دانلود مقاله کامل

طراحی و ساخت دستگاه تست عملکرد فانکشن‌های حفاظتی رله‌های DC پست ترکشن؛ برندهای Siemens و Secheron

حامد ملااحمدیان کاسب، مدیرعامل شرکت دانش بنیان تجهیزات ابزارآزما و استادیار گروه مهندسی برق موسسه آموزش عالی خراسان

1_   مقدمه

1_1_            معرفی دستگاه

اهمیت بالای تعمیر-نگهداری، به‌روز بودن و صحت عملکرد تجهیزات حمل و نقل برقی در انواع مترو و قطار شهری، بر فعالان این بخش پوشیده نیست. این شبکه‌های DC مدرن از انرژی الکتریکی، مشتمل بر انواع تجهیزات حساسی می‌باشند که حفاظت آن‌ها مورد توجه ویژه قرار دارد. رله‌های DC در پست‌های ترکشن حمل و نقل برقی، عهده دار حفاظت از تجهیزات موجود در حالت‌های دائمی و گذرا هستند.

نظارت و تست صحت عملکرد این تجهیزات حساس حفاظتی، به طور دائم در پست‌های ترکشن مد نظر می‌باشد. در این بحث، تست دستی و ثبت نتایج به روش سنتی بسیار زمان‌بر و خسته کننده است و همچنین در اثر اشتباهات احتمالی نیروی انسانی، از کارآمدی پایینی برخوردار است، به همین دلیل طراحی و ساخت دستگاهی که توانایی انجام این موارد را به صورت خودکار و هوشمند فراهم آورد، ضرورت می یابد. در این مقاله طراحی و ساخت دستگاه تست فانکشن‌های حفاظتی رله‌های DC مورد استفاده در پست‌های ترکشن، که شامل 8 تست عملکرد رله‌های شرکت Siemens و 22 تست عملکرد رله‌های شرکت Secheron می‌باشد معرفی می‌گردد. در شکل 1، تصویری از دستگاه ساخته شده ارائه شده است.

دستگاهی که توانایی انجام این محدوده وسیع از تست‌ها به صورت دستی و اتوماتیک را دارا باشد، در دنیا

شکل 1- تصویری از دستگاه تستر رله DC ساخته شده

منحصر به فرد بوده و نمونه قبلی ندارد. در ادامه روند این پروژه تشریح شده است.

دستگاه بیان شده در خطوط شماره 1 و 2 قطار شهری مشهد به منظور تست توابع حفاظتی دو رله DC به نام‌های Sitras PRO محصول شرکت زیمنس و رله Sepcos محصول شرکت Secheron طراحی و ساخته شده است. در شکل 2 زیر تصاویر رله های مورد تست نشان داده شده است. این دستگاه در پست های ترکشن قطار برقی یا مترو جهت تست رله های حفاظتی از نوع جریان مستقیم (DC) استفاده می گردد. با اعمال ولتاژ یا جریان شبیه سازی شده وضعیت خطا را برای رله شبیه سازی می نماید و با توجه به عکس العمل رله راجع به عملکرد آن نتایجی را اندازه گیری و ذخیره می نماید تا با تحلیل آنها توسط کارشناس رلیاژ وضعیت تجهیزات حفاظتی پست ترکشن مشخص گردد.

شکل 2- تصویری از رله های DC حفاظتی مورد تست برندهای الف) زیمنس ب) سشرون

در بخش دوم، معرفی مشخصات دستگاه تستر بیان گردیده است. در بخش سوم فرآیند طراحی، ساخت و نتایج عملکرد ارائه شده و در نهایت در بخش چهارم، نتیجه گیری بیان شده است.

2_  مشخصات دستگاه تستر فانکشن های حفاظتی

شرایط محیطی استفاده از دستگاه به شرح زیر است:

·       ارتفاع: حداکثر 1500 متر از سطح دریا

·       دمای کاری: 45-5 درجه سانتی گراد

·       رطوبت نسبی: حداکثر %90 بدون میعان در دمای 25 درجه سانتی گراد

·       -قابلیت تغذیه دوگانه از برق شهری 230 ولت و باتری داخلی به مدت حداقل 24 ساعت

·       - دارا بودن جعبه محافظ به صورت چمدانی با ابعاد خارجی 415 × 325 × 195 میلی‌متر و وزن 3900 گرم با جنس بدنه بیرونی پلی پروپیلن

همچنین مشخصات فنی دستگاه عبارتند از:

·       سه خروجی آنالوگ به شرح: یک خروجی ولتاژ با محدوده 0 تا 10 ولت، یک خروجی ولتاژ با محدوده 0 تا 100 میلی‌ولت، یک خروجی قابل انتخاب به صورت ولتاژی با محدوده 0 تا 100 میلی‌ولت و یا جریانی با محدوده 4 تا 20 میلی‌آمپر از طریق نرم افزار

·       ساخت خروجی آنالوگ توسط مبدل دیجیتال به آنالوگ 16 بیتی با رزولوشن 0.002 درصد

·       رزولوشن 1.5 میکروولتی در خروجی 0 تا 100 میلی ولت و 1 میلی ولتی در خروجی 0 تا 10 ولت

·       قابلیت انجام 22 تست متنوع بر روی رله‌های DC برندهای Secheron (14 تست متنوع) و Siemense (8 تست متنوع)

·       قابلیت انجام هر تست به هر دو صورت خودکار و دستی

·       قابلیت ذخیره نتایج تا حداکثر 400 تست در حافظه داخلی دستگاه

·       امکان انتقال نتایج تست‌های ذخیره شده از حافظه داخلی دستگاه بر روی حافظه خارجی از طریق پورت USB

·       دارا بودن یک ورودی کنتاکت خشک به همراه یک رله SSR کمکی، جهت اندازه‌گیری زمان تست بریکر با قابلیت انتخاب به صورت Normally-Open یا Normally-Closed از طریق نرم افزار

شکل 3- معرفی بخش های مختلف دستگاه ساخته شده

شکل 4- رله SSR جهت انجام تست‌های خانواده DDL

جهت سهولت اپراتور، واسط کاربری دستگاه بر روی صفحه نمایش مربوط به آن نشان داده شده است.

زبان مورد استفاده در برنامه نویسی پردازنده دستگاه تستر رله، زبان C و نرم افزار مورد استفاده در آن، نرم افزار Keil می باشد. تصویر تعدادی از صفحات نمونه نمایشگر دستگاه در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5 - تصاویر نمونه صفحه نمایشگر دستگاه

3_ فرآیند طراحی و ساخت و نتایج عملکردی

بر اساس پیوست فنی تنظیم شده و بررسی مشخصات محصولات شرکت های دیگر، طراحی و ساخت دستگاه انجام شده است. البته نمونه ساده دستگاه ساخته شده، محصول شکل 6 می‌باشد. از لحاظ اقتصادی، صرفه جویی اجرای این طرح، مبلغ 4000 میلیون ریال است که حتی مشخصات فنی نمونه رقیب خارجی، بسیار ساده‌ و پایین‌تر از دستگاه ساخته شده توسط این شرکت می‌باشد، به علاوه به جای قابلیت تعریف مشخصات تست، تنها قابلیت تعریف منحنی ولتاژ یا جریان خروجی را دارد که بر مبنای مستندات شرکت‌های زیمنس و Secheron طراحی نشده است.

شکل 6- محصول شرکت خارجی رقیب ، Secondary injection test equipment محصول شرکت Stevo Electric کشور بلژیک

ساخت دستگاهی با رزولوشن ذکر شده، نیازمند طراحی مدارات الکترونیکی از نوع آپ-امپی با ویژگی‌های خاص می‌باشد. در نهایت بر اساس مستندات تاییدیه اخذ شده، این دستگاه دارای دقت 0.05 درصد می باشد.

وجود پردازشگر ARM سری LPC17xx محصول شرکت NXP با سرعت پردازش 120 MHz و 208 پایه، عمده پردازش و تحلیل‌های این دستگاه را بر عهده دارد، همچنین برای برنامه نویسی از نرم افزار Keil استفاده شده است.

شکل 7 - ماژول برد راه انداز میکرو کنترلر ARM LPC1788 با اجزای جانبی

شکل 8 - ماژول مبدل سریال به آنالوگ مدل AD420ISO جهت ساختن خروجی آنالوگ با دقت بالا

طراحی، ساخت و راه اندازی تراشه های مورد استفاده در دو ماژول فوق، دارای پیچیدگی‌های فراوانی می‌باشد.

3_1_          وجود استانداردهای پیچیده

دو استاندارد ویژه شرکت‌های Siemens و Secheron جهت تست دسته خانواده رله‌های حفاظتی DC ویژه حمل و نقل و قطارهای برقی با مشخصات جدول ذیل، مبنای طراحی و ساخت دستگاه بوده اند. این دو استاندارد به علت پیچیدگی زیاد تا کنون بر روی هیچ محصولی در دنیا با این جزئیات و دقت پیاده سازی نشده است.

جدول 1- استانداردها و مشخصات مستندات مورد استفاده در طراحی دستگاه تستر

شکل 9- دستگاه در حال تست رله های Secheron در پست ترکشن خط 2 قطار شهری مشهد

4_  نتیجه گیری

در این مقاله دستگاه تست رله های dc پست ترکشن حمل و نقل برقی معرفی گردید. این دستگاه قابلیت تست رله هایی با برندهای زیمنس و سشرون را دارا می باشد. با ساتفاده از این دستگاه می توان تعمیر و نگهداری پیشگیرانه تجهیزات پست ترکشن را انجام داد.

5_ تقدير و تشکر

در پایان از پرسنل شرکت بهره‌برداری قطار شهری مشهد که زمینه انجام این پروژه را فراهم نمودند، تشکر و قدردانی می‌گردد. همچنین از آقای مهندس حسین عطارزاده ناظر فنی پروژه به خاطر راهنمایی‌ها و مساعدت‌های ایشان سپاسگزاری می‌شود.

Design and production of traction-post DC-relays performance-protective functions testing device; Siemens and Secheron brands

Hamed Molla Ahmadian Kaseb, Directing Manager of Tajhizat Abzar Azma Co. and Assistant Professor of Electrical Engineering, Khorasan Higher Education Institute

Author: info@abzarazma.com