Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем
1. Микропроцессорные устройства защиты и автоматики
1.1. Достоинства и недостатки микропроцессорных устройств
Цифровые устройства защиты обеспечивают более быстрое отключение КЗ, чем электромеханические. Цифровые реле могут осуществлять профилактические защиты электрооборудования от опасных режимов, предотвращая возникновение КЗ.
К основным преимуществам МП–устройств относятся
большое число выполняемых функций;
возможность дистанционного управления РЗА;
простое аппаратное исполнение за счет применения микропроцессоров;
высокая эксплуатационная надежность;
возможность быстрого проведения сложных расчетных операций программным путем;
получение большого объема информации об аварийных режимах;
обеспечение самодиагностики исправности устройства в процессе эксплуатации;
удобство технического обслуживания;
минимальные массогабаритные показатели.
Переход на цифровые способы обработки информации существенно улучшил эксплуатационные качества реле.
Системы РЗА нового поколения применяются для подстанций всех уровней напряжения и представляют совокупность микропроцессорных устройств релейной защиты и компьютерной системы управления, обеспечивающих:
наглядность процесса для оператора, что дает возможность оператору своевременно реагировать для предотвращения аварии;
дистанционное управление, как терминалами релейной защиты, так и первичным оборудованием подстанции;
непрерывную диагностику, позволяющую проводить предаварийную профилактику;
гибкость как в работе с устройствами релейной защиты, так и в использовании системы автоматизации;
возможность наращивания системы, как релейной защиты, так и измерения и управления;
регистрирование и сохранение всех величин в предаварийных и аварийных ситуациях для точного послеаварийного анализа причин аварии;
ряд вспомогательных функций управления и контроля, например, автоматической разгрузки.
Надежность системы энергоснабжения достигается многократным резервированием и постоянным контролем исправности устройств оператором рабочей станции, дежурным персоналом подстанции. В результате – автоматически и дистанционно локализуются повреждения и, тем самым, сводится к минимуму ущерб от перерывов энергоснабжения.
К недостаткам цифровых реле можно отнести:
малую помехоустойчивость;
маломощный выходной сигнал, что делает необходимым применение усилителей, а также использование, например, промежуточных электромеханических реле для связи с катушкой привода выключателя.
1.2. Структурная схема цифрового устройства рз в общем виде
Структурная схема цифрового устройства РЗ представлена на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Структурная схема цифрового устройства защиты
Центральным узлом цифрового устройства является микропроцессор, который через устройства ввода-вывода обменивается информацией с периферийными узлами.
Характерные узлы микропроцессорного устройства РЗА: входные U1…U4 и выходные KL1…KLj преобразователи сигналов; тракт аналого-цифрового преобразования U6, U7; кнопки управления и ввода информации от оператора SBl, SB2; дисплей Н для отображения информации и блок питания U5; коммуникационный порт X1 для связи с другими устройствами.
Входные преобразователи приводят контролируемые сигналы к единому виду, как правило, к напряжению, и нормированному уровню и обеспечивают гальваническую развязку внешних цепей устройства от внутренних. Кроме того, на этом этапе осуществляется предварительная частотная фильтрация входных сигналов перед их аналого-цифровым преобразованием; принимаются меры по защите внутренних элементов устройства от воздействия помех и перенапряжений.
Различают аналоговые (U3, U4) и логические (U1, U2) преобразователи входных сигналов. Первые выполняют так, чтобы обеспечить линейную передачу контролируемого сигнала во всем диапазоне его изменения. Преобразователи логических сигналов, наоборот, делают чувствительными только к узкой области диапазона возможного нахождения контролируемого сигнала.
Воздействие реле на защищаемый объект традиционно осуществляется в виде дискретных сигналов управления. При этом выходные цепи устройства защиты выполняют так, чтобы обеспечить гальваническую развязку коммутируемых цепей, как между собой, так и относительно внутренних цепей устройства РЗ.
Тракт аналого-цифрового преобразования включает аналоговый мультиплексор (коммутатор) U6 и собственно аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – U7. Мультиплексор поочередно подает контролируемые сигналы на вход АЦП. Применение мультиплексора позволяет использовать один АЦП для нескольких каналов. В АЦП происходит преобразование мгновенного значения входного сигнала в пропорциональное ему цифровое значение.
Блок питания (БП) U5 обеспечивает стабилизированным напряжением все узлы рассматриваемого устройства, независимо от возможных изменений напряжения в питающей сети, например, в диапазоне 154÷264 В. Как правило, в БП формируется и ряд дополнительных сигналов, исключающих неправильную работу микропроцессора и некоторых других электронных узлов устройства в момент появления или исчезновения напряжения питания.
Характерными узлами любого цифрового устройства являются дисплей и клавиатура. Они позволяют оператору получить информацию от устройства, изменять режим его работы, вводить новую информацию. Дисплей Н и клавиатура SBl, SB2 в цифровых реле, как правило, реализуются в максимально упрощенном виде: дисплей – цифробуквенный, строчный; клавиатура – кнопочная.
Ранее было отмечено такое достоинство микропроцессорных устройств как возможность передачи имеющейся информации в другие цифровые системы: АСУ ТП, персональный компьютер и т.д., что позволяет интегрировать различные системы, экономя на каналах связи, затратах на предварительную обработку сигналов и т.п. Коммуникационный порт – необходимый элемент для дистанционной работы с данным устройством, а также для связи с внешними цифровыми устройствами.