4.6 Автономные микропроцессорные системы
Начиная с 80-х годов, получили распространение быстродействующие цифровые защиты. Одновременно с этим стали использовать устройства ОМП на цифровых элементах. Появилась возможность выполнять быстродействующие устройства, которые в течение процесса способны измерить токи и напряжения, характеризующие возникшее короткое замыкание, и далее, после отключения КЗ, по определенному алгоритму определить предполагаемое место повреждения. При этом коренным образом изменился принцип быстродействующего измерения и запоминания токов и напряжений. Стало возможным реализовать не только ранее разработанные алгоритмы ОМП, но и создать новые более современные алгоритмы. Наибольшее распространение получили микропроцессорные устройства, предназначенные для ОМП [64, 65, 102].
Во второй половине 80-х годов на Рижском опытном заводе «Энергоавтоматика» был разработан и внедрен в мелкосерийное производство фиксирующий прибор МФИ-1, который позволяет определять место повреждения при всех видах КЗ. Позже аналогичные приборы были выпущены другими предприятиями: МИР 1 − «Энергоприбор», Москва, ФПМ – СП «Энергосоюз», Казань и др.
Базовый алгоритм вычисления расстояния до места повреждения в фиксирующих индикаторах обеспечивается путем предварительного решения ряда вспомогательных задач:
самозапуска индикатора в случае возникновения аварийного режима контролируемой линии;
фиксации значений токов и напряжений контролируемой линии в аварийном режиме;
фильтрации (подавления помех, экспоненциальных и высших гармонических составляющих) зафиксированных значений токов и напряжений;
определения вида короткого замыкания.
Решение основной и вспомогательных задач осуществляется с помощью цифровой обработки информации по заданной программе.
Задача самозапуска решается путем непрерывной проверки выполнения неравенства
,
(4.49)
где
и
− модули входного тока обратной и прямой
последовательности контролируемой
линии;
− минимальный ток диапазона входных
токов.
Симметричные составляющие, используемые для проверки условия самозапуска (4.49), вычисляются на основе мгновенных значений токов трех фаз. Эти значения отсчитываются с периодичностью в 60 (в электрических углах), а время выявления несимметрии (пуска) не превышает ¼ периода промышленной частоты. К пусковому органу не предъявляются требования абсолютной селективности, что снижает необходимость фильтрации высших гармонических и экспоненциальных составляющих контролируемых токов и позволяет осуществлять быстродействующий пуск индикаторов.
Если условие (4.49) выполняется, то в течение 10 мс контролируется соответствие значений токов диапазону аналого-цифрового преобразователя (при переполнении последнего коэффициент передачи аналоговых трактов уменьшается в 10 раз). Далее в течение двух периодов производится фиксация значений токов и напряжений всех трех фаз (по 23 измерения на каждый контролируемый параметр). Остальные операции, в том числе цифровая фильтрация зафиксированных величин, распознавание вида КЗ и вычисление расстояния до него, выполняются после отключения линии.
Определение поврежденных фаз осуществляется путем сопоставления векторов симметричных составляющих токов контролируемой линии в соответствии со следующим алгоритмом.
Проверяется наличие несимметрии по выражению
.
(4.50)
Если условие (4.50) не выполняется (несимметрия отсутствует), производится проверка наличия трехфазного КЗ по выражению:
,
(4.51)
где
− номинальный ток измерительных
трансформаторов тока линии электропередачи.
Если условие (4.51) не выполняется, то фиксируется наличие ложного пуска и устройство возвращается в исходное состояние.
При выполнении условия (4.51), подтверждающего наличие несимметрии, проверяется наличие междуфазного КЗ по выражению
,
(4.52)
где
− модуль входного тока нулевой
последовательности контролируемой
линии.
При выполнении условия (4.52) конкретный вид междуфазного КЗ определяется путем проверки угловых соотношений векторов тока прямой и обратной последовательностей по выражениям (4.53), (4.54), (4.55) для КЗ между фазами АВ, ВС, СА соответственно:
(4.53)
(4.54)
(4.55)
где
− векторы токов прямой, обратной
последовательностей фазы А.
При невыполнении условия (4.52) фиксируется наличие КЗ, связанного с землей.
Выявление поврежденных фаз или их сочетаний производится путем проверки выполнения угловых соотношений векторов токов прямой, обратной и нулевой последовательностей для коротких замыканий фаз А, В, С, АВ, ВС, СА соответственно по выражениям
(4.56)
(4.57)
(4.58)
(4.59)
(4.60)
(4.61)
где − вектор тока нулевой последовательности.
Структурная схема фиксирующего индикатора показана на рис. 4.23.
В соответствии с этой схемой токи и напряжения контролируемой линии подключаются к первичным обмоткам трансформаторов входного блока − БВ, который содержит в каждом канале аналоговые фильтры, обеспечивающие предварительное подавление высших гармонических составляющих.
После предварительной обработки БВ токи и напряжения через мультиплексор − МП по команде микро-ЭВМ подключаются к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя. Аналого-цифровое преобразование одного сигнала (тока и напряжения) занимает время около 30 мкс. Однократное преобразование всех семи сигналов занимает время около 240 мкс.
Кроме токов и напряжений по аналоговому входу АЦП могут быть подключены выходные напряжения блока задания уставок − БЗУ, регулируемые при наладке. При этом наряду с возможностью ввода в микро-ЭВМ информации о параметрах воздушной линии электропередачи − уставок обеспечивается индикация значений этих параметров на цифровом табло блока индикации −БИ. Это позволяет задать значения параметров без применения измерительных приборов и регулировочных устройств.
Блок индикации содержит цифровое табло индикации (дисплей), на которое выводится основная и дополнительная информация, получаемая в результате обработки входных величин.
Блок управления − БУ обеспечивает выбор режимов индикации, вывод результатов и значений уставок на цифровое табло, контроль исправности и принудительный пуск БУ. Этот блок содержит две кнопки управления, при помощи которых осуществляются указанные операции. Управление индикацией производится через микро-ЭВМ.
Индикатор может использоваться в одном из трех режимов:
однократного срабатывания;
условно-однократного срабатывания;
постоянной готовности к следующему срабатыванию.
При выборе режима работы следует учитывать, что для реализации режима условно-однократного срабатывания требуется подключение внешнего релейного контакта, замыкание которого (длительное или кратковременное) должно происходить не позднее 10 с после пуска индикатора. При этом индикатор блокируется и сохраняет зафиксированную информацию в течение 32 ч.
Если замыкания внешнего контакта не произошло, работа индикатора будет соответствовать режиму постоянной готовности к следующему срабатыванию. Фактически следующее срабатывание может произойти после выполнения расчетов по предыдущему срабатыванию (ориентировочно 20 с). Информация в режиме готовности будет сохраняться и может быть считана до момента следующего срабатывания.
Режим однократного срабатывания реализуется установкой соответствующей перемычки и требует подведения внешних сигналов. В режиме однократного срабатывания индикатор блокируется до считывания информации после каждого срабатывания, но не более чем на 32 ч. После этого индикатор автоматически деблокируется и готов к следующему срабатыванию, однако информация может быть считана в любой момент до следующего срабатывания. Данный режим может использоваться на подстанциях с постоянным дежурным персоналом для получения информации о всех КЗ, включая внешние, на которые реагирует пусковой орган индикатора.
Режим постоянной готовности также не требует подведения внешних сигналов управления и используется, как правило, в тех случаях, когда отсутствует возможность получать разрешающий сигнал (отключение производится не в месте установки индикатора), при этом следует учитывать возможность потери информации при последующих неселективных пусках до считывания.
Проверку соответствия диапазона входных токов рекомендуется проводить исходя из условий
(4.62)
(4.63)
где
− минимальный вторичный ток поврежденной
фазы при однофазном КЗ в конце линии,
А;
− максимальный вторичный ток фазы при
трехфазном КЗ в начале линии, А;
− минимальное и максимальное значения
диапазона входных токов, соответствующие
исполнению индикатора.