Релейные защиты

     Синхронизация работы всех устройств, входящих в МПС, регулируется генератором тактовых импульсов (ГТИ), который формирует импульсы, обеспечивающие необходимую последовательность процессов. Генератор тактовых импульсов непрерывно вырабатывает прямоугольные импульсы, подаваемые через Ф1 и Ф2 с определенным периодом (см. рис. 4). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ 

     Для микропроцессорной (цифровой) РЗ первостепенное значение имеет программа ее функционирования. Эта программа разрабатывается на основе алгоритмов действия данного вида РЗ и ее отдельных частей.

     Алгоритмы ИО микропроцессорных устройств  РЗ существенно отличаются от алгоритмов аналоговых устройств РЗ на электро-механической и полупроводниковой элементной базах. Если в аналоговых устройствах алгоритмы ИО основаны на том, что фиксируется факт нахождения измеряемой величины в зоне срабатывания РЗ, независимо от значения этой величины (например, ток больше тока срабатывания, напряжение меньше напряжения срабатывания и т. д.), то в микропроцессорном устройстве сначала вычисляется значение измеряемой величины, а затем уже происходит его сравнение с уставкой или характеристикой срабатывания устройства, имеющейся в памяти МП-системы.

     После подачи питания на МП-систему в  регистр адреса МП загружается первая команда, по которой управление передается управляющей команде. Последняя сначала тестирует МП, память, внешние устройства, затем переписывает основную программу в ОЗУ и передает ей управление. После этого начинается непрерывное выполнение функций РЗ или работа основной программы в режиме реального времени (РВ).

     Основная  программа в режиме РВ производит непрерывно следующие действия:

     - вводит в оперативную память  МП-системы мгновенные значения входных токов и напряжений, преобразованные в цифровую форму с помощью АЦП;

     - производит арифметические и  логические операции над введенными  в ОЗУ числами в соответствии  с принятыми алгоритмами РЗ;

     - осуществляет сравнение преобразованных  чисел с уставкой пускового органа (ПО), если он предусмотрен; если сравнение показывает, что ПО сработал, программа переходит к выполнению алгоритма измерительного органа (ИО), иначе говоря, все действия программы начинаются сначала и она производит необходимые арифметические и логические операции в соответствии с алгоритмом;

     - в программе ИО также производятся  необходимые арифметические и логические операции в соответствии с его алгоритмом;

     - осуществляется сравнение преобразованных  чисел с уставкой ИО;

     - если сравнение показывает, что  ИО сработал, программа запускает орган выдержки времени (ОВВ), если он предусмотрен, или выдает с помощью устройства УДВВ сигнал срабатывания РЗ; иначе все действия программы начинаются сначала;

     - после запуска ОВВ проверяется не вернулся ли ПО. Если ПО вернулся, накопленная выдержка времени сбрасывается, и все действия программы начинаются сначала;

     - осуществляется сравнение выдержки  времени с уставкой, и, если  ПО и ИО не вернулись, а  истекшее время превышает или  равно уставке, программа формирует сигнал срабатывания РЗ, как указано выше.

     Перечисленные действия выполняются циклически непрерывно до тех пор, пока не возникает необходимость либо отключить РЗ (или перевести на сигнал), либо изменить ее уставки. В этом случае нажатием комбинации клавиш на клавиатуре МП-система переводится в один из этих режимов. Если, например, требуется изменение уставок, то нажатие определенной комбинации клавиш с помощью управляющей программы вызывает программу ввода (модификации) уставок, которая с помощью дисплея контролирует правильность вводимых уставок, а затем и правильность введенных данных.

     Если  происходит сбой системы по любой  причине (кратковременное исчезновение напряжения питания, "зацикливание" программы и т. п.), то производится рестарт (перезапуск) системы, т. е. автоматический перевод МП на выполнение программы с нулевого адреса, т. е. выполнение всех начальных операций, которые были описаны выше (тестирование всех устройств МП-системы, перезапись основной программы в ОЗУ и т. д.).

     В отличие от схем РЗ на электромеханической  или микроэлектронной элементной базе в МП-системах информация о токах и напряжениях защищаемого присоединения должна вводиться в виде последовательности чисел (выборок), соответствующих мгновенным значениям токов и напряжений в моменты выборок. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.ТЕРМИНАЛ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ЛЭП 330 кВ И ВЫШЕ 

     Структурная схема терминала. В качестве примера рассмотрим приведенную на рис. 5 структурную схему терминала дистанционной РЗ фирмы ABB, типа REL 521 от всех видов повреждений как междуфазных, так и однофазных КЗ для ЛЭП 330 кВ и выше с одним выключателем на цепь. Терминалом зарубежные фирмы называют комплексные устройства, обеспечивающие не только функции РЗ, но также и осуществляющие другие функции, тесно связанные с РЗ (самоконтроль с диагностикой повреждения, определение расстояния до места повреждения, регистрацию аварийных событий и параметров переходных процессов, АПВ и др.). 

     На  рис. 5 представлены следующие элементы терминала:

     -трансформаторный  блок ТБ с пятью промежуточными  входными ТН и пятью ТТ;

     -частотный  фильтр Ф;

     -аналого-цифровой  преобразовательный блок АЦП на 10 аналоговых сигналов, выделяющий дискретные значения с частотой 2000 Гц;

     -центральный  процессорный блок ЦПБ на многопроцессорной базе, который выполняет все измерительные функции терминала;

     -микроконтроллер  на 32 бита МК в составе ЦПБ;

     -цифровые  сигнальные процессоры СП в составе ЦПБ;

     -входные  светодиоды СД, обеспечивающие гальваническую развязку на входе для устранения влияния помех;

     -выходные  реле;

     -средства  связи, обеспечивающие взаимодействие  персонала с терминалом, ПЭВМ  и автоматизированной системой  управления подстанцией.

     Трансформаторный блок ТБ выполняет те же функции, что и входные преобразователи тока и напряжения в аналоговых РЗ.

     В трансформаторном блоке обрабатываются десять входных величин:

     -три  фазных тока защищаемой ЛЭП;

     -ток  нулевой последовательности 3I₀ защищаемой ЛЭП;

     -ток  нулевой последовательности параллельной  ЛЭП, если она имеется (только  для вводимой по заказу функции  определения места повреждения);

     -три  фазных напряжения защищаемой  ЛЭП;

     -напряжение  открытого треугольника защищаемой  ЛЭП (для функции контроля синхронизма или проверки отключенного состояния ЛЭП, если эта функция используется).

     Частотный фильтр Ф должен пропускать основные составляющие тока и напряжения 50 Гц и ограничивать прохождение других гармоник, являющихся помехами, искажающими синусоиды основных величин.

     Блок  аналого-цифрового преобразования преобразует аналоговые сигналы, поступающие на его вход, в цифровые, которые передаются в ЦПК. Перед поступлением аналоговых сигналов через мультиплексор в АЦП они обрабатываются аналоговыми низкочастотными (НЧ) фильтрами. Отдельный процессор сигнала в блоке АЦП выполняет цифровую НЧ фильтрацию сигналов. В результате общая ширина полосы пропускания сигналов пригодна для РЗ. Затем информация преобразуется из параллельного в последовательный код и передается в измерительный блок (ЦПК). Последовательные сигналы используются также для вводимой по выбору функции записи аварийных режимов.

     Измерительный блок (ЦПК). С целью разделения функций РЗ между несколькими процессорами и повышения тем самым ее надежности в ЦПК наряду с одним микроконтроллером на 32 бита имеется 10 процессоров цифровых сигналов (СП1-СП10). Количество работающих СП зависит от числа основных и вспомогательных функций, задействованных в терминале.

     Информация, поступающая из АЦП в последовательном коде, декодируется и снова преобразуется для трансляции ее методом параллельной передачи в ЦПБ. При этом выполняется также цифровая фильтрация соответствующих сигналов тока и напряжения в установленной полосе пропускания частот (50 Гц).

     Микроконтроллер МК, имеющий длину слова 32 бит, управляет потоками данных, распределяя их между СП, блоками ввода/вывода информации, выполняет некоторые логические функции. Микроконтроллер управляет также портами (интерфейсами):

     -человекомашинного  обмена информацией;

     -общения  персонала с ПЭВМ;

     -связи  с интегрированной системой управления  подстанцией.

     После АЦП информационные сигналы поступают  на параллельно включенные СП.

     Цифровые  сигнальные процессоры. Три процессора СП1-СПЗ выполняют основную функцию измерения полного сопротивления с учетом всех возможных петель (контуров) повреждений (междуфазные КЗ и КЗ на землю). Полученные в результате расчетные значения сопротивлений каждую миллисекунду сравниваются с уставками реактивной и активной составляющих сопротивления для каждого вида повреждения и для каждой зоны РЗ. Эти функции распределены между процессорами следующим образом:

     СП1 - расчет полных сопротивлений для всех КЗ на землю;

     СП2 - расчет полных сопротивлений для всех междуфазных КЗ;

     СПЗ - оценка направления КЗ для всех видов повреждения.

     Процессор СП4 осуществляет функции пускового органа для всех зон РЗ.

     При определении реактивных составляющих в случае КЗ на землю в программе  используется коэффициент компенсации  взаимоиндукции нулевой последовательности К₀, значение которого для разных зон принимается различным.

     Активная  составляющая сопротивления срабатывания реле сопротивления регулируется отдельно для РЗ от междуфазных КЗ и для  КЗ на землю, а также для разных зон.

     В алгоритме реле сопротивления первой зоны предусматривается "память" по напряжению прямой последовательности, продолжительностью 100 мс.

     Блок  интерфейса, БИ (взаимодействия) человека с терминалом. В терминале используется типовой блок интерфейса фирмы ABB, установленный на передней части панели. С помощью этого интерфейса имеется возможность:

     -выполнения  уставок - четыре группы параметров  уставок задаются и считываются только программными средствами;

     -получение  на экране хранящихся в памяти  терминала основных данных о трех последних аварийных нарушениях в защищаемой сети, включая время возникновения аварийных нарушений, их продолжительность, изменение значений отдельных параметров режима в процессе возникновения и развития аварийных нарушений, факты срабатывания конкретных устройств РЗ и автоматики, расстояние до места КЗ и т. д.;

     -просмотра  параметров поврежденного узла  терминала, выявленного системой самодиагностики;

     -упрощенной  проверки различных цепей и  функций терминала в процессе эксплуатации и при проверках.

     Использование ПЭВМ существенно расширяет возможности изучения информации о трех последних аварийных нарушениях, содержащей до 150 событий для каждого случая с указанием времени его возникновения, а также записи изменения контролируемых параметров в переходных режимах.

     На  рисунке не показан блок питания, который включает в себя регулируемый преобразователь постоянного тока аккумуляторной батареи в постоянный, который обеспечивает необходимый уровень стабилизированного оперативного напряжения для всех цепей терминала. В этом же блоке установлены четыре дискретные входные цепи и пять выходных реле. Все они независимо программируются для обеспечения любых функций терминала и соответствующих логических сигналов.