Многопроцессорная система дифференциальной защиты шин подстанций
Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для дифференциальной защиты шин напряжением 110-220 кВ. Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций дифференциальной защиты шин с сохранением функций автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений объекта контроля и управления, автоматизации сбора, анализа и хранения информации об аварийных процессах от устройств релейной защиты, сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики. Многопроцессорная система содержит три устройства обработки и узел отключения. 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 технике и технике релейной защиты и предназначена для дифференциальной защиты шин 110-220 кВ.
Известная многопроцессорная вычислительная система [А.С. G06 F15M6 №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 дифференциальной защиты сборных шин.
Многопроцессорная вычислительная система [А.С. G 06 F 15/6 №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 дифференциальной защиты сборных шин.
Наиболее близким техническим решением является многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее [Патент RU G 06 F 15/6 №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 также имеет ограниченные функциональные и аппаратные возможности для дифференциальной защиты сборных шин.
Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций дифференциальной защиты сборных шин.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему содержащую N-устройств обработки (N=3), причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла
сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов N-ых блоков обработки, первая и вторая группа входов которых является первой и второй группой входов системы, введен узел отключения, причем узел отключения содержит две кнопки, семь переключателей и семь реле, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, семь групп выходов которой являются группой выходов узла отключения, первая, вторая и третья группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого, второго и третьего блока обработки, соответственно.
На фиг.1 приведена схема соединения многопроцессорной системы с присоединениями.
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 отключения.
На фиг.1 обозначены:
11 - секция с присоединениями 81...8 3;
12 - секция с присоединениями 85...87;
2 - секция с присоединением 84;
3 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232);
4 - блок обработки;
5 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485);
61...63 - устройства обработки;
7 - узел отключения;
8 1...87 - присоединения (8 1, 86 - трансформаторы силовые с вводными выключателями, 82, 8 3, 85, 87 - фидера с выключателями,
84 - секционный выключатель);
9 - группа токовых сигналов от трансформаторов тока ТТ;
10 - группа сигналов напряжения от трансформаторов напряжения ТН;
111...11 3 - группы входов-выходов блоков обработки, для связи с внешними устройствами, т.е. входы - выходы устройства аналогового ввода-вывода (У ABB) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);
12 - (интерфейс RS-232);
13 - (интерфейс RS-485);
14 - система шин первой секции подстанции;
15 - система шин второй секции подстанции;
ТТ - трансформаторы тока;
ТН - трансформаторы напряжения.
На фиг.2 обозначены:
16 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока;
17 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения;
18 - формирователь сигналов контроля и диагностики;
19 - блок частотных фильтров;
20 - аналого-цифровой преобразователь блока обработки;
21 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты блока обработки.
На фиг.3 обозначены:
22 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;
23 - 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 и S2 - кнопочные блоки с плоской кнопкой типа 3SB3202 фирмы "SIEMENS" или аналогичные;
Р1...Р7 - обмотки и контакты реле типа РП-15 фирмы "Relpol" или аналогичные;
П1...П7 - переключатели фирмы "APATOR" с заказной программой переключения или аналогичные;
U - напряжение питания.
Блок обработки 4 и входящие в него блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока 16, блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения 17, блок частотных фильтров 19, формирователь сигналов диагностики 18 и аналого-цифровой преобразователь 20 могут быть реализованы в соответствии с патентом Российской Федерации на изобретение 7 Н 02 Н 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 3 каналов (RS-232) и 5 (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 с выключателями, испытательные блоки, через которые поступают фазные токи и напряжения от трансформаторов тока и напряжения, блоки шунтирующих резисторов, а также многие аппаратные компоненты, как не влияющие на работу многопроцессорной системы.
Многопроцессорная система содержит три устройства обработки 61-6 3 и узел отключения 7, каждое устройство обработки 6 содержит блок обработки 4 и узлы сопряжения с магистралью 3 и 5, узел отключения 7 содержит две кнопки S1 и S2, семь переключателей П1...П7 и семь реле Р1...Р7, информационные входы-выходы 12 второй группы каждого устройства обработки 6 являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов 11 которой является группой входов-выходов блоков обработки 4, первая 9 и вторая 10 группа входов которых является первой и второй группой входов системы, информационные входы-выходы первой группы каждого устройства обработки 6 являются
третьей группой 13 входов-выходов системы, семь групп выходов которой являются группой выходов узла отключения 7, первая 111, вторая 11 2 и третья 113 группа входов - выходов которого является группой входов-выходов первого, второго и третьего блока обработки 4, соответственно.
Устройства обработки 61...63 (фиг.2) в многопроцессорной системе резервируют друг друга на случай отказа и реализуют следующие функции:
- дифференциальную токовую защиту с торможением от всех видов КЗ;
- дифференциальную токовую отсечку от тяжелых внутренних повреждений, сопровождающихся глубоким насыщением первичных трансформаторов тока;
- функцию устройства резервирования;
- запрет автоматического повторного включения при срабатывании дифференциальных защит.
Дифференциальные защиты выполнены трехфазными, с независимым контролем тока в каждой из фаз и основываются на сравнении значений и фаз токов, приходящих к защищаемому элементу (в данном случае к шинам подстанции 14 и 15) и уходящих от него. Для этого на всех присоединениях 8 устанавливаются трансформаторы тока ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации (независимо от мощности присоединения).
Информация о контролируемом напряжении на шинах поступает в устройства обработки 6 от трансформаторов ТН связанных с шинами 14 и 15.
При повреждениях на шинах подстанций электрических сетей и электростанций высокого напряжения происходит срабатывание дифференциальных защит следующим образом:
сигналы от первичных трансформаторов тока ТТ и напряжения ТН поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 16 и напряжения 17 (фиг.3) (описание принципа действия дифференциальных защит шин и схемы приведены в [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.734-764, рис.20.1, 20.2, 20.5-20.10]).
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 22 и 23,
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 19. 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) 20 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 19. 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 18, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 21 через буферные регистры 29 (фиг.5 патента №2173924). Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 21 получает значения электрических параметров от присоединений и системы шин из аналого-цифрового преобразователя 20 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 11 на узел отключения 7 и на объекты управления и сигнализации (на блок автоматического повторного включения и панель управления). 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 (драйвер) 3 и с автоматизированной системой управления (АСУ) через узел сопряжения с магистралью (драйвер) 5. 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].
Узел отключения 7 (фиг.4) получает по каналам 11 от устройств обработки 6 сигналы на отключение всех присоединений поврежденной секции шин и сигнал запрета автоматического повторного включения этих присоединений. В соответствии с этими сигналами происходит срабатывание реле Р и на соответствующее присоединение 8 поступает сигнал на отключение выключателя присоединения.
Фиксация всех присоединений 81...8 7 в системе изменяется с помощью переключателей П1...П7, причем присоединение сконфигурированное как секционный выключатель может быть зафиксировано за первой 14 или второй секцией 15 шин или выведено, остальные присоединения также могут быть зафиксированы за первой или второй секцией шин или выведены. Деблокировка защит и квитирование (сброс) происходит от кнопок S1 и S2 узла отключения 7.
Таким образом, многопроцессорная система имеет расширенные функциональные и аппаратные возможности т.к. обеспечивает:
- выполнение функций дифференциальной защиты шин с непосредственным отключением присоединений;
- автоматизацию процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления;
- автоматизацию сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах и событиях и т.д. с сохранением всех функций прототипа.
Многопроцессорная система, содержащая N-устройств обработки (N=3), причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов N-ых блоков обработки, первая и вторая группа входов которых является первой и второй группой входов системы, отличающаяся тем, что в нее введен узел отключения, причем узел отключения содержит две кнопки, семь переключателей и семь реле, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, семь групп выходов которой является группой выходов узла отключения, первая, вторая и третья группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого, второго и третьего блока обработки, соответственно.
