Paano pumili ng isang mikrokompyuter na may integradong device para sa pangangalaga at ano ang kanyang tungkulin sa high-voltage switchgear?

1. Paggamit at Tungkulin ng mga Microcomputer Integrated Protection Devices

1.1 Pagpili ng Microcomputer Integrated Protection Devices

Upang masiguro na ang microcomputer integrated protection device ay tama at wastong gumagana sa kanyang mga tungkulin sa relay protection, ang pagpili dito sa disenyo ay dapat komprehensibong isipin ang reliabilidad, oras ng tugon, pangangalaga at pagsisimula, at karagdagang mga tungkulin.

Ang signal input para sa mga microcomputer integrated protection devices ay kapareho ng tradisyonal na relay protection: ang mga voltage at current signals ay ipinasok mula sa potential transformers (PTs) at current transformers (CTs), inconvert ng transmitters sa standard signals na kinakailangan ng protection device, ifilter upang alisin ang low- at high-order harmonics at iba pang interference, at inconvert mula analog to digital signals ng A/D converter.

Ang CPU ay naglalapat ng mga kalkulasyon sa digital input, ikukumpara ang mga resulta sa preset values, magdedesisyon, at saka magpapasya kung i-trigger ang alarm o trip. Upang matugunan ang mga pangangailangan sa reliabilidad, ang mga measurement at protection input signals ay pinoproseso at inoutput ng independent processing units sa loob ng device. Ito ay nagbibigay ng wastong accuracy sa measurement habang nagbibigay din ng sapat na margin sa mga malubhang fault. Ang pangkaraniwang reliabilidad sa engineering ay nasasatisfy kung ang device ay hindi naranasan ang A/D overflow o saturation kapag ang fault current ay umabot sa 20 beses ng normal value.

1.2 Pagpili ng Oras ng Tugon

Ang software workflow ng isang protection device ay karaniwang tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba:

Makikita mula sa diagram na ang oras ng tugon ng isang protection device ay may malapit na ugnayan sa software na ginagamit at sa pamamaraan ng electrical quantity calculation, na karaniwang hindi alam ng mga user.

Sa disenyo at pagpili, maaari lamang nating husgahan ang kalidad ng isang protection device batay sa tatlong indikador: accuracy ng kalkulasyon, oras ng tugon, at computational load. Ang tatlong ito ay magkakontradyekta: ang mahina na accuracy ng kalkulasyon at maliit na computational load ay nagbibigay ng mas mabilis na oras ng tugon, samantalang mas mataas na accuracy at mas malaking computational load ay nagbibigay ng mas mabagal na oras ng tugon. Karaniwan, para sa mga end-users ng power grid, ang pagset ng computational load sa higit sa 3 beses, accuracy ng kalkulasyon na mas mataas sa 0.2%, at maximum oras ng tugon na mas mababa sa 30ms ay sapat na upang matugunan ang typical engineering requirements sa oras ng tugon.

1.3 Pagpili ng Iba pang Mga Tungkulin

Ang mga integrated protection devices ay may maraming integrated circuits, na nangangailangan ng mataas na teknikal na kasanayan para sa pangangalaga. Sa pagpili, bigyan ng prayoridad ang mga device na may modular at standardized hardware, na nagbibigay-daan para ma-resolve ang mga hardware fault sa pamamagitan lamang ng pagpalit ng mga module, na nagpapataas ng efficiency ng trabaho. Bukod dito, ang protection device ay dapat may built-in EPROM module, na nagbibigay-daan para sa lahat ng setting values na makuha digital, at ang mga field personnel ay maaaring madaling bumalik sa mga setting na ito para sa commissioning ng equipment nang walang reprogramming.

Para makilahok sa kabuuang project automation monitoring system, ang protection device ay dapat may kakayahang mag-communicate, na nagbibigay-daan para sa madaling network formation sa pamamagitan ng data buses at nagbibigay-daan para sa post-trip information na maitransmit sa upper-level automation monitoring system.

2. Ugnayan ng mga Integrated Protection Devices at Plant-wide Automation Control Systems

Batay sa configuration at communication requirements ng plant automation control system, ang automation system para sa microcomputer integrated protection devices ay karaniwang nahahati sa tatlong layer: switchgear layer, substation layer, at central control room.

2.1 Switchgear Layer

Ang switchgear layer ay binubuo ng iba't ibang uri ng microcomputer integrated protection devices, na direktang inilalapat sa switchgear. Ang bawat device ay direktang nagbabawas, protektado, at nagko-control ng mga signal para sa kanyang sariling cabinet. Ang mga specific functions ay sumusunod:

(1) Incoming Line Cabinet

• Protection Functions: Instantaneous overcurrent, time-delayed overcurrent.

• Measurement Functions: Three-phase current, three-phase voltage, active/reactive power, active/reactive energy.

• Monitoring Functions: Circuit breaker open/closed position.

• Control Functions: Manual open/close (on cabinet), remote open/close.

• Alarm Functions: Trip due to accident, warning signals, open/close status, device fault, fault recording, etc.

(2) Transformer Cabinet

• Protection Functions: Instantaneous overcurrent, time-delayed overcurrent, inverse-time overload, single-phase ground fault, heavy gas trip.

• Measurement, Monitoring, and Control Functions: Same as incoming line cabinet.

• Alarm Functions: Trip due to accident, light gas, temperature alarm, warning signals, open/close status, device fault, fault recording, etc.

(3) Busbar Cabinet

• Protection, Monitoring, and Control Functions: Same as incoming line cabinet.

• Alarm Functions: Trip due to accident, device fault, fault recording, etc.

(4) Motor Cabinet

• Protection Functions: Instantaneous overcurrent, time-delayed overcurrent, overload, single-phase ground, undervoltage, overheating.

• Measurement Functions: Three-phase current, three-phase voltage, active/reactive power, active/reactive energy.

• Monitoring Functions: Circuit breaker open/closed position.

• Control Functions: Manual open/close (on cabinet), remote open/close.

• Alarm Functions: Trip due to accident, warning signals, open/close status, device fault, fault recording, etc.

Pagkatapos ng data acquisition sa kanilang mga respective switchgears, ang mga protection devices ay inililipat ng data sa pamamagitan ng bus sa monitoring computer sa substation layer. Ang sistema na ito ay malaki ang nakakatulong sa pagbawas ng control cables, pag-shorten ng on-site commissioning time, at pag-improve ng work efficiency.

2.2 Substation Layer

Maraming mga signal mula sa substation na kailangang ilipat sa central control room sa pamamagitan ng plant's industrial Ethernet, at ang mga control commands mula sa central control room ay kailangang tanggapin at ipadala sa mga protection devices. Ang substation layer ay karaniwang binubuo ng industrial control computers, printers, at monitors. Ang kanyang pangunahing mga tungkulin ay kasama ang pag-configure at pag-manage ng mga switchgear protection devices, monitoring ng system operation, pag-establish at pag-manage ng substation database, at communication sa central control room.

Dahil sa confidentiality ng mga manufacturer sa software at electrical calculation methods ng kanilang mga protection devices, ang substation layer ay kailangang handlin din ang communication protocol conversion upang mapabilis ang signal transmission at reception sa pagitan ng central control room at ng mga protection devices.

2.3 Communication Network

Ang communication sa pagitan ng switchgear at substation ay maaaring gamitin ang MODbus bus network, na sumusuporta ng hanggang 64 slave stations. Ang optical isolation ay ginagamit sa pagitan ng communication network at ng mga device upang maiwasan ang external interference. Ang communication sa pagitan ng substation at central control room ay gumagamit ng industrial Ethernet na may fiber optic media, na may communication rate na mas mataas sa 1 Mbps.

2.4 Software

Ang system software ay maaaring gamitin ang mainstream platforms na may international standard architectures, tulad ng Windows NT. Ang software modules ay dapat kasama: master control software, graphics software, database management software, report generation software, at communication software.

Sa pagpili ng software, ang master control software ay dapat may mataas na degree ng modularity. Ang mataas na modularity ay nagbibigay-daan para sa field personnel na tawagin ang software batay sa site conditions nang walang additional programming, na malaking nagrereduce sa operational at maintenance workload ng dispatchers at maintenance staff at nagpapataas ng work efficiency.

3. Iba pang mga Considerations

Kasama pa rito, ang mga sumusunod na issues ay dapat tandaan sa pagpili ng hardware para sa microcomputer integrated protection devices:

• Gumamit ng sealed, reinforced enclosure na resistant sa malakas na vibration at interference, na may compact installation size, na angkop para sa harsh environments at panel mounting.

• Gumamit ng industrial-grade dual-CPU structure, na may main CPU at communication CPU sa bawat device. Ang dalawang CPUs ay gumagana sa mutual inspection mode upang mapataas ang oras ng tugon at accuracy, maiwasan ang maloperation o failure to operate, at mapataas ang stability at reliability.

• Full-range temperature automatic compensation na nagbibigay-daan para sa device na mag-operate nang matagal sa environments mula -20°C hanggang +60°C.

• Ang measurement at protection signals ay pinoproseso nang hiwalay sa loob ng device, na nasasatisfy ang mga requirement sa accuracy at ang mga requirement sa protection range at reliability.

• Gumamit ng dedicated frequency sampling circuit upang precise na trackin ang grid frequency, na nagbibigay-daan para sa mas accurate na electrical quantity calculations.

• Gumamit ng optical isolation para sa digital input/output, at shielded cables para sa internal cabinet wiring, na effective na naiiwasan ang external interference at nagpapataas ng anti-interference capability ng device.

• Gumamit ng large-screen LCD display at soft keypad para sa mas clear na numerical display at mas madaling operasyon.

• Pagkatapos ng commissioning at operation, ang iba't ibang protection setting values ay istore digitally sa EPROM, na nagbibigay-daan para sa immediate recall pagkatapos ng commissioning o circuit fault repair.

• Equipped with a fully functional circuit breaker operating circuit, suitable for controlling various types of circuit breakers, facilitating substation retrofitting.

• May comprehensive accident analysis capabilities, including protection action event records, electrical quantity signal over-limit records, and fault recording.

4. Tungkulin ng Microcomputer Integrated Protection Devices sa High-Voltage Switchgear

Ang mga microcomputer protection devices ay nagbibigay-daan para sa pag-iingat laban sa mga abnormal conditions sa circuits. Ang kanilang mga tungkulin sa high-voltage switchgear ay kasama:

Ang mga microcomputer protection devices ay may powerful na data processing, logical computation, at information storage capabilities, na may advanced na internal architecture. Ito ay nagbibigay ng complete na protection functions na katumbas ng conventional relay protection. Sa pamamagitan ng pag-receive ng mga signal mula sa mga measurement components tulad ng current at voltage transformers, ang device ay maaaring monitor, control, at protect ang state ng circuit—tulad ng short-circuit protection, overload protection, at single-phase ground fault protection.

Kung wala ang protection devices, ang high-voltage switchgear ay gumagamit ng relays upang matamo ang mga protective functions na ito. Ang modern na microcomputer protection ay nagbibigay ng enhanced na functionality, tulad ng madaling remote control, communication sa upper-level systems upang ilipat ang current, voltage, power, at energy data, at convenient na adjustment ng protection settings.