Микропроцессорные защиты
Большинство фирм производителей прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу. Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и электроавтоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные реле очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных.
Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше микроэлектронных, а тем более электромеханических. Так, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1—0,5 ВА, аппаратная погрешность — в пределах 2—5%, коэффициент возврата измерительных органов составляет 0,96—0,97.
Мировыми лидерами в производстве микропроцессорной защиты и автоматики являются европейские концерны ALSTOM (AREVA), ABB и SIEMENS. Общим является все больший переход на цифровую технику. Цифровые защиты, выпускаемые этими фирмами, имеют высокую стоимость, которая, впрочем, окупается их высокими техническими характеристиками и многофункциональностью.
Переход на цифровые способы обработки информации в устройствах РЗА не привел к появлению каких-либо новых принципов построения защиты электроустановок, но существенно улучшил эксплуатационные качества реле.
Современные цифровые устройства РЗА интегрированы в рамках единого информационного комплекса функций релейной защиты, измерения, регулирования и управления электроустановкой. Такие устройства в структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта являются оконечными устройствами сбора информации. В интегрированных цифровых комплексах РЗА появляется возможность перехода к новым нетрадиционным измерительным преобразователям тока и напряжения – на основе оптоэлектронных датчиков, трансформаторов без ферромагнитных сердечников и т. д. Эти преобразователи технологичнее при производстве, обладают очень высокими метрологическими характеристиками, но имеют малую выходную мощность и непригодны для работы с традиционной аппаратурой.
Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики (МПУ РЗА) — устройство релейной защиты, реализованное на основе микропроцессорных элементов. Помимо основной функции — аварийного отключения энергетических систем, МПУ РЗА имеют дополнительные функции по сравнению с устройствами релейной защиты других типов (например, электромеханическими реле) по регистрации аварийных ситуаций.
Первое поколение МПУ РЗА копировало своих предшественников (электромеханические устройства и полупроводниковые), т.е. каждое устройство имело узкую специализацию, такая узкая специализация устройств никого не устраивала, т.е. к микропроцессорным устройствам защиты предъявлялись следующие требования защиты:
Объединение единичных функций.
Повышение точности селективности, гибкости релейной защиты и автоматики.
Адаптируемость к режимам энергосистемы, отличным от номинальных, т.е. анормальные режимы.
Возможность координации управления и защиты в пределах объекта.
Ведущие европейские фирмы (Siemens, ABB) при разработке микропроцессорных устройств РЗА выдвинули единые требования, предъявляемые при их производстве:
1. РЗ каждой фирмы должна выполняться на собственных аппаратных и программных средствах и должна функционировать как в составе комплексов управления защит, так и индивидуально.
2. РЗ любой фирмы должна работать с одним языком и протоколом обмена, иметь связь с измерительными трансформаторами, выключателями, с комплексом управления и информационной сетью.
Функциональная схема микропроцессорной релейной защиты
Рисунок 1 – Структура микропроцессорного устройства РЗА
Упрощенная функциональная блочная схема микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МПУ РЗА) приведена на рис. 1. Входным элементом, как и у всех полупроводниковых релейных защит, являются промежуточные трансформаторы напряжения и тока (ПТН и ПТТ). Выходной сигнал с промежуточных трансформаторов поступает на частотные фильтры ЧФ, которые пропускают составляющие тока и напряжения 50 Гц и не пропускают высокочастотные гармоники, являющиеся помехами, искажающими синусоиду тока и напряжения.
Аналоговые сигналы, полученные от измерительных трансформаторов в виде синусоидальных токов и напряжений, после преобразования в промежуточных трансформаторах ПТН и ПТТ и частотных фильтрах (ЧФ) необходимо превратить в дискретные, поскольку их обработка производится в микропроцессорных системах (МПС), построенных на цифровых микросхемах. Поэтому аналоговый выходной сигнал частотных фильтров ЧФ подается на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), предусмотренный для изменения формы сигнала на дискретную (цифровую). В АЦП измерение значения синусоидального тока (напряжения) происходит в определенные моменты времени, в эти моменты времени фиксируются соответствующие им мгновенные значения, которые используются как дискретные значения синусоидального тока. Полученные таким образом дискретные сигналы передаются последовательно на ввод МПС в виде двоичного цифрового кода. Эта операция называется выборкой. Сигнал с выхода АЦП поступает в устройство обработки информации, каким является МПС, с выхода МПС цифровой сигнал поступает на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровой сигнал в аналоговый, поступающий на выходное промежуточное реле, действующее на отключение выключателя - 1. Одновременно приводится в действие устройство сигнализации (СУ), фиксирующее срабатывание релейной защиты, и передается соответствующая аварийная информация для записи в регистраторе аварийных событий и сигнал оперативному персоналу - 2. Одновременно поступает информация на персональный компьютер (ПК) и релейному персоналу - 3.