Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики

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 I₂ 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-1с. (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 (IA,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 3I0 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 3I0  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 1,5кВ (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 I₂.

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.