Milyen szerepet játszik a mikroszámítógépes integrált védelmi eszköz a magasfeszültségű kapcsolókészülékekben és hogyan lehet kiválasztani azt

A mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök szerepe és kiválasztása magasfeszültségi kapcsolókészítményekben

Az elmúlt években jelentősen megnőtt a mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök használata közép- és magasfeszültségű elosztási rendszerekben. Ezek az eszközök felhasználóbarátak, és legyőzik a hagyományos relévédelem hátrányait, mint például a bonyolult behúzás, alacsony megbízhatóság, és a kényes beállítási és hibaelhárítási eljárásokat. A mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök széles körű önszervizelési funkciókkal rendelkeznek, ami nagyon megkönnyíti a detektálást és a beüzemelést.

Amennyiben egy anomália észlelhető, a központi feldolgozó egység (CPU) parancsot ad a jelgenerátor számára, hogy a megfelelő hang- és vizuális riasztási jeleket indítson. Ezenkívül könnyen implementálhatók különböző segéd funkciók, mint például a hiba információ nyomtatása, és a védelem működésének időpontjának rögzítése. Számos gyártó készít ezeket az eszközöket, mindegyik más-más funkciókkal és hardverkonfigurációkkal, ami komolyan nehezítja a legmegfelelőbb integrált védelmi eszköz kiválasztását.

I. Mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök kiválasztása

Ahhoz, hogy a mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök helyesen és pontosan ellássák a relévédelmi feladatukat, a tervezési fázisban történő kiválasztás során a megbízhatóság, válaszidő, karbantartás és beüzemelés könnyűsége, valamint további funkciók alapos kiértékelésén kell alapulnia.

1.1 A mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök megbízhatósága

A mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök jelbeviteli jellemzője ugyanaz, mint a hagyományos relévédelemnél: feszültség- és áramerősségek bevezetése feszültség- (VT) és áramerősségekből (CT), majd a transzformátorok általi átalakítás a védelmi eszköz által igényelt standard jelekbe, valamint a jelek szűrése, hogy eltávolítsák a legalacsonyabb- és legmagasabbrendű harmonikusokat, valamint más zavaró jeleket. Az analóg-to-digitális (A/D) konverterek átalakítják az analóg jeleket digitális jelekbe. A CPU számításokat végzhet a digitális bemeneten, összehasonlíthatja őket előre beállított értékekkel, döntéseket hozhat, és eldöntheti, hogy aktivál-e riasztást vagy tripel-e.

A megbízhatósági követelmények teljesítéséhez a mérési és védelmi bemeneti jelek független feldolgozó egységek által kerülnek feldolgozásra és kimenetre a berendezésben. Ez biztosítja a magas mérési pontosságot, és elegendő tartalékot biztosít súlyos hibák esetén. A berendezés nem szabad, hogy A/D túlcsordulást vagy telítést tapasztaljon, amikor a hibajel áram 20-szerese a normál értéknek, ami általában kielégíti a tipikus mérnöki alkalmazások megbízhatósági követelményeit.

1.2 A mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök válaszideje

A tervezés és a kiválasztás során a védelmi eszköz minőségét csak három mutató alapján lehet megítélni: a számítási pontosság, a válaszidő, és a számítási terhelés. Ezek három tényező ellentmondásba kerülnek: a kevesebb számítási pontosság és a kisebb számítási terhelés gyorsabb válaszidőt eredményez, míg a magasabb pontosság és a nagyobb terhelés lassabb válaszidőt eredményez. Általánosságban, a villamos hálózat végfelhasználói számára a számítási terhelésnek 3-szorosnak kell lennie, a számítási pontosságnak 0,2%-nál nagyobbnak, és a maximális válaszidőnek 30 ms-nél kevesebbnek kell lennie a tipikus mérnöki válaszidő követelmények kielégítéséhez.

1.3 A mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök más funkcióinak kiválasztása

Az integrált védelmi eszközök több integrált chipet tartalmaznak, ami technikai szaktudást igényel a karbantartás során. A kiválasztás során moduláris és univerzális hardvert kell preferálni, ami lehetővé teszi a hardverhibák megoldását egyszerűen a modulok cseréjével, így javítva a munka hatékonyságát.

Ezenkívül a védelmi eszköznek beépített EPROM modullal kell rendelkeznie, hogy minden beállítási értéket digitálisan tárolhasson. A mezői személyzet könnyen vissza tudja hívni ezeket a beállításokat a berendezés beüzemelésekor, anélkül, hogy újra be kellene írni a dátumokat. A teljes projekt automatizált monitorozási rendszere beilleszkedéséhez a védelmi eszköznek kommunikációs képességekkel kell rendelkeznie, ami lehetővé teszi a hálózat könnyű formálását adatbuszokon keresztül, és a műveleti információk továbbítását a felsőbb szintű automatizált monitorozási rendszerhez.

2. Az integrált védelmi eszközök és a telepirodalom szerte elterjedt automatizált irányítási rendszer közötti kapcsolat

A telepirodalom automatizált irányítási rendszer konfigurációjának és kommunikációs követelményei alapján a mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök automatizált rendszere általában három rétegre oszlik: a kapcsolókészítmény réteg, az átmeneti réteg, és a központi irányítóterem.

2.1 Kapcsolókészítmény réteg

A kapcsolókészítmény réteg különböző típusú mikroprocesszoros integrált védelmi eszközökből áll, amelyek közvetlenül a kapcsolókészítményekre vannak telepítve. Minden eszköz közvetlenül kezeli a mérési, védelmi jeleket, és ellenőrzési funkciókat a saját szekrényében. Konkrét funkciók a következők:

(1) Beérkező szekrény

• Védelmi funkciók: Pillanatnyi átmeneti ármentesítés, időzített átmeneti ármentesítés.

• Mérési funkciók: Háromfázisú áram, háromfázisú feszültség, aktív és reaktív teljesítmény, aktív és reaktív energia.

• Monitorozási funkciók: Átkapcsoló nyitva/zárva pozíció.

• Ellenőrzési funkciók: Kézi nyitás/zárás (szekrényen), távoli ellenőrzés nyitás/zárás.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti mentesítés, figyelmeztető jelek, nyitás/zárás, eszközhiba, hiba rögzítés, stb.

(2) Transzformátor szekrény

• Védelmi funkciók: Pillanatnyi átmeneti ármentesítés, időzített átmeneti ármentesítés, inverz-időbeli túlterhelés, egyfázisú földkapcsolódás, nehéz gáz mentesítés.

• Mérés, monitorozás és ellenőrzés: Ugyanaz, mint a beérkező szekrény.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti mentesítés, könnyű gáz, hőmérsékleti riasztás, figyelmeztető jelek, nyitás/zárás, eszközhiba, hiba rögzítés, stb.

(3) Fővezeték szekrény

• Védelem, monitorozás és ellenőrzés: Ugyanaz, mint a beérkező szekrény.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti mentesítés, eszközhiba, hiba rögzítés, stb.

(4) Motor szekrény

• Védelmi funkciók: Pillanatnyi átmeneti ármentesítés, időzített átmeneti ármentesítés, túlterhelés, egyfázisú földkapcsolódás, alacsony feszültség, túlzott meleg.

• Mérési funkciók: Háromfázisú áram, háromfázisú feszültség, aktív és reaktív teljesítmény, aktív és reaktív energia.

• Monitorozási funkciók: Átkapcsoló nyitva/zárva pozíció.

• Ellenőrzési funkciók: Kézi nyitás/zárás (szekrényen), távoli ellenőrzés nyitás/zárás.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti mentesítés, figyelmeztető jelek, nyitás/zárás, eszközhiba, hiba rögzítés, stb.

A védelmi eszközök a saját kapcsolókészítményükön belül adatgyűjtést végeznek, majd a buszon keresztül továbbítják az adatokat a vezetői számítógéphez az átmeneti rétegen. Ez a rendszer jelentősen csökkenti a vezérlési kábeleket, rövidíti a helyi beüzemelési időt, és javítja a munka hatékonyságát.

2.2 Átmeneti réteg

Számos jel az átmeneti rétegből a központi irányítóterembe kell, hogy a telepirodalom ipari Etherneten keresztül kerüljen továbbításra, és az átmeneti réteg a központi irányítóteremből érkező jeleket kapja, hogy ellenőrzési parancsokat adjon a védelmi eszközökhöz. Az átmeneti réteg általában ipari szabványú számítógépekből, nyomtatókból és monitorokból áll. Főbb funkciói a kapcsolókészítmény integrált védelmi eszközeinek konfigurálása és kezelése, a rendszer működésének figyelése, az adatbázis létrehozása és kezelése az átmeneti rétegen, valamint a kommunikáció a központi irányítóteremmel.

Mivel a gyártók a védelmi eszközök szoftverét és elektromos számítási módszereit titokban tartják, az átmeneti rétegnek a kommunikációs protokoll-konverziót is kezelnie kell, hogy lehetővé tegye a központi irányítóterem és a védelmi eszközök közötti jel továbbítást és fogadást.

2.3 Kommunikációs hálózat

A kapcsolókészítmény és az átmeneti réteg közötti kommunikáció MODbus buszhálózaton keresztül történik, amely akár 64 eszközt is támogat. A kommunikációs hálózat és a berendezések között optikai izolációt használnak, hogy megelőzzék a külső zavaró jeleket. Az átmeneti réteg és a központi irányítóterem közötti kommunikáció ipari Ethernettel történik, optikai médiummal, ahol a kommunikációs sebesség 1 Mbps-nél nagyobb.

2.4 Szoftver

A rendszer szoftvere nemzetközileg elfogadott architektúrával rendelkező főstream platformokat használhat, mint például a Windows NT. A szoftvermodulok tartalmazniuk kell: fő ellenőrző szoftvert, grafikai szoftvert, adatbázis-kezelő szoftvert, jelentés-generáló szoftvert, és kommunikációs szoftvert.

A szoftver kiválasztása során a fő ellenőrző szoftvernek nagy mértékű moduláris struktúrával kell rendelkeznie. A magas modularitás lehetővé teszi a mezői személyzet számára, hogy a helyszíni feltételek alapján könnyen meghívja a szoftvert, anélkül, hogy további programozást kellene végrehajtani, ami jelentősen csökkenti a diszpetcher- és karbantartó személyzet működési és karbantartási munkaterhét, és javítja a munka hatékonyságát.

3. Figyelemre méltó szempontok a mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök hardverének kiválasztásakor

Továbbá, a mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök hardverének kiválasztásakor a következő szempontokra is figyelemmel kell lenni:

• Zárt, megerősített házizárat használjanak, ami rezgézékeny és zavaró jelek ellen erős, és kis telepítési méretű, ami alkalmas rossz körülményekre és szekrény telepítésre.

• Ipari szintű, kettős-CPU szerkezetet kell alkalmazni, ahol minden eszköz fő CPU-t és kommunikációs CPU-t tartalmaz. A két CPU együttműködő módon dolgozik, ami javítja az eszköz válaszidőjét és pontosságát, megelőzi a hibás működést vagy a működésképtelenséget, és növeli a stabilizáltságot és a megbízhatóságot.

• Teljes tartományú hőmérsékleti automatikus kompenzálás lehetővé teszi, hogy az eszköz -20°C és +60°C közötti hőmérsékleten hosszú ideig működjön.

• A mérési és védelmi jelek függetlenül kerülnek feldolgozásra az eszközön belül, amely kielégíti a pontossági, védelmi tartomány és megbízhatósági követelményeket.

• Speciális frekvencia mintavételező áramkört használjanak, hogy pontosan kövessék a hálózati frekvenciát, ami a mennyiségi számításokat pontosabbá teszi.

• Optikai izolációt használjanak a digitális bemeneti és kimeneti jelekhez, és fedett kábeleket a szekrény belső vezetékeit, ami hatékonyan megelőzi a külső zavaró jeleket, és javítja az eszköz zavarjelölési képességét.

• Nagy képernyős LCD kijelzőt és puha billentyűzetet használjanak, ami világosabb számjegyeket és könnyebb kezelést biztosít.

• A beüzemelés és a működés után a különböző védelmi módok beállítási értékei digitálisan tárolódnak EPROM-ban, ami lehetővé teszi, hogy a hibaelhárítás vagy a körháló hibájának javítása után könnyen vissza lehessen hívni őket.

• Széles körű átkapcsoló vezérlő áramkört tartalmazzon, ami alkalmas a különböző típusú átkapcsolók ellenőrzésére, és megkönnyíti a telephely frissítését.

• Teljes körű balesetelemzési képességeket tartalmazzon, beleértve a védelmi műveletek eseményjegyzékét, az elektromos mennyiségek jelzési korlátainak túllépésének jegyzékét, és a hiba rögzítését.

4. A mikroprocesszoros integrált védelmi eszközök szerepe a magasfeszültségi kapcsolókészítményekben

A mikroprocesszoros védelmi eszközök ellenőrzik a körhálók normális működését. A magasfeszültségi kapcsolókészítményekben betöltött szerepük a következő:

A mikroprocesszoros védelmi eszközök erős adatfeldolgozási, logikai műveleti és információ tárolási képességekkel rendelkeznek, modern belső architektúrával. Teljes mértékben kielégítik a hagyományos relévédelem teljes védelmi funkcióit. Méréselemek, mint például az áramerősségek és feszültségerősségek jelzetei alapján az eszköz képes ellenőrizni, irányítani és védni a körháló állapotát. Ez magában foglalja a rövidzárt, túlterhelés, egyfázisú földkapcsolódás, stb. elleni védelmet. Nélkülözhetetlen védelmi eszköz nélkül ezek a funkciók a magasfeszültségi kapcsolókészítményekben relékkel valósulnak meg. A mikroprocesszoros védelmi eszközökkel további funkciók is elérhetők, mint például a távoli ellenőrzés könnyű elfogadása, a felsőbb szintű rendszerrel való kommunikáció a körháló jelenlegi, feszültségi, teljesítményi és energiaszintjének továbbítása, valamint a védelmi beállítások kényelmes módosítása.