Устройство диагностирования комплекса узлов контроля и управления с их резервированием подменным блоком

 

Использование: при диагностировании устройств релейной защиты и противоаварийного управления в системах электроснабжения. Сущность изобретения: устройство содержит блок диагностирования, блок автоматической системы управления операциями ввода-вывода узлов контроля и управления из работы, блоки контактных групп, подменный узел. В описании приведены алгоритмы работы устройства и даны конструктивные признаки отдельных блоков и систем. 1 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к диагностированию устройств релейной защиты и противоаварийного управления в системах электроснабжения (РЗА). В качестве узлов контроля и управления (КУ) могут выступать панели или шкафы релейной защиты или противоаварийной автоматики.

Широко известны различные устройства диагностирования работающих панелей РЗА, содержащие блоки автоматического формирования тестовых воздействий обратной связи и другие [1]-[5] Устройство для проверки релейной защиты без отключения с использованием ВЧ сигнала [1] подключается к рабочей схеме и подает на измерительные органы защит ВЧ-импульсы, причем величина и фаза модулирующего напряжения изменяется фазорегулятором. Во избежание ложного отключения объекта защиты на время проверки выходные цепи защиты блокируются. В случае возникновения аварийного режима проверка автоматически прекращается и выходные цепи деблокируются.

В устройстве для контрольной проверки релейных защит [2] предложены контактные группы для автоматической сборки схем испытания токовых и напряженческих цепей РЗА.

Устройство для проверки релейной защиты [3] предназначено для диагностирования отключенного соединения в случае, когда одно из двух аналогичных присоединений находится в работе. Оно содержит основной и вспомогательный источники питания и исполнительный орган, причем в качестве вспомогательного источника использованы трансформаторы тока (ТТ) рабочего присоединения. Вторичные цепи работающего комплекса защиты последовательно присоединяют к неработающему комплекту в целях его проверки и сопоставляют работу аналогичных реле в различных комплектах.

Устройство защиты с удвоением аппаратуры и контролем исправности [4] содержит один орган формирования исходных величин (ТТ и трансформаторы напряжения), присоединенный к двум идентичным релейным устройствам, выходные контакты которых соединены последовательно. В момент проверки исправности РЗ производится поочередное подключение релейных устройств к контрольному выходному органу. Для исключения отказа РЗ во время проверки выходной контакт проверяемого релейного устройства шунтируется.

Устройство для автоматической проверки релейной защиты [5] содержит АЦП входных величин, процессор и производит сравнение аналого-цифрового преобразования и вычисление положения места повреждения с аналогичными действиями цифровой защиты.

Недостатком известных устройств является то, что операции ввода-вывода панелей РЗА из работы осуществляются вручную.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство для проведения испытаний систем защиты во время работы основного оборудования [6] содержащее блок диагностирования и многоканальный разъем подключения диагностического устройства к панели РЗА. При проведении испытаний на измерители подается номинальное питающее напряжение, а на исполнительные элементы системы постоянное напряжение. На время испытания с помощью реле времени прерываются цепи выключающих и включающих импульсов обмоток силовых выключателей и регистрируется наличие этих импульсов. После правильного срабатывания устройство и система возвращаются в исходное состояние. При проведении полных испытаний измерительных элементов релейной защиты на исполнительные элементы подается номинальное вспомогательное напряжение, реле времени прерывает цепи выключающих и включающих импульсов обмоток силовых выключателей, проверяется наличие импульсов. Контрольное устройство подключается к системе через многоканальный разъем, работой устройства управляет элемент логического управления.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает автоматического подключения и отключения диагностического устройства к объекту диагностирования.

Целью изобретения является создание устройства, обеспечивающего автоматизацию процесса диагностирования, в частности операций ввода-вывода узлов контроля и управления из работы, и повышение надежности функционирования узлов за счет двойной блокировки от включения нескольких объектов КУ на один подменный узел КУ и отключения рабочего узла КУ до подключения подменного узла КУ.

Для этого устройство диагностирования узлов КУ, содержащее блок диагностирования (БД) и многоканальный разъем подключения, дополнительно содержит блок автоматической системы управления (АСУ) операциями ввода-вывода узлов КУ из работы и блоки контактных групп (К), при этом выход АСУ соединен с входами контактных групп, каждая из которых соединена шиной связи с БД и шиной связи с подменным узлом КУ и с помощью многоканальных разъемов имеет возможность соединения с узлом КУ и с объектом КУ, а входы блока АСУ имеют возможность соединения с выходами узлов КУ, шина связи с подменным узлом КУ имеет разъем для соединения с самим подменным узлом КУ.

Устройство диагностирования группы узлов КУ отличается тем, что АСУ содержит блоки ЭВМ, блок сбора информации (БСИ), блок параллельного интерфейса (БПИ), блок ручного управления (БРУ), блок коммутации (БК) и блок установки начального состояния (БУНС), при этом выход БСИ соединен с входом ЭВМ, выход ЭВМ соединен с входом БК, а выходы БРУ и БУНС соединены с входами БК, вход БУНС соединен с выходом ЭВМ и БПИ имеется двунаправленная связь.

Дополнительное введение автоматической системы управления вводом-выводом узлов КУ из работы и контактных групп позволяет автоматизировать процесс тестового диагностирования в результате создания системы автоматического ввода-вывода узлов КУ из работы.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 структурная схема автоматической системы управления; на фиг. 3 схема соединения контактной группы с узлом КУ, объектом КУ и шинами связи с БД и с подменным узлом КУ; на фиг. 4 схема управления контактной группой; на фиг. 5 структурная схема блока сбора информации; на фиг. 6 структурная схема блока установки начального состояния; на фиг. 7 структурная схема блока коммутации; на фиг. 8 структурная схема блока диагностирования; на фиг. 9 структурная схема алгоритма управления контактными группами.

Устройство автоматического диагностирования комплекса узлов КУ (см. фиг. 1) содержит: блок 1 автоматической системы управления диагностированием узлов КУ и операциями их ввода-вывода из работы; блок 2 диагностирования узла КУ (БД); узлы 3-6 КУ (УКУ, УКУ₁, УКУ₂,УКУ_n); блоки 7-10 контактных групп (К, К₁, К₂,К_n).

В качестве блока БД использовано устройство диагностирования АСД-6, разработанное в лаборатории технической диагностики Мариупольского металлургического института.

В качестве узлов КУ использованы панели релейных защит типа ЭПЗ-1636-67, ПЗ-2/1, ПЗ-2/2, ДЗ-503, ШДЭ 2801.

В качестве контактных групп применены устройства с использованием реле типа РП-253 и контакторов типа КТ-700. Контактные группы управляются от реле блока коммутации в соответствии со схемами, приведенными на фиг. 3-4. Контакты блока коммутации КL. 1 и KL 2 (см. фиг. 4) при замыкании переключают объект на подменный узел КУ, а при размыкании переключают объект на рабочий узел.

Блок АСУ представлен в виде структурной схемы на фиг. 2. Он состоит из блока 11 микроЭВМ (МЭВМ); блока 12 сбора информации (БСИ); блока 13 ручного управления (БРУ); блока 14 коммутации (БК); блока 15 установки начального состояния (БУНС); блока 16 параллельного интерфейса (БПИ).

Информация о контролируемых объектах снимается с первичных измерительных преобразователей: трансформаторов тока и трансформаторов напряжения; информация об электромеханических блоках КУ электрический потенциал в точках контроля и состояние контактов реле; информация о микроэлектронных блоках КУ с оптоэлектронных и электромагнитных (герконов) датчиков.

Съем информации осуществляется с использованием согласующих устройств (шунтов и делителей напряжения). Очередность съема информации периодический контроль состояния объектов и РЗ.

В качестве микроЭВМ использована ЭВМ IBM PC/XT.

В качестве блока параллельного интерфейса использована плата на микросхемах К 580 ВВ55.

В качестве блока ручного управления использована плата на стандартных переключателях.

В качестве блока сбора информации использована плата на микросхемах серии 564.

Функциональная схема БСИ показана на фиг. 5. Она включает в себя следующие узлы и блоки: входное устройство (ВУ) 17; мультиплексор (МП) 18; имитатор оперативных режимов (ИОР) 19; буферный усилитель (БУ) 20; блок оптронных развязок (БОР) 21; контактная группа записи (КЗ) 22; блок питания (БП) 23.

В качестве блока установки начального состояния использована плата на микросхемах серии 564. Функциональная схема БУНС показана на фиг. 7. Она включает в себя следующем узлы и блоки: оптрон 24, инвертирующий сумматор 25, формирователь 26 кода начального состояния (ФКНС). Выходы оптрона и сумматора подключены к входам ФКНС.

В качестве блока коммутации использована плата на микрореле типа РПС-32. Функциональная схема БК показана на фиг. 6. Она содержит шифратор 27 команд управления, коммутирующие реле 28-30.Выходы шифратора подключены к входам коммутирующих реле.

Функциональная схема БД показана на фиг. 8 Она содержит фазорегулятор 31, плавно-ступенчатый регулятор напряжения 32, контактную группу цепей напряжения 33, режимную контактную группу 34 (РК), электродвигатель постоянного тока 35, контактную группу, управляющую работой РК 36 (К1), формирователь напряжения 37, выходную контактную группу 38, регулятор тока 39, трансформатор для получения тока 40, датчик тока 41, микроЭВМ 42, параллельный программируемый адаптер 43, шифратор команд управления 44, контактную группу, управляющую переключением сигналов от датчиков тока и напряжения на входе блока обратных связей; датчик напряжения 46, устройство отображения информации 47, блок клавиатуры 48, накопитель на магнитном диске 49, аналого-цифровой преобразователь 50, электронный фазоизмеритель 51, блок сбора информации 52.

Каждая контактная группа имеет структуру, изображенную на фиг. 3 (на примере группы К₁). Контактная группа К₁ обведена пунктиром и содержит две группы реле 1КL1 и 1KL2. Соединения выполнены с помощью испытательных блоков так, чтобы объект 1 можно было при необходимости включить напрямую на узел УКУ₁ либо УКУ. Каждая группа реле содержит трехфазный контактор для коммутации токов, реле для коммутации трех фаз напряжения и реле для коммутации цепей управления и отключения (ЦУО). На фиг. 3 также показана контактная группа К и схема ее подключения к шинам связи с БД и с подменным узлом КУ.

Схема управления контактной группой К₁ представлена на фиг. 4. В схеме задействованы как реле контактной группы 1КL1 и 1КL2, так и реле КL, запускающее контактную группу, и реле KL0, обеспечивающее схемную блокировку от одновременного включения нескольких объектов на подменный узел. Контактная группа управляется с помощью контактов реле блока коммутации АСУ. На фиг. 4 также показана схема управления контактной группой К.

Если подменный узел КУ не подключен ни к одному объекту, то все контакты 1КL2.2, 2KL2.2,nKL2.2 замкнуты и реле KL0 находится в сработанном состоянии, контакт KL0.1 замкнут. Если подменный узел КУ подключен к одному из объектов (объекту j, то один из контактов jKL2.2 будет разомкнут, реле KL0 будет в несработанном состоянии и контакт KL0.1 будет разомкнут. При замыкании контактов БК KL.1 и KL.2 реле 1KL1и 1KL2 не сработают. Таким образом осуществляется блокировка от включения подменного узла КУ на несколько объектов.

При замыкании контакта БК KL.2 срабатывает реле 1KL2, которое подключает подменный узел к объекту. Контакт 1KL2.1 замыкается и поскольку контакт БК KL. 1 уже замкнут, то происходит срабатывание реле 1KL1, которое переключает рабочий узел КУ УКУ₁ с объекта на БД. Таким образом контакт 1КL2.1 осуществляет блокировку от переключения рабочего узла КУ с объекта на БД до того, как к объекту будет подключен подменный узел КУ.

При размыкании контактов БК KL.1 и KL.2 сначала возвращается реле 1KL1, потому что его контакт 1KL1.1 удерживает реле 1KL2. Рабочий узел КУ УКУ₁ переключается с БД на объект. Контакт 1KL1.1 размыкается и возвращает реле 1KL2, подменный узел КУ отключается от объекта. Таким образом контакт 1KL1.1 осуществляет блокировку от отключениия подменного узла КУ до того, как рабочий узел КУ переключится с БД на объект.

С помощью блока сбора информации БСИ МЭВМ считывает информацию о состоянии узлов КУ. В результате обработки информации ЭВМ принимает решение о диагностировании одного из узлов КУ. Информация об этом через параллельный интерфейс БПИ передается микроЭВМ, управляющей БД. Согласно программе, под управлением МЭВМ через блок коммутации БК осуществляется управление контактными группами.

Замыкание контактов БК KL. 1 и KL.2 приводит к подключению подменного узла и отключению рабочего узла, который переключается на БД. Размыкание контактов БК KL.1 и KL.2 приводит к переключению рабочего узла с БД на объект и отключению подменного узла. Блок установки начального состояния БУНС в случаях сбоя либо исчезновения напряжения приводит схему в начальное состояние с помощью блока коммутации.

Управление контактными группами осуществляется в следующем порядке: 1) система приводится в исходное положение контактные группы Кi соединяют узлы КУ УКУi с i-ми объектами, а шина связи с подменным узлом отключена от всех объектов; 2) контактной группой К шина связи с подменным узлом соединяется с шиной связи с БД; 3) осуществляется процесс автоматического диагностирования подменного узла КУ; 4) в случае исправности подменного узла отключается контактная группа К, а в противном случае информируется обслуживающий персонал;
5) для проверки i-й защиты группа реле i KL2 подключает шину связи с подменным узлом к i-му объекту (рабочий и подменный узлы работают параллельно);
6) группа реле i KL1 переключает рабочий узел с объекта на шину связи с БД;
7) осуществляется процесс автоматического диагностирования i-го рабочего узла КУ;
8) если i-й узел исправен, то группа реле i KL1 переключает рабочий узел с шины связи с БД на объект;
9) группа реле i KL2 отключает i-й объект от шины связи с подменным узлом;
10) для диагностирования следующего узла выполняются операции 5-9.

Программные средства АСУ реализуют порядок управления устройством. Блок-схема фиг. 9 описывает алгоритм функционирования блока АСУ. В алгоритме использованы следующие переменные:
i номер диагностируемого узла КУ;
k общее число рабочих узлов КУ;
j номер опрашиваемого датчика;
n- общее число датчиков на узлах КУ.

Использование АСУ позволяет регистрировать и анализировать состояние узлов КУ и корректировать тесты и порядок диагностирования устройств КУ.

Для обеспечения комплексной надежности системы автоматического диагностирования в устройстве предусмотрены следующие мероприятия:
схемная и программная блокировки групп реле i KL2, связывающих объекты с шиной связи с подменным узлом от ее включение на несколько объектов (согласно фиг. 4, ввод в работу подменного узла коммутацией группы реле iKL2 возможен только в том случае, если контакты аналогичных реле всех контактных групп замкнуты и реле KL0 находится в сработанном состоянии);
схемная и программная блокировки групп реле i KL1, связывающих рабочие узлы с шиной связи с БД или с объектами от отключения объекта от обеих защит (согласно фиг. 4, переключение рабочего узла с объекта на БД возможен только после ввода в работу подменного узла реле iKL2 и замыкания контакта iKL2.1, а отключение подменного узла от объекта возможно только при включенном рабочем блоке, так как контакт iKL1.1 удерживает группу реле iKL2 до прихода iKL1 в исходное состояние;
возможность управления контактной группой и БД в ручном режиме, с помощью блока БРУ;
автоматический возврат схемы в исходное состояние при сбое или отключении питания АСУ или БД.

Устройство диагностирования комплекса узлов КУ повышает надежность функционирования узлов КУ и снижает возможный ущерб за счет автоматизации операций ввода-вывода узлов КУ из работы и исключения тем самым ошибок персонала при этих операциях, а также за счет полного резервирования диагностируемого рабочего узла КУ подменным узлом с двойной аппаратной и программной блокировкой от неправильных действий самого устройства. Автоматизация операций ввода-вывода узлов КУ из работы снижает требования к квалификации обслуживающего персонала и позволяет уменьшить его численность.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА УЗЛОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ С ИХ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ ПОДМЕННЫМ БЛОКОМ, содержащее блок диагностирования и многоканальный разъем подключения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок автоматической системы управления операциями ввода-вывода узлов контроля и управления из работы и блоки контактных групп, при этом выход автоматической системы управления соединен с входами контактных групп, каждая из которых соединена с шиной связи блока диагностирования и с шиной связи с подменным узлом контроля и управления и с объектом контроля и управления, входы блока автоматической системы управления соединены с выходами узлов контроля и управления, шина связи с подменным узлом контроля и управления содержит разъем для соединения с самим подменным узлом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что автоматическая система управления содержит блоки ЭВМ, блок сбора информации, блок параллельного интерфейса, блок ручного управления, блок коммутации и блок установки начального состояния, при этом выход блока сбора информации соединен с входами соответствующих блоков ЭВМ, выходы которых соединены с входами блока коммутации, выходы блока ручного управления и блока установки начального состояния соединены с входами блока коммутации, вход блока установки начального состояния соединен с выходами соответствующих блоков ЭВМ, причем между блоками ЭВМ и параллельно интерфейсу имеется двунаправленная связь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9