Anong papel ang ginagampanan ng microcomputer integrated protection device sa high-voltage switchgear, at paano ito pumipili?
Papel at Piliin ng Mikrokompyuter na Integradong mga Device para sa Proteksyon sa High-Voltage Switchgear
Sa mga nakaraang taon, ang paggamit ng mikrokompyuter na integradong mga device para sa proteksyon sa medium- at high-voltage power distribution system projects ay lubhang tumataas. Ang mga device na ito ay user-friendly at nagsasakop ng mga kahinaan ng tradisyonal na relay protection tulad ng komplikadong wiring, mababang reliabilidad, at makapagod na setting at debugging procedures. Ang mga mikrokompyuter na integradong mga device para sa proteksyon ay may komprehensibong self-diagnostic functions, nagpapadali ng detection at commissioning.
Kapag natuklasan ang anomaliya, ang central processing unit (CPU) ay utos sa signal generator na ibigay ang katugon na audible at visual alarm signals. Bukod dito, maraming auxiliary functions ang madaling maisagawa, tulad ng pag-print ng impormasyon tungkol sa fault at pagsusulat ng oras ng mga aksyon ng proteksyon pagkatapos ng isang pangyayari. Maraming manufacturers ang gumagawa ng mga device na ito, bawat isa ay nag-aalok ng produkto na may iba't ibang functionalidades at hardware configurations, kaya mahirap pumili ng pinakasustansyal na integrated protection device.
I. Piliin ng Mikrokompyuter na Integradong mga Device para sa Proteksyon
Upang siguruhin na ang mga mikrokompyuter na integradong mga device para sa proteksyon ay tama at wasto na magpuno ng kanilang mga relay protection tasks, ang piliin sa panahon ng disenyo phase ay dapat batay sa komprehensibong pagsusuri ng reliabilidad, response time, maintenance at commissioning ease, at karagdagang mga function.
1.1 Reliabilidad ng Mikrokompyuter na Integradong mga Device para sa Proteksyon
Ang signal input para sa mikrokompyuter na integradong mga device para sa proteksyon ay pareho sa tradisyonal na relay protection: voltage at current signals ay ipinasok mula sa voltage transformers (VTs) at current transformers (CTs), na inconvert ng transducers sa standard signals na kinakailangan ng device para sa proteksyon, at filtered upang alisin ang low- at high-order harmonics at iba pang interference signals. Ang analog-to-digital (A/D) converters ay pagkatapos ay in-transform ang analog signals sa digital signals. Ang CPU ay gumagawa ng mga kalkulasyon sa digital input, kinompare ito sa preset values, ginawa ang mga hukom, at nagpasya kung triggerin ang alarm o trip.
Upang matugunan ang mga requirement sa reliabilidad, ang measurement at proteksyon input signals ay proseso at output ng independent processing units sa loob ng device. Ito ay nagbibigay ng mataas na measurement accuracy at sapat na margin sa panahon ng malubhang mga fault. Ang device ay hindi dapat maranasan A/D overflow o saturation kapag ang fault signal current ay umabot sa 20 beses ang normal value, na karaniwang nasasatisfy ang reliabilidad requirements para sa typical engineering applications.
1.2 Response Time ng Mikrokompyuter na Integradong mga Device para sa Proteksyon
Sa panahon ng disenyo at piliin, ang kalidad ng isang device para sa proteksyon ay maaaring masuri lamang batay sa tatlong indicators: computational accuracy, response time, at computational load. Ang tatlong factors na ito ay mutually contradictory: mas mababa ang computational accuracy at mas maliit ang computational load ay nagreresulta sa mas mabilis na response times, habang mas mataas na accuracy at mas malaking load ay nagreresulta sa mas mabagal na response times. Karaniwan, para sa end-users ng power grid, ang computational load ay dapat mas malaki sa 3 beses, ang computational accuracy ay dapat mas mataas sa 0.2%, at ang maximum response time ay dapat mas maliit sa 30 ms upang matugunan ang typical engineering requirements para sa response time.
1.3 Piliin ng Iba pang Mga Function ng Mikrokompyuter na Integradong mga Device para sa Proteksyon
Ang mga integrated protection devices ay naglalaman ng maraming integrated chips, kaya nangangailangan ng mataas na teknikal na eksperto para sa maintenance. Sa panahon ng piliin, ang mga device na may modular at universal hardware ay dapat paboran, na nagpapahintulot na ma-resolve ang mga hardware faults sa pamamagitan lamang ng pagpalit ng modules, na nagpapataas ng work efficiency.
Bukod dito, ang device para sa proteksyon ay dapat may built-in EPROM module, na nagbibigay-daan sa lahat ng setting values na mailagay sa digital form. Ang field personnel ay maaaring ma-recall ang mga setting na ito para sa equipment commissioning nang hindi kailangan ng pag-rewrite ng data. Upang i-integrate sa overall project's automated monitoring system, ang device para sa proteksyon ay dapat may communication capabilities, na nagpapahintulot sa madaling network formation sa pamamagitan ng data buses at nagbibigay-daan sa transmission ng action information sa higher-level automated monitoring system.
2. Ugnayan ng Integrated Protection Devices at ang Plant-Wide Automation Control System
Batay sa configuration at communication requirements ng plant automation control system, ang automation system para sa mikrokompyuter na integradong mga device para sa proteksyon ay karaniwang nahahati sa tatlong layers: ang switchgear layer, ang substation layer, at ang central control room.
2.1 Switchgear Layer
Ang switchgear layer ay binubuo ng iba't ibang uri ng mikrokompyuter na integradong mga device para sa proteksyon, na direktang inilalapat sa switchgear. Bawat device ay direktang nag-handle ng measurement, proteksyon signals, at control functions para sa kanyang respective cabinet. Ang specific functions ay kasunod:
(1) Incomer Cabinet
Proteksyon Functions: Instantaneous overcurrent tripping, time-delayed overcurrent tripping.
Measurement Functions: Three-phase current, three-phase voltage, active and reactive power, active and reactive energy.
Monitoring Functions: Circuit breaker open/closed position.
Control Functions: Manual open/close (on cabinet), remote control open/close.
Alarm Functions: Trip due to fault, warning signals, open/close, device fault, fault recording, etc.
(2) Transformer Cabinet
Proteksyon Functions: Instantaneous overcurrent tripping, time-delayed overcurrent tripping, inverse-time overloading, single-phase ground fault, heavy gas trip.
Measurement, Monitoring, at Control Functions: Pareho sa incomer cabinet.
Alarm Functions: Trip due to fault, light gas, temperature alarm, warning signals, open/close, device fault, fault recording, etc.
(3) Busbar Cabinet
Proteksyon, Monitoring, at Control Functions: Pareho sa incomer cabinet.
Alarm Functions: Trip due to fault, device fault, fault recording, etc.
(4) Motor Cabinet
Proteksyon Functions: Instantaneous overcurrent tripping, time-delayed overcurrent tripping, overload, single-phase ground fault, low voltage, overheat.
Measurement Functions: Three-phase current, three-phase voltage, active and reactive power, active and reactive energy.
Monitoring Functions: Circuit breaker open/closed position.
Control Functions: Manual open/close (on cabinet), remote control open/close.
Alarm Functions: Trip due to fault, warning signals, open/close, device fault, fault recording, etc.
Pagkatapos ng data acquisition sa kanilang respective switchgear, ang mga device para sa proteksyon ay nag-transmit ng data sa pamamagitan ng bus sa monitoring computer sa substation layer. Ang sistema na ito ay siyang nagsisiguro na mabawasan ang control cables, maiksi ang on-site commissioning time, at mapataas ang work efficiency.
2.2 Substation Layer
Maraming signals mula sa substation ang kailangang ilipat sa central control room sa pamamagitan ng plant's industrial Ethernet, at ang substation ay tumatanggap ng signals mula sa central control room upang mag-utos ng control commands sa mga device para sa proteksyon. Ang substation layer ay karaniwang binubuo ng industrial control computers, printers, at monitors. Ang kanyang pangunahing functions ay kasama ang configure at manage ng switchgear integrated protection devices, monitorin ang system operation, establish at manage ang substation database, at communicate sa central control room.
Dahil sa mga manufacturer na naka-confidential ang kanilang software at electrical calculation methods para sa mga device para sa proteksyon, ang substation layer ay dapat rin mag-handle ng communication protocol conversion upang mapadali ang signal transmission at reception sa pagitan ng central control room at ng mga device para sa proteksyon.
2.3 Communication Network
Ang communication sa pagitan ng switchgear at substation ay maaaring gamitin ang MODbus bus network, na sumusuporta sa hanggang 64 slave stations. Ang optical isolation ay ginagamit sa pagitan ng communication network at ng mga device upang maiwasan ang external interference. Ang communication sa pagitan ng substation at central control room ay ginagamit ang industrial Ethernet na may fiber-optic medium, na may communication rate na mas malaki sa 1 Mbps.
2.4 Software
Ang system software ay maaaring gamitin ang mainstream platforms na may international standard architectures, tulad ng Windows NT. Ang software modules ay dapat kasama: main control software, graphics software, database management software, report generation software, at communication software.
Sa panahon ng piliin ng software, ang main control software ay dapat may mataas na degree ng modularity. Ang mataas na modularity ay nagbibigay-daan sa field personnel na ma-call up ang software batay sa site conditions nang walang additional programming, na siyang nagrereduce ng operational at maintenance workload para sa dispatchers at maintenance personnel at nagpapataas ng work efficiency.
3. Mga Isyu na Dapat Tandaan sa Pagpili ng Hardware para sa Mikrokompyuter na Integradong mga Device para sa Proteksyon
Karagdagan pa, ang mga sumusunod na isyu ay dapat tandaan sa panahon ng piliin ng hardware para sa mikrokompyuter na integradong mga device para sa proteksyon:
Gamitin ang sealed, reinforced chassis na resistant sa strong vibration at interference, na may compact installation size na suitable para sa harsh environments at cabinet mounting.
Adopt ang industrial-grade dual-CPU structure, na bawat device ay naglalaman ng main CPU at communication CPU. Ang dalawang CPUs ay gumagana sa mutual-checking mode, nagpapataas ng response time at accuracy ng device, nagpaprevent ng maloperation o failure to operate, at nagpapataas ng stability at reliability.
Full-range temperature automatic compensation na nagpapahintulot sa device na mag-operate nang matagal sa environments mula -20°C hanggang +60°C.
Separate ang measurement at proteksyon signals sa loob ng device, na sumusunod sa mga requirement sa accuracy at proteksyon range at reliability.
Gamitin ang dedicated frequency sampling circuit upang precise na trackin ang grid frequency, na nagpapataas ng accuracy ng electrical quantity calculations.
Gamitin ang optical isolation para sa digital input at output signals, at shielded cables para sa internal cabinet wiring, na effective na nagpaprevent ng external interference signals at nagpapataas ng anti-interference capability ng device.
Gamitin ang large-screen LCD display at soft keyboard para sa mas clear na numerical display at mas easy na operation.
Pagkatapos ng commissioning at operation, ang setting values para sa iba't ibang proteksyon modes ay istore sa digital form sa EPROM, na nagpapahintulot sa easy recall pagkatapos ng debugging o circuit fault repair.
Include ang comprehensive circuit breaker control circuit na suitable para sa control ng iba't ibang uri ng circuit breakers, na nagpapadali ng substation upgrades.
May comprehensive accident analysis capabilities, kasama ang protection action event records, electrical quantity signal limit exceedance records, at fault recording.
4. Ang papel ng Mikrokompyuter na Integradong mga Device para sa Proteksyon sa High-Voltage Switchgear
Ang mikrokompyuter na device para sa proteksyon ay nagprotekta sa circuits laban sa abnormal conditions. Ang kanilang mga papel sa high-voltage switchgear ay kasunod:
Ang mikrokompyuter na device para sa proteksyon ay may malakas na data processing, logical operation, at information storage capabilities, na may advanced internal architecture. Sila ay nagbibigay ng complete protection functions ng conventional relay protection. Sa pamamagitan ng pagtanggap ng signals mula sa measurement components tulad ng current transformers at voltage transformers, ang device ay maaaring monitor, control, at protektahan ang estado ng circuit. Ito ay kasama ang proteksyon laban sa short circuits, overloads, single-phase ground faults, atbp. Kung wala ang device para sa proteksyon, ang mga function na ito sa high-voltage switchgear ay tinutugunan gamit ang relays. Sa mikrokompyuter na proteksyon, may karagdagang functions na available, tulad ng easy acceptance ng remote control, communication sa upper-level system upang ilipat ang current, voltage, power, at energy signals mula sa circuit, at convenient adjustment ng protection settings.
