МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ

Полезная модель относится к области электротехники, предназначена для проверки терминалов релейной защиты, выполняющих функцию управления автоматикой отключения и включения высоковольтного выключателя 35-500 кВ без коммутации самого выключателя непосредственно на исследуемом объекте, а также может использоваться и в качестве обучающего устройства при обучении электромонтеров РЗА.
Высоковольтный выключатель является основным коммутационным аппаратом в электрических установках. Он служит для отключения и включения электрической цепи в разных режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелым и ответственным режимом является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание. Для измерения и определения установившегося режима и для последующей подачи управляющего сигнала на срабатывание высоковольтного выключателя служат терминалы релейной защиты. Предлагается разобрать цепи электромагнитов катушек коммутации выключателя от терминала релейной защиты, а на их место подключить имитатор коммутации высоковольтного выключателя (далее устройство). Воздействующие сигналы от терминала релейной защиты подаются на стенд вместо высоковольтного выключателя, который имитирует коммутацию высоковольтного выключателя, выполняя при этом проверку о работоспособности терминала релейной защиты в целом.
На дату представления заявочных материалов в исследуемой области существует проблема, связанная с тем, что одним из важных моментов, при выполнении технического обслуживания высоковольтного выключателя, является необходимость настройки и проверки уровня подачи управляющего сигнала от терминала релейной защиты выключателя на срабатывание высоковольтного выключателя, а именно на катушки управления электромагнитами. При выполнении коммутации привод и контакты высоковольтного выключателя подвергаются сильному механическому износу, тем самым сокращая ресурс дорогостоящего оборудования, в соответствии с ГОСТ Р 52565-2006 высоковольтный выключатель рассчитан не более чем на 3 тысяч включении отключений без нагрузки, при этом в случае выхода его из строя, стоимость замены указанного выключателя составляет от 3 до 12 млн. руб.
Таким образом, существует проблема сокращения количеств коммутаций высоковольтного выключателя во время проверок терминалов релейной защиты.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Устройство для испытаний цифровых терминалов релейной защиты и автоматики» (описание к патенту RU 118117 U1, МПК Н01H 69/01, опубликовано: 2012.07.10), сущностью является устройство для испытаний цифровых терминалов релейной защиты и автоматики, предназначенное для проверки, изучения и демонстрации функций защит и автоматики цифровых устройств релейной защиты и автоматики. Содержит узел питания, имитатор выключателя и узел аналоговых и дискретных сигналов.
Недостатками прототипа является отсутствие возможности одновременной проверки трех фаз пофазных выключателей. В указанном прототипе не предусмотрено обтекание электромагнитов, таким образом, теряется возможность проверки АПВ. Также прототип в отличие от предлагаемого устройства имеет жесткую логику, что не позволяет перепрограммировать устройство под определенные задачи.
Задачей, решаемой заявленным техническим решением, заключается в разработке имитатора коммутации высоковольтного выключателя, в котором устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом при реализации заявленного устройства является обеспечение обтекания электромагнитов для возможности проверки АПВ.
Технический результат достигается за счет микропроцессорного устройства для испытаний цифровых терминалов релейной защиты и автоматики, включающего узел питания, имитатор выключателя и узел аналоговых и дискретных сигналов, отличающегося тем, что состоит из микропроцессорного контроллера Arduino Mega 2560, на базе микроконтроллера ATmega 2560, 9 светодиодов трех цветов, 9 реле SCHRACK РТ570 220В, 9 реле на 5В, с соединением всех блоков и модулей устройства между собой медным проводником в диэлектрической оболочке, с разъемами для подключения к терминалу автоматики выключателя.
Обтекание электромагнитов достигается тем, что при прохождении сигнала от терминала релейной защиты и автоматики на отключение, реле своими контактами дает сигнал не только на индикацию успешного прохождения команды, но и при помощи своих контактов подготавливает цепь на включение. Тем самым для терминала эмитируется сигнал РПО (реле положения отключено) что необходимо для проверки работоспособности АПВ.
Предложенное техническое решение имеет следующие отличительные от прототипа признаки.
В отличие от прототипа, у полезной модели за счет уникальности схемы обеспечивается обтекание выходных цепей проверяемого терминала, что крайне необходимо для проверки функции АПВ.
Устройство схоже с прототипом тем, что также имеет функцию проверки выходных цепей выключателей и обеспечивает визуальную индикацию при помощи светодиодов.
Приведенная совокупность признаков, характеризующих заявленный объект, обуславливает достижение такого технического результата, который обеспечивает решение задачи полезной модели.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения соответствует условиям патентоспособности (является новой и промышленно применимой).
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
фиг. 1 - стенд имитатора коммутации высоковольтного выключателя (принципиальная схема), выходные цепи шкафа АУВ;
фиг. 2 - стенд имитатора коммутации высоковольтного выключателя (принципиальная схема), цифровые входы и выходы микропроцессорного контроллера;
фиг. 3 - стенд имитатора коммутации высоковольтного выключателя (принципиальная схема), цифровые выходы микропроцессорного контроллера.
Принцип работы заявленного технического решения основан на замещении катушек управления электромагнитов коммутации высоковольтного выключателя на устройство, собранное на основе микропроцессорного контроллера. Цепи шкафа автоматики управления высоковольтным выключателем, связанные с электромагнитами, разбираются, и на их место подключается микропроцессорное устройство. Воздействующие сигналы от терминала релейной защиты подаются на входы устройства, которое с помощью прописанной программной логики позволяет выявлять исправность цепей управления выключателей и сигнализировать об этом при помощи светодиодов и цветного дисплея.
Схема собрана на базе микропроцессорного контроллера Arduino Mega, блока питания 5 В, светодиодов трех цветов, 9 реле SCHRACK РТ570220 (далее реле на 220 В), 9 реле на 5 В (далее реле на 5 В), цветного OLED -дисплея, ИК-пульта ДУ, ИК-приемника.
Реле на 220В предназначены для приема сигналов 220 В от шкафа автоматики выключателя. Его контакты в свою очередь подают сигналы на цифровые входы микроконтроллера. Реле на 220 В выполняют роль развязки между напряжением 220 В, которое выдает шкаф автоматики выключателя и 5 В, которое является рабочим напряжением для Arduino Mega. Всего используются 9 реле на 220В: 3 реле для ЭМ01, 3 реле для ЭМ02, 3 реле для ЭМВ. Для каждого электромагнита используется по 3 реле. Это обусловлено тем, что выключатели на 500 кВ имеют пофазное исполнение и воздействующие сигналы для каждой фазы индивидуальны. Аналогично и для реле на 5 В. Микроконтроллер, исходя из принимаемых сигналов, производит анализ и выводит на дисплей соответствующую информацию о состоянии цепей. Так же для надежности факт приема сигналов включения и отключения дублируют светодиоды. При отключении загораются светодиоды 2-го и 3-го ряда (ЭМ01 и ЭМ02), а при включении загораются светодиоды 1-го ряда (ЭМВ).
Рассмотрим подробнее работу устройства (для простоты рассмотрим управляющее воздействие только фазы А, принцип действия фазы В и С будет аналогичным. При управляющем воздействии на отключение выключателя замыкаются реле на 220 В КМ_ЕМ01_А, КМ_ЕМ02_А (фиг. 1). Замыкаясь, контакты этих реле КМ_1_ЕМ01, КМ_1_ЕМ02 подают сигналы на цифровые входы IN25, IN28 (фиг. 2). Согласно алгоритмам программной логики (приложение 1) если на эти входы приходит сигнал, то загораются желтые светодиоды ЭМ01, ЭМ02. LED EMOI A, LED EM02 A и гаснут желтые светодиоды ЭМВ LED_EMV_A, если они были включены до этого (фиг. 3). Также замыкаются цифровые выходы OUT49, OUT34 (фиг. 2), подтягивая реле на 5 В KL_EM01_A, KL_EM02_A (фиг. 1). Контакты этого реле KL_1_EM01_A, KL_ 1 ЕМ02А размыкают цепи на отключение фазы А ЭМ01 и ЭМ02. Так же согласно алгоритмам, разомкнется реле на 5 В KL_EMV_A и своим контактом KL_1_EMV_A замкнет цепи на включение (фиг. 1). Аналогично устройство будет работать и при приеме сигнала на включение выключателя. Таким образом будет достигаться обтекание электромагнитов, для того чтобы была возможность так же опробовать функцию АПВ.
Для сброса состояния устройства, а также для переключения включенного и отключенного состояния предусмотрен пульт дистанционного управления.
В заявленном техническом решении выполняется проверка срабатывания защиты при достижении заданных параметров срабатывания на терминале релейной защиты и подачи управляющего сигнала на микропроцессорное устройство не вызывая коммутацию самого высоковольтного выключателя, сохраняя этим его рабочий ресурс.
Таким образом, мы можем проверить воздействие шкафа автоматики управления на выключатель от всех проверяемых защит присоединения, сохранив его ресурс по каждой фазе А, В, С, по отдельности подавая управляющие сигналы от терминала релейной защиты, имитируя режимы сети.
Предложенное техническое решение изготовлено в АО «Сетевая компания», прошло промышленные испытания в полевых условиях на подстанции 500 кВ Щелоков.