ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

вания к устройствам РЗ с точки зрения их правильного функ­ ционирования.

1.9.2. Статическая устойчивость функционирования

Входные величины, подводимые к устройствам релейной за­ щиты, зависят от режимов и конфигурации ЭС и могут изме­ няться в достаточно широких диапазонах с учетом места и ви­ да КЗ, например, токи 1- в диапазоне (0-40) lнou·

Статическая устойчивость функционирования характеризу­ ет способность УРЗ сохранять стабильность измерения и обес­ печивать точность измерения, характеристики, параметры и ус­ тавки, при условии, что эти входные величины являются уста­ новившимися. Статическая устойчивость функционирования оп­ ределяется в основном выполнением требований по точности

параметров, характеристик, уставок в заданных диапазонах входных сигналов. Так, в современных цифровых защитах от­ клонения величин срабатьшания по току, напряжению, сопро­

тивлению от установленных значений обычно не превышают ±5%; от уставок по времени - 1%; от уставок по углу- ±3°

при синусоидальной форме входных сигналов.

1.9.3. Динамическая устойчивость функционирования

Энергетическая система является сложной динамической си­ стемой, в которой при возмущениях, в частности при КЗ, воз­ никают переходные процессы, приводящие в ряде случаев к по­ явлению апериодических и высокочастотных составляющих в токе и напряжении. Переходные процессы возникают и в из­ мерительных трансформаторах тока и напряжения, что приво­ дит к возникновению дополнительных переходных составля­ ющих и в ряде случаев и к насыщению измерительных транс­ форматоров тока, что существенно искажает форму сигналов, подводимых к УРЗ. Следует считаться также и с возможностью насыщения силовых трансформаторов ЭС при их включении, что также искажает форму тока. Все указанное означает, что форма входных сигналов УРЗ при возникновении возмущения, прежде всего при КЗ в ЭС, может определенное время сущест­ венно отличаться от синусоидальной. Указанное может приве­ сти к неправильному функционированию релейной защиты -

31

недопустимому замедлению при срабатывании, отказу в сра­ батывании или к излишнему срабатыванию, т.е. к нарушению динамической устойчивости функционирования РЗ. Динамическая устойчивасть функционирования характери­

зует способность УРЗ обеспечивать свои функции с учетом пе­ реходных процессов, возникающих при К3 и коммутациях в

ЭС и самом УРЗ. С учетом этого, требование динамической ус­

тойчивости функционирования должно учитываться при раз­ работке алгоритмов и конструкции устройств РЗ.

1.9.4. Устойчивость к влиянию внешней среды

В процессе эксплуатации устройства РЗ могуr подвергаться раз­

личного вида воздействиям внешней среды - электрическим, ме­ ханическим, климатическим. Многочисленные международные и национальные стандарты определяют нормы на предельные зна­ чения указанных воздействий, которые должны выдерживать уст­ ройства РЗ, чтобы обеспечить правильное функционирование в ре­ альных условиях.

Таблица 1.4. Факторы внешней с:редЫ и опредепяющие их стандарты

32

В табл. 1.4 приведены основные влияющие факторы внеш­ ней среды, определяющие их стандарты и типичные значения влияющих факторов при проверке устойчивости УРЗ.

1.9.5. Надежность

Под надежностью релейной защиты понимается вероятность выполнения ею требуемых функций при заданных условиях в течение заданного промежутка времени (стандарт МЭК 50(448)- 1995). Невыполнение защитой требуемых функций может за­

ключаться в непредусмотренном функционировании (напри­ мер, в излишнем срабатывании), либо в отказе в функциониро­ вании (рис. 1.15).

В соответствии с этим стандартом МЭК определяются поня­ тия надежности несрабатывания и надежности срабатывания

[1].

Неправильное функционированиеможет быть обусловлено либо аппаратным отказом (отказом элемента или конструкции УРЗ), либо принципиальным отказом (отказом, вызванным ошибкой при проектировании или применении устройства, на­ пример, отсутствием статической или динамической устойчиво­ сти функционирования (см. выше).

Мероприятия по обеспечению чувствительности, селективнос­ ти, статической и динамической устойчивости функционирования (см. §1.4, п. 1.9.1-1.9.3) уменьшают вероятность принципиально­

го отказа устройств РЗ. Качественное выполнение устройств защи-

33

Оrкаэ эащиты

НеправИllьное фунКl.\lfонирование

Рис. 1.15. Оrкаэ защиты как следствие неправильного функционирования·

ты, обеспечивающее, в том числе и устойчивость к влияющим фак­ торам внешней среды, уменьшает вероятность возникновения ап­ паратного отказа. Современные микропроцессорные устройства защиты обладают дополнительными возможностями повышения надежности. Это обусловлено тем, что расширение функциональных возможностей в части защитных фующий и иххарактеристик уменьшаетвероят­

ность принципиальногоотказа, а использование интегрированной микропроцессорной элементной базы существенно уменьшает чис­ ло конструктивных элементов и снижает вероятность аппаратно­ го отказа.

Дополнительным средством повышения надежности УРЗ яв­ ляется возможность введения функции наблюдения и автомати­ ческого контроля в цифровые устройства релейной защиты (ре­ шается в основном на уровне программного обеспечения). Не­ прерывный автоматический контроль исправности внутренних элемешов защиты, а также частично внешних входных цепей

переменного тока и напряжения и выходных отключающих це­ пей, обеспечивает своевременное выявление неисправности и

существенно снижает вероятность аппаратного отказа.

(),

1.10. Основные элементы цифровой релейной защиты

и).

ЗU0

EV

AD

35

Рис. 1.16. Обобщенная структурная схема дифференциальной и дистанционной защиты 75D6

36

• обеспечение функционирования операционной системы, на­ пример, хранение данных, часы реального времени, коммуни­ кации, интерфейсы и т.д.

Важной функцией блока аналоговых входов является обеспе­ чение достаточной изоляционной прочности измерительных це­ пей устройства относительно вторичных цепей высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения.

А предназначеныдля ввода логической ин­ формации (0/1), которая в дальнейшем используется в про­ граммной части для принятия решения. Для ввода информации используют, как правило, оптоэлектронные преобразователи. Эта информация обычно включает в себя:

сигналы о состоянии элементов электрической системы (на­ пример, вспомогательных контактов выключателей);

сигналы от других устройств РЗ, передаваемые, например, с помощью средств телемеханики;

сигналы пуска (запрета) от устройств автоматического по­ вторного включения (АПВ);

сигналы ускорения защит при включении линии; сигналы для разрешения или запрета отдельных функций за­

щиты; сигналы управления, изменяющие логику защиты.

Каждый дискретный вход определенным образом программи­ руется. Поэтому появление или исчезновение напряжения на за­ программированном входе оптрона соответствует появлению определенной команды в программном блоке защиты.

- выходные реле В1 и светодиоды - слу­ жат для целей управления и сигнализации. Эти элементы так­ же программируются, т.е. срабатывание (несрабатывание) од­ ного из реле соответствует выполнению устройством защиты оп­ ределенной функции. Через дискретные выходы выдаются ко­ манды включения (отключения) выключателей и различные

сигналы и сообщения для других устройств защиты и систем сиг­ нализации.

предназначена для ввода управляющей информации, такой как:

изменение уставок и параметров защ ты; ввод (вывод из действия) отдельных функций;

ввод команд для управления коммутационными элементами

присоединения;

37

программирование дискретных входов и выходов;

проведение контрольных проверок исправности усrройства. Дисплей предназначен для чтения сообщений защиты, а так-

же используется как вспомогательное средство при всех опера­

циях, выполняемых с помощью клавиатуры. Интерфейс обслуживания представляет собой обычно последо­ вательный порт на лицевой панели защиты и обеспечивает связь

между защитой и персональным компьютером. В целом современ­ ная цифровая защита представляет собой достаточно сложное устройство, выполняющее большое количество различных функ­ ций и требующееввода и вывода значительного числа данных и со­ общений. Поэтому наиболее эффективное обслуживание защиты, прежде всего ввод данных и вывод сообщений, может быть прове­

дено с помощью персонального компьютера. Для этого использу­ ются специальные обслуживающие программы, учитывающие осо­

бенности конкретной защиты. Специальный интерфейс позволяет таюке производить централизованную настройку и обслуживание

устройства на удалении (через модем).

Системный интерфейс обеспечивает связь защиты с системой контроля и управления. Посредством этого интерфейса в сисrему управления передаются различные сообщения, в том числе о сосrо­ янии )(,, и дейсrвии отдельных функций на уровень управле­ ния и архивирования данных. В другом направлении (к защите) пе­

мой управления может осуществляться по электрическим или оп­ тическим каналам и использовать различные протоколы передачи данных.

Функциональный интерфейс обеспечивает быстрый обмен ин­ формацией в общем случае о действиях отдельных функций за­

щиты, сообщениях и состоянии контактов коммутирующих ап­ паратов с устройством защиты на другом конце защищаемого объекта. Это позволяет повысить эффективность защитных функций и в ряде случаев ускорить отключение повреждений в

объекте, (например, на линии). Функциональный интерфейс ис­ пользуется также для обеспечения функции дифференциальной

защиты. В этом случае происходит обмен информацией с другими УРЗ об аналоговых входных сигналах переменного тока

(см. рис. 1.2).

(((

Измерительные органы цифровой релейной защиты

2.1.Общие положения

2.1.1.Структура цифровых измерительных органов

По аналогии с электромеханическими и электронными изме­

рительными органами, в ЦРЗ можно таюке выделить цифровые измерительные органы (ЦИО).

Измерительные органы релейной защиты, в которых при об­ работке информации выполняются операции -. последователь­ ностями чисел, зависящими от текущих значений входных сиг­ налов тока i и напряжения и, подводимых к ,,,. называют ци­ фровыми измерительными органами.

Цифровые измерительные органы строятся на основе общей кон­ структивной базы микропроцессорной системы и общей програм­ мы, управляющей этой системой, пуrем применения специально

разработанных подпрограмм, реализующих заложенные в них ал­ горитмы.

Таким образом, ЦИО являются в определеююм смысле «вирту­ альными» органами, так как физически (конструктивно) выделить каждый из них из ЦРЗ в большинстве случаев невозможно в силу общей конструктивной базы и общих программных средств МП-си­ стемы.

Основой ЦИО является преобразование непрерывного вход­ ного сигнала в последовательность чисел, называемых отсчета­ ми, которые отображают его мгновенное значение, измеряемое через равные промежуrки времени. Такая процедура называет­ ся аналого-цифровым преобразованием, а устройство для её ре­ ализации - аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Чис­ ла, полученные в результате аналого-цифрового преобразова­

ния, выражаются в двоичной системе счисления, т.е. в виде ком­ бинаций двух цифр - «нулей» (О) и «единиц» (1).

),-

нп

и •••

i •••

Рис. 2.1. Структурная схема ЦИО

Преобразование непрерывного аналогового сигнала в после­ довательность его равноотстоящих мгновенных значений явля­ ется частью цифрового измерения и называется дискретиза­ цией.

Обобщенная струкrурная схема ЦИО приведена на рис. 2.1. Условно ЦИО можно разбить на две части - линейный ((y) и нелинейный (y, преобразователи. Линейный преобразователь преобразует входные измеряемые сигналы в последовательнос­ ти цифровых сигналов. Для этого используются формирователи аналоговых сигналов ФАС (например, промежуrочные трансфор­ маторы, активные или пассивные аналоговые фильтры и АЦП). Нелинейный преобразователь ), служит для обеспечения необ­ ходимого алгоритма измерения путем обработки цифровых сиг­ налов и содержит цифровой процессор ,(, блоки памяти (y()ин­ терфейсы входа и выхода ВВ, ВЫВ для ввода дискретной инфор­ мации (x1-xk) и вывода информации из ЦИО (y1-yk).

Струкrура ЦИО во многом условна, так как в зависимости от применяемых способов и средств обработки и ввода сигналов, методов вычислений могут иметься последовательные или па­ раллельные каналы цифровой обработки и соответствующие коммутаторы сигналов, один или несколько взаимосвязанных микропроцессоров (МП) для обеспечения функций нескольких ЦИО и др. Несмотря на то, что структура ЦИО является в целом более сложной, чем структура традиционных аналоговых орга­

(y()