マイクロコンピュータ統合保護装置は高圧スイッチギアにおいてどのような役割を果たし、どのように選択するべきか
高圧スイッチギアにおけるマイクロコンピュータ統合保護装置の役割と選択
近年、中高圧電力配電システムプロジェクトにおいてマイクロコンピュータ統合保護装置の応用が大幅に増加しています。これらの装置はユーザーフレンドリーであり、従来のリレー保護の欠点である複雑な配線、信頼性の低さ、設定や調整手順の煩雑さを克服しています。マイクロコンピュータ統合保護装置は包括的な自己診断機能を備えており、検出と試運転が非常に便利です。
異常が検出されると、中央処理装置（CPU）が信号発生器に命令して対応する音声および視覚警告信号を発生させます。また、障害情報の印刷や保護動作後の時間記録などの各種補助機能も簡単に実装できます。多くのメーカーがこれらの装置を製造しており、それぞれ異なる機能とハードウェア構成を持つため、最も適した統合保護装置を選択することは困難です。
I. マイクロコンピュータ統合保護装置の選択
マイクロコンピュータ統合保護装置が正確かつ正確にリレー保護タスクを遂行するためには、設計段階での選択は信頼性、応答時間、メンテナンスと試運転の容易さ、追加機能に基づく包括的な評価を行うべきです。
1.1 マイクロコンピュータ統合保護装置の信頼性
マイクロコンピュータ統合保護装置への信号入力は、従来のリレー保護と同じです：電圧変換器（VTs）と電流変換器（CTs）から電圧および電流信号が導入され、トランスデューサーによって保護装置が必要とする標準信号に変換され、低次および高次の高調波やその他の干渉信号を取り除くフィルタリングが行われます。アナログ信号はA/Dコンバータによってデジタル信号に変換されます。CPUはデジタル入力を計算し、プリセット値と比較し、判断を行い、警報またはトリップを起動するかどうかを決定します。
信頼性要件を満たすために、測定および保護入力信号は装置内の独立した処理ユニットによって処理および出力されます。これにより高い測定精度が確保され、重大な障害時に十分な余裕が得られます。障害信号電流が通常値の20倍に達しても装置がA/Dオーバーフローまたは飽和を経験しないようにすることで、一般的なエンジニアリングアプリケーションの信頼性要件を満たします。
1.2 マイクロコンピュータ統合保護装置の応答時間
設計および選択の際、保護装置の品質は計算精度、応答時間、計算負荷の3つの指標に基づいてのみ判断することができます。これら3つの要素は互いに矛盾しています：低い計算精度と小さな計算負荷は速い応答時間をもたらし、一方で高い精度と大きな負荷は遅い応答時間をもたらします。一般的に、電力網のエンドユーザーにとって、計算負荷は3倍以上、計算精度は0.2％以上、最大応答時間は30ミリ秒未満であることが典型的なエンジニアリング要求を満たすための応答時間要件となります。
1.3 マイクロコンピュータ統合保護装置のその他の機能の選択
統合保護装置には多数の統合チップが含まれており、メンテナンスには高度な技術的専門知識が必要です。選択時にはモジュール化された汎用ハードウェアを採用すべきで、ハードウェアの故障は単純にモジュールを交換することで解決でき、作業効率が向上します。
また、保護装置は内蔵のEPROMモジュールを持ち、すべての設定値をデジタルで保存できる必要があります。現場のスタッフはデータの再書き込みなしにこれらの設定を呼び出して設備の試運転を行うことができます。全体のプロジェクトの自動監視システムと統合するために、保護装置は通信機能を持ち、データバスを介してネットワークを形成し、アクション情報を上位の自動監視システムに伝送できる必要があります。
2. 統合保護装置と全工場自動制御システムとの関係
工場自動制御システムの構成と通信要件に基づいて、マイクロコンピュータ統合保護装置の自動化システムは通常、スイッチギア層、変電所層、中央制御室の3層に分かれています。
2.1 スイッチギア層
スイッチギア層は、様々な種類のマイクロコンピュータ統合保護装置で構成されており、直接スイッチギアに設置されています。各装置はそれぞれのキャビネットの測定、保護信号、制御機能を直接処理します。具体的な機能は以下の通りです：
(1) 入力盤キャビネット
保護機能：瞬時過電流トリップ、時間延長過電流トリップ。
測定機能：三相電流、三相電圧、有効・無効電力、有効・無効エネルギー。
監視機能：ブレーカーの開閉位置。
制御機能：手動開閉（キャビネット上）、遠隔制御開閉。
警報機能：障害によるトリップ、警告信号、開閉、装置障害、障害記録など。
(2) 変圧器キャビネット
保護機能：瞬時過電流トリップ、時間延長過電流トリップ、逆時間過負荷、一相接地障害、重ガストリップ。
測定、監視、制御機能：入力盤キャビネットと同じ。
警報機能：障害によるトリップ、軽ガス、温度警報、警告信号、開閉、装置障害、障害記録など。
(3) バスバーキャビネット
保護、監視、制御機能：入力盤キャビネットと同じ。
警報機能：障害によるトリップ、装置障害、障害記録など。
(4) 電動機キャビネット
保護機能：瞬時過電流トリップ、時間延長過電流トリップ、過負荷、一相接地障害、低電圧、過熱。
測定機能：三相電流、三相電圧、有効・無効電力、有効・無効エネルギー。
監視機能：ブレーカーの開閉位置。
制御機能：手動開閉（キャビネット上）、遠隔制御開閉。
警報機能：障害によるトリップ、警告信号、開閉、装置障害、障害記録など。
各スイッチギア内のデータ収集後、保護装置はデータをバスを介して変電所層の監視コンピュータに送信します。このシステムは制御ケーブルを大幅に削減し、現場の試運転時間を短縮し、作業効率を向上させます。
2.2 変電所層
変電所からの多くの信号は工場の産業イーサネットを介して中央制御室に送られ、変電所は中央制御室からの信号を受け取り保護装置に制御命令を発行します。変電所層は通常、産業用制御コンピュータ、プリンター、およびモニターで構成されています。主な機能は、スイッチギア統合保護装置の構成と管理、システムの動作監視、変電所データベースの確立と管理、中央制御室との通信です。
メーカーが保護装置のソフトウェアと電気計算方法を非公開にしているため、変電所層では中央制御室と保護装置間の信号送受信のために通信プロトコル変換を行う必要があります。
2.3 通信ネットワーク
スイッチギアと変電所間の通信にはMODbusバスネットワークを使用し、最大64台のスレーブステーションをサポートします。通信ネットワークと装置の間には外部干渉を防ぐための光遮断が使用されます。変電所と中央制御室間の通信には光ファイバーメディアを使用する産業イーサネットが使用され、通信速度は1 Mbps以上です。
2.4 ソフトウェア
システムソフトウェアはWindows NTなどの国際標準アーキテクチャを持つ主流のプラットフォームを使用できます。ソフトウェアモジュールには、主制御ソフトウェア、グラフィックスソフトウェア、データベース管理ソフトウェア、レポート生成ソフトウェア、通信ソフトウェアが含まれます。
ソフトウェアを選択する際、主制御ソフトウェアは高度なモジュール性を持つべきです。高度なモジュール性により、現場のスタッフは現場の状況に応じてソフトウェアを容易に呼び出すことができ、追加のプログラミングなしで運用および保守の作業負荷を大幅に削減し、作業効率を向上させることができます。
3. マイクロコンピュータ統合保護装置のハードウェア選択時の注意点
さらに、マイクロコンピュータ統合保護装置のハードウェアを選択する際には以下の点に注意する必要があります：
強振動や干渉に耐える密閉強化シャーシを使用し、狭い設置サイズで厳しい環境やキャビネット設置に適しています。
産業グレードのデュアルCPU構造を採用し、各装置にはメインCPUと通信CPUがあります。両CPUは相互チェックモードで動作し、装置の応答時間と精度を向上させ、誤動作や不動作を防止し、安定性と信頼性を向上させます。
全範囲温度自動補償により、装置は-20°Cから+60°Cの環境で長期的に動作できます。
装置内で測定信号と保護信号を別々に処理することで、精度要件と保護範囲および信頼性要件を満たします。
専用の周波数サンプリング回路を使用して電力網周波数を正確に追跡し、電力量計算をより正確に行います。
デジタル入出力信号には光遮断を使用し、内部キャビネット配線にはシールドケーブルを使用することで、外部干渉信号を効果的に防止し、装置のノイズ耐性を向上させます。
大画面LCDディスプレイとソフトキーボードを使用して、数値表示を明瞭にし、操作を容易にします。
試運転および動作後に、各種保護モードの設定値をEPROMにデジタルで保存し、デバッグまたは回路障害修理後に容易に呼び出すことができます。
様々なタイプのブレーカーを制御するための包括的なブレーカー制御回路を含み、変電所のアップグレードを容易にします。
包括的な事故分析能力を持ち、保護動作イベント記録、電力量信号限界超過記録、障害記録を含みます。
4. マイクロコンピュータ統合保護装置の高圧スイッチギアにおける役割
マイクロコンピュータ保護装置は、回路を異常状態から保護します。高圧スイッチギアにおける役割は以下の通りです：
マイクロコンピュータ保護装置は強力なデータ処理、論理演算、情報格納能力を持ち、先進的な内部アーキテクチャを特徴としています。従来のリレー保護の完全な保護機能を提供します。電流変換器や電圧変換器などの測定部品からの信号を受け取ることで、装置は回路の状態を監視、制御、保護することができます。これは短絡、過負荷、一相接地障害などに対する保護を含みます。保護装置がない場合、これらの機能は高圧スイッチギアでリレーを使用して達成されます。マイクロコンピュータ保護を使用すると、リモート制御の受け入れが容易になり、上位システムとの通信により回路からの現在の電流、電圧、電力、エネルギー信号を伝送し、保護設定の調整が容易になります。
