Микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации

 

Изобретение относится к электротехнике, микропроцессорной технике и системам сбора, обработки и отображения информации и может быть использовано в системах центральной сигнализации электрических подстанций, оборудованных цифровыми или электрическими устройствами релейной защиты и автоматики, в различных отраслях ТЭК и промышленности. Техническим результатом является повышение надежности устройства за счет введения диагностики входящих узлов и расширение функциональных возможностей за счет введения функций регистрации, отображения и сигнализации с возможностью изменения конфигурации и оперативной передачи информации. Микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации содержит блок контроля, блок фиксации изменения напряжения, микропроцессорную систему, четыре выключателя, включенные в первичные обмотки трансформатора. Информация, полученная со вторичной обмотки трансформатора, поступает в микропроцессор блока контроля, который передает ее в центральный процессор микропроцессорной системы, который управляет реле звуковой сигнализации, обобщенной или любой другой сигнализации, которые подключены к устройствам вывода информации микропроцессорной системы. При этом устройство обеспечивает обнаружение обрывов, обесточивания или неисправности внутренних цепей канала импульсной сигнализации. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, микропроцессорной технике и системам сбора, обработки и отображения информации о состоянии объекта и может быть использовано в системах центральной сигнализации электрических подстанций, оборудованных цифровыми или электромеханическими устройствами релейной защиты и автоматики, в различных отраслях ТЭК и промышленности. Известное устройство для фиксации электрических величин аварийного режима [A. C. (SU) G 01 R 31/08 1688203, БИ 40, 30.10.91 г.], содержащее входной преобразователь, генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, цифровой компаратор, блок памяти, элемент памяти, одновибратор, кнопки управления, реле времени в виде таймера, регистра памяти и цифрового компаратора, блок индикации, токоограничивающий резистор, блок питания. Устройство позволяет фиксировать электрические величины аварийного режима, но обладает малой надежностью и ограниченными функциональными возможностями.

Известное релейное устройство для измерения отклонений электрической величины [А.С. (JP) H 02 H 3/44, 1/06, 3-1888, БИ 7-48, 11.01.91 г.], содержащее реле, схему, фиксирующую нормальную работу источника питания цепей управления или уменьшения его напряжения ниже определенного уровня, схему памяти (триггер), две схемы И, схему ИЛИ и два инвертора, обладает невысокой надежностью, т.к. при отсутствии диагностики выход из строя любой из цифровых схем приводит к нарушению процесса измерения и формированию ошибочных результатов.

Устройство обладает также ограниченными функциональными возможностями, т.к. определяет только изменение электрической величины.

Наиболее близким техническим решением является схема реле однополюсного замыкания на землю с возможностью контроля и проверки работы [A.C. (JP) Н 02 Н 3/34, 3/05, 3-18409, БИ 7-46, 12.03.1991 г.], содержащая три блока, измеряющие сумму напряжений, блок, фиксирующий повышение напряжения, цепь отключения выключателей, состоящую из последовательно соединенных контактов, блок контроля, контакты выключателя, установленные в первичных трансформаторных обмотках, и устройство блокировки блока контроля. Прототип также обладает низкой надежностью за счет отсутствия диагностики входящих узлов и ограниченными функциональными возможностями, определяющими только измерением суммы напряжений двух фаз.

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет введения диагностики входящих узлов и расширение функциональных возможностей за счет введения функций регистрации, отображения и сигнализации с возможностью изменения конфигурации и оперативной передачи информации. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок контроля, блок фиксации изменения напряжения, три первичные трансформаторные обмотки с установленными в них выключателями, выключатель, вторичную трансформаторную обмотку, выходы которой соединены со входами блока фиксации изменения напряжения, введены четвертая первичная трансформаторная обмотка и микропроцессорная система, причем четвертый выключатель установлен в четвертую первичную обмотку и все обмотки размещены на одном магнитном сердечнике трансформатора, причем выход блока фиксации изменения напряжения соединен со входом блока контроля, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока фиксации изменения напряжения, группа входов квитирования является группой входов блока контроля, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются входами управления (включения/отключения) первого, второго, третьего и четвертого выключателя, соответственно, группа входов-выходов блока контроля является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы, вторая группа входов-выходов которой является входами-выходами для связи с ПЭВМ и АСУ, группа выходов микропроцессорной системы является выходами для связи с устройствами сигнализации и отображения, группа входов которой предназначена для приема сигналов от объекта.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства.

На фиг.2 - пример реализации блока фиксации изменения напряжения На фиг.3 - пример реализации выключателя.

На фиг.4 - пример реализации блока контроля.

На фиг.5 - пример реализации узла согласования.

На фиг.1 обозначены: B1...В4 - выключатели 1, 2 - входной и выходной контакты выключателя 3 - цепи управления выключателя Т - трансформатор (сердечник М2500 НМС1-15-7750-КВ14х5, провод ПЭВ2 0,15, 1 обм=400 мГн, К=1 с точностью 3%) 4 - блок фиксации изменения напряжения 5 - блок контроля 6 - микропроцессорная система 7, 8 - выходы блока контроля
9 - группа входов квитирования
10 - группа входов-выходов блока контроля
11 - группа входов-выходов микропроцессорной системы для связи с ПЭВМ и АСУ
12 - группа выходов для управления внешними устройствами сигнализации
13 - группа входов для связи с объектами
На фиг.2 обозначены:
14 - операционный усилитель, например AD711AQ фирмы "Analog Device", или аналогичный
15 - формирователь опорного напряжения, например AD680AN, или аналогичный
16 - аналого-цифровой преобразователь, например AD7893AN-5 фирмы "Analog Device", или аналогичный
Д - диоды 2Д510А или аналогичные
R - резисторы, например С2-33, или аналогичные
С - конденсатор типа К 10-17 или аналогичный
На фиг.3 обозначены:
R - резистор, например С2-33 или аналогичный
DV - оптрон SFH608-3 или аналогичный
R₁ - резистор SQP5W 10 м или аналогичный
V - ограничитель напряжения 1.5KE6V8P или аналогичный
На фиг.4 обозначены:
G - резонатор кварцевый РК-386ММ или аналогичный
17 - узел микропроцессорный АТ89С52-24Р1 или аналогичный
18 - узел согласования
19 - шинный формирователь 74НС244 или аналогичный
20 - элемент согласования 74АС34 или ЛП9 или аналогичный
На фиг.5 обозначены:
R - резисторы, например С2-33, или аналогичные
DV - оптрон SFH608-2 или аналогичный
Д1 - стабилизатор В2Х55С39 или аналогичный
Д2 - диод 2Д510А или аналогичный
V - транзистор ВС547 или аналогичный
Микропроцессорная система 6 может быть также реализована в соответствии с [Н.Н. Чернобровов, В.А. Семенов. "Релейная защита энергетических систем", 1998, стр.778, рис.22.4], причем центральный процессор может быть реализован на микросхеме АТ89С52-24Р1, УАВВ и УДВВ могут быть реализованы на базе микропроцессоров AT89C2051, AT89C52 или аналогичных, для связи с клавиатурой и для управления мини-дисплеем может использоваться микросхема АТ603-6A1 или аналогичная. Связь между ЦП и микропроцессорами может осуществляться по последовательному каналу RS-232. Входы-выходы 11 выходят также из последовательных портов RS-232 и RS-485 (не показаны). Входы 13 и выходы 12 поступают и выходят, соответственно, в/из УАВВ/УДВВ. Более подробная информация о работе микропроцессорной системы приведена там же на стр.778-783.

Микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации содержит блок контроля 5, блок фиксации изменения напряжения 4, четыре выключателя B1. . . B4, включенные в первичные обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого соединена со входами блока фиксации изменения напряжения, выход которого соединен со входом блока контроля 5, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока фиксации изменения напряжения 4, группа входов квитирования 9 является группой входов блока контроля, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются входами управления 3 (включения/отключения) первого, второго, третьего и четвертого выключателя B1...В4, соответственно, группа входов-выходов 10 блока контроля является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы 6, вторая группа входов-выходов 11 которой является входами-выходами для связи с ПЭВМ и АСУ, группа выходов 12 микропроцессорной системы является выходами для связи с устройствами сигнализации и отображения, группа входов 13 которой предназначена для связи с объектами. В устройстве прием и индикация групповых сигналов от шинок ШЗА, ШЗП1, Ш3П2, ВШ (аналог реле импульсной сигнализации) происходит следующим образом.

Токовые сигналы с шин поступают на приемники тока импульсной сигнализации, реализованные на трансформаторе Т, выключателях B1...В4 и блоке 4.

По сигналам квитирования, поступающим по группе входов 9 на микропроцессор 17 блока 5, микропроцессор через порт Р2 открывает транзистор оптопары DV одного из выключателей В и подключает первичную обмотку трансформатора Т к входному резистору R1 выключателя В.

Вторичная обмотка трансформатора нагружена на вход операционного усилителя 14. Напряжение, выделившееся на входном резисторе, прикладывается к первичной обмотке, при этом на вторичной обмотке формируется импульс, пропорциональный токовому сигналу. Далее этот импульс усиливается усилителем 14 и поступает на аналого-цифровой преобразователь 16 (АЦП). АЦП преобразует напряжение в цифровой код и передает его в порт Р1 микропроцессора 17 блока контроля 5. Событие в канале импульсной сигнализации фиксируется при скачкообразном увеличении тока шинки на определенную величину. Устройство не реагирует на медленное изменение тока шинки. При этом обеспечивается нечувствительность канала к изменениям напряжения питания шинок. К шинке одного канала может быть подключено до 30 датчиков.

Микропроцессор 17 информацию о состоянии шинок передает в центральный процессор микропроцессорной системы 6, которая в соответствии с программными ключами управляет реле звуковой, обобщенной или любой другой сигнализации, которые подключены к устройствам вывода информации (УАВВ и УДВВ) микропроцессорной системы.

Функционирование входов квитирования 9 блока контроля 5 зависит от выбранного метода индикации и звуковой сигнализации. Отображение состояния входов (кроме групповых сигналов устройства позволяет принять и проиндицировать еще 30 сигналов через УАВВ и УДВВ) осуществляется с помощью светодиодных индикаторов, расположенных на пульте (устройство отображения).

Микропроцессорная система 6 запоминает (регистрирует) не менее 100 событий. В регистре микропроцессорной системы фиксируются тип событий и астрономическое время их наступления. Микропроцессорная система производит программную регулировку выдержек времени на пуск каждого входа, позволяет проводить дистанционный ввод уставок и конфигурацию, связь по двум стандартным каналам RS232 и RS485 и включение в АСУ в качестве подсистемы нижнего уровня.

Мини-дисплей микропроцессорной системы позволяет отображать:
- текущее астрономическое время и дату
- значения уставок и параметров конфигурации блока
- номер канала, шин и время последних десяти событий по каждому каналу
- результаты самодиагностики
- меню режимов программирования.

Клавиатура обеспечивает:
- отключение звуковой сигнализации и квитирование сигналов
- управление отображением информации на дисплее
- выбор режима работы
- ввод и изменение уставок и параметров конфигурации
- тестирование.

Таким образом, расширение функциональных возможностей заключается в том, что устройство позволяет собрать, обработать, наглядно отобразить и оперативно передать информацию о состоянии объекта, а также быстро и удобно изменить конфигурацию системы сигнализации.

Самодиагностика
Фоновая диагностика устройства выполняется непрерывно в течение всего времени работы, обеспечивая контроль всех узлов. При этом проходят тесты:
- индикаторов
- дисплея
- клавиатуры
- каналов связи
- выходных реле.

Для контроля исправности шинок и канала импульсной сигнализации к каждой шинке должно быть подключено по одному дополнительному резистору. При этом устройство обеспечивает обнаружение обрыва шинки, ее обесточивание или неисправность внутренних цепей канала импульсной сигнализации, что позволяет повысить надежность устройства.

Формула изобретения

Микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации, содержащее блок контроля, блок фиксации изменения напряжения, три первичные трансформаторные обмотки с установленными в них выключателями, выключатель, вторичную трансформаторную обмотку, выходы которой соединены со входами блока фиксации изменения напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет введения диагностики входящих узлов и расширения функциональных возможностей за счет введения функций регистрации, отображения и сигнализации с возможностью изменения конфигурации и оперативной передачи информации, в него введены четвертая первичная трансформаторная обмотка и микропроцессорная система, причем четвертый выключатель установлен в четвертую первичную обмотку и все обмотки размещены на одном магнитном сердечнике трансформатора, причем выход блока фиксации изменения напряжения соединен со входом блока контроля, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока фиксации изменения напряжения, группа входов квитирования является группой входов блока контроля, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются входами управления (включения/отключения) первого, второго, третьего и четвертого выключателя, соответственно, группа входов-выходов блока контроля является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы, вторая группа входов-выходов которой является входами-выходами для связи с ПЭВМ и АСУ, группа выходов микропроцессорной системы является выходами для связи с устройствами сигнализации и отображения, группа входов которой предназначена для приема сигналов от объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5