معايير البروتوكول إمكانية التشغيل المتبادل في المناطق الفرعية الحديثة

والتلفزيون الصناعي ضروري لدمج المعدات الأولية التقليدية مع نظم المراقبة الرقمية، وهو يكتسب اعتمادا في تصميمات فرعية جديدة في جميع أنحاء العالم.

لغة التجمع

ويحدّد المجلس الدولي للإحصاء 61850 لغة الاتحاد [FLT] ]، وهي صيغة قائمة على نظام XML لوصف طبوغرافيا الإحلال وقدرات الأجهزة المتفجرة المرتجلة، وتسمح ملفات سجل المعاملات المستقل لمهندسي النظم بتحديد كامل تدفق بيانات الاستبدال، بما في ذلك تشكيلات أجهزة الحاسوب، ورسم الخرائط، واشتراكات الاتصالات.

وتنقسم هذه المادة إلى عدة أنواع: CID (الوصف المقيد بالأجهزة المتفجرة المرتجلة)، و ICD (وصف القدرة على الأجهزة المتفجرة المرتجلة)، و SCD (وصف تشكيلة العروض)، و SSD (وصف مواصفات النظم)، وتستخدم هذه النماذج من الملفات طوال دورة حياة المشروع، من التصميم إلى التكليف والصيانة.

How IEC 61850 Enables Seamless Interoperability

والقابلية للتشغيل المتبادل هي قدرة الأجهزة من مختلف البائعين على تبادل البيانات واستخدام تلك البيانات لأداء إجراءات منسقة.

البيانات المشتركة

ونظراً لأن اللجنة الأوقيانوغرافية الحكومية الدولية تحدد نموذجاً شاملاً للبيانات يُستخدم في تسمية موحدة وثامنة، فإن أي جهاز يُبنى على المعيار سيفهم معنى جسم البيانات من جهاز آخر، فعلى سبيل المثال، فإن النموذج المنطقي للشركة (GCBR) (جهاز كهرباء) يحتوي على مادة بيانات إلزامية (تحتوى) مع قيم الفرز المرئية للشحنات.

وتقضي هذه المواد الرطبية المشتركة على الحاجة إلى محولات للبروتوكولات الجمركية أو البوابات أو جداول رسم الخرائط، التي كانت شائعة في النظم التي تستخدم الرقم القياسي للناتج القومي الإجمالي 3 أو مودبوس.

تكامل النظام المعتمد على البائعين

ويحدد البرنامج الدولي للحساب الإلكتروني 61850 خدمات الاتصالات الموحدة التي تكون مستقلة عن أجهزة وبرامج الحاسوب، ويمكن للمهندسين المطبعيين اختيار أفضل الأجهزة المتفجرة المرتجلة للحماية والمراقبة والمقاييس والرصد دون القلق بشأن التوافق، كما يدعم المعيار اختبار التوافق بين خصائص الأجهزة، حيث يمكن للبائعين أن يشهدوا بأن منتجاتهم تفي بمتطلبات صارمة فيما بين التشغيل، وكثيرا ما تخول المرافق شركة IEC 61850 الامتثال في مواصفات الشراء(ج).

انخفاض قيمة الهندسة

وباستخدام نظام SCL، يمكن لمهندسي النظام أن يخلقوا ملفاً واحداً لتشكيلات فرعية يصف جميع الأجهزة وتفاعلاتها، ثم يستخدم هذا الملف لتخزين كل جهاز معتمد آلياً، مما يقلل من الجهد الهندسي اليدوي وخطر سوء التداول، كما أن عملية التشكيل الموحدة تتيح إجراء اختبارات آلية ومحاكاة، مما يزيد من سرعة تنفيذ المشاريع.

وفي الممارسة العملية، يمكن أن يكون تخفيض التكاليف الهندسية كبيراً، وأفادت دراسة حالة نشرت من قبل [(FLT:0)]ABB (PDF) ) بأن استخدام الـ 61850 IEC خفض ساعات الهندسة بنسبة تصل إلى 50 في المائة مقارنة بالنظم التقليدية ذات الصلبة الصلبة.

العمليات الميدانية والعمليات المنسقة

ويتيح الاتصال السريع الذي تقدمه الشبكة العالمية لسواتل الملاحة والشبكة أجهزة الاستجابة للأحداث في إطار زمني فرعي ثانوي، وهذا أمر حاسم بالنسبة لمخططات الحماية مثل الحماية التفاضلية، والفشل الحاد، ومراقبة الفولط الموزعة، ولأن جميع الأجهزة تتقاسم مرجعا زمنيا مشتركا (عن طريق برنامج منع الفساد)، فإن الأحداث تتزامن بدقة، مما يتيح تسجيل الأحداث وتحليلها بدقة.

كما تدعم قابلية التشغيل المتبادل في الوقت الحقيقي وظائف التشغيل الآلي المتقدمة مثل رفوف الحمولة، والتسوية المتعمدة، والحماية التكييفية، التي تتطلب التنسيق بين الأجهزة المتفجرة المرتجلة المتعددة عبر المستودع الفرعي.

استحقاقات اعتماد التعليم الابتدائي 61850 في المراكز الفرعية الحديثة

ويحقق اعتماد البرنامج المتكامل 61850 مجموعة واسعة من الفوائد التي تتجاوز مجرد قابلية التشغيل المتبادل، وتوضح الفروع الفرعية التالية المزايا الرئيسية.

تحسين التوافق واختيار البائعين

ولم تعد المرافق مقفلة على نظام إيكولوجي واحد للبائعين، ويمكنها أن تخلط وتضاهي الأجهزة المتفجرة المرتجلة من مختلف الموردين، وأن تهيئ بيئة تنافسية تدفع الابتكار وتخفيض التكاليف، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تتواصل إعادة توزيع الحماية من سيمينز دون هوادة مع وحدة دمج من نظام الأفضليات المعمم ونظام رقابة من مصرف AB، ما دامت جميع الأجهزة ممتثلة للشبكة الدولية للتداول 61850.

تحسين موثوقية النظام وقابليته للتوافر

وتخفض البروتوكولات الموحدة احتمال حدوث أخطاء في الاتصالات، وتشمل اللجنة الانتخابية المستقلة 61850 جهازاً قوياً لكشف الأخطاء، وآليات إعادة التكرار (مثلاً، برنامج الحد من الفقر، ونظام HSR من أجل إعادة الاكتفاء بالشبكة)، وملامح نوعية الخدمة، كما أن استخدام شبكات الشبكة الكهربائية يتيح أيضاً إعادة التكرار البني، وإعادة التشكيل التلقائي، وعمليات التشخيص عن بعد، ونتيجة لذلك هو نظام آلي أكثر موثوقية للكهرباء يتسم بقدر أكبر من الأهمية من توافر الهياكل الأساسية.

خفض تكاليف دورة الحياة

61850 ينخفض الإنفاق الرأسمالي والتشغيلي على السواء، وتأتي الوفورات الأولية من انخفاض الأسلاك، وأفرقة المراقبة الأصغر، والتكليف السريع، وتخفض التكاليف على مدى دورة الحياة بسبب سهولة الصيانة، والتوسعات البسيطة، وقلة قطع الغيار، ويمكن للأجهزة المعنية بالرصد عن بعد أن تُدير المرافق الفرعية المتعددة بعدد أقل من الزيارات الميدانية، وقدرت دراسة أجريت بواسطة [FLEC:18]

ويحتاج المركز الدولي للإحصاء 61850 إلى عقلية هندسية مختلفة مقارنة بتصميمات الإحلال التقليدية، ويجب على المهندسين فهم نماذج البيانات، وتشكيلة المركز، والهندسة الشبكية، وينبغي للمرافق الاستثمار في التدريب والنظر في تعيين أخصائيين أو إقامة شراكات مع مُهنِّديي النظم الذين ثبتت خبرتهم، ويوفر العديد من البائعين برامج تدريبية وموارد إلكترونية مثل الموقع الشبكي ] IEC ] مبادئ توجيهية مفيدة.

تكامل الجلود

ويدير العديد من المرافق وحدات فرعية قائمة تضم معدات أقدم تتواصل باستخدام بروتوكولات مثل DNP3 أو Modbus، وكثيرا ما يتطلب الانتقال إلى IEC 61850 أجهزة للطرق التي تترجم بين البروتوكولات، وفي حين أن البوابات تتيح التعايش، فإنها تستحدث اختناقات في الأداء، ويوصى باتباع نهج للهجرة تدريجيا، بدءا بضوابط جديدة أو إعادة تشكيل البصمات الحرجة.

القابلية للتسويق والأداء

ومع زيادة حجم وعدد الأجهزة المتفجرة المرتجلة، يجب إدارة أداء الشبكة بعناية، ويمكن أن يولد حركة المرور في الشبكة العالمية، ولا سيما أثناء الأحداث الخاطئة، بيانات عن الانفجارات التي قد تُغنى عن المفاتيح إذا لم تصمم على النحو المناسب، كما أن استخدام مفاتيح الوصلات الكهربائية المُدارة مع تجسس الفريق الحكومي الدولي المعني بتغيُّر المناخ، والتوسع في استخدام شبكة الترددات العالية يتطلب أيضاً وقتاً دقيقاً.

حالات الاستخدام الحقيقي في العالم ودراسات الحالات الإفرادية

وقد نجحت عدة مرافق في جميع أنحاء العالم في نشر 61850 وحدة فرعية رقمية تابعة للجنة الانتخابية الدولية، فيما يلي أمثلة تمثيلية.

الإحلال الكامل في فنلندا

وقام فينغريد، مشغل نظام نقل البضائع في فنلندا، ببناء محطة فرعية شاملة لـ 110 كيلو فولط، باستخدام محطة إيك 61850 بحافلة للعمليات (SV and GOOSE) وحافلة محطات، وألغى الحل أسلاك النحاس التقليدية بين قاعات التبريد والتحكم، مما قلل من وقت التركيب بنسبة 40 في المائة، وحققت عملية نظام حماية في أقل من 4 مليمترات، وأثبتت إمكانية التشغيل البيني بين متعهدين من وحدات الحماية من المبيعات أخرى.

التشغيل التلقائي في البرازيل

وقد نشرت في البرازيل وحدات طرفية نائية من طراز IEC 61850 على امتداد 200 وحدة فرعية للتوزيع، وقد مكّنت نماذج البيانات الموحدة من الاندماج السلس مع نظام SCADA، مما قلل الوقت الهندسي لكل محطة فرعية من أسابيع إلى أخرى، كما مكّن النظام من تحديد موقع الخطأ التلقائي والعزلة وإعادة الخدمة، مما أدى إلى انخفاض فترات التجاوز بنسبة 60 في المائة.

تكامل النباتات المائية في النرويج

وبالنسبة لمرفق كبير للطاقة الكهرمائية، استخدم المالك 61850 من الشبكة الدولية لتكامل الحماية والمراقبة ورصد الأوضاع من موردين متعددين، وقد أتاحت تشكيلة شركة سي سي إل فريق هندسي واحد لتحديد جميع معايير الأجهزة المتفجرة المرتجلة، وحقق المشروع انخفاضا في عدد المقصورة الميدانية بنسبة 70 في المائة، وقضى على الحاجة إلى أفرقة منفصلة للحماية والمراقبة.

الاتجاهات المستقبلية: التركيز المتوقع 61850 بعد الإحلال

ويتسع نطاق التركيز المتوقع 61850 إلى مجالات أخرى من نظم الطاقة، ويجري اعتماد نموذج المرونة والنموذج الموجه نحو الأغراض فيما يتعلق بموارد الطاقة الموزعة، والفولطية الضوئية، ومزارع الرياح، وتخزين البطاريات، والهياكل الأساسية لشحن المركبات الكهربائية.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن التكامل مع شبكة ذات التوقيت الحساس [TSN] ] سيعزز الأداء المحدد للشبكة العالمية لسواتل الملاحة والشبكة SV على شبكة Ethernet الموحدة، مما سيسمح بتقارب التكنولوجيا التشغيلية وشبكات تكنولوجيا المعلومات، وسيدعم هذا التقارب الرصد الحوسفي، والرصد القائم على الغيوم، والمحللين المتقدمين، وسيحول دونيات في المستقبل إلى نوديس الذكية.

وسيظل الأمن السيبرى موضع تركيز رئيسي، وستشمل الطبعات القادمة من الدورة 61850 للجنة الأوروبية متطلبات أشد صرامة فيما يتعلق بالهندسة البرمجيات الآمنة والتوثيق والتشفير، وينبغي أن تعد المرافق باعتماد استراتيجية معمقة للدفاع، وأن تستكمل المعايير المتطورة مثل ] IEC 62443 ] (الأمتة الصناعية وأمن نظم الرقابة).

خاتمة

إن اللجنة الاقتصادية الدولية، 61850 ليست مجرد معيار بروتوكول؛ فهي أساس ثورة استبدال رقمية، إذ توفر نماذج موحدة للبيانات، والاتصالات العالية السرعة، وصيغة لتشكيل البائعين، تتيح اللجنة الاقتصادية الدولية 61850 إمكانية التشغيل المتبادل الحقيقي الذي يقلل التكاليف ويعزز الموثوقية ويستوعب الابتكارات المستقبلية، حيث أن المرافق في جميع أنحاء العالم تُحدِّث هياكلها الأساسية، فإن اعتماد اللجنة الانتخابية المستقلة 61850 أصبح أمراً أساسياً استراتيجياً.

وسواء كان بناء مرفق جديد في الميدان الأخضر أو إعادة تشكيل مرفق قائم، يجب على المهندسين وصناع القرار الاستثمار في التدريب وتصميم الشبكات المناسبة واختبار التوافق الدقيق، ففوائد - من انخفاض التكلفة الكلية للملكية إلى سرعة إصلاح الشبكة - موثقة جيدا ومثبتة في عمليات نشر الشبكة العالمية الحقيقية، ومن خلال دمج الشبكة الدولية للكهرباء رقم 6856، يمكن أن تبني أجهزة فرعية أكثر أمانا وكفاءة وأكثر قابلية للتكيف تلبي متطلبات الغد الذكية.