Hvordan vælger man en mikrocomputer-integreret beskyttelsesenhed, og hvad er dens funktion i højspændingsafbrydere?

1. Vælg og rolle af mikrocomputerbaserede integrerede beskyttelsesenheder

1.1 Vælg mikrocomputerbaserede integrerede beskyttelsesenheder

For at sikre, at en mikrocomputerbaseret integreret beskyttelsesenhed korrekt og præcist udfører dens relæbeskyttelsesopgaver, bør udvalget under design overveje på en omfattende måde pålidelighed, reaktions tid, vedligeholdelse og indkørsel samt yderligere funktioner.

Signalindgang for mikrocomputerbaserede integrerede beskyttelsesenheder er den samme som traditionel relæbeskyttelse: spændings- og strømsignaler indføres fra potentielle transformatorer (PTs) og strømtransformatorer (CTs), konverteres af transmittere til de standardiserede signaler, der kræves af beskyttelsesenheten, filtreres for at fjerne lav- og højordens harmoniske og anden støj, og derefter konverteres fra analoge til digitale signaler af en A/D-konverter.

CPU'en udfører beregninger på den digitale indgang, sammenligner resultaterne med foruddefinerede værdier, træffer beslutninger, og bestemmer derefter, om der skal udløses en alarm eller trip. For at opfylde pålidelighedskrav behandles måling- og beskyttelsesindgangssignaler og gives ud af uafhængige behandlingsenheder i enheden. Dette sikrer målnøjagtighed, mens det giver tilstrækkelig margen under alvorlige fejl. Generel ingeniørvidenskabelig pålidelighed er opfyldt, hvis enheden ikke oplever A/D-overflow eller mætningsforhold, når fejlstrømmen når 20 gange den normale værdi.

1.2 Vælg reaktions tid

Arbejdsgangen for softwaren i en beskyttelsesenhed er generelt som vist på figuren nedenfor:

Det kan ses af diagrammet, at reaktions tiden for en beskyttelsesenhed er tæt forbundet med den anvendte software og metoden til beregning af elektriske størrelser, hvilket generelt er ukendt for brugerne.

Under design og valg kan vi kun vurdere kvaliteten af en beskyttelsesenhed baseret på tre indikatorer: beregningsnøjagtighed, reaktions tid og beregningsbelastning. Disse tre faktorer er gensidigt modstridende: dårlig beregningsnøjagtighed og lille beregningsbelastning fører til hurtigere reaktions tid, mens højere nøjagtighed og større beregningsbelastning resulterer i langsommere reaktions tid. Generelt er det tilstrækkeligt for slutbrugere af et energinet at sætte beregningsbelastningen til mere end 3 gange, beregningsnøjagtighed højere end 0,2 %, og maksimal reaktions tid mindre end 30 ms for at opfylde typiske ingeniørvidenskabelige krav til reaktions tid.

1.3 Vælg andre funktioner

Integrerede beskyttelsesenheder indeholder mange integrerede kredsløb, hvilket kræver højt teknisk niveau for vedligeholdelse. Under valg bør man prioritere enheder med modulare og standardiserede hardwarekomponenter, så hardwaresvigt kan løses ved blot at skifte moduler, hvilket forbedrer arbejdseffektiviteten. Desuden bør beskyttelsesenheten have en indbygget EPROM-module, som gør det muligt at gemme alle indstillingsværdier digitalt. Feltarbejdere kan herefter nemt genkalde disse indstillinger til udstyrskommissionering uden at skulle genprogrammere.

For at kunne integreres i det overordnede projekts automatiske overvågningssystem, bør beskyttelsesenheten have kommunikationsmuligheder, der gør det let at danne netværk via databusser og tillader, at information efter trip kan sendes til det overordnede automatiske overvågningssystem.

2. Forhold mellem integrerede beskyttelsesenheder og fabrikstotal automatiske kontrolleringssystemer

Baseret på konfigurationen og kommunikationskravene for fabriksautomatiksystemet, er systemet for mikrocomputerbaserede integrerede beskyttelsesenheder generelt opdelt i tre lag: switchgear-lag, underværfts-lag og central kontrolrum.

2.1 Switchgear-lag

Switchgear-laget består af forskellige typer mikrocomputerbaserede integrerede beskyttelsesenheder, direkte monteret på switchgear. Hver enhed håndterer direkte måling, beskyttelsessignaler og kontrolfunktioner for sin respektive skab. Specifikke funktioner er følgende:

(1) Indgangsskab

• Beskyttelsesfunktioner: Straks overstrøm, forsinket overstrøm.

• Målingsfunktioner: Tre-fase strøm, tre-fase spænding, aktiv/reactiv effekt, aktiv/reactiv energi.

• Overvågningsfunktioner: Kontaktor åben/lukket position.

• Kontrolfunktioner: Manuel åben/lukket (på skab), fjernåben/lukket.

• Alarmfunktioner: Trip pga. ulykke, advarsels signaler, åben/lukket status, enhedsfejl, fejlregistrering mv.

(2) Transformer-skab

• Beskyttelsesfunktioner: Straks overstrøm, forsinket overstrøm, invers tidsoverlast, en-fase jordfejl, tung gas trip.

• Målings-, overvågnings- og kontrolfunktioner: Samme som indgangsskab.

• Alarmfunktioner: Trip pga. ulykke, let gas, temperaturalarm, advarsels signaler, åben/lukket status, enhedsfejl, fejlregistrering mv.

(3) Busbar-skab

• Beskyttelses-, overvågnings- og kontrolfunktioner: Samme som indgangsskab.

• Alarmfunktioner: Trip pga. ulykke, enhedsfejl, fejlregistrering mv.

(4) Motor-skab

• Beskyttelsesfunktioner: Straks overstrøm, forsinket overstrøm, overlast, en-fase jord, undervoltage, overophedning.

• Målingsfunktioner: Tre-fase strøm, tre-fase spænding, aktiv/reactiv effekt, aktiv/reactiv energi.

• Overvågningsfunktioner: Kontaktor åben/lukket position.

• Kontrolfunktioner: Manuel åben/lukket (på skab), fjernåben/lukket.

• Alarmfunktioner: Trip pga. ulykke, advarsels signaler, åben/lukket status, enhedsfejl, fejlregistrering mv.

Efter dataindsamling i deres respektive switchgears, transmitterer beskyttelsesenhederne data via en bus til overvågningscomputeren i underværfts-laget. Dette system reducerer betydeligt kontrolkabler, forkorter kommissioneerings tiden på stedet, og forbedrer arbejds effektiviteten.

2.2 Underværfts-lag

Mange signaler fra underværftet skal transmitteres til det centrale kontrolrum via fabrikkens industrielle Ethernet, og kontrolkommandoer fra det centrale kontrolrum skal modtages og sendes til beskyttelsesenhederne. Underværfts-laget består typisk af industrielle kontrolcomputere, printere og monitore. Dets primære funktioner inkluderer konfiguration og administration af switchgear-beskyttelsesenheder, overvågning af systemdrift, oprettelse og administration af underværfts-database, samt kommunikation med det centrale kontrolrum.

På grund af producenters fortrolighed angående softwaren og beregningsmetoderne for deres beskyttelsesenheder, skal underværfts-laget også håndtere konvertering af kommunikationsprotokoller for at facilitere signaltransmission og -modtagelse mellem det centrale kontrolrum og beskyttelsesenhederne.

2.3 Kommunikationsnetværk

Kommunikation mellem switchgear og underværft kan bruge et MODbus busnetværk, der understøtter op til 64 slave stationer. Optisk isolation anvendes mellem kommunikationsnetværket og enhederne for at forhindre ekstern støj. Kommunikation mellem underværftet og det centrale kontrolrum bruger et industriel Ethernet med fiber-optisk medium, med en kommunikationsrate større end 1 Mbps.

2.4 Software

Systemsoftware kan bruge mainstream platforme med internationale standardarkitekturer, som Windows NT. Softwaremoduler bør inkludere: hovedkontrolsoftware, grafiksoftware, databaseadministrationssoftware, rapportgenereringssoftware og kommunikationssoftware.

Når man vælger software, bør hovedkontrolsoftwaren have en høj grad af modularitet. Høj modularitet gør det muligt for feltarbejdere at kalde software baseret på stedets forhold uden yderligere programmering, hvilket betydeligt reducerer drifts- og vedligeholdelses arbejdsbyrden for dispatchere og vedligeholdelsespersonale og forbedrer arbejds effektiviteten.

3. Andre overvejelser

Desuden bør følgende problemer bemærkes under hardwarevalg for mikrocomputerbaserede integrerede beskyttelsesenheder:

• Brug en forseglet, forstærket beholder, der er resistenter mod stærk vibration og støj, med kompakt installationsstørrelse, egnet til hårde miljøer og panelmontering.

• Brug en industriel to-CPU-struktur, hvor hver enhed indeholder en hoved-CPU og en kommunikations-CPU. De to CPU'er arbejder i en gensidig inspektionstilstand for at forbedre reaktions tid og nøjagtighed, forhindre fejlhandling eller manglende handling, og øge stabilitet og pålidelighed.

• Fuld temperaturautomatisk kompensation gør det muligt for enheden at operere længe i miljøer fra -20°C til +60°C.

• Måling- og beskyttelsessignaler behandles separat inden for enheden, der opfylder både nøjagtigheds krav og krav til beskyttelsesområde og pålidelighed.

• Brug en dedikeret frekvensprøvetagningssirkuit for at præcis spore nettets frekvens, hvilket gør beregninger af elektriske størrelser mere præcise.

• Brug optisk isolation for digital input/output, og skjult kabler for interne skabe kablings, effektivt forhindrer ekstern støj og forbedrer enhedens anti-støj kapacitet.

• Brug stor LCD-display og blød tastatur for klarere numerisk visning og nemmere operation.

• Efter komissionering og drift, gemmes forskellige beskyttelsesindstillingsværdier digitalt i EPROM, hvilket gør det muligt at genkalde dem straks efter komissionering eller kredsløbsfejlreparation.

• Udstyret med en fuldt funktionsdygtig kredsløbskontrol cirkuit, egnet til kontrol af forskellige typer kredsløbskontroller, forenkler underværftsmodernisering.

• Har komplet ulykkesanalysekapacitet, herunder beskyttelseshandlings begivenhedsrecord, elektriske størrelser signal overgrænsere record, og fejl registrering.

4. Rolle af mikrocomputerbaserede integrerede beskyttelsesenheder i højspændings switchgear

Mikrocomputerbeskyttelsesenheder beskytter mod anormale forhold i kredsløb. Deres roller i højspændings switchgear inkluderer:

Mikrocomputerbeskyttelsesenheder har kraftfulde data behandlings, logiske beregninger, og informationslagring evner, med avancerede interne arkitektur. De tilbyder komplette beskyttelsesfunktioner, der svarer til traditionel relæbeskyttelse. Ved at modtage signaler fra målekomponenter som strøm- og spændingstransformatorer, kan enheden overvåge, kontrollere og beskytte kredsløbs tilstanden—som kortslutningsbeskyttelse, overlastbeskyttelse, og en-fase jordfejlbeskyttelse.

Uden beskyttelsesenheder, bruger højspændings switchgear relæer for at opnå disse beskyttelsesfunktioner. Moderne mikrocomputerbeskyttelse tilbyder forbedrede funktioner, som nem fjernkontrol, kommunikation med overordnede systemer for at sende strøm, spænding, effekt, og energidata, samt bekvem justering af beskyttelsesindstillinger.