Comment choisir un dispositif de protection intégré par micro-ordinateur, et quelle est sa fonction dans l'armoire de distribution haute tension
1. Sélection et rôle des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur
1.1 Sélection des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur
Pour garantir qu'un dispositif de protection intégré à microprocesseur exécute correctement et avec précision ses tâches de protection par relais, la sélection lors de la conception doit prendre en compte de manière exhaustive la fiabilité, le temps de réponse, l'entretien et la mise en service, ainsi que les fonctions supplémentaires.
L'entrée de signal pour les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur est la même que pour la protection par relais traditionnelle : les signaux de tension et de courant sont introduits à partir de transformateurs de potentiel (PT) et de transformateurs de courant (CT), convertis par des émetteurs en signaux standards nécessaires au dispositif de protection, filtrés pour éliminer les harmoniques d'ordre inférieur et supérieur ainsi que d'autres interférences, puis convertis de signaux analogiques en signaux numériques par un convertisseur A/N.
Le CPU effectue des calculs sur l'entrée numérique, compare les résultats avec des valeurs prédéfinies, prend des décisions, puis décide de déclencher une alarme ou un saut. Pour satisfaire aux exigences de fiabilité, les signaux d'entrée de mesure et de protection sont traités et sortis par des unités de traitement indépendantes à l'intérieur du dispositif. Cela assure la précision de la mesure tout en offrant une marge suffisante en cas de défauts graves. La fiabilité générale de l'ingénierie est satisfaite si le dispositif ne subit pas de débordement ou de saturation A/N lorsque le courant de défaut atteint 20 fois la valeur normale.
1.2 Sélection du temps de réponse
Le flux de travail logiciel d'un dispositif de protection est généralement comme illustré dans le schéma ci-dessous :
Il est visible à partir du diagramme que le temps de réponse d'un dispositif de protection est étroitement lié au logiciel utilisé et à la méthode de calcul des grandeurs électriques, ce qui est généralement inconnu des utilisateurs.
Lors de la conception et de la sélection, nous ne pouvons juger de la qualité d'un dispositif de protection que sur la base de trois indicateurs : la précision de calcul, le temps de réponse et la charge de calcul. Ces trois facteurs sont mutuellement conflictuels : une faible précision de calcul et une petite charge de calcul conduisent à des temps de réponse plus rapides, tandis qu'une plus grande précision et une charge de calcul plus importante entraînent des temps de réponse plus lents. Généralement, pour les utilisateurs finaux d'un réseau électrique, fixer la charge de calcul à plus de 3 fois, la précision de calcul supérieure à 0,2 % et le temps de réponse maximum inférieur à 30 ms est suffisant pour répondre aux exigences typiques de l'ingénierie en termes de temps de réponse.
1.3 Sélection d'autres fonctions
Les dispositifs de protection intégrés contiennent de nombreux circuits intégrés, nécessitant un haut niveau d'expertise technique pour leur maintenance. Lors de la sélection, privilégiez les dispositifs dotés d'un matériel modulaire et standardisé, permettant de résoudre les pannes matérielles simplement en remplaçant les modules, améliorant ainsi l'efficacité du travail. De plus, le dispositif de protection devrait avoir un module EPROM intégré, permettant de stocker tous les paramètres de réglage sous forme numérique. Les personnels sur site peuvent alors facilement rappeler ces paramètres pour la mise en service de l'équipement sans reprogrammation.
Pour s'intégrer au système de surveillance automatisée global du projet, le dispositif de protection doit disposer de capacités de communication, permettant une formation facile de réseau via des bus de données et permettant la transmission des informations post-saut au système de surveillance automatisée supérieur.
2. Relation entre les dispositifs de protection intégrés et les systèmes de contrôle automatisé de l'usine
Sur la base de la configuration et des exigences de communication du système de contrôle automatisé de l'usine, le système d'automatisation pour les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur est généralement divisé en trois couches : la couche des cellules de commutation, la couche de poste, et la salle de contrôle central.
2.1 Couche des cellules de commutation
La couche des cellules de commutation est composée de divers types de dispositifs de protection intégrés à microprocesseur, installés directement sur les cellules de commutation. Chaque dispositif gère directement les signaux de mesure, de protection et de commande pour son propre armoire. Les fonctions spécifiques sont les suivantes :
(1) Armoire d'alimentation entrante
Fonctions de protection : courant instantané, courant à retardement.
Fonctions de mesure : courant triphasé, tension triphasée, puissance active/réactive, énergie active/réactive.
Fonctions de surveillance : position ouverte/fermée du disjoncteur.
Fonctions de commande : ouverture/fermeture manuelle (sur l'armoire), ouverture/fermeture à distance.
Fonctions d'alarme : saut en cas d'accident, signaux d'avertissement, statut ouvert/fermé, panne de l'appareil, enregistrement de défaut, etc.
(2) Armoire de transformateur
Fonctions de protection : courant instantané, courant à retardement, surcharge inverse, défaut monophasé, coupure par gaz lourd.
Fonctions de mesure, de surveillance et de commande : identiques à l'armoire d'alimentation entrante.
Fonctions d'alarme : saut en cas d'accident, gaz léger, alarme de température, signaux d'avertissement, statut ouvert/fermé, panne de l'appareil, enregistrement de défaut, etc.
(3) Armoire de barre de liaison
Fonctions de protection, de surveillance et de commande : identiques à l'armoire d'alimentation entrante.
Fonctions d'alarme : saut en cas d'accident, panne de l'appareil, enregistrement de défaut, etc.
(4) Armoire de moteur
Fonctions de protection : courant instantané, courant à retardement, surcharge, défaut monophasé, sous-tension, surchauffe.
Fonctions de mesure : courant triphasé, tension triphasée, puissance active/réactive, énergie active/réactive.
Fonctions de surveillance : position ouverte/fermée du disjoncteur.
Fonctions de commande : ouverture/fermeture manuelle (sur l'armoire), ouverture/fermeture à distance.
Fonctions d'alarme : saut en cas d'accident, signaux d'avertissement, statut ouvert/fermé, panne de l'appareil, enregistrement de défaut, etc.
Après l'acquisition des données dans leurs propres cellules de commutation, les dispositifs de protection transmettent les données via un bus à l'ordinateur de surveillance de la couche de poste. Ce système réduit considérablement les câbles de contrôle, raccourcit le temps de mise en service sur site et améliore l'efficacité du travail.
2.2 Couche de poste
De nombreux signaux du poste doivent être transmis à la salle de contrôle central via l'Ethernet industriel de l'usine, et les commandes de contrôle de la salle de contrôle central doivent être reçues et transmises aux dispositifs de protection. La couche de poste est généralement composée d'ordinateurs de contrôle industriels, d'imprimantes et de moniteurs. Ses principales fonctions comprennent la configuration et la gestion des dispositifs de protection des cellules de commutation, la surveillance du fonctionnement du système, l'établissement et la gestion de la base de données du poste, et la communication avec la salle de contrôle central.
En raison de la confidentialité des fabricants concernant le logiciel et les méthodes de calcul électrique de leurs dispositifs de protection, la couche de poste doit également gérer la conversion de protocoles de communication pour faciliter la transmission et la réception de signaux entre la salle de contrôle central et les dispositifs de protection.
2.3 Réseau de communication
La communication entre les cellules de commutation et le poste peut utiliser un réseau de bus MODbus, prenant en charge jusqu'à 64 stations esclaves. L'isolement optique est utilisé entre le réseau de communication et les dispositifs pour prévenir les interférences externes. La communication entre le poste et la salle de contrôle central utilise un Ethernet industriel avec un support fibre optique, avec un taux de communication supérieur à 1 Mbps.
2.4 Logiciel
Le logiciel système peut utiliser des plates-formes mainstream avec des architectures standard internationales, telles que Windows NT. Les modules logiciels devraient inclure : logiciel de contrôle principal, logiciel graphique, logiciel de gestion de base de données, logiciel de génération de rapports et logiciel de communication.
Lors de la sélection du logiciel, le logiciel de contrôle principal doit avoir un haut degré de modularité. Une forte modularité permet aux personnels sur site d'appeler le logiciel en fonction des conditions du site sans programmation supplémentaire, réduisant considérablement la charge opérationnelle et de maintenance des dispatchers et du personnel de maintenance, et améliorant l'efficacité du travail.
3. Autres considérations
De plus, les points suivants doivent être pris en compte lors de la sélection du matériel pour les dispositifs de protection intégrés à microprocesseur :
Utiliser un boîtier scellé, renforcé, résistant aux fortes vibrations et aux interférences, avec une taille d'installation compacte, adapté aux environnements difficiles et au montage sur panneau.
Utiliser une structure à double CPU de grade industriel, chaque dispositif contenant un CPU principal et un CPU de communication. Les deux CPU travaillent en mode de vérification mutuelle pour améliorer le temps de réponse et la précision, empêcher les mauvais fonctionnements ou les non-fonctionnements, et augmenter la stabilité et la fiabilité.
Compensation automatique de température sur toute la plage, permettant au dispositif de fonctionner de manière prolongée dans des environnements allant de -20°C à +60°C.
Les signaux de mesure et de protection sont traités séparément à l'intérieur du dispositif, satisfaisant aux exigences de précision et aux exigences de plage de protection et de fiabilité.
Utiliser un circuit d'échantillonnage de fréquence dédié pour suivre précisément la fréquence du réseau, rendant les calculs de grandeurs électriques plus précis.
Utiliser l'isolement optique pour les entrées/sorties numériques, et des câbles blindés pour le câblage interne de l'armoire, empêchant efficacement les interférences externes et améliorant la capacité anti-interférence du dispositif.
Utiliser un affichage LCD grand écran et un clavier souple pour une affichage numérique plus clair et une manipulation plus facile.
Après la mise en service et l'exploitation, divers paramètres de protection sont stockés de manière numérique dans l'EPROM, permettant leur rappel immédiat après la mise en service ou la réparation d'un circuit de défaut.
Équipé d'un circuit de commande de disjoncteur complet, adapté au contrôle de divers types de disjoncteurs, facilitant la rénovation du poste.
Possède des capacités d'analyse complète des accidents, y compris les enregistrements des événements d'action de protection, les enregistrements de dépassement des signaux de grandeurs électriques, et l'enregistrement de défaut.
4. Rôle des dispositifs de protection intégrés à microprocesseur dans les équipements haute tension
Les dispositifs de protection à microprocesseur protègent contre les conditions anormales dans les circuits. Leurs rôles dans les équipements haute tension incluent :
Les dispositifs de protection à microprocesseur possèdent des capacités de traitement de données, de calcul logique et de stockage d'informations puissantes, avec des architectures internes avancées. Ils offrent des fonctions de protection complètes équivalentes à la protection par relais traditionnelle. En recevant des signaux de composants de mesure tels que les transformateurs de courant et de tension, le dispositif peut surveiller, contrôler et protéger l'état du circuit, comme la protection contre les courts-circuits, la protection contre les surcharges et la protection contre les défauts monophasés.
Sans dispositifs de protection, les équipements haute tension utilisent des relais pour réaliser ces fonctions de protection. La protection moderne à microprocesseur offre des fonctionnalités améliorées, telles que le contrôle à distance facile, la communication avec les systèmes supérieurs pour transmettre les données de courant, de tension, de puissance et d'énergie, et l'ajustement pratique des paramètres de protection.
