كيف تعمل مرحلات الحماية عن بعد على حماية خطوط نقل الطاقة ذات الجهد العالي؟

06 11, 2025

تعد الشبكة الكهربائية الحديثة تحفة هندسية، وهي شبكة واسعة ومترابطة مصممة لتوصيل الطاقة من مصادر التوليد إلى المستخدمين النهائيين بموثوقية ملحوظة. وفي قلب هذا النظام تقع خطوط نقل الجهد العالي، وهي الشرايين العضلية التي تحمل كميات هائلة من الطاقة عبر مسافات شاسعة. إن أمن واستقرار هذه المسارات الحيوية أمر بالغ الأهمية، وحمايتها هي نظام متطور. من بين المكونات الأكثر حيوية في نظام الحماية هذا جهاز متخصص يعرف باسم مرحل الحماية عن بعد.

فهم مدى ضعف الشبكة والحاجة إلى السرعة

تتعرض خطوط نقل الجهد العالي لمجموعة متنوعة من الأعطال المحتملة، مثل الصواعق، أو تعطل المعدات، أو الاتصال بأجسام غريبة. عندما يحدث خطأ، فإنه يمكن أن يسبب زيادة هائلة في التيار، وتلف المعدات باهظة الثمن مثل المحولات وقواطع الدائرة، ويؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع. الهدف الأساسي لأي نظام حماية هو تحديد الخلل وعزله في أسرع وقت ممكن لتقليل الضرر والحفاظ على استقرار النظام بشكل عام.

تتمركز مرحلات الحماية المحلية عند كل طرف من خط النقل للكشف عن هذه الحالات الشاذة. إنها فعالة للغاية في إزالة الأخطاء التي تحدث مباشرة داخل المنطقة المخصصة لها. ومع ذلك، ينشأ تحدي كبير مع الأخطاء التي تحدث على خطوط النقل الطويلة. من منظور مرحل واحد في أحد طرفي الخط، قد يكون من الصعب تمييز الخطأ في الطرف البعيد عن حالة الحمل العالي العادية أو خطأ في قسم مجاور. يمكن أن يؤدي عدم اليقين هذا إلى تأخير التعثر، وهو أمر غير مقبول لاستقرار النظام.

وهنا يأتي مفهوم الحماية عن بعد يصبح حرجا. والمصطلح نفسه عبارة عن مزيج من كلمتي "الاتصالات" و"الحماية"، ويصف وظيفتها بدقة. أ الحماية عن بعد relay ليس جهازًا مستقلاً، بل هو نظام يدمج مرحل الحماية مع قناة اتصال، مما يسمح للمرحلات على طرفي خط النقل بتبادل معلومات الحالة الحرجة والخطأ في الوقت الفعلي. اقتراح القيمة الأساسية لهذه الأنظمة هو السرعة والانتقائية . من خلال تمكين المرحلات من التواصل، يمكنها اتخاذ قرارات أكثر استنارة وتنسيقًا لعزل الأخطاء في غضون أجزاء من الثانية، وهو أسرع بكثير مما يمكن أن يحققه أي نظام حماية محلي بشكل مستقل.

المبدأ الأساسي: تسريع الاتصالات وتطهير الأخطاء

العملية الأساسية ل الحماية عن بعد system يمكن فهمه من خلال فحص خط نقل بسيط ذو طرفين. يوجد في كل محطة - المحطة الفرعية A والمحطة الفرعية B - قاطع دائرة يتم التحكم فيه بواسطة مرحل حماية محلي. يتم توصيل كل من هذه المرحلات بـ الحماية عن بعد relay .

الدور الأساسي لل الحماية عن بعد relay هو إرسال واستقبال إشارات الرحلة أو إشارات الحجب من وإلى الطرف البعيد. عندما يكتشف المرحل وجود خطأ، فإنه لا يقوم على الفور بفصل قاطع الدائرة المحلية الخاص به بناءً على قياساته الخاصة فقط. وبدلاً من ذلك، يستخدم قناة الاتصال لمشاركة وجهة نظره مع المرحل الموجود في الطرف المقابل.

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك خطأ داخلي - خطأ يحدث مباشرة على خط النقل بين المحطة الفرعية "أ" والمحطة الفرعية "ب". سوف يكتشف المرحل في المحطة الفرعية "أ" الخطأ ويرسل على الفور إشارة رحلة عبر الحماية عن بعد relay إلى المحطة الفرعية B. في الوقت نفسه، سيكتشف المرحل في المحطة الفرعية B أيضًا الخطأ ويرسل إشارة رحلة إلى المحطة الفرعية A. عند استقبال الإشارة، سيتم تشغيل كل محطة الحماية عن بعد relay سوف يأمر قاطع الدائرة المحلية الخاص به بالفتح، مما يؤدي إلى عزل الخط المعيب من كلا الطرفين في وقت واحد تقريبًا. يضمن هذا الإجراء المنسق إلغاء تنشيط العطل تمامًا وبأسرع ما يمكن.

تختلف هذه العملية إلى حد كبير بالنسبة لخطأ خارجي، مثل الخطأ الموجود على خط مختلف متصل بالمحطة الفرعية B. في هذا السيناريو، قد يرى المرحل في المحطة الفرعية A الاضطراب ولكن المرحل في المحطة الفرعية B سوف يتعرف عليه كحدث خارجي ويرسل إشارة حظر إلى المحطة الفرعية A. عند استقبال هذه الكتلة، الحماية عن بعد relay في المحطة الفرعية A سوف يمنع قاطعها المحلي من التعثر، وبالتالي تجنب انقطاع غير ضروري على خط صحي. تعتبر هذه الانتقائية فائدة أساسية، حيث تعمل على تعزيز الموثوقية الشاملة للشبكة.

تشريح نظام الحماية عن بعد: المكونات الرئيسية

كامل الحماية عن بعد scheme يتكون من عدة مكونات متكاملة تعمل في وئام. إن فهم هذا التشريح أمر بالغ الأهمية لتقدير موثوقية النظام.

تتابع الحماية: هذا هو الجهاز الذكي الذي يراقب بشكل مستمر المعلمات الكهربائية مثل التيار والجهد والتردد. ويستخدم هذه البيانات لتحديد ما إذا كانت حالة الخطأ موجودة. تتمتع المرحلات الرقمية الحديثة بمنطق متطور لاكتشاف الأخطاء والاتجاهية.

محطة الحماية عن بعد (أو المرحل): هذه هي واجهة الاتصال المتخصصة. فهو يأخذ الأمر من مرحل الحماية (على سبيل المثال، "رحلة" أو "كتلة") ويحوله إلى تنسيق رسالة آمنة للإرسال عبر قناة الاتصال. على الطرف المتلقي، يقوم بفك تشفير الرسالة الواردة ويقدم أمرًا تم التحقق من صحته إلى مرحل الحماية المحلي. تم تصميم هذه المحطات للسرعة القصوى والحصانة العالية للضوضاء.

قناة التواصل: هذا هو الوسيط المادي أو المنطقي الذي يحمل الإشارة بين الطرفين. إن اختيار القناة له تأثير كبير على الأداء والتكلفة والموثوقية الحماية عن بعد system .

الجدول: قنوات الاتصال المشتركة لأنظمة الحماية عن بعد

معدات الواجهة: يتضمن ذلك أجهزة المودم وأجهزة الإرسال المتعددة والأجهزة الأخرى التي تعمل على تكييف الإشارة للإرسال عبر قناة معينة، مثل تحويل الإشارات الكهربائية إلى نبضات ضوئية اتصالات الألياف الضوئية .

مخططات الحماية الأساسية عن بعد: رحلة النقل المباشر والتجاوز المسموح به

المنطق الذي يحكم كيفية الحماية عن بعد relays التفاعل يحدد المخطط. المخططان الأكثر شيوعًا هما رحلة النقل المباشر ورحلة النقل المسموح بها.

رحلة النقل المباشر (DTT) هو النظام الأبسط والأكثر أمانًا لتطبيقات معينة. في مخطط DTT، إذا قرر مرحل في أحد الأطراف فصل قاطعه المحلي بسبب خطأ تم تحديده بشكل نهائي - مثل خطأ شريط التوصيل داخل محطته الفرعية - فإنه سيرسل في الوقت نفسه أمر رحلة مباشر وغير مشروط إلى الطرف البعيد. وهذا يضمن أيضًا فتح القاطع البعيد، مما يمنع تغذية العطل من الجانب الآخر. غالبًا ما يتم استخدام DTT كنسخة احتياطية أو لسيناريوهات محددة حيث يعتبر منطق التعثر المحلي موثوقًا تمامًا لبدء رحلة عن بعد. يتم الحفاظ على الأمن من خلال التدابير الأمنية للإشارة لمنع الرحلات الكاذبة من الإشارات الزائفة.

رحلة النقل المسموح بها (POTT) هي واحدة من الأكثر استخداما على نطاق واسع الحماية عن بعد schemes لحماية الخط. إنه يوفر توازنًا ممتازًا بين السرعة والأمان. في هذا المخطط، يتم تجهيز كل مرحل بمنطقة تجاوز - وهو الإعداد الذي يمتد إلى ما بعد الطرف البعيد للخط. إذا اكتشف المرحل وجود خطأ في منطقة تجاوزه، فإنه يرسل إشارة "إذن" إلى الطرف البعيد. سوف يقوم فقط برحلة الكسارة المحلية الخاصة به إذا تم استيفاء شرطين في وقت واحد: 1) اكتشاف الخطأ في منطقة تجاوزه، و2) يتلقى إشارة متساهلة من الطرف البعيد. يوفر منطق "اثنين من اثنين" هذا أمانًا عاليًا ضد الرحلات الخاطئة. يؤكد استلام الإشارة المسموح بها أن المرحل البعيد يرى أيضًا الخطأ، مما يؤكد وجوده ضمن قسم الخط المحمي.

خصائص الأداء الحرجة لمرحلات حماية الاتصالات

عند التقييم مرحلات حماية الاتصالات ، العديد من معلمات الأداء ذات أهمية قصوى. تؤثر هذه المواصفات بشكل مباشر على أمان نظام الحماية واعتماديته.

وقت التشغيل: هذا هو الوقت الإجمالي من اللحظة التي يصدر فيها مرحل الحماية أمرًا إلى لحظة جهاز التحكم عن بعد الحماية عن بعد relay يقدم الإخراج. يجب أن تكون هذه المرة فائقة السرعة باستمرار، عادةً في حدود 8 إلى 15 مللي ثانية للأجهزة الرقمية الحديثة. وهذا لا يشمل وقت تشغيل قاطع الدائرة الكهربائية.

الأمان: في مصطلحات الحماية، يشير الأمان إلى قدرة النظام على تجنب التشغيل غير الصحيح أثناء الظروف غير المسببة للخطأ. آمنة للغاية الحماية عن بعد relay تم تصميمه بميزات قوية لرفض الأوامر الخاطئة التي يمكن أن تحدث بسبب الضوضاء أو التداخل أو عابري نظام الطاقة. الأمن هو الهدف الأسمى لأن الرحلة الخاطئة يمكن أن تؤدي إلى زعزعة استقرار الشبكة بقدر ما يؤدي الفشل في الرحلة.

الاعتمادية: هذه هي قدرة النظام على العمل بشكل صحيح عند وجود حالة خطأ حقيقية. ويضمن النظام الموثوق إرسال أمر الرحلة الحقيقي واستقباله بنجاح، حتى في ظل ظروف القناة المعاكسة. غالبًا ما ينفذ المصممون قنوات الاتصال الزائدة لتعزيز الاعتمادية.

التوفر: هذا هو المقياس العام لاستعداد النظام لأداء وظيفته. إنها وظيفة لكل من الأمان والاعتمادية، ويتم زيادتها من خلال المكونات عالية الموثوقية، وإمدادات الطاقة الزائدة، والإدارة القوية لمسار الاتصال.

مراقبة القناة وتشخيصها: حديث الحماية عن بعد relays مجهزة بقدرات متقدمة للتشخيص الذاتي ومراقبة القنوات. ويمكنهم إجراء تقييم مستمر لسلامة وصلة الاتصال وسلامتها، مما يوفر إنذارات للتدهور أو الفشل. وهذا يسمح بالصيانة الاستباقية ويمنع نظام الحماية من العمل في حالة خلل.