Flexibilität und Zuverlässigkeit des numerischen Schutzrelais

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Anonim

Geschichte der Schutzrelais

Die ersten Schutzvorrichtungen auf Mikroprozessorbasis wurden 1985 eingesetzt . Die breite Akzeptanz der numerischen Technologie durch den Kunden und die Erfahrungen des Anwenders halfen 1990 bei der Entwicklung der numerischen Relais der zweiten Generation.

Flexibilität und Zuverlässigkeit des Numerischen Schutzrelais (auf dem Foto: ABBs numerischer Relais-Typ SPAD 330 C, entwickelt für den Einsatz als schneller Wicklungs- und Windungsschlussschutz für Zweiwicklungs-Leistungstransformatoren und Kraftwerks-Generator-Transformator-Einheiten.

Herkömmliche elektromechanische und statische Relais sind fest verdrahtete Relais. Ihre Verdrahtung ist fest, nur ihre Einstellung kann manuell geändert werden. Numerische Relais sind programmierbare Relais. Die Eigenschaften und das Verhalten des Relais sind programmierbar.

Die numerischen Numerierungsrelais der ersten Generation wurden hauptsächlich entwickelt, um die Charakteristik des statischen Relaisschutzes zu erreichen, während moderne Numerische Schutzgeräte einen vollständigen Schutz mit zusätzlichen Funktionen wie Steuerung und Überwachung bieten.

Numerische Schutzgeräte bieten mehrere Vorteile in Bezug auf Schutz, Zuverlässigkeit, Fehlerbehebung und Fehlerinformationen .

Die Unterscheidung zwischen Digitalrelais und numerischem Relais beruht auf Punkten mit feinen technischen Details und wird selten in anderen Bereichen als Schutz gefunden. Sie können als natürliche Entwicklungen von digitalen Relais aufgrund von Fortschritten in der Technologie betrachtet werden.

In der Regel verwenden sie einen spezialisierten digitalen Signalprozessor (DSP) als Computerhardware zusammen mit den zugehörigen Softwaretools.

Messprinzipien

Die analogen Eingangssignale werden in eine digitale Darstellung umgewandelt und entsprechend dem geeigneten mathematischen Algorithmus verarbeitet . Die Verarbeitung erfolgt mit einem spezialisierten Mikroprozessor, der für Signalverarbeitungsanwendungen, kurz DSP (Digital Signal Processor), optimiert ist. Die digitale Verarbeitung von Signalen in Echtzeit erfordert einen sehr leistungsfähigen Mikroprozessor.

Die Messprinzipien und -techniken herkömmlicher Relais (elektromechanisch und statisch) sind geringer als die der numerischen Technik, die sich in vielen Aspekten unterscheiden kann, wie die Art des verwendeten Schutzalgorithmus, Abtastung, Signalverarbeitung, Hardwareauswahl, Softwaredisziplin usw.

Dies sind mikroprozessorgesteuerte Relais im Gegensatz zu anderen Relais, die elektromechanisch gesteuert werden.

Funktion des Relais

Numerisches Richtungsüberstromrelais (Die Betriebszeit des Relais wird durch Auswahl der Zeitcharakteristik oder einer der vier inversen Zeitcharakteristiken bestimmt, dh 3s normal invers, 1, 3s normal invers, sehr invers und extrem invers.)

Moderne Energieschutzgeräte sind mit integrierten Funktionen aufgebaut. Multifunktionale Schutz-, Steuerungs-, Überwachungs- und Messfunktionen sind heute in numerischen Energiesystemschutzgeräten verfügbar.

Auch die Kommunikationsfähigkeit dieser Geräte erleichtert die Fernsteuerung, Überwachung und Datenübertragung.

Herkömmlicherweise bieten elektromechanische und statische Schutzrelais Einzelfunktionsmerkmale, während der moderne numerische Schutz multifunktionale und mehrfache Eigenschaften bietet. Numerische Schutzvorrichtungen bieten mehrere Vorteile in Bezug auf Schutz, Zuverlässigkeit und Fehlerbehebung und Fehlerinformation.

Numerische Schutzvorrichtungen sind für Erzeugungs-, Übertragungs- und Verteilungssysteme verfügbar.

Numerische Relais sind mikroprozessorbasierte Relais und haben die Merkmale der Aufzeichnung von Parametern, die als Störschreiber verwendet werden, Flexibilität der Einstellung & Alarme & kann ein Relais für alle Arten von Schutzvorrichtungen eines Gerätes verwendet werden, daher wird weniger Fläche benötigt.

Ein großer Einstellbereich, genauer, eine geringe Belastung, daher ist eine niedrige VA des CT erforderlich, was die Kosten minimiert .

Numerische Relais nehmen die analogen Eingangsgrößen und wandeln sie in numerische Werte um. Alle Weiterleitungsfunktionen werden mit diesen numerischen Werten ausgeführt.

Die folgenden Abschnitte umfassen:

  1. Relais-Hardware,
  2. Relais-Software,
  3. Mehrfache Schutzeigenschaften,
  4. Adaptive Schutzeigenschaften,
  5. Datenspeicher,
  6. Instrumentierungsfunktion,
  7. Selbstüberprüfungsfunktion,
  8. Kommunikationsfähigkeit,
  9. Zusätzliche Funktionen,
  10. Größe und Wirtschaftlichkeit.

Die Nachteile eines herkömmlichen elektromechanischen Relais werden durch Verwendung eines Mikrocontrollers zum Realisieren des Betriebs der Relais überwunden.

Mikrocontroller-basierte Relais funktionieren sehr gut und ihre Kosten sind relativ niedrig.

Betrieb des Relais

Ein Stromsignal von CT wird unter Verwendung eines I-zu-V-Wandlers in ein proportionales Spannungssignal umgewandelt .

Die dem Laststrom proportionale Wechselspannung wird mit einem Präzisionsgleichrichter in Gleichstrom umgewandelt und an den Multiplexer (MUX) gegeben, der mehr als einen Eingang akzeptiert und einen Ausgang liefert.

Der Mikroprozessor sendet ein Befehlssignal an den Multiplexer, um den gewünschten Kanal einzuschalten, um eine gleichgerichtete Spannung proportional zum Strom in einer gewünschten Schaltung anzunehmen.

Mikroprozessorbasiertes Numerisches Relais

Mikroprozessor-Relais - Betriebsdiagramm

Der Ausgang des Multiplexers wird einem Analog-Digital-Wandler (ADC) zugeführt, um ein Signal in digitaler Form zu erhalten. Der Mikroprozessor sendet dann ein Signal ADC für den Beginn der Umwandlung (SOC), prüft, ob die Umwandlung abgeschlossen ist und empfängt bei Empfang des Endes der Umwandlung (EOC) von ADC die Daten in digitaler Form.

Der Mikroprozessor vergleicht dann die Daten mit dem Aufnahmewert.

Wenn der Eingang größer als der Ansprechwert ist, sendet der Mikroprozessor ein Auslösesignal an den Leistungsschalter der gewünschten Schaltung.

Im Falle eines unverzögerten Überstromrelais erfolgt keine absichtliche Zeitverzögerung und der Leistungsschalter löst sofort aus. Im Falle eines normalen inversen, sehr inversen, extrem inversen und langen inversen Überstromrelais werden die inversen Strom-Zeit-Charakteristiken im Speicher des Mikroprozessors in Tabellenform gespeichert, die als Nachschlagetabelle bezeichnet wird.

Vorteile von numerischen Relais

Kompakte Größe

Das elektromechanische Relais verwendet mechanische Vergleichsgeräte, die den Hauptgrund für die sperrige Größe von Relais darstellen . Es verwendet ein Flag-System für die Anzeige, ob das Relais aktiviert wurde oder nicht.

Während das numerische Relais in kompakter Größe ist und eine Anzeige auf dem LCD zur Relaisaktivierung verwendet.

Der digitale Schutz kann physisch kleiner sein und erfordert fast immer weniger Verdrahtung als analoge Funktionen, die mit analoger Technologie implementiert werden.

Flexibilität

Eine Vielzahl von Schutzfunktionen kann mit geeigneten Änderungen in der Software nur entweder mit der gleichen Hardware oder mit geringfügigen Modifikationen in der Hardware erreicht werden.

Zuverlässigkeit

Eine signifikante Verbesserung der Relaiszuverlässigkeit wird erhalten, da die Verwendung von weniger Komponenten zu weniger Verbindungen und zu reduzierten Komponentenfehlern führt.

Multifunktionalität

Herkömmliche elektromechanische und statische Schutzrelais bieten Einzelfunktions- und Einzelmerkmale. Der Wirkungsbereich der elektromechanischen Relais ist im Vergleich zum numerischen Relais gering.

Verschiedene Arten von Relaiseigenschaften

Es ist möglich, eine bessere Anpassung der Schutzeigenschaften vorzusehen, da diese Eigenschaften im Speicher des Mikroprozessors gespeichert sind.

Digitale Kommunikationsfähigkeiten

Das mikroprozessorbasierte Relais bietet eine einfache Schnittstelle zu digitalen Kommunikationsgeräten . Faseroptische Kommunikation mit dem LAN der Unterstation.

Modularer Rahmen

Die Relais-Hardware besteht aus Standardmodulen, die eine einfache Wartung ermöglichen.

Geringe Belastung

Die mikroprozessorbasierten Relais haben eine minimale Belastung für die Messwandler.

Empfindlichkeit

Höhere Empfindlichkeit und hohes Aufnahmeverhältnis.

Geschwindigkeit

Mit statischen Relais kann eine Auslösezeit von einem halben Zyklus oder sogar weniger erreicht werden.

Schnelles Zurücksetzen

Zurücksetzen ist weniger.

Datenverlauf

Verfügbarkeit von Fehlerdaten und Störschrieb Hilft bei der Analyse von Fehlern durch Aufzeichnung von Details zu:

  1. Art der Schuld,
  2. Größe der Fehlerstufe,
  3. Unterbrecherproblem,
  4. CT-Sättigung,
  5. Dauer des Fehlers

Auto-Reset und Eigendiagnose

Das elektromechanische Relais kann nicht erkennen, ob der Normalzustand nach seiner Aktivierung erreicht wurde, daher ist eine automatische Rückstellung nicht möglich und muss vom Bedienungspersonal durchgeführt werden, während im numerischen Relais eine automatische Rückstellung möglich ist .

Andere Vorteile

  • Durch die Kombination mehrerer Funktionen in einem Fall sparen numerische Relais auch Kapitalkosten und Wartungskosten gegenüber elektromechanischen Relais
  • Eine separate Verbindung ist nicht erforderlich, Nullsequenzspannungen und Ströme können innerhalb des Prozessors abgeleitet werden
  • Grundlegende Hardware wird zwischen mehreren Funktionen aufgeteilt, die Kosten einzelner Schutzfunktionen können erheblich reduziert werden.
  • Spannungsverlust-Funktion hilft, das Relais im Falle eines vorübergehenden / permanenten Spannungsverlustes zu blockieren.

Einschränkungen des numerischen Relais

Schutzqualität

Numerisches Relais bietet mehr Funktionalität und größere Präzision. Leider bedeutet dies nicht unbedingt besseren Schutz.

Schnellere Entscheidungen

Numerische Relais können schnellere Entscheidungen treffen. In der realen Welt ist jedoch schnellerer Schutz selbst wertlos, da Leistungsschalter immer noch in der Richtung der Schutzausrüstung unterbrochen werden müssen und die Fähigkeit, Leistungsschalter schneller zu unterbrechen, sehr begrenzt ist.

Risiko des Hackens

Der Schutz von numerischen Relais beruht häufig auf nicht proprietärer Software, wodurch das System einem möglichen Hackerrisiko ausgesetzt ist.

Interferenz

Der Schutz von numerischen Relais ist manchmal externen transienten Störungen ausgesetzt, die die herkömmliche Technologie nicht beeinträchtigen.

Fehler Auswirkungen

Numerischer Relaisschutz hat gemeinsame Funktionen. Dies bedeutet, dass es häufige Fehlermodi gibt, die mehrere Schutzelemente beeinflussen können.

Beispielsweise kann ein Ausfall einer Stromversorgung oder eines Eingangssignalprozessors eine gesamte Schutzvorrichtung deaktivieren, die viele verschiedene Schutzfunktionen bereitstellt.

Dieses Problem hat viel Aufmerksamkeit beim Design erhalten, und die Erfahrung hat allgemein die Vorstellung unterstützt, dass das Gerät eine sehr hohe Zuverlässigkeit hat, sobald es die Säuglingssterblichkeits-Phase hinter sich hat.

Aber es bleibt etwas zu beachten.

Funktionen

Ein multifunktionales numerisches Relais kann einen dreiphasigen, Erdungs- und Gegensystem-Richtungs- oder ungerichteten Überstromschutz mit Vierschuss-Wiedereinschaltung, Vorwärts- oder Rückwärtsleistungsschutz, Leistungsschalterfehler, Über- / Unterfrequenz und Über- / Unterspannungsschutz, Synchronisierungsprüfung, Überwachung und Kontrolle von Leistungsschaltern.

Es würde 10 - 11 Einzelfunktion Solid State oder elektromechanische Relais mindestens 5 bis 6 mal die Kosten.

Darüber hinaus verfügen numerische Relais über Kommunikationsfunktionen, Ereignissequenzaufzeichnung, Fehlerberichterstattung, Frequenzänderungsfrequenz und Messfunktionen, alles in einem integrierten System.

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