Устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики

 

Полезная модель относится к электротехнике, и в частности, к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей. Техническим результатом является повышение надежности, сокращение времени наладки и обслуживания, а также в случае неполадок устройства быстрое их нахождение и устранение без разбора сигнальных цепей и изолирования устройства от управляющих и управляемых объектов. Предложено устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей, содержащее микропроцессорный модуль, модуль приема сигналов сигнализаций, модуль выхода сигналов сигнализаций и группу входов и выходов для соединения с ПЭВМ и АСУ ТП, причем дополнительно содержится модуль внешней синхронизации часов, который входами-выходами подключен к микропроцессорному модулю, а модули приема и выхода дискретных сигналов снабжены механическими размыкателями отключения внешних цепей, которые выполнены с ручным управлением и электронной сигнализацией коммутационного положения размыкателя, которая выведена на лицевую панель устройства и подключена к АСУ ТП для отключения устройства от входных и выходных цепей.

Полезная модель относится к области электротехники, и в частности, к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей с возможностью автоматизированного управления.

В настоящее время в различных отраслях промышленности широко используются системы сбора, обработки и отображения информации о состоянии объекта, например, для энергетических сетей используется оборудование с цифровыми или электромеханическими устройствами релейной защиты (РЗ) и автоматики. Так известны различные электромеханические и микропроцессорные устройства РЗ и противоаварийной автоматики (ПА) энергетических сетей. Наиболее близким техническим решением - прототипом является патент RU 2195707 С2 опуб. 2002.12.27, в котором раскрыто микропроцессорное релейное устройство, содержащее блок контроля, блок фиксации изменения напряжения, три первичные трансформаторные обмотки с установленными в них выключателями, выключатель, вторичную трансформаторную обмотку, выходы которой соединены со входами блока фиксации изменения напряжения, при этом введены четвертая первичная трансформаторная обмотка и микропроцессорная система, причем четвертый выключатель установлен в четвертую первичную обмотку и все обмотки размещены на одном магнитном сердечнике трансформатора. Выход блока фиксации изменения напряжения соединен со входом блока контроля, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока фиксации изменения напряжения, группа входов квитирования является группой входов блока контроля, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются входами управления (включения/отключения) первого, второго, третьего и четвертого выключателя, соответственно, группа входов-выходов блока контроля является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы, вторая группа входов-выходов которой является входами-выходами для связи с ПЭВМ и АСУ ТП (технологическим процессом), группа выходов микропроцессорной системы является выходами для связи с устройствами сигнализации и отображения, группа входов которой предназначена для приема сигналов от объекта. Однако такое микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации не обеспечивает высокой надежности, а также оно не достаточно функционально при эксплуатации и облуживании.

Таким образом, существует потребность преодоления указанных недостатков и техническим результатом, на достижение которого направлена предложенная полезная модель является, в частности: повышение надежности устройства, расширение функциональных возможностей, сокращение времени наладки и обслуживания, а также в случае неполадок или аварии быстрое нахождение и устранение неполадок устройства без разбора сигнальных цепей и изолирования устройства от управляющих и управляемых объектов.

Технический результат достигается тем, что предложено устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей, содержащее микропроцессорный модуль, к которому подключены своими входами-выходами: модуль приема сигналов сигнализаций, модуль выхода сигналов сигнализаций, группа входов и выходов для соединения с ПЭВМ и АСУ ТП, отличающееся тем, что дополнительно содержит модуль внешней синхронизации часов, который входами-выходами подключен к микропроцессорному модулю, а модули приема и выхода дискретных сигналов снабжены механическими размыкателями отключения внешних цепей, которые выполнены с ручным управлением и электронной сигнализацией коммутационного положения размыкателя, которая выведена на лицевую панель устройства и подключена к АСУ ТП для отключения устройства от входных и выходных цепей.

Особенностью предложенного устройства от известных микропроцессорных и электромеханических устройств Р3 и ПА, в которых управление входными и выходными цепями выполняется электронным образом, является то, что в предложенном устройстве в цепях входа и выхода дискретных сигналов установлены механические размыкатели с ручным управлением. Использование таких механических размыкателей позволяет при выходе из строя исполнительных электронных компонентов устройства оперативно без разбора сигнальных цепей изолировать панель контроля и управления (ПКУ) от управляющих и/или управляемых объектов, что значительно сокращает время ремонтных работ и упрощает работу с устройством в процессе его наладки и обслуживании. Также установленные в цепях входа и выхода дискретных сигналов механические размыкатели с ручным управлением имеют электронную сигнализацию коммутационного положения размыкателя на лицевой индикаторной панели ПКУ и посредством подключения устройства к АСУ ТП энергетических подстанций через соответствующую группу входов/выходов интерфейса передачи данных RS-485 выполнены с возможностью ее передачи в систему АСУ ТП. Такое выполнение устройства позволяет персоналу/оператору контролировать положение коммутационных элементов как при эксплуатации, так и при обслуживании, например, при выполнении работ с устройством, перед вводом его в работу оператор имеет возможность дистанционно сравнить положение соответствующих коммутационных элементов с требуемым, и разрешить или нет его ввод в работу.

Отличительной особенностью предложенного устройства от известных устройств РЗ и ПА, в которых функциональность модулей определяется конфигурацией их программного обеспечения, является наличие общей конфигурации устройства без привязки к конкретным модулям, а к их позициям. Любой модуль обработки сигналов, установленный в определенную позицию устройства должен выполнять строго определенные функции. Поэтому при выполнении ремонтных работ достаточно на место дефектного модуля обработки установить любой другой модуль обработки - новый или уже используемый в системе, но выполняющий менее важные функции и система самовосстановится, записав в модуль нужную ей конфигурацию, что сокращает сроки проведения ремонтных работ, исключает ошибки конфигурации при восстановлении и сокращает количество запасных частей.

Отличительной особенностью предложенного устройства от известных устройств РЗ и ПА, которые выполняются по индивидуальным схемам, является фиксированная аппаратная структура. Это упорядочивает схемы панелей сигнализаций и пуска-приема дискретных сигналов (команд), позволяя выполнять типовые однородные проекты и технические решения, а так же типовые схемы управления и сигнализации. Наращивание предложенного устройства выполняется установкой стандартных модулей с типовой схемой подключения.

Отличительной особенностью предложенного устройства от известных устройств РЗ и ПА, для точной синхронизации записей цифровых регистраторов которых требуются внешние сигналы точного времени, является наличие модуля и режима генерации сигналов точного времени, так что все устройства РЗ и ПА, подключенные к ПКУ, независимо от наличия внешнего источника сигналов точного времени, имеют общую временную сетку. Для этого устройство анализирует состояние входного сигнала синхронизации, и при его отсутствии подает на выход синхронизации сигналы от внутреннего тактового генератора. В отличие от синхронизации записей известных устройств РЗ и ПА по протоколу ГОСТ Р 61870-101 точность которых менее 20 мс, предложенное устройство обеспечивает точность синхронизации записей не более 2 мс, 1 мс типовое. Использование модуля внешней синхронизации часов с релейными модулями позволяет синхронизировать время наступления событий и прохождения сигналов в управляющих цепях для их регистрации. Также устройство содержит регистратор передаваемых и принимаемых сигналов с отображением как на лицевой индикаторной панели ПКУ так и в системе АСУ ТП, что позволяет оперативно контролировать прохождение сигналов в управляющих цепях и выполнять в дальнейшем анализ сигналов в управляющих цепях при разборе аварийных ситуаций.

Отличительной особенностью предложенного устройства от известных устройств РЗ и ПА для изменения схемы которых требуется либо перепайка, либо компьютерная конфигурация, является возможность оперативной перестройки схем РЗ и ПА применительно к изменениям схемы работы (ремонт, ввод новых линий) за счет имеющихся в ПКУ коммутационных устройств. Кроме того, все действия с ПКУ могут быть стандартизированы, обеспечивая контролируемость действий с устройствами РЗ и ПА, и обеспечивая оперативность отображения действий и информации о состоянии в системе АСУ ТП.

Отличительной особенностью предложенного устройства от известных устройств РЗ и ПА, которые имеют ограниченную функциональность, является использование многофункциональности устройства, а именно программным образом определяемая функциональность и интеллектуальная цифровая обработка передаваемых и принимаемых сигналов команд и управляющих воздействий, повторяемость параметров во времени и различных условиях эксплуатации, автоматические в реальном времени самоконтроль и самодиагностика функционирования; а также признаков программируемых логических контроллеров: жесткая логическая модульная организация и высокое быстродействие.

Отличительной особенностью предложенного устройства от известных устройств РЗ и ПА, которые имеют жесткую функциональную связь между входными и выходными сигналами устройств, у которых блоки свободно конфигурируемой логики (СКЛ) служат для изменения функциональности устройства, является наличие СКЛ в цепях обработки входных и выходных сигналов, что позволяет изменять их параметры передачи, например надежность и безопасность, или изменять пути передачи сигналов в зависимости от состояния, подключаемого к устройству оборудования. Для этого в логику работы предложенного устройства включаются до 8 входных сигналов от внешних устройств, например сигналов аварийной сигнализации. В предложенном устройстве имеется 16 блоков СКЛ, соответственно по одному для каждых 8 первых входных/выходных сигналов. Для 8 входных сигналов действует одноуровневая 8 входовая И, ИЛИ, НЕ логика. Для каждого из 8 выходных сигналов действует трехуровневая 8 входовая И, ИЛИ, НЕ логика с двумя программируемыми таймерами. Блоки СКЛ могут каскадироваться. С помощью СКЛ также реализуются специальные режимы работы с аппаратурами различных производителей или компенсирующие недостатки их функционирования и логики работы или расширяющие имеющуюся функциональность.

Отличительной особенностью предложенного устройства от известных устройств РЗ и ПА, в которых внутренние шины передачи сигналов являются потенциальными, а значит, могут подвергаться воздействию паразитных сигналов при действии на устройство мощных импульсных помех, внутренние шины предложенного устройства являются модулированными кодированными. Решение о приеме сигнала принимается только после обработки заданной входной последовательности. Остальные сигналы игнорируются, что обеспечивает приоритет безопасности над надежностью.

В предложенном устройстве имеется три независимых шины электропитания: устройства, цепей приема и цепей передачи сигналов, что позволяет в процессе эксплуатации оперативно выводить из работы соответствующие направления распространения сигналов команд и управляющих воздействий.

В предложенном устройстве во входных цепях передаваемых сигналов используется программные команды функции фиксированного сдвига, которая не позволяет изменять состояние выходных цепей быстрее заданного времени от их предыдущего изменения состояния, что позволяет избежать коллизий переключения кодовых комбинаций в цепях передачи устройств передачи сигналов-команд противоаварийной автоматики (УПАСК). В предложенном устройстве во входных цепях передаваемых сигналов используется команды функции удержания минимальной длительности, которая не позволяет изменять состояние сигналов на входе передатчика УПАСК быстрее заданного времени от их предыдущего изменения состояния. Это устраняет не срабатывание приемника УПАСК при работе УПАСК в пограничных состояниях (по вероятности ошибки или по низкому отношению сигнал-шум), когда большая часть времени существования сигнала в канале/линии занимается обработкой принимаемых сигналов, или время обработки сигнала превышает время существования сигнала в канале/линии. Также в предложенном устройстве в выходных цепях передаваемых сигналов используются команды функции удержания минимального периода повторения сигналов, которая не позволяет изменять состояние выходных цепей быстрее заданного времени от их предыдущего изменения состояния, что устраняет не восстановление приемника УПАСК при работе УПАСК в пограничных состояниях (по вероятности ошибки или по низкому отношению сигнал-шум), когда время отсутствия сигнала в канале/линии становится меньше времени обработки сигнала приемником. В предложенном устройстве на входе цепей приема используются команды функции выдержки срабатывания, что позволяет исключить ложные срабатывания управляемых устройств в пограничных режимах работы УПАСК (по вероятности ошибки или по низкому отношению сигнал-шум).

Также в предложенном устройстве в выходных цепях принимаемых сигналов используются команды функции ограничения минимальной длительности, которая не позволяет изменять состояние выходных цепей быстрее заданного времени от их предыдущего изменения состояния, что устраняет не срабатывание исполнительных устройств со временем срабатывания большим длительности управляющих сигналов. В предложенном устройстве в выходных цепях принимаемых сигналов используются команды функции ограничения минимального периода повторения сигналов, которая не позволяет изменять состояние выходных цепей быстрее заданного времени от их предыдущего изменения состояния, что устраняет не восстановление исполнительных устройств со временем восстановления большим паузы между управляющими сигналами.

Предложенное устройство содержит встроенные восстанавливаемые источники питания (модуль блока питания и модуль конденсаторных блоков), позволяющие выдерживать более 500 мс 100% отсутствие напряжения оперативного тока (электропитания) без изменения параметров функционирования; и при полном длительном обесточивании устройства сохранять и просматривать служебную информацию о функционировании устройства на момент аварии в течение более 7 дней.

В предложенном устройстве все соединения выполнены печатными проводниками, что позволяет в отличие от других известных устройств РЗ и ПА в которых соединения между компонентами выполняются проводами и кабелями конструктивно упорядочить схемы промежуточных панелей РЗ и ПА, что обеспечивает компактность системы, дополнительно повышает надежность работы устройства и снижает трудозатраты на монтаж и обслуживание.

На фиг.1 представлена структурная схема предложенного устройства контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей. На фиг.2 представлена блок-схема микропроцессорного модуля. На фиг.3 представлена блок-схема релейного модуля. На фиг.4 представлена блок-схема модуля кросс платы процессора.

Устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей показано на фиг.1, содержит: кросс плату процессора, к которой своими входами-входами подключены: микропроцессорный модуль с центральным процессором (МЦП), модуль конденсаторных блоков (МКБ), модуль блока питания (МБП), модуль внешней синхронизации часов (МВСЧ), модуль приема сигналов сигнализации (МПСС), модуль дистанционного сброса (МДС), модуль выходов сигналов сигнализации (МВС) и ПК (ПЭВМ), при этом микропроцессорный модуль второй группой входов-выходов подключен, по меньшей мере, к одной кросс плате релейных модулей (МКПР1 и МКПР2), к которой подключены соответствующие релейные модули (РМ), также содержится модуль внешних фильтров (МВФ), подключенный своими выходами к каждой кросс плате релейных модулей.

Модуль источника питания (МБП) - универсальная система питания устройства, дробная схема резервирования, защита от перегрузки по току, напряжению и температуре, защита от электромагнитных помех. МБП состоит из входного фильтра и параллельно подключенных к нему двух преобразователей напряжения. Модуль блока питания может работать от источника переменного или постоянного тока и обеспечивает стабилизированные уровни напряжения для работы всего устройства.

Модуль конденсаторных блоков (МКБ) состоит из схем контроля напряжения питания и контроля заряда резервного питания, подключенные к конденсаторам, и схемы резервного питания светодиодов и обеспечивает функционирование устройства при 100% провалах напряжения питания длительностью более 0.5 сек., используется схема с дробным резервированием 6/10, что обеспечивает функционирование цепей сигнализации при пропадании напряжения питания длительностью более 1 недели.

Модуль внешних фильтров (МВФ) состоит из двух фильтров напряжения команд для фильтрации оперативного тока постоянного напряжения от высокочастотных электромагнитных помех, подаваемого на выходы ПРД (передача) команд (Uвн1) и входы ПРМ (прием) команд (Uвн2) релейных модулей (РМ), т.е. раздельно для цепей приема и передачи.

Модуль выходов сигнализации (МВС) через свой буфер шины контроля и управления осуществляет: выдачу выходной команды подтверждения срабатывания ПРД, выдачу выходной команды подтверждения срабатывания ПРМ, выдачу 4-х сигналов сигнализаций, выдачу 2-х сигналов аварий. Характеристики МВС: тип выдачи команд и сигналов: НО/НЗ, тип выхода всех сигнализаций кроме аварии 2 электромеханическое реле с механической блокировкой (с принудительным сбросом); тип выхода аварии 2 электромеханическое реле без механической блокировки.

Модуль дистанционного сброса (МДС) через свой буфер шины контроля и управления и фильтр осуществляет: дистанционный сброс (переход в первичное (нормальное) состояние) сигналов и светодиодов Сигнализаций, дистанционный сброс сигналов и светодиодов аварий, дистанционный сброс выхода и светодиода подтверждения срабатывания ПРД, дистанционный сброс выхода и светодиода подтверждения срабатывания ПРМ. Характеристики МДС: выбор диапазона напряжения команды сброса перемычками, диапазоны напряжения команды сброса 220 В, 110 В, 48 В, по току, входной ток каждого канала 20 мА.

Модуль внешней синхронизации часов (МВСЧ) предназначен для синхронизации записей регистратора, внутренних часов реального времени с сигналами точного времени, например, от системы глобального позиционирования (GPS) и синхронизации других устройств от внутренних часов ПКУ.

Модуль приема сигналов сигнализации (МПСС) через фильтр, схему выбора порога срабатывания и буфер шины контроля и управления предназначен для приема 8-ми сигналов сигнализации и их вывода.

Лицевая индикаторная панель индикации и управления (ПКУ) предназначена для управления устройством и отображения оперативной информации и состоит из: кнопок управления, предназначенных для установки режимов работы устройства; светодиодов сигнализации, назначение которых соответствует функциональной схеме устройства, и приведено в виде надписей на лицевой панели корпуса устройства. Также индикаторная панель обеспечивает отображение режимов работы устройства, номер канала, результаты самодиагностики, отключение звуковой сигнализации и квитирование сигналов, ввод и изменение конфигурации, тестирование устройства и др. ПКУ имеет следующие внешние подключения: питание ПКУ, оперативный ток для ПРД и ПРМ команд, входы и выходы команд ПРД и ПРМ, входы и выходы сигнализаций и аварий, дистанционный сброс сигнализаций и аварий, мониторинг АСУ ТП через RS485, синхронизация IRIG-B, а также внутренние подключения - межблочная шина управления. Микропроцессорная система ПКУ регистрирует и сохраняет информацию о событиях, прохождение сигналов в управляющих цепях, сигналов сигнализации положения механического размыкателя, время приема и передачи сигналов с их отображением, производит программную регулировку выдержек времени на пуск каждого входа/выхода, позволяет проводить дистанционное тестирование конфигурации и взаимодействовать с АСУ ТП по различным интерфейсам RS485 или RS232.

Кросс платы релейных модулей (МКПР1 или МКПР2) через шину управления релейными модулями (ШРУМ) и внешнюю ШРУМ для связи друг с другом осуществляют: обработку сигнала команд или управляющих воздействий - разветвление внешней шины управления релейных модулей для обеспечения обмена сигналами управления между всеми модулями блока релейных модулей, организацию нумерации релейных модулей, размножение принимаемых сигналов, защиту от электромагнитных помех, сигнализацию.

Микропроцессорный модуль (МЦП) показан на фиг.2 и как вариант может содержать: внешнюю энергонезависимую память соединенную с микроконтроллером, который соединен шинами данных с буфером шины контроля и управления, а также буфером внешней шины управления (ШУ1), энергонезависимую память предназначенную для хранения параметров (времени и идентификаторов) аварийных событий, уставок и внутренней конфигурации устройства и функциональной схемы и других параметров. Также микропроцессорный модуль содержит: фильтр электромагнитной совместимости (ЭМС) в интерфейсе RS-485 и/или RS-232 и преобразователь постоянного тока DC для подачи питания на микроконтроллер и буфер шины контроля и управления. Использование фильтров ЭМС позволяет защитить различные модули устройства как от внутренних, так и от внешних помех (осуществляют электрическую развязку помех на «землю») и предотвращает распространение помех по печатным проводникам не нарушая работы устройства. Фильтры ЭМС реализуются на базе конденсаторов, а также LC или RC-цепей. Интерфейсная схема RS-485 и RS-232 состоит из специализированных преобразователей, обеспечивающих диагностику, помехозащищенность и передачу данных на ПЭВМ и АСУ ТП.

На фиг.3 показана блок-схема релейного модуля, который осуществляет: контроль и управление приемом и выдачей ПРД и ПРМ команд; внешнюю/внутреннюю регистрацию положения ключей, отображение получения ПРД и ПРМ команд, отображение наличия питающего напряжения «+5 В», оперативного тока для команд Uвн1 и Uвн2, отображение аварии модуля, управление сбросом светодиодов ПРД и ПРМ, местное тестирования светодиодов ПРД, ПРМ и авария. Конструктивно каждый из модулей реле выполнен печатными проводниками и установленным на нем разъемным клеммным соединителем для подключения внешних цепей.

На фиг.4 показан модуль кросс платы процессора (МКПП), который осуществляет: обмен сигналами управления между всеми модулями блока управления, отображение состояний выходов подтверждения срабатывания ПРД и ПРМ, сигнализаций и аварий, отображение наличия питающего и резервного питания, отображение аппаратной аварии ПКУ, отображение установленных релейных модулей, обработка сигналов органов управления (кнопки на блоке управления), организация интерфейса обмена по интерфейсу RS232, обработка сигналов точного времени.

Специалистам в данной области техники очевидно, что предложенное микропроцессорное устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей может быть реализовано различными программно-аппаратными средствами. Хотя выше были описаны различные варианты осуществления, следует понимать, что они были представлены только для примера, а не для ограничения. Таким образом, охват и объем полезной модели не должен ограничиваться вышеописанными вариантами.

Устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей, содержащее микропроцессорный модуль, модуль приема сигналов сигнализаций, модуль выхода сигналов сигнализаций и группу входов и выходов для соединения с ПЭВМ и АСУ ТП, отличающееся тем, что дополнительно содержит модуль внешней синхронизации часов, который входами-выходами подключен к микропроцессорному модулю, а модули приема и выхода дискретных сигналов снабжены механическими размыкателями отключения внешних цепей, которые выполнены с ручным управлением и электронной сигнализацией коммутационного положения размыкателя, которая выведена на лицевую панель устройства и подключена к АСУ ТП для отключения устройства от входных и выходных цепей.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к хронологии, к механическим календарным механизмам и способам индикации фаз Луны в приборах времени, для точного и реалистичного отображения фаз Луны в механических часах
Наверх