Мікропроцесорна система визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кв

Реферат: Мікропроцесорна система визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ містить дешифратор. В неї введено мікропроцесор, два дешифратори, регістр, запам'ятовуючий пристрій, модуль обміну інформацією, аналого-цифровий перетворювач, ключі, таймер і блок GPS. UA 116005 U (12) UA 116005 U UA 116005 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області обчислювальної техніки, автоматики та вимірювальної техніки, і може бути використана для моніторингу і визначення відстані до місця замикання на землю силових електричних мереж з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, які забезпечують живлення силового електричного обладнання і технологічних систем залізничної автоматики, сигналізації, централізації і блокування. Відомий пристрій [1], який виконує функції відмовостійкого керування об'єктами, що включає аналізатор виду аварійної ситуації, об'єкт діагностування і входи системи, які з'єднані з інформаційними входами об'єкта діагностування, виходи системи з'єднані з першою групою входів аналізатора виду аварійної ситуації, а виходи системи з'єднані з другою групою входів аналізатора виду аварійної ситуації. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються функції моніторингу електричних системі ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, а також не обчислюється відстань до місця аварійного режиму при замиканні любої із фаз на землю. Відомий пристрій [2] за своєю технічною суттю є інформаційно-вимірювальною системою, яка включає лічильник, аналого-цифровий перетворювач, регістри, дешифратор, блок гальванічної розв'язки і електронно-обчислювальну машину, інформаційний вихід якої підключений до інформаційного входу дешифратора, а вихід аналого-цифрового перетворювача з'єднаний з інформаційним входом першого та другого регістрів. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що у відомому пристрої не виконується автоматично ряд функцій, таких як безперервний моніторинг параметрів режимів в нерозгалуженій електричної системі ізольованою нейтраллю напругою 635 кВ і не визначається місце аварійного режиму. Найбільш близьким за своєю технічною суттю є цифрова система керування [3], що складається з багаторозрядного цифрового лічильного каналу, дешифратора, схеми керування, чотирьох груп схем І і групи схем диз'юнкторів, причому вихід першої і другої груп схем І з'єднані з нульовими входами розрядів першого багато розрядного цифрового лічильного каналу, а вихід групи схем диз'юнкторів з'єднаний з другими входами дешифратора. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, низька надійність і рівень діагностування, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконується моніторинг параметрів режимів в процесі функціонування електричної нерозгалуженої системи з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ для проведення безперервного контролю і визначення відстані до місця аварії при короткому замикання любої із фаз на землю з прив'язкою до часу і функціонування системи захисту. В основу технічного рішення поставлена задача створення комп'ютерної системи з розширеними функціональними можливостями, в якій за рахунок введення нових блоків і зав'язків між ними відкривається додаткова можливість проводити з єдиних інформаційних позицій моніторинг комплексу параметрів, що відображають штатні і аномальні режими електричної нерозгалуженої системи з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ для визначення відстані до місця аварії, яке може статися при короткому замикання любої із фаз на землю, що реалізується з прив'язкою до часу і синхронно з роботою системи захисту, а також відкривається можливість проведення аналізу аварійних режимів та прогнозу залишкового ресурсу силового електричного обладнання. Поставлена задача досягається шляхом включення до мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ мікропроцесора, двох дешифраторів, регістра, запам'ятовуючого пристрою, модуля обміну інформацією, аналого-цифрового перетворювача, ключів, таймера і блока GPS, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений рстаршими розрядами до входу адреси першого дешифратора і g-молодшими розрядами - до входу адреси другого дешифратора, стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора, вихід шини адреси другого порту якого підключений до входів шини адреси модуля обміну інформацією, запам'ятовуючого пристрою, таймера і блока GPS, ключі виконані в вигляді матриці (nxm) перші керуючі входи кожного і-го (і=1,2) рядка матриці підключені до і-го виходу першого дешифратора, другі керуючі входи кожного j-го (j=1,2,3) стовпця матриці ключів підключені до j-гo виходу другого дешифратора, виходи кожного ключа j-го рядка матриці підключені до відповідного входу аналого-цифрового перетворювача, виходи запису і читання мікропроцесора підключені до входів запису і читання запам'ятовуючого пристрою, модуля обміну інформацією, регістра, таймера, аналогоцифрового перетворювача і блока GPS, а вихід шини даних мікропроцесора з'єднаний з входами шини даних запам'ятовуючого пристрою, модуля обміну інформацією, таймера, 1 UA 116005 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 аналого-цифрового перетворювача, блока GPS і регістра, до входів вибору кристала яких підключені відповідні виходи третього дешифратора, підключеного своїм входом адреси до виходу регістра. На Фіг. 1 наведено структурну схему мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, на Фіг. 2 наведено блок-схему алгоритму функціонування мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ. На Фіг. 3 наведено схему нерозгалуженої системи з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, на Фіг. 4 наведено схему заміщення нерозгалуженої системи з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ зі складовими струму. На Фіг. 5 наведена векторна діаграма струмів та напруг у разі замикання на землю. Мікропроцесорна система визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) включає мікропроцесор 1, дешифратори 2, регістр 3, запам'ятовуючий пристрій 4, модуль обміну інформацією 5, аналого-цифровий перетворювач 6, ключі 7, таймер 8 і блок GPS 9. Вихід шини адреси першого порту мікропроцесора 1 підключений р-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора 2 і g-молодшими розрядами - до входу адреси другого дешифратора 2, стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора 1. Вихід шини адреси другого порту мікропроцесора 1 підключений до входів шини адреси модуля обміну інформацією 5, запам'ятовуючого пристрою 4, таймера 8 і блока GPS 9. Ключі 7 виконані в вигляді матриці (nxm) перші керуючі входи кожного і-го (і=1,2) рядка матриці підключені до і-го виходу першого дешифратора 2, другі керуючі входи кожного j-го (j=1,2,3) стовпця матриці ключів 7 підключені до j-гo виходу другого дешифратора 2, виходи кожного ключа 7 j-го рядка матриці підключені до відповідного входу аналого-цифрового перетворювача 6. Виходи запису і читання мікропроцесора 1 підключені до входів запису і читання запам'ятовуючого пристрою 4, модуля обміну інформацією 5, регістра 3, таймера 8, аналого-цифрового перетворювача 6 і блока GPS 9. Вихід шини даних мікропроцесора 1 з'єднаний з входами шини даних запам'ятовуючого пристрою 4, модуля обміну інформацією 5, таймера 8, аналого-цифрового перетворювача 6, блока GPS 9 і регістра 3 до входів вибору кристала яких підключені відповідні виходи третього дешифратора 2, підключеного своїм входом адреси до виходу регістра 3. Мікропроцесор 1 мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) виконаний, наприклад, у вигляді однокристального мікропроцесора KM 1816 BE 51. Модуль обміну інформацією 5 мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) виконаний, наприклад, у вигляді інтегральної схеми ST16C554DCJ. Робота мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) проводиться у відповідності з наведеною блок-схемою алгоритму роботи наведеному на Фіг. 2. Після запуску мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) вона працює постійно згідно з алгоритмом (Фіг. 2) в реальному часі. З самого початку проводиться інсталяція мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1), вводяться питомі параметри- опір лінії r0 , x 0 з ізольованою нейтраллю, довжина лінії l0 , та її конструктивні дані g 0 , а також значення напруг уставок U y1 , U y 2 , U y 3 . Після цього, згідно з алгоритмом (Фіг. 2) обробляється процедура запуску в роботу і обміну інформацією на предмет читання даних чи тестування. Якщо обмін інформацією не проводиться, то мікропроцесорна система визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ 50    (Фіг. 1) проводить моніторинг аналогових сигналів. До них належать вектори струмів I A , I B , I C    фаз А, В, С, вектори напруг U A 0 , U B 0 , U C 0 фаз відносно землі. Далі в мікропроцесорі 1 реалізується процедура аналізу на предмет визначення замикання фаз А, В, С на землю згідно з виразом: U 1  U A 0  U y1 U 2  U B 0  U y 2 . (1) U 3  U C 0  U y3 2 UA 116005 U Якщо математична залежність (1) не виконується, що характеризує замикання відповідної фази на землю, то в мікропроцесорній системі запускається блок GPS 9 для реєстрації моменту аварійного режимі і запускається таймер 8 визначення часу продовження аварії. Для визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою 5 нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) необхідно визначити опір ' ' ' z Л  rЛ  jxЛ лінії від її початку до місця замикання на землю. Розділити визначене значення z 'Л на питомі параметри лінії й таким чином визначити відстань l3 до місця замикання. На основі схеми заміщення нерозгалуженої системи з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, яка наведена нижче,    напишемо вихідні дані для розрахунку. До них належать вектори струмів I A , I B , I C фаз А, В, 10    С, вектори напруг U A 0 , U B 0 , U C 0 фаз відносно землі та питомі параметри - опорів лінії r0 , x 0 , довжина лінії l0 , та її конструктивні дані g 0 (Фіг. 3). На підставі закону Кірхгофу можна сформувати наступне рівняння:   '  U A0  I A  z л  I з  Rз . (2)   Для розв'язання рівняння (2) необхідно виміряти напругу U A 0 та I A за допомогою 15  трансформатора напруги та вимірювального трансформатора струму. А величину струму I з , який проходить через перехідний опір R з у місці замикання безпосередньо вимірювати неможливо, але у зв'язку тому, що у рівняння (2) входять комплексні величини 20 ' z л та R з , то це рівняння може бути розв'язаним наступним чином. Для цього розглянемо складові струму замикання за допомогою наступної схеми заміщення (Фіг. 4). Зобразимо на комплексній площині векторну діаграму, що відповідає рівнянню (2) і вищерозглянутої схеми заміщення. Розв'язання рівняння (2) полягає в тому, щоб знайти координати точки Д перетинання векторів падінь напруг    ' I з  Rз та I з  z л (Фіг. 5). У трикутнику ОДЕ одна із сторін відома на підставі вимірювань - U A 0 . Тому необхідно розрахувати кути  ,  та  і на підставі використання теореми синусів або подібних теорем, що відображають співвідношення кутів та сторін трикутника, визначається 25  падіння напруги I А  z 'л . Згідно з класичним підходом вважається, що через місце замикання  проходить струм нульової послідовності 3І 0 (наприклад, Чернобровое Н.В. Релейная защита. М.: Энергия, 1974, С. 214), який може бути визначений шляхом підсумовування векторів струмів  фаз. В зв'язку з цим, визначення вектору струму I з , який проходить через місце замикання (через опір R з ), може бути представлено у вигляді 30          I З  3I 0  I Bcob  I Ccob  I A  I B  I C  I Bcob  I Ccob . (3) Визначення власних ємнісних струмів фаз В і С реалізується як   I Bcob  U B 0   jC Bcob  , (4)   I Ccob  U C 0   jCCcob  . Визначення кута зсуву 35 З  arctg      3 вектора струму Iз  Im I З , (5)  Re I З  A вектора струму фази А  ImI A  , (6)  A  arctg  ReI A  кута  Л зсуву лінії кута зсуву  Л  arctg xЛ rЛ , (7) 3 UA 116005 U U вектора напруги фази А відносно землі  Im I A0  arctg  Re I кута зсуву U A A     . (8) A0 В мікропроцесорі 1 мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) 5 реалізується, згідно виразів (3)-(7), обчислення значення кутів  3 ,  A ,  Л , U A . Далі  та  трикутника ОДЕ, що реалізується наступним чином    u   з ,    А   Л  U . Визначення кута  реалізується із співвідношення кутів трикутника ОДЕ     (   ) . Виходячи з теореми синусів для трикутника ОДЕ '    I З  RЗ I A  z л U A0   ' sin  sin  sin  , визначається падіння напруги на дільниці лінії, опір якої складає z Л '   sin  I A  z л  U A0 sin  . (9) визначаються значення кутів A 10 A ' На кінцевому етапі, мікропроцесором 1 визначається комплексний опір дільниці лінії z Л від початку лінії до місця замикання  U Sin  Z Л  AO  I A Sin , (10) 15 та обчислюється відстань до точки замикання фази на землю відносно всієї довжини лінії згідно з виразом lз  20 25 30 35 40 45  U AO Sin  I A Sin ro  jxo l Л . (11) Далі мікропроцесором 1 мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) згідно алгоритму (Фіг. 2) формується і передається за допомогою модуля обміну інформацією 5 блок аварійної інформації та проводиться аналіз на предмет продовження моніторингу. Якщо моніторинг можливий, то проводиться інсталяція і процес роботи мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) реалізується аналогічно вищеописаному. У випадку, коли моніторинг неможливий, то проводиться процедура кінця роботи і мікропроцесорна система перестає працювати. В тому випадку коли після обробки мікропроцесором 1 математичної виразу (1) логічна залежність виконується, то проводиться моніторинг трьох фаз по циклу до моменту реєстрації аварійного режиму. У тому випадку, коли в мікропроцесорній системі визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) при обробці мікропроцесором 1 логічного оператору обмін (блок-схема алгоритму Фіг. 2) необхідно реалізувати обмін інформацією, то в подальшому реалізується обробка логічного оператора читання/тестування. При читанні даних, то в мікропроцесорній системі визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) виконується процедура прийому даних, їх аналіз і в подальшому виконується процедура кінця зв'язку. В тому випадку коли необхідно проводити тестування мікропроцесорної системи визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1), то за допомогою модулю обміну інформацією 5 передається пакет тестів і проводиться процедура перевірки правильності їх роботи. Якщо тест виконався, то проводиться процедура післятестового контролю на предмет продовження моніторингу. У випадку невиконання тесту, в мікропроцесорній системі визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ (Фіг. 1) формується і передається інформація про неполадки в ній і обробляється процедура кінця роботи. Завдяки введенню нових елементів та зв'язків між ними запропонована мікропроцесорна система визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, вигідно відрізняється від прототипу. На відміну від 4 UA 116005 U 5 10 15 прототипу, в якому звужені функціональні можливості, тому, що на базі прототипу неможливо виконувати моніторинг параметрів режимів в процесі функціонування електричної нерозгалуженої системи з ізольованою нейтраллю для проведення безперервного контролю і визначення відстані до місця аварії при короткому замикання любої із фаз на землю з прив'язкою до часу і функціонування системи захисту. У запропонованій комп'ютерній системі за рахунок введення нових блоків і зав'язків між ними відкривається додаткова можливість проводити з єдиних інформаційних позицій моніторинг комплексу параметрів, що відображають штатні і аномальні режими електричної нерозгалуженої системи з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ для визначення відстані до місця аварії, що може статися при короткому замикання любої із фаз на землю, що реалізується з прив'язкою до часу і синхронно з роботою системи захисту, а також відкривається можливість проведення аналізу аварійних режимів та прогнозу залишкового ресурсу електричного обладнання. Крім того, в запропонованій мікропроцесорній системі визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, стало можливим вести в процесі роботи інсталяцію, настройку і тестовий контроль, а також покращились такі характеристики як живучість, надійність, пошук та ремонт пошкодження і т.п. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 Мікропроцесорна система визначення відстані до місця замикання на землю в нерозгалуженій системі з ізольованою нейтраллю напругою 6-35 кВ, що містить дешифратор, яка відрізняється тим, що в неї введено мікропроцесор, два дешифратори, регістр, запам'ятовуючий пристрій, модуль обміну інформацією, аналого-цифровий перетворювач, ключі, таймер і блок GPS, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений р-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора і g-молодшими розрядами - до входу адреси другого дешифратора, стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора, вихід шини адреси другого порту якого підключений до входів шини адреси модуля обміну інформацією, запам'ятовуючого пристрою, таймера і блока GPS, ключі виконані в вигляді матриці (nxm), перші керуючі входи кожного і-ї (і=1,2) рядка матриці підключені до і-го виходу першого дешифратора, другі керуючі входи кожного j-го (j=1,2,3) стовпця матриці ключів підключені до j-гo виходу другого дешифратора, виходи кожного ключа j-го рядка матриці підключені до відповідного входу аналого-цифрового перетворювача, виходи запису і читання мікропроцесора підключені до входів запису і читання запам'ятовуючого пристрою, модуля обміну інформацією, регістра, таймера, аналогоцифрового перетворювача і блока GPS, а вихід шини даних мікропроцесора з'єднаний з входами шини даних запам'ятовуючого пристрою, модуля обміну інформацією, таймера, аналого-цифрового перетворювача, блока GPS і регістра, до входів вибору кристала яких підключені відповідні виходи третього дешифратора, підключеного своїм входом адреси до виходу регістра. 5 UA 116005 U 6 UA 116005 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 7