Anong papel ang ginagampanan ng isang microcomputer integrated protection device sa high-voltage switchgear, at paano ito pumipili?

Papel at Pagpili ng Microcomputer Integrated Protection Devices sa High-Voltage Switchgear

Sa nakaraang mga taon, ang paggamit ng microcomputer integrated protection devices sa mga proyekto ng medium- at high-voltage power distribution system ay lumaki nang kaunti. Ang mga device na ito ay user-friendly at nagwawagi sa mga kadahilanan ng tradisyonal na relay protection tulad ng komplikadong wiring, mababang reliabilidad, at kumplikadong proseso ng setting at debugging. Ang mga microcomputer integrated protection devices ay mayroong comprehensive na self-diagnostic functions, na nagbibigay ng napakatulungin sa detection at commissioning.

Kapag natuklasan ang anomaliya, ang central processing unit (CPU) ay utos sa signal generator na maglabas ng kasabay na tunog at visual alarm signals. Bukod dito, madaling maisagawa ang iba't ibang auxiliary functions tulad ng pag-print ng impormasyon ng pagkakamali at pag-record ng oras ng mga aksyon ng proteksyon pagkatapos ng isang pangyayari. Maraming manufacturer ang gumagawa ng mga device na ito, bawat isa ay nag-aalok ng produkto na may iba't ibang functionalidades at hardware configurations, na nagpapahirap sa pagpili ng pinakasustansyal na integrated protection device.

I. Pagpili ng Microcomputer Integrated Protection Devices

Upang masiguro na ang mga microcomputer integrated protection devices ay tama at wasto na magtupad ng kanilang mga relay protection tasks, ang pagpili sa panahon ng disenyo ay dapat batay sa comprehensive na pagsusuri ng reliabilidad, response time, maintenance at commissioning ease, at additional functions.

1.1 Reliability ng Microcomputer Integrated Protection Devices

Ang signal input para sa mga microcomputer integrated protection devices ay kapareho ng para sa tradisyonal na relay protection: voltage at current signals na ipinasok mula sa voltage transformers (VTs) at current transformers (CTs), na inconvert ng transducers sa standard signals na kinakailangan ng protection device, at ifilter upang alisin ang low- at high-order harmonics at iba pang interference signals. Ang analog-to-digital (A/D) converters ay pagkatapos ay inililipat ang mga analog signals sa digital signals. Ang CPU ay nagkokompyut ng mga digital input, kinokompara ito sa preset values, gumagawa ng mga hukuman, at nagpapasya kung i-trigger ang alarm o trip.

Upang matugunan ang mga requirement sa reliabilidad, ang mga measurement at protection input signals ay ipinroseso at inilalabas ng independent processing units sa loob ng device. Ito ay nagbibigay ng mataas na measurement accuracy at nagbibigay ng sapat na margin sa panahon ng malubhang pagkakamali. Ang device ay hindi dapat maranasan A/D overflow o saturation kapag ang fault signal current ay umabot sa 20 beses ang normal value, na karaniwang nasasatisfy ang reliability requirements para sa typical engineering applications.

1.2 Response Time ng Microcomputer Integrated Protection Devices

Sa panahon ng disenyo at pagpili, ang kalidad ng isang protection device ay maaaring hatulan lamang batay sa tatlong indicators: computational accuracy, response time, at computational load. Ang tatlong factors na ito ay magkasalungat: mas mababa ang computational accuracy at mas maliit ang computational load ay nagreresulta sa mas mabilis na response times, habang mas mataas na accuracy at mas malaking load ay nagreresulta sa mas mabagal na response times. Karaniwan, para sa end-users ng power grid, ang computational load ay dapat mas malaki kaysa sa 3 beses, ang computational accuracy ay dapat mas mataas kaysa sa 0.2%, at ang maximum response time ay dapat mas mababa kaysa sa 30 ms upang matugunan ang typical engineering requirements para sa response time.

1.3 Pagpili ng Iba pang Functions ng Microcomputer Integrated Protection Devices

Ang mga integrated protection devices ay naglalaman ng maraming integrated chips, na nangangailangan ng mataas na teknikal na eksperto para sa maintenance. Sa panahon ng pagpili, dapat na pinili ang mga device na may modular at universal hardware, na nagbibigay ng kakayanang ma-resolve ang mga hardware faults sa pamamagitan lamang ng pagpalit ng modules, na nagpapataas ng work efficiency.

Bukod dito, ang protection device ay dapat may built-in EPROM module, na nagbibigay ng kakayanang istore ang lahat ng setting values nang digital. Ang mga field personnel ay maaaring readily recall ang mga setting na ito para sa equipment commissioning nang walang kinakailangang rewrite data. Upang makilahok sa overall project's automated monitoring system, ang protection device ay dapat may communication capabilities, na nagbibigay ng madaling network formation sa pamamagitan ng data buses at nagbibigay ng kakayanang ilipat ang action information sa higher-level automated monitoring system.

2. Ugnayan ng Integrated Protection Devices at ang Plant-Wide Automation Control System

Batay sa configuration at communication requirements ng plant automation control system, ang automation system para sa microcomputer integrated protection devices ay karaniwang nahahati sa tatlong layers: ang switchgear layer, ang substation layer, at ang central control room.

2.1 Switchgear Layer

Ang switchgear layer ay binubuo ng iba't ibang uri ng microcomputer integrated protection devices, na direktang inilalapat sa switchgear. Bawat device ay direktang nagbabantay, proteksyon, at kontrol ng mga function para sa kanyang respective cabinet. Ang mga specific functions ay sumusunod:

(1) Incomer Cabinet

• Protection Functions: Instantaneous overcurrent tripping, time-delayed overcurrent tripping.

• Measurement Functions: Three-phase current, three-phase voltage, active at reactive power, active at reactive energy.

• Monitoring Functions: Circuit breaker open/closed position.

• Control Functions: Manual open/close (sa cabinet), remote control open/close.

• Alarm Functions: Trip due to fault, warning signals, open/close, device fault, fault recording, etc.

(2) Transformer Cabinet

• Protection Functions: Instantaneous overcurrent tripping, time-delayed overcurrent tripping, inverse-time overloading, single-phase ground fault, heavy gas trip.

• Measurement, Monitoring, at Control Functions: Same as incomer cabinet.

• Alarm Functions: Trip due to fault, light gas, temperature alarm, warning signals, open/close, device fault, fault recording, etc.

(3) Busbar Cabinet

• Protection, Monitoring, at Control Functions: Same as incomer cabinet.

• Alarm Functions: Trip due to fault, device fault, fault recording, etc.

(4) Motor Cabinet

• Protection Functions: Instantaneous overcurrent tripping, time-delayed overcurrent tripping, overload, single-phase ground fault, low voltage, overheat.

• Measurement Functions: Three-phase current, three-phase voltage, active at reactive power, active at reactive energy.

• Monitoring Functions: Circuit breaker open/closed position.

• Control Functions: Manual open/close (sa cabinet), remote control open/close.

• Alarm Functions: Trip due to fault, warning signals, open/close, device fault, fault recording, etc.

Pagkatapos ng data acquisition sa kanilang respective switchgear, ang mga protection devices ay ililipat ang data sa pamamagitan ng bus sa monitoring computer sa substation layer. Ang sistema na ito ay significantly reduces control cables, shortens on-site commissioning time, at improves work efficiency.

2.2 Substation Layer

Maraming signals mula sa substation ang kailangang ilipat sa central control room sa pamamagitan ng plant's industrial Ethernet, at ang substation ay tumatanggap ng signals mula sa central control room upang magbigay ng control commands sa protection devices. Ang substation layer ay karaniwang binubuo ng industrial control computers, printers, at monitors. Ang kanyang pangunahing functions ay kasama ang configuration at management ng switchgear integrated protection devices, monitoring system operation, establishing and managing the substation database, at communicating with the central control room.

Dahil ang mga manufacturer ay naghahanda ng kanilang software at electrical calculation methods ng protection device, ang substation layer ay kailangang handlin din ang communication protocol conversion upang mapabilis ang signal transmission at reception sa pagitan ng central control room at ng protection devices.

2.3 Communication Network

Ang communication sa pagitan ng switchgear at substation ay maaaring gamitin ang MODbus bus network, na sumusuporta ng hanggang 64 slave stations. Ang optical isolation ay ginagamit sa pagitan ng communication network at ng mga device upang maiwasan ang external interference. Ang communication sa pagitan ng substation at central control room ay gumagamit ng industrial Ethernet na may fiber-optic medium, na may communication rate na mas mataas kaysa 1 Mbps.

2.4 Software

Ang system software ay maaaring gamitin ang mainstream platforms na may international standard architectures, tulad ng Windows NT. Ang software modules ay dapat kasama: main control software, graphics software, database management software, report generation software, at communication software.

Sa panahon ng pagpili ng software, ang main control software ay dapat may mataas na degree ng modularity. Ang mataas na modularity ay nagbibigay ng kakayanang readily call up ng field personnel ang software batay sa site conditions nang walang additional programming, na greatly reduces ang operational at maintenance workload para sa dispatchers at maintenance personnel at improving work efficiency.

3. Issues to Note When Selecting Hardware for Microcomputer Integrated Protection Devices

Bukod dito, ang mga sumusunod na issues ay dapat tandaan sa panahon ng pagpili ng hardware para sa microcomputer integrated protection devices:

• Gumamit ng sealed, reinforced chassis na resistant sa strong vibration at interference, na may compact installation size na suitable para sa harsh environments at cabinet mounting.

• Adopt an industrial-grade dual-CPU structure, na bawat device ay may main CPU at communication CPU. Ang dalawang CPUs ay gumagana sa mutual-checking mode, na nagpapataas ng response time at accuracy ng device, preventing maloperation o failure to operate, at enhancing stability at reliability.

• Full-range temperature automatic compensation na nagbibigay ng kakayanang operasyon ng device sa mahabang panahon sa environments mula -20°C hanggang +60°C.

• Separate processing ng measurement at protection signals sa loob ng device, na nagtatugon sa parehong accuracy requirements at protection range at reliability requirements.

• Gumamit ng dedicated frequency sampling circuit upang precise tracking ng grid frequency, na nagbibigay ng mas accurate na electrical quantity calculations.

• Gumamit ng optical isolation para sa digital input at output signals, at shielded cables para sa internal cabinet wiring, na effectively preventing external interference signals at improving ang anti-interference capability ng device.

• Gumamit ng large-screen LCD display at soft keyboard para sa clearer numerical display at easier operation.

• Pagkatapos ng commissioning at operation, ang setting values para sa iba't ibang protection modes ay istore digitally sa EPROM, na allowing for easy recall after debugging o circuit fault repair.

• Include a comprehensive circuit breaker control circuit na suitable para sa controlling ng iba't ibang types ng circuit breakers, facilitating substation upgrades.

• May comprehensive accident analysis capabilities, including protection action event records, electrical quantity signal limit exceedance records, at fault recording.

4. The Role of Microcomputer Integrated Protection Devices in High-Voltage Switchgear

Ang microcomputer protection devices ay nagprotekta ng circuits laban sa abnormal conditions. Ang kanilang roles sa high-voltage switchgear ay sumusunod:

Ang mga microcomputer protection devices ay mayroong malakas na data processing, logical operation, at information storage capabilities, na may advanced na internal architecture. Sila ay nagbibigay ng complete protection functions ng conventional relay protection. Sa pamamagitan ng pagtanggap ng signals mula sa measurement components tulad ng current transformers at voltage transformers, ang device ay maaaring monitor, control, at protektahan ang state ng circuit. Ito ay kasama ang proteksyon laban sa short circuits, overloads, single-phase ground faults, etc. Without a protection device, ang mga function na ito sa high-voltage switchgear ay natutugunan gamit ang relays. Sa microcomputer protection, available ang additional functions, tulad ng easy acceptance ng remote control, communication sa upper-level system upang ilipat ang current, voltage, power, at energy signals mula sa circuit, at convenient adjustment ng protection settings.