УСТРОЙСТВО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к энергетике, а именно к системам релейной защиты электрических сетей переменного тока.
A
B
C
Известна микропроцессорная релейная защита от коротких замыканий (полезная модель РФ RU 159224, кл. Н02Н 7/26, заявка от 13.07.2015 г., опубликовано 10.02.2016 г.). Защита содержит блок гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде токов, блок частотных фильтров с фильтром токов нижних частот, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, причем группы выходов блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде токов соединены соответственно с группами входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты. Блок частотных фильтров содержит дополнительно фильтр токов второй гармоники, фильтр токов третьей гармоники и полосовой фильтр токов для формирования затухающих токов непромышленной частоты. Недостатком данной микропроцессорной релейной защиты является ограниченный перечень входных аналоговых сигналов, включающий лишь три фазных тока I, I, I, что позволяет анализировать ситуацию только в данном объекте электрической сети. Информация о фазных напряжениях, о токах других объектов, связанных с данным общностью режима сети, о дискретных входных сигналах данным устройством не воспринимается и не обрабатывается, что значительно ограничивает ее функциональные возможности.
Известна система релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием (патент на изобретение РФ RU 2576975, кл. Н02Н 3/00, G05B 15/00, заявка от 31.10.2014 г., опубликовано 10.03.2016 г.). Система релейной защиты, контроля и управления объектов электротехнического оборудования содержит полевые устройства, связанные с объектами электротехнического оборудования, и автоматизированные рабочие станции операторов управления, причем полевые устройства выполнены с возможностью сбора информации с объектов электротехнического оборудования и выдачи команд управления. Каждое из полевых устройств и каждая из рабочих станций оператора управления снабжены микропроцессором, выполняющим функции контроллера, для сбора-выдачи, обработки и хранения информации. При этом каждое полевое устройство и каждая рабочая станция соединены с двумя микропроцессорами, а каждый микропроцессор соединен со всеми другими микропроцессорами. Система обладает высокой гибкостью и надежностью, однако требует организации большого количества каналов связи между ее составными частями; кроме того, для такой системы программирование и настройка будут обладать намного большей сложностью, чем для традиционных систем релейной защиты.
Наиболее близким по технической сущности решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство релейной защиты, заявленное в полезной модели РФ RU 153216 (кл. Н02Н 3/00, заявка от 20.01.2015 г., опубликовано 10.07.2015 г.). В устройстве релейной защиты содержатся промежуточные трансформаторы тока и промежуточные трансформаторы напряжения, аналоговые фильтры низких частот, вычислительное устройство, включающее цифровой процессор и блок памяти, причем выходы промежуточных трансформаторов тока и промежуточных трансформаторов напряжения подключены соответственно ко входам измерительных трансформаторов тока и измерительных трансформаторов напряжения, а выходы промежуточных трансформаторов тока и промежуточных трансформаторов напряжения подключены ко входам соответствующих аналоговых фильтров низких частот. Устройство отличается тем, что в нем введены блок ввода-вывода, а также модуль многоканального аналого-цифрового преобразования, входящий в состав вычислительного устройства, причем вход-выход блока ввода-вывода подключен ко входу-выходу вычислительного устройства, выходы аналоговых фильтров низких частот подключены ко входам модуля многоканального аналого-цифрового преобразования, а входы и выходы блока ввода-вывода являются соответственно входами и выходами дискретной информации устройства релейной защиты. В качестве вычислительного устройства, включающего цифровой процессор и блок памяти, может использоваться промышленный компьютер ADLINK серий МХС-400 или МХС-610, 620.
Недостатком указанного устройства является ограниченный перечень входных аналоговых сигналов, включающий четыре тока и четыре напряжения, что позволяет организовать релейную защиту лишь для одного объекта электрической сети. Также не предусмотрены каналы связи с устройствами верхнего уровня управления и защиты электрической сети, в частности, автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП).
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства интеллектуальной релейной защиты, способного обеспечить функции релейной защиты и автоматики для электрической сети произвольной конфигурации и объема, обладающего расширенными функциональными возможностями по сравнению с указанным известным решением.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве предусматривается обработка и анализ всех необходимых аналоговых и дискретных сигналов от электрической сети, формирование и выдача команд управления всеми выключателями электрической сети, а также связь с устройствами верхнего уровня управления и защиты электрической сети.
Технический результат заключается в объединении в едином устройстве информации о режиме работы всех элементов электрической сети (линии электропередачи, трансформаторы, сборные шины подстанций и т.п.) и ее анализе с возможностью автоматической корректировки характеристик устройства.
По сравнению с прототипом, заявляемое устройство интеллектуальной релейной защиты обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками, как:
- обработка и анализ полной совокупности аналоговых сигналов от измерительных трансформаторов тока и напряжения электрической сети;
- наличие связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом;
- наличие блока анализа характеристик релейной защиты, позволяющего корректировать уставки релейной защиты на основе данных о конфигурации электрической сети.
Обработка и анализ всех аналоговых сигналов от измерительных трансформаторов тока и напряжения позволяют установить режим работы всех элементов электрической сети и выявить возникновение аварийных процессов в ней. Благодаря наличию связи с АСУ ТП и блока анализа характеристик релейной защиты первоначальные уставки релейной защиты могут автоматически корректироваться как с верхнего уровня управления и защиты, так и внутри устройства в процессе его работы. Следовательно, совокупность указанных признаков обеспечивает получение заданного результата.
Заявляемое устройство интеллектуальной релейной защиты может найти широкое применение в электрических сетях класса напряжения 6 кВ и выше, а также в системах электроснабжения промышленных предприятий, поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».
Функциональная схема предлагаемого устройства интеллектуальной релейной защиты изображена на фиг. 1. Устройство состоит из блока сбора и обработки информации об электрической сети 1, блока анализа параметров режима 2, блока отработки алгоритмов релейной защиты 3, блока записи и хранения информации об аварийном режиме 4, блока анализа характеристик релейной защиты 5, блока хранения уставок релейной защиты 6 и блока хранения настроек релейной защиты 7.
Блок сбора и обработки информации об электрической сети 1 подключается к высоковольтной части электрической сети через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Также к этому блоку подключаются источники дискретных сигналов, характеризующих состояние выключателей электрической сети. Устройство соединено с автоматизированной системой управления технологическим процессом электрической сети, что обеспечивает дистанционный контроль работы устройства, обмен информацией с ним, задание и корректировку уставок и настроек релейной защиты.
Устройство работает следующим образом.
Из электрической сети в устройство поступают аналоговые сигналы токов и напряжений объектов электрической сети, а также дискретные сигналы, характеризующих состояние выключателей электрической сети (позиция 8 на фиг. 1). Блок 1 осуществляет обработку аналоговых сигналов (частотная фильтрация, аналого-цифровое преобразование) и преобразование их уровня до величин, пригодных для обработки последующими блоками. С выхода блока 1 информация об аналоговых сигналах 12 подается на вход блока анализа параметров режима 2, а дискретные сигналы 17 - на вход блока анализа характеристик релейной защиты 5. Блок 5 использует данные о конфигурации сети, позволяя заранее оценить, будут ли работоспособны алгоритмы релейной защиты и обеспечивается ли при этом чувствительность и селективность релейной защиты. В случае необеспечения чувствительности и/или селективности блок изменяет уставки таким образом, повысить чувствительность и селективность до требуемых значений. Скорректированные значения уставок 18 передаются в блок хранения уставок релейной защиты 6.
Блок 2 на основе обработанной информации об аналоговых сигналах 12, информации об уставках релейной защиты 16 (при необходимости скорректированных блоком 5) и информации о настройках релейной защиты 19 оценивает текущий режим для каждого объекта электрической сети. Если для всех объектов режим работы не является аварийным, то выходное воздействие блока 2 отсутствует. При возникновении аварийного режима блок 2 выдает команду 13 на запуск алгоритмов релейной защиты, заложенных в блок отработки алгоритмов релейной защиты 3. Согласно настройкам 19, полученным из блока 7, блок 3 формирует и выдает команды управления выключателями электрической сети 11, тем самым обеспечивая отключение поврежденных объектов электрической сети. Одновременно информация об аварии 10 передается в АСУ ТП и генерируется аварийное сообщение 22 для обслуживающего персонала. По команде 14 блок записи и хранения информации об аварийном режиме 4 фиксирует необработанные аналоговые и дискретные сигналы из электрической сети 15, а из блока 3 - последовательности сигналов пуска и срабатывания отдельных алгоритмов релейной защиты и последовательности команд управления выключателями.
Уставки 20 и настройки 21 устройства интеллектуальной релейной защиты вводятся и контролируются обслуживающим персоналом устройства.
Для обеспечения точной привязки к единому астрономическому времени всех отсчетов и событий в блок 1 заводятся синхронизирующие сигналы 9 от системы АСУ ТП.
Таким образом, заявленное устройство интеллектуальной релейной защиты электрической сети способно обеспечить функции релейной защиты и автоматики для электрической сети произвольной конфигурации и объема, а также обладает расширенными функциональными возможностями по сравнению с известными аналогами.