マイクロコンピュータ統合保護装置を選択する方法と高圧スイッチギアにおけるその機能は何ですか

1.マイクロコンピュータ統合保護装置の選択と役割

1.1 マイクロコンピュータ統合保護装置の選択

マイクロコンピュータ統合保護装置が正確かつ適切にリレープロテクションタスクを実行するためには、設計段階での選択において信頼性、応答時間、メンテナンスとコミッショニング、および追加機能を包括的に考慮する必要があります。

マイクロコンピュータ統合保護装置への信号入力は、従来のリレープロテクションと同じで、電圧信号と電流信号が電圧変換器（PT）と電流変換器（CT）から導入され、送信機によって保護装置が必要とする標準信号に変換され、低次及び高次の高調波やその他の干渉を取り除くためフィルタリングされ、その後A/Dコンバータによってデジタル信号に変換されます。

CPUはデジタル入力に対して計算を行い、結果を予め設定された値と比較し、判断を行い、アラームを発生させるかトリップするかを決定します。信頼性要件を満たすため、測定および保護入力信号は装置内の独立した処理ユニットによって処理および出力されます。これにより、測定精度が確保され、重大な障害時に十分な余裕が提供されます。通常の値の20倍の故障電流が発生してもA/Dオーバーフローまたは飽和が発生しない場合、一般的なエンジニアリングの信頼性が満たされます。

1.2 応答時間の選択

保護装置のソフトウェアワークフローは一般的に以下の図のようになります：

図から、保護装置の応答時間は使用されるソフトウェアと電気量計算方法に密接に関連しており、これは通常ユーザーには不明です。

設計と選択の段階では、計算精度、応答時間、および計算負荷という3つの指標に基づいて保護装置の品質を判断することができます。これらの3つの要素は相互に矛盾しており、計算精度が低いと計算負荷が小さくなることで応答時間が速くなりますが、高い精度と大きな計算負荷は応答時間を遅くします。一般に、電力網のエンドユーザーにとって、計算負荷を3倍以上、計算精度を0.2%以上、最大応答時間を30ms未満に設定すれば、典型的なエンジニアリング要求を満たすことができます。

1.3 その他の機能の選択

統合保護装置には多数の集積回路が含まれており、メンテナンスには高度な技術的知識が必要です。選択の際には、モジュール化および標準化されたハードウェアを持つ装置を優先すべきです。これにより、ハードウェアの故障は単にモジュールを交換することで解決でき、作業効率が向上します。さらに、保護装置にはEPROMモジュールが内蔵されており、すべての設定値をデジタル形式で保存できます。現場の作業者は設備のコミッショニング時にこれらの設定値を容易に呼び出すことができ、再プログラミングを行う必要はありません。

全体的なプロジェクト自動化監視システムとの統合のために、保護装置は通信機能を持つべきです。データバスを介してネットワークを形成しやすく、トリップ後の情報を上位の自動化監視システムに送信できるようにする必要があります。

2. 統合保護装置と全工場自動制御システムとの関係

工場自動制御システムの構成と通信要件に基づいて、マイクロコンピュータ統合保護装置の自動化システムは通常、開閉器層、変電所層、中央制御室の3層に分けられます。

2.1 開閉器層

開閉器層は、各種のマイクロコンピュータ統合保護装置で構成され、直接開閉器に設置されます。各装置はそれぞれのキャビネットの測定、保護信号、制御機能を直接処理します。具体的な機能は以下の通りです：

(1) 受電盤キャビネット

• 保護機能：瞬時過電流、時間延長過電流。

• 測定機能：三相電流、三相電圧、有効/無効電力、有効/無効エネルギー。

• 監視機能：ブレーカーの開閉位置。

• 制御機能：手動開閉（キャビネット上）、遠隔開閉。

• 警報機能：事故によるトリップ、警告信号、開閉状態、装置の故障、故障記録など。

(2) 変圧器キャビネット

• 保護機能：瞬時過電流、時間延長過電流、逆時間過負荷、一相接地故障、重ガストリップ。

• 測定、監視、制御機能：受電盤キャビネットと同じ。

• 警報機能：事故によるトリップ、軽ガス、温度警報、警告信号、開閉状態、装置の故障、故障記録など。

(3) 母線キャビネット

• 保護、監視、制御機能：受電盤キャビネットと同じ。

• 警報機能：事故によるトリップ、装置の故障、故障記録など。

(4) モータキャビネット

• 保護機能：瞬時過電流、時間延長過電流、過負荷、一相接地、低電圧、過熱。

• 測定機能：三相電流、三相電圧、有効/無効電力、有効/無効エネルギー。

• 監視機能：ブレーカーの開閉位置。

• 制御機能：手動開閉（キャビネット上）、遠隔開閉。

• 警報機能：事故によるトリップ、警告信号、開閉状態、装置の故障、故障記録など。

各開閉器内でデータ収集した後、保護装置はバスを介してデータを変電所層の監視コンピュータに送信します。このシステムにより、制御ケーブルが大幅に削減され、現場のコミッショニング時間が短縮され、作業効率が向上します。

2.2 変電所層

多くの信号が変電所から工業用イーサネットを介して中央制御室に送信され、中央制御室からの制御コマンドが受け取られて保護装置に送信されます。変電所層は通常、産業用制御コンピュータ、プリンター、およびモニターで構成されています。主な機能には、開閉器保護装置の設定と管理、システム運転の監視、変電所データベースの作成と管理、中央制御室との通信があります。

保護装置のソフトウェアと電気量計算方法についてメーカーが秘密主義を採っているため、変電所層は中央制御室と保護装置間の信号送受信のための通信プロトコル変換も処理する必要があります。

2.3 通信ネットワーク

開閉器と変電所間の通信にはMODbusバスネットワークを使用し、最大64台のスレーブステーションをサポートします。通信ネットワークと装置間には光絶縁を使用して外部干渉を防ぎます。変電所と中央制御室間の通信には光ファイバメディアを使用した産業用イーサネットを使用し、通信速度は1Mbps以上です。

2.4 ソフトウェア

システムソフトウェアはWindows NTなどの国際標準アーキテクチャを持つ主流のプラットフォームを使用できます。ソフトウェアモジュールには、マスタ制御ソフトウェア、グラフィックスソフトウェア、データベース管理ソフトウェア、レポート生成ソフトウェア、および通信ソフトウェアが含まれます。

ソフトウェアを選択する際には、マスタ制御ソフトウェアは高度なモジュール性を持つべきです。高度なモジュール性により、現場の作業者はサイトの状況に応じてソフトウェアを呼び出すことができます。これにより、ディスパッチ担当者とメンテナンススタッフの運用および保守負荷が大幅に削減され、作業効率が向上します。

3. その他の考慮事項

また、マイクロコンピュータ統合保護装置のハードウェア選択において以下のような点にも注意する必要があります：

• 強振動と干渉に耐える密封強化筐体を使用し、コンパクトな設置サイズで、過酷な環境やパネル取り付けに適しています。

• 産業用グレードのデュアルCPU構造を使用し、各装置にはメインCPUと通信CPUが含まれています。両CPUは相互検査モードで動作し、応答時間と精度を向上させ、誤動作や不動作を防止し、安定性と信頼性を高めます。

• 全範囲温度自動補償により、装置は-20°Cから+60°Cの環境下で長期的に動作可能です。

• 装置内で測定信号と保護信号を別々に処理し、精度要件と保護範囲、信頼性要件を満たします。

• 専用の周波数サンプリング回路を使用して、電力系統の周波数を正確に追跡し、電気量計算をより正確に行います。

• デジタル入出力には光絶縁を使用し、内部キャビネット配線にはシールドケーブルを使用して、外部干渉を効果的に防止し、装置のノイズ耐性を向上させます。

• 大画面LCDディスプレイとソフトキーパッドを使用して、数値表示を明確にし、操作を容易にします。

• コミッショニングおよび運転後に、各種保護設定値をEPROMにデジタル形式で保存し、コミッショニングまたは回路障害修復後に即座に呼び出すことができます。

• 全機能のブレーカー操作回路を装備し、様々なタイプのブレーカーを制御でき、変電所の改造を容易にします。

• 包括的な事故分析機能を備えており、保護動作イベント記録、電気量信号超過記録、故障記録などが含まれます。

4. マイクロコンピュータ統合保護装置の高圧開閉器における役割

マイクロコンピュータ保護装置は、回路の異常状態に対する保護を提供します。高圧開閉器における役割は以下の通りです：

マイクロコンピュータ保護装置は、強力なデータ処理、論理演算、情報蓄積能力を持ち、先進的な内部アーキテクチャを特徴としています。従来のリレープロテクションと同等の完全な保護機能を提供します。電流変換器や電圧変換器などの測定部品からの信号を受け取り、回路の状態を監視、制御、保護することができます—例えば、短絡保護、過負荷保護、一相接地故障保護など。

保護装置がない場合、高圧開閉器はリレーを使用してこれらの保護機能を達成します。現代のマイクロコンピュータ保護は、リモート制御の容易さ、上位システムとの通信による現在の電流、電圧、電力、エネルギーデータの送信、保護設定の便利な調整などの拡張機能を提供します。