Опубликовано

Релейная защита автоматики

Содержание

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем

123

Основные понятия

• Микропроцессор (МП) — это функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

• МП выполняет над информационными данными арифметические и логические операции и осуществляет программное управление вычислительным процессом.

Микропроцессорный комплект интегральных микросхем – совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам обеспечивающих возможность совместного применения.

• Архитектура МП – функциональные возможности аппаратурных электронных средств МП, используемые для представления данных, машинных операций, описания алгоритмов и процессов вычислений.

• Магистраль – совокупность соединительных линий и схем, обеспечивающих требуемые параметры передаваемых по линиям электрических сигналов, по которым информация передается от источника информации к приемнику.

• Микропроцессорной системой (МП-системой) обычно называют специализированную информационную или управляющую систему, построенную на основе микропроцессорных средств.

• Интерфейс – совокупность правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия устройств в микропроцессорной системе.

• В состав интерфейса входят аппаратурные средства соединения устройств (разъемы и связи), номенклатура и характер связей, программные средства, описывающие характер сигналов интерфейса, и их временную диаграмму, а также описание электрических параметров сигналов.

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем

• Современное устройство релейной защиты и автоматики (РЗА) представляет собой управляющую микропроцессорную систему, предназначенную для получения и обработки информации о состоянии электроэнергетических объектов, и выдачи управляющих и информационных сигналов для прекращения аварийных и аномальных режимов в электроэнергетических системах (ЭЭС).

• В качестве входной информации используются следующие составляющие:

• аналоговые сигналы, характеризующие контролируемые величины электроэнергетических систем (ЭЭС) токи ia , iв , iс , напряжения Uа , Uв , Uс , а также другие непрерывные аналоговые величины, пропорциональные характеристикам защищаемого объекта (температура, давление, освещенность и т.п.);

• входная двоичная дискретная информация, такая как, сигналы от коммутационных аппаратов, других устройств релейной защиты автоматики (РЗА) и от обслуживающего персонала;

• цифровая информация от других устройств РЗА, характеризующая как текущие значения измеряемых величин, так и логические сигналы, полученные посредством цифровых коммуникационных интерфейсов;

• управление уставками и параметрами устройств РЗА, осуществляемое обслуживающим персоналом или системами управления через коммуникационные интерфейсы.

• Выходная информация микропроцессорных устройств РЗА может быть представлена следующим образом:

• выходная дискретная двоичная информация;

• цифровая информация к другим устройствам;

• сообщения различных видов о состоянии защищаемого объекта, в том числе сигналы для визуального наблюдения измеряемых аналоговых величин в нормальном и аварийных режимах;.

Основные сведения о
микропроцессорах и микропроцессорных системах

• Основные преимущества микропроцессорных средств заключены в их универсальности, высокой производительности и технологичности.

• архитектуру микропроцессоров можно разделить на несколько классов:

• простые однокристальные 4- и 8-разрядные контроллеры невысокой производительности для применения в бытовых приборах и небольших подсистемах;

• быстродействующие секционные комплекты микропроцессорных БИС для создания систем произвольной разрядности, адаптируемых к алгоритмам обработки данных на микропрограммном уровне;

• мощные однокристальные 16-и 32- и 64-разрядные микропроцессоры;

• процессоры цифровой обработки сигналов, подключаемые к стандартным интерфейсам микропроцессорных систем для обработки арифметических алгоритмов, таких как быстрое преобразование Фурье;

• аналоговые процессоры — устройства, включающие АЦП, ЦАП, устройства цифровой обработки и представляющиеся пользователю как системы с аналоговым входом и аналоговым выходом.

Основные характеристики
и типы МП

• Однокристальные МП с фиксированной разрядностью слова, с фиксированной системой команд и управляющим устройством со «схемной логикой».

• Выполняются с использованием различных МОП технологий микроэлектроники позволяющие размещать на одном кристалле большое число элементарных схем.

• Многокристальные (секционные) микро- программируемые МП с изменяемой разрядностью слова и фиксированным набором микроопераций.

• Многокристальный биполярный МП основан на конструктивном принципе функционально-разрядного слоя (несколько одинаковых кристаллов) объединяемых микропрограммным блоком.

Строение МП

• КР580ВМ80А — 8-разрядный микропроцессор, полный аналог микропроцессора Intel i8080А (1974 г.). Процессор содержит 4500 транзисторов штатная тактовая частота КР580ВМ80А — до 2,5 МГц, средняя производительность оценивается на уровне 200..500 тыс. оп/c на частоте 2 МГц ,простых операций типа «регистр — регистр» при длительности цикла 250 нс.. Микропроцессор конструктивно помещен в пластиковый корпус с 40 выводами

Состав МПК КР580

• Для формирования управляющих сигналов и буферирования данных в микропроцессорных системах на базе микропроцессора КР580ВМ80А применяются микросхемы КР580ВК28 и КР580ВК38.

• Для повышения нагрузочной способности и обмена данных между микропроцессором и системной шиной применяют двунаправленные шинные формирователи КР580ВА86 и КР580ВА87.

• Для связи микропроцессора с системной шиной применяют адресные регистры с повышенной нагрузочной способностью КР580ИР82 и КР580ИР83.

• Для синхронизации работы микропроцессорной системы используется микросхема генератора тактовых сигналов КР580ГФ24.

• Микросхема КР580ВВ55А – программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации, применяется в качестве элемента ввода-вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации.

Принципы фон Неймана

• Принцип программного управления обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ.

• Согласно этому принципу программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

• Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

• Иногда этот принцип называют «принцип хранимой команды»

• Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих.

Структура типового МП

• Шина данных (Data Bus) 8-ми разрядная, т.к. разрядность микропроцессора КР580ВМ80А равна 8-ми (D0-D7). (D0 – младший разряд, D7 – старший разряд, всего 8 разрядов).

Предназначена для передачи данных от микропроцессора к периферийным устройствам, а также в обратном направлении (двунаправленная)

• Шина адреса (Address Bus), 16-ти разрядная (А0-А15), служит для определения адреса (номера) устройства, с которым процессор обменивается информацией в данный момент. Каждому устройству (кроме процессора), каждой ячейке памяти в микропроцессорной системе присваивается собственный адрес.

• Шина управления (Control Bus), постоянной размерности не имеет, состоит из отдельных управляющих сигналов. Каждый из этих сигналов во время обмена информацией имеет свою функцию.

• Некоторые сигналы служат для стробирования передаваемых или принимаемых данных , для подтверждения приема, сброса данных, или для сброса всех устройств в исходное состояние

• ОЗУ хранит информацию только при наличии напряжения питания. ОЗУ-это простейший регистр построенный на D – триггерах.

• ПЗУ- предназначено для долговременного хранения информации, её нельзя оперативно менять. В ПЗУ информация записывается один раз либо в процессе производства, либо непосредственно перед применением, при помощи специальных программаторов.

• Соединение всего многообразия внешних устройств с шинами МК осуществляется с помощью интерфейсов, которые следует понимать как унифицированное средство объединения различных устройств в единую систему.

• ППА –программируемый параллельный адаптер КР580ВВ55.

• ПСА – программируемый связной адаптер КР580ВВ51.

• Обмен данными с внешними устройствами осуществляется через порты ввода/вывода.

• Для микропроцессора Intel 8080 общее число портов ввода/вывода может составлять 256.

• В качестве внешних устройств используются клавиатура, дисплей, принтеры, датчики и т.п.

• Микропроцессор Intel 8080A ориентирован на работу с памятью, имеющую байтовую организацию (8 бит). Это значит, что микропроцессор считывает информацию побайтно.

• Программа и данные хранятся в памяти в ячейках длиной 1 байт (8 бит); каждая ячейка имеет адрес длиной 2 байта (16 бит). Всего процессор может напрямую обращаться к 64К памяти.

Схема подключения выводов микропроцессора КР580ВМ80А и их назначения.

Выводы синхронизации:

• F1, F2 – выводы двух неперекрывающихся последовательностей синхроимпульсов;

• SYNC – выход синхронизации, сигнал определяет начало каждого машинного цикла команды;

• RESET – вход сигнала начальной установки процессора. После прекращения действия сигнала программный счетчик устанавливается в нулевое состояние и процессор начинает работать с нулевого адреса.

Выводы управления ожиданием:

• READY – готово внешнее устройство (READY = 1) или не готово (READY = 0). Синхронизирует обмен информации с внешними устройствами.

• WAIT – указывает, что процессор находится в состоянии ожидания (WAIT = 1).

Выводы управления памятью:

• WR – управление записью в память или во внешние устройства; низкий уровень указывает, что процессор выдал данные на магистраль данных D7-D0.

Выводы управления магистралью данных:

• DBIN – указывает, что магистраль данных (D7-D0) находится в режиме приема. Используется для управления чтением данных из памяти или внешнего устройства.

Выводы управления прерыванием:

• INT – запрос прерывания внешним устройством, запрашивающих обмен с процессором в режиме прерывания.

• INTE – выход сигнала разрешения прерывания (INTE = 1), указывающего на то, что процессор готов к обмену в режиме прерывания; (INTE = 1 – если готов, INTE = 0 – если не готов).

Выводы управления захватом магистралей в режиме ПДП:

• HLD – вход запроса захвата магистралей D7-D0 и магистрали адреса А15-А0 внешними устройствами. Процессор переходит в режим ЗАХВАТ и отключает магистрали D7-D0 и А15-А0 (переходит в высокоимпедансное состояние).

• HLDA – выход подтверждения захвата. Указывает, что процессор находится в состоянии ЗАХВАТ. Магистрали данных и адреса при этом отключены от выводов.

Командный цикл микропроцессора

• Выполнение команд в МП осуществляется в строго определенной последовательности обусловленной рядом факторов, в том числе используемыми синхросигналами . В основе работы МП лежит командный цикл — действия по выбору из памяти и выполнению одной команды. В зависимости от типа и формата команды, способов адресации и числа операндов командный цикл может включать в себя различное число обращений к памяти и ВУ и следовательно — иметь различную длительность.

Машинные циклы и их идентификация

• Действия МПС по передаче в/из МП одного байта данных/команды называются машинным циклом.

• Командный цикл представляет собой последовательность машинных циклов (МЦ), причем КЦ i8080 может содержать от 1 до 5 МЦ.

• МЦ может состоять из нескольких машинных тактов.

• Машинный такт (Т) – это период синхросигналов. Его длительность может быть установлена в некоторых пределах. В МП КР580 длительность может быть установлена произвольно в диапазоне 0,5…2 мкс (при тактовой частоте 2 МГц)

• МЦ микропроцессора i8080 предусматривает возможность обмена как в синхронном, так и в асинхронном режиме.

• Если в составе МПС использованы только «быстрые» устройства, т.е. такие, которые могут работать с тактовой частотой МП, то передача информации в МЦ осуществляется в синхронном режиме.

• При работе с «медленными» устройствами, быстродействие которых не позволяет переключаться с частотой тактового генератора МП, необходимо «растянуть» во времени МЦ, реализовав асинхронный принцип обмена.

Принципы программирования микропроцессоров.

• Все языки программирования условно можно разделить на три уровня:

• машинный код;

• автокод (язык ассемблера);

• языки высокого уровня (процедурные языки и языки искусственного интеллекта.

Ассемблерная мнемоника

• Язык ассемблера — это символическое представление машинного языка. Все процессы в машине на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка.

• Программа на ассемблере представляет собой совокупность блоков памяти, называемых сегментами памяти.

Структурная схема микропроцессора КР580ВМ80А (i8080А)

• Микропроцессор КР580ВМ80А реализован на основе общей внутренней магистрали данных и включает в себя следующие функциональные узлы: блок регистров с адресной логикой; блок АЛУ; двунаправленную буферизованную магистраль данных; блок управления и синхронизации.

Блок регистров

• Содержит шесть 16-ти битовых регистров, образующих статическую память с произвольным доступом (регистр – пространство из восьми бит, схема или устройство хранения информации).

• Три из них могут использоваться как шесть отдельных 8-ми разрядных программно-доступных регистров B, C, D, E, H, L общего назначения для хранения операндов или как три 16-ти разрядных программно-доступных пары BC, DE, HL для хранения адресов или двухбайтовых операндов. При выполнении арифметических и логических операций с регистровой адресацией в регистрах хранятся 8-ми разрядные операнды, которые передаются в АЛУ для участия в операции. Второй операнд и результат операции хранятся в блоке АЛУ.

• Содержимое каждого из регистров можно переслать в блок АЛУ или в память через 8-ми битовые мультиплексоры (МП) и внутреннюю магистраль данных.

Регистр-счетчик (РС)

• Используется в качестве программного счетчика и хранит адрес текущей команды программы.

• Его содержимое автоматически увеличивается после выборки каждого байта команды схемой адресной логики.

• Загрузка и выдача содержимого РС осуществляется через мультиплексоры и внутреннюю магистраль данных.

Указатель стека (SP)

• SP хранит адрес ячейки стековой области памяти, к которой было сделано последнее обращение.

• Содержимое SP уменьшается на 1 перед каждым занесением слова в стек или увеличивается на 1 после каждого извлечения из стека.

Пара регистров W и Z

• Это 8-разрядные регистры. Они недоступны программисту. Используются для запоминания двухбайтовых и трёхбайтовых команд перехода, передаваемых с внутренней магистрали данных в счётчик команд

Адресная логика

• предназначена для хранения, программного изменения и выдачи на магистраль А15-А0 адресов данных и команду.

• Она содержит буферный регистр адреса (БРА), логическую схему инкремента-декремента (СИД) и адресный буфер.

• Буферный регистр адреса принимает и хранит адрес с любого 16-ти разрядного регистра. Его выход связан со входами СИД и БРА.

Блок АЛУ.

• Предназначен для выполнения арифметических и логических операций над числами в параллельном 8-ми разрядном двоичном коде.

• Информация обрабатывается в АЛУ с использованием регистра временного хранения (ВР), аккумулятора временного хранения (ВА), аккумулятора (А) и регистра признаков F.

Регистр флагов F

• 8 разрядный регистр, содержащий информацию о текущем состоянии микропроцессора.

• Имеет пять однобитовых флагов состояния, которые индицируют результаты выполнения арифметических и логических операций. В зависимости от состояния этих флагов некоторые машинные команды могут изменять последовательность выполнения команд в программе.

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
S Z AC P 1 CY

Двунаправленная магистраль данных

• Служит для организации связи микропроцессора с другими микросхемами, входящими в состав микро-ЭВМ.

• Она включает в себя внутреннюю магистраль данных, буфер данных (БД) и соединена с выводами магистрали данных D7-D0 микропроцессора.

• Буфер данных – 8-ми разрядный двунаправленный с тремя состояниями – предназначен для развязки внутренней и внешней магистрали данных. Он состоит из буферного регистра данных и формирователей.

• В режиме вывода информация с внутренней магистрали загружается в буферный регистр, а затем передается на внешнюю магистраль данных через формирователи.

• При вводе данные из внешней магистрали через формирователи непосредственно передаются на внутреннюю магистраль. Буферный регистр данных при этом отключается. Он отключается также при выполнении операций, не связанных с передачей информации процессором.

Блок управления и синхронизации

• Предназначен для приема команд, синхронизирующих и управляющих внешних сигналов, а также для формирования внутренних сигналов микроопераций и внешних синхронизирующих и управляющих сигналов.

Он содержит регистр команд (РК), дешифратор команд (ДшК), схемы формирования машинных циклов и другие устройства.

Способы адресации микропроцессора

• Микропроцессор I8080/8085 использует пять способов адресации: неявную, регистровую, непосредственную, прямую, косвенную регистровую.

• Неявная адресация В команде операнд явно не задается, он подразумевается (например команда СМА).

• Регистровая адресацияКогда используются команды с этим способом адресации, операция и источник данных (операнд) точно определены.

• Операнд отыскивается микропроцессором во внутреннем регистре микропроцессора (например команда MOV D,C).

• Непосредственная адресация Команды непосредственной адресации являются командами, по которым данные следуют непосредственно за командой.

• Прямая адресация В случае прямой адресации второй и третий байт команды прямо указывают на расположение операнда в памяти. Это команды трехбайтового формата (исключение составляют ввода/вывода).

• Косвенная регистровая адресация. Команды с такой адресацией обращаются в память, используя содержимое пары регистров для указания на адрес операнда. Если в мнемонике команды стоит буква М, то операнд находится в памяти по адресу, записанному в регистровой пара HL.

Основные группы операций.

• Микропроцессоры выполняют набор команд, которые реализуют следующие основные группы операций:

• операции пересылки,

• арифметические операции,

• логические операции,

• операции сдвига,

• операции сравнения и тестирования,

• битовые операции,

• операции управления программой;

Команды ветвлений и переходов микропроцессораIntel 8080

• Команды ветвлений содержат группы команд перехода, вызова, возврата и повторного запуска.

• Эта группа команд изменяет последовательный нормальный ход программы.

• Команды переходов существуют двух типов – безусловного и условного переходов.

• Безусловные переходы просто выполняют операцию перехода по указанному адресу; условные – проверяют состояние одного из индикаторов микропроцессора.

• Условия, которые проверяются командами условных переходов, задаются в следующей форме:

• Условия:

• JNZ – не нуль(Z = 0)

• JZ – нуль(Z = 1)

• JNC – нет переноса(CY = 0)

• JC – перенос (C = 1)

• JPO – нечетность (P = 0)

• JPE – четность (P = 1)

• JP – плюс (S = 0)

• JM – минус (S = 1)

• JMP addr (Jump). Переход или ветвление (РС) addr. Управление передается команде, адрес которой установлен в байте 2 и 3 текущей команды.

Команды стека, ввода/вывода и управления микропроцессором
Intel 8080А

• Эти команды выполняют операции помещения в стек и извлечения из него, ввода и вывода данных, обмен данными, подтверждения и запрета прерываний, останова процессора.

Выводов КР580ВК28 /38

DBIN Строб шины данных при вводе. Сигнал поступает от одноименного выхода микропроцессора (DBIN = 1 — шина данных находится в режиме приема информации от внешних устройств или памяти).
/IOW Выход. Сигнал управления записью в порты ввода/вывода.
/MEMW Выход. Сигнал управления записью в память.
/IOR Выход. Сигнал управления чтением из портов ввода/вывода.
/MEMR Выход. Сигнал управления чтения из памяти.
/INTA Выход. Сигнал подтверждения прерывания. Поступает на одноименный вход микросхемы контроллера прерываний Intel 8259.
/BUSEN Вход. Сигнал управления системной шиной (/BUSEN = 0 — разрешает работу шин управления и системной магистрали данных; /BUSEN = 1 шины данных и управления переходят в Z-состояние). Сигнал на данный вход микросхемы поступает от контроллера ПДП.

Параллельный программируемый интерфейс i8255 (КР580ВВ55)

• Для организации обмена информации МП системы с внешними периферийными устройствами в параллельном восьмиразрядном коде в комплект микросхем входит БИС программируемого параллельного интерфейса (ППИ) КР580ВВ55 (Intel 8255).

• В ППИ КР580ВВ55 входит схема управления выводом, вводом и двунаправленный буфер данных, предназначенный для подключения внутренней шины ППИ к шине данных МП системы, и три 8 разрядных порта А, В и С для обмена между МП и периферией.

• Порты А и В состоят из входных и выходных 8 разрядных регистров, порт С из двух входных и выходных 4 разрядных регистров.

ППИ и его подключение к
микропроцессорной системе

Назначение выводов ППИ

D0 — D7 Шина данных
RESET Сброс. Начальная установка. После снятия сигнала RESET выводы портов настраиваются на ввод (INPUT) информации.
CS Выбор кристалла. Сигнал низкого уровня подключает выводы D0-D7 к шине данных МП системы.
RD Чтение. По сигналу RD содержимое одного из портов передается на шину данных.
WR Запись. По сигналу низкого уровня с шины данных происходит запись в один из портов или в регистр УС
А0, А1 Выбор порта или РУС

Программируемый интервальный таймер БИС КР580ВИ53

• Программируемый интервальный таймер БИС i8253 используется для задания временных интервалов в МП системах и может применяться как одновибратор с программируемой длительностью импульсов, программируемый делитель частоты и счетчик внешних событий.

Основные понятия

• Микропроцессор (МП) — это функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

• МП выполняет над информационными данными арифметические и логические операции и осуществляет программное управление вычислительным процессом.

Микропроцессорный комплект интегральных микросхем – совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам обеспечивающих возможность совместного применения.

• Архитектура МП – функциональные возможности аппаратурных электронных средств МП, используемые для представления данных, машинных операций, описания алгоритмов и процессов вычислений.

• Магистраль – совокупность соединительных линий и схем, обеспечивающих требуемые параметры передаваемых по линиям электрических сигналов, по которым информация передается от источника информации к приемнику.

• Микропроцессорной системой (МП-системой) обычно называют специализированную информационную или управляющую систему, построенную на основе микропроцессорных средств.

• Интерфейс – совокупность правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия устройств в микропроцессорной системе.

• В состав интерфейса входят аппаратурные средства соединения устройств (разъемы и связи), номенклатура и характер связей, программные средства, описывающие характер сигналов интерфейса, и их временную диаграмму, а также описание электрических параметров сигналов.

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем

• Современное устройство релейной защиты и автоматики (РЗА) представляет собой управляющую микропроцессорную систему, предназначенную для получения и обработки информации о состоянии электроэнергетических объектов, и выдачи управляющих и информационных сигналов для прекращения аварийных и аномальных режимов в электроэнергетических системах (ЭЭС).

• В качестве входной информации используются следующие составляющие:

• аналоговые сигналы, характеризующие контролируемые величины электроэнергетических систем (ЭЭС) токи ia , iв , iс , напряжения Uа , Uв , Uс , а также другие непрерывные аналоговые величины, пропорциональные характеристикам защищаемого объекта (температура, давление, освещенность и т.п.);

• входная двоичная дискретная информация, такая как, сигналы от коммутационных аппаратов, других устройств релейной защиты автоматики (РЗА) и от обслуживающего персонала;

• цифровая информация от других устройств РЗА, характеризующая как текущие значения измеряемых величин, так и логические сигналы, полученные посредством цифровых коммуникационных интерфейсов;

• управление уставками и параметрами устройств РЗА, осуществляемое обслуживающим персоналом или системами управления через коммуникационные интерфейсы.

• Выходная информация микропроцессорных устройств РЗА может быть представлена следующим образом:

• выходная дискретная двоичная информация;

• цифровая информация к другим устройствам;

• сообщения различных видов о состоянии защищаемого объекта, в том числе сигналы для визуального наблюдения измеряемых аналоговых величин в нормальном и аварийных режимах;.

Основные сведения о
микропроцессорах и микропроцессорных системах

• Основные преимущества микропроцессорных средств заключены в их универсальности, высокой производительности и технологичности.

• архитектуру микропроцессоров можно разделить на несколько классов:

• простые однокристальные 4- и 8-разрядные контроллеры невысокой производительности для применения в бытовых приборах и небольших подсистемах;

• быстродействующие секционные комплекты микропроцессорных БИС для создания систем произвольной разрядности, адаптируемых к алгоритмам обработки данных на микропрограммном уровне;

• мощные однокристальные 16-и 32- и 64-разрядные микропроцессоры;

• процессоры цифровой обработки сигналов, подключаемые к стандартным интерфейсам микропроцессорных систем для обработки арифметических алгоритмов, таких как быстрое преобразование Фурье;

• аналоговые процессоры — устройства, включающие АЦП, ЦАП, устройства цифровой обработки и представляющиеся пользователю как системы с аналоговым входом и аналоговым выходом.

Основные характеристики
и типы МП

• Однокристальные МП с фиксированной разрядностью слова, с фиксированной системой команд и управляющим устройством со «схемной логикой».

• Выполняются с использованием различных МОП технологий микроэлектроники позволяющие размещать на одном кристалле большое число элементарных схем.

• Многокристальные (секционные) микро- программируемые МП с изменяемой разрядностью слова и фиксированным набором микроопераций.

• Многокристальный биполярный МП основан на конструктивном принципе функционально-разрядного слоя (несколько одинаковых кристаллов) объединяемых микропрограммным блоком.

Строение МП

• КР580ВМ80А — 8-разрядный микропроцессор, полный аналог микропроцессора Intel i8080А (1974 г.). Процессор содержит 4500 транзисторов штатная тактовая частота КР580ВМ80А — до 2,5 МГц, средняя производительность оценивается на уровне 200..500 тыс. оп/c на частоте 2 МГц ,простых операций типа «регистр — регистр» при длительности цикла 250 нс.. Микропроцессор конструктивно помещен в пластиковый корпус с 40 выводами

Состав МПК КР580

• Для формирования управляющих сигналов и буферирования данных в микропроцессорных системах на базе микропроцессора КР580ВМ80А применяются микросхемы КР580ВК28 и КР580ВК38.

• Для повышения нагрузочной способности и обмена данных между микропроцессором и системной шиной применяют двунаправленные шинные формирователи КР580ВА86 и КР580ВА87.

• Для связи микропроцессора с системной шиной применяют адресные регистры с повышенной нагрузочной способностью КР580ИР82 и КР580ИР83.

• Для синхронизации работы микропроцессорной системы используется микросхема генератора тактовых сигналов КР580ГФ24.

• Микросхема КР580ВВ55А – программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации, применяется в качестве элемента ввода-вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации.

Основные понятия о релейной защите

Основным видом электрической автоматики, направленной на сохранение работоспособности современных энергетических систем и её элементов, является релейная защита. Защищает она электрическое оборудование от опасных последствий ненормальной работы. За счёт релейной защиты происходит полная ликвидация аварийных режимов путём отключения от сети, тем самым также происходит изоляция повреждённого элемента от сети электроснабжения. Она тесно работает с другими видами защит такими как:

  1. АПВ — автоматическое повторное включение;
  2. АВР — автоматическое включение резерва;
  3. АЧР — автоматическая частотная разгрузка.

Данные защиты предусмотрены и чётко регламентированы в правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Представляет собой она электрическую схему, которая состоит из одного или группы реле срабатывающих только при определённых аварийных условиях. При этом все ее сработанные виды должны быть визуально зафиксированы за счёт сигнальных реле, которые называются блинкерами. В состав релейной защиты могут быть включены как одиночные реле, так и целые группы, состоящие из нескольких десятков реле. Это количество зависит от сложности включаемого потребителя и важности схемы электроснабжения. За счёт неё происходит определение аварийного или повреждённого участка цепи, а также характер неисправности.

Назначение релейной защиты

Во время проектирования любой электрической схемы снабжения обязательным является расчет релейной защиты автоматики (РЗА). Если сказать простыми словами, то она служит для того, чтобы при коротком замыкании, или другом ненормальном режиме работы в схеме потребителя, эти перегрузки не повлияли на работы другого оборудования. Если они, конечно, завязаны все в одной энергетической системе.

При возникновении короткого замыкания напряжение в цепи падает, зато ток возрастает до максимального значения. Этот факт может повлечь за собой не только возгорание, но и выход со строя всей питающей сети, если бы в таких аварийных случаях релейная защита вовремя не отключала данный повреждённый участок. Для начинающих упрощённую РЗА в действии можно увидеть в быту при замыкании фазного и нулевого провода. При этом отключается автомат, питающий данную сеть, в котором установлена токовая отсечка. Аварийных ситуаций на подстанции или на производстве может быть больше это и перенапряжение, и выделение газа при неисправности трансформатора и т. д.

Работа и назначение релейной защиты организована на постоянном контроле, а также оценке технических и электрических параметров оборудования и цепи, которую она должна защищать. Зачастую устройства данной релейной автоматики скомпонованы в элементах электрических сетей и объединены в единую систему.

Требования к релейной защите

Главная её задача — это надёжно защищать оборудование и цепи электроснабжения от работы в неисправном, аварийном состоянии. Соответственно к ней существует ряд требований, выполнение которых проверяется регулярно лабораторией или специальными службами. Вот основные требования к релейной защите:

  1. Быстродействие. Способность защиты работать с минимальной выдержкой времени после наступления аварийной ситуации. Правда, одни из них специально разработаны на срабатывание с определённой установленной выдержкой времени это зависит от условий работы электрооборудования и назначения конкретного вида релейной защиты;
  2. Селективность. Это вид избирательности защиты, направленный на отключение только определённых ближайших участков к месту аварии или короткого замыкания;
  3. Чувствительность. Способность защиты направленная на реагирование её только на данные отклонения, на которые она настроена;
  4. Надёжность. Безотказность системы защит и недопущение ложных срабатываний.

От этих четырёх основных требований напрямую зависит эффективность функционирования релейной защиты любого электрического оборудования и цепей.

Классификация реле

Все применяемые реле в системе могут быть выполнены на основе определённого оборудования. Релейная защита может быть выполнена на следующих типах реле:

Электромеханической конструкции. Принцип их действия основан на притягивании и отпускании подвижной части реле при прохождении, через катушку электромагнита, электрического тока. При этом происходит размыкание или замыкание контактов;

  • Полупроводниковые. Они изготавливаются на основе полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, тиристоров) которые выполняют роль электрического ключа в схеме;
  • Цифровые. Основаны на работе микропроцессорной техники, обработка данных происходит не в аналоговом, а в цифровом формате, образуя блок релейной защиты. Существует возможность программирования таких цифровых устройств, что добавляет в работу РЗА автоматизации без участия персонала.

Устройства РЗА можно разделить также и по сложности их применения. К простым относятся:

  1. Максимальная токовая или токовая отсечка. Она применяется даже в обычных автоматических выключателях, применяемых в быту;
  2. От минимального и максимального напряжения. В быту это так называемые устройства барьеры.
  3. Дифференциальная, которая основана на сравнении токов, проходящих по каждой из фаз;
  4. Газовая. Это одна из разновидностей защит трансформаторов от выхода из нормального рабочего режима работы;
  5. Замыкание на землю. Срабатывает при пробивании изоляции или касании токопроводящих частей к земле.

Сложные виды РЗА включают в свой состав:

  1. Устройства контроля изоляции как цепей постоянного таки переменного тока;
  2. Системы отбора напряжения;
  3. Различные системы контроля температур, давления и других параметров оборудования;
  4. Контроль и наблюдение за сопротивлением изоляции цепей аккумуляторных батарей и т. д.

Чтобы добиться надёжности и правильной работы электрических аппаратов входящих в данную защиту, нужно чтобы все элементы были выполнены из качественных комплектующих таких как реле, трансформаторов тока и т. д. В настоящее время релейная защита это очень популярная и востребованная часть электроэнергетики.

Согласно правилам эксплуатации электроустановок силовые устройства электрических сетей и электростанций должны быть обеспечены защитой от сбоев в эксплуатации и токов короткого замыкания. Средствами защиты являются специальные устройства, выполненные на основе реле, что оправдывает их название релейная защита и автоматика (РЗА). В настоящее время существует много различных устройств, способных в короткие сроки блокировать возникшую аварию в электрической сети, либо подать предупредительный сигнал о возникновении аварийного режима.

Релейная защита работает чаще всего совместно с автоматикой, и их устройство взаимосвязано со специфическими видами аварийных режимов сети:

  • Уменьшение частоты тока, возникающей при внезапной перегрузке генераторов вследствие короткого замыкания, либо отключения части других источников из сети.
  • Повышенное напряжение. Увеличение этого параметра на 10% уменьшает срок службы ламп освещения в два раза. Такой режим возникает при внезапной разгрузке сети.
  • Токовая перегрузка способствует излишнему нагреванию изоляции проводников и кабелей, создает искрообразование в контактных соединениях.

Виды релейной защиты

Реле классифицируются по определенным признакам:

  • По методу подключения: первичные, которые подключаются непосредственно в цепь устройства, и вторичные, которые подключаются посредством трансформатора.
  • По типу исполнения: электромеханические, состоящие из подвижных контактов, отключающих цепь, и электронные, обесточивающие цепь с использованием полупроводниковых элементов.
  • По назначению: измерительные, которые выполняют измерение параметров, и логические, которые подают сигналы и команды другим устройствам, выполняют задержку по времени.
  • По методу работы: прямого действия, которые связаны с устройством отключения механическим путем, и косвенного действия, которые управляют электрической цепью электромагнита, обесточивающего сеть питания.

Релейная защита и автоматика бывают различных видов:

  • Максимальная токовая защита, включается при достижении определенной величины тока, заданной при настройке.
  • Направленная наибольшая токовая защита, кроме настройки тока учитывает направление мощности.
  • Дифференциальная, применяется для защиты сборки генераторов, трансформаторов, шин путем сравнения величин токов на выходе и входе. При разнице, превышающей заданное значение, срабатывает релейная защита.
  • Газовая и струйная, применяется для обесточивания трансформатора и других устройств, работающих в емкостях с маслом. При возникновении неисправностей образуется повышенная температура, и из масла выделяются газы, снижается диэлектрическое свойство масла и разлагается его химический состав. На такие аварийные режимы срабатывают механические реле, которые действуют с учетом возникновения газа в емкости, а также веществ, образующихся при разложении масла. При срабатывании защиты подается команда на действие логической схемы.
  • Логическая, защищает шины, применяется для определения места короткого замыкания на питающих линиях, которые отходят от шин электростанции, и на шинах.
  • Дистанционная, имеющая блокировку по оптическому каналу, является более надежным способом защиты, в отличие от дистанционной защиты с ВЧ блокировкой, так как электрические помехи не оказывают большого влияния на оптический канал.
  • Дистанционная с ВЧ блокировкой, применяется для обесточивания воздушных линий при возникновении коротких замыканий.

  • Дистанционная защита используется в сложных схемах сетей, где из-за чувствительности и быстродействия не могут применяться простые виды защит. Дистанционная защита выявляет расстояние до места аварии или короткого замыкания, и в зависимости от расстояния срабатывает с большей или меньшей задержкой по времени. Современные новые системы защит обладают ступенчатыми свойствами времени. Они каждый раз не измеряют величину сопротивления для определения расстояния до аварийного участка, а только осуществляют контроль участка, на котором выявлена неисправность.
  • Дифференциально-фазная, используется для контроля фаз по концам линии питания. При превышении настроенного значения тока, реле обесточивает линию.
  • Защита минимального напряжения. В аварийных режимах, особенно при коротком замыкании, возможна просадка напряжения. Для обеспечения отключения электрооборудования при снижении напряжения ниже критического значения предназначена защита минимального напряжения. Такая защита в свою очередь делится на групповую и индивидуальную. Групповая защита отключает группу потребителей с помощью реле минимального напряжения, которое работает совместно с промежуточным реле, отключающим своими силовыми контактами целую группу потребителей нагрузки. Такая релейная защита используется чаще всего на электростанциях для создания надежности функционирования наиболее ответственного оборудования при кратковременном резком снижении напряжения. Она отключает на время падения напряжения менее ответственное оборудование, для создания более благоприятных условий ответственных электрических устройств. Индивидуальная защита работает аналогичным образом, но отключает только один потребитель.
  • Защита максимального напряжения. Имеется два вида реле, защищающих потребители от повышенного напряжения. Первый вид – это защита, действующая по принципу отвода удара молнии по молниеотводу на контур заземления. Второй вид – это устройства, компенсирующие энергию рассеянным теплом во внешнюю среду. Они не применяют релейную основу, а действуют сразу в силовой схеме. Защита максимального напряжения проектируется по принципу минимальных, с такими же измерительными элементами, но реле настраивается на срабатывание по уставке повышения напряжения, превосходящей некоторый допустимый предел напряжения эксплуатации цепи.

Некоторые виды автоматики предназначены для подачи электроэнергии, в отличие от релейной защиты:

  • Автоматическая частотная разгрузка, выключает электрические устройства при снижении частоты тока в сети.
  • Автоматическое повторное включение, используется на линиях электропередач выше 1000 вольт, а также в сборках трансформаторов, электродвигателей и шин подстанций.
  • Автоматический ввод резерва, применяется при коммутации генератора в сеть в качестве резервного источника питания электроэнергией.

Релейная защита. Устройство

Электромеханические конструкции релейной защиты постоянно модернизируются и совершенствуются. Внедряются инновационные технологические разработки и проекты. В новейших энергетических системах объединены статические, индукционные, электромагнитные устройства с микропроцессорными и полупроводниковыми элементами.

Однако основной смысл и порядок работы релейной защиты для всех новых устройств остается неизменным. Схема структуры релейной защиты показана на рисунке.

1 — Электрический сигнал
2 — Блок наблюдения электрических процессов
3 — Блок логики и анализа
4 — Исполнительный блок
5 — Сигнальный блок

Блок наблюдения

Главной функцией этого блока является мониторинг электрических процессов, происходящих в электрической системе, путем измерений такими устройствами, как трансформаторы напряжения и тока.

Сигналы выхода на блоке могут передаваться непосредственно логическому блоку для сравнения параметров с настроенными пользователем значениями отклонений от нормальных значений, которые называются уставками. Также сигналы блока наблюдения могут сначала преобразовываться в цифровой вид, а затем передаваться дальше.

Блок логики

В этом блоке выполняется сравнение поступивших сигналов с предельными значениями уставок. Даже незначительное совпадение этих параметров между собой приводит к возникновению команды на срабатывание защиты.

Исполнительный блок

Этот блок все время находится в состоянии, готовом к срабатыванию, при поступлении команды от блока логики. При срабатывании осуществляются переключения цепи электроустановки по запланированному алгоритму, который составлен по принципу недопущения неисправностей электрооборудования и удара электрическим током работников.

Сигнальный блок

В электрической системе все процессы происходят очень быстро, поэтому человек не в состоянии воспринимать их. Чтобы сохранить происходящие в системе события, применяют специальные сигнальные устройства, которые работают путем звукового и визуального оповещения, а также сохраняют все происходящие события в памяти устройства.

Все виды устройств после их срабатывания переводятся в исходное состояние оператором вручную. Это позволяет гарантированно сохранить информацию о действии автоматики и релейной защиты.

Принципы работы

Релейная защита может иметь нарушения в своей работоспособности, которые выражаются следующими факторами:

  • Ложные срабатывания при исправной электрической системе и отсутствии каких-либо повреждений.
  • Излишние сработки, когда не требуется работа исполнительного блока.
  • Повреждения внутри устройства защит.

Чтобы исключить отказы при функционировании релейной защиты, вырабатываются специальные требования к ней при проектировании, установке, настройки с запуском в работу, и техническом обслуживании:

  • Надежность функционирования.
  • Чувствительность к моменту запуска оборудования.
  • Быстродействие (время сработки).
  • Селективность.

Принцип надежности

Этот принцип определяется:

  • Безотказностью в эксплуатации.
  • Пригодностью к ремонту.
  • Долгим сроком службы.
  • Сохраняемостью.

Обслуживание и эксплуатация релейной защиты имеет три варианта надежности по срабатыванию:

  1. При внутренних КЗ в рабочей зоне.
  2. При возникновении внешних КЗ за границей рабочей зоны.
  3. При работе без неисправностей.

Надежность устройств защиты бывает:

  • Эксплуатационная.
  • Аппаратная.

Принцип чувствительности

Этот принцип дает возможность определить виды предполагаемых расчетных повреждений и ненормальных режимов энергетической системы в рабочей зоне защиты.

Кч = Iкз min/Iсз

Чтобы определить его числовое значение, используется коэффициент Кч, который рассчитывается отношением наименьшего тока короткого замыкания рабочей зоны к величине тока срабатывания. Релейная защита работает в нормальном режиме при:

Iсз < Iкз min

Наиболее приемлемая величина коэффициента чувствительности находится в диапазоне 1,5-2.

Принцип быстродействия

Время обесточивания поврежденного участка состоит из двух составляющих:

  1. Время сработки защиты.
  2. Время действия привода выключателя.

Первую составляющую можно отрегулировать, начиная от наименьшего значения, которое зависит от устройства защиты и числа применяемых элементов. Задержка по времени на сработку формируется, путем внедрения в схему специальных реле, имеющих возможность регулировки. Она применяется для наиболее удаленных защит.

Устройства, находящиеся рядом с местом неисправности, должны настраиваться на действие с наименьшими возможными диапазонами времени на срабатывание.

Принцип селективности

Этот принцип по-другому называется избирательностью. С помощью нее можно найти и локализовать место возникшего повреждения в структуре сети любой сложности.

Например, генератор вырабатывает и подает электроэнергию различным потребителям, находящимся на участках 1, 2, 3, которые оснащены каждый своей защитой. При коротком замыкании внутри устройства потребителя на 3-м участке, ток будет протекать по всем устройствам защиты, начиная от источника питания.

Но в таком случае целесообразно будет отключить цепь участка, имеющего неисправность электродвигателя, при этом оставляя в работе остальные исправные потребители. Для этого существуют уставки релейной защиты, отдельно для каждой цепи, еще на стадии проектирования схемы защиты.

Устройства защиты 5, 3-го участка должны обнаружить ток неисправности раньше, и оперативнее сработать, отключив поврежденный участок от цепи генератора. Поэтому значения токовых и временных уставок на каждом участке снижаются от генератора к потребителю, по принципу: чем дальше от неисправного места, тем ниже чувствительность.

В результате исполняется принцип резервирования, который учитывает возможность поломки любых устройств, включая системы защиты более низкого уровня. Это означает, что при повреждении защиты 5 участка №3, при возникновении аварии должны сработать устройства защиты 3 или 4 участка 2. А эти участки в свою очередь подстрахованы устройствами защиты участка 1.

Особенности управления релейной защитой

Релейная защита как отдельный блок является самостоятельной схемой, однако он входит в общие комплексы, которые составляют систему противоаварийного управления энергетической системы. В такой системе все элементы взаимосвязаны между собой и выполняют поставленные задачи в комплексе.

Коротко перечень защитных функций и работа автоматики изображены на схеме.

Изучив особенности эксплуатации автоматики и релейной защиты, можно сказать, что необходимо постоянно совершенствовать знания и практические навыки, которые требуются при поступлении в работу нового оборудования для защиты.

Релейная защита и автоматика

Релейная защита — комплекс устройств, предназначенных для быстрого, автоматического (при повреждениях) выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов этой электроэнергетической системы в аварийных ситуациях с целью обеспечения нормальной работы всей системы. Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем. Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль состояния всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания).

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем.

Современные устройства защиты могут строиться на схеме, включающей в себя программируемый (микро)контроллер.

Требования предъявляемые к релейной защите

Селективность (избирательность)

Селективность — свойство релейной защиты, характеризующее способность выявлять именно поврежденный элемент электроэнергетической системы и отключать этот элемент от исправной части электроэнергетической системы (ЭЭС). Защита может иметь абсолютную или относительную селективность. Защиты с абсолютной селективностью действуют принципиально только при повреждениях в их зоне. Защиты с относительной селективностью могут действовать при повреждениях не только в своей, но и в соседней зоне. А селективность отключения поврежденного элемента ЭЭС при этом обеспечивается дополнительными средствами (например, выдержкой времени срабатывания).

Быстродействие

Быстродействие — это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов. Показателем быстродействия является время срабатывания защиты — это интервал времени от момента возникновения повреждения до момента отделения от сети повреждённого элемента.

Чувствительность

Чувствительность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждения в конце установленной для неё зоны действия в минимальном режиме работы энергосистемы. Другими словами — это способность чувствовать те виды повреждений и ненормальных режимов, на которые она рассчитана, в любых состояниях работы защищаемой электрической системы. Показателем чувствительности выступает коэффициент чувствительности, который для максимальных защит (реагирующих на возрастание контролируемой величины) определяется как отношение минимально возможного значения сигнала, соответствующего отслеживаемому повреждению, к установленному на защите параметру срабатывания (уставке).

Надёжность

Надежность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты действовать правильно и безотказно во всех режимах контролируемого объекта при всех видах повреждений и ненормальных режимов, при которых данная защита предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима, при которых действие данной защиты не предусмотрено. Иными словами, надежность — это свойство релейной защиты, характеризующее её способность выполнять свои функции в любых условиях эксплуатации. Основные показатели надёжности — время безотказной работы и интенсивность отказов (количество отказов за единицу времени).

Основные органы релейной защиты

Пусковые органы

Пусковые органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормального режима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

Измерительные органы

Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Логическая часть

Логическая часть — это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и аналоговых выходов микропроцессорных устройств защиты.

Пример логической части релейной защиты

Катушка реле тока K1 (контакты А1 и А2) включена последовательно со вторичной обмоткой трансформатора тока ТА. При коротком замыкании, на участке цепи, в котором установлен трансформатор тока, возрастает сила тока, и пропорционально ей возрастает сила тока во вторичной цепи трансформатора тока. При достижении силой тока значения уставки реле K1, оно сработает и замкнёт рабочие контакты (11 и 12). Цепь между шинами +EC и -EC замкнётся, и запитает сигнальную лампу HLW.

Данная схема приведена как простой пример. В эксплуатации используются более сложные логические схемы.

Эксплуатация РЗА

Для обеспечения надежной и экономичной работы энергосистем и энергетического оборудования, а также бесперебойного электроснабжения потребителей в электросетевых организациях проводится комплекс организационно-технических мероприятий по оснащению, эксплуатации и поддержанию на высоком техническом уровне устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации, сокращенно именуемых устройствами РЗА.

В России эта деятельность регулируется отраслевыми нормативно-техническими документами, основными из которых являются:

  • Правила устройства электроустановок (ПУЭ)
  • РД 153-34.0-04.418-98 «Типовое положение о службах релейной защиты и электроавтоматики»

Для осуществления указанного комплекса мероприятий на всех уровнях управления электроэнергетики России в соответствующих организациях создаются службы релейной защиты, автоматики и измерений (служба РЗА — СРЗА, служба РЗАИ — СРЗАИ), в подразделениях нижнего уровня (производственные отделения, предприятия электрических сетей (ПЭС)) — местные службы РЗАИ (МС РЗАИ), на электростанциях и каскадах ГЭС — службы РЗАИ или электротехнические лаборатории (ЭТЛ).

Раздел 6. Устройства автоматики электрических сетей

В разделе рассматриваются две темы:

— автоматическое повторное включение (АПВ);

— автоматическое включение резерва (АВР).

Для закрепления теоретического материала по темам этого раздела предусмотрено проведение практического занятия «АПВ и АВР в распределительной сети» и двух лабораторных работ:

— Моделирование работы автоматики в программно-логической модели терминала ТЭМП 2501;

— Изучение системы централизованного АПВ и АВР подземной части системы электроснабжения угольной шахты.

В результате проработки материала этого раздела завершается выполнение курсовой работы.

После проработки теоретического материала следует ответить на вопросы тренировочного теста № 6. Правильные ответы на вопросы тренировочных тестов приведены на с. 217. При появлении затруднений по тестовым заданиям следует обратиться к теоретическому материалу или проконсультироваться у преподавателя.

При эффективной проработке материала данного раздела можно набрать с учетом выполнения курсовой работы 32 балла из 100 возможных.

6.1.1. Автоматическое повторное включение линий

Системы электроснабжения (СЭС) представляют собой сложные энергетические комплексы, состоящие из десятков подстанций, линий и огромного количества разнотипных потребителей электроэнергии. Управление такими комплексами представляет собой большие трудности. Следует учитывать и такую особенность энергосистем и систем электроснабжения как непрерывность выработки электрической энергии – в каждый момент времени необходимо вырабатывать столько, сколько требуется потребителю.

Кроме количественного требования к продукции СЭС предъявляются весьма высокие требования в отношении качества. Такие качественные показатели электроэнергии как частота и напряжение должны поддерживаться на строго заданном уровне. Весьма существенно требование в отношении надёжности и бесперебойности электроснабжения, поскольку имеются потребители, которые не допускают даже кратковременного перерыва в электропитании. Всем этим требованиям, а также требованию экономичности производства электроэнергии невозможно удовлетворить без широкого использования средств автоматизации в СЭС.

Опыт эксплуатации электрических сетей показывает, что в большинстве случаев КЗ, вызванные нарушением изоляционных свойств воздушных промежутков, успешно самоликвидируются после снятия напряжения. Это объясняется способностью воздуха восстанавливать свои изоляционные свойства после погашения электрической дуги в месте пробоя. Следовательно, можно восстановить нормальную работу сети, выполнив следующие операции:

— отключить поврежденную линию от источника питания и оставить ее на некоторое время без напряжения;

— после паузы, в течение которой происходит деионизация среды в месте возникновения КЗ, подать напряжение на отключенную линию.

Отключение поврежденной линии, трансформатора, шин и т. д. осуществляется релейной защитой. Их повторное включение может быть выполнено как вручную, так и средствами автоматики. Комплекс автоматики, обеспечивающий повторное включение линии (трансформатора, шин и т. д.) называется устройством автоматического повторного включения (АПВ).

Согласно требованиям ПУЭ АПВ должно предусматриваться:

— на воздушных и кабельно-воздушных линиях;

— шинах электростанций и подстанций;

— трансформаторах с запретом действия при срабатывании защит от внутренних повреждений;

— ответственных электродвигателях.

Если после повторного включения элемент системы электроснабжения остается в работе, то говорят, что цикл АПВ был успешным, если отключается вновь, то цикл АПВ был неуспешным.

Опыт эксплуатации АПВ на линиях показывает, что приблизительно в 65÷70% случаев действие АПВ является успешным. Это означает, что в большинстве аварийных случаев действием АПВ линии сохраняются в работе.

Устройства АПВ выполняются однократными и многократными. В многократных АПВ цикл повторного включения осуществляется несколько раз. Из многократных АПВ обычно используются двукратные и трехкратные циклы АПВ. Эффективность последующих циклов АПВ ниже, чем эффективность первого цикла (однократного АПВ). Так, статистические данные показывают, что успешность восстановления линии в работе за счет второго цикла составляет около 15 %, а третьего – около 2 %. В энергосистемах России наибольшее распространение получило АПВ однократного действия.

За счет многократного действия успешность АПВ повышается. Однако необходимо иметь в виду, что осуществление многократного АПВ усложняет схему автоматики и утяжеляет режим работы выключателей. Даже при однократном цикле АПВ выключатель работает в более тяжелых условиях, чем в режиме обычного отключения. В масляных выключателях под действием электрической дуги, возникающей между контактами выключателя в режиме отключения, масло в дугогасительной камере в какой-то степени теряет свои изоляционные свойства. Ухудшение свойств масла сказывается на отключающей способности выключателя в цикле неуспешного однократного АПВ. В случае многократного АПВ ухудшение свойств масла проявляется в большей степени.

В воздушных и элегазовых выключателях с воздушным приводом готовность к повторному включению определяется давлением воздуха в резервуаре. При установке устройства АПВ однократного или многократного действия должны быть предусмотрены запасы сжатого воздуха для обеспечения действия выключателя в нескольких циклах, а также технологическая автоматика, контролирующая давление элегаза и запас энергии привода.

В цикле АПВ линия некоторое время находится без напряжения. С точки зрения потребителей, а также устойчивости параллельной работы энергосистемы, время отключенного состояния линии желательно иметь наименьшим. Для этого повторное включение должно осуществляться как можно быстрее. В то же время длительность отключенного состояния линии должна быть достаточной для деионизации среды в месте повреждения. Опытным путем установлено, что минимальное время деионизации электрической дуги при снятии напряжении с линии составляет, в частности, для ЛЭП-110 кВ 0,150,2 с. Поэтому повторное включение линии под напряжение должно производится не ранее указанного времени.

Время включения масляных выключателей составляет 0,51,2 с. Таким образом, собственного времени включения масляного выключателя вполне достаточно для деионизации среды в месте повреждения линии. Время включения быстродействующих воздушных и элегазовых выключателей меньше времени деионизации, и это необходимо учитывать при настройке устройств АПВ.

Обычно подачу импульса на включение выключателя при однократном АПВ осуществляют с задержкой в 0,32,0 с. Отсчет времени задержки начинается с момента отключения выключателя. Время задержки при двукратном АПВ может составлять 1015 с. В течение этой паузы линия находится без напряжения. В случае трехкратного АПВ время третьей паузы доходит до 60120 с.

Учитывая высокую эффективность автоматического повторного включения, ПУЭ предусматривается обязательная установка АПВ на линиях всех напряжений.

Постановление о правилах технологического функционирования электроэнергетических систем (стр. 3 )

рабочая мощность электростанции – максимальная мощность, готовая к несению нагрузки, определяемая как располагаемая мощность электростанции, сниженная на величину располагаемой мощности генерирующего оборудования, выведенного в ремонт, консервацию и вынужденный простой;

ограничения мощности – величина вынужденного недоиспользования установленной мощности электростанции, не связанного с выводом в ремонт, консервацию или вынужденный простой основного и вспомогательного оборудования;

регулировочный диапазон – интервал допустимых нагрузок генерирующего оборудования по активной и реактивной мощности для нормальных условий его эксплуатации, при которых параметры генерирующего оборудования находятся в допустимых пределах;

релейная защита и автоматика — релейная защита, сетевая автоматика, противоаварийная автоматика, режимная автоматика, регистраторы аварийных событий и процессов, технологическая автоматика объектов электроэнергетики;

устройство релейной защиты и автоматики – техническое устройство (аппарат, терминал, блок, шкаф, панель) и его цепи, реализующие заданные функции релейной защиты и автоматики и обслуживаемые (оперативно и технически) как единое целое;

комплекс релейной защиты и автоматики – совокупность взаимодействующих между собой устройств противоаварийной или режимной автоматики, предназначенных для выполнения взаимосвязанных функций;

релейная защита – совокупность устройств, предназначенных для автоматического выявления коротких замыканий, замыканий на землю и других ненормальных режимов работы линий электропередачи и оборудования, которые могут привести к их повреждению и/или нарушению устойчивости энергосистемы, формирования управляющих воздействий на отключение коммутационных аппаратов с целью отключения этих линий электропередачи и оборудования от энергосистемы, формирования предупредительных сигналов;

сетевая автоматика – совокупность устройств, реализующих функции автоматического повторного включения, автоматического ввода резерва, автоматика опережающего деления сети;

противоаварийная автоматика – совокупность устройств, обеспечивающих измерение и обработку параметров электроэнергетического режима энергосистемы, передачу информации и команд управления и реализацию управляющих воздействий в соответствии с заданными алгоритмами и настройкой для выявления, предотвращения развития и ликвидации аварийного режима энергосистемы;

режимная автоматика – совокупность устройств обеспечивающая измерение и обработку параметров электроэнергетического режима энергосистемы, передачу информации и команд управления и реализацию управляющих воздействий в соответствии с заданными алгоритмами и настройкой для регулирования параметров режима энергосистемы (частоты электрического тока, напряжения, активной и реактивной мощности);

технологическая автоматика – комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматизации управления технологическими процессами на объекте электроэнергетики

сложное устройство релейной защиты и автоматики – устройство релейной защиты и автоматики со сложными внешними связями, для которого при выводе из работы для технического обслуживания (вводе в работу после технического обслуживания) требуется принятие мер, предотвращающих воздействия на оборудование и другие устройства релейной защиты и автоматики;

абсолютная селективность – свойство релейной защиты срабатывать только в случае короткого замыкания на защищаемых линиях электропередачи и оборудовании;

первичное регулирование частоты – процесс автоматического изменения мощности генерирующего оборудования под действием первичных регуляторов, вызванный изменением частоты и направленный на уменьшение этого изменения;

общее первичное регулирование частоты – первичное регулирование, осуществляемое генерирующим оборудованием в пределах имеющихся в данный момент времени резервов первичного регулирования с характеристиками (параметрами), заданными для общего первичного регулирования частоты;

нормированное первичное регулирование частоты – первичное регулирование, осуществляемое выделенным генерирующим оборудованием в пределах заданных резервов первичного регулирования и с характеристиками (параметрами), заданными для нормированного первичного регулирования частоты;

вторичное регулирование частоты и перетоков активной мощности – процесс автоматического или оперативного изменения активной мощности генерирующего оборудования для восстановления заданного значения частоты или заданного значения внешнего перетока области регулирования;

третичное регулирование мощности — процесс изменения активной мощности генерирующего оборудования в целях восстановления резервов вторичного регулирования;

синхронная зона – совокупность всего синхронно работающего генерирующего оборудования и энергопринимающих установок потребителей, имеющих общую частоту электрического тока;

мегаполис – наиболее крупная форма расселения, образующаяся при срастании большого количества соседних городских агломераций, отличающаяся развитой транспортной системой, плотной застройкой и численностью населения превышающей 1 миллион человек;

нормативный неснижаемый запас топлива – норматив создания запаса топлива на тепловых электростанциях для обеспечения режима работы тепловой электростанции в режиме выживания;

режим выживания тепловой электростанции – режим работы тепловой электростанции с минимальной расчетной электрической и тепловой нагрузками, обеспечивающими электроснабжение собственных нужд электростанции, электроснабжение не резервируемых от внешней электрической сети энергопринимающих установок, присоединенных к шинам главного распределительного устройства электростанции, а также поддержание плюсовых температур в главном корпусе, вспомогательных зданиях и сооружениях электростанции;

нормативный эксплуатационный запас топлива – норматив создания запаса топлива на тепловых электростанциях для обеспечения плановой работы электростанции по выработке электрической и тепловой энергии в основных эксплуатационных режимах при работе на основном, резервном или аварийном топливе;

нормативный вспомогательный запас топлива – норматив создания запаса топлива на тепловых электростанциях для обеспечения работы электростанции на угле, торфе и других видах твердого топлива при технической необходимости использования вспомогательного топлива (мазута или иного нефтетоплива) для растопок и подсветок;

резервное топливо – топливо, которое используется для поддержания работы тепловых электростанций в основных эксплуатационных режимах без ограничения выдаваемой мощности и продолжительности работы при частичном или полном отсутствии основного топлива;

аварийное топливо – топливо, которое используется для поддержания работы тепловых электростанций с парогазовыми и газотурбинными установками в основных эксплуатационных режимах без ограничения выдаваемой мощности, но при наличии ограничений по продолжительности непрерывной работы оборудования на данном виде топлива при частичном или полном отсутствии основного топлива;

основное топливо – топливо, в преобладающем количестве сжигаемое тепловой электростанцией для выработки электрической и тепловой энергии в течение года;

вспомогательное топливо – топливо, используемое для растопки и подсветки факела в топке котла.

2. Общие условия работы электроэнергетических систем.

2.1. Структура и характеристики функционирования электроэнергетических систем.

2.1.1. На территории Российской Федерации созданы и функционируют Единая энергетическая система России и технологически изолированные территориальные электроэнергетические системы. Перечень технологически изолированных территориальных электроэнергетических систем определяется правилами оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, утверждаемыми Правительством Российской Федерации.

2.1.2. В составе Единой энергетической системы России выделяются:

территориальные энергосистемы, границы которых совпадают с территорией одного или нескольких субъектов Российской Федерации;

объединенные энергосистемы, являющиеся совокупностью нескольких территориальных энергосистем.

Перечень объединенных энергосистем и образующих их территориальных энергосистем, входящих в Единую энергетическую систему России, указан в приложении к настоящим Правилам.

2.1.3. Единая энергетическая система России включает в себя первую и вторую синхронные зоны.

Первая синхронная зона включает в себя все объединенные энергосистемы, кроме объединенной энергосистемы Востока.

Вторая синхронная зона включает объединенную энергосистему Востока, которая работает изолированно от первой синхронной зоны.

2.1.4. Функционирование Единой энергетической системы России и технологически изолированных территориальных электроэнергетических систем осуществляется в соответствии с настоящими Правилами и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации.

2.1.5. Для обеспечения функционирования энергосистемы осуществляется планирование и управление электроэнергетическим режимом энергосистемы.

2.1.6. Электроэнергетический режим энергосистемы характеризуется следующими параметрами:

частота электрического тока (далее – частота);

перетоки активной мощности в электрической сети, в том числе в контролируемых сечениях;

токовая нагрузка линий электропередачи и электросетевого оборудования напряжением 110 киловольт и выше;

напряжение на шинах напряжением 110 киловольт и выше электрических станций и подстанций.

2.1.7. При планировании и управлении электроэнергетическим режимом энергосистемы должны обеспечиваться поддержание баланса между производством и потреблением электрической энергии и мощности с учетом приоритетности производства электрической энергии электростанциями различных типов, определенной правилами оптового рынка электрической энергии и мощности, утверждаемыми Правительством Российской Федерации, и допустимость параметров электроэнергетического режима.

2.1.8. В первой синхронной зоне Единой энергетической системы России значения частоты, усредненные на двадцатисекундном временном интервале, должны находиться в пределах 50,00±0,05 герц с допустимым отклонением значений частоты в пределах 50,0±0,2 герц и восстановлением частоты до уровня 50,00±0,05 герц за время не более 15 минут.

1.1 Назначение релейной защиты и автоматики

Категория: В.Н. Копьев «Релейная защита. Принципы выполнения и приенения»

Энергетическая система представляет собой сложную многозвенную техническую систему, предназначенную для производства, распределения и потребления электроэнергии. Процессы, происходящие в энергосистеме, отличаются быстротой, взаимосвязанностью, единством процессов производства, распределения и потребления электроэнергии. Управление ими без применения специальных технических средств, называемых средствами автоматического управления, в большинстве случаев оказывается невозможным.

Условно, все устройства автоматики по своему назначению и области применения можно разделить на следующие две большие группы: местную и системную технологическую автоматику, местную и системную противоаварийную автоматику.

Технологическая автоматика обеспечивает автоматическое управление в нормальном режиме:

  • пуск блоков турбина-генератор и включение на параллельную работу синхронных генераторов;

  • автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности на шинах электростанции;

  • автоматическое регулирование частоты и обеспечения режима заданной нагрузки электростанции;

  • оптимальное распределение электрической нагрузки между блоками;

  • регулирование напряжения в распределительной сети;

  • регулирование частоты и перетоков мощности и т.п.

Назначением противоаварийной автоматики является предотвращение или наиболее эффективная ликвидация последствий аварий:

  • релейная защита электрооборудования от коротких замыканий и ненормальных режимов;

  • автоматическое повторное включение;

  • автоматическое включение резерва;

  • автоматическая частотная разгрузка;

  • автоматическая ликвидация асинхронного режима.

  • автоматика предотвращения нарушения устойчивости и т.д.

Из перечисленных видов устройств автоматики особо выделяется релейная защита, изучающая поведение электроэнергетической системы и ее элементов в режимах глубоких возмущающих воздействий и скачкообразных изменений электрических параметров. Эти возмущения вызываются различного рода короткими замыканиями, которых могут возникнуть по причинам:

  • пробоя или перекрытия изоляторов линий электропередач в случае грозовых перенапряжений или при их загрязнении;

  • обрыва проводов или грозозащитных тросов из-за обледенения и вибраций;

  • механических повреждений опор, поломке изоляторов разъединителей, схлестывании проводов;

  • ошибочного действия оперативного персонала;

  • заводских дефектов оборудования и ряда других факторов.

Управление энергосистемой при нарушении ее нормальных режимов тесно связано с работой релейной защиты. Поэтому изложения материала целесообразно начать с рассмотрения этого вида автоматики. Требование безаварийности и надежности энергоснабжения закладывается уже на стадии проектирования энергосистемы за счет оптимального выбора источника электроэнергии (уголь, газ, вода или другое), расположения электростанций, передачи мощности, учета характеристик нагрузок и перспектив их роста, способов регулирования напряжения и частоты, планированием режимов работы и т.п. И все же полностью исключить факт отказа оборудования из-за коротких замыканий нельзя.

На релейную защиту возлагаются следующие функции:

1.Автоматическое выявление поврежденного элемента с последующей его локализацией. Защита подает команду на отключение выключателей этого элемента, восстанавливая нормальные условия работы для неповрежденной части энергосистемы.

2.Автоматическое выявление ненормального режима с принятием мер для его устранения. Нарушения нормального режима в первую очередь вызываются различного рода перегрузками, которые не требуют немедленного отключения. Поэтому защита действует на разгрузку оборудования или выдает сообщение дежурному персоналу.

В качестве примера на Рис.1 представлено современное микропроцессорное реле, выпускаемое инженерно-производственной фирмой «РеонТехно», на Рис.2 — типовая панель защиты линии, выполненная на электромеханических реле на Рис.3 — многофункциональное устройство РЗА НТЦ «Механотроника».

Рис. 1. Микропроцессорные реле тока типа РСТ 80АВ, выпускаемое ИПФ «Реон-Техно»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *