Микропроцессорная система релейной защиты ячеек комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией и управления секционным выключателем
Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для релейной защиты ячеек комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией и управления секционным выключателем. Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций защиты ячеек КРУ и непосредственного управления секционным выключателем с сохранением функций автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений ячеек КРУ, автоматизации сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах с возможностью группового конфигурирования и управления уставками микропроцессорных устройств релейной защиты, сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики. Микропроцессорная система содержит два устройства обработки и узел связи. Предложенная микропроцессорная 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 защиты ячеек комплектных распределительных устройств (КРУ) с элегазовой изоляцией и управления секционным выключателем с двумя электромагнитами отключения и одним электромагнитом включения.
Известная многопроцессорная вычислительная система [А.С. G 06 F 15/16 №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 защиты ячеек КРУ и управления секционным выключателем.
Многопроцессорная вычислительная система [А.С. G 06 F 15/16 №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 для защиты ячеек КРУ и управления секционным выключателем.
Наиболее близким техническим решением является многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее [Патент RU G 06 F 15/16 №249304 Б.И. №31 2005 г.] содержащая N устройств обработки, устройство сопряжения с объектом, регистратор аварийных процессов и событий, и 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 имеет ограниченные функциональные и аппаратные возможности для защиты ячеек КРУ и управления секционным выключателем.
Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций защиты ячеек КРУ и управления секционным выключателем.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему содержащую два устройства обработки, 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 связи, причем узел связи, содержит пять выключателей, два реле контроля тока электромагнитов выключателя и n-типовых реле, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, группа выходов которой является группой выходов узла связи, первая и вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки, соответственно, третья, четвертая и пятая группа входов системы является первой, второй и третьей группой входов узла связи.
На фиг 1 приведена схема соединения микропроцессорной системы релейной защиты с ячейками КРУ и секционным выключателем.
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 связи.
На фиг.1 обозначены:
1, 4 - ячейки КРУ серии ЯЭ-110 или ЯЭ-220 или аналогичные;
2, 6 - выключатели;
3 - устройство обработки;
5 - блок обработки;
7 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232);
8 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485);
9 - узел связи;
10 - секционный выключатель;
11 - группа токовых сигналов от ячейки;
12 - группа сигналов напряжения от ячейки;
13 - (интерфейс RS-232);
141, 142 - группы входов-выходов блоков обработки, для связи с внешними устройствами, т.е. входы - выходы устройства аналогового ввода-вывода (УABB) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);
15 - (интерфейс RS-485);
16 - группа сигналов от шкафа дифференциальной защиты;
17 - группа сигналов управления электромагнитами секционного выключателя.
18 - группа сигналов от панели управления и привода секционного выключателя;
19 - группа сигналов управления от шкафа контроля давления элегаза;
ПТ - первичные трансформаторы тока и напряжения;
Т - силовой понижающий трансформатор;
Ш - система сборных шин.
На фиг.2 обозначены:
20 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока;
21 - формирователь сигналов контроля и диагностики;
22 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения;
23 - блок частотных фильтров;
24 - аналого-цифровой преобразователь блока обработки;
25 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты блока обработки.
На фиг.3 обозначены:
26 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;
27 - 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...S5 - Выключатели автоматические типа 12030 фирмы "ETIMAT DC" или аналогичные;
R1, R2 - реле контроля цепей выключателя типа РКЦВ-1,5 или аналогичное;
К1...Кn - реле типовое R15 фирмы "Relpol" или аналогичное;
U - напряжение питания.
Блок обработки 5 и входящие в него блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока 20, блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения 22, блок частотных фильтров 23, формирователь сигналов диагностики 21 и аналого-цифровой преобразователь 24 могут быть реализованы в соответствии с патентом Российской Федерации на изобретение 7 Н 02 Н 7/26 №2173924 от 03.02.2000, Бюл. №226 (фиг.1), или [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.778. рис.22.4]. Драйверы каналов RS-232 и 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, испытательные блоки, через которые поступают фазные токи и напряжения от трансформаторов тока и напряжения, блоки шунтирующих резисторов, диоды для приема импульсных сигналов, лампы индикации, а также многие аппаратные компоненты, как не влияющие на работу микропроцессорной системы.
Микропроцессорная система содержит два устройства обработки 3 и узел связи 9, каждое устройство обработки 3 содержит блок обработки 5 и узлы сопряжения с магистралью 7 и 8, узел связи 9 содержит пять выключателей S1...S5, два реле контроля тока электромагнитов выключателя R1 и R2, n - типовых реле К1...Кn, информационные входы-выходы 13 второй группы каждого
устройства обработки 3 являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов 14 которой является группой входов-выходов блоков обработки 5, первая 11 и вторая 12 группа входов которых является первой и второй группой входов системы, информационные входы-выходы 15 первой группы каждого устройства обработки 3 являются третьей группой входов-выходов системы, группа выходов 17 которой является группой выходов узла связи 9, первая 141 и вторая 142 группа входов - выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки 5, соответственно, третья 16, четвертая 18 и пятая 19 группа входов системы является первой, второй и третьей группой входов узла связи 9.
Устройства обработки 3 (фиг.2) в микропроцессорной системе резервируют друг друга на случай отказа и реализуют следующие функции:
- трехступенчатую дистанционную защиту от междуфазных замыканий;
- четырехступенчатую токовую защиту нулевой последовательности от КЗ на землю;
- трехступенчатую максимальную токовую защиту с комбинированным пуском и контролем направления мощности;
- защиту от неполнофазного режима;
- защиту от снижения напряжения при включении выключателя;
- функцию устройства резервирования при отказе выключателя;
- функцию автоматического повторного включения с контролем синхронизма;
- функцию автоматического включения резерва;
- функцию управления выключателем;
- много других специфических защит
и работают следующим образом:
сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения линии ПТ поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 20 и 22 (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 26 и 27, 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 23. 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) 24 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 23. 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 21, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 25 через буферные регистры 29 (фиг.5 патента №22173924). Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 25 получает значения электрических параметров защищаемой ячейки из аналого-цифрового преобразователя 24 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 14 на узел связи 9 и на объекты управления и сигнализации (ячейки 1 и 4). 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 7 и с автоматизированной системой управления (АСУ) через узел сопряжения с магистралью 8. 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 связи 9 получает сигналы:
- по каналам 141, 142 от блоков обработки 5;
- по каналу 16 - от шкафа дифференциальной защиты (на рисунке не показан);
- по каналу 18 от панели управления и привода секционного выключателя 10;
- по каналу 19 от шкафа контроля давления элегаза (на рисунке не показан)
и формирует сигналы для защиты ячеек комплектно распределительного устройства с элегазовой изоляцией и управления электромагнитами включения и отключения секционного выключателя 10.
Элегаз (SF6 - шестифтористая сера) представляет собой инертный газ, плотность которого превышает плотность воздуха в 5 раз.
Электрическая прочность элегаза в 2-3 раза выше прочности воздуха. При давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла. В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, в 100 раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Высокая диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает требуемую степень изоляции (при соответствующем давлении) при минимальных расстояниях, его хорошая способность гашения дуги позволяет иметь высокую отключающую способность коммутационного оборудования, его хорошая способность охлаждения обеспечивает уменьшение нагрева токоведущих частей (описание работы и состава комплектного распределительного устройства с элегазовой изоляцией приведено в [Дорошев К.И. - Эксплуатация комплектных распределительных устройств 6-220 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1987. стр.136 -144].
В узле связи 9 (фиг.4) для управления давлением элегаза служат реле К6 и К7, на которые поступают сигналы от шкафа контроля давления. Реле К3-К5 служат для управления приводом секционного выключателя 10 и получают по каналу 18 команды от панели управления выключателем и от датчика незаведенного состояния пружин привода выключателя.
Через автоматический выключатель S1 и реле R1 поступает питание на первый электромагнит отключения и электромагнит включения, а также по каналу 14 1 на входы устройства обработки, связанные с обеспечением включения и отключения выключателя.
Через автоматические выключатели S2, S3 и реле R2 поступает питание на второй электромагнит отключения, а также по каналу 141 на входы устройства обработки, связанные с обеспечением отключения выключателя.
Отключение выключателя также происходит по сигналам, поступающим по каналу 16, при срабатывании дифференциальной защиты шин.
Через автоматические выключатель S4 и контакты реле К3, 4, 5 поступает питание по каналу 142 на входы устройства обработки, связанные с обеспечением управления приводом выключателя и сигналами на панели управления.
Через автоматические выключатель S5 и контакты реле К6, 7 поступает питание по каналу 142 на входы устройства обработки, связанные с обеспечением управления по сигналам из канала 19 от шкафа контроля давления элегаза.
При протекании тока через электромагниты выключателя в течение времени, превышающего уставку, через реле контроля тока электромагнитов выключателя R1 и R2, в канал 14 1 поступают сигналы, по которым замыкаются "сухие" контакты блока обработки 5, к которым подключены расцепители автоматических выключателей 2 и 6 цепей управления, что позволяет обеспечить надежную работу ячеек КРУ со встроенным в них оборудованием.
Таким образом, микропроцессорная система имеет расширенные функциональные и аппаратные возможности т.к. обеспечивает:
- выполнение функций релейной защиты, автоматики и управления ячеек комплектных распределительных устройств;
- трансляцию команд управления от оператора на секционный выключатель объекта;
- непосредственное управление секционным выключателем;
- автоматизацию процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей ячеек КРУ;
- автоматизацию сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах и событиях;
и т.д. с сохранением всех функций прототипа.
Микропроцессорная система релейной защиты ячеек комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией и управления секционным выключателем содержащая два устройства обработки, 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-х блоков обработки, первая и вторая группа входов которых является первой и второй группой входов системы, отличающаяся тем, что в нее введен узел связи, причем узел связи содержит пять выключателей, два реле контроля тока электромагнитов выключателя и n типовых реле, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, группа выходов которой является группой выходов узла связи, первая и вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки, соответственно, третья, четвертая и пятая группа входов системы является первой, второй и третьей группой входов узла связи.
