Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики

Значения модулей векторов вычисляются каждые 5 мс и сравниваются с уставками, введенными в устройство при настройке его на конкретное применение.

 При срабатывании  какой-либо ступени защиты происходит  автоматическое уменьшение значения уставки на 3% для исключения дребезга и обеспечения коэффициента возврата порядка 0,97. При токе менее 2 А коэффициент возврата уменьшается до 0,93.

Далее запускаются временные  задержки, заданные для каждой ступени срабатывания. В случае снижения входных токов ниже порога происходит сброс выдержки времени. Для зависимых характеристик выдержка времени управляется текущим током.

После выдержки заданного  времени включенных защит происходит отключение выключателя с помощью силового реле «Откл.».

В момент срабатывания контактов  реле происходит фиксация причины отключения линии (вид сработавшей защиты, внешнее отключение или команда), момента срабатывания защиты при помощи встроенных часов-календаря, а также время, прошедшее с момента выявления условий срабатывания защиты до момента замыкания выходных контактов реле «Откл» т_защ (по нему можно судить о реальном полном времени реакции защиты на аварию). Дополнительно, по сигналу отключения выключателя РПО, происходит фиксация общего времени существования аварийной ситуации Т_откл . Это позволяет определять время отключения высоковольтного выключателя.

Размыкание контактов  реле «Откл.» происходит только после  разрыва цепи катушки отключения выключателя блок-контактами выключателя для защиты контактов реле устройства от подгорания. Аналогично реализована и цепь включения выключателя. Отключение реле устройства при несрабатывании блок-контактов производится вручную, кнопкой «Сброс», после снятия питания цепей управления.

При любом включении  выключателя с помощью устройства автоматически вводится ускорение срабатывания любых ступеней МТЗ в течение времени т_ускор . Задержка при ускорении задается отдельной уставкой т_ускор . По истечении времени т_ускор ускорение выводится из работы, и начинают действовать различные уставки по времени для разных ступеней МТЗ. Наличие ускорения по каждой из ступеней задается уставками. Если время задержки ускорения задано больше времени задержки какой-либо ступени МТЗ, то действует меньшая уставка.

При условии выдачи команды  на отключение линии и отсутствии снижения входного тока ниже значения 0,2 А в течение заданного уставкой Т_уров времени, срабатывает выходное реле «УРОВ» и выдает сигнал отключения вводного и до двух секционных выключателей. Время задержки выдачи сигнала УРОВ задается уставкой Т_уров . Таким образом, сигнал УРОВ будет выдаваться только при условии несрабатывания выключателя линии. Это позволяет снизить время отключения вышестоящего выключателя и уменьшить последствия отказа выключателя линии. Замкнутое состояние контактов реле «УРОВ» обеспечивается до снижения тока в линии ниже 0,2 А. Длительность замкнутого состояния реле «УРОВ» — не менее 1 с для исключения размыкания цепи отключения контактами реле.

 

Самодиагностика устройства.

При включении питания  происходит полная проверка программно доступных узлов устройства, включая сам процессор, ПЗУ, ОЗУ, память уставок ЭНП, входные и

выходные дискретные порты, а также АЦП. В случае обнаружения отказов, а также при отсутствии оперативного питания выдается сигнал нормально замкнутыми контактами реле «Отказ», и устройство блокируется.

В процессе работы процессор  постоянно перепрограммирует так  называемый сторожевой таймер, который, если его периодически не сбрасывать, вызывает аппаратный сброс процессора устройства и запускает всю программу с начала, включая полное

начальное самотестирование. Таким образом, происходит постоянный контроль как отказов, так и случайных сбоев устройства с автоматическим перезапуском устройства.

В устройстве имеется режим  «Контроль», позволяющий вывести  на индикатор текущие значения фазных токов, тока нулевой и обратной последовательностей, состояние

входных дискретных сигналов, а также текущие дату и время. Это позволяет дополнительно, с участием оператора, проверить целостность входных цепей и правильность установки текущего времени. В режиме «Контроль» полностью сохраняются все функции защиты,

поэтому никакого ввода пароля не требуется.

 Структурная  схема.

Токи контролируемой линии  поступают на входные измерительные  трансформаторы, осуществляющие гальваническую развязку и согласование уровней сигналов. Далее они поступают на модуль АЦП, где предварительно фильтруются, а затем оцифровываются аналого-цифровым преобразователем АЦП. Процессор ПРЦ-2, расположенный на модуле АЦП, производит цифровую обработку сигналов. Полученные данные

передаются главному процессору в модуль МК.

Плата главного процессора МК, кроме собственно 16-разрядного микропроцессора, содержит 48 кбайт ПЗУ, 8 кбайт сохраняемого ОЗУ, таймер, сторожевой таймер, контроллер

прерываний, часы-календарь, схему резервного питания памяти и календаря, энергонезависимую память уставок, входные и выходные регистры. Главный процессор обслуживает также интерфейс управления дисплеем и последовательный канал связи.

Блок индикации БИ позволяет  выводить информацию на табло в буквенно-цифровом виде, а также управлять подсветкой ЖК индикатора.

Режимы работы устройства задаются с клавиатуры КЛ, содержащей 4 кнопки для диалога («Выход», « », « », «Ввод») и кнопку «Сброс» для сброса цепей сигнализации и управления. Обслуживание клавиатуры и ЖК индикатора осуществляет плата управления дисплеем, выполненная на спецпроцессоре.

Платы оптронной развязки осуществляют гальваническую развязку входных сигналов от схемы устройства и рассчитаны на номинальный уровень входных сигналов 220 В постоянного тока. Исполнение для напряжения управляющих сигналов 110В постоянного тока должно оговариваться при заказе устройства.

Блок выходных реле содержит сигнальные и силовые реле для  управления подключенным оборудованием. Коммутирующие контакты реле выведены на внешние разъемы и клеммы устройства.

Блок питания обеспечивает все блоки устройства необходимыми напряжениями и выполнен по схеме  с бестрансформаторным входом. Это  позволяет осуществить питание устройства от источника напряжением 220 В как переменного, так и постоянного тока.

Блок питания выдает следующие стабилизированные напряжения: +5; ±15 и +24 В.

 Описание входных и выходных сигналов устройства.

 Клеммы I_a, I_b и I_C предназначены для подключения вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока линии. Обмотки обязательно должны быть правильно сфазированы. Клеммы начала обмоток помечены знаком «*». При отсутствии ИТТ в фазе В входные клеммы остаются свободными, а в уставках конфигурации задается «ТТ фазы В ОТКЛ». В таком случае значение тока в фазе В рассчитывается по формуле (1). Для энергосистем с обратным чередованием фаз АСВ предусмотрена уставка «Черед. фаз ПРЯМО/ОБРАТН», что существенно для расчетных значений тока I₂.

Для подвода тока 3I₀ линии для реализации защиты от замыканий на землю предназначены клеммы ЗI₀. Полярность подключения ТТНП к входным клеммам устройства безразлична, так как устройство работает по модулю суммы высших гармоник от 3 до 11. Тумблер «Газ. защ.» (отключение газовой защиты) позволяет оперативно переключать действие сигнала «Газовая защита» с отключения выключателя на сигнализацию. Это может потребоваться, например, при доливке масла в трансформатор при использовании устройства на ТСН.

Состояние тумблеров оперативного управления, размещенных на передней панели устройства, фиксируется в памяти аварий в момент выдачи команды на отключение. Это позволяет в необходимых случаях выявить ошибки дежурного персонала при коммутации тумблеров.

 Устройство  и работа составных частей

 Узел входных трансформаторов (УВТ).

 Устройство содержит три одинаковых трансформатора тока по каждой фазе и трансформатор тока нулевой последовательности. При отсутствии измерительного трансформатора тока в фазе В на присоединении соответствующие входные клеммы устройства оставляют свободными, а уставку «ТТ фазы В» задают «Откл».

 Промежуточные трансформаторы  тока обеспечивают гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов. Первичные обмотки ТТ обеспечивают заданную термическую стойкость при кратковременных перегрузках по входным сигналам.

 Модуль контроллера  МК (ПРЦ-1)

 Модуль контроллера  МК выполняет следующие функции:

— прием обработанных значений токов и напряжений от модуля АЦП;

— выбор максимального  значения из трех фазных токов;

— сравнение рассчитанных значений токов с уставками;

— отработка выдержек времени;

— выдача сигналов на соответствующие  реле;

— постоянный опрос всех дискретных сигналов;

— индикация состояния  устройства на светодиодах;

— опрос управляющих  кнопок;

— обслуживание линии связи;

— вывод информации на дисплей;

— постоянная самодиагностика  модуля.

Модуль АЦП (ПРЦ-2)

Модуль АЦП выполняет  следующие функции:

— прием сигналов от трансформаторов  тока (4 канала);

— аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов;

— фильтрация аналоговых сигналов, подавление апериодической и высокочастотных составляющих, начиная со второй гармоники;

• восстановление тока фазы В лри ее отсутствии;
• расчет действующих значений первой гармонической составляющей входных сигналов;

— расчет действующего значения тока обратной последовательности I₂;

— выделение сигнала 3Iо высших гармоник полосовым фильтром с детектором;

— постоянный обмен с  модулем центрального процессора МК;

— постоянная самодиагностика  модуля.

 Модули оптронной  развязки

 Модули оптронной развязки обеспечивают:

— гальваническую развязку входных дискретных сигналов от электронной  схемы устройства;

— высокую помехоустойчивость функционирования за счет высокого порога срабатывания оптоэлектронного преобразователя не ниже 0,5 от u_hom .

Устройство комплектуется  модулями оптронной развязки одной  из двух модификаций — на напряжение 220В постоянного тока или на напряжение 110 В постоянного тока. Требуемую модификацию следует оговаривать при заказе устройства.

При питании устройства от переменного или выпрямленного тока в любом случае оп-тронные цепи должны быть запитаны только постоянным напряжением. Для выпрямленного тока необходимо сглаживание напряжения с помощью электролитического конденсатора.

Узел выходных реле

Выходные реле, примененные в устройстве, обеспечивают гальваническую развязку электронной схемы устройства с коммутируемыми цепями и обладают высокой коммутирующей способностью.

 Напряжение питания  управляющих обмоток выходных  реле составляет 24 В постоянного тока.

 Блок питания (БП)

 БП преобразует первичное напряжение оперативного питания (переменное, постоянное или выпрямленное) во вторичные выходные стабилизированные напряжения постоянного тока +5, ±15 и +24 В.

 

УСТРОЙСТВО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ RTU 24 НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРА СЕРИИ ИМ-2448.

Контроллер серии ИМ–2448 применятся для долговременного, непрерывного контроля и управления различным  технологическим оборудованием, построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления.

Контроллеры обеспечивают выполнения следующих функций:

• аналоговый ввод-вывод стандартных токовых сигналов и сигналов напряжения;
• дискретный ввод-вывод;
• первичное преобразование информации;
• прием и выполнение команд от удаленной вычислительной системы и передача в ее адрес преобразованных данных о измеряемых параметрах и состоянии контролируемого оборудования с использованием последовательных интерфейсов типа  - RS-232, проводного или радиомодема.

 

    В состав  программного обеспечения контроллера  включен специализированный набор  алгоритмов, реализованных в виде подпрограмм микропроцессора, который позволяет выполнять локальные задачи по защите управляемого электрооборудования, контролю состояния электропитания потребителя, локальному управлению и регулированию и т.д. При использовании встроенных масштабирующих трансформаторов возможно подключение к трансформаторам тока и напряжения распределительных устройств.

Контроллеры выпускаются  в различных модификациях, конкретный тип определяется при проектировании. Модификации отличаются наличием клавиатуры и дисплея в применениях  для канализационных и насосных станций и количеством входных и выходных сигналов.

Все типы контроллеров имеют встроенные средства самодиагностики  и контроля работоспособности, выполнены  на самой современной элементной базе в металлических корпусах со специальным покрытием. Выходы телеуправления допускают подключение мощных нагрузок без использования промежуточных реле. Средства связи, SCADA-программа, одни для всех применений. Технические средства, по решению Заказчика, могут устанавливаться в существующие шкафы управления или поставляться комплектно со шкафами управления.

 

Типичный состав комплектного шкафа управления: