CZAZ-UM - Historia

U PRODUCENTÓW
Mgr inż.
Michał Krzęcio
ZEG-ENERGETYKA
Sp. z o.o.
Kompleksowy
zespół zabezpieczeń
dla pola silnika
wysokiego napięcia
CZAZ-UM complex service
for HV motor bay
CZAZ-UM
Artykuł przedstawia zabezpieczenie typu CZAZ-UM dla pól silników WN.
Zespół CZAZ-UM zapewnia kompleksową obsługę pola silnikowego, zarówno z punktu widzenia selektywnego i niezawodnego zabezpieczenia,
jak również sterowania polem, z uwzględnieniem konfiguracji łączników
oraz wszystkich niezbędnych blokad i automatyki. Bogata biblioteka
funkcji zabezpieczeniowych umożliwia wykorzystanie różnorodnych kryteriów pomiarowych do wykrycia nieprawidłowego stanu pracy silnika.
Wstęp
Złotym medalem na Międzynarodowych Targach Elektrotechniki „ELTARG 1996” w Katowicach dla zespołu
CZAZ-M rozpoczęła się historia cyfrowych zespołów automatyki zabezpieczeniowej produkcji firmy ZEG-ENERGETYKA Sp. z o.o., przeznaczonych dla silników asynchronicznych i synchronicznych wysokich napięć.
Wieloletnie doświadczenia konstrukcyjne i eksploatacyjne zaowocowały
w opracowaniu Cyfrowego Zespołu Automatyki Zabezpieczeniowej i Sterowniczej typu CZAZ-UM (ryc. 1). Zachowano w nim sprawdzone oraz cenione
przez użytkowników
cechy i parametry
zespołów CZAZ,
wprowadzając jednocześnie modyfikacje wynikające z postępu technicznego
i zmieniających się
Ryc. 1. Zespół CZAZ-UM
wymagań EAZ.
The article presents equipment for
HV motor bay – CZAZ-UM. The CZAZUM-type multifunction relay ensures
complex service of HV motor bay,
considering both selective and reliable protection of and control over
the bay with regard to configuration
of switching devices, all necessary
interlocks and automation system.
A library of protective functions
makes it possible to utilize various
measuring criteria for detecting
incorrect operation status of the
protected motor bay.
Zespół CZAZ-UM zapewnia kompleksową obsługę
pola silnikowego, zarówno z punktu widzenia selektywnego
i niezawodnego zabezpieczenia, jak również w zakresie sterowania polem, z uwzględnieniem konfiguracji łączników
oraz wszystkich niezbędnych blokad i automatyki.
W konstrukcji postawiono na wyrafinowane i wszechstronne rozwiązania funkcjonalne, ukryte pod prostą i przyjazną obsługą oraz bardzo czytelną konfiguracją. Wyzwania
stawiane producentom przez użytkowników automatyki zabezpieczeniowej i sterowniczej pól średnich napięć sprawiły, że powstało urządzenie łączące cechy sterownika specjalizowanego oraz programowalnego.
Wszystko, co z punktu widzenia optymalnej i bezpiecznej obsługi pola jest konieczne, zostało zdefiniowane w sterowniku specjalizowanym. To co wykracza poza standardowe i powszechne zastosowania, może być konfigurowane
w sterowniku programowalnym.
Kompleksowy zespół poprzez 28 wejść dwustanowych
(w tym 21 programowalnych) i 21 przekaźników wykonawczych (w tym 14 programowalnych) oraz bogate wyposażenie sterownika programowalnego, umożliwia realizację dowolnych zależności logiczno-czasowych, sygnalizacje stanów pracy silnika oraz współpracę z innymi urządzeniami.
CZAZ-UM dostępny jest w wykonaniu natablicowym oraz
zatablicowym. Do użytkownika należy wybór wyposażenia
zespołu w wyświetlacz graficzny, czy alfanumeryczny.
Automatyka Elektroenergetyczna Nr 3/2007
51
U PRODUCENTÓW
Zabezpieczenia
Kwintesencją urządzenia CZAZ-UM jest bogaty zestaw
zabezpieczeń, który umożliwia kompleksowe zabezpieczenie silnika asynchronicznego oraz synchronicznego, wykorzystując różne kryteria identyfikacji zakłócenia.
W skład CZAZ-UM wchodzą poniższe elementy.
 Zabezpieczenie różnicowe 87 od zwarć międzyfazowych
wewnętrznych.
 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, niezależne 50/51 od
zwarć międzyfazowych wewnętrznych lub zewnętrznych.
 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, niezależne lub z charakterystyką czasową zależną 50/51 od przeciążeń ruchowych.
 Zabezpieczenie realizujące dwie funkcje nadprądowe bezzwłoczne 50/51 wykorzystujące dodatkowe kryterium prądowe, np. dla automatyki LRW, zabezpieczenia szyn ZS
lub inne niestandardowe wykorzystanie kryterium prądowego w logice programowalnej.
 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, z charakterystyką
czasową zależną od asymetrii prądowej 46 do ochrony przed
asymetrycznym zasilaniem silnika.
 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, niezależne 51LR
od wzrostu prądu w warunkach utknięcia silnika.
 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, niezależne 51 do
ochrony silnika przed skutkami zakłóceń w procesie technologicznym maszyny napędzanej.
 Zabezpieczenie podprądowe zwłoczne, niezależne 37 do
ochrony silnika przed skutkami pracy jałowej.
 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, niezależne 51 do
ochrony silnika synchronicznego przed skutkami wypadnięcia z synchronizmu (kontrola pulsacji wartości skutecznej prądów stojana).
 Zabezpieczenie ziemnozwarciowe nadprądowe zwłoczne,
z charakterystyką czasową zależną 51N od zwarć doziemnych.
 Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe zwłoczne,
niezależne 67N od zwarć doziemnych, gdy pomiar prądu
zerowego nie jest wystarczającym kryterium do prawidłowej identyfikacji zwarcia.
 Zabezpieczenie energetyczne 48 od przeciążeń związanych
z nadmiernie wydłużonym czasem rozruchu, przekroczeniem dopuszczalnej liczby rozruchów oraz załączeniem
na zablokowany wirnik.
 Zabezpieczenie cieplne 49 kontrolujące stan nagrzania
silnika w oparciu o cyfrowy model cieplny.
 Trzy zabezpieczenia temperaturowe zawierające trzy wejścia analogowe 4÷20 mA do przyjęcia informacji z czujników temperatury. Można wykorzystać jako pomiar temperatury lub jako zabezpieczenie temperaturowe, np. łożysk lub uzwojeń stojana.
 Dwa zabezpieczenia podnapięciowe /nadnapięciowe zwłoczne,
niezależne 27/59 do ochrony silnika przed pracą w warun52
Nr 3/2007 Automatyka Elektroenergetyczna





kach obniżonego napięcia lub jako dodatkowe kryterium
działania zabezpieczenia łukochronnego VAMP.
Zabezpieczenie łukochronne VAMP do ochrony przed skutkami działania łuku elektrycznego, przy współpracy z czujnikiem błysku.
Sygnalizator uszkodzenia klatek silników indukcyjnych umożliwiający sygnalizację postępującego uszkodzenia począwszy od jednego pręta lub pierścienia zwierającego.
Sygnalizator uszkodzenia izolacji kabli umożliwiający sygnalizację uszkodzenia kabli w oparciu o występowanie krótkotrwałych impulsów w prądzie zerowym.
Zabezpieczenia zewnętrzne, czyli cztery zabezpieczenia,
które można zrealizować w oparciu o dowolnie wybrane
programowalne wejścia dwustanowe.
Ponadto Zespół umożliwia współpracę z zabezpieczeniem
szyn zbiorczych ZS tudzież z układem lokalnego rezerwowania wyłączników LRW, jak również daje możliwość
realizacji automatyki SCO oraz SPZ po SCO.
Synoptyka pola
Zespół CZAZ-UM zostaje przystosowany do pracy w polu
o określonym układzie łączników poprzez wybór odpowiedniego schematu pola z bogatej biblioteki układów synoptyki
pola. Prezentacja graficzna podczas przeglądania układów
ułatwia wybór użytkownikowi. W przypadku, gdyby pole było
wykonane w niestandardowy sposób, można poprzez modyfikację jednego ze standardowych układów, stworzyć układ
w pełni odpowiadający wymaganiom klienta.
Wybór określonego schematu pola powoduje automatyczne zaprogramowanie zespołu do kontroli stanu wszystkich łączników oraz realizacji funkcji zapewniających bezpieczną obsługę pola przy sterowaniu lokalnym i zdalnym.
Do funkcji tych należą poniższe wskazania:
 komunikaty i rejestrację położenia łączników oraz stanu
awaryjnego niezgodności położenia styków,
 właściwe blokady sterowania na załączenie wyłącznika,
 sygnały gotowości operacyjnej do załączenia i wyłączenia,
 sygnał „uszkodzenie w polu” UP w stanie niezgodności
położenia styków łączników.
Sterownik programowalny
Niejednokrotnie pojawia się konieczność realizacji specyficznych zależności logiczno-czasowych, które umożliwią
optymalizację sposobu pracy sterownika pola.
Zależności te w bardzo łatwy sposób można zrealizować
w sterowniku programowalnym, poprzez wykorzystanie typowych bramek logicznych: iloczyn (AND), suma (OR), negacja
(NOT), różnica symetryczna (XOR).
Ze względu na graficzną interpretację zależności logiczno-czasowych, sposób działania jest czytelny i łatwy do analizy.
Istnieje możliwość dodawania opisów na rysunku, testowania
U PRODUCENTÓW
działania utworzonych bloków logiki, poprzez symulację stanów i obserwację zachowania wszystkich sygnałów.
Szereg sygnałów, posegregowanych w grupy, umożliwia
realizację najbardziej wymagających zależności logicznych.
Edycja nazw takich sygnałów, jak: komunikaty tekstowe, wejścia dwustanowe, programowalne sygnały do rejestratora zdarzeń i zakłóceń oraz liczniki sprawiają, że obsługa urządzenia jest wygodna oraz intuicyjna.
Przykład zależności logiczno-czasowych przedstawia ryc. 2.
Na życzenie klienta urządzenie może być skonfigurowane zgodnie z wytycznymi projektanta lub użytkownika.
silnikowego zarówno w stanie normalnej pracy, jak i w stanach zakłóceniowych.
Pomiary
Podstawową funkcją są pomiary wielkości elektrycznych
oraz temperatur. W ich skład wchodzą następujące wielkości pomiarów: 24 pomiary. Są to: prądy fazowe, napięcia
międzyfazowe; prąd, napięcie zerowe; prądy różnicowe i hamujące; temperatury z podłączonych czujników oraz temperatura modelu cieplnego; moce czynne, bierne chwilowe
oraz z ostatnich 15 minut; energia oraz informacje dotyczące
Rys. 2. Przykład zależności logiczno-czasowych zespołu CZAZ-UM
Sterownik specjalizowany
Podstawowe zależności logiczno-czasowe, są zaimplementowane standardowo w sterowniku specjalizowanym.
Należą do nich:
 współpraca z łącznikami w polu (sygnalizacja niezgodności położenia styków, zmiany ich położenia);
 sterowanie na załączenie i wyłączenie wyłącznika,
 gotowość operacyjna pola (do załączenia i wyłączenia wyłącznika),
 współpraca z układem sygnalizacji akustycznej AW / UP / AL,
 automatyka poawaryjna SCO i SPZ po SCO.
Zależności te tworzą podstawowy trzon działania zabezpieczenia i użytkownik nie ma możliwości bezpośredniej ingerencji. Grupa sygnałów skierowanych ze sterownika programowalnego do specjalizowanego umożliwia dostosowanie
pracy urządzenia do wymagań użytkownika.
Diagnostyka pracy silnika
Kolejnym istotnym wymaganiem stawianym urządzeniom
automatyki zabezpieczeniowej, jest diagnostyka pracy pola
modelu cieplnego, tj. wykorzystany czas w trakcie bieżącego
rozruchu, limit czasu pozostający do wykorzystania podczas
rozruchu, czas potrzebny do regeneracji cieplnej po nieudanych rozruchach.
Rejestrator zdarzeń, zakłóceń
oraz parametrów ostatnich zakłóceń
Wszystkie zmiany stanu pracy pola są zapisywane w rejestratorze zdarzeń przy rozdzielczości zapisu 1 ms, pojemności 500 zapisów. Urządzenie rejestruje 10 przebiegów analogowych oraz 16 sygnałów dwustanowych z częstotliwością próbkowania 1000 Hz. Rejestrator zakłóceń umożliwia zapis wszystkich sygnałów, w plikach o określonych wielkościach. Minimalnie 1 plik 8 s, maksymalnie 32 pliki 0,5 s. Oprócz tego istnieje możliwość przełączenia rejestratora w tryb pomiarów, co
umożliwia znaczne wydłużenie rejestracji, np. dla ujęcia przebiegu pojedynczego rozruchu lub wielu rozruchów silnika.
Rejestrator parametrów ostatnich zakłóceń umożliwia
odczyt wartości prądów, napięć oraz czasów trwania dla
różnych typów zakłóceń.
Automatyka Elektroenergetyczna Nr 3/2007
53
U PRODUCENTÓW
Diagnostyka pracy pola jest uzupełniona o szereg liczników, a m.in. zadziałań poszczególnych zabezpieczeń, zadziałań automatyki poawaryjnej, wystąpieniu nieciągłości
w obwodach wyłączających oraz operacji łączeniowych.
Należą do nich:
 pięć liczników umożliwiających diagnostykę pracy wyłącznika,
 liczniki prądów kumulowanych wyłącznika w poszczególnych fazach,
 licznik zliczający wyłączenia w wyniku sterowania awaryjnego i operacyjnego,
 licznik zliczający wyłączenia w wyniku sterowania awaryjnego.
Dostępne są również liczniki programowalne, które można wykorzystać w sterowniku programowalnym. Istnieje możliwość importu, eksportu oraz edycji liczników przy użyciu oprogramowania dedykowanego do obsługi urządzenia
CZAZ-UM.
Sterowanie łącznikami
Zespół CZAZ-UM, jako sterownik polowy, umożliwia sterowanie załączeniem i wyłączeniem wyłącznika oraz sterowanie odłącznikami i uziemnikami wyposażonymi w napęd
elektryczny. W przypadku wyłącznika, blokady załączenia
są automatycznie dopasowane do ustawień konfiguracyjnych
(układ pola) i wynikają z bieżącego stanu pracy pola (blokady od zabezpieczeń, zewnętrzne, technologiczne, itp.).
Komunikacja
Odczyt wszystkich parametrów stanu pracy silnika możliwy jest przez system nadrzędny. Podobnie jak operacje łączeniowe i zmiany konfiguracji.
54
Nr 3/2007 Automatyka Elektroenergetyczna
Zespół CZAZ-UM posiada dwa porty komunikacyjne RS-485 oraz interfejs do komunikacji lokalnej RS-232 umieszczony na panelu operatora.
Połączenie światłowodowe jest możliwe poprzez konwerter światłowodowy (np. MOXA typ TCF-142M). Dostępne
protokoły komunikacyjne : MODBUS CZAZ ASCII, MODBUS CZAZ RTU, MODBUS RTU, IEC 60870-5-103.
Podsumowanie
Połączenie funkcjonalne sterownika programowalnego i specjalizowanego w postaci jednolitego, uniwersalnego sprzętu oraz prosta i przyjazna obsługa sprawiają, że
zespół CZAZ-UM jest w stanie spełnić zróżnicowane
wymagania użytkowników.
Platforma sprzętowa i oprogramowanie zespołu zapewniają elastyczną i niezawodną realizację funkcji zabezpieczeniowych, sterowniczych, pomiarowych oraz kontrolnych.
Cztery zestawy nastaw umożliwiają szybkie dostosowanie charakterystyk rozruchowych zabezpieczeń do różnych
konfiguracji pracy pola.
Bezpieczna obsługa pola, zarówno przy sterowaniu lokalnym, jak i zdalnym jest zapewniona dzięki wewnętrznym blokadom załączenia wyłącznika oraz programowalnym blokadom sterowania łącznikami.
Kompletną informację na temat Cyfrowego Zespołu Automatyki Zabezpieczeniowej typu CZAZ-UM, przeznaczonego dla silnika synchronicznego i asynchronicznego można
uzyskać na stronie producenta: www.zeg-energetyka.com.pl.