Універсальний приймач-передавач високочастотного захисту

Реферат: Універсальний приймач-передавач високочастотного захисту містить модуль живлення, модуль підсилювача-фільтра, модуль зовнішніх підключень, модуль приймача та модуль автоконтролю. Додатково містить окремий модуль живлення підсилювача та модуль лицьової плати з електронним засобом для відтворювання графічної та алфавітно-цифрової інформації. Модуль живлення виконаний з можливістю вибору підключення як до джерела 220 В, так і до 110 В, модуль зовнішніх підключень виконаний з можливістю взаємодії з електромеханічними, мікроелектронними та мікропроцесорними типами захисту, модуль автоконтролю виконаний як складова система модуля керування, модуль підсилювача потужності виконаний з можливістю забезпечення діапазону частот 241000 кГц, модуль лінійного фільтра містить виключно пасивні радіоелементи, при цьому модуль підсилювача потужності та модуль лінійного фільтра виконані окремими блоками. UA 114741 U (54) УНІВЕРСАЛЬНИЙ ПРИЙМАЧ-ПЕРЕДАВАЧ ВИСОКОЧАСТОТНОГО ЗАХИСТУ UA 114741 U UA 114741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і призначена для використання в системах релейного захисту та автоматики для роботи в високочастотних каналах, утворених високочастотною обробкою дротів повітряних ліній електропередачі високої напруги. Відомі приймачі-передавачі високочастотного захисту ПВЗУ-Е, ПВЗ-90М, ПВЗ-ИВА. Основна функція, що реалізується зазначеними приймачами-передавачами - передача та приймання блокуючих сигналів від терміналів релейного захисту для забезпечення мінімально-можливого часу вирішення завдання визначення місця короткого замикання у первинній електромережі та мінімального часу ліквідації цього пошкодження. Передавач передає в канал високочастотний сигнал (несуча частота в діапазоні 24-1000 кГц), який модулюється (маніпулюється) терміналом релейного захисту додатковою інформацією (фаза току короткого замикання або напрямок потужності короткого замикання на повітряній лінії високої напруги, яка захищається). До недоліків приймача-передавача ПВЗУ-Е можна віднести складний інтерфейс взаємодії користувача з апаратом під час конфігурування його функцій та діагностики, а саме необхідність розрахунку частот гетеродинів з наступним встановленням перемичок в модулях пристрою у залежності від робочого частотного діапазону, багатоступінчастий режим калібрування аналогово-цифрового перетворювача (далі - АЦП), відсутність вказівок щодо порядку дій на дисплеї, що вимагає постійного звернення до настанови користувача, підключення до високочастотного каналу виконано неергономічно - на лицьовій стороні модуля лінійного фільтра приймача-передавача. До недоліків приймача-передавача ПВЗ-90М можна віднести низьку надійність ланцюгів реалізації зовнішньої сигналізації (аварійний сигнал, попереджувальний сигнал), недостатню стійкість роботи передавача в діапазоні малих рівнів вихідного сигналу, тривалість циклу автоконтролю (300 мс) перевищує тривалість затримки попереджувальної сигналізації електромеханічного захисту, низьку надійність апаратної конфігурації приймача-передавача (система автоконтролю, виконаної як окремий модуль, що працює тільки за протоколом ПВЗ90М). До недоліків приймача-передавача ПВЗ-ИВА можна віднести недостатньо стійку роботу в діапазоні малих рівнів вихідного сигналу, суміщення в єдиному конструктивному блоці підсилювача потужності та лінійного фільтра, що знижує кількість взаємозамінних модулів, систему автоконтролю виконано, як окремий модуль, неможливість вибору користувачем протоколу перевірки, застаріла елементна база, окремі складові, зняті з виробництва, складність у налаштуванні через наявність приймача "прямого підсилення" з багатоланковими пасивними фільтрами, незручна система службового зв'язку, яка вимагає використання окремої мікротелефонної трубки. Технічною задачею заявленого технічного рішення є розробка приймача-передавача для високочастотного захисту високовольтних ліній 110-750 кВ із застосуванням сучасних складових мікроелектроніки, що дозволяє забезпечити регулювання рівнів вихідної потужності у широких межах (від 5 Вт до 30 Вт), забезпечити ефективне налаштування від власного відбитого сигналу, обладнаного функцією автоконтролю, що працює за програмами існуючих в експлуатації апаратів на вибір користувача та системою тестового експлуатаційного контролю. Технічна задача вирішується шляхом розробки принципово відмінної системи вторинного електроживлення приймача-передавача (окремі модулі живлення підсилювача та базових вузлів), розробки цифрового приймача з набором характеристик для заглушення відбитих сигналів, ефективного налаштування від власного відбитого сигналу за рахунок застосування спеціальної ступінчастої характеристики чутливості цифрового приймача, яка забезпечує загрублення на 5-6 дБ до відбитого сигналу власного передавача, який відрізняється за частотою на 1,5 кГц від частоти передавача протилежного кінця каналу, причому реалізація ступінчастої характеристики приймача та зсув частоти передавача реалізовані в модулі керування, розробки нових блоків з програмним забезпеченням для різноманітних програм автоконтролю та тестування апарата. Поставлена задача вирішується тим, що універсальний приймач-передавач високочастотного захисту, який містить модуль живлення, який модифікований за рівнем живлення джерела оперструму 220 В або 110 В, модуль підсилювача-фільтра, який модифікований за частотними діапазонами, модуль зовнішніх підключень, модуль приймача та модуль автоконтролю, згідно з корисною моделлю, додатково містить окремий модуль живлення підсилювача та модуль лицьової плати з електронним засобом для відтворювання графічної та алфавітно-цифрової інформації, при цьому модуль живлення, виконаний з можливістю вибору підключення як до джерела 220 В так і до 110 В, модуль зовнішніх підключень, виконаний з можливістю взаємодії з усіма типами електромеханічного, мікроелектронного та мікропроцесорного захисту, модуль автоконтролю виконаний як складова 1 UA 114741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 система модуля керування, модуль підсилювача потужності, виконаний з можливістю забезпечення 241000 кГц діапазону частот, модуль лінійного фільтра містить виключно пасивні радіоелементи, а модуль підсилювача потужності та модуль лінійного фільтра виконані окремими блоками. Застосування оновленої елементної бази та зазначених технічних рішень дозволяє отримати діапазон регулювання вихідної потужності передавача від 4 до 30 Вт (36-45 dBm) за стійкої роботи передавача, завдяки прийнятим схемним рішенням модуля підсилювача в цілому та вузла регулювання рівня живлення вихідного каскаду підсилювача; діапазон чутливості приймача від 75 мВ до 3000 мВ (-11 - +21 dBm), завдяки покращенню характеристик вибірковості за рахунок цифрових фільтрів; автоматичні системи контролю ті діагностування найбільш відповідальних вузлів апарата; системи тестів для зручного технічного обслуговування апарата. На кресленні зображено схему універсального приймача-передавача високочастотного захисту. Універсальний приймач-передавач високочастотного захисту містить 6 модулів та лицьову плату з дисплеєм та клавіатурою. Універсальний модуль живлення (Е4) призначений для перетворення постійного вхідного струму 220/110В в стабілізовані вторинні рівні «+5В» та «+24В», гальванічно розв'язані від первинного джерела. Воно виконано з використанням двох одноканальних DC/DC інтегральних перетворювачів ТРМ. Вторинні рівні «+5В» та «+24В» забезпечують живлення всіх модулів приймача-передавача. У складі модуля живлення є вузол контролю вхідної напруги живлення. Модуль живлення підсилювача (Е3) призначений для живлення кінцевого каскаду підсилювача потужності передавача. Він живиться рівнем +220/110В від запобіжника та перемикача основного модуля живлення (Е4). Також даний модуль побудований як перетворювач з гальванічною розв'язкою первинного рівня +220/110В від вторинної напруги «+УМ». Вторинний рівень стабілізований на заданому значенні, яке визначається необхідною потужністю на виході передавача. В модулі живлення підсилювача передбачений вузол контролю споживання підсилювача потужності. Модуль підсилювача потужності (УМ) (Е2) призначений для підсилювання потужності сигналу несучої частоти. Кінцевий каскад виконаний за двотактною схемою. Високочастотний сигнал 2Бпрд подається на підсилювач потужності з модуля керування. В модулі УМ міститься схема керування вихідним каскадом. Навантаженням вихідного каскаду підсилювача потужності є лінійний фільтр. Для забезпечення мінімальних рівнів позасмугових випромінювань слугує схема формування "Ф" фронтів напруги «+УМ». Модуль лінійного фільтра (ЛФ) (Е1) забезпечує виділення першої гармоніки сигналу "Fпрд." з загального сигналу модуля УМ та захищає модуль УМ та модуль керування (МУ) від комутаційних перенапружень, що надходять з ВЛ. Лінійний фільтр побудований за класичною диференційно-мостовою схемою. В модулі лінійного фільтра є вузол вимірювання струму виходу передавача; оцифрування цього параметра відбувається на лицьовій платі приймачапередавача. З окремої обмотки трансформатора модуля ЛФ на вхід приймача надходить сигнал свого та "дальнього" передавача. Модуль зовнішніх підключень (Е5) виконує функції спряження приймача-передавача з різними терміналами пристроїв релейного захисту. Він включає в себе вузол формування сигналів керування передавачем (контактний пуск, безінерційний пуск, зупинку, маніпуляції). Сигнали, гальванічно розв'язані від їхнього джерела, потрапляють в модуль керування передавачем. В модулі зовнішніх підключень організовані мережі тестування керування передавачем. Вузол формування сигналів зовнішньої сигналізації реалізує функції аварійної та попереджувальної сигналізації, а також функцію виводу (блокування) терміналу захисту у разі несправності приймача-передавача. Ці функції реалізуються у вигляді "сухих" контактів. Спеціальна схема забезпечує формування вихідного сигналу приймача для роботи з будьякими терміналами релейного захисту (струм або напруга приймання). Додатковою функцією є формування огинаючого ВЧ сигналу на виході передавача та сигнал вихідного струму (напруги) приймача для запису на зовнішньому реєстраторі. Модуль керування приймача-передавача (Е6) містить схеми та вузли, що здійснюють керування апаратом. Схема синтезатора частот забезпечує неперервне формування сигналу для передавача з частотою Fпрд. (частота Fпрд. задається користувачем під час конфігурації апарата) та видачу її в модуль підсилювача. 2 UA 114741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вузол "Ж" забезпечує приймання, логічну обробку та забезпечення системи пріоритетів для сигналів керування передавачем, виробляє на їх базі єдиний сигнал "пуск УМ", який видається у модуль підсилювача потужності. Цей самий вузол може формувати команди тестової перевірки функцій приймача-передавача. Модуль керування містить схему "узгоджувального пристрою" (СУ). Вона під'єднана до обмотки трансформатора лінійного фільтра. Під час пуску власного передавача СУ підключає до обмотки високоомний резистор (затухання, що вноситься приймачем в такт передачі, при цьому мінімальне). У разі зняття модулем управління сигналу "пуск УМ" узгоджувальний пристрій підключає до обмотки трансформатора резистор, який забезпечує вхідний опір апарату 75 Ом та оптимальний прийом сигналу дальнього передавача. З лінійного фільтра сигнали з частотою Fпрд. і Fпрм. (вони можуть відрізнятись на 0,5-1,5 кГц) потрапляють через аттенюатор на АЦП. Після оцифрування сигнали дальнього та власного передавачів обробляються цифровим приймачем за заданою під час конфігурування програмою (вигляд характеристики, частота налаштування, пороги компараторів). Основний компаратор (І) керує вихідним каскадом приймача в модулі зовнішніх підключень. Компаратори II "High" та III "Low" використовуються як автоконтроль. Пристрій автоматичної перевірки (автоконтролю) приймача-передавача та високочастотного каналу (АК) являє собою набір програм, що забезпечують можливість роботи функцій автоматичної перевірки каналу з одним з наступних апаратів: "ПВЗ-90", "ПВЗ-АК", "ПВЗ-АКМ", "ПВЗУ-Е", "УПЗ-Д". Програма роботи вибирається користувачем апарата під час конфігурації функцій. У разі виявлення автоматичним контролем та системами тестування будь-якої несправності, вона транслюється у вузол "Ж", де ідентифікується як аварійна або запобіжна. Дана інформація транслюється на лицьову плату через інтерфейс RS485 для відображення на світлодіодній індикації та дисплеї. Окрім лицьової плати, інформація щодо аварії передається в модуль зовнішніх підключень для відповідних реле. За наявності в високочастотному сигналі низькочастотної модуляції (налагоджений телефонний зв'язок) вона виділяється в схемі ЦАП та видається на лицьову плату для реалізації в мікротелефоні. Окрім цього, модуль керування забезпечує підключення до зовнішньої локальної інформаційної мережі (RS485, Ethernet). Лицьова плата (Е7) забезпечує світлодіодну індикацію стану приймача-передавача. Дисплей слугує для відображення інформації щодо поточного стану апаратури, тестових режимів, режимів конфігурації, результатів автоконтролю тощо. Наявна також клавіатура (навігатор) для виконання ряду операцій: оперативний пуск передавача, ініціація позачергового автоконтролю, конфігурація функцій апарата, зчитування журналу подій, тестування апарата тощо. Для організації налагодженого симплексного зв'язку високочастотним каналом в модулі лицьової плати передбачений мікрофон,мікротелефон та кнопка увімкнення зв'язку "МК" (передавання/приймання). Заявлена корисна модель працює наступним чином. У разі виникнення пошкоджень у первинній високовольтній мережі релейний термінал здійснює запуск передавача та модулює його несучий сигнал інформацією щодо фази або напрямку струму короткого замикання у первинній мережі. Високочастотний сигнал передається на протилежну сторону каналу, а також у власний приймач. Інформація від передавача протилежного кінця високочастотної лінії потрапляє на приймач з високочастотного каналу через модуль лінійного фільтра. У приймачі здійснюється вирішення задачі щодо визначення місця короткого замикання у первинній мережі (за фазами або напрямком струму короткого замикання), результат видається у релейний термінал. Налаштування від власного відбитого сигналу здійснюється за рахунок спеціальної характеристики вибірковості, що забезпечує додаткове загрублення приймача на частоті власного передавача на 5-6 дБ. Автоматична перевірка справності високочастотного каналу та приймача-передавача здійснюється періодично на виконання автоматичного запиту одного з апаратів (ініціатива перевірки). За фактом запиту починають функціонувати програми перевірки каналу, що забезпечують у певні інтервали часу черговий запуск передавачів, зчитування інформації та її аналіз. Отриманий результат заноситься у журнал подій та у разі необхідності видається на зовнішню сигналізацію та дисплей апарата. Застосування заявленої корисної моделі дозволяє ефективно налаштувати приймач від відбитого сигналу власного передавача, забезпечити працездатність приймача-передавача під час короткочасних "просідань" та перервах живлючої напруги; забезпечити інтерфейс приймача-передавача з усіма типами терміналів релейного захисту (електромеханічна, 3 UA 114741 U мікроелектронна, мікропроцесорна); адаптувати систему автоматичної діагностики справності високочастотного каналу з приймачами-передавачами ПВЗ-ИВА, ПВЗ-УЕ, ПВЗ-90М. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Універсальний приймач-передавач високочастотного захисту, який містить модуль живлення, модуль підсилювача-фільтра, модуль зовнішніх підключень, модуль приймача та модуль автоконтролю, який відрізняється тим, що додатково містить окремий модуль живлення підсилювача та модуль лицьової плати з електронним засобом для відтворювання графічної та алфавітно-цифрової інформації, при цьому модуль живлення виконаний з можливістю вибору підключення як до джерела 220 В, так і до 110 В, модуль зовнішніх підключень виконаний з можливістю взаємодії з електромеханічними, мікроелектронними та мікропроцесорними типами захисту, модуль автоконтролю виконаний як складова система модулю керування, модуль підсилювача потужності виконаний з можливістю забезпечення діапазону частот 241000 кГц, модуль лінійного фільтра містить виключно пасивні радіоелементи, при цьому модуль підсилювача потужності та модуль лінійного фільтра виконані окремими блоками. 4 UA 114741 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5