Quel rôle joue un dispositif de protection intégré à microordinateur dans les équipements de haute tension, et comment le choisir
Rôle et sélection des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur dans les appareils de coupure haute tension
Ces dernières années, l'application des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur dans les projets de systèmes de distribution d'énergie moyenne et haute tension a considérablement augmenté. Ces dispositifs sont conviviaux et surmontent les inconvénients de la protection par relais traditionnelle, tels que le câblage complexe, la fiabilité faible et les procédures de réglage et de mise au point encombrantes. Les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur offrent des fonctions de diagnostic complet, rendant la détection et la mise en service très pratiques.
Dès qu'une anomalie est détectée, l'unité centrale de traitement (CPU) commande le générateur de signaux pour émettre des signaux d'alarme sonores et visuels correspondants. De plus, diverses fonctions auxiliaires peuvent être facilement mises en œuvre, telles que l'impression des informations de panne et l'enregistrement du temps des actions de protection après un événement. De nombreux fabricants produisent ces dispositifs, chacun offrant des produits avec des fonctionnalités et des configurations matérielles différentes, ce qui rend difficile le choix du dispositif de protection intégré le plus approprié.
I. Sélection des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur
Pour s'assurer que les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur remplissent correctement et précisément leurs tâches de protection par relais, leur sélection lors de la phase de conception doit être basée sur une évaluation complète de la fiabilité, du temps de réponse, de la facilité d'entretien et de mise en service, ainsi que des fonctions supplémentaires.
1.1 Fiabilité des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur
L'entrée de signal pour les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur est la même que pour la protection par relais traditionnelle : les signaux de tension et de courant sont introduits à partir de transformateurs de tension (VT) et de courant (CT), convertis par des transducteurs en signaux standards requis par le dispositif de protection, et filtrés pour éliminer les harmoniques d'ordre inférieur et supérieur ainsi que d'autres signaux d'interférence. Les convertisseurs analogique-numérique (A/N) transforment ensuite les signaux analogiques en signaux numériques. Le CPU effectue des calculs sur l'entrée numérique, les compare aux valeurs prédéfinies, prend des décisions et décide si un alarme ou un disjonction doit être déclenchée.
Pour répondre aux exigences de fiabilité, les signaux d'entrée de mesure et de protection sont traités et sortis par des unités de traitement indépendantes au sein du dispositif. Cela garantit une grande précision de mesure et offre une marge suffisante en cas de pannes graves. Le dispositif ne doit pas connaître de débordement A/N ou de saturation lorsque le courant du signal de panne atteint 20 fois la valeur normale, ce qui satisfait généralement aux exigences de fiabilité pour les applications d'ingénierie typiques.
1.2 Temps de réponse des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur
Lors de la conception et de la sélection, la qualité d'un dispositif de protection ne peut être jugée que sur trois indicateurs : la précision de calcul, le temps de réponse et la charge de calcul. Ces trois facteurs sont mutuellement contradictoires : une précision de calcul plus faible et une charge de calcul plus petite conduisent à un temps de réponse plus rapide, tandis qu'une précision et une charge de calcul plus élevées entraînent un temps de réponse plus lent. Généralement, pour les utilisateurs finaux du réseau électrique, la charge de calcul devrait être supérieure à 3 fois, la précision de calcul supérieure à 0,2 % et le temps de réponse maximal inférieur à 30 ms pour répondre aux exigences typiques d'ingénierie en matière de temps de réponse.
1.3 Sélection d'autres fonctions des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur
Les dispositifs de protection intégrés contiennent de nombreuses puces intégrées, nécessitant un niveau élevé de compétence technique pour l'entretien. Lors de la sélection, on devrait préférer les dispositifs avec un matériel modulaire et universel, permettant de résoudre les pannes matérielles en remplaçant simplement les modules, améliorant ainsi l'efficacité du travail.
De plus, le dispositif de protection devrait avoir un module EPROM intégré, permettant de stocker tous les paramètres de réglage de manière numérique. Le personnel sur le terrain peut facilement rappeler ces paramètres pour la mise en service de l'équipement sans avoir besoin de réécrire les données. Pour s'intégrer au système de surveillance automatisée global du projet, le dispositif de protection devrait avoir des capacités de communication, permettant la formation facile de réseaux via des bus de données et la transmission des informations d'action au système de surveillance automatisée supérieur.
2. Relation entre les dispositifs de protection intégrés et le système de contrôle automatisé de l'usine
En fonction de la configuration et des exigences de communication du système de contrôle automatisé de l'usine, le système d'automatisation pour les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur est généralement divisé en trois niveaux : le niveau des appareils de coupure, le niveau de la sous-station et le niveau de la salle de contrôle centrale.
2.1 Niveau des appareils de coupure
Le niveau des appareils de coupure comprend divers types de dispositifs de protection intégrés à microprocesseur, installés directement sur les appareils de coupure. Chaque dispositif gère directement les signaux de mesure, de protection et de contrôle pour son propre armoire. Les fonctions spécifiques sont les suivantes :
(1) Armoire d'entrée
Fonctions de protection : Déclenchement instantané par surintensité, déclenchement par surintensité retardé.
Fonctions de mesure : Courant triphasé, tension triphasée, puissance active et réactive, énergie active et réactive.
Fonctions de surveillance : Position ouverte/fermée du disjoncteur.
Fonctions de contrôle : Ouverture/fermeture manuelle (sur l'armoire), commande à distance ouverture/fermeture.
Fonctions d'alarme : Déclenchement en cas de panne, signaux d'avertissement, ouverture/fermeture, panne du dispositif, enregistrement de panne, etc.
(2) Armoire de transformateur
Fonctions de protection : Déclenchement instantané par surintensité, déclenchement par surintensité retardé, surcharge inverse de temps, défaut monophasé à la terre, déclenchement par gaz lourd.
Fonctions de mesure, de surveillance et de contrôle : Identiques à l'armoire d'entrée.
Fonctions d'alarme : Déclenchement en cas de panne, gaz léger, alarme de température, signaux d'avertissement, ouverture/fermeture, panne du dispositif, enregistrement de panne, etc.
(3) Armoire de barre de sectionnement
Fonctions de protection, de surveillance et de contrôle : Identiques à l'armoire d'entrée.
Fonctions d'alarme : Déclenchement en cas de panne, panne du dispositif, enregistrement de panne, etc.
(4) Armoire de moteur
Fonctions de protection : Déclenchement instantané par surintensité, déclenchement par surintensité retardé, surcharge, défaut monophasé à la terre, basse tension, surchauffe.
Fonctions de mesure : Courant triphasé, tension triphasée, puissance active et réactive, énergie active et réactive.
Fonctions de surveillance : Position ouverte/fermée du disjoncteur.
Fonctions de contrôle : Ouverture/fermeture manuelle (sur l'armoire), commande à distance ouverture/fermeture.
Fonctions d'alarme : Déclenchement en cas de panne, signaux d'avertissement, ouverture/fermeture, panne du dispositif, enregistrement de panne, etc.
Après l'acquisition de données dans leurs propres appareils de coupure respectifs, les dispositifs de protection transmettent les données via un bus à l'ordinateur de surveillance au niveau de la sous-station. Ce système réduit considérablement les câbles de contrôle, raccourcit le temps de mise en service sur site et améliore l'efficacité du travail.
2.2 Niveau de la sous-station
De nombreux signaux de la sous-station doivent être transmis à la salle de contrôle centrale via l'Ethernet industriel de l'usine, et la sous-station reçoit des signaux de la salle de contrôle centrale pour émettre des commandes de contrôle aux dispositifs de protection. Le niveau de la sous-station comprend généralement des ordinateurs de contrôle industriel, des imprimantes et des moniteurs. Ses principales fonctions incluent la configuration et la gestion des dispositifs de protection intégrés aux appareils de coupure, la surveillance du fonctionnement du système, l'établissement et la gestion de la base de données de la sous-station, et la communication avec la salle de contrôle centrale.
En raison de la confidentialité des logiciels des dispositifs de protection et des méthodes de calcul électrique maintenues par les fabricants, le niveau de la sous-station doit également gérer la conversion des protocoles de communication pour faciliter la transmission et la réception de signaux entre la salle de contrôle centrale et les dispositifs de protection.
2.3 Réseau de communication
La communication entre les appareils de coupure et la sous-station peut utiliser un réseau de bus MODbus, supportant jusqu'à 64 stations esclaves. Une isolation optique est utilisée entre le réseau de communication et les dispositifs pour empêcher les interférences externes. La communication entre la sous-station et la salle de contrôle centrale utilise un Ethernet industriel avec un support fibre optique, avec un taux de communication supérieur à 1 Mbps.
2.4 Logiciel
Le logiciel du système peut utiliser des plateformes mainstream avec des architectures standard internationales, telles que Windows NT. Les modules logiciels devraient inclure : logiciel de contrôle principal, logiciel graphique, logiciel de gestion de base de données, logiciel de génération de rapports et logiciel de communication.
Lors de la sélection du logiciel, le logiciel de contrôle principal devrait avoir un haut degré de modularité. Une modularité élevée permet au personnel sur le terrain d'appeler facilement le logiciel en fonction des conditions sur site sans programmation supplémentaire, réduisant considérablement la charge opérationnelle et de maintenance pour les dispatchers et le personnel de maintenance, et améliorant l'efficacité du travail.
3. Points à noter lors de la sélection du matériel pour les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur
De plus, les points suivants doivent être notés lors de la sélection du matériel pour les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur :
Utiliser un châssis scellé, renforcé, résistant aux vibrations fortes et aux interférences, avec une taille d'installation compacte adaptée aux environnements difficiles et au montage en armoire.
Adopter une structure à double CPU de classe industrielle, chaque dispositif contenant un CPU principal et un CPU de communication. Les deux CPU travaillent en mode de vérification mutuelle, améliorant le temps de réponse et la précision du dispositif, empêchant les opérations incorrectes ou les échecs, et renforçant la stabilité et la fiabilité.
Compensation automatique de température sur toute la plage permettant au dispositif de fonctionner de manière prolongée dans des environnements allant de -20°C à +60°C.
Les signaux de mesure et de protection sont traités séparément au sein du dispositif, répondant aux exigences de précision et de portée de protection ainsi qu'aux exigences de fiabilité.
Utiliser un circuit d'échantillonnage de fréquence dédié pour suivre précisément la fréquence du réseau, rendant les calculs de quantités électriques plus précis.
Utiliser l'isolement optique pour les signaux d'entrée et de sortie numériques, et des câbles blindés pour le câblage interne de l'armoire, empêchant efficacement les signaux d'interférence externes et améliorant la capacité anti-interférence du dispositif.
Utiliser un grand écran LCD et un clavier souple pour un affichage numérique plus clair et une opération plus facile.
Après la mise en service et l'exploitation, les valeurs de réglage pour divers modes de protection sont stockées de manière numérique dans l'EPROM, permettant un rappel facile après le débogage ou la réparation d'une panne de circuit.
Inclure un circuit de contrôle de disjoncteur complet adapté au contrôle de divers types de disjoncteurs, facilitant les mises à niveau de la sous-station.
Disposer de capacités d'analyse d'accident complètes, y compris les enregistrements des événements d'action de protection, les enregistrements de dépassement de limites de signaux de quantité électrique, et l'enregistrement de panne.
4. Le rôle des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur dans les appareils de coupure haute tension
Les dispositifs de protection à microprocesseur protègent les circuits contre les conditions anormales. Leurs rôles dans les appareils de coupure haute tension sont les suivants :
Les dispositifs de protection à microprocesseur possèdent de fortes capacités de traitement de données, d'opération logique et de stockage d'informations, dotés d'une architecture interne avancée. Ils offrent les fonctions de protection complètes des protections par relais conventionnelles. En recevant des signaux des composants de mesure tels que les transformateurs de courant et de tension, le dispositif peut surveiller, contrôler et protéger l'état du circuit. Cela inclut la protection contre les courts-circuits, les surcharges, les défauts monophasés à la terre, etc. Sans un dispositif de protection, ces fonctions dans un appareil de coupure haute tension sont réalisées à l'aide de relais. Avec la protection à microprocesseur, des fonctions supplémentaires sont disponibles, telles que l'acceptation facile de la commande à distance, la communication avec le système supérieur pour transmettre les signaux de courant, de tension, de puissance et d'énergie du circuit, et l'ajustement pratique des paramètres de protection.
