مخطط سلكي لمحطة التحويل: ماذا يظهر

يُعتبر مخطط الخط الواحد الرسم الأكثر أهمية ولكنه أيضًا الأكثر تجاهلًا في محطة التحويل. على الرغم من أنه لا يعمل كمخطط إنشائي وليس مرسومًا بمقياس، إلا أنه يخفي بشكل ملائم ثلثي المراحل. ومع ذلك، فإن كل دراسة قصر دائرة، وكل إعداد حماية، وكل سجل لمعدات التبديل، وكل ملصق لوميض القوس يعود إلى مخطط الخط الواحد. أي أخطاء أو تأخيرات في تحديثه تؤدي إلى أخطاء لاحقة في جميع الوثائق ذات الصلة.

يُعتبر مخطط الخط الواحد، بالفعل، الأكثر أهمية ولكنه غالبًا ما يُهمل في محطة التحويل. إنه ليس مخططًا إنشائيًا ولا يتم إنتاجه بمقياس، ومع ذلك فإنه يخفي ثلثي المراحل بسهولة. بغض النظر عن هذه الحقيقة، يمكن تتبع كل دراسة قصر دائرة، وإعداد حماية، وسجل لمعدات التبديل، وملصق لوميض القوس إلى مخطط الخط الواحد. أي أخطاء أو سهو تتعلق بالتحديث يمكن أن تؤدي أيضًا إلى أخطاء في جميع الوثائق ذات الصلة.

ما هو مخطط الخط الواحد، وما ليس عليه

مخطط الخط الواحد، المعروف أيضًا باسم SLD، هو مخطط يتم فيه تمثيل أنظمة الطاقة ثلاثية الطور بخط واحد لكل اتصال كهربائي. نظرًا لأن الآلات الكهربائية تُبنى بنفس الطريقة لمرحلتين، يمكنها استخدام تكوين واحد ليس فقط لمرحلة واحدة ولكن لجميع المراحل الثلاث في نفس الوقت. الرموز المستخدمة في SLD تحدد ما هي ترقية الآلة المستخدمة في كل نقطة في SLD. من أجل أن تكون مرنة، يلتزم SLD بعدد من القواعد المحددة. في أمريكا الشمالية، يعني ذلك استخدام الرموز المكونة من خلال معيار IEEE 315؛ في أجزاء أخرى من العالم، يُوصى باستخدام رموز IEC 60617.

يتم تمثيل الأجهزة من خلال مواقعها في SLD، بينما تُظهر أولويات التركيبات الكهربائية في أنواع أخرى من الرسوم. يعني ذلك أنه حيثما لا يمكن عرض كلا الترتيبين، سيتم عرض الترتيب الكهربائي.

من المهم التمسك بالتمييز بين مخطط الخط الواحد كأداة دراسية وكوثيقة إنشائية، لأن الممارسة الأمريكية ترسم خطًا أكثر وضوحًا بين الاثنين مقارنة بمعظم أسواق IEC، كما يوضح هذا الشرح لمخطط أحادي الطور (مخطط خط واحد) في الممارسات الأمريكية للمرافق والصناعة .

ما يجب أن يظهره كل SLD

يكون SLD مكتملًا فقط إذا كان يتضمن جميع التفاصيل المطلوبة. ترك أي شيء خارجًا لن يسمح لـ SLD بأداء وظيفته في العمل مع الدراسات التي تم تصميمه من أجلها:

• الحافلات، تحتوي على الاسم أو الرقم والجهد الاسمي. سيكون التمثيل كخط سميك.
• المحولات، حيث تحتاج إلى القدرة المقدرة والجهود، والممانعة كنسبة مئوية، والتوصيل (دلتا أو واي)، والتأريض، ونطاق التوصيل، جنبًا إلى جنب مع تشابه اللفات.
• المولدات، المعلومات التي يجب تقديمها تشمل القدرة المقدرة، جهد الطرف، معامل القدرة، المفاعلات، والتأريض المحايد.
• الخطوط والكابلات: الطول، نوع الموصل أو الكابل، والممانعة.
• أجهزة التبديل: قواطع الدائرة، مفاتيح الفصل، والمفاتيح القابلة للانصهار جنبًا إلى جنب مع تقييماتها ومواقعها.
• محولات القياس، مع نسب محولات التيار والجهد والوظائف التي تغذيها هذه المحولات.
• الأحمال والآلات: القدرة المقدرة، عامل القدرة، والبيانات الأولية عند بدء تشغيل المحركات الكبيرة.
• التعويض: بنك المكثفات والمفاعلات مع تصنيفات Mvars الخاصة بها.

هذه القائمة هي أيضًا سبب تحويل SLD إلى مخطط مقاومة لكل وحدة للدراسات. سيتم استبدال كل مكون بمعادله في كل وحدة بناءً على النظام الأساسي المختار والنظام الناتج هو ما ستحلله برامج تدفق الحمل أو الدوائر القصيرة.

قراءة الرموز

التكيف مع اللغة البصرية هو عمل بسيط بعد استيعاب الأساسيات. تظهر الآلة في الدوران كدائرة مع رمز بجوار الحرف: G للمولد، M للمحرك. يظهر المحول ذو الملفين كدائرتين ملفوفتين، أو، في عدد من المخططات الأمريكية الشمالية كرمزين متعاكسين مع رموز دلتا أو واي بجانبه ورمز الأرض بالقرب من أي منتج أرضي جارٍ. تظهر القضبان الكهربائية كخطوط سميكة مع المزيد من الخطوط الخفيفة حولها تشير إلى الدوائر الخارجة. يظهر قاطع الدائرة ك مربع صغير في تقليد ANSI، بينما في المخططات IEC يمكن تصويره كرمز العقدة مع كلمة محددة. يعمل الفاصل مثل شفرة مفتوحة لأنه، على عكس قاطع الدائرة، ليس مصنفًا لهذه المهمة وعادة ما يستخدم عندما لا توجد طاقة. يتم تصوير الفيوزات كزجزاجات أو مستطيلات على خطوط الرسم.

أول شيء، الذي يتم دائمًا بشكل غير صحيح عند قراءة SLD للمرة الأولى، هو الخلط بين جهازين قريبين من بعضهما البعض. قد يبدو قاطع الدائرة والفاصل متشابهين في السلسلة ولكن يوفران خدمات مختلفة تمامًا: قاطع الدائرة يقطع الدوائر القصيرة بينما يوفر الفاصل عزلًا مرئيًا. ممارسة الصيانة، التي تخلط بين أحدهما والآخر، هي السبب الحقيقي للحوادث.

أرقام الأجهزة والمعادلات IEC 61850

الأرقام في دوائر صغيرة بجوار محولات التيار تشير إلى وظائف هذه الحمايات حتى قبل الإشارة إلى أي مفتاح. وفقًا لمعيار IEEE C37.2-2022، 95 رقم وظيفة جهاز و22 اختصارًا صالحة، وعادة ما ستواجه ما يلي:

• 52 — قاطع دائرة تيار متردد (يستثني المرحل نفسه)
• 50 / 51 — تيار زائد فوري / تيار زائد زمني
• 87 / 87T / 87B — حماية تفاضلية، حماية تفاضلية للمحول، حماية تفاضلية للحافلة
• 27 / 59 — انخفاض الجهد / ارتفاع الجهد
• 25 — فحص التزامن
• 79 — إعادة الإغلاق التلقائي
• 86 — مرحل خارج الخدمة

الحروف في نهاية الأرقام تضيق الوظيفة إلى شكل معين، على سبيل المثال، 51P-1 هو الخطوة الأولى في وظيفة التيار الزائد الزمني. تستخدم IEC تسميات مختلفة لنفس الوظائف. على سبيل المثال، تستخدم IEC 60617 رموزًا بسيطة للكمية والمقارنة، مثل I> للتيار الزائد. تعرف IEC 61850 كل وظيفة كحالة من العقد المنطقية، على سبيل المثال، PTOC للتيار الزائد الزمني. يستخدم منتجو المرحلات جميع التسميات الثلاثة حتى يتمكن العملاء من العثور على تعريفات المرحلات باستخدام أي من المعايير الثلاثة. على سبيل المثال، يعطي دليل مرحل التغذية ABB REF615 لمرحل التيار الزائد غير الاتجاهي ثلاثي الطور ذو المرحلة المنخفضة تسميات PHLPTOC وفقًا لـ IEC 61850، 3I> وفقًا لـ IEC 60617، 51P-1 في IEC-ANSI.

في الصورة، يتم عرض الدوائر الثانوية للمحولات فقط في نسختها المبسطة، أي أن الأقطاب الكهربائية للجهود فقط هي التي تم رسمها دون مسارات عودتها. هذا يسهل قراءة الدائرة. الأجهزة المعلقة على تلك الدوائر - المرحلات، العدادات، المحولات - تحصل على الدائرة. إن التركيب الذي يتبع تلك القواعد من البداية إلى النهاية، من محولات التيار الداخلية 10 كيلوفولت التي تزود دوائر المرحلات إلى لوحات المرحلات التي تنتهي عليها، هو موقع حيث تبقى SLD مفيدة لعقود بدلاً من أن تصبح وثيقة تاريخية.

الرسوم البيانية الثلاثة التي تحتاجها محطة التحويل فعليًا

يمكن أن ينتج نظام قياسي العديد من الرسوم البيانية ذات الخط الواحد، كل منها مصمم لغرض محدد، وخلطها يؤدي إلى تعقيدات خطيرة:

• تظهر رسمية الدراسة المحطة مخفضة إلى الحافلات والروابط بينها لحلها بواسطة برنامج تدفق الحمل أو دائرة القصر.
• توضح رسمية التشغيل جميع قواطع الدائرة والعوازل في تكوين عقدة-قاطع، حيث يجب على المشغل أن يفهم أي قاطع يمد أي خلية وأن جميع الأجهزة الموضحة عادةً في وضعها الافتراضي، مما يسهل اكتشاف ربط الحافلة التي تكون عادة مفتوحة.
• توضح رسمية الحماية مواقع CT و VT جنبًا إلى جنب مع وظائف المرحلات التي تؤديها بالإضافة إلى قواطع الدائرة التي تقوم أي مرحل بفصلها.

في الحالات التي لا يمكن فيها الإشارة بوضوح في رسمية الخط الواحد - قطبية محول التيار، اتصال أجهزة القياس - يتم استخدام رسمية ثلاثية الخطوط تظهر المحايد جنبًا إلى جنب مع جميع الأطوار الثلاثة، وهو ما يعد استثناءً وليس ممارسة عامة.

ترتيبات القضبان وما تخبرك به

يعكس تصميم القضبان في تمثيل تخطيطي لنظام الطاقة كفاءته وسعره. لذلك، عادة ما يكون أول شيء يأخذه المتخصص الماهر في الاعتبار:

• قضيب مفرد - الحل الأبسط والأرخص. أي فشل أو إصلاح لقضيب سيؤدي إلى انقطاع الحافلة وإيقاف تشغيل الدائرة بالكامل المتصلة بذلك القضيب. يعمل هذا التصميم بشكل جيد لمحطات التوزيع الصغيرة، ولكنه غير مقبول في حالة توصيل الطاقة الأكثر حيوية.
• الحافلة المزدوجة - قاطع واحد أو مزدوج. تساعد عملية تركيب حافلة ثانية في نقل الأحمال؛ تتيح طريقة القاطع المزدوج إجراء العمليات على الحافلة دون الحاجة إلى إيقاف الحافلة، مما يزيد من التكاليف.
• الحافلة الدائرية - ترتيب نظام الحافلات في دائرة، مع تغذية جميع الدوائر بالكهرباء من جانبين. في هذه الحالة، يمكن إصلاح أي انقطاع في قاطع الدائرة بسهولة.
• قاطع ونصف - ثلاثة قواطع دوائر لدوائرين فقط، مما يتيح إمكانية بقاء جميع الأحمال مشغلة حتى إذا تعطلت حافلة أو قاطع. إنها حل قياسي للأنظمة الكهربائية الهامة.
• الحافلة الرئيسية وحافلة النقل - يتضمن ذلك حافلة إضافية وقاطع دائرة نقل، بحيث يمكن إيقاف قاطع الدائرة بينما تظل الخطوط مشغلة.

فحص تكوينات الحافلات هو أسرع طريقة لتحديد مدى مقاومة النظام للانقطاع، مما يفسر الفرق الكبير في التكلفة بين محطات التحويل المماثلة. السؤال الأوسع حول المعدات - ما تحتاجه محطة كاملة وما تكلفته - يتم تغطيته في هذا الاستعراض لـ what a complete substation package actually includes for international buyers.

Bays, Switchgear and the Boundary of the Diagram

The SLD has different categories of bays including incoming line bays, transformer bays, bus coupler or bus section bays, feeder bays, and capacitor or reactor bays. Every bay is a unit that has its own breaker and disconnectors, VTs, CTs, and earth switch, while depending on the position of the SLD on the page, each bay is read from one end to the other.

What appears on the SLD as symbols integrated into a bay actually represents considerable amount of actual equipment. In the majority of cases on the medium voltage air insulated switchgear applications, the bay looks like a withdrawable unit encased in metal and the physical layout of the symbols makes a difference between the pictorial representation and real equipment designated in the specification. A 12 kV withdrawable metal-enclosed switchgear assembly is the hardware that a typical single-bus or double-bus SLD bay resolves into on site. Two bays on the drawing, one enclosure in reality.

GIS and IEC 61850: Two Things That Change the Drawing

In the last ten years, two things have changed how SLDs are made.

The first is the emergence of gas-insulated switchgear. Unlike AIS where breakers, disconnectors and earth switch are drawn separately in the diagram (because equipment is located in the open), a GIS bay is usually represented as a single block since all equipment is in a sealed enclosure. If you happen to come across a drawing showing GIS layout according to AIS principles, it is a legacy drawing or simply a mistake.

The second development is IEC 61850 and process bus. In the case of the merging unit, the analogue signals are digitised and transmitted over the fibre, while the physical connection does not indicate which analogue input is being used by the intelligent electronic device (IED). The direct correlation of CT and relay input becomes a set of data the system can possibly use rather than a direct connection.

IEC 61850 also allowed for creation of machine-readable drawings. The single line diagram is now transformed into data since Substation Configuration Language specified in IEC 61850-6 can describe the SLD and its components in data form.

How to Prepare an SLD

Let’s be realistic: the process is dull and sequence is important:

• Set the project limits. Specify the source of energy and the endpoint of the diagram. After that no one will oppose to your conclusion.
• Gather the information about the source used. This includes its fault level, connection point, impedance, information about the transformers used including its tap range and vector group, information about the CTs and VTs used in connection.
• Put out the diagram vertically with sources on the top and loads at the bottom of it.
• Position the switches. The open switches as ties must be marked as those without being buried in the notes.
• Add the devices to the electrical diagram. Include the CT and VT position, numbers of devices or IEC 61850 names and the trip matrix.
• Mark down the power ratings. Just a circuit breaker without the parameters is meaningless.
• Double check the data with the real studies conducted and compare it with the SLD. If it doesn’t agree it means that either the conclusion is wrong or the study itself is wrong.
• Print it like a controlled document with a revision box. An SLD without control ceases to be valid and reliable within a period of one year.

Why a Stale SLD Is Worse Than No SLD

A design based on an obsolete diagram gives reliably erroneous results. All circuit studies and arc flash calculations begin with the one-line diagram, and this diagram is a part of any arc flash report and is important for a worksite. This means an outdated diagram gets directly translated into equipment ratings, PPE types and setting of protective devices. The problem is not “we do not know” but “we think we know but the number is wrong”.

That is why the one-line diagram earns its money twice — first when equipment is designed and second when someone works with the equipment. Keeping the one-line diagram updated is a job that requires housekeeping rather than engineering and is usually the first thing to forget about.

الأسئلة الشائعة

What is substation SLD?

SLD of the substation refers to the alphabetical diagram that displays the electrical connection and insulation of the power system equipment. All three-phase circuits in the diagram are represented by one single line. Each apparatus in the diagram is shown by a symbolic language with numbers designating its types.

What is the meaning of SLD in electrical?

A single line diagram, often referred to as a one-line diagram or unifilar diagram, gets its name from the representation of the three phases of power equipment in a single line. In IEC markets, drawing rules are derived from IEC 61082-1, while symbols are taken from IEC 60617 or IEEE Std 315 in North America, respectively.

What is a SLD in construction?

In construction applications, the single line diagram is the document that defines the electrical scope: which feeders are available, what takes care of them, and what values are used. Contractors use it for pricing the switchgear and cable schedule; and commissioning teams use it for establishing the switching program and checking if the equipment provided is in line with the design.

How to prepare SLD?

In construction work, the single line diagram gives information regarding the electrical elements such as what has been powered, what is powering it, and how. The contractors utilize this document when pricing the switchgear and cable schedule, while the commissioning teams follow it for establishing the switching program and seeing if the provided equipment corresponds to the design.

المراجع

1. Electrical Engineering Portal — Understanding substation single line diagrams and the IEC 61850 process bus
2. SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) — protection application guides and device function numbering in practice
3. Hitachi Energy — substation automation, IEC 61850 systems and switchgear portfolio documentation
4. Siemens Energy — high-voltage substation and digital substation reference material
5. GE Vernova — grid solutions documentation on protection schemes and substation design
6. Mitsubishi Electric — power distribution and substation equipment technical publications
7. NFPA — NFPA 70E, which requires an up-to-date one-line diagram for arc-flash documentation
8. International Electrotechnical Commission — IEC 61082-1, IEC 60617, IEC 81346 and IEC 61850-6

الخاتمة

The single line diagram of a substation is a somewhat small diagram with a big function. It specifies the connections, which relay activates which breaker, and what ratings apply, and much depends on it being correct and up-to-date: everything from the fault study to the operation plan relies on it. Read it, as is, pay attention to the numbers assigned to the devices, and treat modification as part of the diagram and not an addition.For retrofit and extension work, the same discipline applies from the first site survey, which is the approach behind utility grid substation upgrade projects that start from an existing arrangement.