Kako izbrati mikro računalniško integrirano zaščitno napravo in kaj je njena funkcija v visokonapetostnem preklopniku?
1. Izbira in vloga mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav
1.1 Izbira mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav
Za zagotovitev, da mikro računalniška integrirana zaščitna naprava pravilno in natančno izvaja svoje delo relne zaščite, mora pri izbiri ob upoštevanju vseh vidikov, kot so zanesljivost, odzivni čas, vzdrževanje in komisija, ter dodatne funkcije.
Vhodni signal za mikro računalniške integrirane zaščitne naprave je enak kot pri tradicionalni relni zaščiti: napetostne in tokovne signale uvedemo s potencialnih preoblikovalnikov (PT) in tokovnih preoblikovalnikov (CT), pretvorimo jih s pretvorniki v standardne signale, ki jih zahteva zaščitna naprava, filtriramo, da odstranimo nizko- in visoko-redne harmonike ter drugo motnjo, nato pa jih z A/D pretvornikom pretvorimo iz analognih v digitalne signale.
CPU izvaja izračune na digitalnem vhodu, primerja rezultate z prednastavljenimi vrednostmi, sprejme odločitve in nato odloči, ali naj se aktivira alarm ali preklop. Za zadostitev zahtev glede zanesljivosti so merilni in zaščitni vhodni signali obdelani in izvedeni z neodvisnimi procesorskimi enotami znotraj naprave. To zagotavlja natančnost meritve in hkrati dovolj večji prostor med težkimi napakami. Splošna inženirska zanesljivost je zadovoljena, če naprava ne doživi preplnilosti A/D ali nasititve, ko doseže višino strmin 20-krat večjo od normalne vrednosti.
1.2 Izbira odzivnega časa
Programski postopek zaščitne naprave je na splošno tak, kot je prikazano na spodnjem diagramu:
Iz diagrama lahko opazimo, da je odzivni čas zaščitne naprave tesno povezan s programskim orodjem in načinom izračuna električnih količin, kar je na splošno neznano uporabnikom.
Pri načrtovanju in izbiri lahko kakovost zaščitne naprave ocenimo le po treh kazalnikih: natančnost izračuna, odzivni čas in računsko breme. Ti tri faktorji so med seboj vzajemno protislovni: slaba natančnost izračuna in majhno računsko breme pripeljata do hitrejšega odzivnega časa, medtem ko višja natančnost in večje računsko breme pripeljata do počasnejšega odzivnega časa. Na splošno je za končne uporabnike omrežja strmi, da je postavitev računskega bremena večja od 3-krat, natančnost izračuna višja od 0,2 % in največji odzivni čas manjši od 30 ms dovolj za zadostitev tipičnih inženirskih zahtev glede odzivnega časa.
1.3 Izbira drugih funkcij
Integrirane zaščitne naprave vsebujejo veliko integriranih vezij, za njihovo vzdrževanje pa je potrebno visoko tehnično znanje. Pri izbiri morajo biti prednostne naprave z modulsko in standardizirano strojno opremo, tako da se lahko strokovne napake rešijo z enostavnim zamenjavanjem modulov, kar poveča učinkovitost dela. Poleg tega bi zaščitna naprava morala imeti vgrajen EPROM modul, ki omogoča, da so vse nastavitve shranjene v digitalni obliki. Tehnični osebki lahko nato te nastavitve preprosto povabiščejo za komisijo opreme brez ponovnega programiranja.
Za združitev z celotnim avtomatskim sistemom nadzora projekta mora zaščitna naprava imeti komunikacijske zmogljivosti, ki omogočajo preprosto oblikovanje omrežja preko podatkovnih busov in omogočajo prenos informacij po prekinitvi na zgornji avtomatski sistem nadzora.
2. Odnos med integriranimi zaščitnimi napravami in avtomatskimi kontrolnimi sistemi v celi proizvodnji
Glede na konfiguracijo in komunikacijske zahteve avtomatskega kontrolnega sistema proizvodnje je avtomatski sistem za mikro računalniške integrirane zaščitne naprave na splošno razdeljen na tri sloje: sloj za preklopnike, sloj za transformatorne postaje in središnji nadzorno dirkalski sloj.
2.1 Sloj za preklopnike
Sloj za preklopnike sestavlja različne vrste mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav, ki so neposredno nameščene na preklopnike. Vsaka naprava neposredno opravlja merilne, zaščitne signale in funkcije kontrole za svoj skrinjo. Specifične funkcije so naslednje:
(1) Vhodna skrinja
Funkcije zaščite: Hitri prekomerni tok, zamudni prekomerni tok.
Merilne funkcije: Trokotni tok, trofazna napetost, dejanska/reaktivna moč, dejanska/reaktivna energija.
Funkcije nadzora: Položaj odprt/zaprt preklopnika.
Funkcije kontrole: Ročno odpiranje/zapiranje (na skrinji), oddaljeno odpiranje/zapiranje.
Funkcije alarmov: Preklop zaradi nesreče, varnostni signali, stanje odprt/zaprt, napaka naprave, zapis napak itd.
(2) Skrinja transformatorja
Funkcije zaščite: Hitri prekomerni tok, zamudni prekomerni tok, obratni prekomerni tok, enofazna talna napaka, preklop zaradi težkega plina.
Merilne, nadzorne in kontrolne funkcije: Enako kot pri vhodni skrinji.
Funkcije alarmov: Preklop zaradi nesreče, svetlostni plin, alarm temperature, varnostni signali, stanje odprt/zaprt, napaka naprave, zapis napak itd.
(3) Skrinja matične trake
Zaščitne, nadzorne in kontrolne funkcije: Enako kot pri vhodni skrinji.
Funkcije alarmov: Preklop zaradi nesreče, napaka naprave, zapis napak itd.
(4) Skrinja motorja
Funkcije zaščite: Hitri prekomerni tok, zamudni prekomerni tok, prekomerna obremenitev, enofazna talna napaka, premajhna napetost, preseganje temperature.
Merilne funkcije: Trokotni tok, trofazna napetost, dejanska/reaktivna moč, dejanska/reaktivna energija.
Funkcije nadzora: Položaj odprt/zaprt preklopnika.
Funkcije kontrole: Ročno odpiranje/zapiranje (na skrinji), oddaljeno odpiranje/zapiranje.
Funkcije alarmov: Preklop zaradi nesreče, varnostni signali, stanje odprt/zaprt, napaka naprave, zapis napak itd.
Po zbiranju podatkov v posameznih skrinjih za preklopnike zaščitne naprave prenašajo podatke preko busa na nadzorno računalnik v sloju transformatorne postaje. Ta sistem veliko zmanjša kontrolne kabelske vezije, skrči čas komisije na mestu in poveča učinkovitost dela.
2.2 Sloj transformatorne postaje
Številni signali iz transformatorne postaje morajo biti preneseni na središnji nadzorno dirkalni sloj preko industrijskega Etherneta proizvodnje, in ukazi za nadzor iz središnjega nadzornega dirkalnega sloja morajo biti sprejeti in poslani na zaščitne naprave. Sloj transformatorne postaje običajno sestavlja industrijska nadzorna računalnika, tiskalnice in monitorji. Njegove glavne funkcije vključujejo konfiguracijo in upravljanje zaščitnih naprav za preklopnike, nadzor delovanja sistema, vzpostavitev in upravljanje baze podatkov transformatorne postaje ter komunikacijo s središnjim nadzornim dirkalnim slojem.
Ker proizvajalci zaščitnih naprav hranijo zaupnost glede programske opreme in metod izračuna električnih količin, mora sloj transformatorne postaje tudi obvladovati pretvorbo komunikacijskih protokolov, da omogoči prenos in sprejem signalov med središnjim nadzornim dirkalnim slojem in zaščitnimi napravami.
2.3 Komunikacijska omrežja
Komunikacija med preklopniki in transformatorsko postajo lahko uporablja MODbus bus omrežje, ki podpira do 64 slave stanic. Med komunikacijskim omrežjem in napravami se uporablja optična ločevanje, da se prepreči zunanja motnja. Komunikacija med transformatorsko postajo in središnjim nadzornim dirkalnim slojem uporablja industrijski Ethernet s vlaknenim medijem, s komunikacijsko hitrostjo, večjo od 1 Mbps.
2.4 Programska oprema
Sistemska programska oprema lahko uporablja mainstream platforme z mednarodnimi standardnimi arhitekturami, kot je Windows NT. Programske module bi morali vključevati: glavno nadzorno programska oprema, grafična programska oprema, programska oprema za upravljanje baze podatkov, programska oprema za ustvarjanje poročil in programska oprema za komunikacijo.
Pri izbiri programske opreme mora glavno nadzorno programska oprema imeti visoko stopnjo modularnosti. Visoka modularnost omogoča tehničnim osebkom, da povabiščejo programske opreme glede na stanje na mestu brez dodatnega programiranja, kar znatno zmanjša operativno in vzdrževalno breme za dispečere in osebje za vzdrževanje ter poveča učinkovitost dela.
3. Druga pomembna vprašanja
Dodatno morajo biti ob upoštevanju naslednjih točk pri izbiri strojne opreme za mikro računalniške integrirane zaščitne naprave:
Uporabite zaprto, okrepjeno ovito, odporni na močne vibracije in motnje, z kompaktno velikostjo namestitve, primerno za težke okoljske pogoje in montažo na panel.
Uporabite industrijsko dual-CPU strukturo, kjer vsaka naprava vsebuje glavni CPU in komunikacijski CPU. Dva CPU-ja delujeta v vzajemnem pregledu, kar poveča odzivni čas in natančnost, prepreči napačno delovanje ali neuspešno delovanje ter poveča stabilnost in zanesljivost.
Celotno temperaturno samodejno kompenzacijo, ki omogoča, da naprava dolgoročno deluje v okolju od -20°C do +60°C.
Merilne in zaščitne signale obdelava ločeno znotraj naprave, kar zadovoljuje zahteve glede natančnosti in zahteve glede obsega zaščite in zanesljivosti.
Uporabite poseben frekvenčni vzorčevalni obvod za natančno sledenje mrežni frekvenci, kar omogoča bolj natančne izračune električnih količin.
Uporabite optično ločevanje za digitalne vhodne in izhodne signale, ter ščiteni kabelje za notranje kablanje skrinj, kar učinkovito prepreči zunanje motnje in poveča odpornost naprave na motnje.
Uporabite velik zaslon LCD in mehko tipkovnico za boljše prikazovanje števil in lažje delovanje.
Po komisiji in delovanju so različne zaščitne nastavitve shranjene v digitalni obliki v EPROM, kar omogoča njihovo takojšnje povabilo po komisiji ali popravku krivega kroga.
Oprena z v celoti funkcionalnim delovnim obvitkom preklopnika, primernim za nadzor različnih vrst preklopnikov, kar olajša prenovo transformatorne postaje.
Ima celovite sposobnosti za analizo nesreč, vključno z zapisom dogodkov zaščitne akcije, zapisom prekoračitev signali električnih količin in zapisom napak.
4. Vloga mikro računalniških integriranih zaščitnih naprav v visokonapetostnih skrinjah
Mikro računalniške zaščitne naprave varujejo pred nenormalnimi stanji v krogu. Njihove vloge v visokonapetostnih skrinjah vključujejo:
Mikro računalniške zaščitne naprave imajo močne zmogljivosti za obdelavo podatkov, logične izračune in shranjevanje informacij, z naprednimi notranjimi arhitekturami. Pravijo celoten nabor funkcij zaščite, enak kot tradicionalna relna zaščita. S prejemanjem signalov od merilnih komponent, kot so tokovni in napetostni preoblikovalniki, naprava lahko nadzoruje, kontroliše in zaščituje stanje kroga, kot so zaščita pred kratkimi spoji, zaščita pred prekomerno obremenitvijo in zaščita pred enofaznimi talnimi napakami.
Brez zaščitnih naprav uporabljajo visokonapetostne skrinje rele za dosego teh zaščitnih funkcij. Moderna mikro računalniška zaščita prinaša dodatne funkcije, kot je enostavna oddaljena kontrola, komunikacija s zgornjimi sistemi za prenos trenutnih, napetostnih, močnih in energijskih podatkov ter enostaven prilagodljivost zaščitnih nastavitev.
