Bagaimana untuk memilih peranti perlindungan mikrokomputer terintegrasi dan apakah fungsinya dalam peralatan pemutus litar tegangan tinggi

1. Pilihan dan Peranan Peranti Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer

1.1 Pilihan Peranti Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer

Untuk memastikan peranti perlindungan terintegrasi mikrokomputer dapat melaksanakan tugas perlindungan relai dengan betul dan tepat, pilihan semasa reka bentuk harus mempertimbangkan secara menyeluruh kebolehpercayaan, masa respons, pemeliharaan dan komisen, serta fungsi tambahan.

Input isyarat untuk peranti perlindungan terintegrasi mikrokomputer adalah sama seperti perlindungan relai tradisional: isyarat voltan dan arus diperkenalkan dari transformator potensi (PT) dan transformator arus (CT), diubah oleh penghantar menjadi isyarat standard yang diperlukan oleh peranti perlindungan, disaring untuk menghilangkan harmonik rendah dan tinggi serta gangguan lain, kemudian diubah daripada isyarat analog kepada digital oleh pemukim A/D.

CPU melakukan pengiraan pada input digital, membandingkan hasilnya dengan nilai yang ditetapkan, membuat keputusan, dan kemudian memutuskan sama ada akan memicu alaram atau trip. Untuk memenuhi keperluan kebolehpercayaan, isyarat input pengukuran dan perlindungan diproses dan dihasilkan oleh unit pemprosesan bebas dalam peranti. Ini memastikan ketepatan pengukuran sambil memberikan margin yang mencukupi semasa kegagalan serius. Kebolehpercayaan enjinering umum dipenuhi jika peranti tidak mengalami overflow A/D atau jemu apabila arus kegagalan mencapai 20 kali nilai normal.

1.2 Pilihan Masa Respons

Aliran kerja perisian peranti perlindungan biasanya seperti ditunjukkan dalam gambarajah di bawah:

Dapat dilihat dari gambarajah bahawa masa respons peranti perlindungan berkait rapat dengan perisian yang digunakan dan kaedah pengiraan kuantiti elektrik, yang biasanya tidak diketahui oleh pengguna.

Semasa reka bentuk dan pilihan, kita hanya boleh menilai kualiti peranti perlindungan berdasarkan tiga penunjuk: ketepatan pengiraan, masa respons, dan beban pengiraan. Tiga faktor ini saling bertentangan: ketepatan pengiraan yang buruk dan beban pengiraan yang kecil mengakibatkan masa respons yang lebih cepat, manakala ketepatan yang lebih tinggi dan beban pengiraan yang lebih besar mengakibatkan masa respons yang lebih lambat. Secara umumnya, untuk pengguna akhir grid kuasa, menetapkan beban pengiraan lebih daripada 3 kali, ketepatan pengiraan lebih daripada 0.2%, dan masa respons maksimum kurang daripada 30ms sudah mencukupi untuk memenuhi keperluan enjinering biasa bagi masa respons.

1.3 Pilihan Fungsi Lain

Peranti perlindungan terintegrasi mengandungi banyak litar terpadu, memerlukan kepakaran teknikal yang tinggi untuk pemeliharaan. Semasa pilihan, utamakan peranti dengan perkakasan modul dan piawai, membolehkan kesalahan perkakasan diselesaikan dengan hanya menggantikan modul, meningkatkan kecekapan kerja. Selain itu, peranti perlindungan harus mempunyai modul EPROM binaan, membolehkan semua nilai set disimpan secara digital. Staf lapangan boleh mengingati set ini dengan mudah untuk komisen peralatan tanpa perlu pemrograman semula.

Untuk diintegrasikan dengan sistem pemantauan automatik projek keseluruhan, peranti perlindungan harus mempunyai kemampuan komunikasi, membolehkan pembentukan rangkaian dengan mudah melalui bas data dan membolehkan maklumat selepas trip dihantar ke sistem pemantauan automatik aras atas.

2. Hubungan antara Peranti Perlindungan Terintegrasi dan Sistem Kawalan Automatik Keseluruhan Kilang

Berdasarkan konfigurasi dan keperluan komunikasi sistem kawalan automatik kilang, sistem automatik untuk peranti perlindungan terintegrasi mikrokomputer biasanya dibahagikan kepada tiga lapisan: lapisan switchgear, lapisan substation, dan bilik kawalan pusat.

2.1 Lapisan Switchgear

Lapisan switchgear terdiri daripada pelbagai jenis peranti perlindungan terintegrasi mikrokomputer, dipasang secara langsung pada switchgear. Setiap peranti menangani secara langsung isyarat pengukuran, perlindungan, dan fungsi kawalan untuk kabinet masing-masing. Fungsi spesifik adalah seperti berikut:

(1) Kabinet Jalur Masuk

• Fungsi Perlindungan: Arus melebihi had segera, arus melebihi had dengan penundaan.

• Fungsi Pengukuran: Arus tiga fasa, voltan tiga fasa, kuasa aktif/tidak aktif, tenaga aktif/tidak aktif.

• Fungsi Pemantauan: Posisi buka/tutup pemutus litar.

• Fungsi Kawalan: Buka/tutup manual (di kabinet), buka/tutup jarak jauh.

• Fungsi Alaram: Trip akibat kemalangan, isyarat amaran, status buka/tutup, ralat peranti, rekod ralat, dll.

(2) Kabinet Transformator

• Fungsi Perlindungan: Arus melebihi had segera, arus melebihi had dengan penundaan, overload waktu songsang, ralat tanah satu fasa, trip gas berat.

• Fungsi Pengukuran, Pemantauan, dan Kawalan: Sama seperti kabinet jalur masuk.

• Fungsi Alaram: Trip akibat kemalangan, gas ringan, alaram suhu, isyarat amaran, status buka/tutup, ralat peranti, rekod ralat, dll.

(3) Kabinet Busbar

• Fungsi Perlindungan, Pemantauan, dan Kawalan: Sama seperti kabinet jalur masuk.

• Fungsi Alaram: Trip akibat kemalangan, ralat peranti, rekod ralat, dll.

(4) Kabinet Motor

• Fungsi Perlindungan: Arus melebihi had segera, arus melebihi had dengan penundaan, overload, ralat tanah satu fasa, undervoltage, overheat.

• Fungsi Pengukuran: Arus tiga fasa, voltan tiga fasa, kuasa aktif/tidak aktif, tenaga aktif/tidak aktif.

• Fungsi Pemantauan: Posisi buka/tutup pemutus litar.

• Fungsi Kawalan: Buka/tutup manual (di kabinet), buka/tutup jarak jauh.

• Fungsi Alaram: Trip akibat kemalangan, isyarat amaran, status buka/tutup, ralat peranti, rekod ralat, dll.

Selepas pengumpulan data dalam switchgear masing-masing, peranti perlindungan menghantar data melalui bus ke komputer pemantauan di lapisan substation. Sistem ini sangat mengurangkan kabel kawalan, memendekkan masa komisen di tapak, dan meningkatkan kecekapan kerja.

2.2 Lapisan Substation

Banyak isyarat dari substation perlu dihantar ke bilik kawalan pusat melalui Ethernet industri kilang, dan arahan kawalan dari bilik kawalan pusat perlu diterima dan dihantar ke peranti perlindungan. Lapisan substation biasanya terdiri daripada komputer kawalan industri, pencetak, dan monitor. Fungsi utamanya termasuk konfigurasi dan pengurusan peranti perlindungan switchgear, pemantauan operasi sistem, penubuhan dan pengurusan pangkalan data substation, dan komunikasi dengan bilik kawalan pusat.

Oleh kerana kerahsiaan pengeluar terhadap perisian dan kaedah pengiraan kuantiti elektrik peranti perlindungan mereka, lapisan substation juga harus menangani penukaran protokol komunikasi untuk memudahkan penghantaran dan penerimaan isyarat antara bilik kawalan pusat dan peranti perlindungan.

2.3 Rangkaian Komunikasi

Komunikasi antara switchgear dan substation boleh menggunakan rangkaian bus MODbus, menyokong sehingga 64 stesen hamba. Isolasi optik digunakan antara rangkaian komunikasi dan peranti untuk mencegah gangguan luar. Komunikasi antara substation dan bilik kawalan pusat menggunakan Ethernet industri dengan media fiber optik, dengan kadar komunikasi lebih daripada 1 Mbps.

2.4 Perisian

Perisian sistem boleh menggunakan platform utama dengan arkitektur standard antarabangsa, seperti Windows NT. Modul perisian harus termasuk: perisian kawalan utama, perisian grafik, perisian pengurusan pangkalan data, perisian generasi laporan, dan perisian komunikasi.

Semasa pilihan perisian, perisian kawalan utama harus mempunyai tahap modular yang tinggi. Modularitas yang tinggi membolehkan staf lapangan memanggil perisian berdasarkan keadaan tapak tanpa pemrograman tambahan, mengurangkan beban operasi dan pemeliharaan bagi pengaturcara dan staf pemeliharaan secara signifikan, dan meningkatkan kecekapan kerja.

3. Pertimbangan Lain

Selain itu, isu-isu berikut harus diperhatikan semasa pemilihan perkakasan untuk peranti perlindungan terintegrasi mikrokomputer:

• Gunakan rangka tertutup, diperkuat, tahan getaran dan gangguan yang kuat, dengan saiz pemasangan yang padat, sesuai untuk persekitaran yang keras dan pemasangan panel.

• Gunakan struktur CPU ganda industri, dengan setiap peranti mengandungi CPU utama dan CPU komunikasi. Dua CPU bekerja dalam mod inspeksi bersama untuk meningkatkan masa respons dan ketepatan, mencegah maloperasi atau gagal operasi, dan meningkatkan kestabilan dan kebolehpercayaan.

• Pengimbangan suhu seluruh rentang membolehkan peranti beroperasi jangka panjang dalam persekitaran dari -20°C hingga +60°C.

• Isyarat pengukuran dan perlindungan diproses secara berasingan dalam peranti, memenuhi keperluan ketepatan dan keperluan lingkup perlindungan dan kebolehpercayaan.

• Gunakan litar sampel frekuensi khusus untuk mengikuti frekuensi grid dengan tepat, membuat pengiraan kuantiti elektrik lebih tepat.

• Gunakan isolasi optik untuk input/output digital, dan kabel terselubung untuk pengkabelan dalam kabinet, secara efektif mencegah gangguan luar dan meningkatkan kebolehpercayaan peranti terhadap gangguan.

• Gunakan paparan LCD layar besar dan keypad lembut untuk paparan angka yang lebih jelas dan operasi yang lebih mudah.

• Setelah komisen dan operasi, pelbagai nilai set perlindungan disimpan secara digital dalam EPROM, membolehkan pemanggilan segera selepas komisen atau pembaikan litar ralat.

• Dilengkapi dengan litar operasi pemutus litar yang lengkap, sesuai untuk mengawal pelbagai jenis pemutus litar, memudahkan penyempurnaan substation.

• Mempunyai kemampuan analisis kemalangan yang lengkap, termasuk rekod peristiwa tindakan perlindungan, rekod isyarat kuantiti elektrik melebihi had, dan rekod ralat.

4. Peranan Peranti Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer dalam Peralatan Switchgear Tekanan Tinggi

Peranti perlindungan mikrokomputer melindungi terhadap keadaan abnormal dalam litar. Peranan mereka dalam peralatan switchgear tekanan tinggi termasuk:

Peranti perlindungan mikrokomputer mempunyai keupayaan pemprosesan data, pengiraan logik, dan penyimpanan maklumat yang kuat, dengan arkitektur dalaman yang canggih. Mereka menawarkan fungsi perlindungan yang lengkap setara dengan perlindungan relai tradisional. Dengan menerima isyarat dari komponen pengukuran seperti transformator arus dan voltan, peranti dapat memantau, mengawal, dan melindungi keadaan litar—seperti perlindungan short-circuit, perlindungan overload, dan perlindungan ralat tanah satu fasa.

Tanpa peranti perlindungan, peralatan switchgear tekanan tinggi menggunakan relai untuk mencapai fungsi perlindungan ini. Perlindungan mikrokomputer moden memberikan fungsi tambahan, seperti kawalan jarak jauh yang mudah, komunikasi dengan sistem aras atas untuk menghantar data arus, voltan, kuasa, dan tenaga, serta penyesuaian mudah set perlindungan.