Микропроцессорная система релейной защиты высоковольтных линий и управления линейным выключателем

Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для релейной защиты высоковольтной линией электропередачи и управления линейным выключателем. Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций непосредственного управления высоковольтным линейным выключателем 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 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 блок управления. 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 линий 110-220 кВ и управления линейным 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 управления линиями и линейным 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 управления линиями и линейным 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 №49304 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 управления линиями и выключателями.

Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций защиты линий и управления линейным 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 блок управления, причем блок управления содержит х - диодов, у - выключателей и переключателей, n - ламп сигнализации и m - реле, причем информационные входы - выходы первой группы каждого N-го устройства обработки являются третьей группой входов - выходов системы, первая и вторая группа выходов которой является первой и второй группой выходов блока управления, первая и вторая группа входов - выходов которого является группой входов - выходов первого и второго блока обработки, соответственно, третья и четвертая группа входов системы является первой и второй группой входов блока управления.

На фиг.1 приведена схема соединения микропроцессорной системы релейной защиты с линейным 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 блока управления со схемами управления электромагнитами включения и отключения в шкафу привода линейного выключателя.

На фиг.1 обозначены:

1 - шкаф привода выключателя типа 3AP1-FG-1 или аналогичный;

2 - микропроцессорная система;

3 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS - 485);

4 - блок обработки;

5 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS - 232);

6₁, 6₂ - устройства обработки;

7 - блок управления;

8 ₁, 8₂ - высоковольтная линия;

9 - группа токовых сигналов от линии;

10 - группа сигналов напряжения от линии;

11₁, 11 ₂ - группы входов-выходов блоков обработки, для связи с внешними устройствами

т.е. входы - выходы устройства аналогового ввода - вывода (УАВВ) и входы - выходы устройства дискретного ввода - вывода (УДВВ);

12 - группа сигналов от кнопок управления, расположенных в панели управления, находящейся на подстанции;

13 - группа сигналов из системы телемеханики;

14 - группа выходных сигналов в другие шкафы (например, в шкафы дифференциальной защиты шин центральной сигнализации);

15 - группа сигналов управления линейным выключателем.

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 QP 177 GP или аналогичную;

R, R 1 - резисторы типа С 2 - 33 или аналогичные;

Т - трансформаторы тока или напряжения типа ТТ-1 Т...ТТ-5 Т, ТН-1 Т или аналогичные;

Д - диоды типа 2 D 510 A или аналогичные;

V 1 - транзистор типа BD 135 или аналогичный;

V 2 - транзистор типа BD 136 или аналогичный.

На фиг.4 обозначены:

24 - фрагмент схемы первого электромагнита отключения выключателя;

25 - фрагмент схемы второго электромагнита отключения выключателя;

26 - фрагмент схемы электромагнита включения выключателя;

m - обмотки и контакты реле типа R 15-1014 фирмы "Relpol" или аналогичные;

х - диоды типа RL - 207 фирмы "DC Components CO LTD" или аналогичные;

у - переключатели типа 4 G 10 фирмы "APATOR" или аналогичные;

n - лампы типа СКЛ - 11 Б или аналогичные;

U - напряжение питания;

S - переключатели, выключатели кнопки в шкафу привода;

А - обмотки реле в шкафу привода;

Z - контакты реле в шкафу привода.

Блок обработки 6 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 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 линии, блоки шунтирующих резисторов, реле - повторители датчиков снижения давления элегаза в выключателе, а также многие аппаратные компоненты, как не влияющие на работу микропроцессорной системы.

Микропроцессорная система 2 содержит два устройства обработки 6₁, 6 ₂ и блок управления 7, каждое устройство обработки 6 содержит блок обработки 4 и узлы сопряжения с магистралью 3 и 5, блок управления 7 содержит х - диодов, у - выключателей и переключателей, n - ламп сигнализации и m - реле, информационные входы - выходы (RS - 232) второй группы каждого устройства обработки 6 являются первой группой входов - выходов системы 2, 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 2, информационные входы - выходы (RS - 485) первой группы каждого устройства обработки 6 являются третьей группой входов - выходов системы 2, первая 14 и вторая 15 группа выходов которой является первой и второй группой выходов блока управления 7, первая 11 ₁ и вторая 11₂ группа входов - выходов которого является группой входов - выходов первого и второго блока обработки 4, соответственно, третья 12 и четвертая 13 группа входов системы 2 является первой и второй группой входов блока управления 7.

Устройства обработки 6 (фиг.2) в микропроцессорной системе 2 резервируют друг друга на случай отказа и реализуют следующие функции:

- ступенчатую дистанционную защиту от междуфазных замыканий;

- ступенчатую токовую защиту нулевой последовательности от КЗ на землю;

- ступенчатую максимальную токовую защиту с комбинированным пуском и контролем направления мощности;

- защиту от неполнофазного режима;

- защиту от снижения напряжения при включении выключателя;

- много других специфических защит и работают следующим образом:

сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения высоковольтной линии 8 поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 16 и 17 (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 22 и 23, диодах Д, резисторах R, транзисторах VI 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 27 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 защищаемого объекта 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 блок управления 7 и на объекты управления и сигнализации. 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) 5 и с автоматизированной системой управления (АСУ) через узел сопряжения с магистралью (драйвер) 3. 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]. Блок управления 7 получает сигналы по каналам 11₁, 11₂, 12 и 13 и формирует сигналы управления электромагнитами включения и отключения линейного выключателя 1.

Включение выключателя. Оперативное включение выключателя 1 осуществляется по цепи 12 от внешнего ключа управления (на рисунках не показан) или по цепям телемеханики 13 через реле m (фиг.4). Своими контактами - к реле m выдает сигналы по каналу 15 на электромагнит 26 выключателя 1 и на дискретные входы устройств обработки 6₁ и 6 ₂ по каналам 11₁ и 11 ₂.

Оперативное включение выключателя 1 с контролем наличия напряжения на линиях 8₁ (после выключателя) и 8₂ (до выключателя), с контролем синхронизма между этими напряжениями осуществляется устройством обработки 6₁ по каналу 11 ₁ через реле m. Своими контактами - к реле m выдают сигналы на электромагнит включения выключателя 26 и на дискретный вход устройства обработки 62 по каналу 11₂.

Отключение выключателя.

Оперативное отключение выключателя 1 осуществляется по цепи 12 от внешнего ключа управления (на рисунках не показан) или по цепям телемеханики 13 через реле m. Своими контактами - к реле m выдает сигналы по каналу 15 на оба электромагнита 24 и 25 отключения выключателя 1 и на дискретные входы устройств обработки 6₁ и 6 ₂ по каналам 11₁ и 11 ₂. Устройства обработки, получив эти сигналы формирует соответствующие сигналы - команды, которые поступают через диоды х и канал 14 в другие шкафы и центральную систему сигнализации подстанции. При этом в блоке управления 7 светится соответствующая лампа n (например, "Выключатель ВКЛ", "Выключатель ОТКЛ", "НЕИСПРАВНОСТЬ" или "СРАБАТЫАВНИЕ ЗАЩИТ").

Таким образом, микропроцессорная система имеет расширенные функциональные и аппаратные возможности т.к. обеспечивает:

- выполнение функций релейной защиты и автоматики, управления и сигнализации присоединений высоковольтных линий электропередачи;

- трансляцию команд управления от оператора на высоковольтные выключатели объекта;

- непосредственное управление высоковольтным линейным выключателем;

- 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.

Микропроцессорная система релейной защиты высоковольтных линий и управления линейным 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 устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов каждого блока обработки, первая и вторая группа входов которых является первой и второй группой входов системы, отличающая тем, что в нее введен блок управления, причем блок управления содержит х - диодов, у - выключателей и переключателей, n - ламп сигнализации и m - реле, причем информационные входы-выходы первой группы каждого устройства обработки являются третьей группой входов-выходов системы, первая и вторая группа выходов которой является первой и второй группой выходов блока управления, первая и вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов первого и второго блока обработки, соответственно, третья и четвертая группа входов системы является первой и второй группой входов блока управления.