Как да изберете микропроцесорна интегрирана защитна уредба и каква е нейната функция във високонапрегнатите апарати?

1. Избор и роля на микропроцесорни интегрирани защитни устройства

1.1 Избор на микропроцесорни интегрирани защитни устройства

За да се гарантира, че микропроцесорното интегрирано защитно устройство изпълнява коректно и точно своите задачи по релейна защита, при избора в проекта трябва да се вземат предвид надеждността, времето за отговор, поддръжката и пускането в експлоатация, както и допълнителните функции.

Сигналите за вход в микропроцесорните интегрирани защитни устройства са същите като при традиционната релейна защита: напрежението и токовете се въвеждат от потенциалните (PT) и токоизмервателни (CT) трансформатори, преобразувани от преобразуватели в стандартни сигнали, необходими за защитното устройство, филтрират се, за да се премахнат нискочестотните и високочестотните хармоники и други помехи, след което се преобразуват от аналогови в цифрови сигнали от A/D преобразувател.

CPU-то извършва изчисления върху цифровия вход, сравнява резултатите с предварително зададени стойности, прави оценка и след това решава дали да активира аларма или да прекъсне. За да се удовлетворят изискванията за надеждност, сигналите за измерване и защита се обработват и извеждат от независими обработващи единици в устройството. Това осигурява точност на измерванията, като предоставя достатъчен резерв при сериозни дефекти. Обща инженерна надеждност е осигурена, ако устройството не изпитва A/D препълване или насыщане, когато дефектният ток достигне 20 пъти нормалната стойност.

1.2 Избор на времето за отговор

Работния процес на софтуера на защитното устройство обикновено е както е показано на фигурата по-долу:

От диаграмата може да се види, че времето за отговор на защитното устройство е тясно свързано с използваната софтуерна програма и метода за изчисление на електрическите величини, които обикновено са неизвестни на потребителите.

При проектиране и избор можем само да преценим качеството на защитното устройство на основата на три показателя: точността на изчисленията, времето за отговор и компютърната обработка. Тези три фактора са взаимно противоречиви: слаба точност на изчисленията и малка компютърна обработка водят до по-бързо време за отговор, докато по-висока точност и по-голяма компютърна обработка водят до по-бавно време за отговор. Обикновено, за крайните потребители на електропреносната мрежа, задаването на компютърната обработка на повече от 3 пъти, точност на изчисленията над 0,2% и максимално време за отговор под 30 милисекунди е достатъчно, за да удовлетвори типичните инженерни изисквания за време за отговор.

1.3 Избор на други функции

Интегрираните защитни устройства съдържат много интегрални схеми, които изискват високо техническо умение за поддръжка. При избора трябва да се предпочитат устройства с модулна и стандартизирана хардуер, позволяващи разрешаване на хардуерни дефекти чрез просто заменяне на модули, което подобрява работната ефективност. Освен това, защитното устройство трябва да има вграден EPROM модул, позволяващ на всички настройки да бъдат съхранявани цифрово. Така полевите работници могат лесно да възстановят тези настройки за пускане в експлоатация на оборудването без повторно програмиране.

За да се интегрира с общата система за автоматизирано наблюдение, защитното устройство трябва да разполага с комуникационни възможности, позволяващи лесно формиране на мрежа чрез данни шини и предаване на информация след прекъсване към горната система за автоматизирано наблюдение.

2. Връзка между интегрираните защитни устройства и системите за автоматизиран контрол на цялата фабрика

На базата на конфигурацията и комуникационните изисквания на системата за автоматизиран контрол на фабриката, системата за автоматизация на микропроцесорните интегрирани защитни устройства обикновено е разделена на три нива: ниво на комутационната апаратура, ниво на подстанцията и централна контролна зала.

2.1 Ниво на комутационната апаратура

Нивото на комутационната апаратура се състои от различни видове микропроцесорни интегрирани защитни устройства, които се монтират директно на комутационната апаратура. Всяко устройство директно обработва измервания, защитни сигнали и контролни функции за своята кабина. Специфичните функции са следните:

(1) Кабина за входящи линии

• Функции за защита: Моментен прекомерен ток, забавен прекомерен ток.

• Функции за измерване: Трифазен ток, трифазно напрежение, активна/реактивна мощност, активна/реактивна енергия.

• Функции за мониторинг: Положение на прекъсвителя - отворено/затворено.

• Функции за контрол: Ръчно отваряне/затваряне (на кабината), дистанционно отваряне/затваряне.

• Функции за алармиране: Прекъсване при авария, предупредителни сигнали, статус на отваряне/затваряне, дефект на устройството, запис на дефекта, и т.н.

(2) Кабина за трансформатор

• Функции за защита: Моментен прекомерен ток, забавен прекомерен ток, обратнопропорционален прекомерен ток, однофазен грунд, спиране при тежък газ.

• Функции за измерване, мониторинг и контрол: Същите като при кабината за входящи линии.

• Функции за алармиране: Прекъсване при авария, лек газ, температурен алармен сигнал, предупредителни сигнали, статус на отваряне/затваряне, дефект на устройството, запис на дефекта, и т.н.

(3) Кабина за шини

• Функции за защита, мониторинг и контрол: Същите като при кабината за входящи линии.

• Функции за алармиране: Прекъсване при авария, дефект на устройството, запис на дефекта, и т.н.

(4) Кабина за двигатели

• Функции за защита: Моментен прекомерен ток, забавен прекомерен ток, прекомерен ток, однофазен грунд, понижено напрежение, прекомерно затопляне.

• Функции за измерване: Трифазен ток, трифазно напрежение, активна/реактивна мощност, активна/реактивна енергия.

• Функции за мониторинг: Положение на прекъсвителя - отворено/затворено.

• Функции за контрол: Ръчно отваряне/затваряне (на кабината), дистанционно отваряне/затваряне.

• Функции за алармиране: Прекъсване при авария, предупредителни сигнали, статус на отваряне/затваряне, дефект на устройството, запис на дефекта, и т.н.

След събиране на данни в съответната комутационна апаратура, защитните устройства предават данните чрез шина към мониторинговия компютър на нивото на подстанцията. Тази система значително намалява броя на контролните кабели, скъсява времето за пускане на място и подобрява работната ефективност.

2.2 Ниво на подстанцията

Много сигнали от подстанцията трябва да бъдат предавани до централната контролна зала чрез промишлената Ethernet на фабриката, а команди за управление от централната контролна зала трябва да бъдат получени и предадени към защитните устройства. Нивото на подстанцията обикновено се състои от промишлени контролни компютри, принтери и монитори. Неговите основни функции включват конфигуриране и управление на защитните устройства на комутационната апаратура, наблюдение на операцията на системата, създаване и управление на базата данни на подстанцията, и комуникация с централната контролна зала.

Поради поверителността на производителите относно софтуера и методите за изчисление на електрическите величини на техните защитни устройства, нивото на подстанцията трябва също да обработва преобразуване на протоколи за комуникация, за да се осигури предаване и приемане на сигнали между централната контролна зала и защитните устройства.

2.3 Коммуникационна мрежа

Комуникацията между комутационната апаратура и подстанцията може да използва MODbus шинна мрежа, поддържаща до 64 slave станции. Между комуникационната мрежа и устройствата се използва оптическа изолация, за да се предотврати външна интерференция. Комуникацията между подстанцията и централната контролна зала използва промишлена Ethernet с оптически медии, с комуникационна скорост над 1 Мбит/с.

2.4 Софтуер

Системният софтуер може да използва主流平台，如Windows NT。软件模块应包括：主控软件、图形软件、数据库管理软件、报表生成软件和通信软件。 在选择软件时，主控软件应具有高度的模块化。高模块化允许现场人员根据现场条件调用软件而无需额外编程，从而显著减少调度员和维护人员的操作和维护工作量，并提高工作效率。

3. Други разглеждания

Освен това, при избора на хардуер за микропроцесорни интегрирани защитни устройства, трябва да се отбележат следните въпроси:

• Използване на герметично, усилено куфище, устойчиво на силни вибрации и помехи, с компактен размер за монтаж, подходящо за сурови условия и монтаж на панели.

• Използване на промишлен дву-CPU конструкция, всяко устройство съдържа главен CPU и комуникационен CPU. Двата CPU работят в режим на взаимна проверка, за да се подобри времето за отговор и точността, предотвратявайки неправилно действие или нефункциониране, и увеличавайки стабилността и надеждността.

• Автоматична компенсация на температурата в целия диапазон, позволяваща на устройството да работи продължително при температури от -20°C до +60°C.

• Сигналите за измерване и защита се обработват отделно в устройството, удовлетворявайки както изискванията за точност, така и изискванията за обхват на защитата и надеждност.

• Използване на специализирана схема за частотно пробиране, за да се следи точно сетевата честота, правейки изчисленията на електрическите величини по-точни.

• Използване на оптическа изолация за цифровите входове и изходи, и щитовани кабели за вътрешните кабинни проводки, ефективно предотвратявайки външните помехи и подобрявайки способността на устройството да се противопоставя на помехите.

• Използване на голям LCD дисплей и мек клавиатурен панел за по-ясно показване на числови данни и по-лесна работа.

• След пускането в експлоатация и функционирането, различните защитни настройки се съхраняват цифрово в EPROM, позволявайки незабавно възстановяване след пускане или ремонт на кабината.

• Оборудвано с пълнофункционална схема за управление на прекъсвителите, подходяща за контрол на различни видове прекъсвители, облекчавайки модернизацията на подстанциите.

• Разполага с пълни функции за анализ на аварии, включително записи на действията на защитата, записи на превишаване на граници на електрическите сигнали и записи на дефекта.

4. Ролята на микропроцесорните интегрирани защитни устройства в високонапрегнатата комутационна апаратура

Микропроцесорните защитни устройства осигуряват защита срещу аномални условия в цепите. Их роли в высоковольтных коммутационных аппаратах включают:

Микропроцесорните защитни устройства разполагат с мощни възможности за обработка на данни, логически изчисления и съхранение на информация, със запазена напредничава вътрешна архитектура. Те предлагат пълни защитни функции, еквивалентни на традиционната релейна защита. Чрез приемане на сигнали от измервателни компоненти, като токоизмервателни и напрежението трансформатори, устройството може да наблюдава, контролира и защитава състоянието на цепта — като защита срещу късо съединение, прекомерен ток и однофазен грунд.

Без защитни устройства, високонапрегнатата комутационна апаратура използва реле, за да постигне тези защитни функции. Съвременните микропроцесорни защитни устройства предлагат подобрени функции, като лесен дистанционен контрол, комуникация с горните системи за предаване на данни за ток, напрежение, мощност и енергия, и удобно регулиране на защитни настройки.