Hogyan válasszunk mikroszámítógépes integrált védelmi eszközt és mi a funkciója a magasfeszültségű kapcsolókészülékekben?

1. Mikrokomputeres integrált védelmi eszközök kiválasztása és szerepe

1.1 Mikrokomputeres integrált védelmi eszközök kiválasztása

A mikrokomputeres integrált védelmi eszközök megfelelő és pontos működésének biztosításához a tervezés során a megbízhatóság, a válaszidő, a karbantartás és beüzemelés, valamint a további funkciók szempontjait kell átfogóan figyelembe venni.

A mikrokomputeres integrált védelmi eszközök jelbeviteli módja ugyanaz, mint a hagyományos relévédelemnél: a feszültség- és áramerősségekből (PT-k és CT-k) származó jelek átalakulnak a védelmi eszköz által igényelt standard jelre, szűrőkkel távolítják el a rendszer alacsony- és magasrendű harmonikusokat és egyéb zavaró jeleket, majd analóg-digitális (A/D) konverterrel átalakítják digitális jelekké.

A CPU a digitális bemenetre végzi a számításokat, összehasonlítja az eredményeket a beállított értékekkel, dönt, majd eldönti, hogy riasztást vagy kihaltatást indítson-e. A megbízhatósági követelmények teljesítése érdekében a mérési és védelmi bemeneti jelek független feldolgozó egységekkel vannak kezelve az eszközön belül. Ez garantálja a mérési pontosságot, és elegendő tartalékot biztosít súlyos hibáknál. Általánosságban a berendezés akkor teljesíti a mérnöki megbízhatósági követelményt, ha 20-szeres normál értékű hibajáram mellett nem lép fel A/D túlcsordulás vagy telítettség.

1.2 Válaszidő kiválasztása

Egy védelmi eszköz szoftveres munkafolyamata általában a következő ábrán látható módon alakul:

Az ábrából látható, hogy a védelmi eszköz válaszideje szorosan összefügg a használt szoftverrel és az elektromos mennyiségek számítási módjával, amely általában a felhasználók számára ismeretlen.

A tervezés és kiválasztás során csak három mutató alapján tudjuk megítélni a védelmi eszköz minőségét: a számítási pontosság, a válaszidő és a számítási terhelés. Ezek három tényező között ellentmondás áll fenn: rossz számítási pontosság és kis számítási terhelés gyorsabb válaszidőt eredményez, míg nagyobb pontosság és nagyobb számítási terhelés lassabb válaszidőt. Általában a hálózat végfelhasználói számára 3-nál nagyobb számítási terhelés, 0,2%-nál nagyobb számítási pontosság, és 30 ms-nél rövidebb maximális válaszidő elegendő a tipikus mérnöki követelmények teljesítéséhez a válaszidő tekintetében.

1.3 További funkciók kiválasztása

Az integrált védelmi eszközök több integrált áramkörrel rendelkeznek, ami technikai szakértelmet igényel a karbantartás során. A kiválasztás során előnyben részesíteni kell a moduláris és szabványosított hardvert, mivel a hardverhiba esetén a modulok cseréjével oldható meg, így javítva a munka hatékonyságát. Emellett a védelmi eszköznek beépített EPROM modullal kell rendelkeznie, hogy minden beállítási értéket digitálisan tárolhasson. Így a helyszíni személyzet könnyen visszaállíthatja ezeket a beállításokat a berendezés beüzemelése vagy hibajavítása után, anélkül, hogy új programozásra lenne szükség.

A teljes projekt automatizált monitorozó rendszerének integrálása érdekében a védelmi eszköznek kommunikációs képességekkel kell rendelkeznie, hogy könnyen hálózathoz lehessen csatlakoztatni adatbuszon keresztül, és a kihaltatási információkat az üzemirányító rendszerhez lehessen továbbítani.

2. Integrált védelmi eszközök és a telepirodalom teljes automatizált ellenőrző rendszere közötti kapcsolat

A telepirodalom automatizált ellenőrző rendszerének konfigurációjának és kommunikációs követelményeinek megfelelően a mikrokomputeres integrált védelmi eszközök automatizált rendszere általában három rétegre oszlik: a vezetékes réteg, az áramelosztó réteg és a központi ellenőrző szoba.

2.1 Vezetékes réteg

A vezetékes réteg különböző típusú mikrokomputeres integrált védelmi eszközökből áll, amelyek közvetlenül a vezetékes berendezésekre vannak telepítve. Minden eszköz közvetlenül kezeli a mérési, védelmi jeleket és irányítási funkciókat a saját szekrényében. Az alábbiakban a specifikus funkciók találhatók:

(1) Belső vezeték szekrény

• Védelmi funkciók: Pillanatos túláram, időzített túláram.

• Mérési funkciók: Háromfázisú áram, háromfázisú feszültség, aktív/reaktív teljesítmény, aktív/reaktív energia.

• Figyelési funkciók: Áramkapcsoló nyitva/zárva pozíciója.

• Irányítási funkciók: Kézi nyitás/zárás (szekrényen), távoli nyitás/zárás.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti kihaltatás, figyelmeztető jelzések, nyitva/zárva állapot, eszközhiba, hibarekord, stb.

(2) Transzformátor szekrény

• Védelmi funkciók: Pillanatos túláram, időzített túláram, inverz-időbeli túlerőterhelés, egyfázisú földhelyzet, nehéz gáz kihaltatás.

• Mérési, figyelési és irányítási funkciók: Ugyanazok, mint a belső vezeték szekrényében.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti kihaltatás, könnyű gáz, hőmérsékleti riasztás, figyelmeztető jelzések, nyitva/zárva állapot, eszközhiba, hibarekord, stb.

(3) Fővezeték szekrény

• Védelmi, figyelési és irányítási funkciók: Ugyanazok, mint a belső vezeték szekrényében.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti kihaltatás, eszközhiba, hibarekord, stb.

(4) Motor szekrény

• Védelmi funkciók: Pillanatos túláram, időzített túláram, túlerőterhelés, egyfázisú földhelyzet, alacsony feszültség, túlzott hőmérséklet.

• Mérési funkciók: Háromfázisú áram, háromfázisú feszültség, aktív/reaktív teljesítmény, aktív/reaktív energia.

• Figyelési funkciók: Áramkapcsoló nyitva/zárva pozíciója.

• Irányítási funkciók: Kézi nyitás/zárás (szekrényen), távoli nyitás/zárás.

• Riasztási funkciók: Hiba miatti kihaltatás, figyelmeztető jelzések, nyitva/zárva állapot, eszközhiba, hibarekord, stb.

A védelmi eszközök a saját vezetékes berendezéseikből adatgyűjtést végeznek, majd buszon keresztül továbbítják az adatokat az áramelosztó rétegben lévő monitorozó számítógéphez. Ez a rendszer jelentősen csökkenti a vezérlőkábeleket, rövidíti a helyszíni beüzemelési időt, és javítja a munka hatékonyságát.

2.2 Áramelosztó réteg

Számos jel az áramelosztóból a telepirodalom ipari Etherneten keresztül a központi ellenőrző szobába kell továbbítani, és a központi ellenőrző szobából származó irányítási parancsokat a védelmi eszközöknek kell megkapniuk. Az áramelosztó réteg általában ipari számítógépek, nyomtatók és kijelzők alkotják. Fő funkciói a vezetékes védelmi eszközök beállítása és kezelése, a rendszer működésének figyelése, az áramelosztó adatbázisának kialakítása és kezelése, valamint a központi ellenőrző szobával való kommunikáció.

Mivel a gyártók biztonsági okokból a védelmi eszközök szoftvereit és elektromos számítási módjait titkosítják, az áramelosztó rétegnél kommunikációs protokollkonverzióra van szükség, hogy lehetővé tegye a központi ellenőrző szoba és a védelmi eszközök közötti jelküldés és fogadás.

2.3 Kommunikációs hálózat

A vezetékes berendezések és az áramelosztó közötti kommunikáció MODbus buszhálózaton keresztül történhet, amely legfeljebb 64 alrendszerre képes. A kommunikációs hálózat és a berendezések között optikai izoláció használatával megakadályozzák a külső zavaró jeleket. Az áramelosztó és a központi ellenőrző szoba közötti kommunikáció ipari Ethernettel történik, optikai médiummal, ahol a kommunikációs sebesség nagyobb, mint 1 Mbps.

2.4 Szoftver

A rendszer szoftvere nemzetközi szabványos architektúrával rendelkező főstream platformokat használhat, mint például a Windows NT. A szoftvermodulok a következőket kell, hogy tartalmazzák: fővezérlő szoftver, grafikus szoftver, adatbázis-kezelő szoftver, jelentéskészítő szoftver, kommunikációs szoftver.

A szoftver kiválasztásakor a fővezérlő szoftvernek magas moduláris szintet kell, hogy biztosítson. A magas moduláris szint lehetővé teszi a helyszíni személyzet számára, hogy a helyi körülményeknek megfelelően hívja fel a szoftvert, anélkül, hogy további programozásra volna szükség, jelentősen csökkentve az üzemeltetési és karbantartási munkaterhelést, és javítva a munka hatékonyságát.

3. Egyéb megfontolandók

Továbbá, a mikrokomputeres integrált védelmi eszközök hardverének kiválasztásakor a következők figyelembe vételére van szükség:

• Zárt, erősített burkolattal, amely ellenáll a heves rezgéseknek és zavaró jeleknek, kompakt telepítési mérettel, alkalmas kemény környezeti feltételekhez és panel telepítéshez.

• Ipari minőségű két-CPU szerkezettel, ahol minden eszközben egy fő CPU és egy kommunikációs CPU található. A két CPU együttműködik ellenőrzési módban, javítva a válaszidőt és a pontosságot, megelőzi a hibás működést vagy a működésképtelenséget, növelve a stabilizmust és a megbízhatóságot.

• Teljes tartományú hőmérsékleti automatikus kompenzáció, amely lehetővé teszi, hogy a berendezés -20°C és +60°C közötti hőmérsékletű környezetben hosszú ideig működjön.

• A mérési és védelmi jelek függetlenül vannak kezelve a berendezésen belül, amely kielégíti a pontossági követelményeket, valamint a védelem hatálya és megbízhatósága szempontjait.

• Kifejezetten frekvencia-mintavételezési áramkör használata, hogy pontosan követhesse a hálózat frekvenciáját, így a mérési mennyiségek számítása pontatlanabb lesz.

• A digitális bemenetek és kimenetek optikai izolációval vannak ellátva, és a szekrény belső vezetékei fedett kábelekből készültek, amelyek hatékonyan megakadályozzák a külső zavaró jeleket, és javítják a berendezés zavarmentességét.

• Nagy képernyőjű LCD kijelző és puha gombbal rendelkezik, ami világosabb számjegyeket és könnyebb műveleteket tesz lehetővé.

• A beüzemelés és a működés után a különböző védelmi beállítási értékek digitálisan tárolódnak az EPROM-ban, így azonnal visszaállíthatók a beüzemelés vagy a hiba javítása után.

• Teljes körű áramkapcsoló műveleti áramkörrel rendelkezik, amely alkalmas különböző típusú áramkapcsolók ellenőrzésére, és megkönnyíti a telepirodalom modernizálását.

• Teljes körű baleset elemzési képességekkel rendelkezik, beleértve a védelmi műveletek eseményrekordjait, az elektromos mennyiségek túllépési rekordjait, és a hibarekordokat.

4. A mikrokomputeres integrált védelmi eszközök szerepe a magasfeszültségű vezetékes berendezésekben

A mikrokomputeres védelmi eszközök a körökben fellépő rendellenességeket ellenzik. A magasfeszültségű vezetékes berendezésekben a szerepük a következő:

A mikrokomputeres védelmi eszközök erős adatfeldolgozási, logikai számítási és információ-tárolási képességekkel rendelkeznek, fejlett belső architektúrával. Teljes védelmi funkciókat nyújtanak, amelyek ekvivalensek a hagyományos relévédelemmel. Mérőalkotók, mint például a feszültség- és áramerősségekből származó jelek fogadásával a berendezés képes a kör állapotának figyelésére, ellenőrzésére és védelmére, mint például a rövidzárlat-védelem, a túlerőterhelés-védelem és az egyfázisú földhelyzet-védelem.

A védelmi eszközök nélkül a magasfeszültségű vezetékes berendezések relékkel valósítják meg ezeket a védelmi funkciókat. A modern mikrokomputeres védelem további funkciókat is nyújt, mint például a könnyű távoli ellenőrzés, a felső szintű rendszerekkel való kommunikáció, amely áram, feszültség, teljesítmény és energia adatokat továbbít, valamint a védelmi beállítások kényelmes beállítása.