بررسي ضرورت ها و اصول بهينه اتوماسيون

رمز:sim-power.ir

بررسي ضرورت ها و اصول بهينه اتوماسيون شبكه هاي توزيع

احمد وحيد نيا

شركت برق منطقه اي آذربايجان

چكيده مقاله:

بحث اتوماسيون شبكههاي توزيع چند سالي است كه در كشور ما شروع شده و نمونه هايي نيـز در بعضـي
از شركتهاي توزيع اجرا شده و يا در دست اقدام مي باشد. با توجه به اينكه منظور از اتوماسيونشبكه هـاي توزيـع
نصب سيستم مديريت و نظارت بر شبكه توزيع شهر يا منطقه مورد نظـر اسـت بايـد از مرحلـه مطالعـات اوليـه و
طراحي تا مرحلة نصب تجهيزات و بهره برداري سيستم اتوماسـيون بـا اسـتفادهاز تجربيـات بدسـت آمـده و نظـر
مشاورين عالي و با سابقه، طرح جامع اتوماسيون جهت تعيين پسـتهـاي مـانوري و سيسـتمهـاي مونيتورينـگ،
پردازشگرها، سيستم هاي مخابراتي و مركز ديسپاچينگ تهيهشده و در فازهاي مختلـف بـا توجـه بـه امكانـات و
اعتبارات به اجرا گذاشته شود. بديهي است در تهيه طرح جامع بايد به نيازها، ضرورتها و امكانات توجه لازم بعمـل
آيد تا ضمن تهيه يك طرح اقتصادي كليةانتظـارات از يـك سيسـتم مكـانيزه و اتوماتيـك بدسـت آيـد. سيسـتم
اتوماسيون بايد در جهت مديريت و نظارت شـبكه بـا دقـت و صـحت عمـل نمايـد و ضـمن ارائـه و ثبـت كليـة
پارامترهاي مورد نياز شبكه تحتمديريت، قادر به تحليل سيستم و خطاهاي بوجود آمده باشد و محـدودة خطـا را
تشخيص و از شبكه جدا نمايد. بنابراين دريافت اطلاعات و تحليل سيستم و ارسال فرمانهاي قطع و وصل به كليد
ها وپردازشگرها بايستي بدون خطا و بسرعت انجام گيرد. كاهش زمان خاموشيها انرژي توزيع نشده،تعداد قطع و
وصل كليد ها، انجام تحليل هاي لازم، پخش بار و ارائه اطلاعات پارامترهاي شبكه و خطاهايبوجود آمده(جهـت
تصميم گيري) از نتايج بديهي سيستم اتوماسيون مي باشد لذا بايد در انتخاب تجهيـزات پسـت هـا و تـابلو هـا و
سيستم هاي اينترلاك و اينترفيس، RTuها، سيستم هاي مخابراتي وتجهيزات مركز كنترل و نرم افزارهاي مورد
نياز سيستم دقت لازم را بعمل آورده و پروتكل هاي استاندارد را رعايت نمود. توسعه پذيري سيستم،دقت و صحت
عملكرد آن و امنيت سيستم از اهمموضوعاتي است كه بايد در طراحي و نصب سيستم هاي مورد نيـاز اتوماسـيون
مورد توجه قرار گيرد. جهت افزايش ضريب اطمينان سيستم تجهيزات مركز كنترل بايد بصورت دوال اجرا شود كه
در صورتاز كار افتادن يك دستگاه سيستم دوم قادر به انجام وظايف كنترل شبكه باشـد. همچنـين ارتبـاط بـين
مركز و RTu ها بايد از نظر قطعي ارتباط و يا نفوذ پذيري اطمينان بخش باشد، لذا بايد پيش بينـي هـاي لازمدر
طراحي و نصب تجهيزات ارتباطي بعمل آيد.

بررسي ضرورت ها و اصول بهينه اتوماسيون شبكه هاي توزيع

احمد وحيد نيا

شركت برق منطقه اي آذربايجان

كليات كليدي: اتوماسيون، ريكلوزر و سكشنالايز هوشمند، رله هاي ميكروپرسسوري، RTu

چكيده:
چـنـد سـالـي است كه بحث اتوماسيون شبكه هاي توزيع در بين شركتهاي برق و وزارت نيرو شروع شده
و نمونه هايي نيز در پارهاي از مناطق اجرا شده و يا در دست اقدام است كه هر كـدام داراي نقـاطضـعف و قـوت
مخصوص به خود مي باشد ( نقاط ضعف نظير نبودن سيستم DMS و كم بودن نقـاط IO و غيـره و نقـاط قـوت
نظير استفاده از كليدهاي گازي و غيره). در اين مقاله ضرورتها، امكانات و نيازهاي سيسـتم اتوماسـيون و ابـزار
مربوطه بررسي شده و نكات مهم مورد توجه قرار خواهند گرفت.
اتوماسيون شبكه هاي توزيع با امكانات، تجهيزات، روشها و وظيفه هاي مختلف قابل پياده سـازي اسـت و
اين امر كاملاً بستگي به نيازها و خواسته هاي شركت هاي برق دارد. در واقع قبل از امكان سنجيبايد نياز سنجي
بعمل آيد و مشخص شود كه اتوماسيون سيستم ها تا چه حد ضرورت دارد و پاسخ چرا، كي ، كجا، چگونه، تا چـه
حد، چطور و ساير پرسشها با دقت و شفاف تهيه شود. بايد مشخص كنـيماز سيسـتم اتوماسـيون مـورد نظـر چـه
انتظاري داريم؟ تا چه حد امكان سرمايه گذاري وجود دارد؟ و آيا از سرمايه گذاري بعمل آمده استفاده بهينه بعمـل
خواهد آمد يا نه ؟ بايد شبكه ها و شهرها طبقه بندي شوند. بطور مثال مشكلات شـبكه هـاي هـوايي گسـترده و
طولاني حومه شهرها با وضعيتهاياقليمي متعدد با مشكلات شـبكه هـاي شـهري بـزرگ و يـا كـلان شـهرها
فرقهاي اساسي دارد و نوع طراحي سيستم اتوماسيون براي اينگونه شبكه ها نيز متفاوت خواهـد بـود. در شـبكه
هاي طولاني 20كيلوولت استفاده از كليد هاي ريكلوزر و سكشنالايزرهاي اتوماتيك و هوشـمند در طـول شـبكه
توصيه ميشود كه بسته به نياز بايد انتخاب و مورد استفاده قرار گيرند. اين كليد ها بايد قابليت مونيتورنيگ واتصال
به مركز كنترل ديسپاچينگ توزيع جهت ارسال و دريافت اطلاعات و فرمانها را داشته باشد. استفاده از ايـن گونـه
سيستم هاي اتوماتيك جهت كاهش خاموشي ها و جدا كردن قسمت معيوب شبكهبكار مي رود. اما در شهر هـاي
بزرگ با شبكه هاي كابلي و هوايي و با تعداد زيادي پست هاي توزيع بايد طـرح جـامع اتوماسـيون و نيـز توسـعه
شبكه و سيستم ها راتهيه كرد. ارتباطات بين پست ها را تقويتنموده و پست ها را ساماندهي نمود تا جهت نصـب
دستگاههاي Rtu آماده شوند. مسلماً استفاده بهينه از سيستم اتوماسيون منوط به بررسي كليـه نيازهـاي سيسـتم،
سپس طراحي و اجراي آنهاست. براي اتوماسيون شش مرحله تعريف مي كنيم :
مرحله 1 : نيازسنجي
مرحله2 : امكان سنجي
مرحله 3 : تهيه طرح جامع
مرحله 4 : بررسي هاي اقتصادي طرح (هزينه ها و منافع)
مرحله 5 : تهيه طرح عملياتي
مرحله 6 : نصب و پياده سازي و بهره برداري
اصولاً اتوماسيون شبكه ها بصورت محدود با نصب كليد هاي دژنكتـور و اتوريكلـوزر در شـبكه هـاي توزيـع 20
كيلوولت از سالهاي پيش وجود داشته و در سالهاي اخير با نصـب كليـد هـاي سكشنالايزرهوشـمند و رلـه هـاي
هوشمند ميكروپروسسوري سيستم هاي مزبور توسعه يافته اند. اين گونه سيستم ها اغلب در يك فيدر خاص قابل
استفاده بوده و امكانات جدا كردن قسمت معيوب شبكه را دارندبطوريكه ساير قسمتها برقدار بمانند بديهي است در
خطوط طولاني 20 كيلوولت هوايي جهت حفاظت بهينه بايد تعداد لازم از كليد هاي مزبور نصب شـود تـا پاسـخ3
لازم بدست آيد ضمن اينكه مكان يابيمحل نصب ريكلوزرها نيز بايـد بـا مطالعـات كـافي انجـام پـذيرد در غيـر
اينصورت ممكن است نصب كليد نه تنها مفيد نباشد بلكه مضر هم باشد.
در شكل هاي ذيل نمونه هايي از سيستمهاي مزبور شامل چند ريكلوزر و سكشنالايزر در شبكه هاي شعاعي و
حلقهاي نشان داده شده است.

در صورت اتصالي در نقطة A در هر يك از شكلهاي يك الـي چهـار پـس از دو بـار قطـع و وصـل،در شـكل 1
سكشنالايزر VT1، در شكل 2 سكشنالايرز VT2، در شكل 3 سنكشنالايرVT3 و در شـكل 4سكشـنالايزرهاي
OTو VT4 قطع شده و در نتيجه قسمت معيوب خط از مدار خارج ميشود تا پس از رفـع عيـب توسـط مسـئولين
مربوطه مجداً بر قرار شود.
با توسعه سيستم اتوماسيون و نصب نرم افزارهاي مناسب در مراكز كنترل برق سيستم هاي هوشمند ريكلوزرها و
سكشنالايزرها با يك سيستم مخابراتي به مراكز مزبور متصل ميشود و امكاناتمونيتورينـگ و فرمـان از دور نيـز
فراهم مي گردد. لذا در صورت نصب كليدهاي مذكور در شبكه هاي مختلف بايد موضوع فوق را در نظر گرفتـه و
از سيستم هايي استفاده گردد كه بعداً اتصال آنها به شبكهسيستم ديسپاچنگ توزيع مقدور باشد.
بطوريكه گفته شد جهت اتوماسيون شبكه هاي توزيع و ايجاد مراكز ديسپاچنگ توزيع در يـك شـهر بايـد
طرح جامع يك سيستم اتوماسيون براي كل شبكه هاي شهرستان را تهيه كرد و سپس با توجه بهامكانات ، نيازها
و اولويت ها و البته اعتبارات تخصيصي به تدريج طرح كامل در فازهاي مختلف پياده گردد. مسلماً طرح هر مرحله
نيز بايد به دقت آماده شده و اجرا شود. در انتخاب و نصب تجهيزات ونـرم افزارهـاي هـر فـاز يـا مرحلـه رعايـت
پروتكل هاي استاندارد و قابل توسعه الزامي است بطوريكه ضمن استفاده بهينه از تجهيزات سيستم اتوماسـيون و
ديسپاچينگ، بتوان بآساني بقيهي مراحل اتوماسيون رادر كل شبكه پياده نمود و ظرفيت هاي لازم را ايجاد كرد.
بديهي است تجهيزات سخت افزاري و نرم افزاري مراكـز كنتـرل و RTuهـا و سيسـتم هـاي مخـابراتي اعـم از
تجهيزات و باند فركانس بايد پاسخگوي كل سيستم و شبكه باشد و آنچه را كه از يك سيسـتممـدرن مـديريت و4
نظارت شبكه (DMS) مورد انتظار هست ارائه نمايد لذا انتخاب تجهيزات مزبور و نيز كليـد هـا و اينتـرفيسهـا و
ساير تجهيزات بسيار مهماند و بايد استاندارهاي مربوطه كاملاً رعايت شودلذا استفاده از مشاورين با تجربـه جهـت
طراحي سيستم و اطلاع از آخرين تكنولوژيهاي ارائه شده در سطح جهان بسيار مهم است.

[sdfile url=”http://sim-power.ir/wp-content/uploads/2015/01/9_008.rar”]
5

بطور كلي بايد توجه داشت كه پروژه اتوماسيون يك پروژه اساسي مديريت شبكه است كه مـوارد ذيـل از آن
مورد انتظار مي باشد:
1- كاهش زمان خاموشي
2- كاهش ميزان انرژي توزيع نشده
3- كاهش زمان عمليات قطع و وصل كليدها
4- كاهش تعداد قطع و وصلها و عمليات شبكه
5- تعيين محدوده خطا و جدا سازي آن از شبكه
6- ثبت و ضبط اطلاعات مربوط به شبكه در زمانهاي مختلف
7- ثبت و ضبط اطلاعات و پارامترهاي مربوط به خطا در مواقع بروز خطا
8- تحليل شبكه با استفاده از اطلاعات رسيده به مراكز كنترل (ديسپاچينگ)
9- بروز سازي اطلاعات و انجام محاسبات فني و تحليلي از جمله پخش بار شبكه
بطور كلي بهبود بهره برداري و رضايت مشتركين نتايج اجراي پروژه خواهـد بـود. اصـولاً برگشـت سـرمايه
پروژه اتوماسيون نه تنها از موارد نهگانه فوق الذكر و صرفه جويي هاي حاصل از كـاهش هزينـه هـايعمليـات و
انرژي هاي توزيع نشده خواهد بود بلكه رضايت مشتركين مهمترين عامل بوده و كل سيستم بخصوص مشتركين
صنعتي و خدماتي از طريق كاهش خاموشيهاي نا خواسته برق از اين پروژهسودمند خواهـد شـد كـه در اقتصـاد
كشور موثر مي باشد. انتظار اين است كه در يك سيستم توزيع مكانيزه و اتوماتيك هزينههاي پرسنلي،هزينه هاي
حمل و نقل و استهلاك كاهش يابد بشرط اينكه درطراحي سيستم و انتخاب پست هاي مانوري مطالعـه و دقـت
مركز كنترل ديسپاچينگ
RTU
W.S.1 W.S.2 W.S.36
لازم بعمل آمده باشد و نيز تجهيزات سيستم اعم از كليدها،تابلوها، انتيرلاكهـا واينتـرفيسهـا، RTuهـا، سيسـتم
مخابراتي، سيستم هاي سختافزاري و نرم افزاري كلاً درست و كامل انتخاب شده،پاسخگوي سيستم جامع بـوده
و با استانداردهاي مربوطه مطابقت داشته باشد. مسلماً در غير اين صورت ممكن است هزينه هاي پروژه بـه هـدر
رفته واجباراًمجبور به جمع آوري و تعويض بعضي از قسمتها يا كل سيستم اجـرا شـده باشـيم. لـذا انتخـاب كليـه
تجهيزات و نرم افزارها بايد با دقت و كياست كامل انجام پذيرد. ضمناً بايد سيستم از ضريب اطمينانلازم برخودار
باشد بطوريكه با از كار افتادن يك بخش يا واحد ساير بخشها و قسمتها به كار ادامه دهند و نيز اطلاعـات ذخيـره
شده در مركز كنترل از بين نرود لذا بايد سيستم هاي مركز كنترل بصورت دوالاجرا شود. براي بالا بردن ضـريب
اطمينان سيستم مخابراتي نيز ميتوان در پاره اي از مناطق از شبكه هاي مخابراتي دوال استفاده كرد بطـور مثـال
براي يك مسير از سيستم بي سيم (راديويي) و با سيم (تلفن،خطوط برق كابـل هـاي نـوريو …) اسـتفاده نمـود.
استفاده از كابل نوري اگر مقدور باشد بهترين و ايمـن تـرين سيسـتم جهـت ارسـال اطلاعـات RTu بـه مراكـز
ديسپاچنگ مي باشد. در صورت استفاده از سايرسيستم ها بايد بنحوي در ايمن سازي سيستم اقدام كرد تا از بروز
خطا و احتمال فرمانهاي غلط در اثر پارازيت يا عوامل نفوذي (هكرها) جلوگيري بعمل آيد لذا نرم افزارها و سيستم
عامل انتخاب شده بايدامكانات لازم جهت رمز گذاري را داشته باشد.
همچنين تجهيزات داخلي پست هاي 20 كيلو ولت اعـم از كليـدهاي 20 كيلـو ولـت و فشـار ضـعيف و
تجهيزات اندازه گيري نظير ترانس جريان و ولتاژ، رلـه هـا و اينترلاكهـا و اينتـرفيسهـا و غيـره بايـد از بهتـرين
نوعانتخاب شود تا استهلاك آنها به حداقل رسيده و دستگاهها به بهترين شكل كار نمايند و خطاهاي اندازه گيري
و فرمانهاي اشتباهي به حداقل برسد. استفاده از سكسيويزهاي موجود موتور دار شده به هيچ وجه توصيه نمي شود
و تجربه بعضي از شركتها در اين مورد مويد اين نظر مي باشد. بنابراين اجـراي سيسـتم جـامع اتوماسـيون شـبكه
توزيع با توجه به هزينه هاي زياد آن تنها در شهرهاي بزرگ قابلتوجيه خواهد بود كـه اغلـب در آنهـا مشـكلات
ترافيك نيز مطرح است و تسريع در عمليات قطع و وصل كليدها و مانورهاي ضروري شبكة 20 كيلو ولـت مـورد
نياز و توجه است، همچنين كليدهاي منصوبه درخطوط هوايي با فاصله نسبتاً زياد (بـالاي 20 كيلـو متـر) كـه در
حومه بعضي از شهرها گسترده است بايد در طرح اتوماسيون جامع قرار گيرد.
طراحي سيستم اتوماسيون مانند هر پروژة ديگر بايد با ديد اقتصادي و فني تهيه گردد و همانطوريكـه قـبلاً
گفتيم نياز سنجي در ابعاد مختلف بعمل آيد. تعداد پست هاي مانوري و كليد هاي مانوري هر پستمشخص گردد
ارتباطات لازم جهت ايجاد شبكة 20كيلو ولت پايدار و مطمئن كه قابل تغذيه از چندين طـرف باشـد( شـبكه تـار
عنكبوتي) ايجاد شود و البته در اينكار نبايد زياده از حد گشاده دستي نمود بلكهاقتصاد مهندسي هميشـه مـد نظـر
باشد ميتوان در تعدادي از پست ها و يا نقاط لازم تنها امكانات مونيتورينگ نصب كرد و فقط در نقاط مـورد نيـاز
امكانات قطع و وصل اتوماتيك و فرمان از دور نصب نمود.مسـلماً در منـاطق پـر ترافيـك و يـا دور از دسـترس،
پستهاي مانوري با استفاده از تجربه و محاسبات مهندسي و نرم افزارهاي لازم تعيين ميگردد. اگر مكانيزاسـيون
شبكههاي توزيع (مدك) در شهر مورد نظرپيـاده شـده باشـد اسـتفاده از اطلاعـات سيسـتم مزبـور جهـت انجـام
محاسبات كمك بزرگي به حل مسئله خواهد نمود. به هر حال تعيين نقاط مزبور پس از مطالعات امكان سـنجي و
نياز سنجي خواهد بود كه بهكمك اطلاعات تهيه شده از شبكه انجام مي گيرد.
نتيجه گيري:
هدف از اجراي سيستم اتوماسيون شبكه توزيع و ايجاد مراكز كنتـرل (ديسـپاچينگ) توزيـع ايجـاد سيسـتم
مديريت و نظارت بر شبكه توزيع مي باشد بنابراين سيستم بايد بر وضعيت شبكه در هرموقعيت نظارت نموده و بـا
تحليلهاي لازم قادر به مديريت شبكه نيز باشد بنابراين مركز كنترل بايد اتفاقات و وضعيت شبكه را بموقع ثبـت
و ضبط نموده و تحليلهاي لازم را ارئه دهد. انجام محاسبات پخشبار در زمانهـاي مختلـف جهـت پايـدار نمـودن
شبكه با انجام مانورهاي لازم، دريافت و ارسال فرمانهاي لازم به RTu و كليد هـاي اتوماتيـك، ارائـه اطلاعـات
جامع از پارامترهاي ضروري و متعدد شبكه و تحليلآنها از وظايف اين سيستم مي باشـد. بنـابراين يـك سيسـتم
ديسپاچينگ توزيع بايد موارد بالا را انجام داده و فرمانهاي صادره را به راحتـي بـه مقاصـد مربوطـه برسـاند ايـن
فرمانها ممكن است توسط اپراتورها و ياسيستم پردازشگر مركزي صادر شود. اگر در شـهر هـا و منـاطقي كـه در
صدد ايجاد سيستم اتوماسيون توزيع هستيم بايد طرح جامع اتوماسيون شهر يا منطقه بـر اسـاس نيازهـا و امكـان
سنجي تهيه شده و رويانتخاب تجهيزات و نرم افزارهاي لازم مطالعات كـافي صـورت گيـرد اسـتفاده از تجـارب
ساير شركتها و مشاورين و ساير كشورها در انتخاب بهينه سيستمها راهگشـا خواهـد بـود. ضـمناً چـون سيسـتم
اتوماسيونهزينه بر ميباشد لازم است از تجهيزات با كيفيت بالا و در نتيجه با عمر زياد استفاده گـردد تـا ضـمن
پرهيز از خطاهاو عيوب احتمالي استهلاك آنها نيز به حداقل برسد بخصوص كليد هاي اتوماتيك 20كيلوولـت از
نوع گازي و يا خلاء با كيفيت بالا تهيه گردد. در انتخاب نرم افزارهـا نيـز بايـد دقـت نمـوده و از پروتكـل هـاي
استاندارد تبعيت كرد. نرم افزارهاي SCADA و ساير نرم افزارهاي لازم بايد در سيستمهـاي عامـل جديـد نظيـر
UnixوLinux نيز قابل پيادهسازي باشند. تا بتوان راحتتر امنيت سيستم را بالا برد. ضمناً در مراكزكنترل جديـد
بايد امكانات شبيه سازي شبكه نيز فراهم باشد تـا بـه كـاربران سيسـتم آمـوزش لازم از طريـق آن داده شـود. و 7
بالاخره تامين قطعات يدكي و پشتييباني سيستم از موارد مهم و ضروري است كه بايد در انتخاب و خريدها لحـاظ
گردد.
اقتصاد مهندسي حكم ميكند كه برگشت سرمايه نيز مد نظر باشد لذا استفاده از تجهيزات بـا كيفيـت بـالا و نيـز
قابل توسعه بودن سيستم توصيه ميگردد و اقتصادي بودن طرح را به هيچ وجه نبايد بمعني صرفهجويي بيمورد و
با استفاده از تجهيزات ارزان قيمت دانست.
منابع:
1- جزوه سيستم هاي ISKRA موجود در شركت
2- جزوه سيستم هاي SCADA موجود در شركت
MICROCEL HANDBOOK FOR AUTOMATION -3
4 – طرحهاي تهيه شده براي اتوماسيون شبكههاي توزيع در برق آذربايجان
5 – اتوماسيون سيستم هاي توزيع IEEE