איך לבחור מכשיר הגנה ממוזג מחשב, ומה היא תפקידה בציוד סלילים ברמה גבוהה?

1. בחירת ותפקיד מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים

1.1 בחירת מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים

כדי להבטיח שמכשיר הגנה ממוזג ממוחשב יבצע את משימות ההגנה שלו בצורה נכונה ומדויקת, במהלך התכנון יש להתייחס באופן מקיף לאמינות, זמן התגובה, תחזוקה והפעלה, ופונקציות נוספות.

כניסת האותות למכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים היא כזו של הגנה רשתית מסורתית: אותות מתח וזרם מוזרקים מהטרנספורמיטורים הפוטנציאליים (PTs) והטרנספורמיטורים הזרמים (CTs), מומרים על ידי מוסרים לאותות סטנדרטיים הנדרשים על ידי מכשיר ההגנה, מופרדים כדי להסיר הרמוניות מסדר נמוך ומגבוה ופרעות אחרות, ואז מומרים מאנלוגיים לדיגיטליים על ידי ממיר A/D.

ה-CPU מבצע חישובים על הכניסה הדיגיטלית, משווה את התוצאות עם ערכים מוגדרים מראש, מחליט, ואז קובע אם להפעיל אזעקה או ניתוק. כדי לעמוד בדרישות האמינות, אותות הכניסה המדידה וההגנה מעובדים ויוצאים על ידי יחידות עיבוד עצמאיות בתוך המכשיר. זה מבטיח דיוק מדידה ומספק שולי בטיחות מספיקים במהלך תקלות חמורות. אמינות הנדסית כללית היא מספקת אם המכשיר אינו חווה גלישה או השביעה של הממיר A/D כאשר זרם התקלה מגיע ל-20 פעמים בערך הנורמלי.

1.2 בחירת זמן התגובה

תהליך העבודה של תוכנת הגנה הוא בדרך כלל כפי שמוצג בתמונה להלן:

ניתן לראות מהדיאגרמה שהזמן לתגובה של מכשיר הגנה קשור באופן הדוק לתוכנה המשמשת ולשיטת החישוב של הכמות החשמלית, שרוב המשתמשים אינם מכירים אותה.

במהלך התכנון והבחירה, אנחנו יכולים לשפוט את איכות מכשיר הגנה רק על בסיס שלושה מדדים: דיוק החישוב, זמן התגובה, ונטל החישוב. שלושה גורמים אלה הם סותרים זה את זה: דיוק חישוב נמוך ונטל חישוב קטן מובילים לזמן תגובה מהיר יותר, בעוד דיוק גבוה ונטל חישוב גדול מובילים לזמן תגובה איטי יותר. בדרך כלל, עבור משתמשי קצה של רשת חשמל, הגדרת נטל חישוב גדול מ-3, דיוק חישוב גבוה מ-0.2%, וזמן תגובה מרבי של פחות מ-30 מילישניות מספקים כדי לעמוד בדרישות הנדסיות טיפוסיות לזמן תגובה.

1.3 בחירת פונקציות נוספות

מכשירי הגנה ממוזגים מכילים מספר רב של מעגלים משולבים, הדורשים מיומנות טכנית גבוהה לתחזוקה. במהלך הבחירה, יש לתת עדיפות למכשירים בעלי חומרה מודולרית וסטנדרטית, המאפשרת פתרון תקלות חומרה על ידי החלפת מודולים בלבד, ובכך לשפר את יעילות העבודה. בנוסף, מכשיר ההגנה צריך להכיל מודול EPROM, המאפשר אחסון דיגיטלי של כל ערכי ההגנה. אנשי השדה יכולים אז להחזיר את הערכים הללו בקלות לצורך הפעלת הציוד מבלי לבצע תכנות מחדש.

כדי להתאימם למערכת הבקרה האוטומטית הכללית, מכשירי ההגנה צריכים להיות בעלי יכולות תקשורת, המאפשרות בניית רשת בקלות באמצעות אוטובוס נתונים ומאפשרות העברת מידע לאחר ניתוק לעילית מערכת הבקרה האוטומטית.

2. הקשר בין מכשירי הגנה ממוזגים למערכות בקרה אוטומטיות של מפעל

על בסיס הקונפיגורציה והדרישות התקשורתיות של מערכת הבקרה האוטומטית במפעל, מערכת האוטומציה של מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים מתחלקת בדרך כלל לשלוש שכבות: שכבה של ציוד מתנד, שכבה של תחנת משנה, ומשרדי הבקרה המרכזית.

2.1 שכבה של ציוד מתנד

שכבת הציוד המתנד מורכבת ממספר סוגים של מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים, מותקנים ישירות על הציוד המתנד. כל מכשיר מטפל ישירות במדידה, אותות הגנה ופונקציות בקרה עבור תיבה מסוימת. הפונקציות הספציפיות הן כדלקמן:

(1) תיבת כניסה

• פונקציות הגנה: זרם מידי, זרם מ稽核提示：看起来翻译在中途被截断了，我将继续完成剩余部分的翻译。 (1) 入线柜 - 保护功能：瞬时过流、延时过流。 - 测量功能：三相电流、三相电压、有功/无功功率、有功/无功电能。 - 监控功能：断路器开/合位置。 - 控制功能：手动开/合（机柜上）、远程开/合。 - 报警功能：事故跳闸、告警信号、开/合状态、设备故障、故障录波等。 (2) 变压器柜 - 保护功能：瞬时过流、延时过流、反时限过载、单相接地故障、重瓦斯跳闸。 - 测量、监控和控制功能：同入线柜。 - 报警功能：事故跳闸、轻瓦斯、温度报警、告警信号、开/合状态、设备故障、故障录波等。 (3) 母线柜 - 保护、监控和控制功能：同入线柜。 - 报警功能：事故跳闸、设备故障、故障录波等。 (4) 电机柜 - 保护功能：瞬时过流、延时过流、过载、单相接地、欠压、过热。 - 测量功能：三相电流、三相电压、有功/无功功率、有功/无功电能。 - 监控功能：断路器开/合位置。 - 控制功能：手动开/合（机柜上）、远程开/合。 - 报警功能：事故跳闸、告警信号、开/合状态、设备故障、故障录波等。 各自开关柜内的数据采集后，保护装置通过总线将数据传输到变电站层的监控计算机。该系统大大减少了控制电缆，缩短了现场调试时间，提高了工作效率。 **2.2 变电站层** 许多来自变电站的信号需要通过工厂的工业以太网传输到中央控制室，并且需要接收来自中央控制室的控制命令并发送给保护装置。变电站层通常由工业控制计算机、打印机和显示器组成。其主要功能包括配置和管理开关柜保护装置、监控系统运行、建立和管理变电站数据库以及与中央控制室通信。 由于制造商对保护装置的软件和电气计算方法保密，变电站层还必须处理通信协议转换，以便在中央控制室和保护装置之间进行信号传输和接收。 **2.3 通信网络** 开关柜与变电站之间的通信可以使用支持多达64个从站的MODbus总线网络。通信网络与设备之间采用光隔离，防止外部干扰。变电站与中央控制室之间的通信使用光纤介质的工业以太网，通信速率大于1 Mbps。 **2.4 软件** 系统软件可以使用国际标准架构的主流平台，如Windows NT。软件模块应包括：主控软件、图形软件、数据库管理软件、报表生成软件和通信软件。 在选择软件时，主控软件应具有高度模块化。高模块化允许现场人员根据现场条件调用软件而无需额外编程，从而显著减少调度员和维护人员的操作和维护工作量，提高工作效率。 **3. 其他考虑因素** 此外，在选择微机综合保护装置的硬件时，还应注意以下问题： - 使用密封、加固的外壳，抗强振动和干扰，安装尺寸紧凑，适合恶劣环境和面板安装。 - 使用工业级双CPU结构，每个装置包含一个主CPU和一个通信CPU。两个CPU以互检模式工作，提高响应时间和精度，防止误操作或不动作，增强稳定性和可靠性。 - 全范围温度自动补偿，使装置能在-20°C至+60°C的环境中长期运行。 - 装置内部测量和保护信号分别处理，满足精度要求及保护范围和可靠性的要求。 - 使用专用频率采样电路精确跟踪电网频率，使电量计算更准确。 - 数字输入/输出采用光电隔离，柜内布线采用屏蔽电缆，有效防止外部干扰，提高装置的抗干扰能力。 - 使用大屏幕LCD显示屏和软键盘，数字显示更清晰，操作更方便。 - 调试运行后，各种保护设定值存储在EPROM中，便于调试或电路故障修复后立即调用。 - 配备全功能断路器操作回路，适用于控制各种类型的断路器，便于变电站改造。 - 具有全面的事故分析能力，包括保护动作事件记录、电量信号越限记录和故障录波。 **4. 微机综合保护装置在高压开关柜中的作用** 微机保护装置用于保护电路中的异常情况。它们在高压开关柜中的作用包括： - 微机保护装置具有强大的数据处理、逻辑计算和信息存储能力，具有先进的内部架构。它们提供完整的保护功能，相当于传统的继电保护。通过接收来自电流和电压互感器等测量组件的信号，装置可以监测、控制和保护电路状态——例如短路保护、过载保护和单相接地故障保护。 - 如果没有保护装置，高压开关柜使用继电器来实现这些保护功能。现代微机保护提供了增强的功能，如易于远程控制、与上级系统通信以传输电流、电压、功率和能量数据，以及方便调整保护设置。 以下是希伯来语翻译：

  1. בחירת ותפקיד מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים

  1.1 בחירת מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים

  כדי להבטיח שמכשיר הגנה ממוזג ממוחשב יבצע את משימות ההגנה שלו בצורה נכונה ומדויקת, במהלך התכנון יש להתייחס באופן מקיף לאמינות, זמן התגובה, תחזוקה והפעלה, ופונקציות נוספות.

  כניסת האותות למכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים היא כזו של הגנה רשתית מסורתית: אותות מתח וזרם מוזרקים מהטרנספורמיטורים הפוטנציאליים (PTs) והטרנספורמיטורים הזרמים (CTs), מומרים על ידי מוסרים לאותות סטנדרטיים הנדרשים על ידי מכשיר ההגנה, מופרדים כדי להסיר הרמוניות מסדר נמוך ומגבוה ופרעות אחרות, ואז מומרים מאנלוגיים לדיגיטליים על ידי ממיר A/D.

  ה-CPU מבצע חישובים על הכניסה הדיגיטלית, משווה את התוצאות עם ערכים מוגדרים מראש, מחליט, ואז קובע אם להפעיל אזעקה או ניתוק. כדי לעמוד בדרישות האמינות, אותות הכניסה המדידה וההגנה מעובדים ויוצאים על ידי יחידות עיבוד עצמאיות בתוך המכשיר. זה מבטיח דיוק מדידה ומספק שולי בטיחות מספיקים במהלך תקלות חמורות. אמינות הנדסית כללית היא מספקת אם המכשיר אינו חווה גלישה או השביעה של הממיר A/D כאשר זרם התקלה מגיע ל-20 פעמים בערך הנורמלי.

  

  1.2 בחירת זמן התגובה

  תהליך העבודה של תוכנת הגנה הוא בדרך כלל כפי שמוצג בתמונה להלן:

  ניתן לראות מהדיאגרמה שהזמן לתגובה של מכשיר הגנה קשור באופן הדוק לתוכנה המשמשת ולשיטת החישוב של הכמות החשמלית, שרוב המשתמשים אינם מכירים אותה.

  במהלך התכנון והבחירה, אנחנו יכולים לשפוט את איכות מכשיר הגנה רק על בסיס שלושה מדדים: דיוק החישוב, זמן התגובה, ונטל החישוב. שלושה גורמים אלה הם סותרים זה את זה: דיוק חישוב נמוך ונטל חישוב קטן מובילים לזמן תגובה מהיר יותר, בעוד דיוק גבוה ונטל חישוב גדול מובילים לזמן תגובה איטי יותר. בדרך כלל, עבור משתמשי קצה של רשת חשמל, הגדרת נטל חישוב גדול מ-3, דיוק חישוב גבוה מ-0.2%, וזמן תגובה מרבי של פחות מ-30 מילישניות מספקים כדי לעמוד בדרישות הנדסיות טיפוסיות לזמן תגובה.

  1.3 בחירת פונקציות נוספות

  מכשירי הגנה ממוזגים מכילים מספר רב של מעגלים משולבים, הדורשים מיומנות טכנית גבוהה לתחזוקה. במהלך הבחירה, יש לתת עדיפות למכשירים בעלי חומרה מודולרית וסטנדרטית, המאפשרת פתרון תקלות חומרה על ידי החלפת מודולים בלבד, ובכך לשפר את יעילות העבודה. בנוסף, מכשיר ההגנה צריך להכיל מודול EPROM, המאפשר אחסון דיגיטלי של כל ערכי ההגנה. אנשי השדה יכולים אז להחזיר את הערכים הללו בקלות לצורך הפעלת הציוד מבלי לבצע תכנות מחדש.

  כדי להתאימם למערכת הבקרה האוטומטית הכללית, מכשירי ההגנה צריכים להיות בעלי יכולות תקשורת, המאפשרות בניית רשת בקלות באמצעות אוטובוס נתונים ומאפשרות העברת מידע לאחר ניתוק לעילית מערכת הבקרה האוטומטית.

  2. הקשר בין מכשירי הגנה ממוזגים למערכות בקרה אוטומטיות של מפעל

  על בסיס הקונפיגורציה והדרישות התקשורתיות של מערכת הבקרה האוטומטית במפעל, מערכת האוטומציה של מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים מתחלקת בדרך כלל לשלוש שכבות: שכבה של ציוד מתנד, שכבה של תחנת משנה, ומשרדי הבקרה המרכזית.

  2.1 שכבה של ציוד מתנד

  שכבת הציוד המתנד מורכבת ממספר סוגים של מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים, מותקנים ישירות על הציוד המתנד. כל מכשיר מטפל ישירות במדידה, אותות הגנה ופונקציות בקרה עבור תיבה מסוימת. הפונקציות הספציפיות הן כדלקמן:

  (1) תיבת כניסה

  • פונקציות הגנה: זרם מידי, זרם מוגבל בזמן.

  • פונקציות מדידה: זרם שלושה פאזות, מתח שלושה פאזות, עוצמת חשמל פעילה/לא פעילה, אנרגיה פעילה/לא פעילה.

  • פונקציות מוניטורינג: מצב פתיחה/סגירה של קוטף.

  • פונקציות בקרה: פתיחה/סגירה ידנית (על התיבה), פתיחה/סגירה מרוחקת.

  • פונקציות אזעקה: ניתוק עקב תאונה, אותות אזהרה, מצב פתיחה/סגירה, תקלה באחד המכשירים, הקלטה של תקלות, וכדומה.

  (2) תיבת טרנספורמיטור

  • פונקציות הגנה: זרם מידי, זרם מוגבל בזמן, עומס הפוך, התקלה חד-פאזית, ניתוק עקב גז כבד.

  • פונקציות מדידה, מוניטורינג ובקרה: אותו הדבר כמו תיבת כניסה.

  • פונקציות אזעקה: ניתוק עקב תאונה, גז קל, אזהרת טמפרטורה, אותות אזהרה, מצב פתיחה/סגירה, תקלה באחד המכשירים, הקלטה של תקלות, וכדומה.

  (3) תיבת מחלקה

  • פונקציות הגנה, מוניטורינג ובקרה: אותו הדבר כמו תיבת כניסה.

  • פונקציות אזעקה: ניתוק עקב תאונה, תקלה באחד המכשירים, הקלטה של תקלות, וכדומה.

  (4) תיבת מנוע

  • פונקציות הגנה: זרם מידי, זרם מוגבל בזמן, עומס, התקלה חד-פאזית, מתח נמוך, חום יתר.

  • פונקציות מדידה: זרם שלושה פאזות, מתח שלושה פאזות, עוצמת חשמל פעילה/לא פעילה, אנרגיה פעילה/לא פעילה.

  • פונקציות מוניטורינג: מצב פתיחה/סגירה של קוטף.

  • פונקציות בקרה: פתיחה/סגירה ידנית (על התיבה), פתיחה/סגירה מרוחקת.

  • פונקציות אזעקה: ניתוק עקב תאונה, אותות אזהרה, מצב פתיחה/סגירה, תקלה באחד המכשירים, הקלטה של תקלות, וכדומה.

  לאחר איסוף הנתונים בתוך ציוד המתנד, מכשירי ההגנה מעבירים את הנתונים דרך אוטובוס למחשב המוניטור בשכבת תחנת המשנה. מערכת זו מפחיתה משמעותית את כבלים שליטה, מקצרת את זמן ההתקנה במקום, ומגדילה את יעילות העבודה.

  2.2 שכבה של תחנת המשנה

  רבים מהאותות מתחנת המשנה צריכים להועבר לחדר הבקרה המרכזי דרך אינטרנט תעשייתי של המפעל, והפקודות הבקרה מהחדר הבקרה המרכזי צריכות לקבל ולהועבר למכשירי ההגנה. שכבה של תחנת המשנה בדרך כלל כוללת מחשבים שליטה תעשייתית, מדפסות ומדפים. הפונקציות העיקריות שלה כוללות תצורה וניהול מכשירי הגנה בשכבת הציוד המתנד, מוניטורינג של פעולת המערכת, בניית וניהול בסיס נתונים של תחנת המשנה, והתקשורת עם חדר הבקרה המרכזי.

  בשל הסודיות של יצרנים לגבי התוכנה ושיטת החישוב החשמלי של מכשירי ההגנה שלהם, שכבה של תחנת המשנה חייבת גם להתמודד עם המרה של פרוטוקולי תקשורת כדי לאפשר העברת אותות קבלה בין חדר הבקרה המרכזי למכשירי ההגנה.

  2.3 רשת תקשורת

  התקשורת בין ציוד המתנד ותחנת המשנה יכולה להשתמש ברשת אוטובוס MODbus שתומכת עד 64 תחנות עבד. יש שימוש בבודד אור בין רשת התקשורת למכשירים כדי למנוע הפרעה חיצונית. התקשורת בין תחנת המשנה לחדר הבקרה המרכזי משתמשת באינטראנט תעשייתי עם מדיה אופטית, עם קצב תקשורת מעל 1 Mbps.

  2.4 תוכנה

  תוכנת מערכת יכולה להשתמש בפלטפורמות מרכזיות עם ארכיטקטורת תקן בינלאומי, כגון Windows NT. מודולי התוכנה צריכים לכלול: תוכנת שליטה ראשית, תוכנת גרפיקה, תוכנת ניהול בסיס נתונים, תוכנת יצירה של דוחות ותוכנת תקשורת.

  בבחירת תוכנה, תוכנת השליטה הראשית צריכה להיות מאוד מודולרית. מודולריות גבוהה מאפשרת לצוות השדה לקרוא לתוכנה בהתאם לתנאי האתר ללא תכנות נוסף, מה שמצמצם באופן משמעותי את עומס העבודה של מתאם וצוותי תחזוקה ומרחיב את יעילות העבודה.

  

  3. התחשבויות נוספות

  בנוסף, יש להתייחס לנקודות הבאות במהלך בחירת החומרה עבור מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים:

  • שימוש במעטפת סגורה ומוגנת, עמידה בנעילה חזקה והפרעה, עם מימדי התקנה קומפקטיים, מתאימה לסביבות קשות ותאימות להתקנה על לוחות.

  • שימוש בהתקן CPU כפול ברמה תעשייתית, שכל מכשיר מכיל CPU ראשי ו-CPU תקשורת. שני ה-CPUs עובדים באופן של בדיקה הדדית כדי לשפר את זמן התגובה והדיוק, למנוע פעולה שגויה או אי פעולה, ולהגביר יציבות ואמינות.

  • פיצוי טמפרטורה מלא בתחום הטמפרטורה מאפשר למכשיר לפעול לאורך זמן בסביבות מ-20°C עד +60°C.

  • אותות מדידה והגנה מעובדים בנפרד בתוך המכשיר, מקיימים את דרישות הדיוק ואת דרישות טווח ההגנה והאמינות.

  • שימוש במעגל דגימה תדרי מוקדש כדי לעקוב בדיוק אחרי תדר הרשת, מה שמקל על חישוב כמות חשמלית במדויק.

  • שימוש בבודד אור עבור כניסת/יציאת דיגיטלי, ובקابلים מגינים לתפזורת פנימית של התיבה, מונעים בצורה יעילה הפרעות חיצוניות ומגדילים את יכולת ההגנה של המכשיר.

  • שימוש במסך LCD גדול ומקלדת רכה לתצוגה ברורה יותר של מספרים ולפעולת יותר קלה.

  • לאחר התקנה ופעולה, ערכי ההגנה השונים נשמרים בצורה דיגיטלית בEPROM, מאפשרים קריאה מיידית לאחר התקנה או תיקון תקלה במעגל.

  • ציוד במעגל פעולה מלא לקוטף, מתאים לשליטה בכמה סוגי קוטפים, מקל על שדרוג תחנת המשנה.

  • יש לו יכולת ניתוח תקלות מלאה, כולל רישום אירועים של פעולה הגנה, רישום של אותות כמות חשמלית מעל גבול, והקלטת תקלות.

  4. תפקיד מכשירי הגנה ממוזגים ממוחשבים בציוד מתנד מתח גבוה

  מכשירי הגנה ממוחשבים מגינים על מצבים חריגים במעגלים. תפקידם בציוד מתנד מתח גבוה כולל:

  מכשירי הגנה ממוחשבים בעלי יכולות עיבוד נתונים, חישוב לוגי וхранение информации, с передовой внутренней архитектурой. Они обеспечивают полный набор функций защиты, аналогичных традиционной релейной защите. Принимая сигналы от измерительных компонентов, таких как трансформаторы тока и напряжения, устройство может мониторить, контролировать и защищать состояние цепи — например, защита от короткого замыкания, перегрузки и однофазного заземления. Без устройств защиты высоковольтное оборудование использует реле для выполнения этих защитных функций. Современные микрокомпьютерные устройства защиты предоставляют расширенные функции, такие как легкое дистанционное управление, связь с вышестоящими системами для передачи данных о токе, напряжении, мощности и энергии, а также удобная настройка параметров защиты. **4. Роль микрокомпьютерных интегрированных устройств защиты в высоковольтных шкафах** Микрокомпьютерные устройства защиты предназначены для защиты от аномальных состояний в цепях. Их роль в высоковольтных шкафах включает: - Микрокомпьютерные устройства защиты обладают мощными возможностями обработки данных,