Como seleccionar un dispositivo de protección integrada por microordenador e cal é a súa función no armario de maniobra de alta tensión
1. Selección e función dos dispositivos de protección integrada por microordenador
1.1 Selección de dispositivos de protección integrada por microordenador
Para asegurar que un dispositivo de protección integrada por microordenador cumpra correctamente e con precisión as súas tarefas de protección relé, durante o deseño debe considerarse comprehensivamente a fiabilidade, o tempo de resposta, a manutención e a puesta en marcha, así como as funcións adicionais.
A entrada de sinais para os dispositivos de protección integrada por microordenador é a mesma que na protección relé tradicional: os sinais de voltaxe e corrente son introducidos dende transformadores de potencial (PTs) e transformadores de corrente (CTs), convertidos por transmisores nos sinais estándar requireidos polo dispositivo de protección, filtrados para eliminar harmónicos de baixo e alto orde e outras interferencias, e entón convertidos de analóxicos a dixitais por un conversor A/D.
O CPU realiza cálculos sobre a entrada dixital, compara os resultados cos valores predefinidos, toma decisións e decide se activar unha alarma ou un salto. Para satisfacer os requisitos de fiabilidade, os sinais de entrada de medida e protección son procesados e saídos por unidades de procesamento independentes dentro do dispositivo. Isto asegura a precisión da medida mentres proporciona unha margen suficiente durante fallos graves. A fiabilidade xeral da enxeñaría está satisfeita se o dispositivo non experimenta un desbordamento A/D ou saturación cando a corrente de fallo alcanza 20 veces o valor normal.
1.2 Selección do tempo de resposta
O fluxo de traballo do software dun dispositivo de protección é xeralmente como se mostra na figura a seguir:
Pódese ver no diagrama que o tempo de resposta dun dispositivo de protección está estreitamente relacionado co software usado e co método de cálculo das magnitudes eléctricas, que xeralmente é descoñecido para os usuarios.
Durante o deseño e selección, só podemos xulgar a calidade dun dispositivo de protección baseándonos en tres indicadores: precisión de cálculo, tempo de resposta e carga computacional. Estes tres factores son mutuamente conflitantes: unha baixa precisión de cálculo e unha pequena carga computacional conducen a tempos de resposta máis rápidos, mentres que unha maior precisión e unha maior carga computacional resultan en respostas máis lentas. Xeralmente, para os usuarios finais dunha rede eléctrica, establecer a carga computacional a máis de 3 veces, a precisión de cálculo superior ao 0,2% e o tempo de resposta máximo inferior a 30 ms é suficiente para satisfacer os requisitos típicos de enxeñaría en tempo de resposta.
1.3 Selección de outras funcións
Os dispositivos de protección integrada contén numerosos circuitos integrados, requirindo un alto nivel de pericia técnica para a súa manutención. Durante a selección, débense priorizar dispositivos con hardware modular e estandarizado, permitindo que os fallos de hardware sexan resoltos simplemente substituíndo módulos, mellorando así a eficiencia do traballo. Ademais, o dispositivo de protección debe ter un módulo EPROM incorporado, permitindo que todos os valores de configuración se almacenen dixitalmente. O persoal de campo pode entón recuperar facilmente estas configuracións para a puesta en marcha do equipo sen necesidade de reprogramación.
Para integrarse co sistema de monitorización automatizada do proxecto, o dispositivo de protección debe ter capacidades de comunicación, permitindo a formación fácil de redes a través de barras de datos e permitindo a transmisión de información pos-salto ao sistema de monitorización automatizada superior.
2. Relación entre os dispositivos de protección integrada e os sistemas de control de automatización a nivel de instalación
Baseándose na configuración e nos requisitos de comunicación do sistema de control de automatización da instalación, o sistema de automatización para dispositivos de protección integrada por microordenador xeralmente está dividido en tres capas: a capa de armarios, a capa de subestación e a sala de control central.
2.1 Capa de armarios
A capa de armarios consiste en diversos tipos de dispositivos de protección integrada por microordenador, instalados directamente nos armarios. Cada dispositivo maneja directamente as señales de medida, protección e control para o seu respectivo armario. As funcións específicas son as seguintes:
(1) Armario de entrada
Funcións de protección: Sobrecorrente instantánea, sobrecorrente con retardo.
Funcións de medida: Corrente trifásica, voltaxe trifásica, potencia activa/reactiva, enerxía activa/reactiva.
Funcións de monitorización: Posición do interruptor aberto/cerrado.
Funcións de control: Apertura/pechado manual (no armario), apertura/pechado remoto.
Funcións de alarma: Salto debido a un accidente, señales de aviso, estado de apertura/pechado, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
(2) Armario de transformador
Funcións de protección: Sobrecorrente instantánea, sobrecorrente con retardo, sobrecarga inversa, fallo a terra monofásico, salto por gas pesado.
Funcións de medida, monitorización e control: As mesmas que no armario de entrada.
Funcións de alarma: Salto debido a un accidente, gas lixeiro, alarma de temperatura, señales de aviso, estado de apertura/pechado, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
(3) Armario de barra
Funcións de protección, monitorización e control: As mesmas que no armario de entrada.
Funcións de alarma: Salto debido a un accidente, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
(4) Armario de motor
Funcións de protección: Sobrecorrente instantánea, sobrecorrente con retardo, sobrecarga, fallo a terra monofásico, subvoltaxe, sobrecalentamento.
Funcións de medida: Corrente trifásica, voltaxe trifásica, potencia activa/reactiva, enerxía activa/reactiva.
Funcións de monitorización: Posición do interruptor aberto/cerrado.
Funcións de control: Apertura/pechado manual (no armario), apertura/pechado remoto.
Funcións de alarma: Salto debido a un accidente, señales de aviso, estado de apertura/pechado, fallo do dispositivo, rexistro de fallos, etc.
Despois da adquisición de datos nos seus respectivos armarios, os dispositivos de protección transmiten os datos a través de un bus ao ordenador de monitorización na capa de subestación. Este sistema reduce significativamente os cabos de control, acorta o tempo de puesta en marcha no local e mellora a eficiencia do traballo.
2.2 Capa de subestación
Numerosos sinais da subestación deben ser transmitidos á sala de control central a través do Ethernet industrial da instalación, e as ordes de control da sala de control central deben ser recibidas e enviadas aos dispositivos de protección. A capa de subestación xeralmente consiste en ordenadores de control industrial, impresoras e monitores. As súas funcións principais inclúen a configuración e xestión dos dispositivos de protección dos armarios, a monitorización do funcionamento do sistema, a creación e xestión da base de datos da subestación, e a comunicación coa sala de control central.
Debido á confidencialidade dos fabricantes respecto ao software e aos métodos de cálculo eléctrico dos seus dispositivos de protección, a capa de subestación tamén debe encargarse da conversión de protocolos de comunicación para facilitar a transmisión e recepción de sinais entre a sala de control central e os dispositivos de protección.
2.3 Rede de comunicación
A comunicación entre os armarios e a subestación pode usar unha rede de bus MODbus, admitindo ata 64 estacións esclavas. Utilízase aislamento óptico entre a rede de comunicación e os dispositivos para evitar interferencias externas. A comunicación entre a subestación e a sala de control central usa un Ethernet industrial con medios de fibra óptica, con unha taxa de comunicación superior a 1 Mbps.
2.4 Software
O software do sistema pode usar plataformas mainstream con arquitecturas estándar internacionais, como Windows NT. Os módulos de software deben incluír: software de control maestro, software gráfico, software de xestión de bases de datos, software de xeración de informes e software de comunicación.
Ao seleccionar o software, o software de control maestro debe ter un alto grao de modularidade. A alta modularidade permite ao persoal de campo invocar o software segundo as condicións do sitio sen necesidade de programación adicional, reducindo significativamente a carga operativa e de manutención para os despachadores e o persoal de manutención e mellorando a eficiencia do traballo.
3. Outras consideracións
Ademais, debense ter en conta os seguintes asuntos durante a selección de hardware para dispositivos de protección integrada por microordenador:
Usar unha carcasa selada e reforzada resistente a vibracións fortes e interferencias, con un tamaño de instalación compacto, adecuada para entornos adversos e montaxe en painel.
Usar unha estrutura de doble CPU de grado industrial, con cada dispositivo contendo un CPU principal e un CPU de comunicación. Os dous CPUs traballan en modo de inspección mútua para mellorar o tempo de resposta e a precisión, previnir a maloperación ou a falta de operación, e aumentar a estabilidade e a fiabilidade.
Compensación térmica automática de rango completo que permite que o dispositivo opere a longo prazo en entornos desde -20°C a +60°C.
As señales de medida e protección son procesadas separadamente dentro do dispositivo, satisfacendo tanto os requisitos de precisión como os requisitos de rango de protección e fiabilidade.
Usar un circuito de muestreo de frecuencia dedicado para rastrear con precisión a frecuencia da rede, facendo que os cálculos de magnitudes eléctricas sexan máis precisos.
Usar aislamiento óptico para a entrada/saída dixital e cables blindados para o cableado interno do armario, evitando eficazmente as interferencias externas e mellorando a capacidade de antifallos do dispositivo.
Usar unha pantalla LCD de gran tamaño e un teclado blando para unha visualización numérica máis clara e unha operación máis sinxela.
Despois da puesta en marcha e operación, os diversos valores de configuración de protección están almacenados dixitalmente en EPROM, permitindo a súa recuperación inmediata despois da puesta en marcha ou reparación de fallos de circuito.
Equipado con un circuito de operación de interruptor de barra totalmente funcional, adecuado para controlar varios tipos de interruptores, facilitando a reforma da subestación.
Dispón de capacidades completas de análise de accidentes, incluíndo rexistros de eventos de acción de protección, rexistros de señales de magnitudes eléctricas superiores ao límite e rexistro de fallos.
4. Papel dos dispositivos de protección integrada por microordenador nas armaduras de alta tensión
Os dispositivos de protección por microordenador protegen contra condicións anómalas nos circuitos. Os seus papeis nas armaduras de alta tensión inclúen:
Os dispositivos de protección por microordenador posúen poderosas capacidades de procesamento de datos, cálculo lóxico e almacenamento de información, caracterizando por arquitecturas internas avanzadas. Ofrecen funcións de protección completas equivalentes á protección relé convencional. Recibindo sinais de componentes de medida como transformadores de corrente e voltaxe, o dispositivo pode monitorizar, controlar e protexer o estado do circuito, como a protección contra curto-circuito, sobrecarga e fallo a terra monofásico.
Sen dispositivos de protección, as armaduras de alta tensión usan relés para lograr estas funcións de protección. A protección moderna por microordenador ofrece funcionalidades melloradas, como un control remoto fácil, comunicación con sistemas superiores para transmitir datos de corrente, voltaxe, potencia e enerxía, e un ajuste conveniente dos valores de protección.
