Система охраны линий электропередач

Предлагаемая полезная модель относится к системам охраны линий электропередач и может быть использована для обеспечения охраны трехфазных линий электропередач с рабочим напряжением 10-35 кВ.

Система охраны линий электропередачи содержит до 32 выносных элементов (7) с конденсаторами связи, установленными между контролируемой фазой и соответствующим выносным элементом (7), последовательно соединенных с базовым блоком (3) посредством радиосвязи, автоматизированное рабочее место оператора (1) с GSM модемом (2), коммуникационный контроллер (4), соединенный с GSM модемом (2) контроллера, до 6 релейных модулей (5), согласователь системы передачи извещений (6), при этом коммуникационный контроллер (4) соединен с релейными модулями (5), базовым блоком (3) и с GSM модемом (2) контроллера, связанным с GSM модемом (2) автоматизированного рабочего места оператора (1) посредством сети GSM, а релейные модули (5) связаны с согласователем системы передачи извещений (6).

Предложенная система имеет более широкие функциональные возможности.

Предлагаемая полезная модель относится к системам охраны линий электропередач и может быть использована для обеспечения охраны трехфазных линий электропередач (ЛЭП) с рабочим напряжением 10-35 кВ.

Известна система охраны линий элктропередач и управления городским освещением (http://bases. Научно-технические разработки России, информационный листок №65-165-01) позволяющая идентифицировать короткое замыкание на линии или порыв проводов в результате техногенных либо природно-климатических причин или перерезание токоведущих частей силового провода городского освещения.

Однако указанная система не способна работать с ЛЭП 10-35кВ.

Кроме того, известна система охраны линий электропередач «ЛЭП 3×04 кВ» (Патент RU №63548), являющаяся прототипом предлагаемой полезной модели, содержащая до 32 выносных элементов, последовательно соединенных с базовым блоком посредством радиосвязи, соединенным с тиристорным коммутатором второй и третьей фазы, автоматизированное рабочее места оператора (АРМ) с GSM модемом, коммуникационного контроллера, соединенного с GSM модемом (GSM модем контроллера) и обеспечивающий связь с GSM модемом АРМ оператора, до 6 релейных модулей, согласователь системы передачи извещений, при этом коммуникационный контроллер соединен с релейными модулями и базовым блоком и тиристорным коммутатором каждой из фаз, при этом релейные модули связаны с согласователем системы передачи извещений.

Однако данная система не позволяет работать на линиях электропередач с рабочим напряжением выше 0,4 кВ., что сужает функциональные возможности системы.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание системы охраны трехфазных линий электропередач с более широкими функциональными возможностями.

Поставленная задача достигается тем, что в систему содержащую до 32 выносных элементов, последовательно соединенных посредством радиосвязи с базовым блоком, соединенным с коммуникационным контроллером, соединенным с согласователем системы передачи извещений и до 6 релейных модулей, а так-же с GSM модемом, который посредством сети GSM соединен с GSM модемом автоматизированного рабочего места оператора и соединенный непосредственно с автоматизированным рабочим местом оператора, введены конденсаторы связи выносных элементов, установленные соответственно между контролируемой фазой и выносным элементом.

На фиг.1 приведена предлагаемая система, на фиг.2 приведена структурная схема базового блока (ББ) 3, на фиг.3 приведена структурная схема коммуникационного контроллера (КК) 4, на фиг.4 приведена структурная схема релейного модуля (РМ) 5 и согласователя СПИ(6), на фиг.5 приведена структурная схема выносного элемента (ВЭ) 7, на фиг.6 приведен пример прохождения прямого и обратного маркера в ВЭ (7) установленых на охраняемой линии, на фиг.7 приведен пример прохождения маркеров от ББ(3) через простые ВЭ(7) до концевого ВЭ(7).

Система (фиг.1) состоит из:

автоматизированного рабочего места оператора - АРМ оператора (1) - (персонального компьютера с установленным специализированным программным обеспечением) связанного с GSM модемом (2) оператора, базового блока (3) связанного с коммуникационным контроллером (4), который связан с GSM модемом (2) контроллера, аналогичным с GSM модемом оператора и связанным с последним посредством сотовой сети, а так же релейных модулей (5) связанных с согласователем СПИ (6),

выносных элементов(7), при этом базовый блок (3) связан по радиоканалу с ближайшим к нему выносным элементом (ВЭ) (7), который в свою очередь по радиоканалу связан со следующим и ВЭ (7), которых в системе может быть до 32, при этом каждый ВЭ (7) через конденсатор связи соединен с одной из фаз трехфазной силовой линией и «0».

В состав базового блока (3) (фиг.2) входят: приемопередатчик (8), работающий в открытом диапазоне радиочастот, микроконтроллер (9), согласователь последовательного порта (10).

Микроконтроллер ББ (9) соединен с приемопередатчиком (8), а так же с согласователем последовательного порта (10), который соединен с КК(4). В состав коммуникационного контроллера (4) (фиг.3) входят:

микроконтроллер (11), мультиплексор (12) последовательных каналов связи, согласователи переключаемых последовательных каналов связи (13), блок релейных выходов (14), таймер реального времени (15), согласователь порта связи с GSM-модемом (16), блок питания (17);

Микроконтроллер (11) (фиг.3) соединен с мультиплексором (12), который соединен с согласователями последовательных каналов (13), которые соединены с базовым блоком (3) и релейными модулями (5). Так же микроконтроллер (11) соединен с блоком релейных выходов (14), соединенным с согласователем СПИ (6). Микроконтроллер (11) соединен с таймером реального времени (15), кроме того микроконтроллер (11) соединен с согласователем порта связи с GSM модемом (16), который непосредственно соединен с GSM модемом (2) контроллера. В КК (4) имеется блок питания (17), связанный с микроконтроллером (11), с GSM модемом (2) контроллера.

Релейный модуль(5) и согласователь СПИ (6) (фиг.4) состоят из микроконтроллера (18), связанного через согласователь последовательного порта (19) с коммуникационным контроллером(4), кроме того

микроконтроллер (18) связан с регистрами (20), (21) согласователя СПИ (6), выходы которых через буферы (22), (23) соединены с системой передачи извещений СПИ (6).

Выносной элемент(7) (фиг.5) состоит из микроконтроллера (24), приемопередатчика (25), блока питания (26).

Выносной элемент-ВЭ (7) (фиг.5) представляет собой микроконтроллер (24), связанный с приемопередатчиком (25), имеющем радиосвязь с соседними ВЭ (7), либо с приемопередатчиком (8) ББ (3). Кроме того в ВЭ (7) имеется блок питания (26), связанный с одной из фаз трехфазной силовой линии через конденсатор связи и «0».

Работает система следующим образом:

Разработанная система охраны линий электропередач (далее - «система») предназначена для обеспечения контроля целостности трехфазных линий электропередач с рабочим напряжением 10-35кВ.

Каждый ВЭ (7), а также ведущий их ББ (3), содержат приемопередатчик, работающий в открытом (не требующем лицензирования) диапазоне радиочастот. Приемопередатчик ББ (3) выдает сообщение («прямой маркер») адресованный ближайшему к нему выносному элементу (7) (фиг.6). Получив этот прямой маркер, приемопередатчик 1-го ВЭ (7) выдает прямой маркер, адресованный 2-му ВЭ(7) и т.д. Приемопередатчик(25) последнего, n-го ВЭ (7), получив адресованный этому ВЭ (7) прямой маркер, выдает сообщение («обратный маркер»), адресованный предпоследнему, (n-1)-му ВЭ(7). В информационном поле этого маркера n-й ВЭ (7) устанавливает флаг своей активности. (n-1)-й ВЭ (7) отправляет обратный маркер (n-2)-му ВЭ (7), установив в информационном поле флаг своей активности и т.д. В конечном итоге, обратный маркер получает приемопередатчик базового блока (8).

В случае обрыва линии электропередачи между выносными элементами (7) с номерами k и k+1, ВЭ (7) с номерами, большими k, не получают питания и не могут сформировать прямых и обратных маркеров, k-й

ВЭ (7) обнаруживает отсутствие (k+1)-го и последующих ВЭ (7) по отсутствию прихода от (k+1)-го ВЭ (7) обратного маркера в течение заданного времени ожидания. В этом случае, k-й ВЭ (7) самостоятельно формирует обратный маркер, устанавливает в нем флаг своей активности и отправляет его (k-1)-му ВЭ(7). В этом обратном маркере будут сброшены флаги активности (k+1)-го и последующих ВЭ (7). Приняв такой обратный маркер, ББ (3) может определить, какие из ВЭ (7) не вышли на связь. При отсутствии обратного маркера от 1-го ВЭ (7) в течение заданного времени ожидания, ББ (3) принимает решение о приеме обратного маркера, в котором сброшены флаги активности всех ВЭ (7).

Для снижения вероятности ложных тревог, ББ (3) принимает решение об отсутствии отклика от того или иного ВЭ (7) только, если в обратном маркере r раз подряд был сброшен флаг активности этого ВЭ (7).

К ББ (3) может быть подключено до 32 ВЭ (7), который может быть в состоянии «зарегистрирован» либо «незарегистрирован». Зарегистрированные ВЭ (7), в свою очередь, могут находиться в состоянии «норма» или «тревога» (таблица 1).

Располагая информацией о размещении выносных элементов (7), и о том, какие из них не выходят на связь, оператор может с точностью до сегмента между двумя ВЭ (7) определить место обрыва линии.

Коммуникационный контроллер (4) периодически опрашивает базовый блок (3) на предмет состояния ВЭ (7). ББ (3) с точки зрения КК (4) может находиться в состоянии «зарегистрирован» и «незарегистрирован». Незарегистрированный ББ (3) коммуникационный контроллер(4) не опрашивает. Зарегистрированный ББ (3) может находиться в состоянии «норма» и «не отвечает» (таблица 2).

Также, КК (4) может выдавать базовому блоку (3) команды на изменение регистрации ВЭ (7), на изменение режима работы (включенное/выключенное освещение) и т.п.

Информацию о текущем состоянии базового блока (3) и выносных элементов КК (4) с помощью GSМ-модема (2) передает на АРМ (1) оператора. Передача информации коммуникационным контроллером (4) на АРМ (1) может производиться:

- по запросу от АРМ оператора (1);

- периодически (с интервалом, задаваемым АРМ);

- по тревоге (переходу любого ВЭ (7) в состояние «тревога», переходу ББ (3) в состояние «не отвечает»).

- по команде от АРМ оператора (1) коммуникационный контроллер (4) может:

- изменять регистрацию базового блока (3);

- изменять регистрацию выносных элементов (7), подключенных к зарегистрированному базовому блоку (3);

- изменять режим работы базового блока (3).

К коммуникационному контроллеру (4) может быть подключено до 6 релейных модулей (5), используемых для согласования с системой передачи извещений (6) на пульт централизованной охраны. Каждый релейный модуль (5) имеет 16 релейных выходов. Каждый релейный выход соответствует состоянию одного ВЭ (7) в соответствии с таблицей 3.

Все релейные модули связаны с КК (4) общим последовательным каналом связи. Адреса релейных модулей (5) выставляются перемычками. Соответствие между адресами релейных модулей (5) и базовым блоком (3) и выносными элементами (7) приведено в таблице 4.

По запросу коммуникационного контроллера (4) через согласователь последовательного порта (10) ПО микроконтроллера ББ (3) выдает информацию о текущем режиме работы ББ (3), о регистрации и текущем состоянии выносных элементов (7), о периоде опроса выносных элементов. Также, по запросу КК (4) ББ (3) может изменять режим работы, регистрацию выносных элементов (7), период опроса выносных элементов.

Для охраны трехфазной линии электропередач с рядом расположенными проводниками используется один ББ (3) с приемопередатчиком (8) («ведущий ББ»). Питание всех ВЭ (7) в такой системе осуществляется от фазы контролируемой ББ (3). Все ВЭ (7) в такой системе регистрируются у ББ (3). В зависимости от числа следующих выносных элементов (7) и топологии линии каждый выносной элемент (7) может иметь одну из двух конфигураций:

- концевой ВЭ (8)(следом за этим ВЭ нет других ВЭ);

- простой ВЭ (7) (следом за этим ВЭ расположен, по крайней мере, еще один ВЭ; данный ВЭ обеспечивает связь только с одним последующим ВЭ - отправляет ему прямой маркер и ожидает от него обратный маркер) (фиг.7);

В процессе настройки, в энергонезависимую память микроконтроллера (24) заносится ряд настроечных параметров. Для концевых и простых ВЭ (7):

- собственный адрес в системе данного ВЭ;

- адрес в системе предыдущего ВЭ;

- адрес в системе следующего ВЭ;

К адресам выносных элементов (7) в системе предъявляются следующие требования:

- адрес ВЭ представляет собой число от 0 до 32;

- адрес ВЭ должен быть уникальным (в одной системе не должно быть двух ВЭ с одинаковыми номерами);

- для концевого ВЭ в качестве адреса следующего ВЭ указывается 0;

- для первого от базового блока ВЭ в качестве адреса предыдущего ВЭ указывается 0 (т.е., ББ имеет адрес 0).

Программное обеспечение (ПО) микроконтроллера(24) концевых и простых ВЭ (7) работает по следующему алгоритму:

А. ПО ожидает приема приемопередатчиком (25)сообщения

Б. Если принятое сообщение имеет структуру прямого маркера, поле адреса источника сообщения совпадает с адресом предыдущего ВЭ (7), поле адреса приемника сообщения совпадает с собственным адресом ВЭ (7), то ПО переходит к п.В. алгоритма, иначе - возвращается к п.А.

В. Если ВЭ (7) является концевым, ПО выполняет п.В.1 алгоритма, иначе - п.В.2.

B.1 ПО формирует и выдает приемопередатчику (25) обратный маркер. Этот маркер содержит:

- адрес данного ВЭ (7) в качестве адреса источника сообщения;

- адрес предыдущего ВЭ (7) в качестве адреса приемника сообщения;

- единицу в поле флага активности данного ВЭ (7);

- нули в полях флагов активности всех остальных ВЭ (7). После выдачи сообщения приемопередатчику, ПО возвращается к п.А. алгоритма.

В.2 ПО извлекает из прямого маркера значение максимального времени отклика. Этим значением инициализируется таймер ожидания отклика. Также, из маркера извлекается значение приращения максимального времени отклика. ПО формирует и выдает приемопередатчику (25) новый прямой маркер. Этот маркер содержит:

- адрес данного ВЭ (7) в качестве адреса источника сообщения;

- адрес следующего ВЭ (7) в качестве адреса приемника сообщения;

- значение максимального времени отклика, уменьшенное на значение приращения;

- значение приращения максимального времени отклика.

После выдачи сообщения приемопередатчику (25) ПО переходит к п.Г. алгоритма.

Г. ПО ожидает приема обратного маркера или обнуления таймера ожидания отклика. Если первым приходит сообщение от приемопередатчика (25), ПО переходит к п.Д. алгоритма. Если первым обнуляется таймер, ПО переходит к п.B.1 алгоритма.

Д. Если принятое сообщение имеет структуру обратного маркера, поле адреса источника сообщения совпадает с адресом следующего ВЭ (7), поле адреса приемника сообщения совпадает с собственным адресом ВЭ (7), ПО переходит к п.Е. алгоритма, иначе возвращается к п.Г.

Е. ПО извлекает из принятого маркера поле флагов активности выносных элементов (7) и формирует новый обратный маркер. Этот маркер содержит:

- адрес данного ВЭ (7) в качестве адреса источника сообщения;

- адрес предыдущего ВЭ (7) в качестве адреса приемника сообщения;

- единицу в поле флага активности данного ВЭ (7);

- значения полей активности остальных ВЭ (7), извлеченные из принятого обратного маркера.

После выдачи сообщения приемопередатчику (25), ПО возвращается к п.А алгоритма.

Для обмена с GSМ-модемом (2) используются АТ-команды модема. КК (4) постоянно опрашивает GSМ-модем (2) на предмет наличия в его памяти принятых сообщений. При наличии в памяти модема непрочитанного сообщения, КК (4) считывает это сообщение, после чего удаляет его из памяти модема (2).

Считанное сообщение содержит ряд полей, в том числе: номер телефона, с которого сообщение было отправлено и поле данных в формате PDU. Телефонный номер, с которого было отправлено считанное сообщение, сравнивается с телефонным номером модема АРМ оператора (1). При несовпадении телефонных номеров такое сообщение игнорируется. Тем самым исключается перехват управления системой. При совпадении номеров поле данных декодируется и рассматривается как команда протокола обмена между КК (4) и АРМ оператора (1).

Обмен между КК (4) и АРМ оператора (1) строится по принципу «выстрелил и забыл» (любой из участников обмена по какому-либо событию отправляет сообщение другому участнику, не требуя подтверждения получения этого сообщения).

Сообщения от КК (4) к АРМ (1) оператора включают в себя: статусное сообщение, слова периода отправки сообщений и циклограмм. Сообщения от АРМ оператора (1) к КК (4) включают в себя: запрос статусного сообщения, изменение регистрации базовых блоков (3) и выносных элементов (7), изменение режима работы базовых блоков (3), запрос слов периода отправки сообщений и циклограмм, изменение слов периода отправки сообщений и циклограмм и т.д.

Обмен с релейными модулями (5) строится по принципу «ведущий - ведомый». В качестве ведущего устройства выступает КК (4), в качестве ведомых - релейные модули (5). Каждый запрос и ответ содержат поле адреса ведомого устройства. Адрес устройства задается перемычками на плате релейного модуля (5). Протокол обмена КК (4) и релейных модулей (6) включает команды запроса и изменения состояния релейных выходов буферов регистров (22, 23).

Каждый из базовых блоков (3) может работать в режимах включенного и выключенного освещения. Переключение режимов работы ББ (3) осуществляется по команде КК (4). КК (4) устанавливает режим работы ББ (3) либо по команде от АРМ оператора (1), либо согласно циклограмме.

КК (4) постоянно опрашивает текущий режим работы ББ (3) и сравнивает его требуемым режимом работы. При несовпадении этих режимов, КК (4) отправляет базовому блоку (3) команду на изменение текущего режима. Требуемый режим работы ББ (3) определяется командой от АРМ.

Для подключения к системе передаче КК (4) соединен с шестью нормально разомкнутыми согласователями последовательного каналов (13) релейных модулей (5). Выходы реле с 1-го по 3-й соответствуют состоянию цепей питания базовых блоков с 1-го по 3-й (выход замкнут, если питание ББ (3) присутствует, разомкнут, если питание отсутствует).

Ведущий базовый блок (3) ведет периодический опрос подключенных к нему выносных элементов (7). При охране трехфазных линий выносные элементы (7) запитываются от одной из фаз через конденсатор связи и опрашиваются базовым блоком (3).

Обмен с базовым блоком (3) строится по принципу «ведущий - ведомый» (ведущий посылает запрос ведомому, ведомый посылает ведущему ответ на запрос). В качестве ведущего устройства выступает КК (4), в качестве ведомого - ББ (3). Протокол обмена КК (4) и ББ (3) включает команды: запроса статуса ВЭ (7), запроса флагов регистрации ВЭ (7), изменения флагов регистрации ВЭ (7) и т.д. Помимо линий последовательных портов связи, от базовых блоков к КК (4) заводятся их напряжения питания +5В. Эти напряжения питания КК (4) рассматривает как логические сигналы с ТТЛ-уровнями: логический ноль на соответствующей линии рассматривается как отсутствие питания ББ (3), логическая единица - наличие питания данного ББ (3). Эти логические сигналы вместе с остальной статусной информацией передаются АРМ оператора (1) и в систему передачи извещений и позволяют оператору отличать отказ базового блока (3) от отключения соответствующей фазы.

Таким образом: предложенная система охраны линий электропередач имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с прототипом, так как способна работать с ЛЭП рабочим напряжением 10-35 кВ.

Система охраны линий электропередач, содержащая до 32 выносных элементов, последовательно соединенных с базовым блоком посредством радиосвязи, автоматизированное рабочее место оператора с GSM модемом, коммуникационный контроллер, соединенный с GSM модемом контроллера, до 6 релейных модулей, согласователь системы передачи извещений, при этом коммуникационный контроллер соединен с релейными модулями, базовым блоком и с GSM модемом контроллера, связанным с GSM модемом автоматизированного рабочего места оператора посредством сети GSM, при этом релейные модули связаны с согласователем системы передачи извещений, отличающаяся тем, что в нее введены конденсаторы связи выносных элементов, установленные соответственно между контролируемой фазой и выносным элементом.