Hvad rolle spiller en mikrocomputer-integreret beskyttelsesenhed i højspændingsafbrydere, og hvordan vælger man den?
Rolle og udvælgelse af mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder i højspændingsafbrydere
I de seneste år er anvendelsen af mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder i projekter med mellem- og højspændings fordelingssystemer steget betydeligt. Disse enheder er brugervenlige og overkommer ulemper ved traditionel relæbeskyttelse, såsom komplekse kablingsforbindelser, lav pålidelighed og klodsete indstillings- og justeringsprocedurer. Mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder har omfattende selvdiagnosticeringsfunktioner, hvilket gør det meget nemt at foretage kontrol og indtrædelsesprøver.
Når en anomalidetekteres, kommanderer den centrale processor (CPU) signalgenerator til at udsende tilsvarende lyd- og visuelle alarmsignaler. Desuden kan forskellige hjælpefunktioner let implementeres, som f.eks. udskrivning af fejlinformation og registrering af tiden for beskyttelseshandlinger efter en hændelse. Mange producenter fremstiller disse enheder, og hver leverer produkter med forskellige funktioner og hardwarekonfigurationer, hvilket gør det udfordrende at vælge den mest passende integrerede beskyttelsesenhed.
I. Udvælgelse af mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder
For at sikre, at mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder korrekt og præcist udfører deres relæbeskyttelsesopgaver, bør udvælgelsen under designfasen baseres på en grundig vurdering af pålidelighed, reaktions tid, let vedligeholdelse og indtrædelsesprøve samt yderligere funktioner.
1.1 Pålidelighed af mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder
Signalindestikken til mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder er den samme som for traditionel relæbeskyttelse: spændings- og strømsignaler indføres fra spændingstransformatorer (VT'er) og strømtransformatorer (CT'er), konverteres af transducere til standardsignaler, som beskyttelsesenheden kræver, og filtreres for at fjerne lav- og højordens harmoniske og andre støjsignaler. Analog-digital (A/D) konvertere omdanner derefter analoge signaler til digitale signaler. CPU udfører beregninger på de digitale input, sammenligner dem med forudindstillede værdier, træffer afgørelser og bestemmer, om der skal udløses en alarm eller en trip.
For at opfylde pålidelighedskrav behandles måling- og beskyttelsesinputsignalerne og gives de ud af uafhængige processorer inden i enheden. Dette sikrer høj målenøjagtighed og giver en god margen under alvorlige fejl. Enheden bør ikke opleve A/D-overflow eller mætningspunkt, når fejlstrømmen når 20 gange normalværdien, hvilket generelt opfylder pålidelighedskravene for typiske ingeniøranvendelser.
1.2 Reaktions tid af mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder
Under design og udvælgelse kan kvaliteten af en beskyttelsesenhed kun vurderes ud fra tre indikatorer: beregningsnøjagtighed, reaktions tid og beregningsbelastning. Disse tre faktorer er gensidigt modsat: lavere beregningsnøjagtighed og mindre beregningsbelastning fører til hurtigere reaktions tid, mens højere nøjagtighed og større belastning resulterer i langsommere reaktions tid. Generelt bør beregningsbelastningen være større end 3 gange, beregningsnøjagtigheden højere end 0,2 %, og maksimal reaktions tid mindre end 30 ms for at opfylde typiske ingeniøransvarsområders reaktions tidskrav.
1.3 Udvælgelse af andre funktioner for mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder
Integrerede beskyttelsesenheder indeholder mange integrerede chips, hvilket kræver højt teknisk niveau til vedligeholdelse. Under udvælgelsen bør der foretrækkes enheder med modulare og universelle hardwarer, som gør det muligt at løse hardwarfejl ved blot at skifte moduler, hvilket øger arbejdseffektiviteten.
Desuden bør beskyttelsesenheten have en indbygget EPROM-module, der gør det muligt at gemme alle indstillingsværdier digitalt. Feltmedarbejdere kan let genkalde disse indstillinger til udrustningsindtrædelsesprøver uden at skulle genskrive data. For at integrere med det overordnede projektets automatiske overvågningssystem, bør beskyttelsesenheten have kommunikationsmuligheder, der gør det nemt at danne et netværk via databusser og give mulighed for at sende handlingsinformation til det overordnede automatiske overvågningssystem.
2. Forholdet mellem integrerede beskyttelsesenheder og fabriksgennemgribende automatiske styresystemer
Baseret på konfigurationen og kommunikationskravene for fabriksautomatiske styresystemer, er automatiske systemer for mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder typisk opdelt i tre lag: afbryderlag, underværk-lag og central kontrolrum.
2.1 Afbryderlag
Afbryderlaget består af forskellige typer mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder, der installeres direkte på afbryderne. Hver enhed håndterer direkte måling, beskyttelsessignaler og kontrolleringsfunktioner for dens respektive skab. Specifikke funktioner er følgende:
(1) Indgangskabinet
Beskyttelsesfunktioner: Omløbsstrøm-trip, forsinket overstrøm-trip.
Målingsfunktioner: Tre-fase strøm, tre-fase spænding, aktiv og reaktiv effekt, aktiv og reaktiv energi.
Overvågningsfunktioner: Afslutningsstatus for afbryder.
Kontrolfunktioner: Manuel åben/lukket (på skabet), fjernkontrol åben/lukket.
Alarmfunktioner: Trip på grund af fejl, advarselssignal, åben/lukket, enhedsfejl, fejlregistrering osv.
(2) Transformator-kabinet
Beskyttelsesfunktioner: Omløbsstrøm-trip, forsinket overstrøm-trip, invers tidsoverlast, en-fase jordfejl, tung gas-trip.
Måling, overvågning og kontrolfunktioner: Samme som indgangskabinet.
Alarmfunktioner: Trip på grund af fejl, let gas, temperaturalarm, advarselssignal, åben/lukket, enhedsfejl, fejlregistrering osv.
(3) Busbar-kabinet
Beskyttelse, overvågning og kontrolfunktioner: Samme som indgangskabinet.
Alarmfunktioner: Trip på grund af fejl, enhedsfejl, fejlregistrering osv.
(4) Motor-kabinet
Beskyttelsesfunktioner: Omløbsstrøm-trip, forsinket overstrøm-trip, overlast, en-fase jordfejl, lav spænding, overophedning.
Målingsfunktioner: Tre-fase strøm, tre-fase spænding, aktiv og reaktiv effekt, aktiv og reaktiv energi.
Overvågningsfunktioner: Afslutningsstatus for afbryder.
Kontrolfunktioner: Manuel åben/lukket (på skabet), fjernkontrol åben/lukket.
Alarmfunktioner: Trip på grund af fejl, advarselssignal, åben/lukket, enhedsfejl, fejlregistrering osv.
Efter dataindsamling i deres respektive afbrydere transmitterer beskyttelsesenhederne data via en bus til overvågningscomputeren i underværk-laget. Dette system reducerer betydeligt kontrolkabler, forkorter pladsprøvetid og forbedrer arbejdseffektiviteten.
2.2 Underværk-lag
Mange signaler fra underværket skal transmitteres til det centrale kontrolrum via fabrikken's industrielle Ethernet, og underværket modtager signaler fra det centrale kontrolrum for at udstede kontrolkommandoer til beskyttelsesenhederne. Underværk-laget består typisk af industrielle kontrolcomputere, printere og monitore. Dets primære funktioner inkluderer konfiguration og administration af afbryder-integrerede beskyttelsesenheder, overvågning af systemets drift, oprettelse og administration af underværkdatabasen og kommunikation med det centrale kontrolrum.
På grund af producenters fortrolighed om beskyttelsesenhedernes software og elektriske beregningmetoder, skal underværk-laget også håndtere konvertering af kommunikationsprotokoller for at facilitere signaltransmission og -modtagelse mellem det centrale kontrolrum og beskyttelsesenhederne.
2.3 Kommunikationsnetværk
Kommunikation mellem afbrydere og underværk kan bruge et MODbus bus-netværk, der understøtter op til 64 slave-stationer. Optisk isolation anvendes mellem kommunikationsnetværket og enhederne for at forhindre eksterne støj. Kommunikation mellem underværk og det centrale kontrolrum bruger et industriel Ethernet med fiber-optisk medium, med en kommunikationshastighed højere end 1 Mbps.
2.4 Software
Systemsoftware kan bruge mainstream-platforme med internationale standardarkitekturer, såsom Windows NT. Softwaremoduler bør inkludere: hovedkontrolsoftware, grafiksoftware, databaseadministrationssoftware, rapportgenereringssoftware og kommunikationssoftware.
Ved valg af software bør hovedkontrolsoftware have højt modularitet. Højt modularitet tillader feltmedarbejdere at let kalde software baseret på pladsforhold uden yderligere programmering, hvilket betydeligt reducerer drifts- og vedligeholdelsesbelastningen for disponenter og vedligeholdelsespersonale og forbedrer arbejdseffektiviteten.
3. Problemer, der skal bemærkes ved udvælgelse af hardware til mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder
Desuden bør følgende problemer bemærkes ved udvælgelse af hardware til mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder:
Brug en tæt, forstærket kasse, der er resistenter over for stærk vibration og støj, med kompakt installationsstørrelse, der passer til hårde miljøer og skabsmontering.
Adopter en industrielt graden dual-CPU-struktur, hvor hver enhed indeholder en hoved-CPU og en kommunikations-CPU. De to CPU'er arbejder i en gensidig kontroltilstand, hvilket forbedrer enhedens reaktions tid og nøjagtighed, forhindrer fejlhandlinger eller manglende handling, og forbedrer stabilitet og pålidelighed.
Fuldrang temperaturautomatisk kompensation tillader enheden at operere længe i miljøer fra -20°C til +60°C.
Måling og beskyttelsessignaler behandles separat inden i enheden, hvilket opfylder både nøjagtigheds- og beskyttelsesomfangs- og pålidelighedskrav.
Brug en dedikeret frekvenssampling-cirkuit til præcis sporring af nettets frekvens, hvilket gør beregninger af elektriske størrelser mere præcise.
Brug optisk isolation for digitale input- og outputsignaler, og skjulte ledninger til interne skabkabler, hvilket effektivt forhindrer eksterne støjsignaler og forbedrer enhedens anti-støjkapacitet.
Brug et stort LCD-display og en blød tastatur for klarere numerisk visning og lettere operation.
Efter indtrædelsesprøve og drift gemmes indstillingsværdier for forskellige beskyttelsesmodi digitalt i EPROM, hvilket gør det nemt at genkalde efter prøve eller kredsløbsfejlreparation.
Inkluder en omfattende afbryderkontrolcirkuit, der er egnet til kontrol af forskellige typer afbrydere, og faciliterer underværk-opgraderinger.
Har omfattende ulykkesanalysekapacitet, herunder beskyttelseshandlingsbegivenhedsregistre, overskridelse af elektriske størrelser og fejlregistrering.
4. Rollen for mikrocomputer-integrerede beskyttelsesenheder i højspændingsafbrydere
Mikrocomputer-beskyttelsesenheder beskytter kredsløb mod anormale forhold. Deres roller i højspændingsafbrydere er følgende:
Mikrocomputer-beskyttelsesenheder har stærke dataprocessevner, logiske operationer og informationslagringsevner, med en avanceret intern arkitektur. De tilbyder de fulde beskyttelsesfunktioner, som konventionel relæbeskyttelse. Ved at modtage signaler fra målekomponenter, som strømtransformatorer og spændingstransformatorer, kan enheden overvåge, kontrollere og beskytte kredsløbsstatus. Dette inkluderer beskyttelse mod kortslutninger, overlast, en-fase jordfejl osv. Uden en beskyttelsesenhed opnås disse funktioner i højspændingsafbrydere ved hjælp af relæer. Med mikrocomputer-beskyttelse er yderligere funktioner tilgængelige, som nem accept af fjernstyring, kommunikation med det overordnede system for at sende nuværende, spænding, effekt og energisignaler fra kredsløbet, og bekvem justering af beskyttelsesindstillinger.
