Лекция -8

Содержание лекции: основные сведения о микропроцессорных устройствах релейной защиты, автоматики, дистанционного управления. Характеристики микропроцессорных устройств. Установки для проверки устройств РЗА.Шкафы релейной защиты и автоматики, назначение

Цель лекции: Знакомство с новым направлением исполнения элементной базы в виде цифровых терминалов и новой аппаратуры для проверки цифровых терминалов.

8.1 Микропроцессорные устройства релейной защиты, автоматики, дистанционного управления. Основные характеристики микропроцессорных устройств

Большинство фирм производителей оборудования РЗА 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 ее стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные устройства очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных реле. Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше, чем у микроэлектронных, а тем более электромеханических. Мировыми лидерами в производстве устройств РЗА являются европейские концерны ALSTOM, ABB и SIEMENS. Общей для них является тенденция все большего перехода 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.

8.1 Краткое описание аппаратной части

Цифровые устройства РЗ различного назначения имеют много общего, а их структурные схемы очень похожи. Центральным узлом цифрового устройства является микро ЭВМ, которая через свои устройства ввода-вывода обменивается информацией с периферийными узлами. С помощью этих дополнительных узлов осуществляется сопряжение микроЭВМ (микропроцессора) с внешней средой: датчиками исходной информации, объектом управления, оператором и т. д.

Следует отметить, что в реальном устройстве РЗ может использоваться несколько микро-процессоров (МП), каждый из которых будет занят решением отдельного фрагмента общей задачи с целью обеспечения высокого быстродействия. Так, фирма ALSTOM, для этой цели, использует один мощный процессор, а фирма ABB, использует 4—10 МП, работающих параллельно.

Порт связи с внешними цифровыми устройствами. Достоинством цифровых устройств является возможность передачи имеющейся информации в другие цифровые системы: АСУ ТП, персональный компьютер и т. д., что позволяет интегрировать различные системы, экономя на каналах связи, затратах на предварительную обработку сигналов и т. п. Коммуникационный порт — необходимый элемент для дистанционной работы с данным устройством.

Ввод дискретных сигналов.

Практически во всей современной электронной аппаратуре ввод дискретных сигналов осуществляется через преобразователи на основе оптронов. Собственное время переключения у оптронов составляет доли микросекунды. Для оптопары (светодиод-фотоприемник) характерна малая проходная емкость, что препятствует проникновению помех по этому пути.

Выходные реле

Несмотря на очевидные достижения в области высоких потенциалов и сильных токов в цифровых реле, в большинстве случаев по-прежнему используются промежуточные электромагнитные реле. Контактная пара пока еще остается вне конкуренции как единственное устройство, обеспечивающее видимый разрыв в коммутируемой цепи. К тому же это и самое дешевое решение.

Отображение информации

Для отображения информации в реле используются и отдельные светодиодные индикаторы, и табло, и даже графические экраны. Для простоты будем называть совокупность элементов визуального отображения информации в реле дисплеем.

Очевидно, что дисплей не должен быть дорогим, так как "общение" человека с реле происходит крайне редко. Дисплей реле должен обеспечивать быстрое и однозначное представление информации. Наилучшим образом этим требованиям удовлетворяют простые дисплеи в виде светодиодных индикаторов. С другой стороны, цифровое устройство защиты — это устройство, которое способно предоставить оператору очень большой объем информации: текущие значения токов и напряжений электроустановки, их аварийные значения, уставки (а их в цифровых реле может быть несколько наборов), состояние входов и выходов управления и т. д. Для оперативного получения такого объема информации требуются соответственно и более информативные дисплеи.

В более современных устройствах применяются цифробуквенные многострочные табло, что обеспечивает удобство считывания информации. Такие табло выполняются на основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ). Основными недостатками ЖК- индикаторов являются относительно низкая контрастность изображения и неработоспособность при низких температурах. Однако, невысокая стоимость и легкость управления ЖКИ способствует их широкому применению, в том числе и в устройствах РЗА.

В последнее время появились более дорогие ЖКИ, способные работать

при температурах до - 25°С.

8.2 Система управления и сбора информации

Для своего функционирования микропроцессорные устройства релейной защиты производят измерения и аналого-цифровое преобразование контролируемых сигналов- токов и напряжений. Кроме того, они производят контроль положения коммутационных аппаратов, фиксируют значения аварийных параметров в виде файлов событий и цифровых осциллограмм.

Поэтому микропроцессорные устройства РЗА снабженные интерфейсом связи для передачи информации могут служить источником информации для систем управления.

Для передачи информации от устройств РЗА обычно используются интерфейсы трех типов: RS232, RS485, ST коннектор для подключения оптоволоконного кабеля. Интерфейс RS232 обеспечивает дальность передачи информации до 20 метров. RS485 –до 1200 метров по витой экранированной паре без дополнительного усиления. С дополнительным промежуточным усилителем дальность связи может быть увеличена вдвое. При применении кабеля соответствующего типа, дальность связи по опто кабелю составляет до 15 км. Наиболее распространенные протоколы для связи с микропроцессорными устройствами РЗА это: - Modbus, - Frofibus,- SPA bus, - DNP 3.0, - IEC (МЭК) 60870-5-103. Полученная от устройств РЗА информация может представляться на экране рабочей станции объекта в виде соответствующего набора экранов.

Кроме того, в памяти компьютера рабочей станции объекта накапливаются аварийные сообщения. Параметры нормального режима (токи, напряжения, мощности) измеренные через заданный промежуток времени также накапливаются в памяти компьютера рабочей станции и могут отображаться в

виде графиков. Эти графики позволяют оперативному персоналу эффективнее вести режим работы объекта. Сбор значений нормального режима от устройств РЗА может производиться не на одном объекте (подстанции), а во всей сети. Тогда с помощью микропроцессорных РЗА может быть собрана и накоплена информация о работе всей сети. И таким образом существенно повышена эффективность ее работы. Однако, основным сдерживающим фактором широкого внедрения систем сбора информации на основе микропроцессорных РЗА являются каналы связи (их отсутствие или низкая пропускная способность).

8.3 Установки для проверки устройств РЗА

Для выполнения проверки устройств РЗА необходимо регулировать в широких пределах и измерять величину тока и напряжения, измерять время срабатывания и возврата устройств. В более сложных случаях необходимо регулировать и измерять величину мощности, сопротивление, частоту, угол между током и напряжением.

Вот некоторые разновидности установок для проверки устройств РЗА:

− Установки для проверки простых защит.

− Установки для проверки сложных защит.

− Автоматизированные микропроцессорные установки.

− Аппаратура для проверки ВЧ трактов защит.

Установки выполняются однофазными. К таким установкам можно отнести У-5052 или ЭУ-5000 производства “Киевэлектроточприбор”, Ретом 11 - “Динамика” Чебоксары и др.

Установки для проверки сложных защит. Эти установки дополнительно имеют возможность создавать одновременно однофазный (или трехфазный) ток и трехфазное напряжение; имеют возможность регулировать угол между током и напряжением, что позволяет использовать их для проверки реле сопротивления, мощности. В эти установки дополнительно входит фазорегулятор и фазометр для измерения фазы. К таким установкам относится устройство У-5053 ил ЭУ 5001 “Киевэлектроточприбора”, Ретом 51 и др.

Автоматизированные микропроцессорные установки. Эти установки построены на совершенно новых принципах: взамен трансформации питающего напряжения для получения нужной величины тока и напряжения, они содержат управляемые генераторы тока и напряжения. С учетом микропроцессорного

управления они могут выдавать на реле точно заданную величину тока и напряжения. Установки позволяют по заданной программе производить изменение параметров и анализировать работу защиты, что дает возможность автоматизировать процесс проверки устройства защиты. Некоторые установки позволяют имитировать по осциллограмме, записанной цифровым осциллографом или микропроцессорным реле процесс аварии, что дает возможность проанализировать работу защиты при аварии. Управлять установкой можно с места, или с помощью подключенного к ней переносного или персонального компьютера. Количество таких устройств, предоставляемых разными фирмами достаточно велико. Это РЕТОМ – 51 НП “Динамика, используются также проверочные установки фирмы OMICRON (Швейцария), например CMC-156. Для проверки высокочастотной аппаратуры, необходимо иметь ВЧ генераторы достаточной мощности и диапазоном частот 30–500 кГц. Фирма “Динамика” выпускает микропроцессорное испытательное устройство типа РЕТОМ-ВЧ.

Рисунок 8.3 - Установки для проверки устройств РЗА: РЕТОМ-51, РЕТОМ-ВЧ, РЕТОМ-11М

8.4 Шкафы релейной защиты и автоматики, назначение

Современные комплектные микропроцессорные устройства обеспечивают выполнение всех функций, необходимых для присоединения. Кроме непосредственно функций основной и резервной защиты они обеспечивают также контроль за состоянием выключателя, телеуправление, местное управление из шкафа, или дистанционное управление по локальной сети, регистрацию событий, осциллографирование аварийных процессов, измерение текущих электрических величин, передачу этой информации на верхний уровень управления. Все это входит в функциональный объем одного или двух микропроцессорных устройств РЗА. Для того чтобы обеспечить связи устройства с оборудованием своего и смежных присоединений, требуется еще некоторое количество промежуточных реле, автоматы оперативного тока, резисторы, диоды и некоторые другие элементы. Для подключения внешних контрольных кабелей, локальной сети и прочих элементов требуется клеммник на значительное количество клемм.

Раньше все эти элементы располагались на нескольких панелях: основная защита, резервная защита, автоматика линии и выключателя, панель управления, панель измерения с измерительными преобразователями для телемеханики. Итого: четыре панели для линии 110 кВ, пять панелей для трехобмоточного трансформатора, семь панелей для линии 330 кВ.

Используя микропроцессорные устройства, все эти функции удается поместить в одном шкафу, и только для линий напряжением 330 кВ и выше, а также мощных энергоблоков, у которых для надежности, требуется выполнить две самостоятельные системы защиты: группы “А” и “В”, питающиеся от отдельных аккумуляторных батарей, трансформаторов тока и напряжения, действующих на разные соленоиды отключения, требуется два отдельных шкафа. В один шкаф возможно поместить защиту и автоматику двух линий 110–220 кВ, двух трансформаторов, пяти присоединений 35 кВ и ниже.

Такое размещение дает значительную экономию труда и материалов: не требуются контрольные кабели для связи между панелями и необходимые им клеммы, остаются только связи со своим и чужими присоединениями.

Ранее применявшиеся панели решено заменить шкафами, что также улучшает условия работы устройств. Уменьшается доступ пыли, аппаратура размещается на нескольких уровнях, с сохранением доступа к ней, запирающиеся дверцы шкафа улучшают ее сохранность. Может быть выполнено одностороннее обслуживание, что позволяет придвинуть шкаф к стене и сэкономить место.

Рисунок 8.4 - Оперативный пункт управления (ОПУ) со шкафами РЗА фирмы «SIEMENS» подстанция «Каратау»

а) Терминал релейной защиты б) Векторная диаграмма

фирмы SIEMENS с дисплеем управления

в) Осциллограмма возникновения перегрузки на линии

Рисунок 8.5 Цифровые защиты

Рисунок 8.7- Шкафы РЗА с терминалами релейной защиты фирмы «SIEMENS» на подстанции «Каратау»

Когда бы не было на свете
Семьи релейщиков дано,
Все электрические сети
К.З. разрушило давно!
Ты, сетевик, сиди за чаем
Своей подстанции в тиши:
Твои мы сети защищаем,
Так ты спасибо нам скажи!
И станционники нам рады,
Без нас они б подняли вой:
Не загорится генератор,

Коль есть на станции

релейщик с головой!
Когда подстанции включают,
Забудь, релейщик, время спать!
Тебя последним допускают
Твою защиту под

Нагрузкой проверять!
Зато начальство уважает,
Всегда релейщик на виду:
Его последним поощряют,
И первым премии лишают за беду!

Список используемой литературы

1. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем: Учебное пособие/ Под ред. А.Ф. Дьякова.- М.:Изд. МЭИ, 2002.- 295 с.

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. «Релейная защита энергетических систем».- М., Энргоатомиздат, 1998.

3. 27 Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем: - М.: Энергия,

1992, - 560 с.

4. Шабад М.А. Расчеты РЗ и А распределительных сетей: Монография.- СПб.:

ПЭИПК,2003г.- 350с.

5. Овчинников В.В. Защита электрических сетей 0,4-35кВ. Ч.1,Ч.2. –М.:

Издательство редакции журнала “Энергетик”, 2002г.

6 Шабад М.А. Сто лет релейной защите. Сборник материалов.- СПб.: ПЭИпк,

2001.-65с.

Св, план 2007 г.,поз.. №

Башкиров Михаил Владимирович

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

Конспект лекций

Раздел «Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем»

(для студентов всех форм обучения специальности 050718 –

Электроэнергетика)

Редактор Ж.М. Сыздакова

Подписано в печать Формат 60x 84 1/16

Тираж 100экз. Бумага типографская №1

Объём 1,8 уч.-изд.л. Заказ Цена 50тг.

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова,126

Дата добавления: 2014-01-07