Многопроцессорная система релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей

Авторы патента:

Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей присоединений. Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации выключателей 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 релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей содержит три устройства обработки и блок переключения. Предложенная многопроцессорная система может быть использована как многофункциональный программно-аппаратный комплекс для решения задач управления устройствами релейной защиты и автоматики.

Известная многопроцессорная вычислительная система [А.С. G06F 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 релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей.

Многопроцессорная вычислительная система [А.С. G06F 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 релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей.

Наиболее близким техническим решением является многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее [Патент RU G06F 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 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 релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей.

Цель изобретения - расширение функциональных и аппаратных возможностей системы за счет введения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую три устройства обработки, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы второй группы каждого из устройств обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов каждого из блоков обработки, первая и вторая группа входов которых является первой и второй группой входов системы, введен блок переключения, причем блок переключения содержит кнопку, девять переключателей, три выключателя, шесть реле, лампу, три указателя и тринадцать диодов, причем информационные входы-выходы первой группы каждого из устройств обработки являются третьей группой входов-выходов системы, три группы выходов которой являются группой выходов блока переключения, 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 секционным и вводными выключателями.

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 переключения.

На фиг.1 обозначены:

1 - первый вводной выключатель;

2 - второй вводной выключатель;

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

4 - блок обработки;

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

6₁...6₃ - устройства обработки;

7 - блок переключения;

8 - секционный выключатель;

9 - группа токовых сигналов от трансформаторов тока T₂;

10 - группа сигналов напряжения от трансформаторов напряжения T₁;

11₁...11₃ - 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);

12 - (интерфейс RS-232);

13 - (интерфейс RS-485);

14 - система шин первой секции подстанции;

15 - система шин второй секции подстанции;

T₁ - трансформаторы напряжения;

Т₂ - трансформаторы тока.

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:

24₁...24₃ - указатели СКЛ фирмы "ПРОТОН-ИМПУЛЬС" или аналогичные;

S₁...S₃ - выключатели автоматические фирмы "ETIMAT" или аналогичные;

S₄ - кнопка 8LM2T фирмы "Lovato" или аналогичная;

Р1...Р6 - обмотки и контакты реле типа РП-15 фирмы "Relpol" или аналогичные;

П1...П9 - переключатели фирмы "APATOR" с заказной программой переключения или аналогичные;

Л - лампа СКЛ фирмы "ПРОТОН-ИМПУЛЬС" или аналогичная;

Д - диоды RL фирмы " DC Components CO, LTD" 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 Н02Н 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 -6₃ и блок переключения 7, каждое устройство обработки 6 содержит блок обработки 4 и узлы сопряжения с магистралью 3 и 5, блок переключения 7 содержит кнопку S4, девять переключателей П1...П9, три выключателя S1...S3, шесть реле Р1...Р6, лампу Л, три

указателя и тринадцать диодов Д. 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, три группы выходов которой являются группой выходов блока переключения 7, первая 11₁, вторая 11₂ 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 реализуют следующие функции:

- трехступенчатая максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению, с возможностью контроля направления мощности;

- защита от потери питания;

- защита от однофазных замыканий на землю;

- защита от обрыва фаз;

- дуговая защита;

- логическая защита шин;

- функция устройства резервирования при отказе выключателя;

- автоматическое повторное включение;

- автоматическое включение резерва;

- восстановление нормального режима после автоматического включения резерва;

- выполнение команд автоматической частотной разгрузки и автоматического повторного включения по частоте;

- управление выключателем.

Защиты выключателей 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 устанавливаются трансформаторы тока Т₂ с одинаковым коэффициентом трансформации (независимо от мощности присоединения).

Информация о контролируемом напряжении на шинах поступает в устройства обработки 6 от трансформаторов напряжения T_1, связанных с шинами 14 и 15.

При повреждениях на шинах подстанций электрических сетей и электростанций высокого напряжения происходит срабатывание защит выключателей следующим образом:

сигналы от первичных трансформаторов тока Т₂ и напряжения T₁ 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 защит и схемы приведены в [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.251-313]).

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 систем шин 14 и 15 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 переключения 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) 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].

Блок переключения 7 (фиг.4) получает по каналам 11 от устройств обработки 6 сигналы на отключение присоединений поврежденной секции шин и сигнал запрета автоматического повторного включения этих присоединений. В соответствии с этими сигналами происходит срабатывание реле Р1 (Р3, Р5) и на соответствующее присоединение поступает сигнал на отключение соответствующего выключателя присоединения 1, 2 или 8.

Переключение программ уставок, блокировка автоматического повторного включения, поступление команд от ключа управления и телемеханики осуществляется через переключатели П1...П9.

Управление выключателями ввода 1, 2 и секционным выключателем 8 осуществляется через выключатели S1...S3 блока переключения 7.

Сигналы положения выключателей 1, 2, 8, через диоды Д, поступают на указатели 24₁...24₃, вызывая свечение светодиодов К (красный) - выключатель включен или З (зеленый) - выключатель отключен.

В блоке переключения 7 лампа Л сигнализирует о поступлении сигнала "Вызов" к одному из устройств обработки 6, кнопка S4 служит для опробывания индикаторов указателей 24₁...24₃.

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

- выполнение функций защиты вводных и секционного выключателей с их непосредственным отключением;

- 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 релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации секционного и вводных выключателей, содержащая три устройства обработки, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы второй группы каждого из устройств обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов каждого из блоков обработки, первая и вторая группа входов которых является первой и второй группой входов системы, отличающаяся тем, что в нее введен блок переключения, причем блок переключения содержит кнопку, девять переключателей, три выключателя, шесть реле, лампу, три указателя и тринадцать диодов, причем информационные входы-выходы первой группы каждого из устройств обработки являются третьей группой входов-выходов системы, три группы выходов которой являются группой выходов блока переключения, первая, вторая и третья группа входов-выходов которого являются группой входов-выходов первого, второго и третьего блока обработки, соответственно.