ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ С ДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты энергетических систем.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной додели является микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением по патенту РФ №2222083, МПК Н02Н 7/29, G01R 23/165, G01R 31/08, 20.01.2004, содержащее блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, приемопередатчик с антенной.
Группы выходов и блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены соответственно с первой и второй группой входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов для связи с внешними устройствами, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты соединена группой входов-выходов приемопередатчика.
Микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты содержит два процессора два оперативных запоминающих устройства, постоянное запоминающее устройство, часы, регистр обмена, устройства аналогового ввода-вывода, устройство дискретного ввода-вывода и драйвер последовательного канала.
Известное микропроцессорное устройство имеет большие габариты, общую высокую стоимость выполнение релейной защиты и автоматики всех присоединений распределительного устройства (РУ) электроэнергетической установки (ЭУ), ограниченные и жестко установленные функциональные возможности, высокую сложность и стоимость проведения проектно-изыскательных и монтажных работ при осуществлении реновации и реконструкции ЭУ в части релейной защиты и автоматики.
Данные недостатки обусловлены тем, что микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты необходимо устанавливать на каждое отдельное присоединение РУ ЭУ в стационарных помещениях (релейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций, в том числе атомных электростанций, распределительных подстанций). Алгоритмы и конфигурации защит, функциональные возможности устройства определяются изначально и не могут быть изменены или расширены в процессе эксплуатации стандартными, изначально заложенными в устройство способами и механизмами.
Кроме этого, известное микропроцессорное устройство требует проведения дополнительных проектно-изыскательных, монтажных работ, а также дополнительного оборудования при выполнении систем противоаварийной автоматики и интеграции в автоматизированные системы управления (например, автоматизированные системы диспетчерского управления - АСДУ) ЭУ, так как оно не обладает возможностью их полной реализации стандартными, изначально заложенными в устройство, способами и механизмами.
Задача полезной модели - уменьшение габаритов и общей стоимости выполнения релейной защиты и автоматики всех присоединений распределительного устройства (РУ) электроэнергетической установки (ЭУ), расширение функциональных возможностей микропроцессорного устройства, уменьшение сложности и стоимости реконструкции РУ ЭУ за счет исключения микропроцессорной системы управления выходным реле и сигнализации в каждом отдельном устройстве присоединения РУ ЭУ, а также благодаря возможности обмена телеинформацией (телеизмерение - ТИ, телесигнализации - ТС и телеуправления - ТУ) по каналам связи с аппаратурой каналов связи, единой, для всех устройств присоединений РУ ЭУ, централизованной микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализации.
Технический результат достигается тем, что централизованная микропроцессорная система релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением, состоящая из n устройств присоединений N распределительных устройств (РУ) Q электроэнергетических установок (ЭУ) электроэнергетической системы, при этом каждое устройство присоединений содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, приемопередатчик каналов связи, причем группы выходов блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены соответственно с первой и второй группой входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, согласно заявляемой полезной модели, содержит в каждом устройстве присоединений введенный микроконтроллер связи, причем группа входов-выходов аналогово-цифрового преобразователя соединена с первой группой входов-выходов микроконтроллера связи, вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов для связи с внешними устройствами, третья группа входов-выходов микроконтроллера связи соединена с группой входов-выходов приемопередатчика канала связи, а также  общую для всех n устройств присоединений введенную централизованную микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики N-го РУ, имеющую группу входов-выходов для связи с ЭВМ и соединенную с блоком центральной аппаратуры каналов связи, при этом каждая централизованная система управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики N-го РУ выполнена с возможностью соединения с введенной централизованной микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики Q-ой ЭУ, причем каждая централизованная система управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики Q-ой ЭУ выполнена с возможностью соединения с введенной централизованной микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики электроэнергетической системы.
Централизованная микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализации выполнена, как в том же РУ ЭУ, что и защищаемые присоединения РУ ЭУ, так и в качестве удаленного сервера или автоматизированного рабочего места (АРМ), находящегося, например, на пункте управления АСДУ ЭУ или АСДУ электроэнергетической системы (ЭС).
Соответственно централизованная микропроцессорная система управления выходным реле и сигнализации может представлять собой:
1. Серверную стойку или отдельный шкаф в помещении РУ ЭУ, с установленными в ней как минимум двумя взаиморезервируемыми вычислительными модулями, аппаратурой каналов связи, блоками резервного питания сервисными устройствами (например, сенсорным графическим экраном). Серверная стойка или отдельный шкаф должны обеспечивать защиту оборудования от воздействий окружающей среды, согласно классу помещения РУ, а так же по условиям электромагнитной совместимости.
Устройства присоединений, содержащие блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер связи, приемопередатчик канала связи, устанавливаются на каждом отдельном присоединении РУ ЭУ, передают и получают телеинформацию (ТИ, ТС и ТУ) непосредственно от централизованной микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализации данного РУ ЭУ или через промежуточный концентратор (при большом количестве присоединений в РУ ЭУ).
2. Серверную стойку или отдельный шкаф, персональные ЭВМ в помещении релейного зала ЭУ, пункта диспетчерского управления ЭУ, пункта диспетчерского управления ЭС, объединенной или единой ЭС (ОЭС, ЕЭС) и т.п.
Устройства присоединений, содержащие блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер связи, приемопередатчик канала связи, устанавливаются на каждом отдельном присоединении РУ каждой ЭУ, передают и получают телеинформацию (ТИ, ТС и ТУ) от централизованной микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализации на пункте управления через сервера связи, промежуточные концентраторы или через устройства, сбора и передачи данных.
На фиг.1 - изображена структурная схема заявляемой централизованной микропроцессорная система релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением.
На фиг.1 обозначены:
1 - серверная стойка или отдельный шкаф в помещении РУ №1 ЭУ, в котором установлена централизованное микропроцессорное устройство управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики РУ №1, аппаратура каналов связи централизованной микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики, другие сервисные устройства соответствующие РУ №1 ЭУ;
1-1 - Устройство присоединения №1 РУ №1 ЭУ;
1-2 - Устройство присоединения №2 РУ №1 ЭУ;
1-n - Устройство присоединения №n РУ №1 ЭУ;
2 - серверная стойка или отдельный шкаф в помещении РУ №2 ЭУ, в котором установлена централизованное микропроцессорное устройство управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики РУ №2, аппаратура каналов связи централизованной микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики, другие сервисные устройства соответствующие РУ №2 ЭУ;
2-1 - Устройство присоединения №1 РУ №2 ЭУ;
2-2 - Устройство присоединения №2 РУ №2 ЭУ;
2-n - Устройство присоединения №n РУ №2 ЭУ;
N - серверная стойка или отдельный шкаф в помещении РУ №N ЭУ, в котором установлена централизованное микропроцессорное устройство управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики РУ №N, аппаратура каналов связи централизованной микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики, другие сервисные устройства соответствующие РУ №М ЭУ;
N-1 - Устройство присоединения №1 РУ №N ЭУ;
N-2 - Устройство присоединения №2 РУ №N ЭУ;
N-n - Устройство присоединения №n РУ.№N ЭУ;
3 - Централизованная микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики ЭУ№1; А
4 - каналы связи и аппаратура канала связи, через которые передаются сигналы ТИ, ТС и ТУ, получаемые и передаваемые между устройствами присоединений и централизованной микропроцессорной системой управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики в одном РУ;
5 - каналы связи и аппаратура канала связи, через которые передаются сигналы ТИ, ТС и ТУ, получаемые и передаваемые между централизованными микропроцессорными системами управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики всех РУ данной ЭУ и централизованной микропроцессорной системой управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики всей ЭУ, а так же между централизованными системами управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики всех ЭУ данной ЭС и централизованной микропроцессорной системой управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики всей ЭС;
6 - Централизованная микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики ЭУ №2;
Q - Централизованная микропроцессорная система управления и выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и  противоаварийной автоматики ЭУ №Q ЭС;
7 - Централизованная микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики ЭС.
На фиг.2 - изображен пример реализации централизованной микропроцессорной системы релейной защиты и автоматики в РУ-6(10) кВ.
На фиг.2 обозначены:
8 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока;
9 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения;
10 - блок частотных фильтров;
11 - аналогово-цифровой преобразователь;
12 - микроконтроллер связи;
13 - приемопередатчик;
14 - блок аппаратуры каналов связи централизованной микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики;
15 - ЭВМ (ноутбук, АРМ административно-технического, оперативного или оперативно-ремонтного персонала ЭУ, сервер АСУТП или АСУ ТП в электроэнергетике);
16 - централизованное микропроцессорное устройство управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики в РУ;
17 - группа токовых сигналов защищаемого объекта (присоединения);
18 - группа сигналов напряжения защищаемого объекта (присоединения);
19 - группа входных сигналов с блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока;
20 - группа входных сигналов с блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения;
21 - группа сигналов блока частотных фильтров;
22 - группа входов-выходов аналогово-цифроврго преобразователя;
23 - группа входов-выходов для связи с внешними устройствами, т.е. входы-выходы устройства ввода-вывода и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода;
24 - группа входов-выходов для связи с ЭВМ;
25 - группа входов-выходов для связи с централизованным микропроцессорным устройством управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики РУ.
Работает устройство следующим образом.
Централизованная микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики в нормальном режиме работы электроэнергетической сети циклично опрашивает все устройства присоединений (содержащие блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер связи, приемопередатчик канала связи), установленные на отдельных присоединениях РУ ЭУ, или всех РУ ЭУ, или всех РУ всех ЭУ ЭС.
Устройства присоединений обеспечивают передачу телеинформации (ТИ, ТС) с каждого отдельного присоединения на централизованную микропроцессорную систему управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики, получая первоначально данные от первичных преобразователей (измерительные трансформаторы тока и напряжения в ячейках присоединений), или от сигнальных контактов коммутационного и другого оборудования, установленного в ячейках присоединений.
Устройства и централизованная микропроцессорная система управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики связаны между собой каналами связи (например, оптоволокно, радиоканал) напрямую, или через серверы связи, промежуточные концентраторы, устройства сбора и передачи данных (аппаратура каналов связи).
В аварийном (ненормальном) режиме (например, при коротком замыкании на присоединении), соответствующее устройство присоединения (или устройства присоединений) передает телеинформацию (ТИ, ТС) аварийного (ненормального) режима на централизованную микропроцессорную систему управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики, которая программно определяет возникновение аварий (ненормального режима) на данном конкретном присоединении (или на нескольких присоединениях) РУ ЭУ, или ЭУ ЭС, и генерирует программное прерывание, В течение данного прерывания, централизованная микропроцессорная система производит обработку полученной от устройства поврежденного присоединения (или устройств поврежденных присоединений) и от других смежных присоединений информацию, соответствующую предшествующему и аварийному (ненормальному) режимам поврежденного присоединения (присоединений), и согласно заданным алгоритмам и конфигурации релейной защиты и автоматики выдает соответствующий сигнал телеуправления (ТУ).
В зависимости от полученной от центральной микропроцессорной системы управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики сигнала ТУ, устройство поврежденного присоединения (или устройства поврежденных присоединений) формирует (через микроконтроллер связи) сигнал на отключение, запуск сигнализации или другой управляющий сигнал.
После получения удостоверяющего сигнала (ТС) от устройства поврежденного присоединения (или устройств поврежденных присоединений), центральная микропроцессорная система управления реле и сигнализации в соответствий с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики возвращается в цикличный опрос устройств всех присоединений РУ данного ЭУ, или всех РУ ЭУ, или всех РУ всех ЭУ ЭС, при этом в памяти центральной микропроцессорной системы управления реле и сигнализации сохраняются данные и осциллограммы аварийного (ненормального) режима, которые в последствии могут использоваться в сервисных подпрограммах (например, в подпрограмме определения места повреждения).
При интеграции централизованной микропроцессорной системы релейной защиты и автоматики в АСУ в электроэнергетике или АСДУ ЭУ, АСДУ ЭС, централизованная микропроцессорная система управления реле и сигнализации в соответствии с алгоритмами защиты и противоаварийной автоматики может передавать необходимую информацию на верхний уровень управления, тем самым создавая дополнительное программное резервирование и иерархическую систему релейной защиты и автоматики ЭУ или всей ЭС, ОЭС, ЕЭС.
Использование заявляемой полезной модели позволит обеспечить:
1. Уменьшение габаритов и количества устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики, устанавливаемых в стационарных помещениях (релейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций, в том числе атомных электростанций, распределительных подстанций).
2. Уменьшение общей стоимости новых систем релейной защиты и противоаварийной автоматики в ЭУ, в ЭС.
3. Расширение функциональных возможностей системы релейной защиты и противоаварийной автоматики в ЭУ, в ЭС за счет гибкости алгоритмов и конфигураций, способности бесшовной интеграции в автоматизированные системы управления, при этом алгоритмы и конфигурации релейных защит и противоаварийной автоматики, используемых на конкретном присоединении РУ ЭУ, определяются только программным обеспечением (т.е. обеспечиваются не аппаратными, а программными решениями), которые могут быть разработаны как специализирующей организацией, так и, при выполнении всех требований Законодательства, непосредственно пользователем.
4. Увеличение надежности и эффективности систем релейной защиты и противоаварийной автоматики ЭУ, ЭС за счет возможности использования в алгоритмах защиты и автоматики полного объема информации обо всех режимах во всех контролируемых точках ЭУ или ЭС, при возникновении аварий или ненормальных режимов на каждом отдельном присоединении РУ ЭУ.