Устройство релейной защиты и автоматики
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в технике релейной защиты и автоматики, управления и сигнализации различных присоединений распределительных устройств напряжением 6-35 кВ с использованием микропроцессорных средств.
Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей за счет использования входных дискретных сигналов, достигается в устройстве, содержащем блок гальванической развязки и масштабирования аналоговых сигналов, микропроцессорный блок, блок индикации и управления, n блоков выходных реле, m блоков приема дискретных сигналов и блок питания.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в технике релейной защиты и автоматики, управления и сигнализации с использованием микропроцессорных средств различных присоединений распределительных устройств напряжением 6-35 кВ.
Известна система релейной защиты и автоматики, содержащая устройства обработки, узлы связи, микропроцессорный преобразователь [RU, 2210104, G 06 F 15/16, 2003].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, является устройство, содержащее блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией, формирователь сигналов контроля и диагностики, группа входов которого соединена с группой выходов аналого-цифрового преобразователя, причем, группы выходов блока 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 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, 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 [RU, 2173924, Н 02 Н 7/26, 2001].
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку в качестве входных сигналов для выработки сигналов управления средствами релейной защиты используются аналоговые сигналы со вторичных обмоток промежуточных трансформаторов тока и напряжения и отсутствует возможность работы с дискретными входными сигналами.
Требуемым техническим результатом является расширение функциональных возможностей.
Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок гальванической развязки и масштабирования аналоговых сигналов, группа входов которого является группой входов аналоговых сигналов токов и напряжений устройства релейной защиты и автоматики, а также микропроцессорный блок, введены блок индикации и управления, n блоков выходных реле, m блоков приема дискретных сигналов, группы входов которых являются группами входов дискретных сигналов, и блок питания, группа выходов которого по шине питания соединена с группами входов питания микропроцессорного блока, блока индикации и управления, m блоков приема дискретных сигналов и n блоков выходных реле, при этом, группа выходов блока гальванической развязки и масштабирования аналоговых сигналов соединена с группой входов микропроцессорного блока, группа входов-выходов которого через шину данных соединена с группами входов-выходов n блоков выходных реле и m блоков приема дискретных сигналов.
На чертеже представлена электрическая структурная схема устройства релейной защиты и автоматики.
Устройство релейной защиты и автоматики содержит блок 1 гальванической развязки и масштабирования аналоговых сигналов, группа входов 2 которого является группой входов аналоговых сигналов токов и напряжений устройства релейной защиты и автоматики, микропроцессорный блок 3, блок 4 индикации и управления, n блоков 5-1...5-n выходных реле, m блоков 6-1...6-m приема дискретных сигналов группы входов 7-1...7-m которых являются группами входов дискретных сигналов, и блок 8 питания, группа выходов которого по шине 9 питания соединена с группами входов питания микропроцессорного блока 3, блока 4 индикации, m блоков 6-1...6-m приема дискретных сигналов и управления и n блоков 5-1...5-n выходных реле.
Кроме того, группа выходов блока 1 гальванической развязки и масштабирования аналоговых сигналов соединена с группой входов микропроцессорного блока 3, группа входов-выходов которого через шину 10 данных соединена с группами входов-выходов n блоков 5-1...5-n выходных реле и m блоков 6-1...6-m приема дискретных сигналов.
Устройство релейной защиты и автоматики работает следующим образом.
Блок 8 питания является источником вторичного электропитания импульсного типа, он работает как от источника переменного тока, так и от источника постоянного тока и обеспечивает стабилизированные уровни напряжения: +5 В - для питания аналогово-цифровой части устройства, +24 В для питания обмоток выходных реле. Блок 8 питания может иметь несколько видов встроенных защит (отсечка, перегрузка и т.д.), наименее чувствительная из которых осуществляется предохранителем, включенным в первичную цепь питания.
Прием и выдача внешних сигналов производится в соответствии с алгоритмами прикладного и системного программного обеспечения микропроцессорного блока 3.
Блок 1 гальванической развязки и масштабирования обеспечивает гальваническую развязку и масштабирование входных аналоговых сигналов фазных токов IA, I B, IC и тока обратной нулевой последовательности IO, a также линейных напряжений U AB(A), UBC(B), UCA(C) и напряжения обратной нулевой последовательности U O, поступающих от измерительных трансформаторов на группу входов 2, до уровня, необходимого аналогово-цифровой части устройства. Блок 1 состоит из стальной плиты, на которой располагаются до восьми трансформаторов тока и напряжения, например четыре трансформатора тока и четыре трансформатора напряжения, а также переходную плату, содержащую нагрузочные элементы промежуточных трансформаторов и разъем для подключения соединительного жгута к устройству. Тип и количество трансформаторов тока и напряжения блока 1 зависит от исполнения устройства. Для подключения к измерительным трансформаторам тока и напряжения блок 1 может иметь два разъемных клемных соединителя. Ответная часть (типа «розетка») разъемного клеммного соединителя для подключения к защитным обмоткам измерительных трансформаторов тока может иметь самозакорачивающуюся конструкцию.
Блоки 6-1...6-m приема дискретных входных сигналов обеспечивают прием гальванически изолированных друг от друга дискретных входных сигналов постоянного или переменного тока (в частном случае - до 8 сигналов). При необходимости питание дискретных входных сигналов можно объединять, например, непосредственно на разъемном клеммном соединителе.
Блоки 6-1...6-m приема дискретных входных сигналов могут содержать цепь, задающую порог срабатывания входного сигнала не менее 0,6 Un, оптоэлектронные преобразователи, обеспечивающие гальваническую
развязку внешних дискретных цепей и внутренних цепей блока, элементы дешифрации и усиления для передачи информации о состоянии вводов по шине 10 данных устройства. Количество блоков 6-1...6-m приема дискретных входных сигналов и тип оперативного питания зависит от исполнения устройства. Конструктивно блоки 6-1...6-m приема дискретных входных сигналов объединены и выполнены в виде блока печатного монтажа с установленным на нем разъемным клеммным соединителем для подключения внешних цепей и разъемом для подключения к шине 10 данных устройства.
Блоки 5-1...5-n выходных реле обеспечивают управление выходными реле. Все реле в блоках 5-1...5-n выходных реле имеют один переключающий контакт и одно реле в каждом из блоков может быть использовано в качестве реле «Отказ».
Конструктивно каждый из блоков 5-1...5-n выходных реле выполнен в виде блока печатного монтажа с установленным на нем разъемным клеммным соединителем для подключения внешних цепей и разъемом для подключения к шине 10 данных устройства.
Микропроцессорный блок 3 производит обработку принятых входных сигналов и выдает сигналы управления и сигнализации во внешние цепи по шине 10 данных.
Микропроцессорный блок 3 состоит из аналого-цифровой части, цифровой части, межпроцессорной интерфейсной схемы, схемы интерфейса связи с персональным компьютером (ПК), который на чертеже не показан, и схемы дешифрации и усиления шины 10 данных.
Аналого-цифровая часть содержит:
- аналоговые тракты (усилители, фильтры, мультиплексоры) по числу входов в группе входов 2 (например 8), обеспечивающие прием, фильтрацию аналоговых сигналов от блока 1 и их масштабирование до необходимых уровней аналого-цифровых преобразователей АЦП;
- многоразрядные (например, 16-ти разрядные) высокоскоростные АЦП, обеспечивающие преобразование аналоговых сигналов в цифровой код с частотой выборки до 2400 Гц;
- многоразрядный высокопроизводительный цифровой сигнальный процессор (например, 16-ти разрядный), обеспечивающий измерение параметров аналоговых сигналов (амплитуда, фазовый угол, частота, состав гармоник и пр.)
Цифровая часть содержит:
- многоразрядный (например, 16-ти разрядный) высокопроизводительный микроконтроллер с конвейерной
- системой обработки команд, выполняющий обработку всех данных и управление всем устройством;
- оперативное запоминающее устройство с емкостью (например, 256 КБ), достаточной для хранения различных буферных данных и промежуточных результатов;
- энергонезависимое запоминающее устройство емкостью 256 КБ - для хранения уставок и внутренней конфигурации устройства и функциональной схемы, осциллограмм, параметров аварийных событий, журнала событий;
- микросхему часов-календаря реального времени.
Межпроцессорная интерфейсная схема состоит из ряда преобразователей и специальных микросхем памяти, обеспечивающих помехозащищенность, диагностику и достоверность передачи данных между цифровым сигнальным процессором и микроконтроллером.
Схема интерфейса связи с ПК состоит из ряда вспомогательных и специализированных микросхем, обеспечивающих гальваническую развязку и преобразование уровней сигналов от универсального последовательного канала микроконтроллера до уровня стандартного интерфейса RS-232C.
Схема дешифрации и усиления общей шины состоит из ряда вспомогательных логических микросхем, обеспечивающих формирование шины 10 данных устройства.
Прием и выдача внешних сигналов микропроцессорным блоком 3 производится в соответствии с алгоритмами его прикладного и системного программного обеспечения.
Блок 4 индикации и управления предназначен для управления устройством и отображения оперативной информации и настроек.
В частном случае блок 4 состоит из:
- буквенно-цифрового дисплея (жидкокристаллического или вакуумно-люминисцентного);
- шести кнопок управления, предназначенных для установки режимов работы устройства;
- 16-ти светодиодов сигнализации, назначение которых соответствует функциональной схеме устройства, и приведено в виде надписей на лицевой панели корпуса устройства;
- разъема для подключения канала микропроцессорного блока 3 к ПК;
- схемы дешифрации и усиления для приема сигналов управления и передачи информации о состоянии кнопок управления по шине 10 данных.
Устройство релейной защиты и автоматики выполняет следующие основные функции:
1) защита присоединения:
- трехступенчатая максимальная токовая защита (направленная или ненаправленная с вольтметровой блокировкой, с блокировкой от смежных присоединений для организации ЛЗШ, с возможностью ускорения);
- защита от однофазных замыканий на землю (двухступенчатая, направленная или ненаправленная, с измерением по основной гармонике или ВГ);
- защита от обрыва фаз по току обратной последовательности;
- отключение/сигнализация от дуговой защиты с контролем по току или напряжению;
- защита минимального напряжения (двухступенчатая);
- защита от повышения напряжения (двухступенчатая);
- защита от термической перегрузки;
- защита от затянутого пуска двигателя;
- защита от многократных пусков двигателя;
- сигнальная защита от потери нагрузки.
2) противоаварийная автоматика:
- устройство резервирования при отказе выключателя;
- автоматическое повторное включение;
- автоматическая частотная разгрузка;
- частотное АПВ;
- автоматический ввод резерва;
- автоматическое восстановление нормального режима снабжения.
3) управление:
- местное или дистанционное включение и отключение выключателя:
- фиксация команд включения и отключения;
- блокировка многократных включений на КЗ;
- контроль цепей управления выключателем.
4) сигнализация:
- аварийного отключения;
- предупредительной сигнализации от защит от перегрузки, замыкания на землю и др.;
- неисправности цепей управления;
- неисправности устройства в целом.
5) измерение:
- токов, напряжений присоединения;
- фазовых углов;
- частоты сети;
- температуры по тепловой модели;
- активной и реактивной мощности.
6) регистрация:
- журнал событий с полными метками времени, включая события перезапуска устройства, изменения параметров и уставок с указанием источника изменения (пульт устройства или запрос АСУ ТП), изменения дискретных выходных сигналов и переключение выходных реле, а также изменения других дискретных сигналов, определенных функциональной схемой (по требованию);
- журнала параметров аварийных режимов отдельно в режимах пуска (без отключения выключателя) и срабатывания защит (с отключением выключателя), для каждого из которых запоминаются сигналы пуска данного режима, определенные в функциональной схеме, полные метки времени пуска (срабатывания) защит и окончания аварии, минимальные и максимальные значения токов и напряжений в соответствии с функциональной схемой.
7) осциллографирование:
- аварийных процессов с пуском от сигналов защит, определенных функциональной схемой;
- нормальных процессов с дистанционным пуском.
При этом, оперативно настраивается длительность предаварийной записи и максимальная длительность записи после сигнала пуска осциллографа (максимальная длительность ограничена длительностью сигнала пуска и количеством доступной памяти). Запоминается произвольное количество дискретных и аналоговых сигналов, определяемых функциональной схемой.
8) связь по последовательному каналу с ПК и системой верхнего уровня:
- передача измеренных и зарегистрированных значений;
- передача уставок и внутренней конфигурации терминала;
- передача осциллограмм и журналов событий и параметров аварийных режимов;
- прием и выполнение команд управления;
- передача состояния сигнализации;
- передача состояния внутренней системы самодиагностики.
Функции релейной защиты и автоматики реализуются в устройстве программным путем. Программа генерируется автоматически в соответствии с функциональной схемой, которая проектируется для конкретных условий использования устройства. Проектирование может быть поведено с помощью специального программного обеспечения - визуальной среды программирования - конструктора технологической программы RAD ТП.
Например, для обеспечения направленной токовой защиты следует использовать типовой функциональный блок «орган направления мощности», на вход которого подаются токи фаз А и С и линейные напряжения фаз АВ и ВС. Уставки органа направления мощности могут быть заданы по углу максимальной чувствительности, углу сектора зоны срабатывания и чувствительности органа по напряжению. Вырабатываемый сигнал повреждения подается на вход соответствующего блока выходных реле.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку обеспечивается работа не только при аналоговых, но и при дискретных входных сигналах.
Устройство релейной защиты и автоматики, содержащее блок гальванической развязки и масштабирования аналоговых сигналов, группа входов которого является группой входов аналоговых сигналов токов и напряжений устройства релейной защиты и автоматики, а также микропроцессорный блок, отличающееся тем, что введены блок индикации и управления, n блоков выходных реле, m блоков приема дискретных сигналов, группы входов которых являются группами входов дискретных сигналов, и блок питания, группа выходов которого по шине питания соединена с группами входов питания микропроцессорного блока, блока индикации и управления, m блоков приема дискретных сигналов и n блоков выходных реле, при этом группа выходов блока гальванической развязки и масштабирования аналоговых сигналов соединена с группой входов микропроцессорного блока, группа входов-выходов которого через шину данных соединена с группами входов-выходов n блоков выходных реле и m блоков приема дискретных сигналов.
