อุปกรณ์ป้องกันแบบรวมที่ใช้ไมโครคอมพิวเตอร์มีบทบาทอย่างไรในตู้สวิตช์แรงสูง และวิธีการเลือกใช้งานเป็นอย่างไร

บทบาทและการเลือกอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์ในสวิตช์เกียร์แรงดันสูง

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา การใช้อุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์ในระบบจ่ายไฟฟ้าแรงดันกลางและแรงดันสูงได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก อุปกรณ์เหล่านี้ใช้งานง่ายและสามารถแก้ไขข้อเสียของระบบป้องกันแบบรีเลย์แบบดั้งเดิม เช่น การต่อสายที่ซับซ้อน ความน่าเชื่อถือต่ำ และขั้นตอนการตั้งค่าและทดสอบที่ยุ่งยาก อุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์มีฟังก์ชันตรวจสอบตนเองที่ครอบคลุม ทำให้การตรวจจับและการทดสอบเป็นไปอย่างสะดวก

เมื่อตรวจพบความผิดปกติ หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) จะสั่งให้เครื่องกำเนิดสัญญาณส่งสัญญาณเตือนทางเสียงและภาพ นอกจากนี้ ฟังก์ชันเสริมต่าง ๆ ยังสามารถดำเนินการได้ง่าย เช่น การพิมพ์ข้อมูลข้อผิดพลาดและการบันทึกเวลาของการทำงานป้องกันหลังจากเหตุการณ์ เนื่องจากมีผู้ผลิตหลายรายที่ผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ โดยแต่ละรายมีผลิตภัณฑ์ที่มีฟังก์ชันการทำงานและโครงสร้างฮาร์ดแวร์ที่แตกต่างกัน ทำให้การเลือกอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมที่เหมาะสมเป็นเรื่องที่ท้าทาย

I. การเลือกอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์

เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์สามารถทำงานป้องกันรีเลย์ได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ การเลือกในระยะออกแบบควรคำนึงถึงการประเมินอย่างรอบด้านในด้านความน่าเชื่อถือ เวลาตอบสนอง ความสะดวกในการบำรุงรักษาและการทดสอบ และฟังก์ชันเสริม

1.1 ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์

สัญญาณขาเข้าสำหรับอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์เหมือนกับระบบป้องกันรีเลย์แบบดั้งเดิม: สัญญาณแรงดันและกระแสจะถูกนำเข้าจากทรานฟอร์เมอร์แรงดัน (VTs) และทรานฟอร์เมอร์กระแส (CTs) แล้วแปลงโดยทรานสดิวเซอร์เป็นสัญญาณมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ป้องกัน และกรองเพื่อลบสัญญาณฮาร์โมนิกลำดับต่ำและลำดับสูงและสัญญาณรบกวนอื่น ๆ คอนเวอร์เตอร์อนาล็อก-ดิจิทัล (A/D) ทำการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล CPU ทำการคำนวณบนสัญญาณดิจิทัลขาเข้า ทำการเปรียบเทียบกับค่าที่กำหนดไว้ ทำการตัดสินใจ และตัดสินใจว่าจะส่งสัญญาณเตือนหรือกระทำให้ทริปหรือไม่

เพื่อให้ตรงตามความต้องการในด้านความน่าเชื่อถือ สัญญาณขาเข้าสำหรับการวัดและการป้องกันจะถูกประมวลผลและส่งออกโดยหน่วยประมวลผลอิสระภายในอุปกรณ์ ซึ่งทำให้มีความแม่นยำในการวัดสูงและมีขอบเขตที่เพียงพอในกรณีที่เกิดความผิดปกติรุนแรง อุปกรณ์ไม่ควรประสบปัญหา A/D overflow หรือ saturation เมื่อสัญญาณกระแสความผิดปกติถึง 20 เท่าของค่าปกติ ซึ่งโดยทั่วไปจะตรงตามความต้องการในด้านความน่าเชื่อถือสำหรับการใช้งานทางวิศวกรรมทั่วไป

1.2 เวลาตอบสนองของอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์

ในการออกแบบและเลือกคุณภาพของอุปกรณ์ป้องกันสามารถตัดสินได้จากสามตัวชี้วัด: ความแม่นยำในการคำนวณ เวลาตอบสนอง และโหลดการคำนวณ สามปัจจัยนี้มีความขัดแย้งกัน: ความแม่นยำในการคำนวณและความโหลดการคำนวณที่ต่ำจะทำให้เวลาตอบสนองเร็วขึ้น ในขณะที่ความแม่นยำและความโหลดที่สูงจะทำให้เวลาตอบสนองช้าลง โดยทั่วไป สำหรับผู้ใช้ปลายทางของระบบไฟฟ้า โหลดการคำนวณควรมากกว่า 3 เท่า ความแม่นยำในการคำนวณควรสูงกว่า 0.2% และเวลาตอบสนองสูงสุดควรน้อยกว่า 30 มิลลิวินาที เพื่อให้ตรงตามความต้องการในด้านเวลาตอบสนองสำหรับการใช้งานทางวิศวกรรมทั่วไป

1.3 การเลือกฟังก์ชันอื่น ๆ ของอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์

อุปกรณ์ป้องกันแบบรวมมีชิปรวมจำนวนมาก ซึ่งต้องการความเชี่ยวชาญทางเทคนิคระดับสูงในการบำรุงรักษา ในการเลือก ควรเลือกอุปกรณ์ที่มีฮาร์ดแวร์โมดูลาร์และทั่วไป ซึ่งทำให้สามารถแก้ไขปัญหาฮาร์ดแวร์โดยการเปลี่ยนโมดูลได้ ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

นอกจากนี้ อุปกรณ์ป้องกันควรมีโมดูล EPROM ภายใน ซึ่งทำให้สามารถเก็บค่าตั้งค่าทั้งหมดเป็นดิจิทัล พนักงานภาคสนามสามารถเรียกคืนค่าตั้งค่าเหล่านี้เพื่อการทดสอบอุปกรณ์ได้โดยไม่ต้องเขียนข้อมูลใหม่ เพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับระบบตรวจสอบอัตโนมัติของโครงการโดยรวม อุปกรณ์ป้องกันควรมีความสามารถในการสื่อสาร ทำให้สามารถสร้างเครือข่ายผ่านบัสข้อมูลและส่งข้อมูลการกระทำไปยังระบบตรวจสอบอัตโนมัติระดับสูงได้ง่าย

2. ความสัมพันธ์ระหว่างอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมและระบบควบคุมอัตโนมัติของโรงงาน

ตามการกำหนดค่าและการสื่อสารของระบบควบคุมอัตโนมัติของโรงงาน ระบบอัตโนมัติสำหรับอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์มักถูกแบ่งออกเป็นสามชั้น: ชั้นสวิตช์เกียร์ ชั้นสถานี และห้องควบคุมกลาง

2.1 ชั้นสวิตช์เกียร์

ชั้นสวิตช์เกียร์ประกอบด้วยอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์หลายประเภท ที่ติดตั้งโดยตรงบนสวิตช์เกียร์ แต่ละอุปกรณ์จะจัดการสัญญาณวัด สัญญาณป้องกัน และฟังก์ชันควบคุมสำหรับตู้ของตน ฟังก์ชันเฉพาะดังต่อไปนี้:

(1) ตู้ Incomer

• ฟังก์ชันป้องกัน: การทริปกระแสเกินทันที การทริปกระแสเกินแบบมีความล่าช้า

• ฟังก์ชันวัด: กระแสเฟส 3 แรงดันเฟส 3 กำลังไฟฟ้าจริงและไม่จริง พลังงานจริงและไม่จริง

• ฟังก์ชันตรวจสอบ: ตำแหน่งเปิด/ปิดของเบรกเกอร์

• ฟังก์ชันควบคุม: เปิด/ปิดด้วยมือ (บนตู้) เปิด/ปิดจากระยะไกล

• ฟังก์ชันเตือน: ทริปเนื่องจากความผิดปกติ สัญญาณเตือน เปิด/ปิด ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกความผิดปกติ ฯลฯ

(2) ตู้หม้อแปลง

• ฟังก์ชันป้องกัน: การทริปกระแสเกินทันที การทริปกระแสเกินแบบมีความล่าช้า การทริปกระแสเกินแบบอินเวอร์สไทม์ การทริปกระแสเกินแบบเฟสเดียว การทริปเนื่องจากแก๊สหนัก

• ฟังก์ชันวัด ตรวจสอบ และควบคุม: เหมือนกับตู้ Incomer

• ฟังก์ชันเตือน: ทริปเนื่องจากความผิดปกติ แก๊สเบา การเตือนอุณหภูมิ สัญญาณเตือน เปิด/ปิด ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกความผิดปกติ ฯลฯ

(3) ตู้บัสบาร์

• ฟังก์ชันป้องกัน ตรวจสอบ และควบคุม: เหมือนกับตู้ Incomer

• ฟังก์ชันเตือน: ทริปเนื่องจากความผิดปกติ ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกความผิดปกติ ฯลฯ

(4) ตู้มอเตอร์

• ฟังก์ชันป้องกัน: การทริปกระแสเกินทันที การทริปกระแสเกินแบบมีความล่าช้า การทริปกระแสเกิน การทริปกระแสเกินแบบเฟสเดียว แรงดันต่ำ ความร้อนสูง

• ฟังก์ชันวัด: กระแสเฟส 3 แรงดันเฟส 3 กำลังไฟฟ้าจริงและไม่จริง พลังงานจริงและไม่จริง

• ฟังก์ชันตรวจสอบ: ตำแหน่งเปิด/ปิดของเบรกเกอร์

• ฟังก์ชันควบคุม: เปิด/ปิดด้วยมือ (บนตู้) เปิด/ปิดจากระยะไกล

• ฟังก์ชันเตือน: ทริปเนื่องจากความผิดปกติ สัญญาณเตือน เปิด/ปิด ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกความผิดปกติ ฯลฯ

หลังจากการรวบรวมข้อมูลภายในสวิตช์เกียร์ของตนเอง อุปกรณ์ป้องกันจะส่งข้อมูลผ่านบัสไปยังคอมพิวเตอร์ตรวจสอบในชั้นสถานี ระบบดังกล่าวช่วยลดสายควบคุม ลดเวลาการทดสอบภาคสนาม และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

2.2 ชั้นสถานี

สัญญาณจำนวนมากจากสถานีต้องถูกส่งไปยังห้องควบคุมกลางผ่าน Ethernet อุตสาหกรรมของโรงงาน และสถานีต้องรับสัญญาณจากห้องควบคุมกลางเพื่อส่งคำสั่งควบคุมไปยังอุปกรณ์ป้องกัน ชั้นสถานีมักประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม เครื่องพิมพ์ และจอแสดงผล ฟังก์ชันหลักของชั้นสถานีรวมถึงการกำหนดค่าและจัดการอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมในสวิตช์เกียร์ การตรวจสอบการทำงานของระบบ การสร้างและจัดการฐานข้อมูลสถานี และการสื่อสารกับห้องควบคุมกลาง

เนื่องจากผู้ผลิตเก็บซอฟต์แวร์และวิธีการคำนวณไฟฟ้าของอุปกรณ์ป้องกันไว้เป็นความลับ ชั้นสถานียังต้องจัดการการแปลงโปรโตคอลการสื่อสารเพื่ออำนวยความสะดวกในการส่งและรับสัญญาณระหว่างห้องควบคุมกลางและอุปกรณ์ป้องกัน

2.3 เครือข่ายสื่อสาร

การสื่อสารระหว่างสวิตช์เกียร์และสถานีสามารถใช้เครือข่ายบัส MODbus รองรับสถานีทาสได้สูงสุด 64 สถานี ใช้การแยกแสงระหว่างเครือข่ายสื่อสารและอุปกรณ์เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอก การสื่อสารระหว่างสถานีและห้องควบคุมกลางใช้ Ethernet อุตสาหกรรมด้วยสื่อใยแก้วนำแสง ด้วยอัตราการสื่อสารมากกว่า 1 Mbps

2.4 ซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์ระบบสามารถใช้แพลตฟอร์มหลักที่มีสถาปัตยกรรมมาตรฐานสากล เช่น Windows NT โมดูลซอฟต์แวร์ควรรวมถึง: ซอฟต์แวร์ควบคุมหลัก ซอฟต์แวร์กราฟิก ซอฟต์แวร์จัดการฐานข้อมูล ซอฟต์แวร์สร้างรายงาน และซอฟต์แวร์สื่อสาร

ในการเลือกซอฟต์แวร์ ซอฟต์แวร์ควบคุมหลักควรมีระดับโมดูลาร์สูง โมดูลาร์สูงทำให้พนักงานภาคสนามสามารถเรียกใช้ซอฟต์แวร์ตามสภาพแวดล้อมได้โดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมเพิ่มเติม ทำให้ลดภาระการทำงานและบำรุงรักษาของผู้ควบคุมและพนักงานบำรุงรักษา และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

3. ประเด็นที่ควรระวังในการเลือกฮาร์ดแวร์สำหรับอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์

นอกจากนี้ ยังมีประเด็นที่ควรระวังในการเลือกฮาร์ดแวร์สำหรับอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์ดังต่อไปนี้:

• ใช้แชสซีที่ปิดสนิทและแข็งแรง ทนทานต่อแรงสั่นสะเทือนและสัญญาณรบกวน ขนาดติดตั้งกะทัดรัด เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและการติดตั้งในตู้

• ใช้โครงสร้าง dual-CPU ระดับอุตสาหกรรม แต่ละอุปกรณ์มี CPU หลักและ CPU สำหรับการสื่อสาร สอง CPU ทำงานในโหมดตรวจสอบซึ่งกันและกัน ทำให้เพิ่มเวลาตอบสนองและความแม่นยำของอุปกรณ์ ป้องกันการปฏิบัติการผิดพลาดหรือไม่ทำงาน และเพิ่มความเสถียรและความน่าเชื่อถือ

• การชดเชยอุณหภูมิอัตโนมัติทั้งช่วงทำให้อุปกรณ์สามารถทำงานได้นานในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิระหว่าง -20°C ถึง +60°C

• สัญญาณวัดและป้องกันถูกประมวลผลแยกกันภายในอุปกรณ์ ทำให้ตรงตามความต้องการในด้านความแม่นยำและช่วงป้องกันและความน่าเชื่อถือ

• ใช้วงจรตัวอย่างความถี่เฉพาะเพื่อติดตามความถี่ของระบบไฟฟ้าอย่างแม่นยำ ทำให้การคำนวณปริมาณไฟฟ้าแม่นยำขึ้น

• ใช้การแยกแสงสำหรับสัญญาณดิจิทัลขาเข้าและขาออก และใช้สายเคเบิลแบบชีลด์ภายในตู้ เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอกและเพิ่มความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์

• ใช้จอ LCD ขนาดใหญ่และคีย์บอร์ดแบบซอฟต์ ทำให้การแสดงเลขชัดเจนขึ้นและใช้งานได้ง่ายขึ้น

• หลังจากการทดสอบและดำเนินการ ค่าตั้งค่าสำหรับโหมดป้องกันต่าง ๆ จะถูกเก็บเป็นดิจิทัลใน EPROM ทำให้สามารถเรียกคืนได้ง่ายหลังจากการทดสอบหรือซ่อมแซมวงจร

• รวมวงจรควบคุมเบรกเกอร์ที่ครบถ้วน สามารถควบคุมเบรกเกอร์หลายประเภท ทำให้การอัปเกรดสถานีเป็นไปได้ง่าย

• มีความสามารถในการวิเคราะห์อุบัติเหตุอย่างครบถ้วน รวมถึงการบันทึกเหตุการณ์การกระทำป้องกัน การบันทึกสัญญาณปริมาณไฟฟ้าที่เกินลิมิต และการบันทึกความผิดปกติ

4. บทบาทของอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์ในสวิตช์เกียร์แรงดันสูง

อุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์ป้องกันวงจรจากการทำงานผิดปกติ บทบาทของอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์ในสวิตช์เกียร์แรงดันสูงมีดังนี้:

อุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์มีความสามารถในการประมวลผลข้อมูล การทำงานตรรกะ และการจัดเก็บข้อมูลที่ทรงพลัง พร้อมด้วยสถาปัตยกรรมภายในที่ล้ำสมัย นำเสนอฟังก์ชันป้องกันที่ครบถ้วนของระบบป้องกันรีเลย์แบบดั้งเดิม ผ่านการรับสัญญาณจากองค์ประกอบวัด เช่น ทรานฟอร์เมอร์กระแสและแรงดัน อุปกรณ์สามารถตรวจสอบ ควบคุม และป้องกันสถานะของวงจร รวมถึงการป้องกันวงจรสั้น กระแสเกิน การทริปเฟสเดียว ฯลฯ ถ้าไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน เหล่านี้จะทำได้โดยใช้รีเลย์ในสวิตช์เกียร์แรงดันสูง ด้วยอุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์ ฟังก์ชันเสริมอื่น ๆ ยังมีให้ใช้งาน เช่น การยอมรับการควบคุมจากระยะไกล การสื่อสารกับระบบระดับสูงเพื่อส่งสัญญาณกระแส แรงดัน กำลัง และพลังงานจากวงจร และการปรับค่าตั้งค่าป้องกันได้อย่างสะดวก