Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики

метки: Защита, Устройство, Автоматика, Микропроцессорный, Релейный, Срабатывание, Дискретный, Отключение

Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики

1. Внутренняя структура микропроцессора

Любая ЭВМ предназначена для обработки информации причем, как правило, осуществляет эту обработку опосредовано — представляя информацию в виде чисел. Для работы с числами машина имеет специальную важнейшую часть — микропроцессор. Это универсальное логическое устройство, которое оперирует с двоичными числами, осуществляя простейшие логические и математические операции, и не просто как придется, а в соответствии с программой, т.е. в заданной последовательности. Для хранения этой заданной последовательности служат запоминающие устройства — ЗУ. ЗУ бывают постоянными — ПЗУ, в которых информация хранится, не изменяясь сколь угодно долго, и оперативными — ОЗУ, информация в которых может быть изменена в любой момент в соответствии с результатами ее обработки. Процессор общается с ОЗУ и ПЗУ через так называемое адресное пространство, в котором каждая ячейка памяти имеет свой адрес.

МП состоит из набора регистров памяти различного назначения, которые определенным образом связаны между собой и обрабатываются в соответствии с некоторой системой правил. Регистр — это устройство, предназначенное для хранения и обработки двоичного кода. К внутренним регистрам процессора относят: счетчик адреса команд, указатель стека, регистр состояний, регистры общего назначения.

Наличие счетчика команд было положено еще в работах фон Неймана. Роль счетчика состоит в сохранении адреса очередной команды программы и автоматическом вычислении адреса следующей. Благодаря наличию программного счетчика в ЭВМ реализуется основной цикл исполнения последовательно расположенных команд программы.

Стек — это особый способ организации памяти, при использовании которого достаточно сохранять адрес последней заполненной ячейки ОЗУ. Именно адрес последней заполненной ячейки ОЗУ и хранится в указателе стека. Стек используется процессором для организации механизма прерываний, обработки обращения к подпрограммам, передачи параметров и временного хранения данных.

В регистре состояний хранятся сведения о текущих режимах работы процессора. Сюда же помещается информация о результатах выполняемых команд, например: равен ли результат нулю, отрицателен ли он, не возникли ли в ходе операции ошибки и т.п. Использование и анализ в этом регистре происходит побитно, каждый бит регистра имеет самостоятельное значение.

Хранение информации

... хороши для обработки информации, но для длительного хранения данных они не годятся — здесь нужны другие способы. Когда человеку ... и команд); манипулятор «мышь» (предназначен для ввода команд). периферийным оборудованием. Человек по-разному подходит к хранению информации. Все зависит ... появились проблемы. У каждого файла есть свой адрес. Этот адрес записан в таблице размещения файлов двухбайтным ...

Регистры общего назначения (РОН) служат для хранения текущих обрабатываемых данных или их адреса в ОЗУ. У некоторых процессоров регистры функционально равнозначны, в других назначение регистров строго оговаривается. Информация из одного регистра может предаваться в другой.

2. Микропроцессорные устройства в релейной защите

Релейная защита родилась и развивалась на базе механических устройств, которые постепенно усложнялись до существующих сегодня многофункциональных механических комплексов. Примерно три десятилетия назад с развитием электронной промышленности появились устройства защиты на полупроводниковых элементах. Они не вытеснили полностью своих механических собратьев и до сегодняшнего дня эксплуатируются вместе с ними.

Появление и бурное развитие цифровой микропроцессорной техники, компьютерных и информационных технологий привело к созданию устройств защиты нового поколения. Реле на механической и полупроводниковой элементной базе эксплуатируются уже не первый год и специалистам хорошо известны их достоинства и недостатки, сильные и слабые стороны. Рассмотрим основные особенности цифровых защит, и какие преимущества может дать их применение в энергетике.

Заметим сразу, что алгоритмы работы устройств защиты на разной элементной базе одинаковы, отличаются только способы их реализации. Микропроцессорные устройства обладают следующими особенностями.

Цифровые устройства компактны. Логика их работы реализуется посредством специального программного обеспечения. Конструктивно они состоят из одного или нескольких микропроцессоров, измерительных преобразователей, дискретных входов и выходных реле. Это позволяет разместить в одном корпусе различные виды защит и связать их на программном уровне, что приведет к уменьшению расхода металла, кабельной продукции и других материалов на изготовление и установку устройств. При этом также уменьшаются собственное потребление устройств и необходимое место для их установки на пунктах и щитах управления силовым оборудованием.

Конструкция цифровых защит дает возможность выпускать их в унифицированном исполнении с однотипным программным обеспечением. Это дает возможность упростить дальнейшую эксплуатацию при наличии на объекте большого количества микропроцессорных защит с различными функциями.

Программное обеспечение позволяет производить изменение уставок и настроек, а также перепрограммирование функций защиты без изменения в схемах устройств.

Встроенный регистратор аварийных и эксплуатационных событий позволяет записывать все сообщения о работе устройства в нормальном и аварийном режимах, а также осциллограммы этих событий. Это дает возможность проводить более точный анализ работы защит и аварийных ситуаций в целом.

3. Возможность измерения нормального и аварийного режима

Наличие жидкокристаллического дисплея на передней панели устройства и кнопок ручного управления позволят иметь доступ к информации о параметрах устройства и выдаваемых им сообщений.

Специальное программное обеспечение позволяет производить задание параметров устройства, а также считывание сообщений и данных с помощью портативного компьютера. Это дает возможность не только ускорить процесс изменения уставок и параметров устройства, но и также сохранять все данные в электронном виде с возможностью последующего вывода на печать.

Защита строительных конструкций от коррозии

... различных сливных устройств, исключающая возможность проникновения в почву агрессивных веществ; применение гидроизолирующих др. Непосредственная защита металлов от коррозии осуществляется нанесением ... слоях: оксидированием, азотированием, фосфатированием. Наиболее распространенным способом защиты от коррозии конструкций, сооружений и оборудования является использование неметаллических химически ...

Возможность объединения в единую сеть нескольких цифровых защит, осуществление передачи данных и управление этими устройствами с верхнего уровня.

Все эти особенности позволяют не только снизить затраты на техническое обслуживание, но и поднять на новый более высокий уровень культуру эксплуатации энергетического оборудования.

К факторам, сдерживающим широкое внедрение цифровой техники, можно отнести их относительно высокую цену, необходимость наличия на каждом энергетическом объекте и непосредственно у лиц, занимающихся эксплуатацией микропроцессорных устройств соответствующей компьютерной техники, а также необходимость обучения обслуживающего персонала.

В настоящее время микропроцессорные защиты введены в эксплуатацию на Днестровской ГЭС и ДнепроГЭСе, проектируется установка цифровых комплексов на новом блоке Киевской ТЭЦ-6 и строящейся воздушной линии напряжением 330 кВ между Хмельницкой АЭС и подстанцией Хмельницкая. Ведутся монтажно-наладочные работы по внедрению цифровых устройств на линиях класса 750 кВ системообразующей сети ОЭС Украины. На этих линиях установлены полупроводниковые защиты, чей срок эксплуатации либо истек, либо приближается к завершению. На сегодняшний день производятся работы по замене устаревшего оборудования и введены в работу на сигнал комплексы микропроцессорных защит на линиях 750 кВ подстанции «Винницкая». Микропроцессорные устройства будут работать параллельно с существующими полупроводниковыми комплексами, а затем и полностью заменят их.

4. Устройство микропроцессорной релейной защиты и автоматики МРЗС-05

Назначение

Микропроцессорное устройство защиты, автоматики, контроля и управления присоединений 35 кВ МРЗС -05 предназначено для применения на понижающих подстанциях 220-35/10/6кВ.

Функции релейной защиты:

• трехступенчатая максимальная токовая защита;
• защита от замыканий на землю по току нулевой последовательности;
• защита максимального напряжения;
• защита минимального напряжения.

Функции автоматики:

• двукратное или однократное автоматическое повторное включение;
• резервирование отказа выключателя;
• автоматическая частотная разгрузка АЧР;
• автоматическое ускорение при включении выключателя.

Устройство обеспечивает контроль и измерение следующих величин:

• трех фазных или линейных напряжений;
• трех фазных токов;
• тока нулевой последовательности;
• напряжения 3U ₀ ;

• частоты в сети.

Кроме того, устройство обеспечивает измерения:

в нормальном режиме:

• активной мощности;
• реактивной мощности; в аварийном режиме:
• максимального тока в поврежденной фазе;
• минимального напряжения на поврежденной фазе.

Индикация и управление

Управление и конфигурирование МРЗС производится с помощью встроенных кнопок управления и жидкокристаллического дисплея, а также с помощью ПЭВМ подключаемой через интерфейс RS232. Оперативное изменение алгоритмов работы МРЗС возможно через 8 дискретных оптронных входов. Их назначение программируется пользователем.

МРЗС имеет 7 дискретных выходов для выдачи команд и сигнализации в виде «сухих» контактов реле (назначение 6-ти выходов программируется пользователем).

Возможен вариант исполнения МРЗС с 16 дискретными входами и 13 дискретными выходами.

Кроме жидкокристаллического дисплея имеется индикация на 7-ми светодиодах (назначение 6-ти светодиодов программируется пользователем).

На жидкокристаллическом дисплее индицируется информация о срабатывании защит и автоматики, значениях параметров срабатывания, значениях уставок, конфигурации системы, назначении дискретных входов, выходов и светодиодных индикаторов. Доступ к информации на дисплее удобный и быстрый с помощью встроенных кнопок и разнообразных меню. Индикация на дисплее легко различима — имеется подсветка.

В устройстве используется автоматическая коррекция хода часов (цифровая настройка хода), повышающая точность привязки регистрации к текущему времени.

Гибкость и удобство управления индикацией и изменением уставок, возможность изменения алгоритмов работы и их оптимизация обеспечивается программным обеспечением.

Конфигурирование МРЗС

МРЗС позволяет задавать или исключать функции МРЗС, ранжировать дискретные входы, выходы, световые индикаторы, задавать длительность команд, задавать коэффициент трансформации трансформаторов тока и напряжения.

При задании параметров функций защиты и автоматики МРЗС позволяет устанавливать:

• уставки срабатывания;
• выдержки времени;
• варианты МТЗ, варианты характеристик;
• включать, отключать ступени;
• включать, отключать отдельные виды защиты и автоматики.

Информация о конфигурации МРЗС хранится в энергонезависимой памяти.

Самодиагностика

МРЗС обеспечивает самодиагностику с выявлением неисправности с точностью до съемного блока. Формирование управляющих воздействий на включение и отключение коммутационных аппаратов производится только после проверки достоверности необходимости выполнения операции и исправности каналов управления. Обеспечивается непрерывная проверка исправности программного обеспечения (методом контрольных сумм).

При включении МРЗС производится контроль исправности МРЗС с выдачей сообщения на минидисплей в случае неисправности.

Максимальная токовая защита (МТЗ) может быть двух исполнений, по выбору:

• трехступенчатая МТЗ с независимой от тока выдержкой времени;
• трехступенчатая МТЗ, где первая и третья ступени с независимой оттока выдержкой времени, а вторая — зависимой от тока выдержкой времени.

Имеется возможность включения / отключения МТЗ через дискретные импульсные входы и блокировки отдельно каждой ступени МТЗ через дискретный статический вход.

Ненаправленная защита от замыканий на землю

реагирует на ток нулевой последовательности частоты 50 Гц. Защита подключена через фильтр первой гармоники, загрубление защиты на частоте 150 Гц не менее четырех, на частоте 400 Гц не менее 15. Имеется возможность включения и отключения защиты от замыканий на землю через дискретный импульсный вход.

Защита максимального напряжения действует на отключение с выдержкой времени. Контролирует напряжения во всех трех фазах. Имеется возможность включения и отключения защиты максимального напряжения через дискретные импульсные входы.

Защита минимального напряжения действует на отключение с выдержкой времени. Контролирует напряжение во всех трех фазах, имеет уставку по току. Имеется возможность включения и отключения защиты минимального напряжения через дискретные импульсные входы.

Автоматическое повторное включение выключателя (АПВ) двукратное или однократное с выдержкой времени, действует на включение. Есть возможность вывода из работы второго цикла и в целом АПВ. Производится регистрация срабатывания АПВ. Пуск АПВ осуществляется от работы МТЗ или внешних устройств.

АПВ не действует:

• при отключении выключателя через дискретный вход;
• при отключении от защиты непосредственно после включения через дискретный вход;
• при отключении функции АПВ через импульсный дискретный вход;
• при запрете АПВ через дискретный вход.

Имеется возможность сброса АПВ через импульсный дискретный вход.

Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ)

Пуск УРОВ осуществляется при срабатывании МТЗ на отключение или от дискретного входа. УРОВ имеет две ступени по времени срабатывания. Имеется возможность производить включение и отключение УРОВ через импульсные дискретные входы.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)

действует на отключение. АЧР, сработавшая на заданной частоте, не возвращается в исходное состояние при дальнейшем снижении частоты до 30 Гц и снижении контролируемого напряжения до 0,1U _ном . Имеется возможность включения или отключения АЧР через импульсные дискретные входы.

Ускорение при включении выключателя вводится по команде включения выключателя для второй и третьей ступени МТЗ. Имеется возможность включения и отключения ускорения раздельно 2-й и 3-й ступеней МТЗ.

Номинальные входные сигналы	Входной переменный ток фаз, 1н Входной переменный ток нулевой последовательности Входное переменное напряжение линейное, U h Частота переменного тока	5 А или 1 А ОД А 100В 50 Гц
Электропитание	Напряжение оперативного постоянного тока Напряжение переменного тока сети 50 Гц Потребляемая мощность по цепям электропитания — в дежурном режиме — в режиме выдачи команд Время автономной работы при пропадании питающего напряжения	не менее 50 мс
Входные аналоговые цепи	по напряжению	31н длительно 301н в течение 1 с 1,3U H длительно
Входные дискретные сигналы	Количество Уровень логического «нуля» Уровень логической «единицы»	от 143 до 250 В
Выходные дискретные сигналы	— при размыкании цепей постоянного тока при напряжении до 250 В, — допустимый ток	8 А длительно
Светодиодные индикаторы	программируемые (красные) работа / неисправность (зеленый)	6 1
Время срабатывания	Минимальное время срабатывания защит по току и напряжению Время возврата после снижения измеряемой величины ниже величины возврата	не более 0,035 с не более 0,04 с
Готовность к работе	Готовность МРЗС к работе после подачи на него питания	не более 0,3 с
Отклонение параметров срабатывания	Отклонение параметров срабатывания по току и напряжению Погрешность отсчета времени: — при выдержке до 5 с, — при выдержке от 5 до 130 с	не более 0,01 с не более 0,05 с
Электрическая прочность изоляции	2) высокочастотного сигнала с амплитудой — при продольной схеме включения — при поперечной схеме включения	2,5 кВ 1 кВ
Климатические условия	Хранение и транспортирование	по ГОСТ 15543.1 и ГОСТ 15150, исполнение УХЛ, категории 4, для стран с умеренным климатом, от -20 до +50°С по ГОСТ 15543.1 и ГОСТ 15150 исполнение У ХЛЗ. 1, от -40 до +70 °С
Максимальная токовая защита (МТЗ)	— виды характеристик	от 0,1 1н до 8 1 нс дискретностью 0,1 1н 1) нелинейная (пологая и крутая) 2) линейная
Ненаправленная защита от замыканий на землю	— время действия защиты	2 от 0,005 до 0,3 А с дискретностью 0,005 А от 0 до 32 с с дискретностью 0,01с не более 60 мс
Защита максимального напряжения	— диапазон уставок по напряжению срабатывания — диапазон уставок по времени срабатывания	от 0,4 до 1,5 U H с дискретностью 0, 1 В от 0 до 32 с с дискретностью 0,01с
Защита минимального напряжения	— диапазон уставок по напряжению срабатывания — диапазон уставок по току — диапазон уставок по времени срабатывания	от 0,25 до 1,1U H нс дискретностью 0,1 В от 0,05 до 1,01 нс дискретностью 0,051н от 0 до 32с с дискретностью 0,01 с
Автоматическое повторное включение выключателя (АПВ)	— диапазон регулирования времени блокирования запуска первого цикла АПВ после его окончания — диапазон регулирования блокирования запуска АПВ после окончания второго цикла АПВ — диапазон времени блокирования запуска АПВ после включения выключателя через дискретный вход	от 0 до 32с с дискретностью 0,01 с от 5 до 75с с дискретностью 0,01 с от 5 до 80с с дискретностью 0,01 с от 0 до 32с с дискретностью 0,01с от 0 до 32с с дискретностью 0,01с
Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ)	ступени	2 от 0,05 до 1 1н с дискретностью 0,051н от 0 до 32с с дискретностью 0,01с от 0 до 32с с дискретностью 0,01 с
Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)	— диапазон уставок срабатывания АЧР и уставок возврата АЧР — диапазон уставок по времени срабатывания	от 45 до 50 Гц с дискретностью 0,05 Гц от 0,1 до 120с с дискретностью 0,1с
Ускорение МТЗ при включении выключателя	— диапазон уставок по времени ввода ускорения — диапазон уставок ускорения	от 0 до 32с с дискретностью 0,01 с от 0 до 5с с дискретностью 0,01 с
Включение / отключение выключателя	— диапазон уставок по длительности команды включения — диапазон уставок по длительности команды отключения	от 0,15 до 5с с дискретностью 0,01с от 0,15 до 5с с дискретностью 0,01с
Регистрация	— количество событий в регистраторе событий — длительность массива аварийной ситуации	50 последних 100 мс до момента аварии + 1 с после аварии

№	Функция	Дискретные входы	Светоиндикаторы	Сигнальные выходы	Командные выходы
		ДВ01…ДВ08	СДИ1..СДИ6	Р01…Р06	Р01…Р06
1	2	3	4	5	6
1	ВКЛЮЧЕНИЕ СВ через дискретный вход	+	+	+	+
2	ОТКЛЮЧЕНИЕ СВ через дискретный вход	+	+	+	+
3	МТЗ: Включить МТЗ через дискретный вход	+
4	МТЗ: Отключить МТЗ через дискретный вход	+
5	МТЗ: Статическая блокировка МТЗ 1 через дискретный вход	+	+	+
6	МТЗ: Статическая блокировка МТЗ 2 через дискретный вход	+	+	+
7	МТЗ: Статическая блокировка МТЗ 3 через дискретный вход	+	4	+
8	МТЗ: Срабатывание ПО 1 ступени		+	+
9	МТЗ: Срабатывание 1 ступени		+	+	+
10	МТЗ: Срабатывание ПО 2 ступени		+	+
11	МТЗ: Срабатывание 2 ступени		+	+	+
12	МТЗ: Срабатывание ПО 3 ступени		+	+
13	МТЗ: Срабатывание 3 ступени		+	+	+
14	МТЗ: Срабатывание по цепи ускорения при включении СВ		+	+	+
15	Отключить защиту по (Uмакс	+
16	Включить защиту по Uмакс	+
17	Срабатывание защиты по Uмакс		+	+	+
18	Отключить защиту по Uмин	+
19	Включить защиту по uмин	+
20	Срабатывание защиты по Uмин		+	+	+
21	УРОВ: Включить УРОВ через дискретный вход	+
22	УРОВ: Отключить УРОВ через дискретный вход	+
23	УРОВ: Пуск УРОВ через дискретный вход	+	+	+
24	УРОВ: Пуск УРОВ от МТЗ		+	+
25	УРОВ: Пуск УРОВ от устройства ускорения		+	+
26	УРОВ: Срабатывание 1-й ступени УРОВ		+	+	+
27	УРОВ: Срабатывание 2-й ступени УРОВ		+	+	+
28	АПВ: Включить функцию АПВ через дискретный вход	+
29	АПВ: Отключить функцию АПВ через дискретный вход	+
30	АПВ: Включить 2-й цикл АПВ через дискретный вход	+
31	АПВ: Отключить 2-й цикл АПВ через дискретный вход	+
32	АПВ: Пуск АПВ от МТЗ		4	+
33	АПВ: Пуск АПВ через дискретный вход	+	+	+
34	АПВ: Запрет АПВ через дискретный вход	+	+	+
35	АПВ: Сброс АПВ через дискретный вход	+	+	+
36	АПВ: Команда включения от первого цикла АПВ		+	+	+
37	АПВ: Команда включения от второго цикла АПВ		+	+	+
38	АЧР: Включить функцию АЧР через дискретный вход	+
39	АЧР: Отключить функцию АЧР через дискретный вход	+
41	АЧР: Срабатывание АЧР		+	+	+
45	33: Включить 33	+
46	33: Отключить 33	+
47	33: Срабатывание ПО земляной защиты		+	+
48	33: Срабатывание 1-й ступени земляной защиты		+	+	+
49	33: Срабатывание 2-й ступени земляной защиты		+	+	+
50	Определяемая функция 1	+	+	+	+
51	Определяемая функция 2	+	+	+	+
52	Определяемая функция 3	+	+	+	+
53	Определяемая функция 4	+	+	+	+
54	Неисправность устройства			Р07	Р07

5. Устройство микропроцессорной защиты присоединений в сетях напряжением 6 —35 кВ «Сириус-Л»

Устройство «Сириус-Л» предназначено для работы в качестве защиты воздушных или кабельных линий с изолированной или компенсированной нейтралью напряжением 6-35 кВ. Устройство может также применяться для защиты трансформатора собственных нужд (ТСН) подстанций.

Устройство устанавливается в ячейке КРУ или КРУН и выдает сигнал на отключение выключателя линии. Устройство подключается к измерительным трансформаторам тока фаз А и С с номинальным вторичным током 5 А. Предусмотрено подключение трансформатора тока фазы В при его наличии.

Устройство обеспечивает трехступенчатую максимальную токовую ненаправленную защиту от трехфазных и междуфазных замыканий. Третья ступень МТЗ может иметь как независимую, так и одну из пяти зависимых характеристик. Предусмотрена возможность отключения линии или сигнализации при обрыве одного из фазных проводов по наличию тока обратной последовательности I ₂ . Защита от замыканий на землю выполнена с использованием высших гармоник, что позволяет избежать зависимости от наличия компенсации сети. В устройстве реализована функция резервирования отказа выключателя с выдачей сигнала отказа на выключатель ввода или секции. Любая аварийная ситуация, отключение или неисправность, сопровождается замыканием контактов независимого реле предупредительной сигнализации.

В устройстве имеются: программируемое двукратное АПВ, ускорение при включении, функция УРОВ, отработка сигналов АЧР с ЧАПВ, а также постоянное самотестирование с выдачей сигнала неисправности контактами реле «Отказ». В случае срабатывания токовой защиты дополнительно определяется вид и ориентировочное расстояние до места повреждения. Предусмотрена четвертая ступень МТЗ с большим временем выдержки для возможности реализации так называемого «адресного отключения» потребителей.

При срабатывании защиты устройство запоминает параметры срабатывания для последующего анализа обслуживающим персоналом. В число запоминаемых параметров аварии входят:

• причина отключения;
• вид повреждения и расстояние до места металлического КЗ;
• время и дата момента отключения;
• ток и длительность аварийной ситуации;
• ток обратной последовательности I ₂ ;

• векторная диаграмма токов в линии в момент аварии.

Устройство имеет режим «Контроль», позволяющий выводить на встроенный индикатор текущие значения фазных токов, ток I ₂ , ток высших гармоник 3I_0гарм , состояние логических входных сигналов, а также контролировать ход встроенных часов. Функции защиты при этом полностью сохраняются.

При установке изделия на подстанции в него вводятся следующие уставки:

• значения токов срабатывания трех ступеней защиты (во вторичных значениях);
• значения выдержек времени при срабатывании всех трех ступеней МТЗ;
• пороговая чувствительность по току I ₂ для обнаружения обрыва провода;

Устройство предназначено для эксплуатации в следующих условиях:

• температура окружающего воздуха — от -20 до +55 °С;
• относительная влажность при 25 °С — до 98%;
• атмосферное давление — от 550 до 800 мм рт. ст.;
• окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров и газов, разрушающих изоляцию и металлы;
• место установки должно быть защищено от попадания брызг, воды, масел, эмульсий, а также от прямого воздействия солнечной радиации;
• синусоидальная вибрация вдоль вертикальной оси частотой от 10 до 100 Гц с ускорением не более 1 g;
• многократные удары частотой от 40 до 80 ударов в минуту с ускорением не более 3 g. длительность ударного ускорения — от 15 до 20 мс.

Устройство может применяться для защиты элементов распределительных сетей как самостоятельное устройство, так и совместно с другими устройствами РЗА (например, дуговой защитой, защитой от однофазных замыканий на землю, защитой шин и т.д.).

Устройство обеспечивает следующие эксплуатационные возможности:

• выполнение функций защит, автоматики и управления, определенных ПУЭ и ПТЭ;
• задание внутренней конфигурации (ввод / вывод защит и автоматики, выбор защитных характеристик и т.д.);
• ввод и хранение уставок защит и автоматики;
• контроль и индикацию положения выключателя, а также контроль исправности его цепей управления;
• определение места повреждения линии (для воздушных линий);
• передачу параметров аварии, ввод и изменение уставок по линии связи;
• непрерывный оперативный контроль работоспособности (самодиагностику) в течение всего времени работы;
• блокировку всех выходов при неисправности устройства для исключения ложных срабатываний;
• получение дискретных сигналов управления и блокировок, выдачу команд управления, аварийной и предупредительной сигнализации;
• гальваническую развязку всех входов и выходов, включая питание, для обеспечения высокой помехозащищенности;
• высокое сопротивление и прочность изоляции входов и выходов относительно корпуса и между собой для повышения устойчивости устройства к перенапряжениям, возникающим во вторичных цепях КРУ.

Функции защиты, выполняемые устройством:

• трехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ) от междуфазных повреждений с контролем двух или трех фазных токов.
• автоматический ввод ускорения любых ступеней МТЗ при любом включении выключателя.
• защита от обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ).

• защита от однофазных замыканий на землю по сумме высших гармоник.
• выдача сигнала для организации логической защиты шин.

Функции автоматики, выполняемые устройством:

• операции отключения и включения выключателя по внешним командам.
• возможность подключения внешних защит, например, дуговой, или от однофазных замыканий на землю.
• формирование сигнала УРОВ при отказах своего выключателя.
• одно- или двукратное АПВ.
• исполнение внешних сигналов АЧР и ЧАПВ.

Дополнительные сервисные функции:

• определение места повреждения при срабатывании МТЗ.
• фиксация токов в момент аварии.
• дополнительная ступень МТЗ-4 для реализации «адресного» отключения потребителей-неплательщиков или сигнализации длительных перегрузок.
• измерение времени срабатывания защиты и отключения выключателя.
• встроенные часы-календарь.
• измерение текущих фазных токов.

Устройство производит измерение электрических параметров входных аналоговых сигналов фазных токов I _A , i_b , 1_C , а также вычисление тока обратной последовательности /2.

При отсутствии измерительного трансформатора тока в фазе В ток фазы В рассчитывается по формуле

1в = -1а-1 с. (1).

При измерениях осуществляется компенсация апериодической составляющей, а также фильтрация высших гармоник входных сигналов. Для сравнения с уставками защит используется только действующее значение первой гармоники входных сигналов.

Элементная база входных и выходных цепей обеспечивает совместимость устройства с любыми устройствами защиты и автоматики разных производителей — электромеханическими, электронными, микропроцессорными, а также сопряжение со стандартными каналами телемеханики.

Устройство может поставляться самостоятельно для использования на действующих объектах при их модернизации или реконструкции. Кроме того, устройство может входить в комплектные поставки при капитальном строительстве электроэнергетических объектов.

Технические данные

Основные параметры и размеры

Питание устройства осуществляется от источника переменного (от 45 до 55 Гц), постоянного или выпрямленного тока напряжением от 178 до 242 В или от источника постоянного тока напряжением от 88 до 132 В. в зависимости от исполнения.

Мощность, потребляемая устройством от источника оперативного постоянного тока в дежурном режиме — не более 25 Вт, в режиме срабатывания защит — не более 35 Вт.

Габаритные размеры устройства не превышают 325x320x180 мм.

Масса устройства бег упаковки не превышает 9 кг.

Характеристики

Характеристики устройства «Сириус-Л» указаны в табл. 1.

Таблица 1

Наименование параметра	Значение
1. Входные аналоговые сигналы : число входов по току номинальный ток фаз (I A , IB , IC ), А максимальный контролируемый диапазон токов в фазах, А рабочий диапазон токов в фазах, А основная относительная погрешность измерения токов в фазах, % термическая стойкость токовых цепей, А, не менее: длительно кратковременно (2 с) частота переменного тока, Гц потребляемая мощность входных цепей для фазных токов в номинальном режиме (/ — 5 А), В-А, не более: для тока 3I 0 в номинальном режиме (I = 1 А)	4 5 0,2 — 200 1,0 — 200 ±3 15 200 50 ±0,5 0,5 0,5
Термическая стойкость токовой цепи 3I 0 с входных клемм, А, не менее: длительно Кратковременно (2 с) 2. Входные дискретные сигналы постоянного тока (220 В) число входов входной ток, мА, не более напряжение надежного срабатывания, В напряжение надежного несрабатывания, В длительность сигнала, мс, не менее 3. Выходные дискретные сигналы управления (220 В) количество выходных сигналов (групп контактов) коммутируемое напряжение переменного или постоянного тока, В, не более коммутируемый ток замыкания / размыкания при активно-индуктивной нагрузке с постоянной времени L/R = 50 мс, А, не более 4. Выходные дискретные сигналы сигнализации (220 В) количество выходных сигналов (групп контактов) коммутируемое напряжение переменного или постоянного тока, В, не более коммутируемый ток замыкания / размыкания при активно-индуктивной нагрузке с постоянной времени L/R = 50 мс, А, не более 5. Выходной дискретный сигнал «Отказ» тип контакта	2 5 15 20 150-264 0-120 20 3 264 5/0,15 6 264 0,5/0,15 нормально замкнутый

Дополнительная погрешность измерения токов, а также дополнительная погрешность срабатывания блока при изменении температуры окружающей среды в рабочем диапазоне не превышает 1% на каждые 10°С относительно 20°С.

Дополнительная погрешность измерения токов и срабатывания блока при изменении частоты входных сигналов в диапазоне от 45 до 55 Гц не превышает 1% на каждый 1 Гц относительно 50 Гц.

Устройство не срабатывает ложно и не повреждается:

— при снятии и подаче оперативного тока, а также при перерывах питания любой длительности с последующим восстановлением;

• при подаче напряжения оперативного постоянного тока обратной полярности;
• при замыкании на землю цепей оперативного тока.

Устройство обеспечивает хранение параметров настройки и конфигурации защит и автоматики (уставок) в течение всего срока службы вне зависимости от наличия питающего напряжения. Ход часов и зафиксированные данные в памяти сохраняются при пропадании оперативного питания на время до 48 часов.

Устройство выполняет функции защиты со срабатыванием выходных реле в течение 0,5 с при полном пропадании оперативного питания от номинального значения (для исполнения оперативного питания 110 В постоянного тока — в течение 0,2 с).

Время готовности устройства к работе после подачи оперативного тока не превышает 1,5 с., Наработка на отказ устройства составляет 25000 часов.

Электрическое сопротивление изоляции устройства между независимыми электрическими цепями и между этими цепями и корпусом в холодном состоянии составляет:

• не менее 20 МОм в нормальных климатических условиях;

— не менее 1 МОм при повышенной влажности (относительная влажность — 98%).

Нормальными климатическими условиями считаются:

• температура окружающего воздуха — (25±10)°С;
• относительная влажность — от 45 до 80%;
• атмосферное давление — от 630 до 800 мм рт. ст.

Электрическая изоляция между независимыми электрическими цепями и между этими цепями и корпусом в холодном состоянии при нормальных климатических условиях (п. 1.3.2.11) без пробоя и перекрытия выдерживает:

— испытательное напряжение переменного тока 1,5 кВ (действующее значение) частотой 50 Гц в течение 1 мин;

— импульсное испытательное напряжение (по три импульса положительных и отрицательных) с амплитудой до 5 кВ, длительностью переднего фронта 1,2 мкс, длительностью импульса 50 мкс и периодом следования импульсов — 5 с.

Устройство выполняет свои функции при воздействии помех с параметрами, приведенными в табл. 2., Таблица 2

Вид помехи	Параметр	Значение
1 Высокочастотная ГОСТ 27918-88	Частота	1 МГц
(МЭК 255-4)	Амплитуда	2,5 кВ
	Форма волны	Затухающие колебания
	Частота повторения	400 Гц
	Сигнала
	Время воздействия	2,0с
2 Пачки импульсов ГОСТ 29156-91.	Амплитуда	2 кВ
(МЭК 801-4-88)	Длительность импульса	50 нс
	Длительность пачки	15 мс
	Период следования пачек	300 мс
	Время воздействия	30 мин
3 Электростатический разряд	Напряжение разряда
ГОСТ 29191-91 (МЭК 801-2-91)	Контактный	6 кВ
	Воздушный	8 кВ

Состав изделия, В устройство входят следующие основные узлы:

• модуль контроллера МК;
• модуль АЦП;
• модуль оптронной развязки — 3 шт.;
• плата управления индикатором и клавиатурой;
• ЖК индикатор, светодиоды и кнопки управления;
• блок питания (БП);
• узел выходных реле;
• узел входных развязывающих трансформаторов;
• клеммные колодки и разъемы для подключения внешних цепей.

На передней панели устройства установлены:

• ЖК индикатор, содержащий две строки по 16 знакомест;
• кнопки клавиатуры для ввода и просмотра уставок и параметров срабатывания;
• светодиоды, отображающие состояние выключателя и причины его отключения.

Устройство и работа изделия

Основные принципы функционирования.

Устройство «Сириус-Л» всегда находится в режиме слежения за тремя токами линии. При отсутствии трансформатора тока в фазе В ток фазы В рассчитывается по формуле (1).

Дополнительно измеряется сумма высших гармоник тока 3Iо, а также рассчитывается ток обратной последовательности I ₂ .

Устройство периодически измеряет мгновенные значения токов с помощью АЦП, подключая его вход к соответствующему токовому каналу через встроенный аналоговый мультиплексор. Снятые значения АЦП обрабатываются по программе цифровой фильтрации относительно первой гармоники промышленной частоты, в результате чего получаются декартовы координаты векторов входных токов с относительной взаимной фазировкой. Фильтрация отсекает постоянную составляющую сигналов, высшие гармоники, а также ослабляет экспоненциальную составляющую при переходных процессах при авариях на линии.

Значения модулей векторов вычисляются каждые 5 мс и сравниваются с уставками, введенными в устройство при настройке его на конкретное применение.

При срабатывании какой-либо ступени защиты происходит автоматическое уменьшение значения уставки на 3% для исключения дребезга и обеспечения коэффициента возврата порядка 0,97. При токе менее 2 А коэффициент возврата уменьшается до 0,93.

Далее запускаются временные задержки, заданные для каждой ступени срабатывания. В случае снижения входных токов ниже порога происходит сброс выдержки времени. Для зависимых характеристик выдержка времени управляется текущим током.

После выдержки заданного времени включенных защит происходит отключение выключателя с помощью силового реле «Откл.».

В момент срабатывания контактов реле происходит фиксация причины отключения линии (вид сработавшей защиты, внешнее отключение или команда), момента срабатывания защиты при помощи встроенных часов-календаря, а также время, прошедшее с момента выявления условий срабатывания защиты до момента замыкания выходных контактов реле «Откл» т _защ (по нему можно судить о реальном полном времени реакции защиты на аварию).

Дополнительно, по сигналу отключения выключателя РПО, происходит фиксация общего времени существования аварийной ситуации Т_откл . Это позволяет определять время отключения высоковольтного выключателя.

Размыкание контактов реле «Откл.» происходит только после разрыва цепи катушки отключения выключателя блок-контактами выключателя для защиты контактов реле устройства от подгорания. Аналогично реализована и цепь включения выключателя. Отключение реле устройства при несрабатывании блок-контактов производится вручную, кнопкой «Сброс», после снятия питания цепей управления.

При любом включении выключателя с помощью устройства автоматически вводится ускорение срабатывания любых ступеней МТЗ в течение времени т _ускор . Задержка при ускорении задается отдельной уставкой т_ускор . По истечении времени т_ускор ускорение выводится из работы, и начинают действовать различные уставки по времени для разных ступеней МТЗ. Наличие ускорения по каждой из ступеней задается уставками. Если время задержки ускорения задано больше времени задержки какой-либо ступени МТЗ, то действует меньшая уставка.

При условии выдачи команды на отключение линии и отсутствии снижения входного тока ниже значения 0,2 А в течение заданного уставкой Т _уров времени, срабатывает выходное реле «УРОВ» и выдает сигнал отключения вводного и до двух секционных выключателей. Время задержки выдачи сигнала УРОВ задается уставкой Т_уров . Таким образом, сигнал УРОВ будет выдаваться только при условии несрабатывания выключателя линии. Это позволяет снизить время отключения вышестоящего выключателя и уменьшить последствия отказа выключателя линии. Замкнутое состояние контактов реле «УРОВ» обеспечивается до снижения тока в линии ниже 0,2 А. Длительность замкнутого состояния реле «УРОВ» — не менее 1 с для исключения размыкания цепи отключения контактами реле.

Самодиагностика устройства

При включении питания происходит полная проверка программно доступных узлов устройства, включая сам процессор, ПЗУ, ОЗУ, память уставок ЭНП, входные и выходные дискретные порты, а также АЦП. В случае обнаружения отказов, а также при отсутствии оперативного питания выдается сигнал нормально замкнутыми контактами реле «Отказ», и устройство блокируется.

В процессе работы процессор постоянно перепрограммирует так называемый сторожевой таймер, который, если его периодически не сбрасывать, вызывает аппаратный сброс процессора устройства и запускает всю программу с начала, включая полное начальное самотестирование. Таким образом, происходит постоянный контроль как отказов, так и случайных сбоев устройства с автоматическим перезапуском устройства.

В устройстве имеется режим «Контроль», позволяющий вывести на индикатор текущие значения фазных токов, тока нулевой и обратной последовательностей, состояние входных дискретных сигналов, а также текущие дату и время. Это позволяет дополнительно, с участием оператора, проверить целостность входных цепей и правильность установки текущего времени. В режиме «Контроль» полностью сохраняются все функции защиты, поэтому никакого ввода пароля не требуется.

Заключение

Сравнение микроконтроллеров является сложной задачей. Обычно каждый производитель кристалла предлагает Benchmark-тесты, показывающие, что его микроконтроллер самый лучший. Поэтому их сравнение производилось также с учетом характеристик самих релейных защит на базе данных микропроцессоров.

Общей чертой сравниваемых микропроцессоров является их архитектура, поддержка внешней памяти, наличие контроллера прерываний, часов, таймера, возможность присоединения к ПК. С точки зрения требований к условиям эксплуатации все приборы 4 категории исполнения УХЛ, то есть для стран с умеренным климатом. Также у всех приборов предусмотрена возможность питания как от источника переменного тока, так и от источника постоянного тока, причем, требования к уровню напряжения низкие.

По весогабаритным параметрам явное преимущество наблюдается на стороне прибора МРЗС-05.

Преимуществом прибора RTU 24 по сравнению с другими сравниваемыми приборами является его многофункциональность. RTU24 ведет собственный журнал глубиной в 256 событий с привязкой к своему абсолютному времени, и может осциллографировать события длительностью до 2 секунд. Особенностью RTU24 является использование масштабирующих трансформаторов вместо первичных измерительных преобразователей, что позволяет реально оценивать форму токов и напряжений, измерять косинус или тангенс j, измерять токи коротких замыканий. RTU24 комплектуется встроенным датчиком температуры окружающей среды. Для обслуживания интеллектуальных датчиков предусмотрены порты, поддерживающие наиболее распространенные протоколы обмена. Для повышения надежности работы RTU24 комплектуется собственным источником бесперебойного питания. Также предусмотрена возможность передачи информации по радиомодему. Его недостатком являются сравнительно большие вес и габариты.

Устройство «Сириус-Л» является также многофункциональным. В случае срабатывания токовой защиты дополнительно определяется вид и ориентировочное расстояние до места повреждения. Предусмотрена четвертая ступень МТЗ с большим временем выдержки для возможности реализации так называемого «адресного отключения» потребителей.

Список источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/mikroprotsessornaya-releynaya-zaschita/

микропроцессорный защита релейный напряжение

Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Устройство релейной защиты RTU на базе контроллера серии ИМ-2448.

Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Устройство микропроцессорной защиты присоединений напряжением 6-35 кВ «Сириус-Л».-М.: Научно-производственная фирма «Радиус».-52 с.

Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Устройство защиты, автоматики, контроля и управления присоединений 6-35 кВ МРЗС-05.-Киев: Украина, производственное объединение «Киевприбор».-8 с.