Выполнение приборов одностороннего замера

Приборы одностороннего замера впервые были разработаны в начале 90-х годов в Рижском Политехническом институте под руководством А.С. Саухатаса и начали выпускаться под названием МФИ (микропроцессорный фиксирующий импульсный прибор). В настоящее время различные заводы выпускают те же приборы под названиями МИР, ФПМ, ИМФ - приборы имеют минимальные различия в техническом исполнении и в алгоритмах. Рассматриваемые приборы явились первыми микропроцессорными устройствами, в массовом масштабе внедренными в отечественную энергетику. Объясняется сравнительная легкость их внедрения несовершенством прежде существовавших приборов двустороннего замера и несомненно большим удобством одностороннего замера для оперативного персонала.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА прибора представлена на рис.20 [9]. Токи и напряжения контролируемой линии I_А, I_В, I_С, U_А, U_В, U_С, а также ток нулевой последовательности одной параллельной линии I (при ее наличии) поступают на первичные обмотки промежуточных трансформаторов входного блока БВ. Кроме входных трансформаторов БВ содержит фильтры низких частот, назначение которых - предварительное подавление высших гармонических составляющих.

Рис.20. Структурная схема прибора

БВ - блок входной; МП - мультиплексор ; АЦП аналого-цифровой преобразователь; БЗУ - блок задания уставок; БУ – блок управления; БИ - блок индикации.

После предварительной обработки в блоке БВ токи и напряжения поступают на входы мультиплексора МП, который по команде микро-ЭВМ подключает к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя АЦП тот или иной канал. При этом производится аналого-цифровое преобразование соответствующего тока или напряжения. Прибор успевает сделать по 23 дискретных мгновенных замера каждой из семи входных величин за период. Кроме токов и напряжений к аналоговому входу АЦП подводятся выходные напряжения блока задания уставок (информации о параметрах данной линии) БЗУ, регулируемые эксплуатирующим персоналом перед включением прибора. При регулировке имеется возможность индикации значений этих параметров (уставок) на цифровом табло блока индикации БИ, что позволяет задать значения параметров без применения измерительных приборов.

Блок управления БУ обеспечивает вывод результатов и значений уставок на цифровое табло, контроль исправности и принудительный пуск устройства. БУ содержит две кнопки управления, при помощи которых осуществляются указанные операции.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ прибора ФПМ представлена на рис.21. При подаче оперативного питания осуществляется автоматический пуск выполнения программы работы ФПМ. Первым выполняемым программным блоком является блок контроля меток и сигналов управления. При выполнении этого блока осуществляется опрос кнопок управления, состояния внешнего разрешающего сигнала (о факте отключения выключателя - аналог селективного пуска в приборах двустороннего замера), а также содержимого одной из ячеек ОЗУ, куда при срабатывании прибора записывается определенный код (метка срабатывания F1). Наличие упомянутой метки свидетельствует, что до подачи оперативного питания устройство срабатывало, а информация еще не считана. Следующий программный блок реализует контроль состояния внутреннего таймера устройства, который запускается при срабатывании. Если после срабатывания прошло время более 32 часов, то таймер останавливается и сбрасывается на ноль

В зависимости от состояния таймера и результатов, полученных при выполнении блока контроля меток и сигналов управления, выбирается один из

4-х возможных режимов работы.

Первый режим - режим контроля наличия условий пуска и, в случае их возникновения, выполнения основной функции ФПМ - расчета расстояния до места КЗ. Выбор первого режима возможен в следующих случаях:

1. после последнего срабатывания прошло более 32 часов;

2. после снятия показаний оперативным персоналом;

3. после предыдущего срабатывания в течении 1О сек не происходило хотя бы кратковременной подачи разрешающего сигнала РС (третье условие обеспечивает возврат в состояние готовности приборов не отключавшихся линий.

В первом режиме автоматический пуск прибора осуществляется при появлении хотя бы кратковременной несимметрии фазных токов (1О мс и более), удовлетворяющей условию:

4 * I₂ > I₁,

где I₁, I₂ - токи прямой и обратной последовательности соответственно.

Рис.21. Структура программного обеспечения ФПМ-01

При трехфазном КЗ дополнительным условием срабатывания является:

I₁ > Iн,

где Iн - номинальный ток измерительных трансформаторов тока.

После пуска прибор два периода фиксирует токи и напряжения. Затем выполняет расчеты. Контроль токов во время расчетов не осуществляется.

Второй и третий режимы - самоконтроля и индикации, выбираются при условии нажатия соответствующей кнопки управления. Функционирование блока индикации обеспечивает чтение результатов обработки информации. Блок самоконтроля обеспечивает проверку исправности всего программного обеспечения ФПМ. При его выполнении осуществляется чтение и последовательное суммирование кодов всего ППЗУ. После получения суммы производится ее сравнение с контрольным числом и, в случае их совпадения, делается вывод об исправности.

Четвертый режим - режим ожидания или блокировки. Выходом на осуществление этого режима служит совпадение следующих условий:

1. после срабатывания ФПМ прошло время менее 32 часов;

2. было зафиксировано появление разрешающего сигнала РС;

3. не осуществлялось считывание результатов работы ФПМ.

Прибор ФПМ обеспечивает получение результатов при снижении или полном исчезновении напряжения оперативного питания на время не более 8 с с момента возникновения КЗ.В режиме хранения информации допускаются перерывы оперативного питания до 1О мин.

РАСПОЗНАВАНИЕ ВИДА КЗ и определение поврежденных фаз осуществляется по соотношению векторов симметричных составляющих токов контролируемой линии. Последовательность решения задачи следующая.

1. Определяется, является ли замыкание трехфазным, или оно относится к классу несимметричных. КЗ считается трехфазным, если выполняются условия:

4 * I₂ < I₁ > Iн , (26)

где Iн - номинальный ток трансформаторов тока контролируемой линии.

2. Если не выполняется только правая часть (26), то устройство прекращает дальнейший анализ собранных данных и возвращается в исходное состояние (неселективный пуск).

3. Если не выполняется левая часть (26), то проверяется наличие двухфазного КЗ. КЗ будет сочтено двухфазным при выполнении условия:

6 * Iо < I₂ . (27)

При этом осуществляется распознавание повредившихся фаз путем проверки выполнения фазовых соотношений между токами обратной и нулевой последовательностей.

4. При невыполнении (26) и (27) фиксируется наличие замыкания на землю и осуществляется разделение однофазных замыканий на землю от двухфазных замыканий на землю. Разделение этих двух замыканий осуществляется путем проверки фазовых соотношений между токами нулевой, обратной и прямой последовательностей.

В зависимости от вида короткого замыкания для определения расстояния до места повреждения используются различные выражения, в которые подставляются соответствующие величины токов и напряжений. Расстояние подсчитывается по выражению

L = Z / Z уд.

Сопротивление до места трехфазного КЗ:

Z = Re (Uab/Ic)/ Re (Iab*P/Ic);

двухфазного КЗ(bc) Z= Re [(Ub-Uc)/I₂a] / Re [(Ib-Ic)*P/I₂a];

однофазного КЗZ = Im (Uф/I₀)/ Im [(Iф+k*I₀ +m*I₀ пар)*P/I₀ ];

где:

Re, Im - активная и реактивная составляющие электрических величин,

P = е^jфл - вектор поворота на угол, равный углу сопротивления линии,

Uф, Iф - напряжение и ток поврежденной фазы,

k - коэффициент компенсации по току нулевой последовательности своей линии, m = Xm/X₁ - коэффициент компенсации по току нулевой последовательности параллельной линии (I₀ пар),

Xm - сопротивление взаимоиндукции параллельных линий.

Как видно из приведенных формул, в качестве опорного тока для исключения влияния переходного сопротивления используется при однофазных КЗ ток нулевой последовательности, а при двухфазном КЗ ток обратной последовательности, повернутый на 90 градусов (для чего взято соотношение активных, а не реактивных составляющих электрических величин). При КЗ двух фаз на землю расчет ведется по петле междуфазного КЗ, что исключает влияние общего переходного сопротивления (на землю), но не исключает влияние фазных переходных сопротивлений. При трехфазном КЗ берется просто реактивная составляющая сопротивления петли междуфазного КЗ, что исключает влияние переходного сопротивления только на линиях с односторонним питанием.

СИСТЕМЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ЗАМЫКАНИЯ НА ОСНОВЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ ПРИБОРОВ

Выше были рассмотрены методы дистанционного ОМП и приборы, реализующие соответствующие алгоритмы. Наиболее технически совершенными являются микропроцессорные приборы типов МИР, ИФМ, ФПМ. Обслуживание приборов и снятие с них показаний можно существенно облегчить, если создать систему сбора показаний приборов в ЭВМ. Собранную информацию можно использовать в системе АСУ ТП (например, для анализа функционирования защит), можно использовать и для уточнения расстояния до места КЗ за счет учета взаимоиндукций с неповрежденными линиями. Для этого достаточно собрать показания приборов, установленных на ЛЭП данного энергобъекта (распредустройства станции, п/ст).Как указывалось, один прибор позволяет учесть взаимоиндукцию только одной ЛЭП (обычно параллельной). При выходе с п/ст, как правило, взаимоиндукцией связано большее количество ЛЭП. Объединение информации от всех приборов, установленных на линиях, связанных взаимоиндукцией, позволяет учесть их все (даже если взаимоиндукцией связаны линии разных напряжений).

Рассматриваемые приборы имеют еще несколько существенных недостатков:

- несовершенный алгоритм определения вида к.з.;

- упрощенный учет ответвлений (трансформаторов с заземленной нейтралью на отпаечных п/ст) и невозможность учета наличия ответвлений не на обслуживаемой прибором линии, а на связанной с ней взаимоиндукцией;

- трудности с восстановлением метрологии после ремонта приборов (масштабные коэффициенты по каналам токов и напряжений задаются в постоянной памяти приборов при изготовлении и могут быть сбиты при ремонтных работах).

Большинство указанных недостатков может быть устранено при наличии системы сбора информации от приборов в ЭВМ.

Все микропроцессорные приборы имеют последовательный интерфейс для связи с ЭВМ или контроллером. К сожалению, все приборы выполнены с нестандартным и отличающимся друг от друга интерфейсом. Описание интерфейсов отсутствует в заводской документации. Подробно этот вопрос рассмотрен в разделе 14.

Наличие последовательного интерфейса позволяет осуществить сбор информации с приборов. Такие системы сбора информации были разработаны и

Рис.22. Структурная схема системы сбора информации

от приборов типа МФИ, МИР

реализованы для различных типов микропроцессорных приборов. Упрощенная схема для приборов МФИ, МИР приведена на рисунке 22.

В этой структуре использованы электронные коммутаторы на восемь направлений. Коммутатор верхнего уровня может иметь от двух до восьми направлений. В примере коммутатор подсоединяет два релейных щита, расположенных в разных помещениях. Этот коммутатор подключается к одному из последовательных портов ЭВМ. Схема подключения к 9-ти и 25-ти контактным разъемам приведены в таблицах 2 и 3. Приборы подключаются к коммутатору нижнего уровня, допускающему подключение до восьми приборов. Схема подключения применительно к приборам типа МФИ-1 (МИР-1) приведена в таблице 4

Таблица 2

Распайка разъема, подключаемого к компьютеру

через COM порт, разъем DB9F (PIN-9)

№	Название	кабель
1	Вход DCD Вход RD Выход TD Выход DTR ──┴── SG Вход DSR Выход RTS Вход CTS Вход RI	ЖИЛА КАБЕЛЯ 1—— ЖИЛА КАБЕЛЯ 1 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 2 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 3 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ (ИЛИ ЭКРАН) 4 ————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 5 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 6 ———————————— НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——*

На компьютере вилка, на кабеле розетка.

Таблица 3

Распайка разъема, подключаемого к компьютеру

через COM порт, разъем DB25F (PIN-25)

№	Название	кабель
8 …	Вход DCD Вход RD Выход TD Выход DTR ──┴── SG Вход DSR Выход RTS Вход CTS Вход RI ──┴── SG пусто … пусто пусто пусто пусто пусто	ЖИЛА КАБЕЛЯ 1—— ЖИЛА КАБЕЛЯ 1 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 2 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 3 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ (ИЛИ ЭКРАН) 4 ————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 5 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 6 ———————————— НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——* НЕ ПОДКЛЮЧЕН ——*

Таблица 4

Разводка сигналов на разъеме МФИ-1 (МИР-1), разъем РП14-30а

№	Название	Кабель
В6 В7 А7 А6	Вход R+ Вход R- Выход D+ Выход D-	ЖИЛА КАБЕЛЯ 1 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 2 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 3 ———————————— ЖИЛА КАБЕЛЯ 4 ————————————

Рассмотренная структура применима к приборам типа МИР и МФИ.

Приборы типа ФПМ не позволяют использовать подобную структуру из-за особенностей интерфейса. Если приборы МИР и МФИ "ждут" связи произвольное время (до нового срабатывания), то приборы ФПМ ожидают связи только 8-10с после срабатывания. Для этих приборов необходимо иметь микропроцессорное устройство, имеющее возможность обратиться за 8-10с ко всем имеющимся приборам. Структура такой системы приведена на рис. 23.

Рис.23. Структура сбора информации для приборов типа ФПМ

В качестве контроллера может быть использовано любое устройство, позволяющее иметь большое количество последовательных (Com) портов. Для контроллеров на базе IBM PC выпускаются платы с восемью последовательными портами. Возможна установка нескольких таких плат.

Программное обеспечение системы выполняет следующие функции:

- прием информации от приборов (через коммутатор или контроллер) и запись ее в архив;

- корректировку показаний приборов с помощью коэффициентов, хранящихся в ЭВМ;

- расчет расстояния до места повреждения по одностороннему замеру с учетом до десяти взаимоиндукций;

- архивацию и документирование информации;

- ведение всех баз данных, необходимых для решения задачи (описание топологии, уставок приборов, корректирующих коэффициентов).

При расчетах производится приведение показаний всех приборов к одному моменту времени. Так как все приборы пускаются несинхронно, то комплексные значения всех токов и напряжений каждого прибора оказываются повернутыми на некоторый случайный угол по отношению к электрическим величинам, фиксированным другим прибором. Для совмещения векторов используются фиксированные приборами напряжения, так как на шинах с Uн >= 110кВ всегда осуществляется параллельная работа систем шин.

В предыдущих разделах рассмотрены достоинства метода ОМП по двухстороннему замеру по токам и напряжениям обратной последовательности. На расчет по величинам обратной последовательности не влияют взаимные индукции, даже если они появляются и исчезают где-то в промежуточных точках линии. Микропроцессорные приборы, установленные с двух концов ЛЭП со сложными взаимоиндукциями, позволяют решить и эту задачу, поскольку в них рассчитываются величины обратной последовательности. Техническая трудность заключается в передаче информации с противоположного конца ЛЭП. В системе предусмотрено два способа ввода информации. Первый - по каналу связи от системы сбора информации противоположного конца ЛЭП. Второй - оперативным персоналом с клавиатуры ЭВМ при получении информации (U2,I2) по телефону. В этом случае расчет осуществляется двумя методами (одностороннего и двухстороннего замера). Протокол работы системы приведен ниже. Протокол соответствует передаче полной информации в систему, т.е. от приборов по обоим концам ЛЭП.

Пример протокола ОМП

═════════════════════════════════════════