микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации

Формула изобретения

Микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации, содержащее блок контроля, блок фиксации изменения напряжения, три первичные трансформаторные обмотки с установленными в них выключателями, выключатель, вторичную трансформаторную обмотку, выходы которой соединены со входами блока фиксации изменения напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет введения диагностики входящих узлов и расширения функциональных возможностей за счет введения функций регистрации, отображения и сигнализации с возможностью изменения конфигурации и оперативной передачи информации, в него введены четвертая первичная трансформаторная обмотка и микропроцессорная система, причем четвертый выключатель установлен в четвертую первичную обмотку и все обмотки размещены на одном магнитном сердечнике трансформатора, причем выход блока фиксации изменения напряжения соединен со входом блока контроля, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока фиксации изменения напряжения, группа входов квитирования является группой входов блока контроля, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются входами управления (включения/отключения) первого, второго, третьего и четвертого выключателя, соответственно, группа входов-выходов блока контроля является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы, вторая группа входов-выходов которой является входами-выходами для связи с ПЭВМ и АСУ, группа выходов микропроцессорной системы является выходами для связи с устройствами сигнализации и отображения, группа входов которой предназначена для приема сигналов от объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, микропроцессорной технике и системам сбора, обработки и отображения информации о состоянии объекта и может быть использовано в системах центральной сигнализации электрических подстанций, оборудованных цифровыми или электромеханическими устройствами релейной защиты и автоматики, в различных отраслях ТЭК и промышленности. Известное устройство для фиксации электрических величин аварийного режима [A. C. (SU) G 01 R 31/08 1688203, БИ 40, 30.10.91 г.], содержащее входной преобразователь, генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, цифровой компаратор, блок памяти, элемент памяти, одновибратор, кнопки управления, реле времени в виде таймера, регистра памяти и цифрового компаратора, блок индикации, токоограничивающий резистор, блок питания. Устройство позволяет фиксировать электрические величины аварийного режима, но обладает малой надежностью и ограниченными функциональными возможностями.

Известное релейное устройство для измерения отклонений электрической величины [А.С. (JP) H 02 H 3/44, 1/06, 3-1888, БИ 7-48, 11.01.91 г.], содержащее реле, схему, фиксирующую нормальную работу источника питания цепей управления или уменьшения его напряжения ниже определенного уровня, схему памяти (триггер), две схемы И, схему ИЛИ и два инвертора, обладает невысокой надежностью, т.к. при отсутствии диагностики выход из строя любой из цифровых схем приводит к нарушению процесса измерения и формированию ошибочных результатов.

Устройство обладает также ограниченными функциональными возможностями, т.к. определяет только изменение электрической величины.

Наиболее близким техническим решением является схема реле однополюсного замыкания на землю с возможностью контроля и проверки работы [A.C. (JP) Н 02 Н 3/34, 3/05, 3-18409, БИ 7-46, 12.03.1991 г.], содержащая три блока, измеряющие сумму напряжений, блок, фиксирующий повышение напряжения, цепь отключения выключателей, состоящую из последовательно соединенных контактов, блок контроля, контакты выключателя, установленные в первичных трансформаторных обмотках, и устройство блокировки блока контроля. Прототип также обладает низкой надежностью за счет отсутствия диагностики входящих узлов и ограниченными функциональными возможностями, определяющими только измерением суммы напряжений двух фаз.

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет введения диагностики входящих узлов и расширение функциональных возможностей за счет введения функций регистрации, отображения и сигнализации с возможностью изменения конфигурации и оперативной передачи информации. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок контроля, блок фиксации изменения напряжения, три первичные трансформаторные обмотки с установленными в них выключателями, выключатель, вторичную трансформаторную обмотку, выходы которой соединены со входами блока фиксации изменения напряжения, введены четвертая первичная трансформаторная обмотка и микропроцессорная система, причем четвертый выключатель установлен в четвертую первичную обмотку и все обмотки размещены на одном магнитном сердечнике трансформатора, причем выход блока фиксации изменения напряжения соединен со входом блока контроля, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока фиксации изменения напряжения, группа входов квитирования является группой входов блока контроля, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются входами управления (включения/отключения) первого, второго, третьего и четвертого выключателя, соответственно, группа входов-выходов блока контроля является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы, вторая группа входов-выходов которой является входами-выходами для связи с ПЭВМ и АСУ, группа выходов микропроцессорной системы является выходами для связи с устройствами сигнализации и отображения, группа входов которой предназначена для приема сигналов от объекта.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства.

На фиг.2 - пример реализации блока фиксации изменения напряжения

На фиг.3 - пример реализации выключателя.

На фиг.4 - пример реализации блока контроля.

На фиг.5 - пример реализации узла согласования.

На фиг.1 обозначены:

B1...В4 - выключатели

1, 2 - входной и выходной контакты выключателя

3 - цепи управления выключателя

Т - трансформатор (сердечник М2500 НМС1-15-7750-КВ14х5, провод ПЭВ2 0,15, 1 обм=400 мГн, К=1 с точностью 3%)

4 - блок фиксации изменения напряжения

5 - блок контроля

6 - микропроцессорная система

7, 8 - выходы блока контроля

9 - группа входов квитирования

10 - группа входов-выходов блока контроля

11 - группа входов-выходов микропроцессорной системы для связи с ПЭВМ и АСУ

12 - группа выходов для управления внешними устройствами сигнализации

13 - группа входов для связи с объектами

На фиг.2 обозначены:

14 - операционный усилитель, например AD711AQ фирмы "Analog Device", или аналогичный

15 - формирователь опорного напряжения, например AD680AN, или аналогичный

16 - аналого-цифровой преобразователь, например AD7893AN-5 фирмы "Analog Device", или аналогичный

Д - диоды 2Д510А или аналогичные

R - резисторы, например С2-33, или аналогичные

С - конденсатор типа К 10-17 или аналогичный

На фиг.3 обозначены:

R - резистор, например С2-33 или аналогичный

DV - оптрон SFH608-3 или аналогичный

R₁ - резистор SQP5W 10 м или аналогичный

V - ограничитель напряжения 1.5KE6V8P или аналогичный

На фиг.4 обозначены:

G - резонатор кварцевый РК-386ММ или аналогичный

17 - узел микропроцессорный АТ89С52-24Р1 или аналогичный

18 - узел согласования

19 - шинный формирователь 74НС244 или аналогичный

20 - элемент согласования 74АС34 или ЛП9 или аналогичный

На фиг.5 обозначены:

R - резисторы, например С2-33, или аналогичные

DV - оптрон SFH608-2 или аналогичный

Д1 - стабилизатор В2Х55С39 или аналогичный

Д2 - диод 2Д510А или аналогичный

V - транзистор ВС547 или аналогичный

Микропроцессорная система 6 может быть также реализована в соответствии с [Н.Н. Чернобровов, В.А. Семенов. "Релейная защита энергетических систем", 1998, стр.778, рис.22.4], причем центральный процессор может быть реализован на микросхеме АТ89С52-24Р1, УАВВ и УДВВ могут быть реализованы на базе микропроцессоров AT89C2051, AT89C52 или аналогичных, для связи с клавиатурой и для управления мини-дисплеем может использоваться микросхема АТ603-6A1 или аналогичная. Связь между ЦП и микропроцессорами может осуществляться по последовательному каналу RS-232. Входы-выходы 11 выходят также из последовательных портов RS-232 и RS-485 (не показаны). Входы 13 и выходы 12 поступают и выходят, соответственно, в/из УАВВ/УДВВ. Более подробная информация о работе микропроцессорной системы приведена там же на стр.778-783.

Микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации содержит блок контроля 5, блок фиксации изменения напряжения 4, четыре выключателя B1. . . B4, включенные в первичные обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого соединена со входами блока фиксации изменения напряжения, выход которого соединен со входом блока контроля 5, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока фиксации изменения напряжения 4, группа входов квитирования 9 является группой входов блока контроля, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются входами управления 3 (включения/отключения) первого, второго, третьего и четвертого выключателя B1...В4, соответственно, группа входов-выходов 10 блока контроля является первой группой входов-выходов микропроцессорной системы 6, вторая группа входов-выходов 11 которой является входами-выходами для связи с ПЭВМ и АСУ, группа выходов 12 микропроцессорной системы является выходами для связи с устройствами сигнализации и отображения, группа входов 13 которой предназначена для связи с объектами. В устройстве прием и индикация групповых сигналов от шинок ШЗА, ШЗП1, Ш3П2, ВШ (аналог реле импульсной сигнализации) происходит следующим образом.

Токовые сигналы с шин поступают на приемники тока импульсной сигнализации, реализованные на трансформаторе Т, выключателях B1...В4 и блоке 4.

По сигналам квитирования, поступающим по группе входов 9 на микропроцессор 17 блока 5, микропроцессор через порт Р2 открывает транзистор оптопары DV одного из выключателей В и подключает первичную обмотку трансформатора Т к входному резистору R1 выключателя В.

Вторичная обмотка трансформатора нагружена на вход операционного усилителя 14. Напряжение, выделившееся на входном резисторе, прикладывается к первичной обмотке, при этом на вторичной обмотке формируется импульс, пропорциональный токовому сигналу. Далее этот импульс усиливается усилителем 14 и поступает на аналого-цифровой преобразователь 16 (АЦП). АЦП преобразует напряжение в цифровой код и передает его в порт Р1 микропроцессора 17 блока контроля 5. Событие в канале импульсной сигнализации фиксируется при скачкообразном увеличении тока шинки на определенную величину. Устройство не реагирует на медленное изменение тока шинки. При этом обеспечивается нечувствительность канала к изменениям напряжения питания шинок. К шинке одного канала может быть подключено до 30 датчиков.

Микропроцессор 17 информацию о состоянии шинок передает в центральный процессор микропроцессорной системы 6, которая в соответствии с программными ключами управляет реле звуковой, обобщенной или любой другой сигнализации, которые подключены к устройствам вывода информации (УАВВ и УДВВ) микропроцессорной системы.

Функционирование входов квитирования 9 блока контроля 5 зависит от выбранного метода индикации и звуковой сигнализации. Отображение состояния входов (кроме групповых сигналов устройства позволяет принять и проиндицировать еще 30 сигналов через УАВВ и УДВВ) осуществляется с помощью светодиодных индикаторов, расположенных на пульте (устройство отображения).

Микропроцессорная система 6 запоминает (регистрирует) не менее 100 событий. В регистре микропроцессорной системы фиксируются тип событий и астрономическое время их наступления. Микропроцессорная система производит программную регулировку выдержек времени на пуск каждого входа, позволяет проводить дистанционный ввод уставок и конфигурацию, связь по двум стандартным каналам RS232 и RS485 и включение в АСУ в качестве подсистемы нижнего уровня.

Мини-дисплей микропроцессорной системы позволяет отображать:

- текущее астрономическое время и дату

- значения уставок и параметров конфигурации блока

- номер канала, шин и время последних десяти событий по каждому каналу

- результаты самодиагностики

- меню режимов программирования.

Клавиатура обеспечивает:

- отключение звуковой сигнализации и квитирование сигналов

- управление отображением информации на дисплее

- выбор режима работы

- ввод и изменение уставок и параметров конфигурации

- тестирование.

Таким образом, расширение функциональных возможностей заключается в том, что устройство позволяет собрать, обработать, наглядно отобразить и оперативно передать информацию о состоянии объекта, а также быстро и удобно изменить конфигурацию системы сигнализации.

Самодиагностика

Фоновая диагностика устройства выполняется непрерывно в течение всего времени работы, обеспечивая контроль всех узлов. При этом проходят тесты:

- индикаторов

- дисплея

- клавиатуры

- каналов связи

- выходных реле.

Для контроля исправности шинок и канала импульсной сигнализации к каждой шинке должно быть подключено по одному дополнительному резистору. При этом устройство обеспечивает обнаружение обрыва шинки, ее обесточивание или неисправность внутренних цепей канала импульсной сигнализации, что позволяет повысить надежность устройства.