УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТНОЙ АВТОМАТИКИ

Предлагаемое устройство относится к области электроэнергетики и может использоваться в каналообразующей аппаратуре релейной защиты, использующей для передачи информации высокочастотные каналы высоковольтных линий электропередачи и проводные линии связи.
Аппаратура данного назначения, выполняемая на современной микропроцессорной и микроэлектронной базе, используется на высоковольтных линиях напряжением от 6 до 110 кВ для обеспечения работы дифференциально-фазных защит (ДФЗ) различных типов.
Известны способы и устройства передачи сигналов релейной защитной автоматики (авт. свид. СССР №551750, 657511, 843085, 1272393, 1665452, 1823062; патенты РФ №40689, 55219, 2039405, 2154343, 2168826, 2187871, 2237331, 2290762, 2307437, 2437193, 2446534, 2498471; патенты США №4530025, 5717685; патент Германии №1963989; патент Японии №60236073; патенты EP №0452218, 0211567, 1096695; Кочетов В.В., Сапир Е.Д., Якубсон Г.Г. Наладка и эксплуатация релейной части дифференциально-фазных высокочастотных защит линии 400-700 кВ (ДФЗ-401 и ДФЗ-403). М.: Госэнергоиздат, 1962; Микуцкий Г.В. Каналы высокочастотной связи для релейной защиты и автоматики. М.: Энергия, 1977 и другие).
Из известных способов и устройств передачи сигналов релейной защитной автоматики наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее «Способ формирования сигнала управления дифференциально-фазной защиты защищаемого участка высоковольтной линии электропередачи (патент РФ №2290762, H04B 3/54, 2005), которое и выбрано в качестве прототипа.
Известное устройство обеспечивает повышение помехоустойчивости передачи сигналов дифференциально-фазной защиты и возможность 2
одновременной двусторонней передачи других типов сигналов в узком диапазоне частот.
По функциональному принципу работы известное устройство во многом совпадает с устройствами 7SD52 фирмы Siemens и RED 670 фирмы ABB.
Известные устройства, в том числе и устройство-прототип, отличаются конструктивной сложностью и высокой стоимостью.
Технической задачей полезной модели является упрощение процедуры передачи сигналов релейной защитной автоматики и снижение ее стоимости при обеспечении возможности одновременной дуплексной передачи дискретных сигналов в узком диапазоне частот.
Поставленная задача решается тем, что устройство передачи сигналов релейной защитной автоматики устанавливается на концах защищаемого участка высоковольтной линии электропередачи; содержит, как и прототип, компаратор, на вход которого поступает ток промышленной частоты, и последовательно включенные цифро-аналоговый преобразователь, усилитель мощности, линейный фильтр, вход-выход которого связан с каналом связи, и аналого-цифровой преобразователь; отличается от прототипа тем, что дополнительно снабжено частотным модулятором, частотным демодулятором, устройством самодиагностики, логическим блоком и формирователем выходных сигналов, причем выход компаратора через частотный модулятор подключен к входу цифро-аналогового преобразователя, второй вход частотного модулятора соединен с вторым выходом устройства самодиагностики, а на третий вход - подаются дискретные сигналы, к выходу аналого-цифрового преобразователя последовательно подключены частотный демодулятор, устройство самодиагностики и формирователь выходных сигналов, второй вход которого соединен с вторым выходом частотного демодулятора, а третий вход через логический блок соединен с выходом компаратора и третьим выходом частотного демодулятора, первый выход формирователя выходных сигналов предназначен для передачи дискретных сигналов, второй выход предназначен для передачи сигнала аварии, а третий выход обеспечивает контроль 3
работоспособности устройства; в качестве канала связи используется волоконно-оптическая линия связи.
Структурная схема устройства передачи сигналов защитной автоматики представлена на чертеже.
Устройство содержит последовательно включенные компаратор 1, на вход которого поступает ток промышленной частоты, частотный модулятор 2, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства самодиагностики 9, а на третий вход - подаются дискретные сигналы, цифро-аналоговый преобразователь 3, усилитель 4 мощности, линейный фильтр 5, вход-выход которого связан с каналом связи 6, аналого-цифровой преобразователь 7, частотный демодулятор 8, устройство самодиагностики 9 и формирователь 10 выходных сигналов, второй вход которого соединен с вторым выходом частотного демодулятора 8, а третий вход через логический блок 11 соединен с выходом компаратора 1 и третьим выходом частотного демодулятора 8. Первый выход формирователя 10 выходных сигналов предназначен для передачи дискретных сигналов, второй выход предназначен для передачи сигнала аварии, а третий выход обеспечивает контроль работоспособности устройства. В качестве канала связи 6 используется волоконно-оптическая линия связи.
Устройство передачи сигналов релейной защитной автоматики работает следующим образом. По одному устройству устанавливается на концах защищаемого участка высоковольтной линии электропередачи. Между ними устанавливается канал связи 6, в качестве которого используется волоконно-оптическая линия связи. Частотный диапазон передачи (приема) устройства, установленного на одной из сторон защищаемого участка, соответствует частотному диапазону приема (передачи) устройства, находящегося на противоположной стороне защищаемого участка. На вход компаратора 1 подается ток промышленной частоты, который, сравниваясь с установленным порогом, преобразуется в сигнал модуляции передачи, представляющий собой дискретный сигнал, по форме напоминающий меандр. Этот сигнал поступает на вход частотного модулятора 2, который представляет собой управляющий 4
синтезатор частоты. По высокому уровню сигнала модуляции передачи, поступающего от компаратора 1, в качестве параметра синтезатору задается одна частота, по низкому - другая. Выходные отсчеты частотного модулятора 2, последовательность которых представляет собой частотно-манипулируемый (ЧМн) сигнал, выводятся на цифро-аналоговый преобразователь 3, где они преобразуются в аналоговый ВЧ-сигнал, который, в свою очередь, усиливается до необходимого уровня в усилителе 4 мощности и через линейный фильтр 5 поступает в канал связи 6. Одновременно от устройства, установленного на противоположной стороне защищаемого участка ВЛ, по каналу связи 6 на линейный фильтр 5 рассматриваемого устройства, установленного на своей стороне, поступает ВЧ-сигнал, который подается на аналого-цифровой преобразователь 7, где преобразуется в последовательность отсчетов принимаемого сигнала, которая поступает на вход частотного демодулятора 8. В результате обработки получается последовательность отсчетов, по своей форме напоминающая синусоидальный сигнал, состоящий из двух полуволн, каждая из которых соответствует определенной фазе тока на противоположной стороне защищаемого участка ВЛ.
Отдельно фиксируя положительный и отрицательный ход фазы тока, длительность которых при частоте тока, протекающего через защищаемый участок, в 50 Гц, составляет по 10 мс, чего можно добиться на приемной стороне только с помощью частотного детектирования принятого частотно-манипулированного ВЧ-сигнала, имеется возможность сократить время реакции на резкое изменение фазы тока на одной из сторон защищаемого участка до одного периода тока промышленной частоты (20 мс).
Каждый отсчет полученной последовательности, относящийся к одной из полуволн, например, положительной, сравнивается в логическом блоке 11 с одним из предварительно установленных порогов, а каждый отсчет, относящийся к другой из полуволн (отрицательной), сравнивается с другим из предварительно установленных порогов.
В результате сравнения формируются две независимые 5
последовательности опорных сигналов приема. Причем отсчеты в них представлены в дискретной форме (логическая 1 и логический 0). Одна из полученных последовательностей относится к положительной фазе тока промышленной частоты на противоположной стороне защищаемого участка ВЛ, другая - к отрицательной. Каждая из полученных последовательностей (одна -прямо, другая - инверсно) с задержкой, равной задержке распространения сигнала по каналу связи, сложенной с задержкой обработки сигнала в приемной части при детектировании, повторяет сигнал модуляции передачи, сформированный в компараторе 1.
Указанные последовательности поступают в формирователь 10 выходных сигналов, где производится формирование соответствующих сигналов.
В случае, когда фазы токов промышленной частоты на противоположных сторонах совпадают, и ВЧ-сигнал передается с противоположной стороны защищаемого участка на свою без помех, результирующий сигнал управления ДФЗ в результате выполнения всех упомянутых операций будет иметь постоянно высокий логический уровень («1»). Когда фазы не совпадают (КЗ на защищаемом участке) в сигнале управления ДФЗ будут присутствовать «просечки» (лог. «0»), что вызовет срабатывание защиты.
Устройство самодиагностики 9 предназначено для диагностирования и обнаружения неисправностей внутренней схемы устройства, а также контроля исправности волоконно-оптической линии связи.
Таким образом, предлагаемое устройство передачи сигналов релейной защитной автоматики, по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения позволяет упростить процедуру передачи сигналов релейной защитной автоматики и снизить ее стоимость. При этом обеспечивается возможность одновременной дуплексной передачи дискретных сигналов в узком диапазоне частот.