Que papel xoga un dispositivo de protección integrado por microordenador no armario de alta tensión e como seleccionalo
Papel e selección de dispositivos de protección integrados por microordenador en armarios de alta tensión
Nos últimos anos, a aplicación de dispositivos de protección integrados por microordenador en proxectos de sistemas de distribución de enerxía de media e alta tensión aumentou significativamente. Estes dispositivos son fáciles de usar e superan as desvantaxes da protección relé tradicional, como o cableado complexo, baixa fiabilidade e procedementos de configuración e depuración complicados. Os dispositivos de protección integrados por microordenador presentan funcións completas de auto-diagnóstico, facendo que a detección e a puesta en marcha sexan moi cómodas.
Unha vez detectada unha anomalia, a unidade central de procesamento (CPU) ordena ao xerador de sinais emitir os correspondentes sinais de alarma audibles e visuais. Ademais, é facilmente implementable unha variedade de funcións auxiliares, como a impresión de información de fallos e o rexistro do momento das accións de protección despois dun evento. Numerosos fabricantes producen estes dispositivos, cada un ofertando produtos con funcionalidades e configuracións de hardware diferentes, facendo difícil escoller o dispositivo de protección integrado máis adecuado.
I. Selección de dispositivos de protección integrados por microordenador
Para asegurar que os dispositivos de protección integrados por microordenador cumpran correctamente e con precisión as súas tarefas de protección relé, a selección durante a fase de deseño debe basarse nunha avaliación comprehensiva da fiabilidade, tempo de resposta, facilidade de mantemento e puesta en marcha, e funcións adicionais.
1.1 Fiabilidade dos dispositivos de protección integrados por microordenador
A entrada de sinais para os dispositivos de protección integrados por microordenador é a mesma que para a protección relé tradicional: os sinais de voltaxe e corrente son introducidos desde transformadores de voltaxe (VTs) e transformadores de corrente (CTs), convertidos por transductores nos sinais estándar requirentes polo dispositivo de protección, e filtrados para eliminar harmónicos de ordes baixos e altos e outros sinais de interferencia. Os conversores analóxico-digital (A/D) transforman entón os sinais analóxicos en sinais dixitais. A CPU realiza cálculos sobre a entrada dixital, compáraos cos valores predefinidos, toma decisiones e decide se activar unha alarma ou un salto.
Para satisfacer os requisitos de fiabilidade, os sinais de entrada de medida e protección son procesados e saídos por unidades de procesamento independentes dentro do dispositivo. Isto asegura unha alta precisión na medida e proporciona un amplio margen durante fallos graves. O dispositivo non debe experimentar un desbordamento A/D ou saturación cando a corrente do sinal de fallo alcanza 20 veces o valor normal, o cal xeralmente satisfai os requisitos de fiabilidade para aplicacións de enxeñaría típicas.
1.2 Tempo de resposta dos dispositivos de protección integrados por microordenador
Durante o deseño e a selección, a calidade dun dispositivo de protección só pode ser xulgada baseándose en tres indicadores: precisión de cálculo, tempo de resposta e carga de cálculo. Estes tres factores son mutuamente contradictorios: unha menor precisión de cálculo e unha menor carga de cálculo levam a tempos de resposta máis rápidos, mentres que unha maior precisión e unha maior carga resultan en tempos de resposta máis lentos. Xeralmente, para os usuarios finais da rede eléctrica, a carga de cálculo debe ser maior que 3 veces, a precisión de cálculo debe ser superior ao 0,2%, e o tempo de resposta máximo debe ser inferior a 30 ms para satisfacer os requisitos típicos de enxeñaría en tempo de resposta.
1.3 Selección de outras funcións dos dispositivos de protección integrados por microordenador
Os dispositivos de protección integrados contén moitos chips integrados, requirindo un alto nivel de experticia técnica para o seu mantemento. Durante a selección, deben preferirse dispositivos con hardware modular e universal, permitindo resolver fallos de hardware simplemente substituíndo módulos, mellorando así a eficiencia do traballo.
Ademais, o dispositivo de protección debe ter un módulo EPROM incorporado, permitindo almacenar todos os valores de configuración de forma dixital. O persoal de campo pode recuperar facilmente estas configuracións para a puesta en marcha do equipo sen necesidade de reescribir datos. Para integrarse co sistema de monitorización automatizada global do proxecto, o dispositivo de protección debe ter capacidades de comunicación, permitindo formar facilmente redes mediante buses de datos e transmitir información de accións ao sistema de monitorización automatizado superior.
2. Relación entre os dispositivos de protección integrados e o sistema de control de automatización a nivel de planta
Baseándose na configuración e requisitos de comunicación do sistema de control de automatización da planta, o sistema de automatización para dispositivos de protección integrados por microordenador xeralmente está dividido en tres niveis: o nivel de armario, o nivel de subestación e a sala de control central.
2.1 Nivel de armario
O nivel de armario consiste en varios tipos de dispositivos de protección integrados por microordenador, instalados directamente nos armarios. Cada dispositivo maneja directamente a medida, os sinais de protección e as funcións de control para o seu respectivo armario. As funcións específicas son as seguintes:
(1) Armario de entrada
Funcións de protección: Salto instantáneo de sobrecorrente, salto de sobrecorrente con retardo.
Funcións de medida: Corrente trifásica, voltaxe trifásica, potencia activa e reactiva, enerxía activa e reactiva.
Funcións de monitorización: Posición aberta/cerrada do interruptor.
Funcións de control: Apertura/cierre manual (no armario), apertura/cierre remoto.
Funcións de alarma: Salto debido a fallo, señales de aviso, apertura/cierre, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
(2) Armario de transformador
Funcións de protección: Salto instantáneo de sobrecorrente, salto de sobrecorrente con retardo, sobrecarga inversa temporal, fallo de terra monofásico, salto por gas pesado.
Funcións de medida, monitorización e control: As mesmas que no armario de entrada.
Funcións de alarma: Salto debido a fallo, gas leve, alarma de temperatura, señales de aviso, apertura/cierre, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
(3) Armario de barramento
Funcións de protección, monitorización e control: As mesmas que no armario de entrada.
Funcións de alarma: Salto debido a fallo, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
(4) Armario de motor
Funcións de protección: Salto instantáneo de sobrecorrente, salto de sobrecorrente con retardo, sobrecarga, fallo de terra monofásico, baixa tensión, sobrecalentamento.
Funcións de medida: Corrente trifásica, voltaxe trifásica, potencia activa e reactiva, enerxía activa e reactiva.
Funcións de monitorización: Posición aberta/cerrada do interruptor.
Funcións de control: Apertura/cierre manual (no armario), apertura/cierre remoto.
Funcións de alarma: Salto debido a fallo, señales de aviso, apertura/cierre, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
Despois da adquisición de datos dentro do seu respectivo armario, os dispositivos de protección transmitten datos a través de un bus ao ordenador de monitorización no nivel de subestación. Este sistema reduce significativamente os cables de control, acorta o tempo de puesta en marcha no lugar e mellora a eficiencia do traballo.
2.2 Nivel de subestación
Muitos sinais da subestación deben transmitirse á sala de control central a través da Ethernet industrial da planta, e a subestación recibe sinais da sala de control central para emitir comandos de control aos dispositivos de protección. O nivel de subestación xeralmente consiste en ordenadores de control industrial, impresoras e monitores. As súas funcións principais inclúen a configuración e xestión dos dispositivos de protección integrados nos armarios, a monitorización da operación do sistema, a creación e xestión da base de datos da subestación, e a comunicación coa sala de control central.
Debido a que os fabricantes mantén confidencial o software dos dispositivos de protección e os métodos de cálculo eléctrico, o nivel de subestación tamén debe manexar a conversión de protocolos de comunicación para facilitar a transmisión e recepción de sinais entre a sala de control central e os dispositivos de protección.
2.3 Rede de comunicación
A comunicación entre o armario e a subestación pode utilizar unha rede de bus MODbus, admitindo ata 64 esclavos. Utilízase aislamento óptico entre a rede de comunicación e os dispositivos para evitar interferencias externas. A comunicación entre a subestación e a sala de control central utiliza unha Ethernet industrial con medio de fibra óptica, cunha taxa de comunicación superior a 1 Mbps.
2.4 Software
O software do sistema pode utilizar plataformas mainstream con arquitecturas de estándar internacional, como Windows NT. Os módulos de software deben incluír: software de control principal, software gráfico, software de xestión de bases de datos, software de xeración de informes e software de comunicación.
Ao seleccionar software, o software de control principal debe ter un alto grao de modularidade. Unha alta modularidade permite ao persoal de campo invocar fácilmente o software segundo as condicións do lugar sen programación adicional, reducindo significativamente a carga de operación e mantemento para despachadores e persoal de mantemento e mellorando a eficiencia do traballo.
3. Aspectos a considerar na selección de hardware para dispositivos de protección integrados por microordenador
Ademais, deben terse en conta os seguintes aspectos ao seleccionar hardware para dispositivos de protección integrados por microordenador:
Utilizar un chasis selado e reforzado resistente a vibracións fortes e interferencias, con un tamaño de instalación compacto adecuado para entornos adversos e montaxe en armarios.
Adoptar unha estrutura de dupla CPU de grado industrial, con cada dispositivo contendo un CPU principal e un CPU de comunicación. As dúas CPUs funcionan en modo de comprobación mútua, mellorando o tempo de resposta e a precisión do dispositivo, evitando a operación incorrecta ou a falta de operación, e aumentando a estabilidade e a fiabilidade.
Compensación automática de temperatura en todo o rango permite que o dispositivo opere a longo prazo en entornos de -20°C a +60°C.
Os sinais de medida e protección son procesados separadamente dentro do dispositivo, satisfacendo tanto os requisitos de precisión como os de alcance de protección e fiabilidade.
Utilizar un circuito de muestreo de frecuencia dedicado para seguir con precisión a frecuencia da rede, facendo que os cálculos de cantidades eléctricas sexan máis precisos.
Utilizar aislamento óptico para os sinais de entrada e saída dixitais, e cables blindados para o cableado interno do armario, previniendo eficazmente os sinais de interferencia externa e mellorando a capacidade de anti-interferencia do dispositivo.
Utilizar unha pantalla LCD de gran tamaño e teclado blando para unha visualización numérica máis clara e unha operación máis fácil.
Despois da puesta en marcha e operación, os valores de configuración para varias modalidades de protección están almacenados dixitalmente en EPROM, permitindo unha recuperación fácil despois da depuración ou reparación de un fallo no circuito.
Incorporar un circuito de control de interruptor completo adecuado para controlar varios tipos de interruptores, facilitando as actualizacións da subestación.
Tener capacidades comprehensivas de análise de accidentes, incluíndo rexistros de eventos de acción de protección, rexistros de límites excedidos de sinais de cantidades eléctricas, e rexistro de fallos.
4. O papel dos dispositivos de protección integrados por microordenador en armarios de alta tensión
Os dispositivos de protección por microordenador protegen os circuitos contra condicións anómalas. Os seus papéis en armarios de alta tensión son os seguintes:
Os dispositivos de protección por microordenador posúen fortes capacidades de procesamento de datos, operación lóxica e almacenamento de información, caracterizando unha arquitectura interna avanzada. Ofrezen as funcións de protección completa da protección relé convencional. Recibindo sinais de componentes de medida como transformadores de corrente e voltaxe, o dispositivo pode monitorizar, controlar e protexer o estado do circuito. Esto inclúe protección contra curtos circuitos, sobrecargas, fallos de terra monofásicos, etc. Sen un dispositivo de protección, estas funcións nun armario de alta tensión son logradas utilizando relés. Con a protección por microordenador, están dispoñibles funcións adicionais, como a aceptación fácil de control remoto, comunicación co sistema superior para transmitir sinais de corrente, voltaxe, potencia e enerxía do circuito, e a axuste conveniente das configuracións de protección.
