Апаратура передачі команд релейного захисту та протиаварійної автоматики по високочастотних каналах “калина”

Апаратура передачі команд релейного захисту та протиаварійної автоматики по високочастотних каналах, що містить джерела живлення, зовнішні інтерфейси, блок передавача, що складається з центрального процесора, вхід якого з'єднаний з N-кількістю модулів вхідних дій, які перетворюють аварійні сигнали, що надходять від пристроїв релейного захисту та протиаварійної автоматики, з модулем сигналізації, з модулем телемеханіки та з зовнішніми інтерфейсами, а вихід якого з'єднаний з модулем підсилювача потужності і з модулем вихідного лінійного фільтра, і блок приймача, що складається з центрального 3 - прийом команд ПА за умови відсутності сигналу контрольної частоти та наявності достатнього рівня сигналу команди на виході підсилювачаобмежувача; - безперервний автоматичний контроль справності високочастотного тракту передачею сигналу контрольної частоти зі зниженим рівнем потужності; - періодичний (з інтервалом 2 мс) контроль справності функціональних вузлів апаратури: від вхідних ланцюгів передавача - до вихідних реле приймача; - запис в енергонезалежну пам'ять переданих та прийнятих команд (дата, час, номер команди); - роботу оператора з клавіатурою і дисплеєм блока ПРЦ (центрального процесора) за вибором/настройкою режимів роботи та параметрів апаратури через багаторівневе меню; - сигналізацію проходження команд, а також несправності ВЧ каналу і апаратури (з визначенням несправного вузла). Інформація про останні події відображається на дисплеї до моменту підтвердження або появи нової інформації. Основним недоліком даної апаратури є недостатня захищеність від промислових завад (сигналів передавачів каналів енергозв'язку; радіочастотних пристроїв і т. д.). Відомо цифровий пристрій передачі команд релейного захисту (РЗ) і протиаварійної автоматики (ПА) по високочастотному каналу УПК-Ц, який призначено для використання в системах протиаварійної автоматики і релейного захисту енергосистем, що використовують як канал зв'язку лінії електропередач (ЛЕП) з напругою 110-1150 кВ [Сертифікат РФ № РОСС RU.ME27.H01790 № 892817 від 23.03.2009 р. див. http://www.prosoftsystems.ru/largeimage.htm?img=11 58, сайт компанії ProSoft http://www.prosoftsystems.ru/products/product.htm?pi d=54). Даний комплект апаратури складається з приймача УПК-Ц та передавача УПК-Ц, в яких приймально-передавальний тракт і логіка управління здійснюється переважно за допомогою програми. Основними відмінностями даного пристрою є: - що 32 команди формуються в груповому сигналі в смузі 4 кГц паралельним двочастотним кодом, що істотно підвищує перешкодозахищеність тракту передачі і достовірність переданої інформації; - існує можливість передачі сигналів телемеханіки зі швидкістю 200 Бод незалежно від передачі команд; - здійснюється постійний контроль всіх вузлів і блоків від вхідних ланцюгів команд в передавачі до контактів вихідних реле команд в приймачі; - існує можливість настройки алгоритму обробки команд програмним чином; - на 4-х рядковий РК-дисплей з енергонезалежного журналу подій виводиться інформація про час початку і закінчення команд, що надійшли та про виниклі аварійні ситуації; - існує синхронізація годинника приймача з годинником передавача з точністю 2 мс. 65328 4 Основним недоліком даної апаратури є недостатня захищеність від промислових завад (сигналів передавачів каналів енергозв'язку, радіочастотних пристроїв і т. д.). Відома апаратура каналів високочастотного зв'язку, телемеханіки, передачі даних і команд релейного захисту та протиаварійної автоматики по високовольтних лініях електропередачі [Патент на корисну модель РФ № 98656, МПК Н04В3/00, опубл. 20.10.2010 p.], яку вибрано за найближчий аналог, що включає блок обробки сигналу, блок прийому/передачі команд релейного захисту та протиаварійної автоматики, блок управління і контролю станції, підсилювач потужності, блоки живлення і термінал, в якій підсилювач потужності виконаний за двоступеневою схемою з двократним запасом потужності кожного ступеня, з можливістю забезпечення посилення сигналу при відмові одного ступеня (гаряче резервування). Також вона оснащена резервним блоком живлення з можливістю забезпечення живлення при відмові штатного блока живлення (гаряче резервування), а блок живлення містить елементи комутації для вхідної напруги від 48 до 220 В постійного струму і 220 В змінного. Також вона оснащена резервним каналом зв'язку по виділеній телефонній лінії і по каналу зв'язку по GSM-каналах, а блок прийому/передачі команд релейного захисту та протиаварійної автоматики встановлений окремо від основної станції на відстані до 1200 м і пов'язаний з нею оптико-волоконних кабелем. Недоліком даної апаратури є потреба в широкій смузі частот зв'язку, дорожнеча і складність реалізації, низька завадостійкість передачі блокуючих сигналів. В основу корисної моделі поставлена задача створити таку апаратуру передачі команд релейного захисту та протиаварійної автоматики по високочастотним каналам, в якій за рахунок введення модуля формувача сигналів в блок передавача та модуля демодулятора сигналів в блок приймача досягається підвищена завадостійкість апаратури прийому сигналу та передачі блокуючого сигналу. Поставлена задача вирішується тим, що запропоновано апаратуру передачі команд релейного захисту та протиаварійної автоматики по високочастотних каналах, що містить джерела живлення, блок передавача, що складається з центрального процесора, вхід якого з'єднаний з Nкількістю модулів вхідних дій, які перетворюють аварійні сигнали, що надходять від пристроїв релейного захисту та протиаварійної автоматики, з модулем сигналізації, з модулем телемеханіки та з зовнішніми інтерфейсами, а вихід якого з'єднаний з модулем підсилювача потужності і з модулем вихідного лінійного фільтра, і блок приймача, що складається з центрального процесора, вхід якого з'єднаний з модулем вхідного лінійного фільтра, а вихід якого з'єднаний з N-кількістю модулів реле, з модулем сигналізації, з модулем телемеханіки та з зовнішніми інтерфейсами, в якій, згідно з корисною моделлю, в блок передавача додатково введено модуль формувача сигналів, один з входів якого з'єднано через паралельну шину з входом центра 5 льного мікропроцесора та виходом модуля телемеханіки, а вихід - з модулем підсилювача потужності, який в свою чергу з'єднаний з модулем вихідного лінійного фільтра, і в блок приймача додатково введено модуль демодулятора сигналів, вхід якого з'єднано з модулем лінійного вхідного фільтра, а один з виходів - через паралельну шину з входом центрального мікропроцесора, а для сполучення центрального мікропроцесора з Nкількістю модулів реле додатково введено Nкількість модулів управління реле. Для запропонованої апаратури передачі команд релейного захисту та протиаварійної автоматики по високочастотних каналах пропонується назва - "Калина". Перевагою запропонованого технічного рішення є підвищена завадостійкість апаратури прийому команд: забезпечення кращих, в порівнянні з аналогами, імовірнісних характеристик прийому команд в умовах дії завад індустріального походження при такій же, як у аналогів, стійкості до завади виду "білого шуму". Завади індустріального походження (наведення від радіовипромінюючих засобів, комбінаційні сигнали інших передавачів, тощо) присутні на вході приймача разом з тепловим шумом, що має характер білого гаусового шуму, але, на відміну від нього, мають кінцеві значення ширини частотної смуги. Вплив таких завад тим більше, чим ближче їх параметри до параметрів корисного сигналу. Наприклад, гармонійний сигнал буде найбільш ефективною завадою для сигналу вигляду немодульованої несучої, якщо їх частоти співпадають. Вірогідність збігу параметрів перешкоди і сигналу зменшується з ускладненням структури сигналу. Кількісно "ступінь складності" характеризується базою сигналу, рівною приблизно 2*F*T, де F - ширина смуги, а Т - тривалість сигналу. Смуга F при цьому може бути значно ширше за мінімальну, необхідну для передачі інформації; розширення смуги забезпечується використанням "розширюючого сигналу" - кодовій послідовності маніпуляції, яка не залежить від інформації, що передається. Прийом такого сигналу здійснюється шляхом зіставлення його з синхронізованою копією (з тією ж кодовою послідовністю). Такий метод підвищення завадостійкості називається методом прямого розширення спектра кодовою послідовністю (DSSS-Direct Sequence Spread Spectrum). Ступінь неприйнятності приймача до завад прямо пропорційний коефіцієнту розширення спектра. Таким чином, максимально можлива завадостійкість визначається допустимою для передачі сигналу шириною смуги частот. Запропоноване технічне рішення передбачає використання всієї (що, відводиться нормативами) частотної смуги для передачі сигналу команди, що забезпечує підвищення стійкості до завад індустріального походження, зберігаючи стійкість до завади виду білого гаусового шуму, що здійснюється завдяки додатковому введенню в передавач блока формувача, а в приймач демодулятора розширюючого спектр сигналу ("розширюючого коду"). Кодова послідовність, що розширює спектр, має вид 65328 6 бінарної фазової маніпуляції, яка найбільш ефективна з погляду використання всієї смуги каналу (F). Блок формувача сигналу включає два основні вузли: модулятор і підсилювач. Автоматикою ініціалізується генерація гармонійного, сигналу Sin(t), тривалість якого рівна Тk, а частота ω рівна центральній частоті виділеного частотного каналу шириною смуги t. У модуляторі виконується фазова -маніпуляція сигналу кодом k(t), який відповідає переданій команді (або контрольному сигналу під час відсутності команд). Посилений сигнал поступає в лінію. У приймачі смуговим фільтром селектизується робоча смуга каналу f, далі виділений сигнал через підсилювач поступає на перемножувач. З результату перемножування низькочастотним фільтром виділяється постійна складова Cos(t+k(t))=Cos(0)), яка після накопичення в інтеграторі порівнюється з порогом для ухвалення рішення про прийом команди. Перемножувач і наступні за ним елементи складають структуру корелятора, що в теорії прийому сигналів зветься "оптимальним приймачем". Суть оптимального прийому - використання в приймачі копії, співпадаючої з сигналом, що приймається, по всіх координатах. Очевидно, що для досягнення максимуму вихідного сигналу корелятора (рівності нулю Cos(t+k(t))=Cos(0)) необхідне точне тимчасове поєднання копії і. сигналу, яке реалізується синхронізацією приймача до передавача. Синхронізація приймача забезпечується за рахунок контрольного сигналу, який безперервно передається у вигляді відповідного йому коду розширення. У загальному випадку в апаратурі використовується N+1 код розширення, де N - необхідна кількість команд. Як коди розширення використовуються псевдовипадкові послідовності, з сімейства М - послідовностей, що мають мінімальну взаємну кореляцію. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображено структурну схему блока передавача, на фіг.2 зображено структурну схему блока приймача. Апаратура складається з джерел живлення 1, блока передавача 2, що складається з центрального процесора 3, вхід якого з'єднаний з Nкількістю модулів вхідних дій 4, які перетворюють аварійні сигнали, що надходять від пристроїв релейного захисту та протиаварійної автоматики з модулем сигналізації 5, з модулем телемеханіки 6 та з зовнішніми інтерфейсами 7, а вихід центрального процесора 3 з'єднаний з модулем підсилювача потужності 8 і з модулем вихідного лінійного фільтра 9, і блока приймача 10, що складається з центрального процесора 11, вхід якого з'єднаний з модулем вхідного лінійного фільтра 12, а вихід якого з'єднаний з N-кількістю модулів реле 13, з модулем сигналізації 14, з модулем телемеханіки 15 та з зовнішніми інтерфейсами 16, також в блок передавача 2 додатково введено модуль формувача сигналів 17, один з входів якого з'єднано че 7 рез паралельну шину з входом центрального мікропроцесора 3 та виходом модуля телемеханіки 6, а вихід - з модулем підсилювача потужності 8, який в свою чергу з'єднаний з модулем вихідного лінійного фільтра 9, і в блок приймача 10 додатково введено модуль демодулятора сигналів 18, вхід якого з'єднано з модулем лінійного вхідного фільтра 12, а один з виходів - через паралельну шину з входом центрального мікропроцесора 11, а для сполучення центрального мікропроцесора 11 з Nкількістю модулів реле 13 додатково введено Nкількість модулів управління реле 19. Дана апаратура працює так. Модулі вхідних дій 4 перетворюють напругу аварійних сигналів в паралельний двійковий код і передають в центральний процесор 3. Модуль формувача сигналу 17 формує фазоманіпульований сигнал, відповідний переданій команді або, у відсутності команд, контрольному сигналу, який поступає (у вигляді синусоїдальної напруги) безпосередньо в модуль формувача сигналу 17 по окремому входу (не показаний) з гальванічною розв'язкою. Контрольний сигнал призначений для підтримки постійної синхронізації між блоком передавача 2 і блоком приймача 10. Окрім цього, переданий в лінію сигнал містить інформацію про поточну фазу і, при необхідності, дані телеметрії. Дані телеметрії поступають від модуля телемеханіки 6 в модуль, формувача сигналу 17 через центральний процесор 3. Частота лінійного сигналу може встановлюватися в діапазоні від 24 кГц до 1000 кГц з кроком f. Вихідний сигнал S з модуля формувача сигналів 17 поступає на модуль підсилювача потужності 8, який живиться від джерела живлення 1а. Підсилювач потужності 8 лінійний, вихідна потужність регулюється діапазоні від 32 дБм до 47 дБм з кроком 1 дБм. Управління потужністю, а також діагностика проводиться центральним процесором 3. Рівень позасмугових випромінювань на будь-якій частоті діапазону 24…1000 кГц за межами робочої смуги не перевищує мінус 40 дБм щодо поточного значення вихідної потужності. Вихідний опір 75 Ом (номінальне значення). Вихідний сигнал S з модуля підсилювача потужності 8 поступає в лінію через модуль вихідного лінійного фільтра 9. Також блок передавача 2 має зовнішні інтерфейси 7. Це дозволяє вирішувати різноманітні завдання, такі як ручна або автоматизована діаг 65328 8 ностика працездатності апаратури, перевірка електричних характеристик, встановлення конфігурацій при пуску-наладці, тестуванні і модифікації внутрішніх робочих програм. Це також забезпечує можливість включення пристрою до складу локальної мережі. Далі сигнал Sвх через вхідний лінійний фільтр 12 поступає в модуль демодуляції сигналів 18. Центральна частота вхідного сигналу може бути встановлена в діапазоні від 24 кГц до 1000 кГц з кроком f. Установка частоти проводиться центральним процесором 11. Модель демодулятора сигналів 18 виконує наступні завдання: - прийом контрольного сигналу і підтримка синхронізації між блоком передавача 1 і блоком приймача 10; - прийом аварійних команд; - прийом даних про поточну фазу; - прийом даних телеметрії; - формування вихідного сигналу фази. Демодульовані коди прийнятих аварійних команд і дані телеметрії передаються в центральний процесор 11 за допомогою паралельної шини, аналогічної тій, яка застосовується в блоці передавача 2. Відповідно до коду прийнятої команди центральний процесор 1 і проводить включення одного або декількох виходів модулів реле 13. Для сполучення цих модулів 13 з центральним процесором 11 призначені модулі управління реле 19. Дані телеметрії поступають на вихід блока приймача 10 через модуль телемеханіки 15. Сигнал фази формується на окремому виході (не показано) з гальванічною розв'язкою модуля демодулятора 18 у вигляді аналогового синусоїдального сигналу з частотою 50 Гц. Блок приймача 10, також як і блок передавача 1, підтримує обмін із зовнішніми пристроями за допомогою зовнішніх інтерфейсів 16. Використання даного технічного рішення дозволяє передавати команди релейного захисту енергооб'єктів: телеприскорення, телевідключення, заборона/дозвіл повторного включення. Також передачу команд протиаварійної автоматики: фіксацію відключення ПЛ (повітряної лінії), автоматики підвищення напруги, асинхронного ходу, спеціального обмежувача навантаження тощо та передачу фази напруги промислової частоти (для протиаварійної автоматики "по куту"). 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 65328 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601