Як вибрати мікрокомп'ютерну інтегровану захисну пристрій, та яка є його функція у високовольтному комутаційному обладнанні

1. Вибір та роль мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту

1.1 Вибір мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту

Для забезпечення правильного та точного виконання релейного захисту мікрокомп'ютерним інтегрованим пристроєм захисту, при виборі на етапі проектування необхідно всебічно враховувати надійність, швидкість реакції, обслуговування та пуско-налагоджувальні роботи, а також додаткові функції.

Сигнал для входу в мікрокомп'ютерний інтегрований пристрій захисту є таким самим, як у традиційному релейному захисті: напруга та струм вводяться з потенціометрів (PT) та струмових перетворювачів (CT), перетворюються передавачами на стандартні сигнали, необхідні для пристрою захисту, фільтруються для вилучення низько- та високочастотних гармонік та інших завад, а потім перетворюються з аналогового на цифровий формат A/D-перетворювачем.

ЦП проводить обчислення на основі цифрового входу, порівнює результати з заданими значеннями, робить висновки та вирішує, чи активувати сигнал тривоги чи відключення. Для виконання вимог до надійності, сигнали вимірювання та захисту обробляються та виводяться незалежними процесорами в пристрої. Це забезпечує точність вимірювання, а також достатній запас при серйозних аваріях. Загальна інженерна надійність вважається задовольненою, якщо пристрій не досідає A/D-переповнення або насичення, коли струм аварії досягає 20 разів нормального значення.

1.2 Вибір часу реакції

Робочий процес програмного забезпечення пристрою захисту загалом виглядає так, як показано на нижньому рисунку:

З рисунка видно, що час реакції пристрою захисту тісно пов'язаний з використовуваним програмним забезпеченням та методом обчислення електричних величин, який, зазвичай, користувачам невідомий.

При проектуванні та виборі можна судити про якість пристрою захисту лише за трьома показниками: точністю обчислення, часом реакції та обчислювальною навантаженостю. Ці три фактори суперечать одне одному: погана точність обчислення та мале обчислювальне навантаження призводять до швидшого часу реакції, а вища точність та більша обчислювальна навантаженість — до повільнішого часу реакції. Зазвичай, для кінцевих користувачів електромережі, встановлення обчислювальної навантаженості більше 3 разів, точності обчислення вище 0,2% та максимального часу реакції менше 30 мс достатньо для задоволення типових інженерних вимог до часу реакції.

1.3 Вибір інших функцій

Інтегровані пристрої захисту містять багато інтегральних схем, що вимагає високого технічного рівня для обслуговування. При виборі слід віддавати перевагу пристроям з модульними та стандартизованими апаратними частинами, що дозволяє вирішувати апаратні проблеми просто заміною модулів, що покращує ефективність роботи. Крім того, пристрій захисту повинен мати вбудований EPROM-модуль, що дозволяє зберігати всі параметри налаштування в цифровому форматі. Полеві працівники можуть легко викликати ці налаштування для налагодження обладнання без перепрограмування.

Для інтеграції з системою автоматизованого моніторингу загального проекту, пристрій захисту повинен мати комунікаційні можливості, що дозволяє легко формувати мережу через даних шину та передавати інформацію після відключення до верхнього рівня системи автоматизованого моніторингу.

2. Співвідношення між інтегрованими пристроями захисту та системами автоматизованого контролю заводу

На основі конфігурації та вимог до комунікацій системи автоматизованого контролю заводу, система автоматизації мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту, як правило, поділяється на три рівні: рівень комутаційного обладнання, рівень підстанції та центральний контрольний пункт.

2.1 Рівень комутаційного обладнання

Рівень комутаційного обладнання складається з різних типів мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту, що встановлюються безпосередньо на комутаційному обладнанні. Кожен пристрій безпосередньо обробляє вимірювання, сигнали захисту та функції керування для свого шафи. Конкретні функції наступні:

(1) Шафа входу

• Функції захисту: моментальний перехідний струм, затриманий перехідний струм.

• Функції вимірювання: трифазний струм, трифазна напруга, активна/реактивна потужність, активна/реактивна енергія.

• Функції моніторингу: стан відкриття/закриття випрядника.

• Функції керування: ручне відкриття/закриття (на шафі), дистанційне відкриття/закриття.

• Функції тривоги: відключення через аварію, попереджувальні сигнали, стан відкриття/закриття, аварія пристрою, запис аварій, тощо.

(2) Шафа трансформатора

• Функції захисту: моментальний перехідний струм, затриманий перехідний струм, інверсний перегруз, однофазна земельна аварія, відключення через важкий газ.

• Функції вимірювання, моніторингу та керування: такі ж, як у шафи входу.

• Функції тривоги: відключення через аварію, легкий газ, температурна тривога, попереджувальні сигнали, стан відкриття/закриття, аварія пристрою, запис аварій, тощо.

(3) Шафа шини

• Функції захисту, моніторингу та керування: такі ж, як у шафи входу.

• Функції тривоги: відключення через аварію, аварія пристрою, запис аварій, тощо.

(4) Шафа двигуна

• Функції захисту: моментальний перехідний струм, затриманий перехідний струм, перегруз, однофазна земельна аварія, заниження напруги, перегрівання.

• Функції вимірювання: трифазний струм, трифазна напруга, активна/реактивна потужність, активна/реактивна енергія.

• Функції моніторингу: стан відкриття/закриття випрядника.

• Функції керування: ручне відкриття/закриття (на шафі), дистанційне відкриття/закриття.

• Функції тривоги: відключення через аварію, попереджувальні сигнали, стан відкриття/закриття, аварія пристрою, запис аварій, тощо.

Після збору даних в своїх комутаційних шафах, пристрої захисту передають дані через шину до комп'ютера моніторингу на рівні підстанції. Ця система значно зменшує кількість кабелів керування, скорочує час налагодження на місці та покращує ефективність роботи.

2.2 Рівень підстанції

Багато сигналів з підстанції потрібно передавати до центрального контрольного пункту через промислову Ethernet заводу, а команди керування з центрального контрольного пункту потрібно отримувати та передавати до пристроїв захисту. Рівень підстанції, як правило, складається з промислових комп'ютерів, принтерів та моніторів. Його основні функції включають налаштування та управління пристроями захисту комутаційного обладнання, моніторинг роботи системи, створення та управління базою даних підстанції, а також зв'язок з центральним контрольним пунктом.

З огляду на конфіденційність виробників щодо програмного забезпечення та методів обчислення електричних величин їх пристроїв захисту, рівень підстанції також має виконувати перетворення протоколів комунікації, щоб сприяти передачі та отриманню сигналів між центральним контрольним пунктом та пристроями захисту.

2.3 Комунікаційна мережа

Комунікація між комутаційним обладнанням та підстанцією може використовувати мережу MODbus, що підтримує до 64 вторинних станцій. Між комунікаційною мережею та пристроями використовується оптична ізоляція, щоб запобігти зовнішнім завадам. Комунікація між підстанцією та центральним контрольним пунктом використовує промислову Ethernet з оптоволоконними медіа, з швидкістю комунікації більше 1 Мбіт/с.

2.4 Програмне забезпечення

Системне програмне забезпечення може використовувати головні платформи з міжнародними стандартними архітектурами, такі як Windows NT. Модулі програмного забезпечення повинні включати: головне керуюче програмне забезпечення, графічне програмне забезпечення, програмне забезпечення для управління базами даних, програмне забезпечення для створення звітів та програмне забезпечення для комунікації.

При виборі програмного забезпечення, головне керуюче програмне забезпечення повинно мати високу ступінь модульності. Висока модульність дозволяє полевим працівникам викликати програмне забезпечення згідно з умовами місця без додаткового програмування, що значно зменшує обсяг роботи по експлуатації та обслуговуванню для диспетчерів та обслуговуючого персоналу, та покращує ефективність роботи.

3. Інші розгляди

Крім того, під час вибору апаратної частини мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту слід врахувати наступні питання:

• Використовуйте герметичну, посилену оболонку, що стійка до сильних вібрацій та завад, з компактними розмірами для встановлення, придатну для складних умов та монтажу на панелях.

• Використовуйте промислову двопроцесорну структуру, де кожен пристрій містить головний ЦП та ЦП комунікації. Два ЦП працюють у режимі взаємної перевірки, що покращує час реакції та точність, запобігає неправильним діям або відсутності дії, та підвищує стабільність та надійність.

• Повна автоматична компенсація температури дозволяє пристрою працювати довгий час в умовах від -20°C до +60°C.

• Сигнали вимірювання та захисту обробляються окремо в пристрої, задовольняючи вимоги до точності, а також до діапазону захисту та надійності.

• Використовуйте спеціальний схемний вузол для вибірки частоти, що дозволяє точно відстежувати частоту мережі, роблячи обчислення електричних величин більш точними.

• Використовуйте оптичну ізоляцію для цифрових входів/вихідних, та екранировані кабелі для внутрішньої проводки шафи, що ефективно запобігає зовнішнім завадам та підвищує стійкість пристрою до завад.

• Використовуйте великий ЖК-дисплей та м'яку клавіатуру для чіткого відображення числових даних та зручного управління.

• Після налагодження та введення в експлуатацію, різні параметри налаштування захисту зберігаються в цифровому форматі в EPROM, що дозволяє відразу викликати їх після налагодження або ремонту цепів.

• Оснащений повнофункціональним оперативним контуром випрядника, придатний для керування різними типами випрядників, що сприяє модернізації підстанції.

• Має повні можливості аналізу аварій, включаючи записи подій дії захисту, записи перевищення лімітів електричних сигналів та записи аварій.

4. Роль мікрокомп'ютерних інтегрованих пристроїв захисту в високовольтних комутаційних пристроях

Мікрокомп'ютерні пристрої захисту захищають від аномальних станів в цепі. Їх роль в високовольтних комутаційних пристроях включає:

Мікрокомп'ютерні пристрої захисту мають потужні можливості обробки даних, логічних обчислень та зберігання інформації, маючи сучасні внутрішні архітектури. Вони надають повні функції захисту, еквівалентні традиційному релейному захисту. Отримуючи сигнали від вимірювальних компонентів, таких як струмові та напругові перетворювачі, пристрій може моніторити, керувати та захищати стан цепі, такі як захист від короткого замикання, захист від перегрузки та захист від однофазної земельної аварії.

Без пристроїв захисту, високовольтні комутаційні пристрої використовують реле для досягнення цих захисних функцій. Сучасні мікрокомп'ютерні пристрої захисту надають підвищені функції, такі як просте дистанційне керування, комунікація з верхніми системами для передачі даних про струм, напругу, потужність та енергію, а також зручне регулювання параметрів захисту.