Com fer per seleccionar un dispositiu de protecció integrat amb microordinador, i quina és la seva funció en l'aparell de commutació a alta tensió?
1. Selecció i funció dels dispositius de protecció integrats amb microordinador
1.1 Selecció dels dispositius de protecció integrats amb microordinador
Per assegurar-se que un dispositiu de protecció integrat amb microordinador realitza correctament i amb precisió les seves tasques de protecció per relé, la selecció en el disseny hauria de tenir en compte de manera integral la fiabilitat, el temps de resposta, la mantenibilitat i la puesta en marcha, i les funcions addicionals.
La entrada de senyals als dispositius de protecció integrats amb microordinador és la mateixa que en la protecció per relé tradicional: els senyals de tensió i corrent s'introdueixen des dels transformadors de potencial (PT) i els transformadors de corrent (CT), es converteixen en senyals estàndard requerits pel dispositiu de protecció pels transmetredors, es filtreixen per eliminar harmonics d'ordre baix i alt i altres interferències, i llavors es converteixen de senyals analògics a digitals per un convertidor A/D.
El CPU realitza càlculs sobre l'entrada digital, compara els resultats amb valors preestablerts, fa jutjaments i després decideix si activar una alarma o un salt. Per complir amb els requisits de fiabilitat, els senyals d'entrada de mesura i protecció són processats i s'envien per unitats de processament independents dins del dispositiu. Això assegura la precisió de la mesura mentre proporciona un marge suficient en cas de falles greus. La fiabilitat general de l'enginyeria es compleix si el dispositiu no experimenta un desbordament o saturació A/D quan la corrent de falla arriba a 20 vegades el valor normal.
1.2 Selecció del temps de resposta
El flux de treball del software d'un dispositiu de protecció és generalment com es mostra en la figura següent:
Es pot veure en el diagrama que el temps de resposta d'un dispositiu de protecció està estretament relacionat amb el software utilitzat i el mètode de càlcul de les magnituds elèctriques, que generalment és desconegut per als usuaris.
Durant el disseny i la selecció, només podem jutjar la qualitat d'un dispositiu de protecció basant-nos en tres indicadors: la precisió del càlcul, el temps de resposta i la càrrega computacional. Aquests tres factors són mutuament conflictius: una precisió de càlcul pobra i una càrrega computacional petita porten a temps de resposta més ràpids, mentre que una major precisió i una càrrega computacional més gran resulten en respostes més lentes. Generalment, per als usuaris finals d'una xarxa elèctrica, establir la càrrega computacional a més de 3 vegades, la precisió del càlcul superior al 0,2%, i el temps de resposta màxim inferior a 30 ms és suficient per complir amb els requisits típics d'enginyeria en temps de resposta.
1.3 Selecció d'altres funcions
Els dispositius de protecció integrats contenen nombrosos circuits integrats, requereixen un nivell elevat de coneixements tècnics per a la seva manteniment. Durante la selecció, prioritatzeu dispositius amb hardware modular i estandaritzat, permetent que les falles d'hardware es resolguin simplement reemplaçant mòduls, així millorant l'eficiència del treball. A més, el dispositiu de protecció hauria de tenir un mòdul EPROM incorporat, permetent que tots els valors de configuració s'emmagatzemin digitalment. El personal de camp llavors pot recuperar fàcilment aquests valors per a la puesta en marcha dels equips sense necessitat de reprogramar.
Per integrar-se amb el sistema de monitorització automàtica global del projecte, el dispositiu de protecció hauria de tenir capacitat de comunicació, permetent la formació fàcil de xarxes a través de barris de dades i permetent la transmissió de la informació post-salt al sistema de monitorització automàtica superior.
2. Relació entre els dispositius de protecció integrats i els sistemes de control automàtic de la planta
Basant-se en la configuració i els requisits de comunicació del sistema de control automàtic de la planta, el sistema d'automatització per a dispositius de protecció integrats amb microordinador es divideix generalment en tres nivells: el nivell de quadre de distribució, el nivell de subestació i la sala de control central.
2.1 Nivell de quadre de distribució
El nivell de quadre de distribució consta de diversos tipus de dispositius de protecció integrats amb microordinador, instal·lats directament en els quadres de distribució. Cada dispositiu gestiona directament les senyals de mesura, protecció i control per al seu respectiu armari. Les funcions específiques són les següents:
(1) Armari d'entrada
Funcions de protecció: Sobrecorrent instantània, sobrecorrent retardada.
Funcions de mesura: Corrent trifàsica, tensió trifàsica, potència activa/reactiva, energia activa/reactiva.
Funcions de monitorització: Posició oberta/tancada del circuit interrompible.
Funcions de control: Obertura/tancament manual (en l'armari), obertura/tancament remot.
Funcions d'alarma: Salt per accident, senyals d'avís, estat obert/tancat, falla del dispositiu, registre de falla, etc.
(2) Armari de transformador
Funcions de protecció: Sobrecorrent instantània, sobrecorrent retardada, sobrecàrrega inversa temporal, falla a terra monofàsica, salt per gas pesant.
Funcions de mesura, monitorització i control: Igual que l'armari d'entrada.
Funcions d'alarma: Salt per accident, gas lleuger, alarma de temperatura, senyals d'avís, estat obert/tancat, falla del dispositiu, registre de falla, etc.
(3) Armari de barra
Funcions de protecció, monitorització i control: Igual que l'armari d'entrada.
Funcions d'alarma: Salt per accident, falla del dispositiu, registre de falla, etc.
(4) Armari de motor
Funcions de protecció: Sobrecorrent instantània, sobrecorrent retardada, sobrecàrrega, falla a terra monofàsica, subtensió, sobrecalor.
Funcions de mesura: Corrent trifàsica, tensió trifàsica, potència activa/reactiva, energia activa/reactiva.
Funcions de monitorització: Posició oberta/tancada del circuit interrompible.
Funcions de control: Obertura/tancament manual (en l'armari), obertura/tancament remot.
Funcions d'alarma: Salt per accident, senyals d'avís, estat obert/tancat, falla del dispositiu, registre de falla, etc.
Després de la captura de dades en els seus respectius quadres de distribució, els dispositius de protecció transmeten les dades a través d'un bus al ordinador de monitorització al nivell de subestació. Aquest sistema redueix considerablement els cables de control, acurta el temps de puesta en marcha in situ i millorea l'eficiència del treball.
2.2 Nivell de subestació
Nombrosos senyals de la subestació necessiten ser transmesos a la sala de control central a través de l'Ethernet industrial de la planta, i les ordres de control de la sala de control central necessiten ser rebudes i enviades als dispositius de protecció. El nivell de subestació sol consistir en ordinadors de control industrial, impressores i monitors. Les seves funcions principals inclouen la configuració i gestió dels dispositius de protecció dels quadres de distribució, la monitorització de l'operació del sistema, l'establiment i gestió de la base de dades de la subestació, i la comunicació amb la sala de control central.
Degut a la confidencialitat dels fabricants sobre el software i els mètodes de càlcul elèctric dels seus dispositius de protecció, el nivell de subestació també ha de gestionar la conversió de protocols de comunicació per facilitar la transmissió i recepció de senyals entre la sala de control central i els dispositius de protecció.
2.3 Xarxa de comunicació
La comunicació entre els quadres de distribució i la subestació pot utilitzar una xarxa de bus MODbus, que suporta fins a 64 esclaus. S'utilitza aïllament òptic entre la xarxa de comunicació i els dispositius per prevenir interferències externes. La comunicació entre la subestació i la sala de control central utilitza un Ethernet industrial amb mitjà de fibra òptica, amb una velocitat de comunicació superior a 1 Mbps.
2.4 Software
El software del sistema pot utilitzar plataformes principals amb arquitectures estàndard internacionals, com Windows NT. Els mòduls de software haurien de incloure: software de control principal, software gràfic, software de gestió de bases de dades, software de generació de rapports, i software de comunicació.
En la selecció de software, el software de control principal hauria de tenir un grau elevat de modularitat. Una alta modularitat permet al personal de camp cridar el software basant-se en les condicions del lloc sense programació addicional, reduint significativament la càrrega operativa i de manteniment dels dispatchers i personal de manteniment, i millorant l'eficiència del treball.
3. Altres consideracions
A més, durant la selecció de maquinari per a dispositius de protecció integrats amb microordinador, cal tenir en compte els següents punts:
Utilitzeu un caixet hermètic i reforçat que sigui resistente a vibracions fortes i interferències, amb una mida compacta d'instal·lació, adequat per a entorns difícils i montatge en panell.
Utilitzeu una estructura de doble CPU industrial, amb cada dispositiu que conté un CPU principal i un CPU de comunicació. Ambdós CPUs treballen en mode de inspecció mútua per millorar el temps de resposta i la precisió, prevenir malfuncionament o falta de funcionalitat, i augmentar la estabilitat i la fiabilitat.
Compensació automàtica de temperatura en tot el rang permet que el dispositiu funcioni a llarg termini en entorns de -20°C a +60°C.
Les senyals de mesura i protecció són processades separat dins del dispositiu, satisfent tant els requisits de precisió com els requisits de gamma de protecció i fiabilitat.
Utilitzeu un circuit de mostreig de freqüència dedicat per seguir amb precisió la freqüència de la xarxa, fent que els càlculs de magnituds elèctriques siguin més precisos.
Utilitzeu aïllament òptic per a la entrada/sortida digital, i cables blindats per a la cablejació interna de l'armari, prevenint eficientment les interferències externes i millorant la capacitat anti-interferència del dispositiu.
Utilitzeu una pantalla LCD de gran format i teclat blau per a una visualització numèrica més clara i una operació més fàcil.
Després de la puesta en marcha i operació, diverses configuracions de protecció es guarden digitalment en EPROM, permetent la recuperació immediata després de la puesta en marcha o la reparació de la falla del circuit.
Equipat amb un circuit complet d'operació del circuit interrompible, adequat per a controlar diversos tipus de circuits interrompibles, facilitant la reforma de la subestació.
Té capacitats d'anàlisi d'accidents completes, incloent-hi registres d'esdeveniments d'acció de protecció, registres de superació de límits de senyals de magnituds elèctriques, i registre de falla.
4. Rol dels dispositius de protecció integrats amb microordinador en els quadres de distribució d'alta tensió
Els dispositius de protecció amb microordinador protegeixen contra condicions anòmals en els circuits. Els seus rols en els quadres de distribució d'alta tensió inclouen:
Els dispositius de protecció amb microordinador posseeixen poderoses capacitats de processament de dades, còmput lògic i emmagatzematge d'informació, amb arquitectures interns avançades. Ofereixen funcions de protecció completes equivalents a la protecció per relé convencional. Reben senyals de components de mesura com els transformadors de corrent i tensió, i poden monitoritzar, controlar i protegir l'estat del circuit, com ara la protecció contra curto-circuit, sobrecàrrega i falla a terra monofàsica.
Sense dispositius de protecció, els quadres de distribució d'alta tensió utilitzen relés per aconseguir aquestes funcions de protecció. La protecció moderna amb microordinador ofereix funcionalitats millorades, com el control remot fàcil, la comunicació amb sistemes superiors per transmetre dades de corrent, tensió, potència i energia, i l'ajust convenient de les configuracions de protecció.
