RU70385U1 - Микропроцессорная система релейной защиты присоединений - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для релейной защиты, автоматики и управления кабельных линий электропередачи распределительных подстанций и электростанций, а также воздушных линий и асинхронных двигателей.

Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций защиты присоединений и управления асинхронным двигателем с сохранением функций автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов присоединений и автоматизации сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах с возможностью группового конфигурирования и управления уставками микропроцессорных устройств релейной защиты, сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики.

Микропроцессорная система содержит два устройства обработки, четыре испытательных блока и блок связи.

Предложенная микропроцессорная система может быть использована как многофункциональный программно-аппаратный комплекс для решения задач управления устройствами релейной защиты и автоматики.

Description

Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для защиты, автоматики и управления кабельных линий электропередачи распределительных подстанций и электростанций, а также воздушных линий и асинхронных двигателей.

Известная многопроцессорная вычислительная система [А.С. G06F 15\16 №1820391 Б.И. №21 1993 г.] содержащая N-устройств обработки, М-устройств ввода-вывода и запоминающее устройство, причем устройство обработки содержит вычислительный блок, первый и второй блоки отключения, формирователь импульсов, триггер управления и элемент И используется для решения различных задач управления, но обладает ограниченными функциональными и аппаратными возможностями для защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.

Многопроцессорная вычислительная система [А.С. G06F 15\16 №1805477 Б.И. №12 1993 г.] содержащая N устройств обработки и N узлов связи, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем каждый узел связи содержит девять элементов И, четыре элемента ИЛИ и триггер имеет широкие возможности реконфигурации для решения различных задач, но также обладает ограниченными функциональными и аппаратными возможностями для защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.

Наиболее близким техническим решением является многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее [Патент RU G06F 15\16 №49304 Б.И. №31 2005 г.] содержащая N устройств обработки, устройство сопряжения с объектом, регистратор аварийных процессов и событий, функциональный контроллер с дисплеем и процессором, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью. Прототип имеет широкие функциональные возможности для управления различными процессами обработки информации, но имеет ограниченные функциональные и аппаратные возможности для защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.

Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций защиты кабельных, воздушных линий и асинхронных двигателей.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему содержащую два устройства обработки, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы второй группы каждого устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов каждого из блоков обработки,

введен блок связи и четыре испытательных блока, группы входов которых являются первой, второй, третьей и четвертой группой входов системы, первая и вторая группы входов блоков обработки являются группами выходов блоков испытательных, причем блок связи, содержит два узла связи, выключатель, четыре реле и две лампы, причем узел связи содержит выключатель, три переключателя, реле и набор шунтирующих резисторов, причем информационные входы-выходы первой группы каждого устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, группа выходов которой является группой выходов блока связи, первая и вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки, соответственно, пятая и шестая группа входов системы является первой и второй группой входов блока связи.

На фиг.1 приведена схема соединения микропроцессорной системы релейной защиты с линиями и присоединениями.

На фиг.2 - пример реализации устройства обработки.

На фиг.3 - пример реализации 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.

На фиг.4 - пример реализации фрагмента схемы блока связи.

На фиг.1 обозначены:

1, 4 - кабельная или воздушная линия электропередачи;

2 - блоки испытательные типа БИ 4 или БИ 4М фирмы ЧЭАЗ (Челябинский электроаппаратный завод);

3 - устройство обработки;

5 - блок обработки;

6 - присоединения (выключатели линий и фидеров, первичные трансформаторы, различные агрегаты);

7 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232);

8 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485);

9 - блок связи;

10 - асинхронный двигатель;

11 - группа токовых сигналов от линии электропередачи;

12 - группа сигналов напряжения от линии электропередачи;

13 - интерфейс RS-232;

14₁, 14₂ - группы входов-выходов блоков обработки, для связи с внешними устройствами и присоединениями, т.е. входы - выходы устройства аналогового ввода-вывода (УABB) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);

15 - интерфейс RS-485;

16 - группа сигналов из системы телемеханики линии 1;

17 - группа сигналов управления первым двигателем;

18 - группа сигналов из системы телемеханики линии 4;

19 - группа сигналов управления вторым двигателем.

На фиг.2 обозначены:

20 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока;

21 - формирователь сигналов контроля и диагностики;

22 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения;

23 - блок частотных фильтров;

24 - аналого-цифровой преобразователь блока обработки;

25 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты блока обработки.

На фиг.3 обозначены:

26 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;

27 - 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;

R, R1 - резисторы типа С2-33 или аналогичные;

Т - трансформаторы тока или напряжения типа ТТ-1Т...ТТ-5Т, ТН-1Т или аналогичные;

Д - диоды типа 2D510A или аналогичные;

V1 - транзистор типа BD135 или аналогичный;

V2 - транзистор типа BD136 или аналогичный.

На фиг.4 обозначены:

28₁ и 28₂ - узлы связи;

S - выключатель автоматический серии ETIMAT DC фирмы "Релпол-Элтим" или аналогичный;

П - переключатели типа 4G10 фирмы "APATOR" или аналогичные;

В - выключатель автоматический типа LEXIC фирмы "ETIMAT" или аналогичный;

Р - реле типовое R15 фирмы "Relpol" или аналогичное;

Л1 - лампа типа СКЛ-11Б фирмы ЗАО "Протон-Импульс" или аналогичная;

Л2 - лампа освещения Е27 SLK фирмы "Legrand" или аналогичная;

R - резисторы 214-8 фирмы "Vitrohm" аналогичные;

U - напряжение питания.

Блок обработки 5 и входящие в него блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока 20, блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения 22, блок частотных фильтров 23, формирователь сигналов диагностики 21 и аналого-цифровой преобразователь 24 могут быть реализованы в соответствии с патентом Российской Федерации на изобретение 7 Н02Н 7/26 №2173924 от 03.02.2000, Бюл. №26 (фиг.1), или [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.778. рис.22.4] [1]. Драйверы каналов RS-232 и RS-485 находятся в микропроцессорной системе и на схеме не показаны (см. стр.781). Подробная информация о работе блока обработки и микропроцессорной системы приведена в патенте и указанной литературе на стр.778-783. Блоки испытательные 2 предназначены для оперативного подключения к входным цепям испытательного оборудования. Основные сведения о блоках испытательных с контрольными штепселями приведены в этикетке ИГНЯ.687224.005 ЭТ. Описание и схемы асинхронного двигателя 10 приведены в [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.722-724, рис.19.15 и 19.16] или [Е.П.Фигурнов "Релейная защита" 2002 г. стр.276-280, рис.6.1, 6.2] [2]. Все вышеперечисленные схемы приведены для описания работы системы.

На рисунках не показаны многие аппаратные компоненты, как не влияющие на работу микропроцессорной системы.

Микропроцессорная система содержит два устройства обработки 3, четыре испытательных блока 2₁...2₄ и блок связи 9, каждое устройство обработки 3 содержит блок обработки 5 и узлы сопряжения с магистралью 7 и 8, блок связи 9 содержит два узла связи 28₁ и 28₂, выключатель В, четыре реле Р2...Р5, две лампы Л1 и Л2, узел связи 28 содержит выключатель S, три переключателя П1...П3, реле Р1 и набор шунтирующих резисторов R, информационные входы-выходы 13 второй группы каждого устройства обработки 3 являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов 14 которой является группой входов-выходов блоков обработки 5, первая 11 и вторая 12 группы входов которых являются группами выходов блоков испытательных 2, группы входов которых являются первой, второй, третьей и четвертой группой входов системы, информационные входы-выходы 15 первой группы каждого устройства обработки 3 являются третьей группой входов-выходов системы, группы выходов 17 и 19 которой является группами выходов блока связи 9, первая 14₁ и вторая 14₂ группа входов - выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки 5, соответственно, пятая 16 и шестая 18 группа входов системы является первой и второй группой входов блока связи 9.

Устройства обработки 3 (фиг.2) в микропроцессорной системе реализуют следующие функции:

- трехступенчатая максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению и контролем направления мощности;

- защита от потери питания;

- защита от однофазных замыканий на землю;

- защита от обрыва фаз;

- защита минимального напряжения;

- защита от повышения напряжения;

- защита от снижения напряжения при включении выключателя линии;

- дуговая защита;

- функция устройства резервирования при отказе выключателя линии;

- автоматическое повторное включение;

- логическая защита шин линии;

- выполнение команд автоматической частотной разгрузки и

автоматического повторного включения по частоте, а также много других специфических защит и работают следующим образом:

сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения линий 1 и 4, двигателей 10 поступают через блоки испытательные 2, резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 20 и 22 (фиг.3).

Промежуточные трансформаторы Т обеспечивают гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов. Первичные обмотки трансформаторов обеспечивают заданную термическую стойкость при перегрузках. Прецизионные усилители, реализованные на микросхемах 26 и 27, диодах Д, резисторах R, транзисторах V1 и V2 служат для точного масштабирования сигналов и согласования импедансов промежуточных трансформаторов и аналого-цифрового преобразователя. С выходов прецизионных усилителей сигналы поступают на входы аналоговых фильтров блока частотных фильтров 23. 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) 24 для изменения формы сигнала на дискретную (цифровую), т.к. последующая обработка сигналов будет производиться цифровыми микросхемами. Входные отфильтрованные сигналы поступают на мультиплексор 26 (фиг.5 патента №2173924), который производит последовательное подключение входа АЦП 27 (фиг.5 патента №2173924) к одному из каналов блока частотных фильтров 23. Всей работой аналого-цифрового преобразователя 20 управляет микропроцессорное устройство 28 (фиг.5 патента №2173924), которое обеспечивает цифровую фильтрацию входных сигналов, расчет вторичных электрических параметров сети, выполнение процедур самодиагностики, формирование управляющих сигналов для контроля и диагностики, поступающих на формирователь сигналов контроля и диагностики 21, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 25 через буферные регистры 29 (фиг.5 патента №2173924). Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 25 получает значения электрических параметров защищаемых линий 1 и 4, присоединений 6 и двигателей 10 из аналого-цифрового преобразователя 24 и информацию о состоянии дискретных входов от

УДВВ. На основании этой информации, а также значений программных ключей и уставок, хранящихся в ППЗУ, вырабатываются команды управления выходными реле и сигнализацией, в соответствии с алгоритмами защиты, которые поступают по каналу 14 на блок связи 9 и на присоединения 6. 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 через узел сопряжения с магистралью 7 и с автоматизированной системой управления (АСУ) через узел сопряжения с магистралью 8. 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].

Блок связи 9 получает сигналы:

- по каналам 14₁, 14₂ от блоков обработки 5 и присоединений 6;

- по каналам 16 и 18 из системы телемеханики, и формирует сигналы для защиты линий 1, 4, присоединений 6 и управления двигателями 10, которые поступают по каналам 14, 17 и 19.

В блоке связи 9 (фиг.4) для управления присоединениями 6₁ линии 1 (электромагнитами включения и отключения выключателей) и двигателем 10₁ служат узел связи 28₁ и реле Р2, Р3.

Для управления присоединениями 6₂ линии 4 и двигателем 10₂ служат узел связи 28₂ и реле Р4, Р5.

Для защиты асинхронного двигателя 10 используются вышеперечисленные функции [1, 2], реализуемые устройствами обработки 3:

- защита от потери питания;

- защита от однофазных замыканий на землю;

- защита от обрыва фаз;

- защита минимального напряжения и т.д.

При поступлении сигнала "Вызов" к одному из устройств обработки 3 зажигается лампа Л1. Лампа Л2 с автоматом В служит для освещения секции подстанции.

Таким образом, микропроцессорная система имеет расширенные функциональные и аппаратные возможности т.к. обеспечивает:

- выполнение функций релейной защиты, автоматики и

управления присоединениями кабельных или воздушных линий, а также асинхронными двигателями;

- трансляцию команд управления на выключатели присоединений;

- автоматизацию процесса сбора информации о состоянии вводов и выключателей присоединений;

- автоматизацию сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах и событиях и т.д. с сохранением всех функций прототипа.

Claims (1)

1. Микропроцессорная система релейной защиты присоединений, содержащая два устройства обработки, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы второй группы каждого устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов каждого из блоков обработки, отличающаяся тем, что в нее введен блок связи и четыре испытательных блока, группы входов которых являются первой, второй, третьей и четвертой группой входов системы, первая и вторая группы входов блоков обработки являются группами выходов блоков испытательных, причем блок связи содержит два узла связи, выключатель, четыре реле и две лампы, причем узел связи содержит выключатель, три переключателя, реле и набор шунтирующих резисторов, причем информационные входы-выходы первой группы каждого устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, группа выходов которой является группой выходов блока связи, первая и вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки, соответственно, пятая и шестая группа входов системы является первой и второй группой входов блока связи.