МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИСОЕДИНЕНИЙ

Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для защиты, автоматики и управления кабельных линий электропередачи распределительных подстанций и электростанций, а также воздушных линий и асинхронных двигателей.
Известная многопроцессорная вычислительная система [А.С. G06F 15\16 №1820391 Б.И. №21 1993 г.] содержащая N-устройств обработки, М-устройств ввода-вывода и запоминающее устройство, причем устройство обработки содержит вычислительный блок, первый и второй блоки отключения, формирователь импульсов, триггер управления и элемент И используется для решения различных задач управления, но обладает ограниченными функциональными и аппаратными возможностями для защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.
Многопроцессорная вычислительная система [А.С. G06F 15\16 №1805477 Б.И. №12 1993 г.] содержащая N устройств обработки и N узлов связи, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем каждый узел связи содержит девять элементов И, четыре элемента ИЛИ и триггер имеет широкие возможности реконфигурации для решения различных задач, но также обладает ограниченными функциональными и аппаратными возможностями для защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.
Наиболее близким техническим решением является многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее [Патент RU G06F 15\16 №49304 Б.И. №31 2005 г.] содержащая N устройств обработки, устройство сопряжения с объектом, регистратор аварийных процессов и событий, функциональный контроллер с дисплеем и процессором, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью. Прототип имеет широкие функциональные возможности для управления различными процессами обработки информации, но имеет ограниченные функциональные и аппаратные возможности для защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.
Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему содержащую два устройства обработки, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы второй группы каждого устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов каждого из блоков обработки,
введен блок связи и четыре испытательных блока, группы входов которых являются первой, второй, третьей и четвертой группой входов системы, первая и вторая группы входов блоков обработки являются группами выходов блоков испытательных, причем блок связи, содержит два узла связи, выключатель, четыре реле и две лампы, причем узел связи содержит выключатель, три переключателя, реле и набор шунтирующих резисторов, причем информационные входы-выходы первой группы каждого устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, группа выходов которой является группой выходов блока связи, первая и вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки, соответственно, пятая и шестая группа входов системы является первой и второй группой входов блока связи.
На фиг.1 приведена схема соединения микропроцессорной системы релейной защиты с линиями и присоединениями.
На фиг.2 - пример реализации устройства обработки.
На фиг.3 - пример реализации блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения.
На схеме приведены примеры реализации одной из гальванических развязок и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения из общего количества гальванических развязок и предварительного масштабирования входных сигналов, определяемых количеством входных аналоговых сигналов тока и напряжения.
На фиг.4 - пример реализации фрагмента схемы блока связи.
На фиг.1 обозначены:
1, 4 - кабельная или воздушная линия электропередачи;
2 - блоки испытательные типа БИ 4 или БИ 4М фирмы ЧЭАЗ (Челябинский электроаппаратный завод);
3 - устройство обработки;
5 - блок обработки;
6 - присоединения (выключатели линий и фидеров, первичные трансформаторы, различные агрегаты);
7 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232);
8 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485);
9 - блок связи;
10 - асинхронный двигатель;
11 - группа токовых сигналов от линии электропередачи;
12 - группа сигналов напряжения от линии электропередачи;
13 - интерфейс RS-232;
1
2
14, 14 - группы входов-выходов блоков обработки, для связи с внешними устройствами и присоединениями, т.е. входы - выходы устройства аналогового ввода-вывода (УABB) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);
15 - интерфейс RS-485;
16 - группа сигналов из системы телемеханики линии 1;
17 - группа сигналов управления первым двигателем;
18 - группа сигналов из системы телемеханики линии 4;
19 - группа сигналов управления вторым двигателем.
На фиг.2 обозначены:
20 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока;
21 - формирователь сигналов контроля и диагностики;
22 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения;
23 - блок частотных фильтров;
24 - аналого-цифровой преобразователь блока обработки;
25 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты блока обработки.
На фиг.3 обозначены:
26 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;
27 - операционный усилитель преобразователя измерительного напряжения блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения. В качестве операционных усилителей можно использовать микросхему типа QP177GP или аналогичную;
R, R1 - резисторы типа С2-33 или аналогичные;
Т - трансформаторы тока или напряжения типа ТТ-1Т...ТТ-5Т, ТН-1Т или аналогичные;
Д - диоды типа 2D510A или аналогичные;
V1 - транзистор типа BD135 или аналогичный;
V2 - транзистор типа BD136 или аналогичный.
На фиг.4 обозначены:
1
2
28 и 28- узлы связи;
S - выключатель автоматический серии ETIMAT DC фирмы "Релпол-Элтим" или аналогичный;
П - переключатели типа 4G10 фирмы "APATOR" или аналогичные;
В - выключатель автоматический типа LEXIC фирмы "ETIMAT" или аналогичный;
Р - реле типовое R15 фирмы "Relpol" или аналогичное;
Л1 - лампа типа СКЛ-11Б фирмы ЗАО "Протон-Импульс" или аналогичная;
Л2 - лампа освещения Е27 SLK фирмы "Legrand" или аналогичная;
R - резисторы 214-8 фирмы "Vitrohm" аналогичные;
U - напряжение питания.
Блок обработки 5 и входящие в него блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока 20, блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения 22, блок частотных фильтров 23, формирователь сигналов диагностики 21 и аналого-цифровой преобразователь 24 могут быть реализованы в соответствии с патентом Российской Федерации на изобретение 7 Н02Н 7/26 №2173924 от 03.02.2000, Бюл. №26 (фиг.1), или [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.778. рис.22.4] [1]. Драйверы каналов RS-232 и RS-485 находятся в микропроцессорной системе и на схеме не показаны (см. стр.781). Подробная информация о работе блока обработки и микропроцессорной системы приведена в патенте и указанной литературе на стр.778-783. Блоки испытательные 2 предназначены для оперативного подключения к входным цепям испытательного оборудования. Основные сведения о блоках испытательных с контрольными штепселями приведены в этикетке ИГНЯ.687224.005 ЭТ. Описание и схемы асинхронного двигателя 10 приведены в [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.722-724, рис.19.15 и 19.16] или [Е.П.Фигурнов "Релейная защита" 2002 г. стр.276-280, рис.6.1, 6.2] [2]. Все вышеперечисленные схемы приведены для описания работы системы.
На рисунках не показаны многие аппаратные компоненты, как не влияющие на работу микропроцессорной системы.
1
4
1
2
1
2
Микропроцессорная система содержит два устройства обработки 3, четыре испытательных блока 2...2 и блок связи 9, каждое устройство обработки 3 содержит блок обработки 5 и узлы сопряжения с магистралью 7 и 8, блок связи 9 содержит два узла связи 28 и 28, выключатель В, четыре реле Р2...Р5, две лампы Л1 и Л2, узел связи 28 содержит выключатель S, три переключателя П1...П3, реле Р1 и набор шунтирующих резисторов R, информационные входы-выходы 13 второй группы каждого устройства обработки 3 являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов 14 которой является группой входов-выходов блоков обработки 5, первая 11 и вторая 12 группы входов которых являются группами выходов блоков испытательных 2, группы входов которых являются первой, второй, третьей и четвертой группой входов системы, информационные входы-выходы 15 первой группы каждого устройства обработки 3 являются третьей группой входов-выходов системы, группы выходов 17 и 19 которой является группами выходов блока связи 9, первая 14 и вторая 14 группа входов - выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки 5, соответственно, пятая 16 и шестая 18 группа входов системы является первой и второй группой входов блока связи 9.
Устройства обработки 3 (фиг.2) в микропроцессорной системе реализуют следующие функции:
- трехступенчатая максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению и контролем направления мощности;
- защита от потери питания;
- защита от однофазных замыканий на землю;
- защита от обрыва фаз;
- защита минимального напряжения;
- защита от повышения напряжения;
- защита от снижения напряжения при включении выключателя линии;
- дуговая защита;
- функция устройства резервирования при отказе выключателя линии;
- автоматическое повторное включение;
- логическая защита шин линии;
- выполнение команд автоматической частотной разгрузки и
автоматического повторного включения по частоте, а также много других специфических защит и работают следующим образом:
сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения линий 1 и 4, двигателей 10 поступают через блоки испытательные 2, резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 20 и 22 (фиг.3).
Промежуточные трансформаторы Т обеспечивают гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов. Первичные обмотки трансформаторов обеспечивают заданную термическую стойкость при перегрузках. Прецизионные усилители, реализованные на микросхемах 26 и 27, диодах Д, резисторах R, транзисторах V1 и V2 служат для точного масштабирования сигналов и согласования импедансов промежуточных трансформаторов и аналого-цифрового преобразователя. С выходов прецизионных усилителей сигналы поступают на входы аналоговых фильтров блока частотных фильтров 23. Фильтры нижних частот пропускают составляющие тока и напряжения определенной частоты и не пропускают высокочастотные гармоники, являющиеся помехами, искажающими синусоиду тока и напряжения. Далее аналоговые сигналы поступают в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 24 для изменения формы сигнала на дискретную (цифровую), т.к. последующая обработка сигналов будет производиться цифровыми микросхемами. Входные отфильтрованные сигналы поступают на мультиплексор 26 (фиг.5 патента №2173924), который производит последовательное подключение входа АЦП 27 (фиг.5 патента №2173924) к одному из каналов блока частотных фильтров 23. Всей работой аналого-цифрового преобразователя 20 управляет микропроцессорное устройство 28 (фиг.5 патента №2173924), которое обеспечивает цифровую фильтрацию входных сигналов, расчет вторичных электрических параметров сети, выполнение процедур самодиагностики, формирование управляющих сигналов для контроля и диагностики, поступающих на формирователь сигналов контроля и диагностики 21, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 25 через буферные регистры 29 (фиг.5 патента №2173924). Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 25 получает значения электрических параметров защищаемых линий 1 и 4, присоединений 6 и двигателей 10 из аналого-цифрового преобразователя 24 и информацию о состоянии дискретных входов от
УДВВ. На основании этой информации, а также значений программных ключей и уставок, хранящихся в ППЗУ, вырабатываются команды управления выходными реле и сигнализацией, в соответствии с алгоритмами защиты, которые поступают по каналу 14 на блок связи 9 и на присоединения 6. Помимо выполнения функций защиты и автоматики центральный процессор микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.778 рис.22.4] управляет минидисплеем, обслуживает клавиатуру пульта, а также обеспечивает обмен с персональной ЭВМ через узел сопряжения с магистралью 7 и с автоматизированной системой управления (АСУ) через узел сопряжения с магистралью 8. Более подробная информация о работе микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты приведена в [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.778-783].
Блок связи 9 получает сигналы:
1
2
- по каналам 14, 14 от блоков обработки 5 и присоединений 6;
- по каналам 16 и 18 из системы телемеханики, и формирует сигналы для защиты линий 1, 4, присоединений 6 и управления двигателями 10, которые поступают по каналам 14, 17 и 19.
1
1
1
В блоке связи 9 (фиг.4) для управления присоединениями 6 линии 1 (электромагнитами включения и отключения выключателей) и двигателем 10 служат узел связи 28 и реле Р2, Р3.
2
2
2
Для управления присоединениями 6 линии 4 и двигателем 10служат узел связи 28 и реле Р4, Р5.
Для защиты асинхронного двигателя 10 используются вышеперечисленные функции [1, 2], реализуемые устройствами обработки 3:
- защита от потери питания;
- защита от однофазных замыканий на землю;
- защита от обрыва фаз;
- защита минимального напряжения и т.д.
При поступлении сигнала "Вызов" к одному из устройств обработки 3 зажигается лампа Л1. Лампа Л2 с автоматом В служит для освещения секции подстанции.
Таким образом, микропроцессорная система имеет расширенные функциональные и аппаратные возможности т.к. обеспечивает:
- выполнение функций релейной защиты, автоматики и
управления присоединениями кабельных или воздушных линий, а также асинхронными двигателями;
- трансляцию команд управления на выключатели присоединений;
- автоматизацию процесса сбора информации о состоянии вводов и выключателей присоединений;
- автоматизацию сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах и событиях и т.д. с сохранением всех функций прототипа.