Hoe kiest u een geïntegreerde microcomputer beschermingsapparaat en wat is zijn functie in hoogspanningsschakelkasten
1. Selectie en rol van geïntegreerde beschermingsapparatuur op microcomputerbasis
1.1 Selectie van geïntegreerde beschermingsapparatuur op microcomputerbasis
Om ervoor te zorgen dat een geïntegreerd beschermingsapparaat op microcomputerbasis correct en accuraat zijn relaisbeschermingstaken uitvoert, moet bij de selectie tijdens het ontwerp rekening worden gehouden met betrouwbaarheid, responstijd, onderhoud en inbedrijnstelling, en extra functies.
Het signaal-ingang voor geïntegreerde beschermingsapparatuur op microcomputerbasis is hetzelfde als bij traditionele relaisbescherming: spanning- en stroomsignalen worden ingevoerd via potentietransformatoren (PT's) en stroomtransformatoren (CT's), omgezet door zenders naar de standaardsignalen die vereist zijn door het beschermingsapparaat, gefilterd om lage- en hoge-orde harmonischen en andere storingen te verwijderen, en vervolgens omgezet van analoog naar digitaal door een A/D-converter.
De CPU voert berekeningen uit op de digitale ingang, vergelijkt de resultaten met vooraf ingestelde waarden, maakt oordelen en beslist vervolgens of er een alarm moet worden getriggerd of een uitschakeling moet plaatsvinden. Om aan de betrouwbaarheidsvereisten te voldoen, worden de meet- en beschermingsingangssignalen verwerkt en uitgevoerd door onafhankelijke verwerkingsunits binnen het apparaat. Dit garandeert meetnauwkeurigheid terwijl er voldoende marge wordt geboden bij ernstige storingen. Algemene ingenieursbetrouwbaarheid wordt behaald als het apparaat geen A/D-overloop of verzadiging ervaart wanneer de storingstroom 20 keer de normale waarde bereikt.
1.2 Selectie van Responstijd
De softwareworkflow van een beschermingsapparaat is over het algemeen zoals in de onderstaande figuur weergegeven:
Uit de diagramma kan worden afgeleid dat de responstijd van een beschermingsapparaat nauw verbonden is met de gebruikte software en de methode voor elektriciteitsberekening, wat gebruikers over het algemeen niet bekend is.
Tijdens het ontwerp en de selectie kunnen we slechts de kwaliteit van een beschermingsapparaat beoordelen op basis van drie indicatoren: berekeningsnauwkeurigheid, responstijd en berekeningsbelasting. Deze drie factoren botsen op elkaar: slechte berekeningsnauwkeurigheid en kleine berekeningsbelasting leiden tot snellere responstijden, terwijl hogere nauwkeurigheid en grotere berekeningsbelasting resulteren in langzamere responstijden. Over het algemeen is voor eindgebruikers van een elektriciteitsnet, het instellen van de berekeningsbelasting op meer dan 3 keer, berekeningsnauwkeurigheid hoger dan 0,2%, en maximale responstijd minder dan 30ms voldoende om de typische ingenieursvereisten voor responstijd te voldoen.
1.3 Selectie van andere functies
Geïntegreerde beschermingsapparatuur bevat talloze geïntegreerde schakelingen, waardoor een hoog technisch niveau nodig is voor het onderhoud. Bij de selectie moeten apparaten met modulaire en gestandaardiseerde hardware worden geprioritiseerd, zodat hardwarefouten simpelweg kunnen worden opgelost door modules te vervangen, waardoor de werkzaamheden efficiënter worden. Bovendien moet het beschermingsapparaat een ingebouwd EPROM-module hebben, zodat alle instelwaarden digitaal kunnen worden opgeslagen. Veldpersoneel kan deze instellingen dan gemakkelijk oproepen voor de inbedrijfstelling van de apparatuur zonder opnieuw te programmeren.
Om te integreren met het geautomatiseerde bewakingssysteem van het geheel project, moet het beschermingsapparaat communicatiecapaciteiten hebben, waardoor het gemakkelijk netwerken kan via databussen en post-trip informatie kan worden doorgestuurd naar het bovenliggende geautomatiseerde bewakingssysteem.
2. Relatie tussen geïntegreerde beschermingsapparatuur en bedrijfsbrede automatiseringssystemen
Op basis van de configuratie en communicatie-eisen van het bedrijfsautomatiseringssysteem, wordt het automatiseringssysteem voor geïntegreerde beschermingsapparatuur op microcomputerbasis over het algemeen verdeeld in drie lagen: de schakelaarlaag, substationlaag en centrale controlekamer.
2.1 Schakelaarlaag
De schakelaarlaag bestaat uit verschillende soorten geïntegreerde beschermingsapparatuur op microcomputerbasis, die direct op schakelaars zijn geïnstalleerd. Elk apparaat handelt direct de meet-, beschermings- en controlefuncties af voor de respectievelijke kast. Specifieke functies zijn als volgt:
(1) Inkomend Lijnkabinet
Beschermingsfuncties: Instantane overstroming, tijdsvertraagde overstroming.
Meetfuncties: Driefase stroom, driefase spanning, actieve/reactieve vermogen, actieve/reactieve energie.
Bewakingsfuncties: Schakelaar open/gesloten positie.
Controlefuncties: Handmatig open/sluiten (op kabinet), afstandsbediening open/sluiten.
Alarmfuncties: Uitschakeling door ongeval, waarschuwingssignalen, open/sluitstatus, apparaatfout, foutregistratie, enz.
(2) Transformatorkabinet
Beschermingsfuncties: Instantane overstroming, tijdsvertraagde overstroming, inverse-tijdoverlast, enkele fase grondfout, zware gasuitschakeling.
Meet-, Bewakings- en Controlefuncties: Zelfde als inkomend lijnkabinet.
Alarmfuncties: Uitschakeling door ongeval, licht gas, temperatuuralarm, waarschuwingssignalen, open/sluitstatus, apparaatfout, foutregistratie, enz.
(3) Buskabinet
Beschermings-, Bewakings- en Controlefuncties: Zelfde als inkomend lijnkabinet.
Alarmfuncties: Uitschakeling door ongeval, apparaatfout, foutregistratie, enz.
(4) Motorkabinet
Beschermingsfuncties: Instantane overstroming, tijdsvertraagde overstroming, overlast, enkele fase grond, onderspanning, oververhitting.
Meetfuncties: Driefase stroom, driefase spanning, actieve/reactieve vermogen, actieve/reactieve energie.
Bewakingsfuncties: Schakelaar open/gesloten positie.
Controlefuncties: Handmatig open/sluiten (op kabinet), afstandsbediening open/sluiten.
Alarmfuncties: Uitschakeling door ongeval, waarschuwingssignalen, open/sluitstatus, apparaatfout, foutregistratie, enz.
Na de gegevensverzameling binnen hun respectieve schakelaars, versturen de beschermingsapparaten de gegevens via een bus naar de bewakingscomputer op substationlaag. Dit systeem vermindert aanzienlijk de hoeveelheid controlekabels, verkort de inbedrijfstellingstermijn ter plaatse en verbetert de werkefficiëntie.
2.2 Substationlaag
Veel signalen van de substation moeten via de industriële Ethernet van het bedrijf worden doorgestuurd naar de centrale controlekamer, en de controlecommando's van de centrale controlekamer moeten worden ontvangen en doorgestuurd naar de beschermingsapparatuur. De substationlaag bestaat meestal uit industriële controlecomputers, printers en monitoren. De belangrijkste functies zijn het configureren en beheren van de beschermingsapparatuur in de schakelaars, het bewaken van het systeem, het opzetten en beheren van de database van de substation, en communiceren met de centrale controlekamer.
Vanwege de vertrouwelijkheid van fabrikanten ten aanzien van de software en elektriciteitsberekeningsmethoden van hun beschermingsapparatuur, moet de substationlaag ook zorgen voor conversie van communicatieprotocollen om signaaloverdracht en -ontvangst tussen de centrale controlekamer en de beschermingsapparatuur mogelijk te maken.
2.3 Communicatienetwerk
Communicatie tussen schakelaars en substation kan gebruikmaken van een MODbus-busnetwerk, met ondersteuning voor maximaal 64 slavenstations. Tussen het communicatienetwerk en de apparatuur wordt optische isolatie gebruikt om externe storingen te voorkomen. Communicatie tussen de substation en de centrale controlekamer vindt plaats via een industriële Ethernet met glasvezelmedia, met een communicatiesnelheid groter dan 1 Mbps.
2.4 Software
Systeemsoftware kan gebruikmaken van mainstreamplatforms met internationale standaardarchitecturen, zoals Windows NT. Softwaresmodules moeten omvatten: hoofdcontrolesoftware, grafische software, databasebeheersoftware, rapportgeneratiesoftware en communicatiesoftware.
Bij de selectie van software moet de hoofdcontrolesoftware een hoge mate van modulariteit hebben. Hoge modulariteit stelt veldpersoneel in staat om software op te roepen op basis van de situatie ter plaatse zonder extra programmering, wat aanzienlijk de operationele en onderhoudswerklast voor dispatchers en onderhoudspersoneel vermindert en de werkefficiëntie verhoogt.
3. Andere overwegingen
Daarnaast moeten de volgende punten worden opgemerkt bij de hardwareselectie voor geïntegreerde beschermingsapparatuur op microcomputerbasis:
Gebruik een gesloten, versterkte behuizing die bestand is tegen sterke trillingen en storingen, met een compacte installatiegrootte, geschikt voor ruige omstandigheden en paneelinstallatie.
Gebruik een industrieel dubbele-CPU-structuur, waarbij elk apparaat een hoofd-CPU en een communicatie-CPU bevat. De twee CPU's werken in een wederzijds inspectiemodus om de responstijd en nauwkeurigheid te verbeteren, om foute werking of het niet-opereren te voorkomen, en de stabiliteit en betrouwbaarheid te verhogen.
Volledige temperatuurautomatische compensatie stelt het apparaat in staat om langdurig te werken in omgevingen van -20°C tot +60°C.
Meet- en beschermingsignalen worden apart verwerkt binnen het apparaat, zowel de nauwkeurigheidsvereisten als de vereisten voor beschermingsbereik en betrouwbaarheid bevredigend.
Gebruik een speciale frequentie-monsterschakeling om de netfrequentie nauwkeurig te volgen, waardoor elektriciteitsberekeningen nauwkeuriger zijn.
Gebruik optische isolatie voor digitale in- en uitgangen, en geschermd kabelwerk voor interne kastbedrading, waardoor externe storingen effectief worden voorkomen en de anti-storingcapaciteit van het apparaat wordt verbeterd.
Gebruik een groot LCD-scherm en een soft toetsenbord voor duidelijker numerieke weergave en gemakkelijker bediening.
Na inbedrijfstelling en operatie worden diverse beschermingsinstelwaarden digitaal opgeslagen in EPROM, waardoor ze onmiddellijk kunnen worden teruggeroepen na inbedrijfstelling of na reparatie van een circuitfout.
Uitgerust met een volledig functioneel schakelaarbedrijfscircuit, geschikt voor het bedienen van verschillende soorten schakelaars, waardoor het gemakkelijker is om substations te renoveren.
Heeft uitgebreide ongevalsanalysecapaciteiten, inclusief beschermingsactie-evenementenlogboeken, elektriciteitsignaal-overlimietlogboeken, en foutregistratie.
4. Rol van geïntegreerde beschermingsapparatuur op microcomputerbasis in hoogspanningschakelaars
Microcomputerbeschermingsapparatuur biedt bescherming tegen afwijkende toestanden in circuits. Hun rollen in hoogspanningschakelaars omvatten:
Microcomputerbeschermingsapparatuur heeft krachtige gegevensverwerkings-, logische berekenings- en informatieopslagcapaciteiten, met geavanceerde interne architecturen. Ze bieden volledige beschermingsfuncties equivalent aan traditionele relaisbescherming. Door signalen te ontvangen van meetcomponenten zoals stroom- en spanningsgetransformeerden, kan het apparaat de circuittoestand bewaken, controleren en beschermen, zoals kortsluitingbescherming, overlastbescherming en enkele-fase-grondfoutbescherming.
Zonder beschermingsapparatuur gebruiken hoogspanningschakelaars relais om deze beschermingsfuncties te realiseren. Moderne microcomputerbescherming biedt verhoogde functionaliteit, zoals gemakkelijke afstandsbediening, communicatie met bovenliggende systemen om stroom, spanning, vermogen en energiegegevens te verzenden, en gemakkelijke aanpassing van beschermingsinstellingen.
