جودة السلطة في التخصص الامريكية. مصنع تجميع السيارات مع ثنائي إس المساعدة
| منشأة | الولايات المتحدة الكبرى. مصنع تجميع السيارات - 3,200 العمال |
| تكوين العرض | محطة فرعية مخصصة يتم تغذيتها من خطي نقل مستقلين |
| نظام الرصد | شاشات I-Sense على كل خط نقل - تسجيل موجي مستمر |
| حدث | خطأ من خط إلى خط ناجم عن الرياح عند دخول المحطة الفرعية لخط النقل #1 |
| مدة تبلد | 4.8 دورات (0.09 ثانية) على الخط المعطل قبل النقل التلقائي |
| إعاقة | 9.8 ثواني على الخط #1 بعد إزالة الخطأ - الخط #2 الحفاظ على العرض في جميع أنحاء |
| الجهد المتبقي أثناء الترهل | 68% — فوق 50% عتبة مصححات الترهل القياسية |
| النتيجة الرئيسية | حالت التغذية المزدوجة دون حدوث انقطاع لعدة ساعات، لكنها لم تتخلص من تراجع الجهد الكهربي — الذي لا يزال يتسبب في حدوث اضطرابات في العملية |
01 الخلفية – استراتيجية التغذية المزدوجة
للعملاء الصناعيين الذين لا تتحمل عملياتهم انقطاع الإمدادات, تقدم المرافق عادة خدمة التغذية المزدوجة: يتم تزويد المنشأة من خطي نقل مستقلين متصلين بنفس المحطة الفرعية المخصصة. في ظل الظروف العادية, يتم تقاسم حمل المصنع بين الخطين. عند حدوث خطأ في سطر واحد, يتم نقل حمل المصنع تلقائيًا إلى الآخر - وهي استراتيجية مصممة لتوفير إمدادات شبه مستمرة على الرغم من أخطاء الخط الواحد.
دراسة الحالة هذه, بناءً على بيانات المراقبة الميدانية من الولايات المتحدة الكبرى. توظيف مصنع تجميع السيارات 3,200 العمال, يوضح كلاً من قوة ومحدودية استراتيجية التغذية المزدوجة: فهو فعال للغاية في منع الانقطاعات الطويلة, ولكنه لا يزيل انخفاض الجهد قصير الأمد الذي لا يزال من الممكن أن يسبب توقفًا كبيرًا للعملية في بيئات التصنيع الحساسة.
تم التقاط الحدث بواسطة شاشات I-Sense، وهي جزء من I-Grid™ تم تطوير النظام في Georgia Tech وتم تسويقه بواسطة Soft Switching Technologies. تسجل شاشات I-Sense الجهد المستمر وأشكال الموجات الحالية وأحداث الطابع الزمني بدقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)., تمكين الارتباط الدقيق للأحداث عبر نقاط قياس متعددة. هذا متعدد النقاط, يعد نهج المراقبة المتزامن مع الوقت ضروريًا لتحديد المصدر ومسار الانتشار لانخفاض الجهد - وهي القدرة التي لا يمكن للمراقبة بنقطة واحدة توفيرها.
02 الحدث - خطأ في ناقل الحركة الناجم عن الرياح
تسببت عاصفة رياح في حدوث خطأ من خط إلى خط عند نقطة دخول خط النقل #1 في المحطة الفرعية المخصصة. التسلسل المادي للأحداث, أعيد بناؤها من بيانات مراقبة I-Sense على كلا الخطين, كان على النحو التالي:
- مرحلة 1 - بدء الخطأ: يتم تغذية الخطأ من خط إلى خط في وقت واحد بواسطة كلا خطي النقل. يتسبب تيار العطل من كلا الخطين في انخفاض الجهد الذي ينتشر إلى جميع ناقلات التحميل النهائية - بما في ذلك أحمال المحطة. تسجل كلتا شاشتي I-Sense انخفاض الجهد في وقت واحد, مما يؤكد أن الترهل نشأ عند نقطة مشتركة بين الخطين (نقطة دخول المحطة الفرعية)
- مرحلة 2 - تطهير الخطأ: يتم فتح قواطع الدائرة لعزل خط النقل المعطل #1. يدوم الترهل 4.8 دورات (تقريبًا 0.09 ثانية) قبل أن تعمل القواطع
- مرحلة 3 - النقل التلقائي: يتم نقل جميع أحمال المصنع إلى خط النقل #2, الذي لم يتأثر بالخطأ. الخط #2 تسجل الشاشة العودة إلى الجهد الطبيعي بعد الترهل - لا يوجد انقطاع في هذا الخط
- مرحلة 4 - انقطاع ممتد على الخط #1: الخط #1 يسجل جهاز المراقبة انقطاعًا كاملاً دائمًا 9.8 بعد ثوانٍ من الترهل - يظل الخط غير نشط بينما تتم إزالة الخطأ واستعادة الخط. ولا يتأثر المصنع بهذا الانقطاع لأنه يعمل بالفعل على الخط #2
03 التحليل - ما فعلته التغذية المزدوجة وما لم تمنعه
ما منعته التغذية المزدوجة
النقل التلقائي من الخط المعطل #1 إلى الخط الصحي #2 منعت ما كان يمكن أن يكون انقطاعًا للإمدادات لعدة ساعات - الوقت اللازم لتحديد موقع خط النقل المتضرر من الرياح وإصلاحه فعليًا. لمصنع تجميع بسعة 3200 عامل, يمثل الانقطاع لعدة ساعات خسارة هائلة في الإنتاج: لا يمكن إعادة تشغيل خطوط تجميع المركبات جزئيًا, يجب إدارة المركبات المجمعة جزئيًا على الخط, وينطوي تسلسل إعادة التشغيل بعد إيقاف تشغيل المصنع بالكامل على قدر كبير من التعقيد والوقت.
نجحت استراتيجية التغذية المزدوجة بشكل كامل في تحقيق هدفها الأساسي: استمر المصنع في العمل على الخط #2 طوال فترة انقطاع قدرها 9.8 ثانية على الخط #1. من منظور استمرارية العرض, أداء البنية التحتية تمامًا كما تم تصميمها.
ما لم تمنعه التغذية المزدوجة
دورة 4.8 (0.09-ثان) ولم يتم منع تراجع الجهد أثناء العطل، مما تسبب في حدوث اضطرابات في العملية. وهذا هو القيد الأساسي لاستراتيجية التغذية المزدوجة والذي غالبًا ما لا يفهمه مهندسو المنشأة: النقل التلقائي يحمي من الانقطاعات, لكن انخفاض الجهد الذي يحدث أثناء الفاصل الزمني للعطل - قبل فتح القواطع واكتمال النقل - لا يمكن تجنبه عن طريق أي نظام نقل. الترهل لحظي; يستغرق النقل عدة دورات.
معدات العمليات الصناعية الحديثة – وخاصة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة, محركات تردد متغير, والروبوتات - عادةً ما تتمتع بحصانة من انخفاض الجهد تتراوح من 8 إلى 20 دورة اعتمادًا على الشركة المصنعة والتكوين. تبلد دورة 4.8 عند 68% الجهد المتبقي قد يعطل أو لا يعطل المعدات الحساسة اعتمادًا على خصائص المناعة المحددة لكل جهاز في المصنع. في مصنع لتجميع السيارات, حتى رحلة واحدة للمعدات على الخط يمكن أن توقف عملية التجميع بأكملها - وهذا هو السبب في أن تباطؤ 4.8 دورة لا يزال يسبب “بعض انقطاعات العملية” على الرغم من النقل التلقائي الناجح.
فجوة التخفيف - مصححي الترهل
دورة 4.8 تبلد مع 68% يقع الجهد المتبقي ضمن نطاق تشغيل مصححات تراجع الجهد المتوفرة تجاريًا - أجهزة استعادة الجهد الديناميكي (DVR) أو محولات الجهد الثابت ذات الرنين الحديدي (CVT) - والتي يمكن أن تعوض عادةً الانحناءات 50% الجهد المتبقي لفترات تصل إلى 10-30 دورة. لو تم تركيب مثل هذه الأجهزة على مغذيات معدات العمليات الحرجة, كان من الممكن أن يكون تبلد الدورة 4.8 غير مرئي للأحمال الحساسة ولن يحدث أي انقطاع في العملية.
توفر مغذيات المرافق المزدوجة حماية ممتازة ضد انقطاع الإمداد ولكنها لا توفر أي حماية ضد تراجع الجهد. تتطلب الإستراتيجية الشاملة لموثوقية الجهد الكهربائي لمنشأة صناعية حساسة كلا الأمرين: تغذية مزدوجة لمعالجة مخاطر الانقطاع, ومعدات تخفيف الترهل (DVR, UPS, أو ضوابط القيادة على VFDs) لمعالجة حالات التراجع التي تحدث أثناء فترة النقل ومن أحداث الشبكة الأخرى التي لا تسبب النقل على الإطلاق.
04 منظور جودة الطاقة
تعد دراسة الحالة هذه مثالًا واضحًا على الفرق بين موثوقية الإمداد وجودة الطاقة - وهما مفهومان غالبًا ما يتم دمجهما ولكنهما يتناولان أوضاع فشل مختلفة. تتناول التغذية المزدوجة الموثوقية: خطر الانقطاع المستمر بسبب خطأ في مسار إمداد واحد. انخفاض الجهد يعالج جودة الطاقة: انخفاضات الجهد قصيرة المدة التي تحدث أثناء الأعطال في أي مكان على الشبكة المتصلة, بغض النظر عن تكوين العرض.
من منظور هندسة المرافق, توضح دراسة حالة التغذية المزدوجة أيضًا قيمة النقاط المتعددة, مراقبة متزامنة مع الوقت. بدون مراقبين على كلا الخطين, سيكون من المستحيل التأكيد من البيانات وحدها أن الترهل نشأ من خطأ في الخط #1 بدلاً من حدث تبديل الحمل داخل المصنع. تم تسجيل الترهل المتزامن على كلا الخطين, والسلوك المختلف اللاحق (خط #1 يقاطع, خط #2 يتعافى), هو التوقيع النهائي لخطأ الإرسال عند نقطة مشتركة بين كلا الخطين - في هذه الحالة, نقطة دخول المحطة الفرعية.
إن نهج مراقبة I-Grid الموضح هنا - أجهزة المراقبة المتزامنة مع الوقت في نقاط متعددة في الشبكة - هو بالضبط بنية المراقبة التي تفصل تقييم PQ من جانب المرافق عن تقييم PQ من جانب المنشأة. كان من الممكن أن تسجل شاشة واحدة عند مدخل خدمة المحطة الارتخاء ولكنها لم تتمكن من التمييز بين خطأ نقل المرافق والخطأ الداخلي في المحطة. شاشتان متزامنتان, واحدة في كل تغذية, تقديم إسناد مصدر لا لبس فيه. هذا المبدأ يقاس: يمكن لشبكة مراقبة PQ ذات المرافق المصممة جيدًا والمزودة بمسجلات متزامنة مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في محطات فرعية متعددة تحديد مصدر أي اضطراب داخل مقطع تغذية محدد. هذا هو منظور هندسة جودة طاقة المرافق - وهذا ما توضحه دراسة الحالة هذه على نطاق صغير.
المراجع
- ديوان د, برومسكل دبليو, إيتو ج. نهج جديد لمراقبة جودة الطاقة وموثوقية الكهرباء - رسوم توضيحية لدراسة حالة لقدرات شبكة I-Grid™ نظام. إرنست أورلاندو مختبر لورنس بيركلي الوطني, إل بي إن إل-52048, أبريل 2003.
- IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 1159-2019. الممارسة الموصى بها من IEEE لمراقبة جودة الطاقة الكهربائية. IEEE, نيويورك, NY, 2019.
- شبه F47-0706. مواصفات لأشباه الموصلات تصنيع معدات الجهد ساج الحصانة. نصف, ميلبيتاس, CA, 2006.
ديوان د, برومسكل دبليو, إيتو ج. نهج جديد لمراقبة جودة الطاقة وموثوقية الكهرباء - رسوم توضيحية لدراسة حالة لقدرات شبكة I-Grid™ نظام. مختبر لورانس بيركلي الوطني, إل بي إن إل-52048, أبريل 2003.
يتم تقديم دراسة الحالة هذه في شكل ملخص وتعليق للأغراض التعليمية. تُنسب المادة الأصلية إلى المؤلفين ومختبر لورانس بيركلي الوطني. قسم منظور PQ (قسم 4) ومخطط SVG عبارة عن محتوى تحريري أصلي لـ IPQDF بواسطة Denis Ruest, ماجستير. (مُطبَّق), عين المهندس. (متقاعد.). لا تدعي IPQDF تأليف البحث الأصلي.