МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫХОДНЫМИ РЕЛЕ ЗАЩИТЫ И СИГНАЛИЗАЦИИ, УЧЕТА, ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, автоматики и учета в энергетике.
Аналогом является микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением (патент RU 2222083, МПК Н02Н 7/26, G01R 23/165, G01R 31/08, дата опубликования 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 защиты и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, приемопередатчик с антенной.
Недостатками аналога являются:
- общая высокая стоимость выполнения релейной защиты и автоматики во всех присоединениях распределительного устройства (РУ) электроэнергетической установки (ЭУ);
- ограниченно и жестко установленные функциональные возможности;
- высокая сложность и стоимость проведения проектно-изыскательных и монтажных работ при осуществлении реновации и реконструкции ЭУ в части релейной защиты и автоматики.
Прототипом является централизованная микропроцессорная система релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением (патент RU 108231, МПК Н02Н 7/00, дата опубликования 10.09.2011 г.), содержащая блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорную систему (микроконтроллер связи) управления входами-выходами приемопередатчика устройства для организации канала связи, общую централизованную микропроцессорную систему управления выходными реле защиты и сигнализации, аппаратуру каналов связи централизованной микропроцессорной системы управления выходными реле защиты и сигнализации, осуществляющую сбор и передачу информации (телеизмерения - ТИ, телесигнализация - ТС и телеуправление - ТУ) от приемопередатчиков отдельных устройств присоединений к общей централизованной микропроцессорной системе управления реле защиты и сигнализации в соответствии с алгоритмом защиты.
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, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле защиты 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 защиты и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты соединена группой входов-выходов приемопередатчика.
Централизованная микропроцессорная система управления выходными реле защиты и сигнализации может находиться как в том же РУ ЭУ, что и защищаемые присоединения РУ ЭУ, так и выполнена в качестве удаленного сервера или автоматизированного рабочего места (АРМ), находящегося, например, на пункте управления автоматизированной системы диспетчерского управления ЭУ (АСДУ ЭУ) или АСДУ электроэнергетической системы (АСДУ ЭС).
Основным недостатком прототипа являются его ограниченные функциональные возможности.
Данный недостаток прототипа обусловлен тем, что его возможности ограничены заданными функциями релейной защиты и автоматики РУ ЭУ различных классов напряжений, а также функцией автоматизированных систем управления технологическими процессами в электроэнергетике (АСУ Э) и систем АСДУ.
Кроме этого недостатком прототипа являются увеличенная общая стоимость, низкая гибкость конфигураций централизованной микропроцессорной системы релейной защиты и сигнализации.
Задачей полезной модели является разработка микропроцессорного устройства управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля централизованной микропроцессорной системы релейной защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля, с помощью которого устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей, увеличение гибкости конфигураций и снижение общей стоимости систем контроля и управления, релейной защиты и автоматики, учета в каждом РУ за счет исключения счетчиков электроэнергии на каждом присоединении РУ, а также приборов, осуществляющих измерение и контроль параметров электроэнергетической сети в виде токов и напряжений в отдельных присоединениях РУ.
Технический результат достигается тем, что микропроцессорное устройство управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (МСУУВ), содержащее централизованную микропроцессорную систему управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (ЦМСУ) в распределительном устройстве, имеющее группу входов-выходов для связи с ЭВМ, и соединенную с блоком центральной аппаратуры каналов связи (ЦАКС), согласно настоящей полезной модели дополнительно содержит последовательно соединенные централизованный блок измерений (ЦБИ), контроллер измерений ЦБИ, блок контроля, диагностики и сигнализации ЦБИ, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) ЦБИ, приемник сигналов точного времени GSM/ГЛОНАСС ЦБИ, а также устройство каналов связи (УКС), при этом ЦБИ соединен с блоком ЦАКС, ППЗУ ЦБИ, приемником сигналов точного времени GSM/ГЛОНАСС ЦБИ, а также с УКС, причем ППЗУ ЦБИ соединен с контроллером измерений ЦБИ.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1).
На фиг. 1 изображен пример реализации микропроцессорного устройства управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля в РУ среднего напряжения.
На фиг. 1 обозначены:
1 - микропроцессорное устройство управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (МУУВР);
2 - каналы связи и аппаратура каналов связи, через которые передаются сигналы телеизмерения, телесигнализации и телеуправления (ТИ, ТС и ТУ), получаемые и передаваемые между устройствами присоединений и микропроцессорным устройством управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля централизованной микропроцессорной системы релейной защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля данного РУ;
3 - блок центральной аппаратуры каналов связи микропроцессорного устройства управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (ЦАКС);
4 - ЭВМ (ноутбук, АРМ административно-технического, оперативного или оперативно-ремонтного персонала ЭУ, сервер АСДУ или АСУТП в электроэнергетике);
5 - централизованная микропроцессорная система управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (ЦМСУ);
6 - группа входов-выходов для связи с ЭВМ;
7 - группа входов-выходов для связи с централизованной микропроцессорной системой управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля РУ;
8 - централизованный блок измерений микропроцессорного устройства управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (ЦБИ);
9 - контроллер измерений ЦБИ (КИ);
10 - блок контроля, диагностики и сигнализации ЦБИ (БКДС);
11 - программируемое постоянное запоминающее устройство ЦБИ (ППЗУ);
12 - приемник сигналов точного времени GSM/ГЛОНАСС ЦБИ (ПСТВ);
13 - устройство каналов связи, через которое передаются сигналы ТИ, ТС и ТУ, получаемые и передаваемые между централизованной микропроцессорной системой релейной защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля данного РУ данной ЭУ и централизованной микропроцессорной системой релейной защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля всей ЭУ (УКС).
Микропроцессорное устройство 1 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (МСУУВ) содержит централизованную микропроцессорную систему 5 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля (ЦМСУ) в распределительном устройстве, имеющее группу входов-выходов 6 для связи с ЭВМ 4, и соединенную с блоком 3 центральной аппаратуры каналов связи (ЦАКС).
Отличием предлагаемого МСУУВ является то, что оно дополнительно содержит последовательно соединенные централизованный блок 8 измерений (ЦБИ), контроллер 9 измерений ЦБИ, блок 10 контроля, диагностики и сигнализации ЦБИ, программируемое постоянное запоминающее устройство 11 (ППЗУ) ЦБИ, приемник 12 сигналов точного времени GSM/ГЛОНАСС ЦБИ, а также устройство 13 каналов связи (УКС), при этом блок 8 измерений (ЦБИ) соединен с блоком 3 (ЦАКС), ППЗУ 11 ЦБИ, приемником 12 сигналов точного времени GSM/ГЛОНАСС ЦБИ, а также с УКС 13, причем ППЗУ 11 ЦБИ соединен с контроллером 9 измерений ЦБИ.
Таким образом, по сравнению с прототипом, новыми блоками являются блоки 8, 9, 10, 11, 12 и 13.
Работает устройство следующим образом.
Микропроцессорное устройство 1 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля циклично опрашивает через каналы 2 связи и аппаратуру каналов связи все устройства присоединений данного РУ, которые обеспечивают передачу информации (ТИ и ТС) с каждого отдельного присоединения данного РУ, в свою очередь получая первоначально данные от первичных преобразователей (например, измерительных трансформаторов тока и напряжения в ячейках присоединений), установленных в ячейках присоединений данного РУ.
Скорость передачи «полезных» данных, а также требования к их синхронизации (точность устанавливаемых меток времени) должно соответствовать требованиям международных стандартов, относящихся к системам мониторинга переходных режимов (СМПР) и синхронных векторных измерений.
Централизованная микропроцессорная система 5 получает данные от блока 3 центральной аппаратуры каналов связи посредством группы 7 входов-выходов, обеспечивая выполнения функций основной и резервной релейной защиты и автоматики всех присоединений в данном РУ.
Централизованный блок 8 измерений микропроцессорного устройства 1 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля через блок 3 центральной аппаратуры каналов связи обеспечивает прием, обработку, верификацию и последующую передачу данных измерения контролируемых электрических параметров (значения мгновенных выборок фазных токов, фазных и/или линейных напряжений, значений тока или напряжения нулевой последовательности и т.д.) от каждого присоединения РУ с точностью и синхронностью, необходимой для их передачи в СМПР, WAMS и т.п. систем верхнего уровня, например уровня ЭС. Для этого:
- подключенный к блоку 3 центральной аппаратуры каналов связи, также как и к приемнику 12 сигналов точного времени GSM/ГЛОНАСС централизованный блок 8 измерений обеспечивает прием в соответствии с принятым стандартом (протоколом) передачи данных, например Ethernet, мгновенных выборок контролируемых электрических параметров (значения мгновенных выборок фазных токов, фазных и/или линейных напряжений, значений тока или напряжения нулевой последовательности и т.д.) от каждого устройства присоединения РУ, производит, при необходимости, их мультиплексирование для последующей передачи в контроллер 9 измерений, а также определяет время прихода выборок - устанавливает с требуемой точностью для СМПР или WAMS и т.п. верхнего уровня время приема, записывает его в советующем поле информационного кадра принятого стандарта (протокола) передачи данных на аппаратном уровне;
- подключенный к централизованному блоку 8 измерений контроллер 9 измерений с необходимой скоростью обрабатывает данные (выборки контролируемых электрических параметров), полученные с блока 8, производит их обработку, в том числе производит верификацию, например, используя стандартный алгоритм нахождения контрольной суммы - CRC. В случае неверности полученных данных контроллер 9 измерений отбрасывает некорректные выборки контролируемых электрических параметров (потеря данных) и, используя известные способы обработки пропусков данных, может их «дорасчитать», например, применив различные статистические методы (процедуры);
- контроллер 9 измерений централизованного блока 8 измерений по результатам обработки производит их запись в базе данных, установленной в подключенном к нему ППЗУ 11, и/или по результатам дополнительной обработки производит их передачу в СМПР и WAMS и т.п. верхнего уровня, например уровня ЭС;
- передача дополнительно обработанных данных в СМПР и WAMS и т.п. верхнего уровня, например уровня ЭС, происходит посредством централизованного блока 8 измерений, который подключен к устройству 13 каналов связи, через которое передаются сигналы ТИ, ТС и ТУ, получаемые и передаваемые между централизованными микропроцессорными системами релейной защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля всех РУ данной ЭУ и централизованной микропроцессорной системой релейной защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля всей ЭУ;
- блок 10 контроля, диагностики и сигнализации обеспечивает самодиагностику централизованного блока 8 измерений, контроль корректности передаваемых данных и, при необходимости, передачу информации об ошибке (код ошибки) измерений в СМПР и WAMS и т.п. верхнего уровня, например, уровня ЭУ. Для этого блок 10 контроля, диагностики и сигнализации подключен к контроллеру 9 измерений и ППЗУ 11;
- для обеспечения необходимой скорости и удобства обработки данных, обеспечения надежности функционирования, верификации и выполнения дополнительных процедур над получаемыми выборками (например, «дорасчета» выборок в случае единичных потерь кадров в устройстве 13 каналов связи) применяется ППЗУ 11. В ППЗУ 11 устанавливается база данных выборок, позволяющая хранить и обрабатывать требуемое количество последних принятых данных, в том числе для их последующей передачи в СМПР и WAMS и т.п. верхнего уровня, например уровня ЭС.
В нормальном режиме работы, соответствующие устройства присоединений передают информацию (ТИ) нормального режима в микропроцессорное устройство 1 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля, в котором формируется в встроенном ППЗУ 11 массив данных (в том числе графики потребляемой мощности и расхода электроэнергии по каждому из присоединений данного РУ). Возможен импорт массива данных и его отображение в удобной для пользователя форме на ЭВМ 4 через группу 6 входов-выходов.
В аварийном (ненормальном) режиме (например, при коротком замыкании на присоединении), соответствующее устройство присоединения (или устройства присоединений) передает информацию (ТИ, ТС) аварийного (ненормального) режима в микропроцессорное устройство 1 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля, в котором, в свою очередь, выявляется возникновение аварий (ненормального режима) на данном конкретном присоединении (или на нескольких присоединениях) РУ, и генерирует аварийное событие в РУ через программное прерывание. В течение данного прерывания централизованная микропроцессорная система 6 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля 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 ТУ.
В зависимости от полученной от централизованной микропроцессорной системы 5 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля сигнала ТУ, устройство поврежденного присоединения (или устройства поврежденных присоединений) формирует запуск сигнализации или другой управляющий сигнал.
После получения удостоверяющего сигнала (ТС) от устройства поврежденного присоединения (или устройств поврежденных присоединений), в централизованной микропроцессорной системе 5 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля, микропроцессорное устройство 1 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля возвращается в цикличный опрос устройств всех присоединений РУ, при этом в памяти централизованной микропроцессорной системы 5 управления выходными реле защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля сохраняются данные и осциллограммы аварийного (ненормального) режима, которые впоследствии могут использоваться в сервисных подпрограммах (например, в подпрограмме определения места повреждения).
Техническим результатом полезной модели, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:
1. уменьшение количества устройств релейной защиты, автоматики, учета, измерения и контроля электроэнергии, устанавливаемых в отсеках комплектных распределительных устройств - КРУ и комплектных распределительных устройств наружной установки - КРУН, на панелях и шкафах в релейных залах и пультах управления электроподстанций и станций, в том числе атомных, помещениях распределительных подстанций и общестанционных пунктов управления (ОПУ);
2. уменьшение общей стоимости новых и реконструируемых систем релейной защиты, автоматики, учета, измерения и контроля электроэнергии (том в числе АСК(Т)УЭ, СМПР) в ЭУ, в ЭС;
3. система релейной защиты и автоматики, учета, измерения и контроля электроэнергии в ЭУ, в ЭС приобретает значительно более широкие функциональные возможности, гибкость алгоритмов и конфигураций, способность бесшовной интеграции в автоматизированные системы управления (АСУТП, АСУ Э), системы мониторинга переходных режимов (СМПР), автоматизированные системы коммерческого или технического учета электроэнергии (АСК(Т)УЭ) и т.п.;
4. упрощается, удешевляется и ускоряется процесс внедрения инновационных алгоритмов и конфигураций работы систем релейной защиты и автоматики, учета, измерения и контроля электроэнергии, основанных на последних достижениях науки и техники;
5. уменьшаются временные и финансовые затраты на строительно-монтажные и пусконаладочные работы при развертывании в РУ, ЭУ и ЭС систем релейной защиты и автоматики, учета, измерения и контроля электроэнергии, а также затраты на последующее техническое обслуживание и ремонт таких систем, в том числе за счет унификации и уменьшения перечня ЗИП на складах энергоснабжающих предприятий или потребителей, сокращения временных и финансовых затрат на обучение или переподготовку электротехнического персонала предприятий.
Таким образом, использование полезной модели позволит расширить функциональные возможности, а также уменьшить общую стоимость и увеличить гибкость конфигураций централизованной микропроцессорной системы релейной защиты и сигнализации, учета, измерения и контроля в РУ за счет исключения счетчиков электроэнергии на каждом присоединении РУ, а также приборов, осуществляющих измерение и контроль параметров электроэнергетической сети в виде токов и напряжений в отдельных присоединениях РУ.