Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики

Внутренняя структура микропроцессорного устройства в релейной защите. Возможность измерения нормального, аварийного режима. Устройство микропроцессорной релейной защиты и автоматики МРЗС-05 в сетях напряжением 6–35 кВ. Автоматическая частотная разгрузка.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

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.

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.

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 3U₀;

- 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...