Многопроцессорная система контроля напряжений секций шин и воздушных линий электропередачи
Полезная модель относится к вычислительной и измерительной технике и предназначена для выполнения функций контроля, измерения, вычисления и индикации напряжении секций шин 10 кВ и воздушных линий 110 кВ. Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций контроля, измерения, вычисления и индикации напряжений секций шин 10 кВ и воздушных линий 110 кВ, с сохранением функций автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений объекта контроля и управления, автоматизации сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах, сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики, а также отображения всей информации на общем экране. Многопроцессорная система содержит три устройства сопряжения с объектом, узел сигнализации и функциональный контроллер с дисплеем. Предложенная многопроцессорная система может быть использована как многофункциональный отказоустойчивый программно-аппаратный комплекс для решения задач управления устройствами релейной защиты и автоматики.
Полезная модель относится к вычислительной и измерительной технике и предназначена для выполнения функций контроля, измерения, вычисления и индикации напряжений секций шин 10 кВ и воздушных линий 110 кВ.
Известная многопроцессорная вычислительная система [А.С. G 06 F 15/16 №1820391 Б.И. №211993 г.] содержащая N - устройств обработки (аналог устройства сопряжения с объектом), 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 не имеет функций контроля, измерения, вычисления и индикации напряжений секций шин и воздушных линий.
Многопроцессорная вычислительная система [А.С. G 06 F 15/16 №1805477 Б.И. №12 1993 г.] содержащая N устройств обработки (аналог устройства сопряжения с объектом) 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 не имеет функций контроля, измерения, вычисления и индикации напряжений секций шин и воздушных линий.
Наиболее близким техническим решением является многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее [Патент RU G 06 F 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 устройство сопряжения с объектом содержит узел обработки и два узла сопряжения с магистралью. Прототип имеет широкие функциональные возможности для управления различными процессами обработки информации, но также не имеет функциональных и аппаратных возможностей контроля, измерения, вычисления и индикации напряжений секций шин и воздушных линий.
Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций контроля, измерения, вычисления и индикации напряжений секций шин и воздушных линий.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему содержащую устройство сопряжения с объектом и функциональный контроллер с дисплеем, причем информационные входы-выходы первой группы устройства сопряжения с объектом соединены с первой группой информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем, информационные входы-выходы второй группы устройства сопряжения с объектом являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов узла обработки, первая и вторая группы входов которого является первой и второй группами входов системы, вторая группа информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем является третьей группой входов-выходов системы, четвертая группа входов-выходов которой является третьей группой информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем, введены два устройства сопряжения с объектом и узел сигнализации, причем узел сигнализации содержит две кнопки, одиннадцать диодов и девять ламп, причем первые группы информационных входов-выходов второго и третьего устройства сопряжения с объектом соединены с первой группой информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем, информационные входы-выходы второй группы второго и третьего устройства сопряжения с объектом являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов узлов обработки второго и третьего устройства сопряжения с объектом, первая и вторая группы входов которых являются первой и второй группами входов системы, группы входов-выходов узлов обработки первого, второго и третьего устройства сопряжения с объектом соединены с первой, второй и третьей группой входов - выходов узла сигнализации, соответственно.
На фиг.1 приведена схема соединения многопроцессорной системы контроля напряжений с воздушной линией и секцией шин.
На фиг.2 - пример реализации устройства сопряжения с объектом (см. прототип [Патент RU G 06 F 15/16 №49304 Б.И. №31 2005 г.] (схема приведена для описания работы системы).
На фиг.3 - пример реализации блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения (см. прототип [Патент RU G 06 F 15/16 №49304 Б.И. №31 2005 г.] (схема приведена для описания работы системы). 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 сигнализации для двух секций шин и двух воздушных линий.
На фиг.1 обозначены:
11...13 - устройства сопряжения с объектом;
2 - узел обработки;
3 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232);
4 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485);
5 - функциональный контроллер [специализированная ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина)] или ПЭВМ типа РРС-1210/1212 фирмы ICP Electronics Inc (iEi) или аналогичная;
6 - дисплей 12,1" TFT Panel PC Ver.2.0 фирмы ICP Electronics Inc (iEi) или аналогичный;
7 - процессор WAFER-5822 Ver.2.2 фирмы ICP Electronics Inc (iEi) или аналогичный;
8 - узел сигнализации;
9 - воздушные линии 110 кВ;
10 - секции шин 10 кВ;
11 - группа токовых сигналов от секций шин или воздушных линий;
12 - группа сигналов напряжения от секций шин или воздушных линий;
13 - (интерфейс RS-232);
14 1-143 - группы входов-выходов узлов обработки, для связи с внешними устройствами (система телемеханики, шкаф секционного выключателя, автоматизированная система контроля и учета электроэнергии и т.д.), т.е. входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);
15 - (интерфейс RS-485);
16 - группа входов-выходов для связи с внешней ПЭВМ (канал RS-232);
17 - группа входов-выходов для связи с устройствами ввода -вывода.
На фиг.2 обозначены:
18 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока;
19 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения;
20 - блок частотных фильтров;
21 - аналого-цифровой преобразователь узла обработки;
22 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты узла обработки.
На фиг.3 обозначены:
23 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;
24 - 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 - кнопки типа 8LM2T фирмы "LOVATO" или аналогичные;
Л1...Л9 -лампы типа СКЛ фирмы "ПРОТОН-ИМПУЛЬС" или аналогичные;
Д1...Д11 - диоды типа RL-207 фирмы "DC Components CO LTD" или аналогичные;
U - напряжение питания.
Узел обработки 2 и входящие в него блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока 18, блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения 19, блок частотных фильтров 20, аналого-цифровой преобразователь 21 и микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты узла обработки 22 могут быть реализованы в соответствии с патентом Российской Федерации на изобретение [Патент RU G 06 F 15/16 №49304 Б.И. №31 2005 г.] (фиг.3-7) или [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г стр.778. рис.22.4]. Драйверы 3 каналов (RS-232) и 4 (RS-485) находятся в микропроцессорной системе и на схеме не показаны (см. стр.781). Подробная информация о работе узла
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 с выключателями и переключателями, испытательные блоки, через которые поступают фазные токи и напряжения от трансформаторов тока и напряжения секционных шин и линий (которые, также не показаны), шунтирующие резисторы, а также многие аппаратные компоненты, как не влияющие на работу многопроцессорной системы.
Многопроцессорная система содержит три устройства сопряжения с объектом 1 1...13, функциональный контроллер 5 с дисплеем 6 и узел сигнализации 8, каждое устройство сопряжения с объектом 1 содержит узел обработки 2 и два узла сопряжения с магистралью 3 и 4, узел сигнализации 8 содержит две кнопки S1 и S2, одиннадцать диодов Д1...Д11 и девять ламп Л1...Л9, информационные входы-выходы 15 первой группы устройств сопряжения с объектом 1 соединены с первой группой информационных входов-выходов функционального контроллера 5 с дисплеем 6, информационные входы-выходы 13 второй группы устройства сопряжения с объектом 1 являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов 14 узлов обработки 2, первая 11 и вторая 12 группы входов которых являются первой и второй группами входов системы, вторая группа 16 информационных входов-выходов функционального контроллера 5 с дисплеем 6 является третьей группой входов-выходов системы, четвертая группа 17 входов-выходов которой является третьей группой информационных входов-выходов функционального контроллера 5 с дисплеем 6, группы входов-выходов 14 узлов обработки 2 первого 11, второго 1 2 и третьего 13 устройства сопряжения с объектом соединены с первой, второй и третьей группой входов - выходов узла сигнализации 8, соответственно.
Устройства сопряжения с объектом 11...1 3 (фиг.2) в многопроцессорной системе резервируют друг друга на случай отказа и реализуют следующие функции:
- измерения, вычисления и индикации фазных и линейных напряжений секций шин и воздушных линий;
- измерения, вычисления и индикации симметричных составляющих напряжений секций шин и воздушных линий;
- измерения, вычисления и индикации частоты питающих напряжений секций шин и воздушных линий;
- контроль исправности трансформаторов напряжений секций шин и воздушных линий;
- контроль изоляции секций шин и воздушных линий;
- контроль превышения напряжения 3U0 секций шин и воздушных линий;
- контроль отклонения напряжений секций шин и воздушных линий;
- осциллографирование аварийных процессов, и работают следующим образом:
сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения воздушных линий 9 и секций шин 10 поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 18 и 19 (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 23 и 24, 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 20. 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) 21 для изменения формы сигнала на дискретную (цифровую), т.к. последующая обработка сигналов будет производиться цифровыми микросхемами. Входные отфильтрованные сигналы поступают на мультиплексор 27 (Патент RU G 06 F 15/16 №49304 Бюл. №31 10.11.2005 - фиг.7), который производит последовательное подключение входа АЦП 28 к одному из каналов блока частотных фильтров 20. Всей работой аналого-цифрового преобразователя 28 управляет микропроцессорное устройство 29, которое обеспечивает цифровую фильтрацию входных сигналов, расчет вторичных электрических параметров сети и выполнение процедур самодиагностики, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и
сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 22 через буферные регистры 30 (фиг.6 патента №49304).
Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 22 получает значения электрических параметров секций шин и воздушных линий из аналого-цифрового преобразователя 21 и информацию о состоянии дискретных входов от УДВВ. На основании этой информации, а также значений программных ключей и уставок, хранящихся в ППЗУ, производятся измерения, вычисления, контроль, осциллографирование и вырабатываются команды управления и сигнализации, в соответствии с программными алгоритмами, которые поступают по каналу 14 на узел сигнализации 8 и на объекты управления и сигнализации. Помимо выполнения вышеперечисленных функций 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] обеспечивает обмен с персональной ЭВМ через узел сопряжения с магистралью (драйвер) 3 и с функциональным микроконтроллером 5, через узел сопряжения с магистралью (драйвер) 4. 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].
Все результаты измерений и вычислений поступающие в функциональный микроконтроллер 5, в соответствии с определенной программой, выводятся на дисплей 6.
При появлении в секциях шин 10 и воздушных линиях 9 неисправности трансформаторов напряжения, нарушении изоляции и превышении напряжения 3U0, из узлов обработки 2, устройств сопряжения с объектом 11...1 3, по каналам 141, 14 2, 143 в узел сигнализации 8 (фиг.4) поступают сигналы, по которым зажигаются сигнальные лампы Л1...Л8 с транспарантами:
- "НЕИСПРАВНОСТЬ ТН №" - неисправность трансформатора напряжения соответствующей секции шин или воздушной линии;
- "КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ №" - нарушена изоляция в соответствующей секции шин или воздушной линии;
- "ПРЕВЫШЕНИЕ 3U0 №" - превышено напряжение 3U 0 в соответствующей секции шин или воздушной линии.
Одновременно с этим, из узлов обработки 2, устройств сопряжения с объектом 11...13 , по каналам 141, 142 , 143 в узел сигнализации 8 на диоды Д9 и Д10 поступают сигналы "ВЫЗОВ" или "ОТКАЗ/НЕИСПРАВНОСТЬ", по которым зажигается сигнальная лампа Л9 с транспарантом "ВЫЗОВ", сигнализирующая о возникшей неисправности в соответствующей секции шин или воздушной линии, индицируемой соответствующей лампой Л1...Л8.
В узле сигнализации 8 кнопка S1 предназначена для квитирования (сброса) сигнализации, кнопка S2 - для регулярной проверки ламп, т.к. выход из строя любой из них не позволить оперативно диагностировать неисправность в секциях шин или воздушных линиях.
Таким образом, многопроцессорная система имеет расширенные функциональные и аппаратные возможности т.к. обеспечивает:
а) измерение, вычисление и индикацию:
- фазных и линейных напряжений секций шин и воздушных линий;
- симметричных составляющих напряжений секций шин и воздушных линий;
- частоты питающего напряжения секций шин и воздушных линий,
б) контроль:
- исправности трансформаторов напряжений секций шин и воздушных линий;
- изоляции секций шин и воздушных линий;
- превышения напряжения 3U0 секций шин и воздушных линий;
- отклонения напряжений секций шин и воздушных линий, а также отображение всей необходимой информации на общем дисплее, регистрацию информации об аварийных процессах и событиях и т.д. с сохранением всех функций прототипа.
Многопроцессорная система контроля напряжения секций шин и воздушных линий, содержащая устройство сопряжения с объектом и функциональный контроллер с дисплеем, причем информационные входы/выходы первой группы устройства сопряжения с объектом соединены с первой группой информационных входов/выходов функционального контроллера с дисплеем, информационные входы/выходы второй группы устройства сопряжения с объектом являются первой группой входов/выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов/выходов узла обработки, первая и вторая группы входов которого является первой и второй группами входов системы, вторая группа информационных входов/выходов функционального контроллера с дисплеем является третьей группой входов/выходов системы, четвертая группа входов/выходов которой является третьей группой информационных входов/выходов функционального контроллера с дисплеем, отличающаяся тем, что в нее введены два устройства сопряжения с объектом и узел сигнализации, причем узел сигнализации содержит две кнопки, одиннадцать диодов и девять ламп, причем первые группы информационных входов/выходов второго и третьего устройства сопряжения с объектом соединены с первой группой информационных входов/выходов функционального контроллера с дисплеем, информационные входы/выходы второй группы второго и третьего устройства сопряжения с объектом являются первой группой входов/выходов системы, вторая группа входов/выходов которой является группой входов/выходов узлов обработки второго и третьего устройства сопряжения с объектом, первая и вторая группы входов которых являются первой и второй группами входов системы, группы входов/выходов узлов обработки первого, второго и третьего устройства сопряжения с объектом соединены с первой, второй и третьей группой входов/выходов узла сигнализации, соответственно.
