Kakšno vlogo igra mikro računalniški integrirani zaščitni napravi v visokonapetostnem preklopnem opremi in kako ga izbrati
Vloga in izbira mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav v visokonapetostnem preklopnem opremi
V zadnjih letih se je značilno povečala uporaba mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav v projektih srednje- in visokonapetostnih distribucijskih sistemov. Te naprave so uporabnikom prijazne in premočijo pomanjkljivosti tradicionalne relejske zaščite, kot so zapletena vezovanja, nizka zanesljivost in težava pri postavljanju in testiranju. Mikro računalniške integrirane zaščitne naprave imajo kompleksne funkcije samodiagnostike, kar omogoča zelo enostavno preverjanje in postavljanje.
Ko je zaznan nepravilen dogodek, centralna procesorska enota (CPU) ukazuje generatorju signalov, da izda ustrezen zvočni in vizualni alarm. Poleg tega je lahko z lako implementirane različne pomožne funkcije, kot so tiskanje informacij o napakah in zapis časa zaščitnih dejanj po dogodku. Številni proizvajalci teh naprav nudijo izdelke z različnimi funkcionalnostmi in strojnim opremljanjem, kar izbiru najustreznejše integrirane zaščitne naprave otežuje.
I. Izbor mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav
Za zagotavljanje, da mikro računalniške integrirane zaščitne naprave pravilno in natančno opravljajo svoje relayske zaščitne naloge, bi morala izbira v fazi načrtovanja temeljiti na celoviti oceni zanesljivosti, odzivnega časa, lahkosti vzdrževanja in postavljanja ter dodatnih funkcij.
1.1 Zanesljivost mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav
Signalni vhod za mikro računalniške integrirane zaščitne naprave je isti kot pri tradicionalni relejski zaščiti: napetostni in tokovni signali so vnese iz napetostnih (VT) in tokovnih transformatorjev (CT), pretvorjeni s pretvorniki v standardne signale, ki jih zahteva zaščitna naprava, in filtrirani za odstranitev nizega in višjega harmoničnega motenja ter drugih motnih signalov. Analogno-digitalni (A/D) pretvorniki nato analogne signale pretvorijo v digitalne signale. CPU izvaja izračune nad digitalnimi vhodi, primerja jih s prednastavljenimi vrednostmi, sprejme odločitve in odloči, ali aktivira alarm ali odpira.
Za izpolnjevanje zahtev glede zanesljivosti so merilni in zaščitni vhodni signali obdelani in izvedeni z neodvisnimi procesorskimi enotami znotraj naprave. To zagotavlja visoko merilno točnost in dovolj velik mejnik med težjimi napakami. Naprava ne sme doživeti preplavljanja A/D ali nasititve, ko dosežejo signali nepopravnosti 20-krat večji kot normalna vrednost, kar na splošno zadovoljuje zahteve glede zanesljivosti za tipične inženirske uporabe.
1.2 Odzivni čas mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav
Med načrtovanjem in izbiro se kakovost zaščitne naprave lahko oceni le na podlagi treh kazalnikov: točnosti izračunov, odzivnega časa in obremenitve izračuna. Ti trije faktorji so med seboj protislovni: nižja točnost izračunov in manjša obremenitev izračuna pripeljata do hitrejšega odzivnega časa, medtem ko višja točnost in večja obremenitev izračuna pripeljata do počasnejšega odzivnega časa. Na splošno bi za končne uporabnike električne mreže morala biti obremenitev izračuna večja od 3-krat, točnost izračuna višja od 0,2 % in največji odzivni čas manjši od 30 ms, da bi bili izpolnjeni tipični inženirski zahtevi glede odzivnega časa.
1.3 Izbor drugih funkcij mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav
Integrirane zaščitne naprave vsebujejo številne integrirane čipe, kar za vzdrževanje zahteva visoko raven tehnične strokovnosti. Med izbiro bi morali biti prednostne module in univerzalno strojno opremo, ki omogoča reševanje strojnih napak z enostavnim zamenjavanjem modulov, s čimer se izboljša delovna učinkovitost.
Dodatno bi morala zaščitna naprava vsebovati vgrajen EPROM modul, ki omogoča shranjevanje vseh nastavitev v digitalni obliki. Tehnični osebki na mestu lahko zlahka povrnijo te nastavitve za postavljanje opreme brez potrebe po prepisovanju podatkov. Za združevanje z avtomatskim nadzornim sistemom celotnega projekta bi morala zaščitna naprava imeti komunikacijske zmogljivosti, ki omogočajo enostavno oblikovanje omrežja preko podatkovnih avtobusov in prenos informacij o dejanjih na višji ravni avtomatskega nadzornega sistema.
2. Razmerje med integriranimi zaščitnimi napravami in celotnim avtomatskim nadzornim sistemom
Na podlagi konfiguracije in komunikacijskih zahtev avtomatskega nadzornega sistema objekta je avtomatski sistem za mikro računalniške integrirane zaščitne naprave tipično razdeljen na tri ravni: raven preklopne opreme, raven podstanice in središnja nadzorna soba.
2.1 Ravn preklopne opreme
Ravn preklopne opreme sestavlja različne vrste mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav, ki so neposredno nameščene na preklopnih aparaturah. Vsaka naprava neposredno obravnava meritve, zaščitne signale in funkcije nadzora za svojo skrinjo. Specifične funkcije so naslednje:
(1) Skrinja za vhod
Funkcije zaščite: trenutni prekomerni tok, zamudni prekomerni tok.
Merilne funkcije: trifazni tok, trifazna napetost, dejanska in reaktivna moč, dejanska in reaktivna energija.
Nadzorne funkcije: položaj odpiralca/začiralca.
Funkcije nadzora: ročno odpiranje/zapravljanje (na skrinji), oddaljen nadzor odpiranja/zapravljanja.
Funkcije alarmov: odpiranje zaradi napake, varnostni signali, odpiranje/zapravljanje, napaka naprave, zapis napak itd.
(2) Skrinja transformatorja
Funkcije zaščite: trenutni prekomerni tok, zamudni prekomerni tok, obratna časovna prekomerna obremenitev, enofazna zemeljska napaka, odpiranje zaradi težkega plina.
Merilne, nadzorne in nadzorne funkcije: enake kot pri skrinji za vhod.
Funkcije alarmov: odpiranje zaradi napake, svetli plin, temperaturni alarm, varnostni signali, odpiranje/zapravljanje, napaka naprave, zapis napak itd.
(3) Skrinja matične trake
Funkcije zaščite, nadzora in nadzora: enake kot pri skrinji za vhod.
Funkcije alarmov: odpiranje zaradi napake, napaka naprave, zapis napak itd.
(4) Skrinja motorja
Funkcije zaščite: trenutni prekomerni tok, zamudni prekomerni tok, prekomerna obremenitev, enofazna zemeljska napaka, nizka napetost, preseganje temperature.
Merilne funkcije: trifazni tok, trifazna napetost, dejanska in reaktivna moč, dejanska in reaktivna energija.
Nadzorne funkcije: položaj odpiralca/začiralca.
Funkcije nadzora: ročno odpiranje/zapravljanje (na skrinji), oddaljen nadzor odpiranja/zapravljanja.
Funkcije alarmov: odpiranje zaradi napake, varnostni signali, odpiranje/zapravljanje, napaka naprave, zapis napak itd.
Po zbiranju podatkov v svojih preklopnih aparaturah zaščitne naprave prenašajo podatke preko avtobusa na nadzorno računalnik na ravnini podstanice. Ta sistem znatno zmanjša kontrolne kabelske vezave, skrača čas postavljanja na mestu in izboljša delovno učinkovitost.
2.2 Ravnina podstanice
Številni signali iz podstanice morajo biti preneseni do središnje nadzorne sobe preko industrijskega Etherneta, podstanica pa prejme signale iz središnje nadzorne sobe za izdajanje ukazov nadzora zaščitnim napravam. Ravnina podstanice tipično sestoji iz industrijskih nadzornih računalnikov, tiskalnic in monitorjev. Njen glavni namen je konfiguriranje in upravljanje integriranih zaščitnih naprav preklopnih aparatur, nadzor delovanja sistema, vzpostavitev in upravljanje podstanice baze podatkov ter komunikacija s središnjo nadzorno sobo.
Ker proizvajalci hranijo programsko opremo in metode električnih izračunov zaščitnih naprav zaupno, mora ravnina podstanice tudi obravnavati pretvorbo komunikacijskih protokolov, da olajša prenos in sprejem signalov med središnjo nadzorno sobo in zaščitnimi napravami.
2.3 Komunikacijska omrežja
Komunikacija med preklopnimi aparaturami in podstanicami lahko uporablja MODbus bus omrežje, ki podpira do 64 posluževalce. Med komunikacijskim omrežjem in napravami se uporablja optična ločevanje, da se prepreči zunana motnja. Komunikacija med podstancijo in središnjo nadzorno sobo uporablja industrijski Ethernet s vlaknenim nosilcem, s hitrostjo prenosa večjo od 1 Mbps.
2.4 Programska oprema
Sistemska programska oprema lahko uporablja mainstream platforme s mednarodno standardno arhitekturo, kot je Windows NT. Programski moduli bi morali vključevati: osnovno nadzorno programska oprema, grafično programska oprema, programska oprema za upravljanje baze podatkov, programska oprema za ustvarjanje poročil in programska oprema za komunikacijo.
Pri izbiri programske opreme bi morala biti osnovna nadzorna programska oprema visoko modularna. Visoka modularnost omogoča tehničnim osebkom na mestu, da zlahka pokličejo programske opreme glede na stanje na mestu brez dodatnega programiranja, kar znatno zmanjša operativni in vzdrževalni delovni nalog nadzornih in vzdrževalnih osebkov in izboljša delovno učinkovitost.
3. Vprašanja, ki jih je treba upoštevati pri izbiri strojne opreme za mikro računalniške integrirane zaščitne naprave
Dodatno je treba upoštevati naslednja vprašanja pri izbiri strojne opreme za mikro računalniške integrirane zaščitne naprave:
Uporabite zaprto, okrepjeno šasi, ki je odporna na močne vibracije in motnje, s kompaktno montažno velikostjo, primerno za zahtevne okoljske pogoje in namestitve v skrinjeh.
Uvedite industrijsko dvocPU strukturo, kjer vsaka naprava vsebuje glavno CPU in komunikacijsko CPU. Dve CPU-ji delujeta v vzajemno preverjanju, kar izboljša odzivni čas in točnost naprave, preprečuje napačno delovanje ali neoperativnost, ter izboljša stabilnost in zanesljivost.
Celoten temperaturni samodejni kompenzator omogoča, da naprava dolgoročno deluje v okolju od -20°C do +60°C.
Merilni in zaščitni signali se obdelajo ločeno znotraj naprave, kar zadovoljuje zahteve glede točnosti in obsega zaščite ter zanesljivosti.
Uporabite poseben frekvenčni vzorčevalni obvod za natančno sledenje frekvenci omrežja, kar naredi električne količine natančnejše.
Uporabite optično ločevanje za digitalne vhodne in izhodne signale ter ščitene kabelske vezave za notranje vezave skrinj, kar učinkovito prepreči zunane motne signale in izboljša zmogljivost naprave za odpornost na motnje.
Uporabite veliko zaslonsko LCD zaslono in mehko tipkovnico za boljši prikaz števil in lažjo uporabo.
Po postavljanju in delovanju so nastavitve različnih načinov zaščite shranjene v digitalni obliki v EPROM, kar omogoča enostavno povrnitev po uskladitvi ali popravku krivine v vezavi.
Vključite celosten vezavni obvod za odpiralce, ki je primeren za nadzor različnih vrst odpiralcev, kar omogoča modernizacijo podstanic.
Imejte celovite zmogljivosti za analizo nesreč, vključno z zapisom dogodkov zaščitnih dejanj, zapisom prekoračitev električnih signalov in zapisom napak.
4. Vloga mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav v visokonapetostnem preklopnem opremi
Mikro računalniške zaščitne naprave varujejo vezave pred nenormalnimi stanji. Njihova vloga v visokonapetostnem preklopnem opremi je naslednja:
Mikro računalniške zaščitne naprave imajo močne zmogljivosti za obdelavo podatkov, logične operacije in shranjevanje informacij, z napredno notranjo arhitekturo. Nudijo polne funkcije zaščite konvencionalne relejske zaščite. S sprejemanjem signalov iz merilnih komponent, kot so tokovni in napetostni transformatorji, lahko naprava nadzira, nadzira in zaščiti stanje vezave. To vključuje zaščito pred kratkimi vezavami, prekomernimi obremenitvami, enofaznimi zemeljskimi napakami itd. Brez zaščitne naprave te funkcije v visokonapetostnem preklopnem opremi dosežejo z uporabo relejev. Z mikro računalniško zaščito so na voljo dodatne funkcije, kot so enostavno sprejemanje oddaljenega nadzora, komunikacija z višjim sistemom za prenos trenutnih, napetostnih, močnih in energijskih signalov iz vezave ter enostavna prilagoditev nastavitev zaščite.
