Принципы действия программных цифровых измерительных органов. Вычислительно-логические модули и терминалы микропроцессорной релейной защиты

ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ПРОГРАММНЫХ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ

В цифровых многофункциональных комплектах РЗ используются новые принципы действия измерительной части релейной защиты, реализуемые микропроцессорными комплектами больших интегральных микросхем. На микропроцессорах впервые реализованы алгоритмы функционирования измерительной части защиты и автоматики на основе ортогональных составляющих синусоидальных напряжений и токов, обеспечивающие практически безынерционное действие измерительных реле с высокой точностью. Программные алгоритмы адаптивной фильтрации напряжений и токов электромагнитных переходных процессов КЗ позволяют выделять синусоидальные напряжения и токи и их ортогональные составляющие за минимальное время. На основе ортогональности составляющих осуществимы быстродействующие многофункциональные измерительные преобразователи режимных параметров электроэнергетических систем и систем электроснабжения в сигналы информации, используемые измерительной частью интегрированных микропроцессорных комплексов.

На рисунке 12.8 приведены функциональная схема цифрового измерительного реле максимального тока и структурная схема его программы, иллюстрирующие реализацию комплектов РЗ. Из синусоидального входного тока — его дискретных после аналого-цифрового преобразования мгновенных значений i_p(nT) — выборок, следующих во времени с интервалом дискретизации, например Т = 10^-3 с (21 выборка за период промышленной частоты), программной операцией UQZформируются ортогональные — синусная I_ps{nT) и косинусная 1_рс(пТ) составляющие тока. Возведением их в квадрат (операциями перемножения ZХ) и суммированием (операция SM) вычисляются дискретные значения квадрата амплитуды тока . Производится  сравнение двоичного цифрового кода квадрата амплитуды тока с установленным значением — уставкой реле 

По результатам сравнения  ()  формируется дискретный сигнал

(логическая единица) срабатывания измерительного реле.

Вся программа выполняется за вычислительное время микропроцессора, меньшее интервала Т дискретизации входного тока. Поэтому информация на выходе реле (наличие или отсутствие дискретного сигнала — логической единицы) обновляется после каждого интервала дискретизации, т.е. каждую миллисекунду (при Т= 10^-3 c). Измерительное реле практически безынерционно, а его точность определяется разрядностью аналого-цифрового преобразователя.

Рисунок 12.8 – Функциональная (а) и структурная (б) схемы цифрового измерительного реле максимального тока

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНО-ЛОГИЧЕСКИЕ МОДУЛИ И ТЕРМИНАЛЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Цифровые интегрированные комплекты релейной защиты (терминалы) состоят из типовых вычислительно-логических и логических модулей (табл. 12.1). В качестве примеров рассматриваются модули SPCJ4D28 и SPCS4D11(12):

SP — Statie Protective — статический;

С — для релейной защиты;

J — токовый;

S — направления мощности;

D — дифференциальный.

Они выполняют функции токовых ступенчатых защит от междуфазных и КЗ на землю и направленных токовых защит.

Программные вычислительные и логические операции, выполняемые модулями в их функциональных схемах отображаются условными графическими обозначениями, приведенными в таблице 12.2. В модулях приняты обозначения установленных токов срабатывания (уставок) первой I>>, второй I>> и третьей I> ступеней, их задержек t>>>> и выдержек времени t>>>, t> соответственно и напряжений срабатывания U > или U<.

Особенностью вычислительно-логических модулей является их «одно-системность», или «однофазность»: они состоят из одного комплекта программных измерительных реле. Информация к ним поступает от вторичных измерительных преобразователей токов или напряжений трех фаз через макси-селектор (рис. 12.9) или мини-селектор (в других модулях), выделяющих наибольшее или наименьшее действующее значение тока или напряжения. Вторичные измерительные преобразователи представляют собой активные (на интегральных операционных усилителях) измерительные трансформаторы, являющиеся источниками ЭДС (напряжения).

Вычислительно-логический модуль SPCJ4D28 (рис. 12.9) представляет собой комплекс взаимодействующих программных операций, выполняющих функции полосовых частотных фильтров, выделяющих принужденную составляющую фазных токов и тока нулевой последовательности переходных процессов КЗ, измерительных реле с уставками и , реле времени с независимыми задержкой первой ступени   и выдержками времени  срабатывания вторых ступеней, реле времени с обратнозависимыми от тока характеристиками (их несколько разновидностей) выдержек времени  третьих ступеней и логических элементов ИЛИ и ПАМЯТЬ (вход S записи RS-триггера). Модуль выполняет функцию защиты от несимметричного режима операцией вычисления относительной разности наибольшего по амплитуде I_max  и наименьшего I_min  фазных токов, поступающей на измерительные реле тока с уставкой , воздействующего на программные реле времени с уставкой .