9.5.7 Микропроцессорные защиты

Перспективным направлением в теории и практи­ке релейной защиты является использование микропроцессоров (МП) и микро-ЭВМ, разработка на их основе защит, получивших название микропроцессорных или программных. Микропроцессор — программ­но-управляемое устройство, обрабатывающее цифровую информацию и управляющее в соответствии с хранимой в памяти программой. Мик­ро-ЭВМ— цифровая ЭВМ с интерфейсом ввода-вывода, состоит из микропроцессора, памяти программ, памяти данных, пульта управления и источников питания. Микропроцессоры и микро-ЭВМ составляют ос­нову вычислительных систем (ВС), являющихся центральной частью микропроцессорных релейных защит. В состав вычислительных сис­тем могут входить один или несколько МП или микро-ЭВМ, образуя соответственно однопроцессорную, много- (мулъти-) процессорную, од­номашинную или многомашинную вычислительные системы релейной защиты. Обработка информации в многопроцессорных и многомашин­ных вычислительных системах может осуществляться одновременно как по независимым программам, так и по независимым на отдельных уча­стках ветвям программы.

Применение МП и микро-ЭВМ для выполнения функций релейной защиты обусловлено их широкими функциональными возможностями, обеспечивающими создание защит нового поколения практически лю­бой сложности и высокой надежности.

Рисунок 9.65 .Обобщённая структурная схема микропроцессорной релейной защиты

Обобщенная структурная схема микропроцессорной релейной защиты приведена на рис. 9.65. Информация о параметрах режима работы объекта защиты X выделяется измерительными преобразователями ИП (транс­форматорами тока, трансформаторами напряжения, датчиками положе­ния коммутационных аппаратов и др.), и подается в устройство релей­ной защиты. В устройстве защиты вначале должно быть осуществлено входное согласование ВС 1 входных сигналов по уровню и гальваничес­кая развязка. Это согласование осуществляется соответствующими входными согласующими устройствами, например, промежуточными трансформаторами тока и напряжения, образующими входной блок за­щиты. После этого, при необходимости, надо выделить основную гар­монику сигнала, так как входные сигналы кроме основной гармоники могут содержать и другие гармоники, обусловленные наличием апериодической составляющей и другими причинами. Эти другие гармоники затрудняют достоверное распознавание режима работы объекта защи­ты. Для специальных защит также требуется выделение, например, сим­метричных составляющих, других аварийных слагающих из полной электрической величины. Это выделение осуществляется частотной фильтрацией Ф входного сигнала ЛГ, с применением соответствующих фильтров, которые могут создаваться, в общем случае, как аппарат­ным, так и программным путем в составе вычислительной системы. Прошедший фильтрацию аналоговый сигнал Х^´₁, затем должен быть пре­образован в цифровой сигнал в аналого-цифровом преобразователе АЦП и после этого подан на вход вычислительной системы защиты.

В процессе аналого-цифрового преобразования входной сигнал Х'_] дискретизируется по времени и по уровню. Шаг дискретизации по вре­мени влияет на быстродействие вычислительной системы и защиты в целом, а шаг дискретизации по уровню определяет точность представ­ления в цифровом виде входной величины Х^´₁ Вычислительная система защиты осуществляет переработку поступа­ющей информации в реальном масштабе времени, распознает и иденти­фицирует режим работы объекта защиты. При обнаружении аварийного режима она вырабатывает управляющие решения, которые после выход­ного согласования ВС2 подаются на исполнительные органы ИО объекта защиты, отключающие его с помощью высоковольтных выключателей от источников электроэнергии. Согласование выходных сигналов вычисли­тельной системы с сигналами управления U осуществляется в общем случае с гальваническим разделением цепей. При выполнении релейной защитой еще и функций автоматики, например АПВ, управляющие сиг­налы U могут подключать объект к источникам электроэнергии, осуще­ствлять другие регулирующие управления.

Для распознавания режима работы объекта в вычислительной систе­ме релейной защиты создаются виртуальные измерительные органы, которые, как и измерительные органы, выполненные на электромехани­ческой и полупроводниковой элементной базе, формируют и сравнива­ют сформированные величины по алгоритмам конкретных защит—то­ковых, дистанционных и т.д. В общем случае может быть сформирова­но несколько величин, являющихся функциями входных величин тока и напряжения, которые затем попарно сравниваются.

Процесс формирования и сравнения имеет свои особенности, обус­ловленные тем, что информация о значениях входных величин Х^´₁ по­ступает после АЦП в вычислительную систему в цифровом виде— в виде цифровых сигналов, соответствующих мгновенным значениям входных величин, над которыми затем производятся арифметические и логические операции по соответствующим алгоритмам. При этом возможно получение характеристик срабатывания практически любой сложности.

При создании микропроцессорных защит можно выделить два ос­новных взаимосвязанных направления: разработка структуры вычис­лительной системы, которая позволяла бы оптимально и без ограниче­ний реализовать алгоритмы защит и отвечала бы требованиям, предъяв­ляемым к аппаратуре релейной защиты, в том числе по надежности и быстродействию функционирования, удобству эксплуатации и др.; раз­работка алгоритмов функционирования защиты, имеющих повышен­ное техническое совершенство и эффективно использующих возмож­ности вычислительной техники.

Микропроцессорные защиты выполняются децентрализованными ин­тегрированными, включающими в себя не только функции защиты, но и автоматики АПВ,УРОВ и т.д. одного объекта или узла сети. Они имеют интерфейс связи с другими системами и входят в состав автоматизиро­ванных систем управления электроснабжением.