RU2173924C1

RU2173924C1 - Microprocessor protection system

Info

Publication number: RU2173924C1
Application number: RU2000102777/09A
Authority: RU
Inventors: С.В. Езерский; А.В. Леонтьев; А.В. Миров; В.И. Потапенко
Original assignee: Езерский Сергей Владимирович; Леонтьев Алексей Валерьевич; Миров Алексей Валерьевич; Потапенко Валерий Ильич
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering, relay protection of objects. SUBSTANCE: microprocessor protection system incorporates units of galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of current and voltage, unit of frequency filters, analog-to-digital converter, microprocessor system controlling output relays and signalling in correspondence with protection algorithms, former of signals of test and diagnostics. Proposed protection system is required for execution of functions of relay protection, automatics, measurement, oscillogram taking, recording, control and test of connections and is intended for installation in units of factory-assembled switch-gear of input, sectional, feeder switches, transformers and electric motors. EFFECT: raised reliability of protection system thanks to better organization of test and diagnostics of input circuits ( secondary windings of current and voltage transformers ). 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты. The invention relates to electrical engineering, in particular to a relay protection technique.

Известна система защиты [А. С. H 02 H 7/26, N 1833937, Б.И. N 30, 15.08.93] [1] , содержащая выключатели, первичные преобразователи тока, аналого-цифровые преобразователи, элементы И, блоки логики, элементы ИЛИ, исполнительные органы, выполняет функции токовой защиты двигателей, но обладает низкой надежностью из-за отсутствия контроля и диагностики входных цепей. Known protection system [A. C. H 02 H 7/26, N 1833937, B.I. N 30, 08/15/93] [1], containing switches, primary current converters, analog-to-digital converters, AND elements, logic blocks, OR elements, actuators, performs the functions of current protection of motors, but has low reliability due to lack of control and diagnostics of input circuits.

Известна микропроцессорная система защиты [Н.Н. Чернобровов, В.А. Семенов "Релейная защита энергетических систем", 1998 г., стр. 784, рис. 22.5] [2] , содержащая трансформаторный блок, частотный фильтр, аналого-цифровой преобразователь, центральный процессорный блок выполняет функции защиты объекта, но также обладает невысокой надежностью из-за отсутствия контроля и диагностики входных цепей блока трансформатора. Known microprocessor protection system [N.N. Chernobrovov, V.A. Semenov "Relay protection of energy systems", 1998, p. 784, fig. 22.5] [2], which contains a transformer block, a frequency filter, an analog-to-digital converter, and a central processor unit performs the functions of object protection, but also has low reliability due to the lack of monitoring and diagnostics of the input circuits of the transformer block.

Наиболее близким техническим решением является микропроцессорная система защиты [Н. Н. Чернобровов, В. А. Семенов "Релейная защита энергетических систем", 1998 г. , стр.776, рис. 22.1] [3], содержащая блоки промежуточных трансформаторов (блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения), блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему (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 тока и напряжения соединены с группами 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 и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов сигнального устройства, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты является группой входов-выходов персональной ЭВМ. The closest technical solution is a microprocessor-based protection system [N. N. Chernobrovov, V. A. Semenov "Relay protection of energy systems", 1998, p. 76, fig. 22.1] [3], containing blocks of intermediate transformers (blocks of galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of current and voltage), a block of frequency filters, an analog-to-digital converter, and a microprocessor system (microprocessor-based control system for output relays and signaling in accordance with protection algorithms ), and the groups of outputs of the galvanic isolation blocks and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage are connected to the groups of inputs of the frequency filter block trov, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of an analog-to-digital converter, the group of inputs and outputs of which is connected to the first group of inputs and outputs of a microprocessor-based system for controlling output relays and signaling in accordance with protection algorithms, the second group of inputs and outputs of which is a group of inputs and outputs signal device, the third group of inputs and outputs of a microprocessor control system of output relays and alarm in accordance with protection algorithms is a group of persons inputs and outputs main computer.

В прототипе также отсутствует контроль и диагностика входных цепей вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения, что в случае обрыва или замыканий которых приведет к нарушению работоспособности системы и к снижению ее надежности. The prototype also lacks control and diagnostics of the input circuits of the secondary windings of current and voltage transformers, which in the event of a break or short circuits which will lead to disruption of the system’s performance and to a decrease in its reliability.

Цель изобретения - повышение надежности системы за счет организации контроля и диагностики входных цепей вторичных обмоток промежуточных трансформаторов тока и напряжения. The purpose of the invention is to increase the reliability of the system due to the organization of control and diagnostics of the input circuits of the secondary windings of the intermediate current and voltage transformers.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, 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 тока и напряжения соединены, соответственно, с первой и второй группами 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 и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, введен формирователь сигналов контроля и диагностики, группа входов которого соединена с группой выходов аналого-цифрового преобразователя, первая группа выходов формирователя сигналов контроля и диагностики соединена со второй группой входов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока, на первую группу входов которого поступают токовые сигналы с защищаемого объекта, вторая группа выходов формирователя сигналов контроля и диагностики соединена со второй группой входов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения, на первую группу входов которого поступают сигналы напряжения с защищаемого объекта, причем формирователь сигналов контроля и диагностики содержит n-транзисторных групп по числу трансформаторов из состава блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, каждая из которых состоит из двух транзисторов, первый типа p-n-p и второй типа n-p-n и четырех резисторов, причем каждый выход группы выходов аналого-цифрового преобразователя соединен со входом соответствующего первого резистора n-группы формирователя сигналов контроля и диагностики, выход которого соединен с эмиттером первого транзистора и входом второго резистора, выход которого соединен с базой первого транзистора, коллектор которого соединен с базой второго транзистора и входом третьего резистора, выход которого соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор которого соединен со входом четвертого резистора, выход которого является выходом одной из групп выходов формирователя сигналов контроля и диагностики. This goal is achieved by the fact that in a known system containing blocks of galvanic isolation and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage, a block of frequency filters, an analog-to-digital converter and a microprocessor control system for output relays and signaling in accordance with protection algorithms, and groups of outputs blocks of galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of current and voltage are connected, respectively, with the first and second groups of inputs b frequency filter lock, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of an analog-to-digital converter, the group of inputs and outputs of which is connected to the first group of inputs and outputs of the microprocessor control system of output relays and signaling in accordance with protection algorithms, a driver of control and diagnostics signals, a group of inputs which is connected to the group of outputs of the analog-to-digital converter, the first group of outputs of the shaper of signals for monitoring and diagnostics is connected to the second group of inputs of the unit for galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of a current, the first group of inputs of which receive current signals from the protected object, the second group of outputs of the shaper of control and diagnostic signals is connected to the second group of inputs of the block of galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of voltage, the first group of inputs of which voltage signals from the protected object are received, and the control and diagnostic signal generator contains n-trans groups according to the number of transformers from the blocks of galvanic isolation and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage, each of which consists of two transistors, the first type pnp and the second type npn and four resistors, each output of the output group of the analog-to-digital converter is connected with the input of the corresponding first resistor of the n-group of the shaper of control and diagnostic signals, the output of which is connected to the emitter of the first transistor and the input of the second resistor, the output of which connected to the base of the first transistor, the collector of which is connected to the base of the second transistor and the input of the third resistor, the output of which is connected to the emitter of the second transistor, the collector of which is connected to the input of the fourth resistor, the output of which is the output of one of the groups of outputs of the shaper of control and diagnostic signals.

На фиг. 1 приведена структурная схема микропроцессорной системы;
на фиг. 2 - пример реализации блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения;
на фиг. 3 - пример реализации блока частотных фильтров;
на фиг. 4 - структурная схема формирователя сигналов контроля и диагностики;
на фиг. 5 - пример реализации аналого-цифрового преобразователя.In FIG. 1 shows a structural diagram of a microprocessor system;
in FIG. 2 is an example of the implementation of galvanic isolation blocks and preliminary scaling of input signals in the form of current and voltage;
in FIG. 3 is an example implementation of a block of frequency filters;
in FIG. 4 is a structural diagram of a shaper of control and diagnostic signals;
in FIG. 5 is an example implementation of an analog-to-digital converter.

На фиг. 1 обозначены:
1 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока;
2 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения;
3 - формирователь сигналов контроля и диагностики;
4 - блок частотных фильтров;
5 - аналого-цифровой преобразователь;
6 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты;
7 - группа токовых сигналов защищаемого объекта;
8 - группа сигналов напряжения защищаемого объекта;
9, 10 - группы сигналов контроля и диагностики;
11, 12 - группы выходных сигналов с блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения;
13 - группа сигналов блока частотных фильтров;
14 - группа входов-выходов аналого-цифрового преобразователя;
15 - группа входов-выходов для связи с внешними устройствами, т.е. входы-выходы устройства аналогового ввода-вывода (УАВВ) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);
16 - группа входов-выходов для связи с персональной электронной вычислительной машиной (ПЭВМ);
17 - группа сигналов управления для формирователя сигналов контроля и диагностики.In FIG. 1 marked:
1 - block galvanic isolation and preliminary scaling of the input signals in the form of current;
2 - block galvanic isolation and preliminary scaling of the input signals in the form of voltage;
3 - driver of control and diagnostic signals;
4 - block frequency filters;
5 - analog-to-digital Converter;
6 - microprocessor control system of output relays and alarm in accordance with protection algorithms;
7 - a group of current signals of the protected object;
8 - group of voltage signals of the protected object;
9, 10 - groups of control and diagnostic signals;
11, 12 - groups of output signals from blocks of galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of current and voltage;
13 is a group of signals of a block of frequency filters;
14 - a group of inputs and outputs of an analog-to-digital converter;
15 - group of inputs and outputs for communication with external devices, i.e. the inputs and outputs of the analog input-output device (SAWS) and the inputs and outputs of the discrete input-output device (UDVV);
16 - a group of inputs and outputs for communication with a personal electronic computer (PC);
17 is a group of control signals for the driver of control and diagnostic signals.

На фиг. 2 приведены структурные схемы 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. In FIG. 2 shows the structural diagrams of the galvanic isolation blocks and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage. The diagram shows examples of the implementation of one of the galvanic isolation and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage from the total number of galvanic isolation and preliminary scaling of the input signals, determined by the number of input analog current and voltage signals.

На фиг. 2 обозначены:
18 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;
19 - 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.In FIG. 2 are indicated:
18 - operational amplifier of the measuring current transducer of the galvanic isolation unit and scaling of the input signals in the form of current;
19 is an operational amplifier of a measuring voltage converter of a galvanic isolation unit and preliminary scaling of input signals in the form of voltage. As operational amplifiers, you can use a chip such as QP177GP or similar.

R, R1 - резисторы типа C2-33 или аналогичные;
T - трансформаторы тока или напряжения типа TT-1T ... TT-5T, TH-1T или аналогичные;
I, II и III - первичные и вторичные обмотки трансформатора;
Д - диоды типа 2D510A или аналогичные;
V1 - транзистор типа BD135 или аналогичный;
V2 - транзистор типа BD136 или аналогичный.R, R1 - resistors type C2-33 or similar;
T - current or voltage transformers of the type TT-1T ... TT-5T, TH-1T or similar;
I, II and III - primary and secondary windings of the transformer;
D - diodes of the type 2D510A or similar;
V1 - transistor type BD135 or similar;
V2 - transistor type BD136 or similar.

На фиг. 3 обозначены:
R - резисторы типа C2-29B или аналогичные;
C - конденсаторы типа K73-39 или аналогичные;
I_T - ток выходной формирователя сигналов контроля и диагностики;
На фиг. 4 обозначены:
20 ... 23 - первый ... четвертый резисторы типа C2-33 или аналогичные;
24 - транзистор типа BC327 или аналогичный;
25 - транзистор типа BC547 или аналогичный;
На фиг. 5 обозначены:
26 - мультиплексор, может быть реализован на микросхеме типа ADG4288A или аналогичной;
27 - аналого-цифровой преобразователь, может быть реализован на микросхемах AD677AD и REF-01CP или аналогичных;
28 - микропроцессорное устройство, может быть реализовано на микросхеме типа ADSP-2115BP-66 с памятью M27C256 или аналогичной;
29 - буферные регистры, могут быть реализованы на микросхеме типа 74HC374N или аналогичной;
30 - дешифратор, может быть реализован на микросхеме типа 74HC138N или аналогичной, например 1554ИД7.In FIG. 3 are indicated:
R - resistors type C2-29B or similar;
C - capacitors type K73-39 or similar;
I _T is the current of the output driver of the control and diagnostic signals;
In FIG. 4 are indicated:
20 ... 23 - the first ... fourth resistors of type C2-33 or similar;
24 - transistor type BC327 or similar;
25 - transistor type BC547 or similar;
In FIG. 5 are indicated:
26 - multiplexer, can be implemented on a chip type ADG4288A or similar;
27 - analog-to-digital Converter, can be implemented on chips AD677AD and REF-01CP or similar;
28 - microprocessor device, can be implemented on a chip type ADSP-2115BP-66 with memory M27C256 or similar;
29 - buffer registers, can be implemented on a chip type 74HC374N or similar;
30 - decoder, can be implemented on a chip type 74HC138N or similar, for example 1554ID7.

Микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 6 может быть реализована в соответствии с [3] рис. 22.4., причем входы-выходы 15 выводятся из устройства УАВВ и УДВВ, а входы-выходы 16 выводятся из последовательного порта RS-232, который присутствует в каждой микропроцессорной системе (на рис. 22.4 последовательный порт не показан). The microprocessor control system of the output relays and the alarm in accordance with protection algorithms 6 can be implemented in accordance with [3] Fig. 22.4., With the inputs and outputs 15 being output from the air-to-air heater and air-breathing device, and the inputs and outputs 16 being output from the RS-232 serial port, which is present in each microprocessor system (the serial port is not shown in Fig. 22.4).

Микропроцессорная система защиты содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 1 и напряжения 2, формирователь сигналов контроля и диагностики 3, блок частотных фильтров 4, аналого-цифровой преобразователь 5 и микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 6, первая группа входов 7 блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 1 является группой токовых сигналов с защищаемого объекта, группа сигналов напряжения которого является первой группой входов 8 блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения 2, вторая группа входов 9 которого соединена со второй группой выходов формирователя 3 сигналов контроля и диагностики, первая группа выходов 10 которого соединена со второй группой входов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока, группа выходов 11 которого соединена с первой группой входов блока частотных фильтров 4, вторая группа входов 12 которого соединена с группой выходов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения, группа выходов 13 блока частотных фильтров соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя 5, группа выходов 17 которого соединена с группой входов формирователя сигналов контроля и диагностики 3, группа входов-выходов 14 аналого-цифрового преобразователя является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 6, вторая группа входов-выходов 15 которой является группой входов-выходов внешнего (сигнального) устройства, третья группа входов-выходов 16 микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 6 является группой входов-выходов для связи с ПЭВМ, формирователь сигналов контроля и диагностики 3 содержит n-транзисторных групп, по числу трансформаторов из состава блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 1 и напряжения 2, каждая из которых состоит из двух транзисторов 24 типа p-n-p и 25 типа n-p-n и четырех резисторов 20...23, каждый выход группы выходов 17 аналого-цифрового преобразователя 5 соединен со входом соответствующего первого резистора 20 соответствующей группы формирователя сигналов контроля и диагностики 3, выход которого соединен с эмиттером первого транзистора 24 и входом второго резистора 21, выход которого соединен с базой первого транзистора 24, коллектор которого соединен с базой второго транзистора 25 и входом третьего резистора 22, выход которого соединен с эмиттером второго транзистора 25, коллектор которого соединен со входом четвертого резистора 23, выход которого является выходом одной из групп 10 или 9 выходов формирователя сигналов контроля и диагностики. The microprocessor protection system contains galvanic isolation blocks and preliminary scaling of the input signals in the form of current 1 and voltage 2, a control and diagnostics signal generator 3, a frequency filter unit 4, an analog-to-digital converter 5, and a microprocessor control system for output relays and signaling in accordance with protection algorithms 6, the first group of inputs 7 of the galvanic isolation and preliminary scaling unit of the input signals in the form of current 1 is a group of current signals from the protected an object, the group of voltage signals of which is the first group of inputs 8 of the galvanic isolation unit and preliminary scaling of the input signals in the form of voltage 2, the second group of inputs 9 of which is connected to the second group of outputs of the driver 3 of the control and diagnostic signals, the first group of outputs 10 of which are connected to the second group the inputs of the galvanic isolation unit and preliminary scaling of the input signals in the form of a current, the group of outputs 11 of which is connected to the first group of inputs of the block of frequency liters 4, the second group of inputs 12 of which is connected to the group of outputs of the galvanic isolation unit and preliminary scaling of the input signals in the form of voltage, the group of outputs 13 of the frequency filter unit is connected to the group of inputs of the analog-to-digital converter 5, the group of outputs 17 of which is connected to the group of inputs of the signal driver monitoring and diagnostics 3, the group of inputs and outputs 14 of an analog-to-digital converter is the first group of inputs and outputs of a microprocessor control system for output relays and signals in accordance with protection algorithms 6, the second group of inputs and outputs 15 of which is a group of inputs and outputs of an external (signal) device, the third group of inputs and outputs 16 of a microprocessor control system of output relays and signaling in accordance with protection algorithms 6 is a group of inputs and outputs for communication with a PC, the control and diagnostic signal generator 3 contains n-transistor groups, according to the number of transformers from the composition of the galvanic isolation blocks and preliminary scaling of the input signals in in the form of current 1 and voltage 2, each of which consists of two transistors 24 of type pnp and 25 of type npn and four resistors 20 ... 23, each output of the group of outputs 17 of the analog-to-digital converter 5 is connected to the input of the corresponding first resistor 20 of the corresponding group of the shaper control and diagnostic signals 3, the output of which is connected to the emitter of the first transistor 24 and the input of the second resistor 21, the output of which is connected to the base of the first transistor 24, the collector of which is connected to the base of the second transistor 25 and the input of the third resistor RA 22, the output of which is connected to the emitter of the second transistor 25, the collector of which is connected to the input of the fourth resistor 23, the output of which is the output of one of the groups of 10 or 9 outputs of the shaper of control and diagnostic signals.

Микропроцессорная система защиты работает следующим образом: сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения защищаемого объекта поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы T блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 1 и 2. The microprocessor protection system works as follows: the signals from the primary current and voltage transformers of the protected object are fed through resistors R to the intermediate transformers T of the galvanic isolation units and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage 1 and 2.

Промежуточные трансформаторы T обеспечивают гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов. Первичные обмотки трансформаторов обеспечивают заданную термическую стойкость при перегрузках. Прецизионные усилители, реализованные на микросхемах 18 и 19, диодах D, резисторах R, транзисторах V1 и V2, служат для точного масштабирования сигналов и согласованияимпедансов промежуточных трансформаторов и аналого-цифрового преобразователя. С выходов прецизионных усилителей сигналы поступают на входы аналоговых фильтров блока частотных фильтров 4. 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) 5 для изменения формы сигнала на дискретную (цифровую), т. к. последующая обработка сигналов будет производиться цифровыми микросхемами. Входные отфильтрованные сигналы по n-каналам группы сигналов 13 поступают на мультиплексор 26, который производит последовательное подключение входа АЦП 27 к одному из n-каналов. Всей работой аналого-цифрового преобразователя 5 управляет микропроцессорное устройство 28, которое обеспечивает цифровую фильтрацию входных сигналов, расчет вторичных электрических параметров сети, выполнение процедур самодиагностики, формирование управляющих сигналов для контроля и диагностики, поступающих через дешифратор 30 по группе выходных сигналов 17 на формирователь сигналов контроля и диагностики 3, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 6 через буферные регистры 29 по группе входов-выходов 14. Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты получает значения электрических параметров защищаемого объекта из аналого-цифрового преобразователя 5 и информацию о состоянии дискретных входов от УДВВ. На основании этой информации, а также значений программных ключей и установок, хранящихся в ППЗУ, вырабатываются команды управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, которые поступают по каналу 15 на объекты управления и сигнализации. 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 по каналу 16. 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]. Intermediate transformers T provide galvanic isolation and preliminary scaling of the input signals. The primary windings of transformers provide the specified thermal stability during overloads. Precision amplifiers, implemented on microcircuits 18 and 19, diodes D, resistors R, transistors V1 and V2, are used to precisely scale the signals and match the impedances of the intermediate transformers and the analog-to-digital converter. From the outputs of precision amplifiers, the signals are fed to the inputs of the analog filters of the frequency filter unit 4. Low-pass filters pass current and voltage components of a certain frequency and do not pass high-frequency harmonics, which are interferences that distort the sinusoid of the current and voltage. Next, the analog signals are fed into an analog-to-digital converter (ADC) 5 to change the waveform to discrete (digital), because the subsequent signal processing will be performed by digital microcircuits. The filtered input signals along the n-channels of the signal group 13 are supplied to the multiplexer 26, which makes a serial connection of the ADC input 27 to one of the n-channels. The entire operation of the analog-to-digital converter 5 is controlled by a microprocessor device 28, which provides digital filtering of input signals, calculation of secondary electrical parameters of the network, performing self-diagnosis procedures, generating control signals for monitoring and diagnostics, which are transmitted through the decoder 30 according to the group of output signals 17 to the control signal generator and diagnostics 3, and also supports exchange with a microprocessor-based control system for output relays and alarm in accordance with the algorithms and protection 6 through the buffer registers 29 according to the group of inputs / outputs 14. Thus, the microprocessor control system of the output relays and the alarm system, in accordance with the protection algorithms, receives the values of the electrical parameters of the protected object from the analog-to-digital converter 5 and information about the status of the digital inputs from the air-conditioning system. Based on this information, as well as the values of program keys and settings stored in the EEPROM, control commands for the output relays and alarm are generated in accordance with the protection algorithms that are sent via channel 15 to the control and alarm objects. In addition to the protection and automation functions, the central processor of the microprocessor control system of the output relays and alarm in accordance with the protection algorithms [N.N. Chernobrovov, V.A. Semenov "Relay protection of energy systems", 1998, p. 778, fig. 22.4] controls the mini-display, maintains the keyboard of the remote control, and also provides an exchange with a personal computer via channel 16. For more information on the operation of the microprocessor-based control system for output relays and signaling in accordance with protection algorithms, see [N.N. Chernobrovov, V.A. Semenov "Relay protection of energy systems", 1998, pp. 778-783].

Формирователь сигналов контроля и диагностики работает следующим образом:
в исходном состоянии формирователь сигналов контроля и диагностики отключен. На входе резистора 20 находится потенциал земли, при этом транзистор 24 заперт (его база и эмиттер имеют одинаковый потенциал), потенциал базы транзистора 25 равен - 15 В, соответственно транзистор 25 заперт. При этом формирователь сигналов контроля и диагностики не оказывает влияния на работу блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения.The generator of control and diagnostic signals works as follows:
in the initial state, the shaper of control and diagnostic signals is disabled. At the input of the resistor 20 is the ground potential, while the transistor 24 is locked (its base and emitter have the same potential), the base potential of the transistor 25 is −15 V, respectively, the transistor 25 is locked. In this case, the shaper of control and diagnostic signals does not affect the operation of the galvanic isolation units and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage.

При проведении тестирования в режиме контроля или диагностики на вход резистора 20 с дешифратора 30 подается положительный потенциал (+5 В). Транзистор 24 открывается, что приводит к увеличению потенциала на базе транзистора 25 до уровня (-14,3 В) и, соответственно, к открыванию транзистора 25. Параметры элементов схемы подбираются таким образом, что при открывании транзистора 24, транзистор 25 переходит в режим насыщения. При этом потенциал на входе 2 усилителя 18 равен нулю (т.к. усилитель 18, транзисторы V1, V2 и соответствующие резисторы образуют схему преобразователя ток - напряжение). При открытом (насыщенном) транзисторе 25, через транзистор 25, резистор 23 и обмотки II и III трансформатора T начинает проходить ток от источника -15 В на землю (⊥), сопротивление резистора 23 выбирается много большим, чем активные сопротивления обмоток трансформатора II и III. Это обеспечивает малое влияние на величину тока технологического разброса сопротивлений обмоток трансформатора и изменения сопротивления обмоток при изменении температуры. Таким образом, величина выходного тока формирователя сигналов контроля и диагностики определяется резистором 23. Ток через трансформатор I_Т делится между обмотками II и III обратно пропорционально сопротивлению (активному) обмоток. Т. к. число витков в обмотках одинаково, то токи, протекающие через обмотки, приблизительно равны. При этом на вход 2 усилителя 18 втекает ток ≈I_Т/2. Этот ток вызывает на выходе преобразователя появление положительного потенциала, равного ≈ (I_Т/2)K_ТН, где K_ТН - коэффициент передачи преобразователя ток-напряжение (K_ТН = R1).When testing in control or diagnostic mode, a positive potential (+5 V) is supplied to the input of the resistor 20 from the decoder 30. The transistor 24 opens, which leads to an increase in the potential at the base of the transistor 25 to a level (-14.3 V) and, accordingly, to the opening of the transistor 25. The parameters of the circuit elements are selected so that when the transistor 24 is opened, the transistor 25 goes into saturation mode . In this case, the potential at input 2 of amplifier 18 is zero (since amplifier 18, transistors V1, V2 and the corresponding resistors form a current-voltage converter circuit). When transistor 25 is open, through transistor 25, resistor 23 and windings II and III of transformer T, current starts to flow from the -15 V source to ground (⊥), the resistance of resistor 23 is chosen much larger than the active resistances of transformer II and III windings . This provides a small effect on the current value of the technological spread of the resistance of the transformer windings and changes in the resistance of the windings with temperature. Thus, the output current of the driver of the control and diagnostic signals is determined by the resistor 23. The current through the transformer I _T is divided between the windings II and III in inverse proportion to the resistance (active) of the windings. Since the number of turns in the windings is the same, the currents flowing through the windings are approximately equal. At the same time, current ≈I _T / 2 flows into input 2 of amplifier 18. This current causes the appearance of a positive potential at the converter output equal to ≈ (I _Т / 2) K _ТН , where K _ТН is the current-voltage converter transfer coefficient (K _ТН = R1).

При обрыве обмотки II или выходе из строя преобразователя ток-напряжение выходной сигнал на выход преобразователя не проходит. При обрыве обмотки III весь ток I_Т поступает на вход 2 усилителя 18 и амплитуда импульса на выходе преобразователя увеличивается в два раза.When the winding II breaks or the converter fails, the current-voltage output signal does not pass to the converter output. When the winding III breaks, the entire current I _T enters the input 2 of the amplifier 18 and the amplitude of the pulse at the output of the converter doubles.

При наличии сигнала в обмотке I этот сигнал складывается с сигналом, вызываемым током I_Т. Преобразователь считается неисправным, если выполняется хотя бы одно из двух условий:
U_ВЫХ < U_ПН,
U_ВЫХ > U_ПВ,
где U_ВЫХ - выходное напряжение преобразователя при включении режима тестирования (контроль/диагностика);
U_ПН - нижнее пороговое напряжение;
U_ПВ - верхнее пороговое напряжение;
U_ПН выбирается по формуле:
U_ПН ≅ K_ЗНK_ТН(I_Т/2 - K_ТРI_ВХ),
где K_ЗН - коэффициент запаса нижнего порога;
K_ТН - коэффициент передачи преобразователя ток-напряжение;
I_ВХ - амплитуда входного сигнала, при котором производится тестирование;
K_ТР - коэффициент трансформации.If there is a signal in the winding I, this signal is added to the signal caused by the current I _T. The converter is considered faulty if at least one of two conditions is met:
U _OUT <U _Mon ,
U _OUT > U _PW ,
where U _OUT - converter output voltage when the test mode (control / diagnostics);
U _PN - lower threshold voltage;
U _PV - upper threshold voltage;
U _PN is selected by the formula:
U _ПН ≅ K _ЗН K _ТН (I _Т / 2 - K _ТР I _ВХ ),
where K _ZN - safety factor of the lower threshold;
K _TN - current-voltage converter transfer coefficient;
I _ВХ - the amplitude of the input signal at which testing is performed;
K _TP - transformation ratio.

K_ТН должен учитывать допустимые отклонения величины тока I_Т, вызванные разбросом сопротивлений резистора 23 и транзистора 25, колебаниями напряжения питания -15 В, а также разбросом сопротивлений обмоток трансформатора II и III.K _VT should take into account the permissible deviations of the current value I _T caused by the spread of the resistances of the resistor 23 and transistor 25, fluctuations in the supply voltage of -15 V, as well as the spread of the resistances of the windings of the transformer II and III.

U_ПВ выбирается по формуле:
U_ПН ≥ K_ЗВK_ТН(I_Т/2 - K_ТРI_ВХ),
где K_ЗВ - коэффициент запаса верхнего порога.U _PV is selected by the formula:
U _ПN ≥ K _ЗВ K _ТН (I _Т / 2 - K _ТР I _ВХ ),
where K _ЗВ is the safety factor of the upper threshold.

При определении K_ЗВ необходимо учитывать те же факторы, что и при определении K_ЗН. Таким образом введение формирователя сигналов контроля и диагностики позволяет контролировать работу блоков гальванической развязки и предварительно масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения и диагностировать исправность входных цепей (наличие обрыва), что повышает надежность микропроцессорной системы.When determining K _ЗВ, it is necessary to take into account the same factors as in determining K _ЗН . Thus, the introduction of a shaper of control and diagnostic signals makes it possible to control the operation of the galvanic isolation units and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage and to diagnose the operability of input circuits (open circuit), which increases the reliability of the microprocessor system.

Claims

Микропроцессорная система защиты, содержащая блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, 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 тока и напряжения соединены соответственно с первой и второй группами 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 и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, отличающаяся тем, что она содержит формирователь сигналов контроля и диагностики, группа входов которого соединена с группой выходов аналого-цифрового преобразователя, причем первая группа выходов формирователя сигналов контроля и диагностики соединена со второй группой входов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока, вторая группа выходов формирователя сигналов контроля и диагностики соединена со второй группой входов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения, причем формирователь сигналов контроля и диагностики содержит n-транзисторных групп по числу трансформаторов из состава блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, каждая из которых состоит из двух транзисторов типа р-n-р и типа n-р-n и четырех резисторов, причем каждый выход группы выходов аналого-цифрового преобразователя соединен с соответствующим входом первого резистора соответствующей группы, выход которого соединен с эмиттером первого транзистора и входом второго резистора, выход которого соединен с базой первого транзистора, коллектор которого соединен с базой второго транзистора и входом третьего резистора, выход которого соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор которого соединен со входом четвертого резистора, выход которого является выходом одной из групп выходов формирователя сигналов контроля и диагностики. A microprocessor-based protection system containing galvanic isolation and preliminary scaling blocks of input signals in the form of current and voltage, a frequency filter block, an analog-to-digital converter and a microprocessor-based control system for output relays and alarms in accordance with protection algorithms, and the output groups of galvanic isolation and preliminary scaling blocks input signals in the form of current and voltage are connected respectively to the first and second groups of inputs of the block of frequency filters, g the group of outputs of which is connected to the group of inputs of an analog-to-digital converter, the group of inputs and outputs of which is connected to the first group of inputs and outputs of a microprocessor-based system for controlling output relays and signaling in accordance with protection algorithms, characterized in that it contains a driver of monitoring and diagnostic signals, a group the inputs of which are connected to the group of outputs of the analog-to-digital converter, the first group of outputs of the shaper of control and diagnostic signals connected to the second group in moves of the galvanic isolation unit and preliminary scaling of input signals in the form of current, the second group of outputs of the control and diagnostics signal generator is connected to the second group of inputs of the galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of voltage, and the control and diagnostic signal generator contains n-transistor groups the number of transformers from the composition of the galvanic isolation blocks and preliminary scaling of the input signals in the form of current and voltage, each of which consists of two pnp and npn type transistors and four resistors, and each output of the output group of the analog-to-digital converter is connected to the corresponding input of the first resistor of the corresponding group, the output of which is connected to the emitter of the first transistor and the input of the second resistor, the output of which is connected to the base of the first transistor, the collector of which is connected to the base of the second transistor and the input of the third resistor, the output of which is connected to the emitter of the second transistor, the collector of which is connected nen with the input of the fourth resistor, the output of which is the output of one of the groups of outputs of the shaper of control and diagnostic signals.