2.3 Тракт аналого-цифрового преобразования

Тракт АЦП выполняет роль измерительного органа ЦР и включает в себя мультиплексор (U6), собственно 16-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор цифровой обработки входных сигналов (сигнальный процессор, например типа ADSP2115). Мультиплексор – это бесконтактный аналоговый коммутатор, поочередно подающий контролируемые сигналы на вход АЦП. Применение мультиплексора позволяет использовать один АЦП (как правило дорогостоящий) для нескольких каналов. АЦП осуществляет дискретизацию аналоговых входных сигналов, то есть преобразование их мгновенных значений в последовательности двоичных кодов.

Частота дискретизации задается сигнальным процессором и составляет для ЦР различных изготовителей от 12 до 24 выборок за период промышленной частоты. Из теории Котельникова В.А. следует, что для точного восстановления первоначального сигнала из его дискретного представления частота выборок должна по крайней мере вдвое превышать самую высокочастотную гармоническую составляющую входного сигнала. Следовательно, при частоте квантования 24 выборки за период тракт АЦП способен измерить высокочастотную составляющую входного сигнала вплоть до 10-той гармоники. Более высокие гармонические составляющие должны быть срезаны еще на входе АЦП с помощью аналоговых фильтров нижних частот, что и предусмотрено во входных преобразователях.

Кодовые последовательности, поступающие от АЦП, считываются сигнальным процессором, который и производит их дальнейшую обработку, то есть обеспечивает цифровую фильтрацию сигналов (выделение первой или высшей гармонических составляющих и подавление апериодической составляющей) и измерение их амплитудных и действующих значений. Кроме того, сигнальный процессор производит вычисление симметричных составляющих тока и напряжения, активной и реактивной мощности, частоты и других параметров. Результаты измерений передаются в узел центрального процессора. Следует отметить, что в реальном устройстве защиты может использоваться несколько сигнальных процессоров, каждый из которых занят решением отдельного фрагмента общей задачи с целью обеспечения высокого быстродействия. Например, в цифровых реле дистанционной защиты линий напряжением 110 кВ и выше используется до 7 … 10 сигнальных микропроцессоров, работающих параллельно.

2.4 Узел центрального процессора

Узел центрального процессора (ЦП) содержит: микроЭВМ (центральный микропроцессор), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), где хранится жесткая программа работы всех узлов ЦР (программа заносится в ПЗУ предприятием-изготовителем); энергонезависимое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), в котором хранятся значения уставок реле и программа логики управления объектом (в обесточенном состоянии реле информация в ППЗУ хранится более 3 лет); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) для хранения переменных и промежуточных результатов вычислений (данных); процессор управления дисплеем; драйверы последовательных каналов; буфер и шину обмена с сигнальным процессором и портом ввода-вывода, в котором хранятся текущие положения кнопок управления и логических сигналов от входных преобразователей. Следует отметить, что в одних сериях ЦР например, SPAC или БМРЗ логическую часть реле можно изменить с помощью программных переключателей, в других сериях, например, Sepam программа логики управления записана в отдельном съемном микроконтроллере, так называемом картридже. Логику управления в таком реле невозможно изменить без замены картриджа или его перепрограммирования.

Центральный процессор получает значения электрических параметров защищаемого объекта от сигнального процессора и информацию о состоянии дискретных входов из порта ввода-вывода. На основании этой информации, а также значений уставок и положения программных ключей, хранящихся в ППЗУ, вырабатываются команды управления выходными реле и сигнальными светодиодами в соответствии с алгоритмами защиты. Помимо выполнения функции защиты и автоматики, центральный процессор передает информацию на жидкокристаллический дисплей, обслуживает клавиатуру пульта, а также обеспечивает обмен по последовательным каналам с другими цифровыми устройствами.

При подаче питания на цифровое реле оно автоматически проводит проверку значений уставок на соответствие контрольной суммы и производит самотестирование. Самотестирование включает контроль исправности блока питания и измерительного тракта реле. При наличии неисправности реле блокирует возможное включение выключателя защищаемого объекта и выдает код неисправности на индикатор. В процессе работы реле самотестирование (самодиагностика) повторяется периодически каждые (20-40) мс. При обнаружении неисправности реле либо отключает защищаемый объект, либо выдает сигнал тревоги по усмотрению пользователя.