Яку роль відіграє мікрокомп'ютерна інтегрована система захисту у високовольтному комутаційному обладнанні, та як її вибрати
Роль та вибір мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту у високовольтному комутаційному обладнанні
За останні роки значно зросло застосування мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту у проектах середньо- та високовольтових систем електропостачання. Ці пристрої є зручними для користувача і подолують недоліки традиційного реле-захисту, такі як складне підключення, низька надійність та громіздкі процедури налаштування та налагодження. Мікрокомп'ютерні інтегровані пристрої захисту мають повну самодіагностику, що робить детекцію та налагодження дуже зручними.
При виявленні аномалії центральний процесор (CPU) дає команду генератору сигналів видати відповідні звукові та світлові сигналі тривоги. Крім того, легко реалізовуються різні допоміжні функції, такі як друк інформації про аварії та запис часу дії захисту після події. Багато виробників випускають ці пристрої, кожен з різними функціями та конфігураціями апаратного забезпечення, що робить складним вибір найбільш підходящого інтегрованого пристрою захисту.
I. Вибір мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту
Для забезпечення правильного та точного виконання задач реле-захисту мікрокомп'ютерними інтегрованими пристроями захисту, при виборі на етапі проектування слід провести комплексну оцінку надійності, швидкості реакції, легкості обслуговування та налагодження, а також додаткових функцій.
1.1 Надійність мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту
Сигнали входу для мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту такі ж, як і для традиційного реле-захисту: напруга та струм вводяться з напружніх та струмових перетворювачів (VTs та CTs), перетворюються трансдукторами на стандартні сигнали, необхідні пристрою захисту, та фільтруються для вилучення низько- та високочастотних гармонік та інших інтерференційних сигналів. Аналого-цифрові (A/D) перетворювачі потім перетворюють аналогові сигнали на цифрові. CPU виконує обчислення цифрових входів, порівнює їх з запрограмованими значеннями, робить висновки та вирішує, чи активувати тривогу або відключення.
Для задоволення вимог до надійності, сигнали вимірювання та захисту обробляються та виводяться незалежними процесорами всередині пристрою. Це забезпечує високу точність вимірювання та надає достатній запас при важких аваріях. Пристрій не повинен досіяти A/D переповнення або насичення, коли струм аварійного сигналу досягає 20 разів нормального значення, що, як правило, задовольняє вимоги надійності для типових інженерних застосувань.
1.2 Швидкість реакції мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту
При проектуванні та виборі якість пристрою захисту можна оцінити лише за трьома показниками: точністю обчислень, швидкістю реакції та обчислювальною навантаженістю. Ці три фактори взаємно протирічать: нижча точність обчислень та менша обчислювальна навантаженість призводять до швидшої реакції, а вища точність та більша навантаженість – до повільнішої реакції. Зазвичай, для кінцевих користувачів електромережі, обчислювальна навантаженість повинна бути більшою за 3 рази, точність обчислень – вище 0,2%, а максимальна швидкість реакції – менше 30 мс, щоб задовольнити типові інженерні вимоги до швидкості реакції.
1.3 Вибір інших функцій мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту
Інтегровані пристрої захисту містять багато інтегрованих чипів, що вимагає високого технічного рівня для обслуговування. При виборі слід віддавати перевагу пристроям з модульним та універсальним апаратним забезпеченням, що дозволяє вирішувати апаратні проблеми просто заміною модулів, що покращує продуктивність праці.
Крім того, пристрій захисту повинен мати вбудований EPROM-модуль, що дозволяє зберігати всі налаштування в цифровому форматі. Полеві працівники можуть легко викликати ці налаштування для налагодження обладнання без потреби перезапису даних. Для інтеграції з загальною системою автоматичного моніторингу проекту, пристрій захисту повинен мати здатність до комунікації, що дозволяє легко формувати мережу через даних шини та передавати інформацію про дії до верхнього рівня системи автоматичного моніторингу.
2. Зв'язок між інтегрованими пристроями захисту та заводською системою автоматичного керування
На основі конфігурації та вимог до комунікації заводської системи автоматичного керування, система автоматичного керування мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту, зазвичай, розподіляється на три рівні: рівень комутаційного обладнання, рівень підстанції та рівень центрального керуючого пульту.
2.1 Рівень комутаційного обладнання
Рівень комутаційного обладнання складається з різних типів мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту, що встановлюються безпосередньо на комутаційному обладнанні. Кожен пристрій безпосередньо обробляє вимірювання, сигнали захисту та функції керування для своєї відповідної шафи. Конкретні функції наступні:
(1) Шафа входу
Функції захисту: миттєве відключення за надмірним струмом, відключення за надмірним струмом з затримкою.
Функції вимірювання: трьохфазний струм, трьохфазна напруга, активна та реактивна потужність, активна та реактивна енергія.
Функції моніторингу: положення відкриття/закриття вимикача.
Функції керування: ручне відкриття/закриття (на шафі), віддалене керування відкриттям/закриттям.
Функції тривоги: відключення через аварію, попереджувальні сигнали, відкриття/закриття, аварія пристрою, запис аварій, тощо.
(2) Шафа трансформатора
Функції захисту: миттєве відключення за надмірним струмом, відключення за надмірним струмом з затримкою, відключення за перевантаженням з оберненим часом, однофазна земельна аварія, відключення через важкий газ.
Функції вимірювання, моніторингу та керування: такі ж, як у шафи входу.
Функції тривоги: відключення через аварію, легкий газ, температурна тривога, попереджувальні сигнали, відкриття/закриття, аварія пристрою, запис аварій, тощо.
(3) Шафа шини
Функції захисту, моніторингу та керування: такі ж, як у шафи входу.
Функції тривоги: відключення через аварію, аварія пристрою, запис аварій, тощо.
(4) Шафа двигуна
Функції захисту: миттєве відключення за надмірним струмом, відключення за надмірним струмом з затримкою, перевантаження, однофазна земельна аварія, низька напруга, перегрів.
Функції вимірювання: трьохфазний струм, трьохфазна напруга, активна та реактивна потужність, активна та реактивна енергія.
Функції моніторингу: положення відкриття/закриття вимикача.
Функції керування: ручне відкриття/закриття (на шафі), віддалене керування відкриттям/закриттям.
Функції тривоги: відключення через аварію, попереджувальні сигнали, відкриття/закриття, аварія пристрою, запис аварій, тощо.
Після збору даних в своїх відповідних комутаційних шафах, пристрої захисту передають дані через шину до моніторингового комп'ютера на рівні підстанції. Ця система значно зменшує кількість кабелів керування, скорочує час налагодження на місці та покращує продуктивність праці.
2.2 Рівень підстанції
Багато сигналів з підстанції потрібно передавати до центрального керуючого пульту через промисловий Ethernet завода, а підстанція отримує сигнали від центрального керуючого пульту для видачі команд керування пристроям захисту. Рівень підстанції, зазвичай, складається з промислових контрольних комп'ютерів, принтерів та моніторів. Його основні функції включають налаштування та управління інтегрованими пристроями захисту комутаційного обладнання, моніторинг роботи системи, створення та управління базою даних підстанції, а також комунікацію з центральним керуючим пультом.
Завдяки тому, що виробники зберігають програмне забезпечення пристроїв захисту та методи електричних обчислень в таємниці, рівень підстанції також повинен обробляти конвертацію протоколів комунікації, щоб забезпечити передачу та прийняття сигналів між центральним керуючим пультом та пристроями захисту.
2.3 Комунікаційна мережа
Комунікація між комутаційним обладнанням та підстанцією може використовувати MODbus-шинну мережу, що підтримує до 64 підпорядкованих станцій. Між комунікаційною мережею та пристроями використовується оптична ізоляція, щоб запобігти зовнішнім інтерференціям. Комунікація між підстанцією та центральним керуючим пультом використовує промисловий Ethernet з оптоволоконним середовищем, з швидкістю комунікації більше 1 Мбіт/с.
2.4 Програмне забезпечення
Системне програмне забезпечення може використовувати основні платформи з міжнародними стандартними архітектурами, такими як Windows NT. Програмні модулі повинні включати: головне керуюче програмне забезпечення, графічне програмне забезпечення, програмне забезпечення для управління базою даних, програмне забезпечення для створення звітів та програмне забезпечення для комунікації.
При виборі програмного забезпечення, головне керуюче програмне забезпечення повинно мати високий рівень модульності. Висока модульність дозволяє полевим працівникам легко викликати програмне забезпечення відповідно до умов на місці без додаткового програмування, що значно зменшує оперативні та обслуговувальні навантаження для диспетчерів та обслуговувальних працівників та покращує продуктивність праці.
3. Важливі питання при виборі апаратного забезпечення мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту
Крім того, при виборі апаратного забезпечення для мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту слід врахувати наступні питання:
Використовуйте герметичний, посиленний корпус, стійкий до сильних вібрацій та інтерференцій, з компактними розмірами для установки в складних умовах та монтажу в шафах.
Використовуйте промисловий дво-процесорний конструкцію, де кожен пристрій містить головний CPU та CPU для комунікації. Два CPU працюють в режимі взаємного контролю, що покращує швидкість реакції та точність пристрою, запобігає неправильним діям або невідповідності, підвищує стабільність та надійність.
Повний діапазон автоматичної компенсації температури дозволяє пристрою довготривало працювати в умовах від -20°C до +60°C.
Сигнали вимірювання та захисту обробляються окремо всередині пристрою, що задовольняє вимоги до точності, діапазону захисту та надійності.
Використовуйте спеціальний частотний вибірковий контур для точного відстеження частоти мережі, що робить обчислення електричних величин більш точними.
Використовуйте оптичну ізоляцію для цифрових входів та виходів, а також екрановані кабелі для внутрішньої проводки шафи, що ефективно запобігає зовнішнім інтерференційним сигналам та підвищує антиінтерференційну здатність пристрою.
Використовуйте великі екранні LCD-дисплеї та м'які клавіатури для більш чіткого відображення числових значень та зручнішого керування.
Після налагодження та введення в експлуатацію, значення налаштувань різних режимів захисту зберігаються в цифровому форматі в EPROM, що дозволяє легко викликати їх після налагодження або ремонту схеми.
Майте повний керуючий контур вимикача, придатний для керування різними типами вимикачів, що сприяє модернізації підстанцій.
Майте повну здатність аналізу аварій, включаючи записи подій дії захисту, записи перевищення границь електричних сигналів та записи аварій.
4. Роль мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту у високовольтному комутаційному обладнанні
Мікрокомп'ютерні пристрої захисту захищають схеми від аномальних умов. Їх роль у високовольтному комутаційному обладнанні наступна:
Мікрокомп'ютерні пристрої захисту мають сильні здатності до обробки даних, логічних операцій та зберігання інформації, маючи передову внутрішню архітектуру. Вони надають повні функції захисту, які мають традиційні реле-захисти. Отримуючи сигнали від вимірювальних компонентів, таких як струмові та напружні перетворювачі, пристрій може моніторити, керувати та захищати стан схеми. Це включає захист від коротких замикань, перевантажень, однофазних земельних аварій тощо. Без пристрою захисту, ці функції у високовольтному комутаційному обладнанні здійснюються за допомогою реле. З мікрокомп'ютерним захистом доступні додаткові функції, такі як легке прийняття віддаленого керування, комунікація з верхнім рівнем системи для передачі сигналів струму, напруги, потужності та енергії з схеми, та зручне налаштування параметрів захисту.
