Микропроцессорная система регулирования напряжения
Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой, при автоматическом и ручном регулировании напряжения трансформатора, путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов. Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей микропроцессорной системы за счет введения функций управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой и автоматического и ручного регулирования напряжения трансформатора путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов. Микропроцессорная система регулирования напряжения содержит два устройства обработки и узел управления. Предложенная микропроцессорная система может быть использована как многофункциональный программно-аппаратный комплекс для решения задач релейной защиты и управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой.
Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой, при автоматическом и ручном регулировании напряжения трансформатора, путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов.
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 управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой.
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 управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой.
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 управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой.
Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций управления электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой.
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 из устройств обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов каждого из блоков обработки, первая группа входов которых является первой группой входов системы, введен узел управления, причем узел управления, содержит два выключателя, шесть переключателей, два диода, лампу и два набора резисторов, причем информационные входы-выходы первой группы каждого из устройств обработки являются третьей группой входов-выходов системы, вторая и третья группа входов которой является первой и второй группой входов узла управления, первая и вторая группа выходов которого является второй группой входов первого и второго блока обработки, соответственно.
На фиг 1 приведена схема соединения микропроцессорной системы с сетью и устройствами регулирования под нагрузкой.
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 узла управления.
На фиг.1 обозначены:
1, 4 - сеть с присоединениями;
2, 6 - выключатели;
3 - устройство обработки;
5 - блок обработки;
7 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232);
8 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485);
9 - узел управления;
10 - электропривод устройства регулирования под нагрузкой;
11 - группа токовых сигналов;
12 1 - группа сигналов напряжения первого устройства регулирования под нагрузкой;
122 - группа сигналов напряжения второго устройства регулирования под нагрузкой;
13 - (интерфейс RS-232);
141, 142 - группы входов-выходов блоков обработки, для связи с внешними устройствами, т.е. входы - выходы устройства аналогового ввода-вывода (УABB) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);
15 - (интерфейс RS-485);
16 - группа сигналов от ответвлений обмоток первого трансформатора первого регулятора напряжения;
17 - группа сигналов от ответвлений обмоток второго трансформатора первого регулятора напряжения;
18 - группа сигналов от ответвлений обмоток первого трансформатора второго регулятора напряжения;
19 - группа сигналов от ответвлений обмоток второго трансформатора второго регулятора напряжения;
ПТ - первичные трансформаторы тока;
Т1...Т4 - трансформаторы регуляторов напряжения;
У1, У2 - устройства регулирования под нагрузкой.
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:
S1, S2 - выключатели автоматические типа LEXIC фирмы "Legrand" или аналогичные;
П1, П2 - переключатели типа 4G10-202 фирмы "APATOR" или аналогичные;
П3, П4 - переключатели типа 4G10-69 фирмы "APATOR" или аналогичные;
П5, П6 - переключатели типа 4G10-1169 фирмы "APATOR" или аналогичные;
R - наборы резисторов типа 214 фирмы "Vitrohm" или аналогичные;
Д - диоды типа RL-207 фирмы "DC Components CO, LTD" или аналогичные;
Л - лампа СКЛ фирмы "ЗАО "ПРОТОН-ИМПУЛЬС" или аналогичная;
U - напряжение питания.
Устройства регулирования под нагрузкой У1 и У2 предназначены для оперативного изменения напряжения без перерыва питания потребителя, в частности они обеспечивают встречное регулирование в энергосистемах и наиболее универсальное регулирование режима в промышленных установках.
Схемы и описание работы устройств регулирования под нагрузкой приведены в ["Силовые трансформаторы". Справочная книга / под ред. С.Д.Лизунова, А.К.Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004. Стр.57-73, рис.3.3, 3.5, 3.7].
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]. 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.
Все вышеперечисленные схемы приведены для описания работы системы.
На рисунках не показаны цепи оперативного питания системы, испытательные блоки, через которые поступают фазные токи и напряжения от трансформаторов тока и напряжения, а также многие аппаратные компоненты, как не влияющие на работу микропроцессорной системы.
Микропроцессорная система регулирования напряжения содержит два устройства обработки 3 и узел управления 9, каждое устройство обработки 3 содержит блок обработки 5 и узлы сопряжения с магистралью 7 и 8, узел управления 9 содержит два выключателя S1 и S2, шесть переключателей П1...П6, два диода Д, лампу Л и два набора 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 группа входов которых является первой группой входов системы, информационные входы-выходы 15, первой группы каждого устройства обработки 3, являются третьей группой входов-выходов системы, вторая 16, 17 и третья 18, 19 группа входов которой является первой и второй группой входов узла управления 9, первая 121 и вторая 122 группа выходов которого является второй группой входов первого и второго блока обработки 5, соответственно.
Устройства обработки 3 (фиг.2) в микропроцессорной системе реализуют следующие функции:
- управление электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой;
- автоматическое и ручное регулирование напряжение трансформатора путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов;
- формирование сигналов защиты минимального напряжения;
- формирование сигналов защиты от однофазных замыканий на землю;
- формирование сигналов автоматического включения резерва;
- сигнализация неисправности цепей напряжения;
- оперативный контроль цепей;
- регистрация событий;
- отображение параметров текущего режима и работают следующим образом:
сигналы от первичных трансформаторов тока ПТ и напряжения от трансформаторов Т1...Т4 (через переключатели П1 и П2) поступают через 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 напряжений регулируемых трансформаторов и электрических параметров сети 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 узел управления 9. 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].
Через автоматические выключатели S1 и S2, узла управления 9, поступает питание на переключатели П3...П6.
Переключатели П1 и П2, переключают цепи напряжения трансформаторов Т1, Т2 и Т3, Т4, соответственно.
Переключатели П3 и П4 переключают программы уставок блоков обработки 5.
Переключатели П5 и П6 определяют режим управления электроприводом 10 (управление автоматическое или ручное - сигналы "прибавить" и "убавить).
Блок обработки 5 получает сигналы по каналам 141, 14 2 и формирует сигналы для управления электроприводами 10.
Отключение выключателей 2 и 6 происходит по сигналам, поступающим по каналам 14, при срабатывании защит.
В узле управления 9 лампа Л с диодами Д сигнализирует о поступлении сигнала "Вызов" к одному из устройств обработки 3.
Параллельно дискретным входам блока обработки 5 подключены нагрузочные резисторы набора шунтирующих резисторов R, обеспечивающие надежную коммутацию входных цепей контактами промежуточных реле и ключей блока.
Таким образом, микропроцессорная система регулирования напряжения имеет расширенные функциональные и аппаратные возможности т.к. обеспечивает:
- управление электроприводами устройств регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой;
- формирование сигналов защиты (отключение выключателей 2 и 6);
- сигнализацию неисправности цепей напряжения (включение по каналам 14 1 и 142 индикации неисправности на пультах телемеханики);
- оперативный контроль цепей;
- регистрацию событий и т.д.
с сохранением всех функций прототипа.
Микропроцессорная система регулирования напряжения 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, первая группа входов которых является первой группой входов системы, отличающаяся тем, что в нее введен узел управления, причем узел управления содержит два выключателя, шесть переключателей, два диода, лампу и два набора резисторов, причем информационные входы-выходы первой группы каждого из устройств обработки являются третьей группой входов-выходов системы, вторая и третья группа входов которой является первой и второй группой входов узла управления, первая и вторая группа выходов которого является второй группой входов первого и второго блока обработки, соответственно.
