Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением

 

Изобретение относится к электротехнике и микропроцессорной технике и может быть использовано в технике релейной защиты объектов для установки как в ячейках КРУ вводных, секционных, фидерных выключателей, трансформаторов и электродвигателей, так и на линиях ЛЭП для управления высоковольтными выключателями. Техническим результатом является уменьшение габаритов и расширение функциональных возможностей устройства за счет исключения пульта управления с клавиатурой и мини-дисплеем и организации обмена по радиоканалу. Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики дистанционным управлением содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорную систему управления выходным реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты и приемопередатчик с антенной для выполнения функций релейной защиты, автоматики, измерения, осциллографирования, регистрации, управления и контроля присоединений. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты.

Известная система защиты (А.с. Н 02 Н 7/26, 1833937, БИ 30, 15.08.93], содержащая выключатели, первичные преобразователи тока, аналого-цифровые преобразователи, элементы И, блоки логики, элементы ИЛИ и исполнительные органы, выполняющая функции токовой защиты двигателей, имеет большие габариты и ограниченные функциональные возможности Известная микропроцессорная система защиты (Н.Н. Чернобровов, В.А. Семенов. Релейная защита энергетических систем, 1998, с.776, рис.22.1 - [1]), содержащая блоки промежуточных трансформаторов, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему, также имеет большие габариты и ограниченные функциональные возможности, т.к. ее можно устанавливать только в стационарных помещениях.

Наиболее близким техническим решением является устройство "Микропроцессорная система защиты" (Патент RU 2173924, Н 02 Н 7/26, БИ 26 от 20.09.2001), содержащее блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему управления с выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты.

Причем группы выходов блоков гальванически развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены соответственно с первой и второй группой входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты.

Прототип также имеет большие габариты и ограниченные функциональные возможности, т.к. устройство можно устанавливать только в стационарных помещениях (релейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций, в том числе атомных, распределительных подстанций). При этом смена конфигурации защит, блокировок и уставок, а также считывание информации об аварийных событиях осуществляется только с пульта устройства или дистанционно по проводным или оптическим линиям связи.

Цель изобретения - уменьшение габаритов и расширение функциональных возможностей устройства за счет исключения пульта управления с клавиатурой и мини-дисплеем и организации обмена по радиоканалу.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство содержащее блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему управления c выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, причем группы выходов блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены соответственно с первой и второй группой входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов для связи с внешними устройствами, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, является группой входов-выходов для связи с ПЭВМ, введен приемопередатчик, группа входов-выходов которого соединена с третьей группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, выход приемопередатчика является антенным выходом устройства.

Причем микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты содержит два процессора, два оперативных запоминающих устройства, постоянное запоминающее устройство, часы, регистр обмена, устройство аналогового ввода-вывода, устройство дискретного ввода-вывода и драйвер последовательного канала.

На фиг.1 приведена структурная схема устройств; на фиг. 2 - структурные схемы 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.3 - пример реализации блока частотных фильтров; на фиг.4 - пример реализации аналого-цифрового преобразователя; на фиг.5 - пример реализации микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты.

На фиг.1 обозначены: 1 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока; 2 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения; 3 - блок частотных фильтров; 4 - аналого-цифровой преобразователь;
5 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты;
6 - приемопередатчик;
7 - персональный компьютер - ноутбук;
8 - объект диспетчера управления;
9 - группа токовых сигналов защищаемого объекта;
10 - группа сигналов напряжения защищаемого объекта;
11, 12 - группы выходных сигналов с блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения;
13 - группа сигналов блока частотных фильтров;
14 - группа входов-выходов аналого-цифрового преобразователя;
15 - группа входов-выходов для связи с внешними устройствами т.е. входы-выходы устройства аналогового ввода-вывода (УАВВ) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);
16 - группа входов-выходов для связи с персональной электронной вычислительной машиной (ПЭВМ)- канал RS-232;
17 - антенна.

На фиг.2 обозначены:
18 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;
19 - 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 ВD36 или аналогичный.

На фиг.3 обозначены:
R - резисторы типа С2-29В или аналогичные;
С - конденсаторы типа К73-39 или аналогичные.

На фиг.4 обозначены:
20 - мультиплексор, может быть реализован на микросхеме типа ADG4288A или аналогичной;
21 - аналого-цифровой преобразователь, может быть реализован на микросхемах типа AD677AD и REF-01CP или аналогичных;
22 - микропроцессорное устройство, может быть реализовано на микросхеме типа ADSP-2115BP-66 с памятью М27С256 или аналогичной;
23 - буферные регистры, могут быть реализованы на микросхеме типа 74HC374N или аналогичной.

На фиг.5 обозначены:
24 - набор шинных формирователей типа КР1554АП5 или 74НС244 или аналогичных;
25 - устройство аналогового ввода-вывода (УАВВ);
26 - устройство дискретного ввода-вывода (УДВВ);
27 - часы реального времени типа RTC72423B фирмы "EPSON" или аналогичные;
28 - ПЗУ типа АТ28С256 или аналогичное;
29 - ОЗУ типа SRM2A256LLCT или аналогичное;
30 - центральный процессор типа АТ89С52-24Р1 или аналогичный (для упрощения схемы не показан резонатор и цепи управления);
31 - набор буферных регистров типа КР1554ИР23 или аналогичных;
32 - ОЗУ типа SRM2A256LLCT или аналогичное;
33 - микропроцессор типа AT89C52-24PI или аналогичный (для упрощения схемы не показан резонатор и цепи управления);
34 - драйвер для связи с ПЭВМ типа ADM232AAN фирмы "ANALOG DEVICES" или аналогичный (канал RS-232).

Микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 5 может быть реализована в соответствии с [1, рис.22.4], причем входы-выходы 15 выводятся из устройств УАВВ и УДВВ, а входы-выходы 16 выводятся из последовательного порта RS-232, который присутствует в каждой микропроцессорной системе (на рис.22.4 последовательный порт не показан).

Микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 5 может быть также реализована в соответствии с (Патент RU 2171475, G 01 R 23/00, Н 02 Н 03/46, БИ 21, 27.07.2001 - [2]) - микропроцессорная система 8 (фиг.4) совместно с блоком ввода-вывода 9 (фиг. 3). В качестве приемопередатчика может быть использовано любое из следующих устройств:
- радиомодем "Телур-РМ", производство ЗАО "Радиотелеком", г. Санк-Петербург;
- радиомодем "Гамма", производство ЗАО "Аксион-Связь", г. Ижевск;
- радиомодем "9600", производство Ижевский радиозавод;
- радиостанция "Заря", Государственный радиозавод, г. Рязань.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 1 и напряжения 2, блок частотных фильтров 3, аналого-цифровой преобразователь 4, микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 5, приемопередатчик 6 с антенной 7.

Причем группы выходов 11 и 12 блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 1 и напряжения 2 соединены соответственно с первой и второй группой входов блока частотных фильтров 3, группа выходов 13 которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя 4, группа входов-выходов 15 которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 5, вторая группа входов-выходов 15 которой является группой входов-выходов для связи с внешними устройствами, третья группа входов-выходов 16 микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 5 соединена группой входов-выходов приемопередатчика 6.

Причем микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 5 содержит два процессора 30 и 33, два оперативных запоминающих устройства 29 и 32, постоянное запоминающее устройство 28, часы 27, регистр обмена 31, устройства аналогового ввода-вывода 25, устройство дискретного ввода-вывода 26 и драйвер последовательного канала 34.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением работает следующим образом.

Сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения защищаемого объекта поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 1 и 2.

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 18 и 19, 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 3.

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) 4 для изменения формы сигнала на дискретную (цифровую), т. к. последующая обработка сигналов будет производиться цифровыми микросхемами.

Входные отфильтрованные сигналы по n-каналам группы сигналов 13 поступают на мультиплексор 20, который производит последовательное подключение входа АЦП 21 к одному из n-каналов. Всей работой аналого-цифрового преобразователя 4 управляет микропроцессорное устройство 22, которое обеспечивает цифровую фильтрацию входных сигналов, расчет вторичных электрических параметров сети, выполнение процедур самодиагностики, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 5 через буферные регистры 23 по группе входов-выходов 14.

Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты получает значения электрических параметров защищаемого объекта из аналого-цифрового преобразователя 4 и информацию о состоянии дискретных входов от УДВВ 26. На основании этой информации, а также значений программных ключей и уставок, хранящихся в ППЗУ 28, вырабатываются, в соответствии с алгоритмами защиты, команды управления выходными реле и сигнализацией, которые поступают через УАВВ 25 по каналу 15 на объекты управления и сигнализации.

Более подробная информация о работе микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты приведена в [1, с. 778-783].

Помимо выполнения функций защиты и автоматики, центральный процессор микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмом защиты обеспечивает обмен с персональной ЭВМ 7 по радиоканалу через антенну 17 следующим образом.

Персональная ЭВМ (ноутбук) 7, с соответствующим программным обеспечением и соединенная с приемопередатчиком 6, находится на рабочем месте диспетчера на центральном диспетчерском пункте и у бригадира ремонтной бригады. С центрального диспетчерского пункта автоматически производится периодический опрос и протоколирование информации из памяти микропроцессорных устройств, расположенных на линиях электропередачи и на подстанциях. В памяти устройств хранятся параметры девяти последних аварийных событий, информация об общем их количестве, а также о времени пусков и срабатываний защит, количестве отключений выключателя и циклов автоматического повторного включения. При срабатывании защиты автоматически фиксируется осциллограмма действующих значений пяти аналоговых сигналов и временная диаграмма восьми дискретных сигналов. При необходимости диспетчер может в любой момент снять эти показания с любого из удаленных пунктов, а также выдать команды на включение или отключение выключателей и необходимых участков сети (при объединении устройств в АСУ).

При возникновении неисправностей, диспетчер анализирует обстановку и направляет ремонтную бригаду к наиболее вероятному месту повреждения. Также при наличии резервных линий (при объединении устройств в АСУ), диспетчер производит переключение с целью максимального восстановления обслуживания потребителей. Таким образом, введение приемопередатчика расширяет функциональные возможности устройства и позволяет создавать интегрированные диспетчерские системы, обеспечивающие диспетчеру непрерывный доступ к информации о состоянии удаленных обслуживаемых объектов, а также возможность дистанционного управления этими объектами. Исключение из устройства, по сравнению с прототипом, пульта управления (мини-дисплея, клавиатуры и индикаторов) привело к уменьшению габаритов устройства в 2 раза.

Формула изобретения

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики, содержащее блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему управления выходным реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмом защиты, причем группы выходов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены соответственно с первой и второй группой входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмом защиты, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов для связи с внешним устройством, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмом защиты является группой входов-выходов для связи с ПЭВМ, отличающееся тем, что оно содержит приемопередатчик, группа входов-выходов которого соединена с третьей группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходным реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмом защиты, выход приемопередатчика является антенным выходом устройства, причем микропроцессорная система управления выходным реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмом защиты содержит два процессора, два оперативно-запоминающих устройства, постоянное запоминающее устройство, часы, регистр обмена, устройство аналогового ввода-вывода, устройство дискретного ввода-вывода и драйвер последовательного канала.

РИСУНКИ

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