सबस्टेशन के स्थिर संचालन को कैसे सुनिश्चित करें?

दीर्घकालिक स्थिरता के लिए रणनीतिक उपस्थान योजना और डिज़ाइन

भार मांग और भविष्य के विकास अनुमानों के अनुरूप इंजीनियरिंग डिज़ाइन

अच्छे सबस्टेशन डिज़ाइन की शुरुआत वास्तव में इस बात को समझने के साथ होती है कि समय के साथ विभिन्न क्षेत्रों को वास्तव में कितनी बिजली की आवश्यकता होती है। पिछले साल की ऊर्जा सूचना प्रशासन की रिपोर्ट के अनुसार, हम प्रत्येक वर्ष लगभग 4.7 प्रतिशत अधिक व्यावसायिक बिजली मांग की ओर बढ़ रहे हैं। आज के योजनाकार इस बात का पता लगाने के लिए स्टोकैस्टिक ऑप्टिमाइज़ेशन नामक गणितीय मॉडल का उपयोग करते हैं कि हमें वर्तमान में क्या आवश्यकता है और अगले बीस वर्षों में क्या आवश्यकता हो सकती है। उन्हें सौर पैनलों के अधिक सामान्य होने के समय या लोगों द्वारा इलेक्ट्रिक कारों की कितनी संख्या चलाए जाने जैसी अनेक अनिश्चितताओं का सामना करना पड़ता है। 2024 में रिन्यूएबल एंड सस्टेनेबल एनर्जी रिव्यूज़ में प्रकाशित कुछ अनुसंधान में पाया गया कि इन बहु-अवधि मॉडलों का उपयोग करने से अतिरिक्त बुनियादी ढांचे की लागत में लगभग 18 से 22 प्रतिशत तक की कमी आ सकती है, बिना इसके कि प्रणाली की विश्वसनीयता प्रभावित हो, जो अधिकांश समय 99.97 प्रतिशत से ऊपर बनी रहती है। यह उपयोगिता कंपनियों के लिए बजट और दीर्घकालिक योजना दोनों में वास्तविक अंतर उत्पन्न करता है।

भविष्य के लिए उपयुक्त सबस्टेशन बुनियादी ढांचे में स्केलेबल प्रौद्योगिकियों को शामिल करना

आगे की योजना बनाने वाली यूटिलिटीज चरणबद्ध अपनाने की रणनीति के माध्यम से मॉड्यूलर प्रौद्योगिकियों को तैनात करती हैं:

इस स्तरीकृत दृष्टिकोण से स्मार्ट ग्रिड पारिस्थितिकी तंत्र के साथ दीर्घकालिक अंतर्संचालनता को समर्थन मिलता है और यह उद्योग के अग्रणी स्वचालन मार्गदर्शिकाओं के अनुरूप है।

इष्टतम भौतिक विन्यास: स्पष्टता, चालक की ऊंचाई और सुरक्षित पहुंच मार्ग

आधुनिक सबस्टेशन विन्यास में चरम मौसम के तहत लचीलेपन के लिए बढ़ी हुई क्लीयरेंस मानक शामिल किए गए हैं:

• ऊर्ध्वाधर चालक स्पेसिंग : बर्फ प्रवण क्षेत्रों में 8.5 मीटर आधारभूत रेखा, और 1.2 मीटर बफर
• उपकरण पहुंच मार्ग : आपातकालीन ईवी पहुंच को समायोजित करने के लिए न्यूनतम 3 मीटर चौड़ाई
• बाढ़ सुरक्षा : 100 वर्ष के बाढ़ स्तर से 0.6 मीटर ऊपर आधार

थर्मल इमेजिंग पुष्टि करती है कि ये विनिर्देश मौसम-संबंधी आउटेज को 41% तक कम करते हैं, साथ ही NEC 130.5(C) सुरक्षा आवश्यकताओं के अनुपालन की गारंटी देते हैं। प्रोएक्टिव टीमें आसपास के बुनियादी ढांचे के विकसित होने के साथ स्थानिक अखंडता को सुनिश्चित करने के लिए छ:माही लिडार सर्वेक्षण करती हैं।

नियमित निरीक्षण और निवारक रखरखाव प्रोटोकॉल

आरंभिक दोष पता लगाने के लिए दृश्य और थर्मल इमेजिंग निरीक्षण

जब हम नियमित दृष्टि जांच को अवरक्त थर्मल निरीक्षण के साथ जोड़ते हैं, तो हमें समस्याएं अकेले किसी भी विधि की तुलना में बहुत पहले पता चल जाती हैं। दिन के समय, तकनीशियन खराब हुए इन्सुलेटर्स या संक्षारण के संकेत जैसी स्पष्ट समस्याओं को देख सकते हैं। हालाँकि, रात में थर्मल स्कैन वास्तव में मूल्यवान हो जाते हैं क्योंकि वे उपकरणों में गर्म स्थानों को दिखाते हैं जो अभी भी बिजली से सक्रिय हैं। 2023 में ClickMaint के हालिया आंकड़ों के अनुसार, जो कंपनियां हर तीन महीने में थर्मल इमेजिंग करती हैं, वे संयोजन समस्याओं को उन स्थानों की तुलना में लगभग 40 प्रतिशत तेजी से खोज लेती हैं जो केवल नंगी आंखों से जांच पर निर्भर रहती हैं। पिछले साल एक विशेष 138kV सबस्टेशन में क्या हुआ, इसका उदाहरण लें। उन्हें एक ढीला टर्मिनल मिला जहां तापमान सामान्य की तुलना में 25 डिग्री सेल्सियस अधिक था—ऐसी चीज जो नंगी आंखों से किसी को भी नजर नहीं आती, लेकिन थर्मल इमेजिंग ने तुरंत पकड़ लिया, जिससे एक गंभीर विफलता होने से रोक दिया गया।

अधिक ताप और विफलताओं को रोकने के लिए निर्धारित सफाई और घटक रखरखाव

अच्छी रखरखाव योजनाओं को अनुसूचियाँ तय करते समय स्थानीय परिस्थितियों को ध्यान में रखना चाहिए। उदाहरण के लिए, तटरेखा के साथ स्थित बिजली कंपनियां अक्सर नमक जमाव के कारण होने वाली समस्याओं को रोकने के लिए बुशिंग को वार्षिक रूप से साफ़ करती हैं। धूल भरे शुष्क क्षेत्रों में, तकनीशियन आमतौर पर हर महीने एयर-कूल्ड ट्रांसफॉर्मर को पोंछ देते हैं। डिस्कनेक्ट स्विच के मामले में, उद्योग की रिपोर्टों के अनुसार, समस्याएं शुरू होने से पहले उन्हें चिकनाई देने से उनके जीवनकाल में गिरावट के बाद मरम्मत करने की तुलना में वास्तव में दोगुना या यहां तक कि तिगुना वृद्धि हो सकती है। मध्य पश्चिम में कहीं स्थित एक उपयोगिता कंपनी ने भी काफी उल्लेखनीय परिणाम देखे। उन्होंने नियमित अर्ध-वार्षिक टोर्क जांच शुरू करने, हर पांच साल में उन इन्सुलेटर पर परावैद्युत परीक्षण करने और पॉलिमर सर्ज अरेस्टर के लिए विशेष Bushnell-रेटेड विलायकों पर स्विच करने के बाद सिस्टम विश्वसनीयता में लगभग 90 प्रतिशत का सुधार किया।

निरंतर निरीक्षण रिकॉर्ड के माध्यम से अपक्षय प्रवृत्ति की निगरानी

लंबे समय तक के निरीक्षण अभिलेखों को देखने से कंपनियों को समस्याओं के होने से पहले रखरखाव की योजना बनाने में मदद मिलती है। उत्तर-पूर्व में एक बिजली कंपनी के लिए काम करने वाले कुछ इंजीनियरों ने दस साल पुराने अपने गश्ती लॉग्स की जांच की और तेल से भरे सर्किट ब्रेकर के बारे में एक दिलचस्प बात नोट की। इन उपकरणों में संचालन के बारहवें वर्ष के आसपास पता लगाए जा सकने योग्य गैस के स्तर बनने लगते हैं, जिसका अर्थ है कि तकनीशियन विशेष परीक्षणों जैसे घुलित गैस विश्लेषण (Dissolved Gas Analysis) को आम विफलता के समय से बहुत पहले, शायद ही अठारह महीने पहले तक कर सकते हैं। रखरखाव का प्रबंधन करने के लिए आधुनिक कंप्यूटर प्रणालियाँ अब यह जोड़ती हैं कि उपकरण कैसे घिस रहे हैं और उसके आसपास के वातावरण में क्या हो रहा है। उदाहरण के लिए, टेक्सास में एक सहकारी समिति ले लें - उन्होंने तड़ित अवरोधकों के प्रतिस्थापन को लगभग एक चौथाई तक कम कर दिया क्योंकि उन्होंने सामान्य कार्यक्रमों का पालन करने के बजाय तूफानों के अपने क्षेत्र में वास्तविक समय में आने के आधार पर मरम्मत की अनुसूची बनाना शुरू कर दिया।

महत्वपूर्ण सबस्टेशन उपकरण का व्यापक परीक्षण

वोल्टेज नियमन और संचालन अखंडता के लिए ट्रांसफॉर्मर परीक्षण

ट्रांसफॉर्मर पर नियमित जाँच से प्रमुख विफलताओं को होने से पहले रोका जा सकता है। घुलित गैस विश्लेषण उपकरण के आंतरिक समस्याओं को चिह्नित करने में सहायता करता है, और टर्न्स अनुपात परीक्षण यह सुनिश्चित करता है कि वाइंडिंग सुरक्षित हैं। जब विद्युत रोधन प्रतिरोध पिछले वर्ष की विद्युत प्रणाली रिपोर्ट के अनुसार 1,000 मेगाओम से ऊपर बना रहता है, तो ट्रांसफॉर्मर बिना किसी समस्या के उच्च भार को संभाल सकता है। 2023 में जारी राष्ट्रीय विद्युत सुरक्षा रिपोर्ट के आंकड़ों को देखने से यह भी पता चलता है: वे सुविधाएँ जो अपने नैदानिक कार्यक्रमों का नियमित रूप से पालन करती हैं, उनकी तुलना में जो सुविधाएँ नियमित रूप से रखरखाव नहीं करतीं, उनमें अप्रत्याशित डाउनटाइम लगभग 40 प्रतिशत कम होता है।

सर्किट ब्रेकर प्रदर्शन सत्यापन: विच्छेदन क्षमता और संपर्क प्रतिरोध

सर्किट ब्रेकर के सेवा में जाने से पहले उन्हें यांत्रिक जाँच और विद्युत परीक्षण दोनों से गुजरना होता है, ताकि आवश्यकता पड़ने पर वे खराबी को विश्वसनीय ढंग से रोक सकें। समय परीक्षण मूल रूप से यह जाँच करता है कि क्या खराबी की स्थिति के दौरान संपर्क वास्तव में पर्याप्त तेज़ी से अलग हो जाते हैं, जिसमें आमतौर पर लगभग 30 से 50 मिलीसेकंड के बीच अलगाव के समय की जाँच की जाती है। एक अन्य महत्वपूर्ण परीक्षण प्रणाली के विभिन्न बिंदुओं पर मिलीवोल्ट की गिरावट को मापता है ताकि उन क्षेत्रों का पता लगाया जा सके जहाँ धारा प्रवाह को अवरुद्ध करने वाला अत्यधिक प्रतिरोध हो सके। लोड परीक्षण चलाते समय, तकनीशियन ढीले कनेक्शन के कारण उत्पन्न होने वाले उन परेशान करने वाले गर्म स्थानों को खोजने के लिए अक्सर थर्मल इमेजिंग उपकरण का उपयोग करते हैं। पिछले साल एनर्जी इंफ्रास्ट्रक्चर जर्नल में प्रकाशित हालिया शोध के अनुसार, इस तरह के कनेक्शन में समस्याएँ सभी ब्रेकर विफलताओं के लगभग एक चौथाई के लिए उत्तरदायी होती हैं।

डेटा-आधारित जीवनकाल भविष्यवाणी के साथ स्वीकृति और आवधिक अनुपालन परीक्षण

जब नया उपकरण ऑनलाइन आता है, तो इसे IEEE C37.09 मानकों के अनुसार मान्यता प्राप्त करनी होती है। इसमें यह जाँच शामिल है कि क्या यह बिजली की आवृत्ति सहन स्तरों को संभाल सकता है और आंशिक निर्वहन के लिए परीक्षण करना होता है। अब पुराने परिसंपत्तियों के लिए जो काफी समय से मौजूद हैं, हम देख रहे हैं कि अधिक कंपनियां आजकल पूर्वानुमानित मॉडल का उपयोग कर रही हैं। ये मॉडल पिछले निरीक्षण रिकॉर्ड्स को देखते हैं और यह अनुमान लगाने की कोशिश करते हैं कि इन्सुलेशन कब टूटना शुरू हो सकता है। कुछ उपयोगिता कंपनियां ट्रांसफार्मर्स को कितनी बार लोड और अनलोड किया जाता है, इसके बारे में जानकारी के साथ घुलित गैस विश्लेषण (DGA) रुझानों को जोड़कर काफी अच्छे परिणाम प्राप्त कर रही हैं। पिछले साल ट्रांसमिशन एंड डिस्ट्रीब्यूशन वर्ल्ड के अनुसार, इस दृष्टिकोण ने ट्रांसफार्मर के जीवन को 8 से 12 वर्षों तक बढ़ाने में मदद की है। और वित्तीय दृष्टिकोण से, कंपनियां समय के साथ प्रति ट्रांसफार्मर इकाई लगभग 180,000 डॉलर बचा लेती हैं बजाय उन्हें इतनी बार बदलने के।

उपकेंद्रों में सुरक्षा प्रणाली और दोष प्रबंधन

प्रमुख सुरक्षा उपकरण: सर्किट ब्रेकर, लाइटनिंग अरेस्टर और ग्राउंडिंग सिस्टम

बिजली के उपकेंद्र विद्युत समस्याओं के विरुद्ध कई स्तरों की सुरक्षा का उपयोग करते हैं। जब कुछ गलत होता है, तो सर्किट ब्रेकर लगभग तुरंत काम में आते हैं और गंभीर नुकसान पहुँचाने से पहले खतरनाक धारा प्रवाह को काट देते हैं। तूफान के दौरान या उपकरण के चालू और बंद होने पर आने वाले अचानक वोल्टेज स्पाइक्स के लिए, लाइटनिंग अरेस्टर्स अतिरिक्त ऊर्जा को दूर चैनलिंग करते हैं। ग्राउंडिंग सिस्टम भी अपनी भूमिका निभाते हैं वोल्टेज को स्थिर रखकर और यह सुनिश्चित करके कि कोई भी दोष ऊर्जा सुरक्षित ढंग से पृथ्वी में जहां यह होना चाहिए, निर्देशित हो जाए। पिछले साल ग्रिड रेजिलिएंसी अध्ययन में प्रकाशित शोध के अनुसार, इन बैकअप सुरक्षा उपायों के होने से बिजली की कटौती लगभग दो तिहाई तक कम हो सकती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रणाली छोटी समस्याओं को पूरे क्षेत्र में व्यापक ब्लैकआउट में बदलने से रोक देती है।

ग्रिड स्थिरता बनाए रखते हुए दोषों को अलग करने के लिए रिले समन्वय

सुरक्षा रिले धारा के स्तर, वोल्टेज में परिवर्तन और आवृत्ति में बदलाव जैसी चीजों पर नज़र रखते हैं ताकि वे प्रणाली में समस्या के स्थान का पता लगा सकें। जब कुछ गलत होता है, तो ये रिले एक प्रकार की श्रृंखला प्रतिक्रिया में काम करते हैं, जिससे सुनिश्चित होता है कि केवल ऊपर की ओर निकटतम रिले ही बिजली काटे, जबकि अन्य स्थानों पर बिजली का प्रवाह जारी रहे। उदाहरण के लिए ट्रांसफॉर्मर लें। यदि किसी विशेष ट्रांसफॉर्मर पर समस्या होती है, तो पूरी लाइन को बंद करने के बजाय उसका विशिष्ट रिले सक्रिय हो जाता है। लेकिन इसे सही ढंग से करने के लिए समय-धारा वक्रों को ठीक से कैलिब्रेट करने के साथ सावधानीपूर्वक सेटअप की आवश्यकता होती है। तकनीशियनों को नियमित रूप से इनकी जाँच भी करनी चाहिए क्योंकि समय के साथ नए उपकरण जोड़े जाने या पुराने उपकरण बदले जाने पर ग्रिड में बदलाव आते रहते हैं।

स्वचालित सुरक्षा और मैनुअल ओवरराइड तैयारी के बीच संतुलन

जबकि स्वचालन त्वरित प्रतिक्रिया प्रदान करता है, फिर भी ऐसे समय होते हैं जब किसी व्यक्ति को विशेष रूप से प्रमुख तूफानों के बाद बिजली के उलटे प्रवाह या बिजली को चरणबद्ध तरीके से बहाल करते समय मैन्युअल रूप से नियंत्रण संभालने की आवश्यकता होती है। यहाँ NERC मानकों को जानने वाले लोग विशेष रूप से उपयोगी साबित होते हैं, क्योंकि कभी-कभी सामान्य ज्ञान उस चीज़ से बेहतर होता है जो सिस्टम सोचता है कि उसे करना चाहिए। इन संचालन को संभालने वाले लोगों को नियमित अभ्यास भी कराया जाता है। वे बिजली ग्रिड पर चीजों के खराब होने के सिमुलेशन, जैसे बसें विफल होना या ट्रांसफॉर्मर फूटना, से गुजरते हैं। ये अभ्यास सभी को सतर्क रखते हैं ताकि जब बिजली नेटवर्क में वास्तव में कुछ गड़बड़ हो, तो वे घबराएं नहीं।

SCADA और IoT सिस्टम के माध्यम से वास्तविक-समय निगरानी और नियंत्रण

आधुनिक उप-स्टेशन सतत संचालन देखरेख के लिए एकीकृत सुपरवाइज़री कंट्रोल और डेटा अधिग्रहण (SCADA) तथा IoT नेटवर्क पर निर्भर करते हैं। ये प्रणाली ट्रांसफॉर्मर के तापमान, ब्रेकर की स्थिति और वोल्टेज में उतार-चढ़ाव के बारे में वास्तविक समय में जानकारी प्रदान करती हैं, जिससे लगातार विफलताओं को रोकने के लिए दूरस्थ हस्तक्षेप संभव होता है।

उप-स्टेशन के निरंतर प्रदर्शन मॉनिटरिंग के लिए SCADA और IoT का एकीकरण

IoT एज उपकरण—जैसे तापमान सेंसर, इन्फ्रारेड कैमरे और पावर क्वालिटी एनालाइज़र—IEC 61850 जैसे मानकीकृत प्रोटोकॉल का उपयोग करके केंद्रीकृत SCADA प्लेटफॉर्म पर वास्तविक समय में डेटा प्रेषित करते हैं। औद्योगिक कनेक्टिविटी अध्ययन दिखाते हैं कि इस एकीकरण से पुरानी निगरानी पद्धतियों की तुलना में दोष का पता लगाने के समय में 34% की कमी आती है।

सक्रिय समस्या समाधान के लिए दूरस्थ निदान और पूर्वानुमानिक विश्लेषण

उन्नत विश्लेषण इंजन लाइव आईओटी फीड और ऐतिहासिक प्रदर्शन डेटा को संसाधित करके उपकरणों के क्षरण की भविष्यवाणी करते हैं। 120,000 से अधिक उपस्टेशन विफलता के मामलों पर प्रशिक्षित मशीन लर्निंग मॉडल 92% सटीकता के साथ ट्रांसफॉर्मर इन्सुलेशन विफलता की 6-8 महीने पहले भविष्यवाणी कर सकते हैं (2024 ग्रिड विश्वसनीयता रिपोर्ट), जिससे प्रतिस्थापन की योजना कम मांग वाली अवधि के दौरान बनाई जा सकती है।

त्वरित असामान्यता प्रतिक्रिया के लिए प्रभावी अलार्म प्रबंधन और घटना लॉगिंग

SCADA प्रणाली गंभीरता-आधारित आव्यूह का उपयोग करके अलार्मों को प्राथमिकता देती है, जो आकस्मिक सूचनाओं से लाइटनिंग अरेस्टर विफलता जैसी महत्वपूर्ण घटनाओं को अलग करती है। स्वचालित घटना लॉगिंग असामान्यताओं के दौरान टाइमस्टैम्प, उपकरण स्थितियों और परिवेशी स्थितियों को रिकॉर्ड करती है, जिससे इंजीनियर मैनुअल विधियों की तुलना में 67% कम समय में दोष क्रमों का पुनर्निर्माण कर सकते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

वाणिज्यिक बिजली की मांग में अपेक्षित वृद्धि क्या है?

ऊर्जा सूचना प्रशासन की रिपोर्ट के अनुसार व्यावसायिक बिजली की मांग में प्रति वर्ष लगभग 4.7 प्रतिशत की वृद्धि होने की उम्मीद है।

भविष्य-सुरक्षित सबस्टेशन बुनियादी ढांचे के लिए मॉड्यूलर तकनीकों का क्या महत्व है?

मॉड्यूलर तकनीकें उपयोगिता कंपनियों को चरणबद्ध अपनाने के माध्यम से मापदंड योग्य समाधान तैनात करने की अनुमति देती हैं, जो स्मार्ट ग्रिड पारिस्थितिकी तंत्र और स्वचालन मार्ग योजनाओं के अनुरूप होती हैं तथा दीर्घकालिक अंतर्संचालनीयता सुनिश्चित करती हैं।

नियमित निरीक्षण और रखरखाव दिनचर्या के क्या लाभ होते हैं?

नियमित निरीक्षण और रखरखाव से जल्दी दोष का पता चलता है और मौसम से संबंधित आउटेज में काफी कमी आती है, जिससे सुरक्षा मानकों के साथ अनुपालन सुनिश्चित होता है और समग्र प्रणाली की विश्वसनीयता में सुधार होता है।

एकीकृत SCADA और IoT प्रणाली निगरानी में सुधार कैसे करती हैं?

SCADA और IoT प्रणाली वास्तविक समय में संचालन देखरेख प्रदान करती हैं, जिससे असामान्यताओं पर त्वरित प्रतिक्रिया संभव होती है तथा पुरानी प्रणालियों की तुलना में दोष का पता लगाने के समय में 34% की कमी आती है।

रखरखाव निर्धारण में पूर्वानुमानित विश्लेषण की क्या भूमिका होती है?

पूर्वानुमानित विश्लेषण उपकरण के क्षय के पूर्वानुमान में सहायता करता है, जिससे सक्रिय रखरखाव नियोजन संभव होता है, जिससे उपकरण के जीवनकाल में वृद्धि होती है और प्रतिस्थापन लागत कम होती है।