Koju ulogu igra mikro računarski integrirani zaštitni uređaj u visokonaponskom sklopovnom uređaju i kako ga izabrati

Uloga i izbor mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja u visokonaponskim prekidačima

U poslednjih nekoliko godina, primena mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja u srednje- i visokonaponskim projektima distribucije električne energije značajno se povećala. Ovi uređaji su korisnički prijateljski i prevazilaze nedostatke tradicionalne relejne zaštite, poput složenog kabliranja, niske pouzdanosti i komplikovanih postupaka podešavanja i testiranja. Mikrokompjuterski integrirani zaštitni uređaji imaju kompleksne funkcije samodiagnoze, što čini detekciju i komisijalizaciju veoma praktičnim.

Kada se otkrije anomalija, centralna procesorska jedinica (CPU) naredi generatoru signala da emituje odgovarajuće zvučne i vizualne alarmne signale. Takođe, lako se mogu implementirati različite pomoćne funkcije, kao što su štampanje informacija o grešci i snimanje vremena akcija zaštite nakon događaja. Mnogi proizvođači prave ove uređaje, svaki sa proizvodima koji imaju različite funkcionalnosti i hardverske konfiguracije, što čini izbor najpogodnijeg integriranog zaštitnog uređaja izazovom.

I. Izbor mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja

Da bi se osiguralo da mikrokompjuterski integrirani zaštitni uređaji tačno i precizno obavljaju svoje zadatke relejne zaštite, izbor tokom faze dizajna treba da se temelji na komprehensivnoj proceni pouzdanosti, vremena odziva, lakše održavanja i komisijalizacije, kao i dodatnih funkcija.

1.1 Pouzdanost mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja

Signalni ulaz za mikrokompjuterske integrirane zaštitne uređaje je isti kao kod tradicionalne relejne zaštite: napon i struja se uvode iz transformatora napona (VT) i transformatora struje (CT), pretvaraju se transduktorima u standardne signale potrebne za zaštitni uređaj, a filtriraju se kako bi se uklonili niski i visoki harmonici i drugi interferencijski signali. Analogno-digitalni (A/D) pretvarači onda pretvaraju analogne signale u digitalne signale. CPU vrši izračune nad digitalnim ulazom, upoređuje ih sa predpostavljenim vrednostima, donosi odluke i odlučuje da li treba aktivirati alarm ili isključiti.

Da bi se ispunili zahtevi za pouzdanost, merne i zaštitne ulazne signale obrađuju i izlaze nezavisne procesorske jedinice unutar uređaja. To osigurava visoku tačnost merenja i pruža dovoljnu margu tokom teških grešaka. Uređaj ne bi trebalo da doživi A/D prekorak ili nasitnjenje kada signal struje greške dostigne 20 puta normalnu vrednost, što općenito zadovoljava zahteve za pouzdanost tipičnih inženjerskih aplikacija.

1.2 Vreme odziva mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja

Toku dizajna i izbora, kvalitet zaštitnog uređaja može se oceniti samo na osnovu tri indikatora: tačnost izračuna, vreme odziva i opterećenje izračuna. Ova tri faktora su međusobno suprotna: niža tačnost izračuna i manje opterećenje dovode do bržeg vremena odziva, dok viša tačnost i veće opterećenje rezultiraju sporijim vremenom odziva. Općenito, za krajnje korisnike mreže, opterećenje izračuna treba da bude veće od 3 puta, tačnost izračuna treba da bude veća od 0,2%, a maksimalno vreme odziva treba da bude manje od 30 ms kako bi se ispunili tipični inženjerski zahtevi za vreme odziva.

1.3 Izbor drugih funkcija mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja

Integrirani zaštitni uređaji sadrže mnogo integriranih čipova, što zahteva visoku tehničku ekspertizu za održavanje. Tokom izbora, treba preferirati uređaje sa modularnim i univerzalnim hardverom, omogućavajući rešavanje hardverskih grešaka jednostavnim zamjenom modula, time se poboljšava efikasnost rada.

Takođe, zaštitni uređaj treba da ima ugrađen EPROM modul, omogućavajući čuvanje svih postavki podataka digitalno. Terensko osoblje može lako povratiti ove postavke za komisijalizaciju opreme bez potrebe za ponovnim upisivanjem podataka. Da bi se integrisao sa automatizovanim sistemom nadzora celokupnog projekta, zaštitni uređaj treba da ima komunikacijske mogućnosti, omogućavajući lako formiranje mreže putem podatkovnih magistrala i slanje informacija o akcijama na viši nivo automatizovanog sistema nadzora.

2. Odnos između integriranih zaštitnih uređaja i automatizovanog kontrolnog sistema celine

Na osnovu konfiguracije i komunikacionih zahteva automatizovanog kontrolnog sistema celine, automatizovani sistem za mikrokompjuterske integrirane zaštitne uređaje je obično podeljen na tri sloja: sloj prekidača, sloj podstancije i centralna kontrolna soba.

2.1 Sloj prekidača

Sloj prekidača sastoji se od različitih tipova mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja, direktno instaliranih na prekidačima. Svaki uređaj direktno obrađuje mere, zaštitne signale i kontrolne funkcije za svoju kabinetu. Specifične funkcije su sledeće:

(1) Kabinet za dolaznu liniju

• Funkcije zaštite: Instantan prekid prekomjerne struje, prekid prekomjerne struje sa kašnjenjem.

• Merni funkcije: Tri-fazna struja, tri-fazni napon, aktivna i reaktivna snaga, aktivna i reaktivna energija.

• Funkcije nadzora: Položaj otvoren/zatvoren prekidača.

• Kontrolne funkcije: Ručno otvaranje/zatvaranje (na kabinetu), daljinsko upravljanje otvaranjem/zatvaranjem.

• Alarmne funkcije: Prekid zbog greške, upozorni signali, otvaranje/zatvaranje, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

(2) Kabinet transformatora

• Funkcije zaštite: Instantan prekid prekomjerne struje, prekid prekomjerne struje sa kašnjenjem, obrnuto proporcionalno preopterećenje, jednofazna greška na zemlju, prekid zbog teške gasne greške.

• Merni, nadzorne i kontrolne funkcije: Isti kao kod kabineta za dolaznu liniju.

• Alarmne funkcije: Prekid zbog greške, lagana gasna greška, alarm temperature, upozorni signali, otvaranje/zatvaranje, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

(3) Kabinet busa

• Zaštitne, nadzorne i kontrolne funkcije: Isti kao kod kabineta za dolaznu liniju.

• Alarmne funkcije: Prekid zbog greške, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

(4) Kabinet motora

• Funkcije zaštite: Instantan prekid prekomjerne struje, prekid prekomjerne struje sa kašnjenjem, preopterećenje, jednofazna greška na zemlju, niski napon, previsoka temperatura.

• Merni funkcije: Tri-fazna struja, tri-fazni napon, aktivna i reaktivna snaga, aktivna i reaktivna energija.

• Nadzorne funkcije: Položaj otvoren/zatvoren prekidača.

• Kontrolne funkcije: Ručno otvaranje/zatvaranje (na kabinetu), daljinsko upravljanje otvaranjem/zatvaranjem.

• Alarmne funkcije: Prekid zbog greške, upozorni signali, otvaranje/zatvaranje, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

Nakon prikupljanja podataka unutar svog kabineta, zaštitni uređaji prenose podatke preko magistrale na monitor računara na sloju podstancije. Ovaj sistem značajno smanjuje kontrokabelske, skraćuje vreme komisijalizacije na mestu i poboljšava efikasnost rada.

2.2 Sloj podstancije

Mnogi signali iz podstancije moraju biti preneseni do centralne kontrolne sobe preko industrijskog Etherneta celine, a podstanica prima signale iz centralne kontrolne sobe kako bi dala komande za upravljanje zaštitnim uređajima. Sloj podstancije obično sastoji se od industrijskih kontrolnih računara, štampača i monitora. Glavne funkcije uključuju konfigurisanje i upravljanje integriranim zaštitnim uređajima na prekidačima, nadzor rada sistema, uspostavljanje i upravljanje bazom podataka podstancije i komunikaciju sa centralnom kontrolnom sobom.

Zbog toga što proizvođači drže softver i metode elektrotehničkih izračuna zaštitnih uređaja u tajnosti, sloj podstancije mora takođe da se bavi konverzijom protokola komunikacije kako bi omogućio prenos i primanje signala između centralne kontrolne sobe i zaštitnih uređaja.

2.3 Komunikaciona mreža

Komunikacija između prekidača i podstancije može koristiti MODbus magistralnu mrežu, podržavajući do 64 robovnika. Optička izolacija se koristi između komunikacione mreže i uređaja kako bi se sprečile vanjske interferencije. Komunikacija između podstancije i centralne kontrolne sobe koristi industrijski Ethernet sa optičkim medijumom, sa brzinom komunikacije većom od 1 Mbps.

2.4 Softver

Sistemski softver može koristiti mainstream platforme sa međunarodnim standardnim arhitekturama, kao što je Windows NT. Moduli softvera trebalo bi da uključuju: glavni kontrolni softver, graficki softver, softver za upravljanje bazom podataka, softver za generisanje izveštaja i komunikacioni softver.

Prilikom izbora softvera, glavni kontrolni softver treba da ima visoku stepen modularnosti. Visoka modularnost omogućava terenskom osoblju da lako pozove softver na osnovu uslova na mestu bez dodatnog programiranja, znatno smanjujući radni opterećenje operatera i osoblja održavanja i poboljšavajući efikasnost rada.

3. Pitanja koja treba uzeti u obzir prilikom izbora hardvera za mikrokompjuterske integrirane zaštitne uređaje

Takođe, sledeće pitanje treba uzeti u obzir prilikom izbora hardvera za mikrokompjuterske integrirane zaštitne uređaje:

• Korišćenje zapečaćene, pojačane oklopne kutije otporne na jaku vibraciju i interferencije, sa kompaktnim veličinama montaže pogodnim za teške uslove i montažu u kabinetu.

• Usvojite industrijski dual-CPU strukturu, gde svaki uređaj sadrži glavni CPU i komunikacioni CPU. Dva CPU-a rade u modelu međusobne provere, poboljšavajući vreme odziva i tačnost uređaja, sprečavajući nepravilno delovanje ili nedelovanje, i poboljšavajući stabilnost i pouzdanost.

• Automatska kompenzacija temperature u punom rasponu omogućava uređaju dugotrajno delovanje u okruženjima od -20°C do +60°C.

• Merni i zaštitni signali obrađuju se zasebno unutar uređaja, ispunjavajući zahtev za tačnošću, opsegom zaštite i zahtevima za pouzdanost.

• Korišćenje posebnog frekvencijskog uzorkovalnog kruga za precizno praćenje frekvencije mreže, čime se čine izračuni električnih veličina preciznijim.

• Korišćenje optičke izolacije za digitalne ulazne i izlazne signale, i ekraniranih kabela za interna kablanja kabineta, efektivno sprečava vanjske interferencije i poboljšava sposobnost anti-interferencije uređaja.

• Korišćenje velikog LCD displeja i mekanog tastature za jasniji prikaz brojčanih vrednosti i lakše upravljanje.

• Nakon komisijalizacije i rada, postavne vrednosti za različite mode zaštite su smeštene digitalno u EPROM, omogućavajući lako povraćanje nakon ispitivanja ili popravke greške u kolu.

• Uključuje kompleksnu kontrolnu vezu prekidača pogodnu za kontrolu različitih tipova prekidača, olakšavajući nadogradnju podstancije.

• Ima kompleksne sposobnosti analize grešaka, uključujući zapise o akcijama zaštite, zapise o prekoračenju ograničenja električnih veličina i snimanje grešaka.

4. Uloga mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja u visokonaponskim prekidačima

Mikrokompjuterski zaštitni uređaji štite kolone od anormalnih stanja. Njihove uloge u visokonaponskim prekidačima su sledeće:

Mikrokompjuterski zaštitni uređaji poseduju snažne sposobnosti obrade podataka, logičkih operacija i skladištenja informacija, sa naprednom internoj arhitekturom. Pružaju kompletnu funkcionalnost konvencionalne relejne zaštite. Preuzimajući signale od mernih komponenti, kao što su transformatori struje i napona, uređaj može nadgledati, kontrolisati i zaštititi stanje kolone. To uključuje zaštitu od kratkih spojeva, preopterećenja, jednofaznih grešaka na zemlju, itd. Bez zaštitnog uređaja, ove funkcije u visokonaponskim prekidačima se ostvaruju korišćenjem releja. Sa mikrokompjuterskom zaštitom, dostupne su dodatne funkcije, kao što su lako prihvatanje daljinskog upravljanja, komunikacija sa višim nivoom sistema za prenos trenutnih, naponskih, snage i energijskih signala iz kolone, i lako podešavanje postavki zaštite.