Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики присоединений

Заявляемое решение относится к технике релейной защиты и противоаварийной автоматики и предназначено для применения в схемах вторичной коммутации на подстанциях. В микропроцессорном устройстве релейной защиты и автоматики присоединений органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством выполнены в виде сенсорного дисплея, а в блок центрального процессора введены элементы аудиовизуализации, блок задания уставок и элемент связи USB выведенный на лицевую панель корпуса, за счет чего обеспечивается простота и удобство при проведении наладки и эксплуатации устройства. 7 зав. п. ф-лы, 1 ил.

Заявляемое решение относится к технике релейной защиты и противоаварийной автоматики и предназначено для применения в схемах вторичной коммутации на подстанциях с выполнением необходимых функций по защите, автоматике и сигнализации присоединений напряжением 220 кВ и для установки на панелях, в шкафах управления, расположенных в релейных залах и пультах управления.

Известно микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики присоединений УЗА-10A.2 выпускаемое компанией «ЭНЕРГОМАШВИН» Украина (техническое описание и инструкция по эксплуатации ЭМВ.040.08.08.100.ТО, 2011 год, опубликовано в сети Internet по адресу http://emvcorp.com/files/to_uza10a2.pdf) являющееся наиболее близким по назначению решением, взятым за прототип.

Устройство выполнено в прямоугольном металлическом корпусе, в виде кассеты блочно-унифицированной конструкции, состоящее из следующих основных узлов: блок питания, блок трансформаторов тока, блоки дискретных входов, блок выходных реле, органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством и блок центрального процессора, обеспечивающий взаимодействие между всеми входящими в состав устройства блоками в соответствии с алгоритмами защиты. Органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством расположены на лицевой панели устройства. Устройство может быть включено в локальную сеть посредством стандартного разъема.

Недостатком известного устройства является то, что оно имеет индивидуально разработанное программное обеспечение с собственными интерфейсами и аппаратными особенностями, требующими специальных знаний и навыков. При этом растет нагрузка на наладчиков и эксплуатирующий персонал, что при существующем кадровом дефиците требует повышенной квалификации и дополнительного обучения персонала. Это ведет к повышению расходов на обучение персонала, наладку, обслуживание, а также вероятности ошибок при проведении работ.

Органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством выполнены в виде восьми светодиодных индикаторов, жидкокристаллического индикатора и кнопок управления. Органы оповещения, т.е. каждый светодиод, соответствует своему функциональному назначению: фиксируют срабатывание защит, появление сигнала на входе, исправность устройства и продолжают светиться до их квитирования кнопкой на лицевой панели. Для выбора режимов работы и отображения информации, а также программирования устройства (ввода уставок) используются пять основных клавиш, обеспечивающих движение в меню в нужном направлении и ввод набранных данных и снятие фиксации сработавших светодиодов. Для отображения информации во всех режимах работы устройства используется жидкокристаллический индикатор с подсветкой. Что в целом позволяет получить детальную информацию о текущем режиме и статистических данных, однако разнообразие органов и их разброс по полю лицевой панели является недостаточно удобным при наладке и эксплуатации. Далее, устройство изготавливается с регистратором 8 событий - токов короткого замыкания при срабатывании защит на отключение и времени срабатывания, что является недостаточным для надежной работы при многочисленных аварийных отключениях при стихийных явлениях. Так же уставки должны быть введены прежде, чем устройство будет установлено и подключено, на работающем присоединении уставки не желательно изменять.

Технический результат на достижение которого направлена полезная модель состоит в обеспечении простоты и удобства при проведении наладки и эксплуатации устройства.

Технический результат достигается тем, что в микропроцессорном устройстве релейной защиты и автоматики присоединений выполненном в прямоугольном металлическом корпусе, в виде кассеты блочно-унифицированной конструкции, состоящем из следующих основных узлов: блок питания, блок трансформаторов тока, блок дискретных входов, блок выходных реле, органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством на лицевой панели корпуса и блок центрального процессора, обеспечивающий взаимодействие между всеми входящими в состав устройства блоками в соответствии с алгоритмами защиты и содержащий регистратор событий, органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством выполнены в виде сенсорного дисплея выполненного с возможностью управления с помощью кнопок на экране дисплея, а в блок центрального процессора введены элементы аудиовизуализации, блок задания уставок и элемент связи USB выведенный на лицевую панель корпуса. Причем элементами аудиовизуализации являются динамик, выполненный с возможностью проигрывать звуковой файл при возникновении событий, для которых в уставках задано воспроизводить звук, и осциллограф с форматом осциллографирования Comtrade. Так же регистратор выполнен с возможностью запоминания, например 50 событий. Блок задания уставок выполнен с возможностью ввода уставок в интерактивном режиме с соответствующими комментариями, в первичных величинах и изменения уставок при работающем устройстве. Сенсорный дисплей выполнен с возможностью возникновения на экране мигающей сигнализации, привлекающей внимание персонала.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется представленной структурной схемой устройства.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики присоединений выполнено в прямоугольном металлическом корпусе, в виде кассеты блочно-унифицированной конструкции, состоящее из следующих основных узлов: блок питания 1, блок трансформаторов тока 2, блок дискретных входов 3, блок выходных реле 4, органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством 5 и блок центрального процессора 6, обеспечивающий взаимодействие между всеми входящими в состав устройства блоками в соответствии с алгоритмами защиты. Органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством расположены на лицевой панели устройства и выполнены в виде сенсорного дисплея 5. Сенсорный дисплей 5 (тачскрин) выполнен таким образом, что управление происходит с помощью кнопок изображенных на экране и представляет собой поверхность чувствительную к прикосновению. Принцип действия дисплея основан на прикосновении к ее сенсорам пальца руки (или другим проводящим предметом) и различает любое быстрое прикосновение. Сенсорный дисплей 5 предназначен для конфигурирования и выставления уставок устройства, просмотра измеренных и зарегистрированных величин, отображения состояния дискретных входных сигналов и выходных реле устройства, причин аварий, а также типов неисправности устройства, выявленных системой самодиагностики.

Питание устройства производится от преобразовательного блока питания 1, который обеспечивает необходимые уровни напряжения питания для функционирования блоков. Переменный ток подается на блок трансформаторов тока 2. Преобразованные до необходимых для работы аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) уровней сигналы от блока трансформаторов поступают на вход блока центрального процессора 6, где производится их обработка. Устройство содержит блок дискретных входных цепей 3. Состояние входных дискретных сигналов можно проконтролировать на дисплее в соответствующем пункте меню. Устройство содержит блок выходных реле 4, например малогабаритные электромеханические реле с малым временем действия.

Блок центрального процессора 6 выполнен на микропроцессорной элементной базе. В блок центрального процессора введен блок задания уставок.

Устройство может быть включено в локальную сеть посредством стандартного разъема USB (элемент связи USB в блоке центрального процессора).

На плате блока центрального процессора 6 установлены элементы аудиовизуализации, такие как динамик, через который проигрывается звуковой файл при возникновении событий, для которых в уставках задано воспроизводить звук - звуковая сигнализация, и встроенный аварийный осциллограф с форматом осциллографирования Comtrade, обеспечивающий запись всех входных аналоговых сигналов, дискретных входных/выходных и внутренних сигналов. Пуск осциллографа дополнительно производится от следующих сигналов:

- пуск защит;

- срабатывание защит;

- изменение состояния дискретного входа;

- срабатывание АПВ;

- ручной пуск.

Считывание осциллограмм производится с помощью ПК и кабеля связи по последовательному каналу связи с интерфейсом USB на лицевой панели устройства.

Устройство содержит регистратор 50 событий - хранятся 50 последних записей, которые стираются по кольцевому режиму (пятьдесят первое событие стирает информацию о первом), что достаточно для регистрации событий значительное количество времени. Все события просматриваются с меткой времени.

Регистрируются следующие события:

- пуск / возврат пусковых органов защит;

- срабатывание / возврат ступеней защит;

- изменение состояния входных дискретных сигналов;

- изменение состояния выходных реле

- срабатывание / возврат функций автоматики и сигнализации;

- пуск / останов аварийного осциллографа.

Работа устройства представляет собой выполнение специфической для данного применения функции релейной защиты, автоматики, управления выключателем, сигнализации и пр. по заранее заданному алгоритму. Основным звеном устройства является блок центрального процессора, который производит обработку аналоговой и дискретной информации. Результаты замеров токов сравниваются с заранее заданными уставками и при превышении их выдаются сигналы на отключение, сигнализацию или автоматику с последующим срабатыванием выходных реле, формированием событий и осциллографированием.

Результаты обработки поступающей информации выдаются на выходные реле, на сенсорный дисплей. Нормальное функционирование устройства обеспечивается бесперебойным питанием, а также развитой системой самодиагностики, которая постоянно производит оценку работоспособности составных частей устройства и программного обеспечения.

В устройстве реализованы пять ненаправленных ступеней максимальной токовой защиты от междуфазных коротких замыканий которые запускаются, когда ток контролируемых фаз превышает величину уставки соответствующей ступени. При пуске ступени начинается отсчет выдержки времени, определяемой уставкой по времени срабатывания. По истечении выдержки времени происходит срабатывание защиты. Пуск ступеней защит сопровождается фиксацией в соответствующих событиях, состояние которых можно просмотреть на дисплее устройства.

Так же в заявляемом устройстве предусмотрены следующие виды защит и автоматики:

- токовая защита от однофазных коротких замыканий на землю;

- защита от несимметричного режима работы нагрузки;

- автоматическое повторное включение;

- устройство резервирования при отказе выключателя;

Регулировка, просмотр и настройка параметров устройства осуществляется с помощью сенсорного дисплея или по переднему порту USB с использованием компьютера с программным обеспечением.

Измерение, настройка параметров и уставок в блоке задания уставок с помощью компьютера с соответствующим программным обеспечением сводится к вызову параметров, подлежащих изменению, и последующей корректировке их на экране дисплея. Удобство заключается в установке параметров и уставок в табличной форме с соответствующими комментариями и подсказками

При измерении и регулировке параметров устройства связь оператора с устройством осуществляется с помощью шести кнопок управления, отображаемых на сенсорном дисплее: (перемещение на 1 пункт вправо) (перемещение по меню на 1 пункт вниз / изменение значений в сторону уменьшения); (перемещение на 1 пункт влево); (перемещение по меню на 1 пункт вверх / изменение значений в сторону увеличения); (вход в меню / подтверждение выбора / сохранение конфигурации); (выход из меню / отмена выбора / отмена сохранения конфигурации).

Нажатием на кнопки осуществляется передвижение по меню и настройка параметров устройств, которые отображаются на дисплее. В соответствующих пунктах меню отображается следующая информация:

- содержание буфера событий;

- зарегистрированные величины аварийных режимов;

- измеренные значения токов и состояния дискретных входов и выходных реле; а также производится настройка параметров устройства:

- уставки защит устройства;

- параметров трансформаторов (коэффициенты трансформации);

- времени и даты.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики присоединений так же очень дружественно относится к релейному персоналу. Упрощенное конфигурирование блока задания уставок с помощью мастера конфигураций: пошаговая конфигурация с исключением избыточных параметров на каждом последующем шаге. Например, при введении уставок для срабатывания токовой защиты указан допустимый диапазон и терминал физически не позволяет ввести значения выходящие за пределы этого диапазона. Уставки защит можно изменять (изменение конфигурации) при работающем устройстве, которые после введения в течение десятых долей секунды будут загружены, и устройство будет работать с новыми уставками, т.е. не требуется полная перезагрузка устройства. Так же, блок задания уставок выполнен с возможностью ввода параметров (например, коэффициента трансформации) в первичных величинах.

В штатном режиме (нет аварийных ситуаций, пусков, неисправностей) РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ - дисплей погашен для экономии энергии, на экране горит зеленый прямоугольник, либо будет режим, когда на устройстве видны параметры текущего режима (нагрузки по присоединениям в реальном режиме - ток в первичных величинах). Ток нагрузки показывается по каждой фазе, что удобно для контроля неполнофазных режимов.

В случае, если произошло какое-либо срабатывание защит и автоматики (действие с отключением реле), на экране появляется мигающая сигнализация, привлекающая внимание персонала и звуковая сигнализация, которые привлекают внимание персонала не только миганием информации на экране, но и издавая звуки, достаточно хорошо слышные на подстанции. Далее при нажатии на мигающую часть экрана появляется информация о произошедшем событии - тип сработавшей защиты и время, когда произошло событие.

Если прошли аварийные отключения, и их было больше 1, что может быть связано со стихийными явлениями или другими причинами, то регистратор покажет все события, который дежурный не квитировал независимо от их количества.

Для того чтобы не было несанкционированного вмешательства в работу оборудования, в устройстве введен пароль из трех цифровых символов, которые необходимо вводить для исключения несанкционированного доступа.

Простота и удобство при проведении наладки и эксплуатации обеспечиваются новым в релейной защите решением с применением сенсорного дисплея и встроенного динамика. Оператор следует по предлагаемому меню и выбирает нужные опции, используя экран и как средство отображения информации (даже схем подключения терминала РЗА), и как средство управления параметрами настройки. Отпадает необходимость в дополнительных кнопках, а встроенная сигнализация облегчает работу при проверке уставок срабатывания, нет необходимости даже смотреть на экран - устройство само сообщит о срабатывании звуковым сигналом).

Доступ к устройству для считывания аварийных событий и осциллограмм через передний порт USB не требует установки на компьютере специального ПО - заявляемое устройство выступает как внешнее USB-устройство и необходимые файлы доступны для изучения и просмотра. Для просмотра аварийных осциллограмм используется любая удобная программа-просмотрщик, так как применяемый формат сохранения записи аварийных процессов - открытый международный стандарт COMTRADE.

Устройство просто в управлении, наглядно, вся информация, которая хранится в устройстве пишется в цифро-буквенном изображении на его экране. Для работы не требуется специальной подготовки кроме базовой подготовки релейщика, она достаточно проста и находится в интерактивном режиме. Таким образом, все это позволит обеспечить простоту и удобство при проведении наладки и эксплуатации заявляемого устройства.

На предприятии разработана техническая документация для производства заявляемого микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики присоединений.

1. Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики присоединений выполненное в прямоугольном металлическом корпусе, в виде кассеты блочно-унифицированной конструкции, состоящее из следующих основных узлов: блок питания, блок трансформаторов тока, блок дискретных входов, блок выходных реле, органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством на лицевой панели корпуса и блок центрального процессора, обеспечивающий взаимодействие между всеми входящими в состав устройства блоками в соответствии с алгоритмами защиты и содержащий регистратор событий, отличающееся тем, что органы оповещения и оперативного взаимодействия оператора с устройством выполнены в виде сенсорного дисплея, выполненного с возможностью управления с помощью кнопок на экране дисплея, в блок центрального процессора введены элементы аудиовизуализации, блок задания уставок и элемент связи USB, выведенный на лицевую панель корпуса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элементом аудиовизуализации является динамик, выполненный с возможностью проигрывать звуковой файл при возникновении событий, для которых в уставках задано воспроизводить звук.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элементом аудиовизуализации является осциллограф с форматом осциллографирования Comtrade.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регистратор выполнен с возможностью запоминания 50 событий.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок задания уставок выполнен с возможностью ввода уставок в интерактивном режиме с соответствующими комментариями.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок задания уставок выполнен с возможностью ввода уставок в первичных величинах.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок задания уставок выполнен с возможностью изменения уставок при работающем устройстве.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сенсорный дисплей выполнен с возможностью возникновения экране мигающей сигнализации, привлекающей внимание персонала.