در یک سیستم فشار متوسط مدرن ABB، Switchgear تنها بخش قدرت سیستم نیست؛ معماری کامل پست از چند لایه مرتبط تشکیل می‌شود که تجهیزات Primary، Measurement، Protection، Control و Communication را به یک سیستم واحد تبدیل می‌کنند.

1. لایه تجهیزات قدرت – Primary Equipment

در این لایه تجهیزات مستقیماً با مدار MV در ارتباط هستند، از جمله:

  • Circuit Breaker
  • Switch Disconnector
  • Disconnector
  • Earthing Switch
  • Busbar
  • Cable Connections

وظیفه این تجهیزات Carry، Switching، Isolation و Interrupt کردن جریان شبکه است.

برای مثال در یک Feeder مجهز به VCB، خود Circuit Breaker عملیات قطع قدرت را انجام می‌دهد؛ اما تصمیم حفاظتی معمولاً توسط Protection Relay گرفته می‌شود.

2. لایه اندازه‌گیری – Measurement

برای حفاظت و کنترل شبکه باید پارامترهای الکتریکی اندازه‌گیری شوند. این اطلاعات توسط تجهیزاتی مانند:

  • CT – Current Transformer
  • VT / PT – Voltage Transformer
  • Current Sensor
  • Voltage Sensor
  • Rogowski Coil در برخی معماری‌ها

تولید می‌شوند.

ABB در تجهیزات MV علاوه بر Instrument Transformerهای متداول، سنسورها و راهکارهای Digital Measurement را نیز در معماری محصولات خود استفاده می‌کند.

این سیگنال‌ها به Protection & Control IED ارسال می‌شوند.

3. لایه حفاظت – Protection

Protection Relay اطلاعات جریان، ولتاژ و وضعیت شبکه را تحلیل می‌کند.

در صورت تشخیص Fault، برای مثال:

CT → Protection Relay → Trip Command → Circuit Breaker

عمل می‌کند.

بسته به Application، فانکشن‌های حفاظتی می‌توانند شامل مواردی مانند:

  • Overcurrent Protection
  • Earth-Fault Protection
  • Differential Protection
  • Transformer Protection
  • Motor Protection
  • Busbar Protection
  • Voltage Protection
  • Capacitor Bank Protection
  • Arc Protection

باشند.

خانواده ABB Relion برای همین منظور طراحی شده است. برای مثال REX615 و REX640 مجموعه وسیعی از Protection & Control Applications را در Primary و Secondary Distribution پوشش می‌دهند.

4. لایه کنترل

Protection IED صرفاً یک Relay حفاظتی نیست؛ در بسیاری از معماری‌های مدرن وظایف کنترل Bay را نیز انجام می‌دهد.

برای مثال IED می‌تواند:

  • Open/Close Circuit Breaker
  • وضعیت CB را مانیتور کند
  • وضعیت Disconnector و Earthing Switch را دریافت کند
  • Electrical Interlocking را اجرا کند
  • Local/Remote Control را مدیریت کند
  • Measurementها را نمایش دهد
  • Event و Alarm ثبت کند

در نتیجه هر Feeder یا Bay می‌تواند یک واحد Protection, Control & Monitoring نسبتاً مستقل باشد.

5. لایه ارتباطات و Substation Automation

در پست‌های دیجیتال یا اتوماسیون‌شده، IEDهای مختلف از طریق شبکه ارتباطی به یکدیگر و به Station Level متصل می‌شوند.

یکی از مهم‌ترین استانداردها در این سطح IEC 61850 است.

ABB تصریح می‌کند که IEC 61850 امکان یکپارچه‌سازی Protection، Control، Measurement و Monitoring را روی یک معماری ارتباطی مشترک فراهم می‌کند.

در معماری IEC 61850 می‌توان از سرویس‌هایی مانند:

  • MMS برای انتقال اطلاعات به Station Level
  • GOOSE برای تبادل سریع Signal و Interlocking بین IEDها
  • Sampled Values / SV برای انتقال دیجیتال Measurement در معماری Process Bus

استفاده کرد.

برای مثال به‌جای انتقال تعداد زیادی سیم مسی بین Relayهای مختلف، GOOSE Messaging می‌تواند برخی Interlocking و Protection Signals را روی Ethernet منتقل کند. ABB همچنین توضیح می‌دهد که Process Bus مبتنی بر IEC 61850-9-2 می‌تواند اطلاعات Instrument Transformerها و Sensorها را به‌صورت دیجیتال در اختیار تجهیزات حفاظت قرار دهد.

معماری ساده یک Feeder

در یک معماری Conventional:

CT / VT → Relion Protection Relay → Trip Coil → Circuit Breaker

هم‌زمان:

Circuit Breaker Auxiliary Contacts → Relay → Station Control / SCADA

اما در معماری Digital Substation می‌توان ساختار را به شکل زیر توسعه داد:

CT / VT / Sensor → Merging Unit → IEC 61850 Process Bus → Protection & Control IED

و سپس:

IED → IEC 61850 Station Bus → HMI / SCADA / Gateway

پیاده‌سازی کرد.

Protection متمرکز در معماری ABB

ABB علاوه بر معماری متداول که برای هر Bay یک IED مستقل در نظر گرفته می‌شود، معماری Centralized Protection & Control نیز ارائه می‌کند.

در راهکار SSC600، بخشی از Protection و Control Functionality که در معماری سنتی بین Relayهای متعدد توزیع شده است می‌تواند در یک سیستم متمرکز در سطح Substation اجرا شود.

SSC600 مبتنی بر فناوری Relion و IEC 61850 است و برای ارتباط با Merging Unitها و تجهیزات دیگر می‌تواند از Sampled Values و GOOSE استفاده کند.

Engineering و Configuration

یکپارچه‌سازی IEDهای ABB معمولاً تنها به Wiring محدود نیست و Configuration نرم‌افزاری نیز اهمیت زیادی دارد.

ABB برای Relion IEDها از PCM600 – Protection and Control IED Manager استفاده می‌کند که قابلیت‌هایی مانند:

  • Parameter Setting
  • Application Configuration
  • Signal Mapping
  • I/O Mapping
  • Communication Configuration
  • IEC 61850 Engineering
  • Monitoring
  • Disturbance Record Analysis

را فراهم می‌کند.

نتیجه نهایی معماری

بنابراین یک سیستم کامل MV را می‌توان به این زنجیره عملکردی خلاصه کرد:

شبکه MV
↓
Switchgear و تجهیزات Primary
↓
CT / VT / Sensors
↓
Protection & Control IED
↓
Trip / Close / Interlocking
↓
Circuit Breaker و سایر Switching Devices

و در سطح اتوماسیون:

IEDs ↔ IEC 61850 Station/Process Bus ↔ Station HMI / SCADA / Gateway / Higher-Level Control

نکته مهم این است که انتخاب هر جزء باید در قالب یک Protection & Control Philosophy واحد انجام شود. انتخاب Switchgear، CT/VT، Relay، Communication Architecture و SCADA به‌صورت مستقل از یکدیگر می‌تواند منجر به عدم هماهنگی در Ratingها، Protection Coordination، Interlocking، Communication و Commissioning شود.

در پروژه‌های EPC، این هماهنگی باید از مرحله Single-Line Diagram، Load Flow و Short-Circuit Study آغاز شود و سپس در Protection Coordination، CT/VT Selection، I/O List، Interlocking Logic، Communication Architecture و IEC 61850 Engineering ادامه پیدا کند.