Qual ruolo svolge un dispositivo di protezione integrato a microcomputer nell'apparatura per alta tensione e come selezionarlo
Ruolo e Selezione dei Dispositivi Integrati di Protezione a Microcomputer negli Armadi Elettrici ad Alta Tensione
Negli ultimi anni, l'applicazione dei dispositivi integrati di protezione a microcomputer nei progetti di sistemi di distribuzione elettrica medio-alta tensione è aumentata significativamente. Questi dispositivi sono user-friendly e superano i difetti della protezione relè tradizionale, come la complessità del cablaggio, la bassa affidabilità e le procedure di impostazione e debug complesse. I dispositivi integrati di protezione a microcomputer presentano funzioni di autodiagnosi complete, rendendo la rilevazione e la messa in servizio estremamente comode.
Una volta rilevato un'anomalia, l'unità centrale di elaborazione (CPU) comanda il generatore di segnali per emettere allarmi acustici e visivi corrispondenti. Inoltre, varie funzioni ausiliarie vengono implementate facilmente, come la stampa delle informazioni sul guasto e la registrazione del tempo delle azioni di protezione dopo un evento. Numerosi produttori realizzano questi dispositivi, ognuno offrendo prodotti con funzionalità e configurazioni hardware diverse, rendendo difficile scegliere il dispositivo di protezione integrato più adatto.
I. Selezione dei Dispositivi Integrati di Protezione a Microcomputer
Per garantire che i dispositivi integrati di protezione a microcomputer svolgano correttamente e con precisione i loro compiti di protezione relè, la selezione durante la fase di progettazione dovrebbe basarsi su una valutazione complessiva dell'affidabilità, del tempo di risposta, della facilità di manutenzione e messa in servizio, e delle funzioni aggiuntive.
1.1 Affidabilità dei Dispositivi Integrati di Protezione a Microcomputer
Il segnale di ingresso per i dispositivi integrati di protezione a microcomputer è lo stesso della protezione relè tradizionale: i segnali di tensione e corrente vengono introdotti dai trasformatori di tensione (VT) e corrente (CT), convertiti da trasduttori nei segnali standard richiesti dal dispositivo di protezione e filtrati per rimuovere armoniche di ordine inferiore e superiore e altri segnali di interferenza. I convertitori analogico-digitale (A/D) trasformano poi i segnali analogici in segnali digitali. La CPU esegue calcoli sull'ingresso digitale, li confronta con i valori predefiniti, prende decisioni e decide se attivare un allarme o un trip.
Per soddisfare i requisiti di affidabilità, i segnali di ingresso di misurazione e protezione vengono processati e inviati da unità di elaborazione indipendenti all'interno del dispositivo. Ciò garantisce un'elevata precisione di misurazione e offre un ampio margine in caso di guasti gravi. Il dispositivo non dovrebbe subire overflow o saturazione A/D quando la corrente del segnale di guasto raggiunge 20 volte il valore normale, che generalmente soddisfa i requisiti di affidabilità per applicazioni ingegneristiche tipiche.
1.2 Tempo di Risposta dei Dispositivi Integrati di Protezione a Microcomputer
Durante la progettazione e la selezione, la qualità di un dispositivo di protezione può essere giudicata solo in base a tre indicatori: precisione di calcolo, tempo di risposta e carico di calcolo. Questi tre fattori sono reciprocamente contraddittori: una minore precisione di calcolo e un carico di calcolo inferiore portano a tempi di risposta più rapidi, mentre una maggiore precisione e un carico di calcolo maggiore risultano in tempi di risposta più lenti. Generalmente, per gli utenti finali della rete elettrica, il carico di calcolo dovrebbe essere superiore a 3 volte, la precisione di calcolo superiore al 0,2% e il tempo di risposta massimo inferiore a 30 ms per soddisfare i requisiti tipici di ingegneria per il tempo di risposta.
1.3 Selezione di Altre Funzioni dei Dispositivi Integrati di Protezione a Microcomputer
I dispositivi di protezione integrati contengono numerosi chip integrati, richiedendo competenze tecniche di alto livello per la manutenzione. Durante la selezione, si dovrebbero preferire dispositivi con hardware modulare e universale, permettendo di risolvere i guasti hardware semplicemente sostituendo i moduli, migliorando così l'efficienza del lavoro.
Inoltre, il dispositivo di protezione dovrebbe avere un modulo EPROM integrato, consentendo di memorizzare tutti i valori di impostazione in formato digitale. Il personale sul campo può richiamare facilmente queste impostazioni per la messa in servizio dell'equipaggiamento senza dover riscrivere i dati. Per integrarsi con il sistema di monitoraggio automatico complessivo del progetto, il dispositivo di protezione dovrebbe avere capacità di comunicazione, permettendo la formazione di reti tramite bus di dati e la trasmissione delle informazioni di azione al sistema di monitoraggio automatico superiore.
2. Relazione tra i Dispositivi Integrati di Protezione e il Sistema di Controllo Automatico dell'Impianto
In base alla configurazione e ai requisiti di comunicazione del sistema di controllo automatico dell'impianto, il sistema di automazione per i dispositivi integrati di protezione a microcomputer è solitamente diviso in tre livelli: il livello degli armadi, il livello della stazione e il livello della sala di controllo centrale.
2.1 Livello degli Armadi
Il livello degli armadi è costituito da vari tipi di dispositivi integrati di protezione a microcomputer, installati direttamente sugli armadi. Ogni dispositivo gestisce direttamente la misurazione, i segnali di protezione e le funzioni di controllo per il proprio armadio. Le funzioni specifiche sono le seguenti:
(1) Armadio di Ingresso
Funzioni di Protezione: Trip istantaneo per sovracorrente, trip ritardato per sovracorrente.
Funzioni di Misurazione: Corrente trifase, tensione trifase, potenza attiva e reattiva, energia attiva e reattiva.
Funzioni di Monitoraggio: Posizione aperto/chiuso dell'interruttore.
Funzioni di Controllo: Apertura/chiusura manuale (sull'armadio), apertura/chiusura a distanza.
Funzioni di Allarme: Trip per guasto, segnali di avviso, apertura/chiusura, guasto del dispositivo, registrazione del guasto, ecc.
(2) Armadio del Trasformatore
Funzioni di Protezione: Trip istantaneo per sovracorrente, trip ritardato per sovracorrente, sovraccarico inverso temporizzato, guasto di terra monofase, trip per gas pesante.
Funzioni di Misurazione, Monitoraggio e Controllo: Stesse del armadio di ingresso.
Funzioni di Allarme: Trip per guasto, gas leggero, allarme di temperatura, segnali di avviso, apertura/chiusura, guasto del dispositivo, registrazione del guasto, ecc.
(3) Armadio della Barra
Funzioni di Protezione, Monitoraggio e Controllo: Stesse del armadio di ingresso.
Funzioni di Allarme: Trip per guasto, guasto del dispositivo, registrazione del guasto, ecc.
(4) Armadio del Motore
Funzioni di Protezione: Trip istantaneo per sovracorrente, trip ritardato per sovracorrente, sovraccarico, guasto di terra monofase, tensione bassa, sovrariscaldamento.
Funzioni di Misurazione: Corrente trifase, tensione trifase, potenza attiva e reattiva, energia attiva e reattiva.
Funzioni di Monitoraggio: Posizione aperto/chiuso dell'interruttore.
Funzioni di Controllo: Apertura/chiusura manuale (sull'armadio), apertura/chiusura a distanza.
Funzioni di Allarme: Trip per guasto, segnali di avviso, apertura/chiusura, guasto del dispositivo, registrazione del guasto, ecc.
Dopo l'acquisizione dei dati all'interno dei rispettivi armadi, i dispositivi di protezione trasmettono i dati tramite un bus al computer di monitoraggio al livello della stazione. Questo sistema riduce significativamente i cavi di controllo, abbrevia il tempo di messa in servizio sul sito e migliora l'efficienza del lavoro.
2.2 Livello della Stazione
Molti segnali dalla stazione devono essere trasmessi alla sala di controllo centrale tramite l'Ethernet industriale dell'impianto, e la stazione riceve segnali dalla sala di controllo centrale per emettere comandi di controllo ai dispositivi di protezione. Il livello della stazione è solitamente costituito da computer di controllo industriale, stampanti e monitor. Le sue funzioni principali includono la configurazione e la gestione dei dispositivi di protezione integrati negli armadi, il monitoraggio dell'operazione del sistema, la creazione e la gestione del database della stazione e la comunicazione con la sala di controllo centrale.
Poiché i produttori mantengono confidenziali il software e i metodi di calcolo elettrico dei dispositivi di protezione, il livello della stazione deve anche gestire la conversione dei protocolli di comunicazione per facilitare la trasmissione e la ricezione dei segnali tra la sala di controllo centrale e i dispositivi di protezione.
2.3 Rete di Comunicazione
La comunicazione tra gli armadi e la stazione può utilizzare una rete di bus MODbus, supportando fino a 64 stazioni slave. Viene utilizzata l'isolamento ottico tra la rete di comunicazione e i dispositivi per prevenire interferenze esterne. La comunicazione tra la stazione e la sala di controllo centrale utilizza un Ethernet industriale con mezzo a fibra ottica, con una velocità di comunicazione superiore a 1 Mbps.
2.4 Software
Il software di sistema può utilizzare piattaforme mainstream con architetture standard internazionali, come Windows NT. I moduli software dovrebbero includere: software di controllo principale, software grafico, software di gestione del database, software di generazione di report e software di comunicazione.
Quando si seleziona il software, il software di controllo principale dovrebbe avere un alto grado di modularità. Un elevato grado di modularità consente al personale sul campo di richiamare facilmente il software in base alle condizioni del sito senza programmare ulteriormente, riducendo notevolmente il carico operativo e di manutenzione per i dispacciatori e il personale di manutenzione e migliorando l'efficienza del lavoro.
3. Cose da Considerare nella Selezione dell'Hardware per i Dispositivi Integrati di Protezione a Microcomputer
Inoltre, le seguenti considerazioni dovrebbero essere tenute in conto nella selezione dell'hardware per i dispositivi integrati di protezione a microcomputer:
Utilizzare un telaio sigillato e rinforzato resistente a forti vibrazioni e interferenze, con dimensioni di installazione compatte adatte a ambienti duri e montaggio negli armadi.
Adottare una struttura a doppio CPU di classe industriale, con ogni dispositivo contenente una CPU principale e una CPU di comunicazione. Le due CPU lavorano in modalità di controllo reciproco, migliorando il tempo di risposta e la precisione del dispositivo, prevenendo malfunzionamenti o mancata azione e migliorando stabilità e affidabilità.
Compensazione automatica della temperatura a piena gamma permette al dispositivo di operare a lungo termine in ambienti da -20°C a +60°C.
I segnali di misurazione e protezione vengono processati separatamente all'interno del dispositivo, soddisfacendo sia i requisiti di precisione che quelli di gamma di protezione e affidabilità.
Utilizzare un circuito di campionamento di frequenza dedicato per seguire con precisione la frequenza della rete, rendendo i calcoli delle quantità elettriche più precisi.
Utilizzare l'isolamento ottico per i segnali di ingresso e uscita digitali e cavi schermati per il cablaggio interno dell'armadio, prevenendo efficacemente i segnali di interferenza esterna e migliorando la capacità anti-interferenza del dispositivo.
Utilizzare un display LCD a grande schermo e una tastiera morbida per una visualizzazione numerica più chiara e un'operazione più facile.
Dopo la messa in servizio e l'operazione, i valori di impostazione per vari modi di protezione vengono memorizzati digitalmente nell'EPROM, consentendo un facile richiamo dopo il debug o la riparazione del circuito guasto.
Includere un circuito di controllo completo dell'interruttore adatto a controllare vari tipi di interruttori, facilitando gli aggiornamenti della stazione.
Disporre di capacità di analisi completa degli incidenti, incluse registrazioni degli eventi di azione di protezione, registrazioni di superamento dei limiti dei segnali di quantità elettriche e registrazione dei guasti.
4. Il Ruolo dei Dispositivi Integrati di Protezione a Microcomputer negli Armadi Elettrici ad Alta Tensione
I dispositivi di protezione a microcomputer proteggono i circuiti da condizioni anomale. I loro ruoli negli armadi elettrici ad alta tensione sono i seguenti:
I dispositivi di protezione a microcomputer possiedono forti capacità di elaborazione dei dati, operazioni logiche e memorizzazione delle informazioni, caratterizzati da un'architettura interna avanzata. Offrono le funzioni di protezione complete della protezione relè convenzionale. Ricevendo segnali dai componenti di misura come i trasformatori di corrente e tensione, il dispositivo può monitorare, controllare e proteggere lo stato del circuito. Ciò include la protezione contro cortocircuiti, sovraccarichi, guasti di terra monofase, ecc. Senza un dispositivo di protezione, queste funzioni in un armadio elettrico ad alta tensione vengono ottenute utilizzando relè. Con la protezione a microcomputer, sono disponibili funzioni aggiuntive, come l'accettazione facile del controllo remoto, la comunicazione con il sistema superiore per trasmettere segnali di corrente, tensione, potenza ed energia dal circuito e la regolazione conveniente delle impostazioni di protezione.
