Jak vybrat mikropočítačové integrované ochranné zařízení a jakou má funkci v vysokonapěťovém rozvodu?

1. Výběr a role integrovaných ochranných zařízení s mikropočítačem

1.1 Výběr integrovaných ochranných zařízení s mikropočítačem

Aby bylo zajištěno, že integrované ochranné zařízení s mikropočítačem správně a přesně plní své úkoly v oblasti reléové ochrany, při návrhu by měly být komplexně zohledněny spolehlivost, doba odezvy, údržba a nastavení, a další funkce.

Signál pro integrovaná ochranná zařízení s mikropočítačem je stejný jako u tradiční reléové ochrany: napěťové a proudové signály jsou zavedeny z napěťových dělicích transformátorů (PT) a proudových transformátorů (CT), konvertory je převedou na standardní signály požadované ochranným zařízením, odstraní se nízké a vysoké harmonické a jiné rušení, a pak jsou analogové signály převedeny na digitální signály pomocí A/D konverteru.

CPU provádí výpočty na základě digitálního vstupu, porovnává výsledky s přednastavenými hodnotami, rozhoduje a pak určuje, zda má vyvolat poplach nebo vyhodit člen. Aby byla splněna požadavky na spolehlivost, jsou měřicí a ochranné vstupní signály zpracovány a vystupují nezávislými procesorovými jednotkami uvnitř zařízení. To zajišťuje přesnost měření a poskytuje dostatečnou rezervu při těžkých poruchách. Obecná inženýrská spolehlivost je splněna, pokud zařízení neprojde přetížením A/D nebo nasycením, když poruchový proud dosáhne 20krát normální hodnoty.

1.2 Výběr doby odezvy

Software workflow ochranného zařízení je obecně znázorněn na následujícím obrázku:

Z diagramu lze vidět, že doba odezvy ochranného zařízení je úzce spojena s použitým softwarem a metodou výpočtu elektrických veličin, což je obecně uživatelům neznámé.

Při návrhu a výběru můžeme kvalitu ochranného zařízení posoudit pouze na základě tří ukazatelů: přesnosti výpočtu, doby odezvy a výpočetní zátěže. Tyto tři faktory jsou vzájemně konfliktní: špatná přesnost výpočtu a malá výpočetní zátěž vedou k rychlejší době odezvy, zatímco vyšší přesnost a větší výpočetní zátěž vedou k pomalejší době odezvy. Obecně, pro konečné uživatele elektrické sítě, je postačující nastavit výpočetní zátěž na více než 3x, přesnost výpočtu vyšší než 0,2 % a maximální dobu odezvy menší než 30 ms, aby byly splněny typické inženýrské požadavky na dobu odezvy.

1.3 Výběr dalších funkcí

Integrovaná ochranná zařízení obsahují mnoho integrovaných obvodů, což vyžaduje vysokou technickou odbornost pro údržbu. Při výběru upřednostňujte zařízení s modulární a standardizovanou hardwarovou strukturou, která umožňuje řešit hardwarové selhání prostým výměnou modulů, což zlepšuje efektivitu práce. Kromě toho by mělo ochranné zařízení mít vestavěný EPROM modul, který umožňuje uložit všechny nastavené hodnoty digitalizovaně. Tímto způsobem mohou pracovníci v terénu snadno vyvolat tyto nastavení pro komise bez nutnosti opětovného programování.

Pro integraci s celkovým systémem automatizovaného monitoringu by mělo ochranné zařízení mít komunikační schopnosti, které umožňují snadné sítětování pomocí datových sběrníc a přenos informací po vyhodnutí do horní úrovně automatizovaného monitoringu.

2. Vztah mezi integrovanými ochrannými zařízeními a celozávodními systémy automatické kontroly

Na základě konfigurace a komunikačních požadavků systému automatizované kontroly závodu je systém automatizace integrovaných ochranných zařízení s mikropočítačem obecně rozdělen na tři vrstvy: vrstvu přepínačového zařízení, podstanici a centrální kontrolní místnost.

2.1 Vrstva přepínačového zařízení

Vrstva přepínačového zařízení se skládá z různých typů integrovaných ochranných zařízení s mikropočítačem, která jsou přímo instalována na přepínačovém zařízení. Každé zařízení přímo zpracovává měřicí, ochranné signály a funkce řízení pro své odpovídající skříň. Konkrétní funkce jsou následující:

(1) Skříň příchozí linky

• Ochranné funkce: Okamžitý přetok, zpožděný přetok.

• Měřicí funkce: Třífázový proud, třífázové napětí, aktivní/reactivní výkon, aktivní/reactivní energie.

• Monitorovací funkce: Otevřené/zavřené poloha vypínače.

• Řídící funkce: Ruční otevření/zavření (na skříni), vzdálené otevření/zavření.

• Funkce poplachu: Vyhodnutí kvůli nehodě, varovné signály, stav otevření/zavření, vadě zařízení, záznam chyb, atd.

(2) Skříň transformátoru

• Ochranné funkce: Okamžitý přetok, zpožděný přetok, inverzní přetížení, jednofázová zemnice, výpadkem těžkého plynu.

• Měřicí, monitorovací a řídící funkce: Stejné jako u skříně příchozí linky.

• Funkce poplachu: Vyhodnutí kvůli nehodě, lehký plyn, teplotní poplach, varovné signály, stav otevření/zavření, vadě zařízení, záznam chyb, atd.

(3) Skříň sběrnice

• Ochranné, monitorovací a řídící funkce: Stejné jako u skříně příchozí linky.

• Funkce poplachu: Vyhodnutí kvůli nehodě, vadě zařízení, záznam chyb, atd.

(4) Skříň motoru

• Ochranné funkce: Okamžitý přetok, zpožděný přetok, přetížení, jednofázová zemnice, podnapětí, přehřátí.

• Měřicí funkce: Třífázový proud, třífázové napětí, aktivní/reactivní výkon, aktivní/reactivní energie.

• Monitorovací funkce: Otevřené/zavřené poloha vypínače.

• Řídící funkce: Ruční otevření/zavření (na skříni), vzdálené otevření/zavření.

• Funkce poplachu: Vyhodnutí kvůli nehodě, varovné signály, stav otevření/zavření, vadě zařízení, záznam chyb, atd.

Po shromáždění dat v jejich příslušných přepínačových zařízeních předávají ochranná zařízení data přes sběrnici do monitorovacího počítače na úrovni podstanice. Tento systém výrazně snižuje potřebu kontrolních kabelů, zkracuje dobu komise na místě a zlepšuje efektivitu práce.

2.2 Úroveň podstanice

Mnoho signálů z podstanice musí být předáno do centrální kontrolní místnosti přes průmyslovou Ethernet síť závodu a příkazy ze centrální kontrolní místnosti musí být přijaty a předány ochranným zařízením. Úroveň podstanice obvykle zahrnuje průmyslové řídicí počítače, tiskárny a monitory. Její hlavní funkce zahrnují konfiguraci a správu ochranných zařízení přepínačového zařízení, monitorování provozu systému, vytváření a správu databáze podstanice a komunikaci s centrální kontrolní místností.

Vzhledem k důvěrnosti výrobců ohledně softwaru a metod výpočtu elektrických veličin jejich ochranných zařízení, musí také úroveň podstanice zpracovávat konverzi komunikačních protokolů, aby usnadnila přenos a příjem signálů mezi centrální kontrolní místností a ochrannými zařízeními.

2.3 Komunikační síť

Komunikace mezi přepínačovým zařízením a podstanicí může používat MODbus sběrnici, podporující až 64 podsložek. Mezi komunikační sítí a zařízeními se používá optická izolace, aby se zabránilo vnějšímu rušení. Komunikace mezi podstanicí a centrální kontrolní místností používá průmyslovou Ethernet síť s optickým médium, s komunikační rychlostí vyšší než 1 Mbps.

2.4 Software

Systémový software může používat mainstreamové platformy s mezinárodními standardními architekturami, jako je Windows NT. Softwarové moduly by měly zahrnovat: hlavní řídící software, grafický software, software pro správu databáze, software pro generování zpráv a komunikační software.

Při výběru softwaru by měl hlavní řídící software mít vysokou míru modularizace. Vysoká modularizace umožňuje pracovníkům v terénu volat software podle podmínek na místě bez dodatečného programování, což významně snižuje operační a údržbářské zatížení dispečerů a údržbářů a zlepšuje efektivitu práce.

3. Další zvážení

Kromě toho by při výběru hardwaru pro integrovaná ochranná zařízení s mikropočítačem měly být zohledněny následující problémy:

• Použití uzavřené, zesílené obaly odolné proti silnému kmitání a rušení, s kompaktní montážní velikostí, vhodné pro tvrdé prostředí a montáž na panel.

• Použití průmyslové dvouprocesorové struktury, kde každé zařízení obsahuje hlavní CPU a komunikační CPU. Dvě CPU pracují v režimu vzájemné kontroly, což zlepšuje dobu odezvy a přesnost, prevence nesprávného fungování nebo nefungování a zvyšuje stabilitu a spolehlivost.

• Automatická kompenzace teploty v celém rozsahu umožňuje zařízení dlouhodobě fungovat v prostředí od -20°C do +60°C.

• Měřicí a ochranné signály jsou zpracovány odděleně uvnitř zařízení, což splňuje jak požadavky na přesnost, tak i požadavky na rozsah ochrany a spolehlivost.

• Použití speciálního frekvenčního vzorkovacího obvodu pro přesné sledování frekvence sítě, což zlepšuje přesnost výpočtu elektrických veličin.

• Použití optické izolace pro digitální vstup/výstup a stíněné kabely pro vnitřní kabelování skříně, což efektivně brání vnějšímu rušení a zlepšuje odolnost zařízení proti rušení.

• Použití velkoformátového LCD displeje a měkké klávesnice pro jasnější zobrazení čísel a snadnější obsluhu.

• Po komise a provozu jsou různé ochranné nastavené hodnoty uloženy digitalizovaně v EPROM, což umožňuje okamžité vyvolání po komise nebo opravě obvodu.

• Vybavení plně funkčním obvodem pro řízení vypínače, vhodné pro řízení různých typů vypínačů, což usnadňuje modernizaci podstanice.

• Má komplexní schopnosti analýzy nehod, včetně záznamů událostí ochranných akcí, záznamů překročení limitů elektrických veličin a záznamů chyb.

4. Role integrovaných ochranných zařízení s mikropočítačem v vysokonapěťových přepínačových zařízeních

Ochranná zařízení s mikropočítačem chrání proti neočekávaným situacím v obvodech. Jejich role v vysokonapěťových přepínačových zařízeních zahrnuje:

Ochranná zařízení s mikropočítačem mají výkonné schopnosti zpracování dat, logického výpočtu a ukládání informací, s pokročilými interními architekturami. Nabízejí kompletní ochranné funkce ekvivalentní tradiční reléové ochraně. Přijímáním signálů od měřicích komponent, jako jsou proudové a napěťové transformátory, zařízení může monitorovat, řídit a chránit stav obvodu – jako je ochrana před krátkým zapojením, ochrana před přetížením a ochrana před jednofázovou zemnicí.

Bez ochranných zařízení vysokonapěťová přepínačová zařízení používají relé k dosažení těchto ochranných funkcí. Moderní ochranná zařízení s mikropočítačem nabízejí zvýšené funkce, jako je snadné vzdálené řízení, komunikace s horními systémy pro přenos dat o proudu, napětí, výkonu a energii a snadné nastavení ochranných hodnot.