Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

 ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра электротехники и электрооборудования  предприятий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине “Микропроцессорные средства”

 

Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студ. гр. АЭ 01 01                                                          Р.А.Камашев

Проверил канд. тех. наук, доц.                                                      В. Д. Ковшов

 

 

 

 

 

 

УФА 2004

 

Содержание

 

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов………………………………………………………………………...3

Введение……………………………………………………..………………….4

Внутренняя структура микропроцессора……………………………………..6

Микропроцессорные устройства в релейной защите……………..………….7

Возможность измерения нормального  и аварийного режима……………….8

Устройство микропроцессорной  релейной защиты и автоматики МРЗС-05.9

Устройство микропроцессорной  защиты присоединений в сетях  напряжением 6-35 кВ "Сириус-Л"…………………………………………….17

Устройство  релейной защиты RTU 24 на базе контроллера серии

ИМ-2448…….…………………………………………………………………..27

Сравнительная характеристика…………………………………………….…34

Заключение……………………………………………………………………..37

Список использованных источников…………………………………………38

Приложение 1…………………………………………………………………..39

Приложение 2…………………………………………………………………..40

Приложение 3…………………………………………………………………..41

 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ.

 

АПВ — автоматическое повторное включение;

АЦП — аналого-цифровой преобразователь;

АЧР — автоматическая частотная разгрузка;

БП — блок питания;

ЗОФ — защита от обрыва фаз;

КЗ — короткое замыкание;

КРУ — комплектное распределительное  устройство;

ЛЗШ — логическая защита шин;

МТЗ — максимальная токовая защита;

ОЗЗ — однофазное замыкание  на землю;

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство;

ПЗУ — постоянное запоминающее устройство;

ПЭВМ — персональная ЭВМ;

РПВ — реле положения  выключателя — «включено»;

РЗА — релейная защита и автоматика;

РПО — реле положения выключателя — «отключено»;

ТТ, ИТТ — измерительный  трансформатор тока;

ЧАПВ — частотное  автоматическое повторное включение;

УРОВ — устройство резервирования отказов выключателя;

ШУ — шины управления;

ЭНП — энергонезависимая  память.

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Микропроцессорные устройства РЗА начали применяться в мировой практике более двух десятилетий тому назад, постепенно вытесняя не только электромеханические устройства, но и электронную аналоговую технику. Переход на цифровые принципы обработки информации в релейной защите не привел к появлению новых принципов построения защит, но определил оптимальную структуру построения аппаратной части современных цифровых устройств и существенно улучшил эксплуатационные качества устройств РЗА. Предприятию-производителю микропроцессорных устройств (МП) РЗА зачастую совместно с представителями энергообъектов, специалистами проектных институтов приходится решать различные вопросы, связанные с началом их внедрения. Но разработанные типовые проекты, рекомендации и симуляторы устройств сняли настороженное отношение к цифровым устройствам.

Устройства РЗА, выполненные на традиционной элементной базе, уже  не способны обеспечить решение ряда актуальных эксплуатационных и технических  проблем:

• реализация некоторых функций приводит к существенному увеличению аппаратной части;
• многие функции на электромеханической релейной аппаратуре выполнить просто невозможно;
• не обеспечивается стыковка с современными цифровыми АСУ, затрудняется дистанционное управление электрической частью объектов и сигнализация;
• полностью отсутствует диагностика и запись аварийных процессов;
• усложнение схем РЗА требует большого количества наладочного
• и обслуживающего персонала высокой квалификации, а также периодического проведения профилактических проверок работоспособности этих устройств.

Интенсивное развитие цифровой техники  обусловило широкое проникновение  ее во все уровни автоматизации энергообъектов как в энергетике, так и во всех других отраслях промышленности. Уверенно доказаны следующие преимущества микропроцессорных устройств РЗА перед электромеханическими и электронными устройствами РЗА, построенными на аналоговых принципах:

• сокращение эксплуатационных расходов за счет самодиагностики, автоматической регистрации режимов и событий;
• реализация полноценной современной АСУ ТП на базе устройств РЗА с выполнением различных функций;
• сокращение расходов на строительство, монтаж, уменьшение габаритов, экономия кабелей, уменьшение затрат на аппаратную часть;
• ускорение отключения короткого замыкания за счет уменьшения ступеней селективности, что снижает размеры повреждений электрооборудования и стоимость восстановительных работ;
• улучшение контроля за состоянием оборудования и работой устройств РЗА;
• унификация технических решений, применение стандартных модулей, уменьшение потребностей в запчастях, полная заводская готовность;
• возможность диагностики не только устройств РЗА, но и первичного оборудования;
• уменьшение времени на выяснение причин аварий за счет регистрации и записи аварийных процессов;
• возможность реализации новых функций;
• упрощение расчета уставок устройств РЗА и увеличение их точности.

Применение микропроцессорных  устройств РЗА дает большой экономический  эффект в первую очередь за счет снижения эксплуатационных затрат и  ущерба от недоотпуска электроэнергии.

Для получения представления о  современном уровне развития микропроцессорной  техники в релейной защите проведем анализ нескольких микропроцессорных  устройств релейной защиты.

 

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.

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. 
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.

 

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.

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.

 

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.