Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

Для ввода уставок РЗ и осуществления контроля за ними в

МП-системе предусмотрена упрощенная клавиатура, содержа-

щая небольшое число цифровых и буквенных клавиш, а также

минидисплеи, рассчитанный на несколько строк, и порядка

20 знакомест в строке. С помощью дисплея осуществляется

визуальный контроль при вводе уставок РЗ, а также оценива-

ются входные и выходные данные в процессе функционирова-

ния системы.

Перечисленные внешние устройства имеют связи со всеми

шинами МП-системы, которая содержит часто средства для

связи с персональной ЭВМ и с принтером для вывода на печать

протокола работы РЗ или результатов ее периодической провер-

ки (на схеме не показаны).

На рис.

22.4

не показано также перепрограммируемое запоми-

нающее устройство (ППЗУ), которое используется для возмож-

ности оперативной модификации программ. Кроме того, для

оперативного изменения уставок РЗ МП-система оснащена

энергонезависимым ОЗУ.

Группа элементов памяти каждого вида памяти составляет

ячейку или слово памяти, содержащее число элементов, крат-

ное 8 (8, 16, 32 и т. д.). Слово из восьми двоичных разрядов назы-

вается байтом. В зависимости от размера ячейки памяти,

МПС называют 8, 16 или 32-битными или 1-4 байтными. Каждая

ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Совокупность

нулей и единиц, находящихся в элементах памяти, представля-

ет собой содержимое ячейки памяти.

Синхронизация работы всех устройств, входящих в МПС, ре-

гулируется генератором тактовых импульсов (ГТИ), который

формирует импульсы, обеспечивающие необходимую последо-

вательность процессов. Генератор тактовых импульсов непре-

рывно вырабатывает прямоугольные импульсы, подаваемые

через

Ф1

Ф2

с определенным периодом (см. рис. 22.4).

22.4.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ

Для микропроцессорной (цифровой) РЗ первостепенное зна-

чение 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 (на-

пример, ток больше тока срабатывания, напряжение меньше

напряжения срабатывания и т. д.), то в микропроцессорном уст-

ройстве сначала вычисляется значение измеряемой величины,

а затем уже происходит его сравнение с уставкой или характе-

ристикой срабатывания устройства, имеющейся в памяти

МП-системы.

После подачи питания на МП-систему в регистр адреса МП

загружается первая команда, по которой управление переда-

ется управляющей команде. Последняя сначала тестирует МП,

память, внешние устройства, затем переписывает основную

программу в ОЗУ и передает ей управление. После этого начи-

нается непрерывное выполнение функций РЗ или работа основ-

ной программы в режиме реального времени (РВ).

Основная программа в режиме РВ производит непрерывно

следующие действия:

вводит в оперативную память МП-системы мгновенные зна-

чения входных токов и напряжений, преобразованные в цифро-

вую форму с помощью АЦП;

производит арифметические и логические операции над

введенными в ОЗУ числами в соответствии с принятыми алго-

ритмами РЗ;

осуществляет сравнение преобразованных чисел с уставкой

пускового органа (ПО), если он предусмотрен; если сравнение

показывает, что ПО сработал, программа переходит к выполне-

нию алгоритма измерительного органа (ИО), иначе говоря, все

действия программы начинаются сначала и она производит

необходимые арифметические и логические операции в соот-

ветствии с алгоритмом;

в программе ИО также производятся необходимые арифмети-

ческие и логические операции в соответствии с его алгоритмом;

осуществляется сравнение преобразованных чисел с устав-

кой ИО;

если сравнение показывает, что ИО сработал, программа за-

пускает 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

782

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 непре-

рывно до тех пор, пока не возникает необходимость либо отклю-

чить 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, напри-

мер,

требуется изменение уставок, то нажатие определенной

комбинации клавиш с помощью управляющей программы вы-

зывает программу ввода (модификации) уставок, которая с

помощью дисплея контролирует правильность вводимых уста-

вок, а затем и правильность введенных данных.

Если происходит сбой системы по любой причине (кратковре-

менное исчезновение напряжения питания, "зацикливание"

программы и т. п.), то производится рестарт (перезапуск) си-

стемы, т. е. автоматический перевод МП на выполнение про-

граммы с нулевого адреса, т. е. выполнение всех начальных опе-

раций, которые были описаны выше (тестирование всех уст-

ройств МП-системы, перезапись основной программы в ОЗУ

и т. д.).

В отличие от схем РЗ на электромеханической или микро-

электронной элементной базе в МП-системах информация о

токах и напряжениях защищаемого присоединения должна

вводиться в виде последовательности чисел (выборок), соот-

ветствующих мгновенным значениям токов и напряжений в

моменты выборок.

22.5.

ТЕРМИНАЛ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ

ЗАШИТЫ ЛЭПЗЗОкВ И ВЫШЕ

Структурная схема терминала. В качестве примера рассмот-

рим приведенную на рис. 22.5 структурную схему терминала

дистанционной РЗ фирмы АВВ, типа КЕЬ 521 от всех видов по-

вреждений как междуфазных, так и однофазных КЗ для ЛЭП

330 кВ и выше с одним выключателем на цепь. Терминалом за-

рубежные фирмы называют комплексные устройства, обеспе-

чивающие не только функции РЗ, но также и осуществляющие

783

-оЫ*

I—сз{>-<-

ТБ

ипв

— з

-ишь

•ЧШЬ

чшь

-ЧсШН

-9"

гл

—Вход

'"Выход

-1

—Вход

*-Выход

О&щение

- чел о бека

~кПЗВМ

-к

АСУ ПС

Рис.

22.5.

Структура микропроцессорного терминала КЕЬ 521

другие функции, тесно связанные с РЗ (самоконтроль с диаг-

ностикой повреждения, определение расстояния до места по-

вреждения, регистрацию аварийных событий и параметров

переходных процессов, АПВ и др.).

На рис. 22.5 представлены следующие элементы терминала:

трансформаторный блок ТБ с пятью промежуточными вход-

ными ТН и пятью ТТ;

частотный фильтр Ф;

аналого-цифровой преобразовательный блок АЦП на 10 ана-

логовых сигналов, выделяющий дискретные значения с часто-

той 2000 Гц;

центральный процессорный блок ЦПБ на многопроцессор-

ной базе, который выполняет все измерительные функции тер-

минала;

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 управ-

ления подстанцией.

784

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

защищаемой ЛЭП;

ток нулевой последовательности параллельной ЛЭП, если

она имеется (только для вводимой по заказу функции опреде-

ления 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 составля-

ющие тока и напряжения 50 Гц и ограничивать прохождение

других гармоник, являющихся помехами, искажающими сину-

соиды основных величин.

Блок аналого-цифрового преобразования преобразует анало-

говые сигналы, поступающие на его вход, в цифровые, которые

передаются в ЦПК. Перед поступлением аналоговых сигналов

через мультиплексор в АИП они обрабатываются аналоговыми

низкочастотными (НЧ) фильтрами. Отдельный процессор сиг-

нала в блоке АЦП выполняет цифровую НЧ фильтрацию сиг-

налов. В результате общая ширина полосы пропускания сигна-

лов пригодна для РЗ. Затем информация преобразуется из па-

раллельного в последовательный код и передается в измери-

тельный блок (ЦПК). Последовательные сигналы используют-

ся 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

процессоров цифровых сигналов (СП1-СП10).

Количество работающих СП зависит от числа основных и вспо-

могательных функций, задействованных в терминале.

Информация, поступающая из АЦП в последовательном ко-

де,

декодируется и снова преобразуется для трансляции ее ме-

тодом 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, управ-

ляет потоками данных, распределяя их между СП, блоками

ввода/вывода информации, выполняет некоторые логические

функции. Микроконтроллер управляет также портами (интер-

фейсами):

человекомашинного обмена информацией;

общения персонала с ПЭВМ;

связи с интегрированной системой управления подстанцией.

После АЦП информационные сигналы поступают на парал-

лельно включенные СП.

Цифровые сигнальные процессоры. Три процессора СП1-СПЗ

выполняют основную функцию измерения полного сопротивле-

ния 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 составляю-

щих сопротивления для каждого вида повреждения и для каж-

дой зоны РЗ. Эти функции распределены между процессорами

следующим образом:

СП1 - расчет полных сопротивлений для всех КЗ на землю;

СП2 - расчет полных сопротивлений для всех междуфаз-

ных 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 К

, 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 предусматри-

вается "память" по напряжению прямой последовательности,

продолжительностью 100 мс.

Блок интерфейса, БИ (взаимодействия) человека с термина-

лом.

В терминале используется типовой блок интерфейса фир-

мы

АВВ,

установленный на передней части панели. С помощью

этого интерфейса имеется возможность:

выполнения уставок - четыре группы параметров уставок за-

даются и считываются только программными средствами;

786

получение на экране хранящихся в памяти терминала основ-

ных данных о трех последних аварийных нарушениях в защи-

щаемой сети, включая время возникновения аварийных нару-

шений, их продолжительность, изменение значений отдельных

параметров режима в процессе возникновения и развития ава-

рийных нарушений, факты срабатывания конкретных устройств

РЗ и автоматики, расстояние до места КЗ и т. д.;

просмотра параметров поврежденного узла терминала, выяв-

ленного системой самодиагностики;

упрощенной проверки различных цепей и функций термина-

ла в процессе эксплуатации и при проверках.

Использование ПЭВМ существенно расширяет возможности

изучения информации о трех последних аварийных наруше-

ниях, содержащей до 150 событий для каждого случая с указа-

нием 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 аккуму-

ляторной батареи в постоянный, который обеспечивает необхо-

димый уровень стабилизированного оперативного напряжения

для всех цепей терминала. В этом же блоке установлены четы-

ре дискретные входные цепи и пять выходных реле. Все они

независимо программируются для обеспечения любых функ-

циф терминала и соответствующих логических сигналов.

Основные функции терминала. Основной функцией терми-

нала является осуществление дистанционной РЗ ЛЭП с инди-

видуальными измерительными элементами для разных видов

и зон КЗ. Как показано на рис. 22.6, РЗ имеет три (по числу зон)

четырехугольных характеристики

(7.1,

22, 2,4). Подобные харак-

Рис.

22.6. Характеристики дистанцион-

ной защиты

787

теристики, как известно, обеспечивая хорошую отстройку РЗ

от токов нагрузки, позволяют отключать КЗ с хорошей чувст-

вительностью (см. гл. 11).

Как дополнение к первой зоне дистанционной РЗ в термина-

ле предусмотрена токовая отсечка от междуфазных КЗ.

Нормально предусмотрено при любом виде повреждения от-

ключение выключателей всех трех фаз защищаемой ЛЭП.

Терминал КЕЬ

521

имеет встроенную операционно-программ-

ную логику, которая позволяет осуществлять любую схему

взаимодействия двух комплектов РЗ, расположенных по обоим

концам защищаемой ЛЭП, имея в виду разрешение и запреще-

ние действия разных зон РЗ.

Предусмотрено ускорение действия РЗ при включении на

закоротку.

Предусмотрена возможность задания четырех групп уставок,

выбора среди них рабочей и изменения каждой уставки.

Предусмотрена регистрация трех аварийных ситуаций (до

150 событий с фиксацией времени их возникновения). Имеется

возможность привязки массивов аварийной информации к си-

стеме точного времени.

Дополнительные функции. Ряд дополнительных функций

может быть введен в систему с помощью дополнительных СП:

две зоны дистанционной РЗ (23 и 25 на рис. 22.6), направлен-

ные к шинам рассматриваемой ПС;

однофазное АПВ (ОАПВ) с дистанционными избирателями

поврежденной фазы и соответствующей логикой выходных це-

пей, предусматривающей пофазное отключение выключателей

при действии РЗ;

блокировка при качаниях с двумя реле сопротивления, имею-

щими концентрически расположенные характеристики, реаги-

рующая на разную скорость изменения сопротивления при КЗ

и качаниях;

блокировка от неисправности цепей напряжения, реагирую-

щая на сочетание органов тока и напряжения нулевой или об-

ратной последовательностей с действием на сигнал или на бло-

кировку РЗ;

дополнительная токовая РЗ нулевой последовательности

(направленная или ненаправленная) с четырьмя зависимыми

и одной независимой от тока характеристиками. Предусмотрена

возможность использования одного из двух элементов направ-

ления мощности (в прямом и обратном направлениях). Направ-

788

ленная токовая РЗ от КЗ на землю на обоих концах ЛЭП так же,

как дистанционная РЗ, может быть дополнена цепями, обес-

печивающими их взаимодействие в процессе отключения КЗ;

устройство определения места повреждения, реализуемое

с помощью дополнительного СП;

аварийный осциллограф, обеспечивающий фиксацию до

10 аналоговых и 48 цифровых сигналов при минимальном вре-

мени записи 10 с. Результаты осциллографирования могут быть

выведены на ПЭВМ, установленную на подстанции или электро-

станции, и переданы на диспетчерский центр. Предусмотрена

возможность выбора и настройки пусковых органов осцилло-

графа;

автоматическое повторное включение (АПВ) - однофазное,

трехфазное или комбинированное, однократное или двухкрат-

ное.

Предусмотрены элементы контроля синхронизма и отсут-

ствия напряжения на ЛЭП, а также возможность ускорения РЗ

после неуспешного АПВ;

устройство резервирования при отказе выключателей (УРОВ)

с контролем тока в ЛЭП с двумя выдержками времени, дейст-

вующими на отключение отказавшего выключателя (повторно),

а затем на отключение всех соседних выключателей;

контроль перегрузки защищаемой ЛЭП, или соседних ЛЭП;

контроль симметрии токов в фазах (обнаружение обрыва про-

вода),

контроль наличия напряжения;

РЗ короткого участка (например, участка распредустройства

в схеме с 1,5 выключателями на цепь, когда ТН установлен со

стороны ЛЭП);

все внутренние логические сигналы терминала могут управ-

лять одним или более выходными реле;

предусмотрена возможность выхода на базу данных термина-

ла через ПЭВМ, а также посредством каналов связи с удален-

ным диспетчерским пунктом.

Рассмотренный терминал кЕЬ

521

предназначен для исполь-

зования на ЛЭП 330 кВ и выше. Для ПО и 220 кВ фирма выпус-

кает терминалы КЕЬ 501 и 511, имеющие аналогичное струк-

турное построение с исключением некоторых функций. В част-

ности для РЗ ЛЭП ПО и 220 кВ не нужны частотные фильтры.

Для выпуска микропроцессорных РЗ в России создано со-

вместное предприятие "Чебоксары-АВВ".

Достоинства микропроцессорных РЗ. Микропроцессорные РЗ

имеют следующие преимущества по сравнению с традицион-

789

ными РЗ, выполненными на электромеханических и полупро-

водниковых реле:

надежность, быстродействие, непрерывные автоматические

контроль исправности и диагностика;

возможность осциллографирования и запоминания парамет-

ров аварийных процессов;

возможность реализации более сложных и совершенных ал-

горитмов управления, удобство настройки, наладки и эксплуа-

тации;

интеграция (объединение) систем оперативного и автомати-

ческого управления, позволяющая создать терминал, в преде-

лах одного защищаемого объекта;

большая помехозащищенность, чем РЗ на> аналоговых элемен-

тах. Однако и здесь необходимо применять рекомендованные

средства защиты от внешних электромагнитных и электроста-

тических помех.

В данной главе кратко изложены общие принципы постро-

ения МП релейных защит. Более подробно см. [62, 63].

Вопросы для самопроверки

В чем принципиальное отличие микропроцессорных РЗ по

сравнению с традиционными РЗ на электромеханических и ста-

тических реле?

Какие виды оперативной памяти используются в составе

релейного микропроцессорного комплекса? Каково назначение

разных видов памяти?

Какая необходимость в применении АЦП в МП РЗ?

Как реализуются в терминалах РЗ функции анализа ава-

рийной информации?

Что такое микропроцессорный терминал РЗ?

чем состоит интеграция функций оперативного и автома-

тического управления ПС на базе терминала РЗ?