحكم اإلشرايف مبعدات التوزيع يف احملطات الثانوية. ج -أجهزة احلماية يف احملطات الثانوية تقوم إبجراءات احملافظة على املنظومة. د -وجود مفاتيح Reclosersيف بعض تصاميم احملطات الثانوية لإلعادة التلقائية للتيار يف حال الفصل. .2املعدات الذاتية (األوتوماتيكية) واليت تعمل تلقائياً (يتم برجمتها) ومن موقعها على املغذايت. أ -اإلدارة الذاتية للمفاتيح (تشغيل وإطفاء تلقائي) من موقعها على شبكة املغذي. ب -معدات حتسني معامل القدرة (املتسعات) املتغرية تلقائياً على شبكة املغذي. .3املراقبة والتحكم ملعدات التوزيع على املغذايت. أ -معدات املغذي املرتبطة بنظام SCADA ب -معدات الشبكة األرضية املرتبطة بنظام SCADA .4إستخدام أنظمة وبراجميات حتليل نظام التوزيع املؤمتت. أ -إستخدام أنظمة وبراجميات حتليل سراين احلمل لغرض الدراسة والتخطيط. ب -إستخدام أنظمة وبراجميات حتليل سراين احلمل املرتبطة فعلياً ابلشبكة لغرض إختاذ القرار املناسب. ج -يف حالة وجود معدات ختزين الطاقة أو موارد إنتاج الطاقة املوزعة فيتم إستخدام أنظمة وبراجميات متخصصة بذلك .5تطبيق نظام املقاييس الذكية ).(AMI 11 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق أ -للسيطرة املباشرة على محل املستهلك. ب -التبليغ التلقائي عن العطب الذي يؤدي اىل إنقطاع التيار عن املستهلك. ويف حالة وجود معدات ختزين الطاقة أو موارد إنتاج الطاقة املوزعة ضمن شبكة التوزيع فيتم مراقبتها والسيطرة عليها مع وجود أجهزة احلماية موقعياً. 12 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق الفصل الثالث -:مكوانت وعناصر الشبكات املؤمتتة كل شبكة مؤمتتة تتضمن مايلي-: أوالً :العناصر األساسية املشرتكة بني األجهزة واملعدات هذه العناصر تنتشر يف أحناء شبكة التوزيع وترافق معدات الشبكة كاحملوالت والفواصل وغريها ومتاثل األعصاب احمليطية املنتشرة يف جسم اإلنسان .وهي عناصر أساسية مشرتكة بني أجهزة ومعدات الشبكة وهذه العناصر ال تكاد ختلو أي منظومة حتكم إلكرتونية منها. املتحسسات ()Transducer قراءات الفولتية والتيار والقدرة احلقيقية والقدرة اخليالية ودرجة حرارة احملوالت وغريها من القيم الفيزايئية الكمية ( Analogue )Dataتتحسهها هذه املتحسسات املربوطة يف احملطة أو على الشبكة وتقوم بتحويل هذه القراءات اىل قيم من نوع آخر كي ميكن معاجلتها رقمياً وابلتايل فهي املرحلة األوىل للمراقبة والتحكم. 13 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق املعدات اإللكرتونية الذكية ()IEDs وهي إختصار ( )intelligent electronic devicesهي وحدات معاجلة أي إهنا جهاز كومبيوتر مؤلف من دائرة متكاملة واحدة يقوم داخل األجهزة اليت تبىن ضمنها ،معاجلة البياانت ،تقبل األوامر ،ونقل املعلومات ،لذا فالعمليات تنفذ تلقائياً من قبل هذه املعدات أما املعلومات فيتم إرساهلا ضمن منظومة إتصاالت موثوقة كنظام سكادا ( ،)SCADAميكن وضع هذه األجهزة يف احملطات ويف احملوالت وضمن الكيوسكات يف الشبكات األرضية ،أو فوق االعمدة يف الشبكات اهلوائية .من األمثلة على هذه املعدات هي أجهزة القياس ( )Metersاليت أتخذ القيم املقروءة من املتحسسات اخلاصة هبا وتسجل هذه القراءات للتيار والفولتية والقدرة أبنواعها وعامل القدرة واحلمل األقصى والرتدد ووقت التسجيل داخل ذاكرهتا إلعداد سجل أتريخ القراءات وترسلها اىل مراكز السيطرة عند احلاجة أو وفق برجمة معينة تعتمد على قيمة القراءة أو املدة الزمنية. أكثر هذه األجهزة تتضمن على األقل منفذ واحد لإلتصال بينها وبني جهاز آخر أو بينها وبني حاسبة حممولة ،بعضها تدعم نقل واستحصال املعلومات والتحكم وتنظيم اجلهاز .أغلب هذه األجهزة توفر أكثر من منفذ توصيل أي منفذ لكل نوع من عمليات اإلتصال (نقل املعلومات،التحكم) ،وتتطلب براجميات خاصة هبا يتم تنصيبها يف احلاسبات احملمولة .وبعض هذه األجهزة حتتاج اىل معدات وسيطة لإلتصال وقراءة القيم بدون احلاجة حلاسبة حممولة. 14 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق نظام ()SCADA وهو إختصار ( )supervisory control and data acquisitionهو نظام يقوم بتجميع البياانت من احلساسات املوزعة على املناطق اجلغرافية املتفرقة يف نظام التحكم وإرساهلا إىل احلاسب الرئيسي لغرض اإلدارة والتحكم و املراقبة .أو هو أحد الربامج التطبيقية املستخدمة من أجل عمليات التحكم اليت يتم هبا جتميع البياانت يف ذات الوقت أي آنياً من أماكن بعيدة ملراقبة التجهيزات والظروف احمليطة والتحكم هبا أيضاً. تُستخدم أنظمة SCADAيف جمال الطاقة الكهرابئية لرصد وإدارة نقل الكهرابء ,احملطات الفرعية وخدمات التوزيع امليدانية إبستخدام وحدات طرفية عن بعد يف املناطق اجلغرافية املتفرقة. مكوانت نظام سكادا -: يضم نظام سكادا كل من الـ ( )Software(& )Hardwareوتقوم التجهيزات املادية ( )Hardwareبتجميع البياانت من احملطات املختلفة وذلك إب رتباطها ابملتحسسات املوجودة على املعدات وارساهلا عن طريق نظام االتصال اىل مركز سيطرة حيتوي على احلواسيب اليت حتمل الـ ( )softwareواالخري بدوره يقوم مبعاجلة البياانت ومتثيلها وعرضها على شكل رسوم وخمططات أو عرضها جغرافياً ( )Geospatialعلى خرائط وصور أقمار إصطناعية لكي يتمكن املستخدم من مراقبتها وكذلك اختاذ القرارات أبدخال وحدات اىل العمل أو أخراجها وحسب الضرورة. وبصورة عامة يتكون نظام سكادا من أربعة مراحل بصورة تسلسلية من احملطات املختلفة حىت مركز السيطرة هي -: .1مرحلة جتميع البياانت وتتكون من وحدات الـ (-: )RTU&DAS DASوهو خمتصر ( )Data acquisition systemويعين نظام جتميع املعلومات وهو عبارة عن كابينة حتتوي على جمموعة نقاط ربط خاصة مبعلومات اخلطوط واحملوالت يف احملطة أو مبتحسسات على الشبكة وتربط بقابلوات حتتوي على جمموعة اسالك وابلتايل يتم ربط هذه النقاط اىل جهاز نقل املعلومات ( .)RTUوالذي يقوم بتجميع املعلومات من الوحدات املختلفة وإرساهلا اىل مراكز السيطرة. 15 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق وتشمل املعلومات اخلاصة ابحملطة أو جزء من الشبكة واليت يتم نقلها اىل جهاز نقل املعلومات ( )RTUومن مث اىل مركز السيطرة كما يلي-: ✓ إشارات حتدد وضعية قواطع الدورة والفواصل يف احملطة ( )Digital Dataمن حيث حالة الغلق والفتح وأنخذها من ) (relayوإشارات احلماية للشبكة وأجزاءها مثالً إشارة مناولة البعد ومناولة الغلق الذايت ومتحسسات حرارة الزيت ومناولة االرضي وغريها. ✓ قراءات الفولتية والتيار والقدرة احلقيقية والقدرة اخليالية ( )Analogue Dataوتؤخذ من مقاييس حموالت القدرة (.)Transducer ✓ إشارات ( كيلو واط – ساعة ) اخلاصة مبعرفة كمية االنتاج والصرف يف ( )Accumulator Dataوحدات التوليد واحملوالت وتؤخذ على شكل نبضات من مقاييس الكيلوواط – ساعة وبعد ان يتم جتميع هذه النبضات يف جهاز نقل املعلومات ( )RTUيقوم إبرساهلا بصورة دقيقة جداً يف هناية كل ساعة اىل مراكز السيطرة . ✓ إشارات التحكم يف غلق وفتح ( )switching devicesيف احملطات والشبكات وإشارة التحكم يف رفع وخفض مستوى الفولتية يف احملوالت وإشارة التحكم يف املتسعات األوتوماتيكية وحىت املقاييس الذكية لدى املستهلك عرب جهاز نقل املعلومات من مركز السيطرة وتوصل اىل كابينة نظام جتميع املعلومات لغرض ربطها اىل مناوالت هذه األجهزة. .2وحدة االتصال بني حمطات التجميع ومراكز السيطرة والوسط املستخدم لنقل املعلومات وتكون أما سلكية بواسطة شبكة القدرة نفسها أو بواسطة شبكة سلكية مستقلة أو السلكية عن طريق شبكة املوابيل أو شبكة خاصة. .3مراكز السيطرة وهي احملطة النهائية ملنظومة سكادا واليت حتتوي على احلواسيب ( )computersواجهزة اخلادمات ( )serversاليت حتمل الربامج ( )softwareاملسؤولة عن جتميع البياانت وترتيبها وعرضها على حاسبات العرض ومعاجلتها وارجاع اوامر السيطرة اىل وحدات الـ ( )RTUعند الضرورة وبصورة عامة فان مراكز السيطرة كما موضحة ابلشكل التايل-: 16 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق وأهم خصائص الربجميات املوجودة يف مراكز السيطرة يف التعامل مع البياانت القادمة من خمتلف احملطات -: - 1أتمني التحكم احمللي أو املركزي ابستخدام صفحات واضحة وخمتصرة وقابلة للتحجيم أوالتنقل بني الصفحات. -2إضافة أزرار حتكم هلذه الصفحات للقيام بوظيفة واحدة أو عدة وظائف. -3تصميم حركات مميزة تدل على حالة العمل و احلالة اليت هي عليه يف املصنع. -4إظهار رسائل نصية أو رسومية إلظهار حالة سري العملية أو حالة اإلنذار. -5تعيني أوامر من لوحة املفاتيح ختص كل الصفحات أو صفحة حمددة. -6مراقبة والتحكم والدخول وإظهار كل حاالت اإلنذار وبعدة أشكال. -7أتمني مراقبة األداء واملردود كما هو ابستخدام املنحنيات البيانية( )trendsوسجالت املعلومات. -8إعطاء تقارير زمنية (دورية) وتقارير مقادة ابألحداث على شكل ملفات نصية. 17 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق -9التشبيك واالتصال مع املتحكمات املنطقية PLCوالـ RTUووحدات اإلدخال واخلرج الكثرية واعطاء مساحية ووثوقية عالية للنظام. كيف تتم معاجلة البياانت؟ إن ما مييز نظام التحكم واملراقبة ( )SCADAهو هيكليته الفريدة اليت من خالهلا نستطيع أن نقوم بعملية حتصيل البياانت ومعاجلتها و ذلك من خالل عدد كبري من أجهزة الدخل/اخلرج اليت ميكن أن أتخذ أشكال متباينة يف طريقة تشبيكها لتقدم لنا مع ِ نظاما متيناً يقوم بتحصيل بياانت ويساعد يف إجراءات معدات متنوعة ومتخصصة يف أغراض متنوعة ،هذه كلها تشكل لنا ً التحكم و اختاذ القرارات. تتلخص وظيفة السريفرات واحلواسيب املوجودة يف مراكز السيطرة ابملهام التالية -: -:I/O -1وهي اليت تتعامل وهتيئ كل االتصاالت مع أجهزة الدخل و اخلرج. -:Alarm -2وهي تراقب كل حاالت اإلنذار سواء كانت تشاهبية أم رقمية. -:Reports -3وهي التحكم وجدولة و إصدار كل التقارير حول عمليات التشغيل. -:Trends -4ومهمتها جتميع و تدوين وإصدار منحنيات معربة. ِ مجيعا من أجل -:Display -5وهي اليت متثل واجهة التخاطب بني العامل والنظام ،وهي تتخاطب مع كل املهام اليت قبلها ً إظهار آخر املعلومات اجلديدة وتنفيذ األوامر. وهذه املهام تتوزع على السريفرات املختلفة حبيث خيتص كل سريفر( )serverبوظائف معينة ويشارك ابملعلومات بعد معاجلتها مع بقية السريفرات وتعتمد هيكيلية النظام على فكرة خمدمات رئيسية مع طرفيات تدعى ابلزابئن وهذا ما يعرف ب(client- )serverمبعىن أن يكون أحد احلواسيب او املعاجلات مزود. -4نظم برجميات سكادا الـ ( )HMIلعرض املعلومات بعد معاجلتها وبيان موقف املعدات من العمل. 18 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق اثنياً :بعض أجهزة ومعدات الشبكة املؤمتتة جهاز مؤشر العطل ()Fault Indicators ويسمى أيضاً جهاز مؤشر مرور العطل ( )Fault Passage Indicatorsوهي أجهزة تعمل بواسطة اجملال املغناطيسي احملتث هبا من التيار الكهرابئي املار يف موصالت الشبكة وعندما حيدث العطل يقوم هذا اجلهاز إبضاءة مصباح واضح من مسافة بعيدة ويقوم اجلهاز إبرسال إشارة من خالل شبكة اإلتصال اىل مركز السيطرة ،حمدداً اجلزء املعطوب من الشبكة وابلتايل عزل العطل وإعادة التغذية من جهة أخرى تلقائياً (تغذية حلقية) بواسطة برانمج حاسويب أو من خالل مشغل يف مركز السيطرة إضافة اىل تقصري مدة البحث عن العطل وإصالحه مما يعين تقليل فرتة اإلنقطاع وتقليل مساحة منطقة اإلنقطاع اىل أقل ماميكن أي زايدة الوثوقية يف جتهيز الطاقة الكهرابئية وكما موضح يف الشكلني أدانه ابلنسبة لشبكة هوائية. 19 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق وتوزع هبذا الشكل على الشبكة -: 20 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق أما ابلنسبة لشبكة القابلوات األرضية فاملسألة الختتلف كثرياً وكما يف الشكلني أدانه 21 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق هذا الشكل يوضح كيفية إرسال األعطال ومواقعها من أجهزة مؤشر العطل اىل مركز السيطرة وكيفية التعامل مع املعلومة -1مغذايت شبكة التوزيع. -2أجهزة مؤشر العطل. -3شبكة اإلتصاالت. -4أجهزة احلاسوب الرئيسية اخلاصة مبركز السيطرة. -5نظام إدارة وبرجميات سكادا الـ ( )HMIلعرض املعلومات األعطال. -6إدارة املشغل يسمح إبختاذ اإلجراء املناسب يدوايً. -7إستقبال شكاوى عن طريق اإلمييل ورسائل املوابيل. -8تنزيل البياانت اخلاصة ابألعطال على شكل جداول. 22 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق الفواصل أو املفاتيح الكهرابئية ()Switch هذه املفاتيح تعمل عمل املفاتيح اإلعتيادية على الشبكة ولكنها ترتبط مبركز السيطرة ألجل التحكم هبا من خالل منظومة اإلتصاالت (سكادا) وهي على عدة أنواع وحسب احلاجة فمنها ما هو جمرد مفتاح إعتيادي يقوم بعملية الغلق والفتح (لنك , أونلود ،فاصل) أو قاطع دورة يتحسس التيار العطل ويقوم بعملية الفصل أو جهاز اعادة التشغيل ( )Recloserأو جهاز جتزئة الشبكة (.)Sectionalizer أمهية أجهزة املفاتيح املسيطر عليها عن بعد تكمن يف تكامل عملها مع أجهزة مؤشر العطل ()Fault Indicators وإمكانية عزل العطل وإعادة التغذية من جهة أخرى تلقائياً (تغذية حلقية) بواسطة برانمج حاسويب أو من خالل مشغل يف مركز السيطرة مما يعين تقليل فرتة اإلنقطاع وتقليل مساحة منطقة اإلنقطاع اىل أقل ما ميكن أي زايدة الوثوقية يف جتهيز الطاقة الكهرابئية. 23 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق جهاز اعادة التشغيل ()Recloser هو عبارة عن مفتاح كهرابئي أتوماتيكي أي انه أحد أجهزة احلماية أو هو نوع من أنواع قواطع الدورة يعيد التيار تلقائياً، سنسلط الضوء على هذا اجلهاز ألنه مهم سواء ابلنسبة للشبكة الذاتية أو الشبكة اإلعتيادية. وهو يعمل على اجلهود العالية ويوجد منه املفرغ من اهلواء ومنه الغازي (غاز ) SF6إلمخاد الشرارة .حيث يعمل الـ ـ ( )Recloserعلى قطع مسار التيار يف حالة حدوث مشكلة ابخلط اهلوائي حيث يتحسس ال ـ ( )Recloserالتيار العايل فيقوم بعملية الفصل مث خيترب اخلط تلقائياً لكي حيدد هل انتهت املشكلة أم ال .فإذا كانت املشكلة عارضة وزالت فان ال ـ ( )Recloserيعمل resetلنفسه و يعيد التيار مرة أخرى ولكن إذا ماكانت املشكلة مازالت موجودة فانه يفصل التيار مرة اثنية. إذا استمر وجود املشكلة بعد ثالثة مرات فان ال ـ ( )Recloserيعتربها مشكله دائمة ويبقي على انقطاع التيار حىت يقوم فريق الصيانة إبجياد املشكلة وإصالحها مث بعد ذلك يعمل resetللريكلوزر. يقلل ال ـ ( )Recloserوقت إنقطاع التيار الكهرابئي ويوفر نفقات الصيانة حيث يسمح إبعادة التيار تلقائياً بعد زمن صغري جداً من دون احلاجة اىل فريق الصيانة .كما انه يساعد فريق الصيانة يف حتديد مكان املشكلة وبسرعة إلعادة التيار. يعترب هذا اجلهاز مهم لتقليل اإلنقطاعات حىت ابلنسبة لشبكات التوزيع اإلعتيادية غري املؤمتتة لكن يف الشبكات املؤمتتة يصبح ضرورايً الميكن اإلستغناء عنه ألنه يعمل أوتوماتيكياً وبذلك يتكامل مع مكوانت الشبكة املؤمتتة األخرى إضافة اىل إمكانية التحكم به عن بعد. 24 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق جهاز جتزئة الشبكة ()Sectionalizer هو جهاز محاية يقوم بتقسيم الشبكة اىل أجزاء أو مقاطع يف الشبكات اهلوائية الكبرية ،وهو مناسب لإلستخدام على شبكات توزيع اجلهد املتوسط اهلوائية ،جنباً إىل جنب مع ال ـ ).(Recloser فعندما يقوم جهاز ال ـ ( )Recloserأو قاطع الدورة الواقع قبله يف الشبكة بقطع التيار بسبب عارض أو عطل يقوم جهاز ال ـ ( )Sectionalizerحبساب عدد مرات القطع وعندما يصل عدد القطوعات اىل عدد معني من املرات يقوم بفصل اجلزء الذي يقع بعده من الشبكة ليعزل منطقة العطب من أجل إعادة التيار لباقي أجزاء الشبكة .وتعد طريقة اقتصادية إلستمرارية وحتسني اخلدمة على خطوط التوزيع وأيضاً يسهل لفريق الصيانة حصر مكان اخللل لسرعة إصالحه .ويستخدم أحياانً يف الشيكات املؤمتتة جهاز ال ـ ( )Recloserكجهاز ( )Sectionalizerإلمكانية إعادة التوصيل عن بعد من خالل منظومة اإلتصاالت الـ (سكادا). 25 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق املتسعات املتغرية أو األوتوماتيكية تعد املتسعات من املعدات املهمة لتحسني معامل القدرة ممايعين تقليل التيار املار يف الشبكة وهذا بدوره يعين تقليل اخلسائر وتقليل هبوط الفولتية ومحاية معدات الشبكة من التيار العايل وزايدة إمكانية تزويد قدرة حقيقية أكرب .لكن يف حالة كون املتسعة ذات قيمة اثبتة فإهنا وخالل احلمل القليل ( )light loadسرتفع معامل القدرة اىل ما فوق ، 1مما يعين حالة تقدم ()leading وهذا يؤدى اىل رفع قيمة الفولتية وهذا يشكل خطراً على األجهزة. لذا برزت احلاجة اىل وجود متسعات متغرية أوتوماتيكياً على الشبكة لتتغري قيمتها وفق احلمل املطلوب من خالل متحسسات لقيم التيار والقدرة ودرجة احلرارة والفولتية وجهاز سيطرة مربمج حيتوي على وحدة معاجلة مركزية ()Microprocessor وذاكرة .ويف شبكات التوزيع املؤمتتة تكون هذه املتسعات متغرية أوتوماتيكياً ومسيطر عليها عن بعد بنفس الوقت أي حتتوي على جهاز إتصال يربطها مبنظومة اإلتصاالت الـ (سكادا). 26 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق 27 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق منظم اجلهد ()Voltage Regulator ظهرت منذ بداية القرن العشرين أجهزة منظمات اجلهد حلل املشكلة وتطورت هذه األجهزة لتصبح ذاتية (أوتوماتيكية) العمل تتحسس مستوى اجلهد على املغذايت واخلطوط يف شبكات النقل والتوزيع وتقوم ابلفعل املناسب حسب احلالة أما رفع أو خفض اجلهد للمحافظة على قيمة اجلهد ضمن احلدود املقبولة ،وهذا اجلهاز هو عبارة عن حمولة ذاتية ()Auto Transformer مع مغري جهد (عمله يكون اشبه ابلـ )tab changerلتعديل اجلهد على طول املغذي الذي يعاين من اخنفاض اجلهد يف املسافات البعيدة .وكما مبني ابلشكل توجد أجهزة حتكم لألجهزة ثالثية الطور وأجهزة حتكم لألجهزة أحادية الطور .وتقدم بعض الشركات جهاز حتكم مفرد للتحكم بثالث أجهزة أحادية الطور مربوطة ( ، )∆( ، )Yأو جهازين مربوطني بشكل (∆ مفتوحة) وذلك للتحكم وإختاذ اإلجراء املناسب لكل األطوار يف وقت واحد مع تقليل الكلفة وحجم املعدات. اجليل اجلديد من أجهزة منظم اجلهد لديها أجهزة حتكم متطورة تتألف من متحسسات للقيم الكهرابئية ومعاجل دقيق ( )microprocessorوذاكرة لتخزين الربانمج املشغل وختزين القيم واإلجراءات ومقابس إدخال وإخراج أبشكال خمتلفة وأزرار لإلدخال والربجمة والتحكم اليدوي وبطارية وشاشة صغرية للعرض .ومعدات إتصال لربط منظم اجلهد مبركز السيطرة من خالل 28 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق شبكة إتصاالت كمنظومة ( )SCADAأو شبكة املوابيل لرتسل القراءات املأخوذة واإلجراءات املتخذة من قبل جهاز التحكم وتستلم األوامر من مركز السيطرة إذا كانت شبكة التوزيع مؤمتتة ( )Automation Distributionأو شبكة ذكية ( Smart .)Grid منظم جهد إنتاج شركة سيمنز ()SIEMENS 29 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق املقاييس الذكية ()Smart Meters عبارة عن أنظمة إتصال رقمي ثنائية االجتاه تقوم بتسجيل االستهالك الكهرابئي كل 30دقيقة أو أقل أو أكثر ،وإبمكاهنا أن ترسل هذه البياانت تلقائياً إىل مراكز السيطرة املخصصة للمقاييس الكهرابئية .وهذا سوف يضع حداً للقوائم التقديرية والقراءات غري اآللية اليت يقوم هبا قراء املقاييس ومايرافقها من أخطاء أو عدم احلصول على القراءة. تقوم املقاييس الذكية ( )Smart Metersبقياس وتسجيل مقدار الكهرابء املستهلكة يف ٍ أوقات خمتلفة من اليوم واألسبوع. وتستخدم منظومة إتصاالت (سكادا) لتزويد أجهزة جتميع املعلومات ( )DCUومنها اىل مراكز السيطرة بقراءات متواترة لإلستهالك. إبمكان املقاييس الذكية ( )Smart Metersإبالغ مراكز السيطرة أبي عطل كهرابئي لديك يف وقته الفعلي .هذه التنبيهات ابألعطال الكهرابئية ميكن أن ِ تسرع من استعادة التيار الكهرابئي ،ألنه يكون ابالمكان حتديد مصدر املشكلة على الفور، وابالمكان إحالة املشكلة إىل طاقم الصيانة على أساس األولوية فتبدأ أعمال إصالح العطل يف ٍ وقت أسرع وبذلك ميكن إعتبارها نوع من أنواع مؤشرات األعطال يف اجلهد الواطئ أو عند املستهلك ،ويكون مبقدور هذه املقاييس التحقق مما إذا متَّت استعادة التيار الكهرابئي إىل مجيع املستهلكني .كذلك ميكنها كشف أي تالعب أو جتاوز على الشبكة الكهرابئية من خالل حساب الطاقة املستهلكة والطاقة اجملهزة يف كل جزء من أجزاء الشبكة. هناك أنواع وموديالت خمتلفة من املقاييس الذكية ( )Smart Metersولكن الوظائف األساسية متشاهبة وإن كان بعضها لديه وظائف أكثر من األنواع األخرى .مبقدور بعض هذه املقاييس قياس التيار الكهرابئي إبجتاهني ،وبذلك تسمح للمستهلكني الذين لديهم أنظمة طاقة متجددة ،كألواح الطاقة الشمسية ،ابحلصول على اعتماد/رصيد من الطاقة اليت يغذون هبا الشبكة .وهذه من ضرورايت بناء الشبكة الذكية. 30 شبكات التوزيع املؤمتتة ر .مهندسني /مثىن حممد كاظم توفيق 31 مثىن حممد كاظم توفيق/ مهندسني.ر شبكات التوزيع املؤمتتة امللحق أجهزة ومعدات متوفرة جتارايً للشبكات املؤمتتة ABB Distribution Automation Products 1) PCD2000 Recloser Control Features: ✓ Under/Over voltage, frequency control and alarming (1phase or 3 phase); Directional specific over current protection, power flow control; Records kW, kVAR & volts per phase, Operation/Fault Records, Power quality recorders per ANSI/IEEE 1159 Standard, and also have Oscillographic capture facility. ✓ Open protocols, DNP3.0, Modbus, RS232, RS485, programmable I/O and optical port are all standard. 2) SCD2000 Switch Control Features: ✓ Fault indication that utilizes currents or currents and voltages; Phase imbalance; Switch failure alarm; Number of operations; Sectionalizing function; Automatic source transfer 3) DCD2000 Communications Gateway Features: ✓ Provides multiple master/slave operation in one integrated box; Provides interface to multiple applications; Provides interface to substation and field devices ✓ Support standard protocols (MODBUS and DNP 3.0) SEL Distribution Automation Products 1) SEL-351A Distribution Protection System Features: ✓ Dependable Over Current Protection; Innovative Directional Elements; Under/Over frequency Protection; Reclosing Control; Metering and data recording 2) SEL-2411 Programmable Automation Controller Features: ✓ Flexible I/O for automatic control; Sequential events reporting; Station integration; Remote monitoring; Plant control systems 3) SEL-2030 Communications Processor Features: ✓ Two Plug-In Protocol-Processor Card; Automatic Database; Modbus® Slave, DNP 3 Level 2 Slave, and ASCII Serial Protocols; Programmable Logic Controller (PLC) Functions 32 مثىن حممد كاظم توفيق/ مهندسني.ر شبكات التوزيع املؤمتتة GE Distribution Automation Products 1) Digital Multifunction System (DMS) Features: ✓ Under/Over voltage, frequency control and alarming (1phase or 3 phase); Directional specific over current protection, power flow control; Event and Oscillography Recorder, Separate local MMIs for P & C ✓ RS232 port, faceplate accessible for local communication 2) SMOR-B Feeder Management System Features: ✓ Hiset/loset phase, ground, instantaneous O/C and negative sequence TOC; Directional under and over frequency, phase and ground unit TOC; Cold load pickup, breaker failure logic; Records kW, kVAR & volts per phase, Operation/Fault Records and Oscillography ✓ Front and rear RS232 ports ,Optional rear fiber optic port ,M-LINK & Modbus protocol 33 مثىن حممد كاظم توفيق/ مهندسني.ر شبكات التوزيع املؤمتتة املصادر الدورايت واجملالت 1. Federal Energy Regulatory Commission\Demand Response and Advanced Metering\Dec. 2008 2. IEEE Distribution Automation Working Group White Paper v3\Smart Grid for Distribution Systems: The Benefits and Challenges of Distribution Automation (DA) (Draft Version 2) White Paper for NIIST. . إعداد املهندس عقيل داود حسني/)SCADA( دورة يف منظومة التحكم االشرايف وحتصيل البياانت.3 4. POWER SYSTEM AUTOMATION\D. J. Dolezilek\Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. USA 5. Remote Monitoring System for Fault Passage Indicators\ Product-Catalogue-Remote-FaultPassage-Indicator-v1-2 6. Arabic-DPI-SM-FS_WhatSmartMetersDo_FA_WEB مقاالت شبكة اإلنرتنيت حل االتصاالت املؤمتتة لتوزيع الطاقة/)Huawei( موقع شركة هواوي.1 التشغيل ابستخدام حلول تكنولوجيا املعلومات واالتصاالت للشبكة الذكية/)Huawei( موقع شركة هواوي.2 األمتتة/ موقع املوسوعة العربية.3 The National Institute of Standards and Technology موقع املعهد الوطين األمريكي للتقييس والتكنولوجيا.4 (NIST) what is a smart grid? / ABB موقع شركة.5 IEEE International conference on Smart Energy Grid Engineering / IEEE موقع.6 What is the Smart Grid?/ موقع الشبكة الذكية التابع لوزارة الطاقة األمريكية.7 Cooper Power Systems>Products>Overhead Distribution Equipment> Sectionalizers / موقع شركة كوبر.8 Delivery > Distribution System > Parts> Sectionalizers /Gulf Power شركة https://www.horstmanngmbh.com/products/short-circuit-and-earth-fault- /هورستمان موقع.9 موقع شركة.10 indicators 34