Дослідження мікропроцесорного пристрою релейного захисту та автоматики 7UT513

 

1. Призначення та мета роботи

Вивчити принцип дії, конструктивне виконання мікропроцесорного пристрою релейного захисту та автоматики 7UT513; дослідити основні характеристики і параметри спрацювання функції диференційного захисту силового трансформатору.

 

1. Теоретичні відомості

2.1. Призначення пристрою. Пристрій мікропроцесорного захисту, автоматики, контролю й керування силового трансформатору, генератору, електродвигуна 7UT513 виробництва SIEMENS (Німеччина) [14], виконує наступні функції:

- Диференційний струмовий захист дво-/триобмоточного трансформатора, генератора, електродвигуна;

- Чутливий диференційний захист від КЗ на землю;

- Блокування від кидка струму намагнічування;

- Максимальний струмовий захист із незалежними й/або залежними характеристиками;

- Струмова відсічка;

- Інтегральний захист від теплового перевантаження;

- Реєстрація аварійних процесів (осцилограф), протоколів подій (до восьми останніх пошкоджень) в енергонезалежній пам'яті пристрою;

- Захист бака;

- Чотири незалежні групи наборів уставок; програмовані дискретні входи, сигнальні й командні реле, світлодіоди;

- Можливість автономної роботи, а також інтеграції в систему контролю й керування підстанцією;

- Вимір і вивід (на екран пристрою або в систему контролю й керування підстанцією) у реальному масштабі часу вимірюваних і обчислюваних параметрів;

- Вбудовані функції самоконтролю, сигналізація несправностей;

- Можливість завдання уставок і параметрів як місцево (за допомогою переносного ПК або вручну клавіатурою лицьової панелі), так і дистанційно.

 

Технічні характеристики.

2.2.1. Номінальні вхідні аналогові сигнали:

- вхідний змінний фазний струм Iн - 1А (5А);

- частота змінного струму – 50/60 Гц.

2.2.2. Електроживлення:

- напруга оперативного постійного струму 24, 48, 60, 110, 125, 220, 250 (+10, мінус 20%) В;

- потужність, яка споживається по ланцюгам електроживлення в черговому режимі не більше 10 Вт; у режимі видачі команд 15 ВТ;

2.2.3. Потужність, споживана по ланцюгах фазного змінного струму при номінальному струмі Iн=5 А не більше 0,5 ВА на фазу, при номінальному струмі Iн=1 А не більше 0,1 ВА на фазу.

2.2.4. Припустиме перевантаження по ланцюгах вхідних струмів:

- тривалий режим роботи - 4 Iн;

- струм односекундної термічної стійкості 100 Iн;

2.2.5. Дискретні входи. Кількість – 5. Керуюча напруга 24-250 В. Струм споживання – не більше 2,5 мА.

2.2.6. Вихідні сигнальні реле. Кількість – 11 (1 не програмується). Комутаційна здатність контактів реле: 20 Вт/ВА, не більше 250 В, 1 А довготривало

2.2.7. Вихідні командні реле. Кількість – 5. Комутаційна здатність контактів реле: 1000 Вт/ВА на вмикання та 30 Вт/ВА на вимикання, не більше 250 В, 5 А довготривало та 30 А тривалістю 0,5 с.

2.2.8. Світлодіоди. „Готовність” (зелений), „Несправність” (червоний) та 14 вільно конфігурованих.

2.2.9. Мінімальний час спрацьовування захистів не більше 0,01 с.

2.2.10. 7UT513 виконує функції конфігурування, настроювання, ранжирування всіх систем.

2.2.10.1. У режимі настроювання 7UT513 дозволяє виконувати ранжування дискретних входів, виходів та світлодіодів, задавати тривалість команд вимикання, вводити коефіцієнт трансформації трансформаторів струму.

2.2.10.2. При завданні параметрів функцій захисту й автоматики за допомогою убудованого пульту або через інтерфейс RS232 7UT513 дозволяє встановлювати:

- уставки спрацювання;

- витримки часу;

- варіанти захистів, варіанти характеристик;

- включати, відключати ступені окремих захистів;

- включати, відключати окремі види захисту й автоматики.

 

Конструкція і принцип дії 7UT513-05-01

Конструкція та принцип дії.

7UT513 являє собою мікропроцесорну систему, реалізовану на базі 16-розрядного процесора високої потужності. Структурна схема 7UT513 наведена на рис. 3.1.

7UT513 містить наступні блоки:

- блок аналогових входів;

- блок мікрокомп’ютера;

- блок індикації;

- блоки дискретних входів виходів;

- блок послідовних інтерфейсів;

- блок живлення.

3.1.1. Блок аналогових входів “AI” призначений для перетворення струмів, отриманих від вимірювальних трансформаторів, у внутрішні сигнали терміналу. Три групи входів по три струми використовуються для підведення фазних струмів від кожного з кінців трифазного об'єкту, однофазні входи (проміжні входи I_X) можуть бути використані для підведення будь-якого струму, наприклад, струму замикання на землю між нейтраллю обмотки трансформатора й землею. Ці входи можуть бути призначені високочутливими, що дозволить визначити, наприклад, невеликі струми витоку з баку силового трансформатора або реактора, або - при використанні зовнішнього послідовного опору - однофазний вхід може бути використаний для одержання напруги (наприклад, для захисту комірки з реле, яке має високий опір). Потім, аналогові сигнали надходять у групу вхідних підсилювачів “IA”. Група вхідних підсилювачів “IA” гарантує наявність великого повного опору для вимірюваних сигналів і містить фільтри, які оптимізують сигнали в певному діапазоні зі швидкістю, яка залежить від способу обробки сигналів. Група аналого-цифрового перетворювача “AD” містить мультиплексор, аналого-цифрові перетворювачі на кожний канал й модулі пам'яті, де зберігаються миттєві значення вхідних аналогових сигналів у двійковому форматі для передачі даних у блок мікрокомп'ютера “μC”.

 

 

Рис. 3.1. Структурна схема 7UT513

 

3.1.2. Блок мікрокомп'ютеру. Блокмікрокомп'ютеру “μC” виконує наступні функції:

− Фільтрацію й забезпечення процесу вимірювання сигналів.

− Безперервний контроль вимірювальних сигналів.

− Контроль умов спрацьовування для кожної функції захисту.

− Формування вимірювальних сигналів, тобто перетворення струмів відповідно до групи з'єднання силового трансформатора (при використанні диференційного захисту для захисту трансформатора) і приведення амплітуд струмів.

− Формування диференційних величин і величин гальмування.

− Аналіз частот фазних струмів і струму гальмування.

− Розрахунок абсолютних величин струмів для термічної характеристики й сканування збільшення температури об'єкта.

− Опитування граничних величин й узгодження таймерів.

− Обробка сигналів для логічних функцій.

− Обробка визначених користувачем логічних функцій.

− Прийняття рішень про видачу команд на відключення.

− Перевірка й видача команд для комутаційних пристроїв.

− Зберігання інформації про пошкодження, аварійних сигналів і записаних даних для системного аналізу пошкодження.

− Розрахунок і видача на екран/індикація вимірюваних величин і величин, розрахованих на їх основі.

− Робота системи й керування додатковими функціями, такими як запис даних, годинники реального часу, комунікації, інтерфейси й т.д.

Інформація з блоку мікрокомп’ютера проходить через вихідний підсилювач “OA

3.1.3. Блок бінарних входів і виходів. Блок мікрокомп'ютера одержує інформацію з зовнішніх пристроїв, наприклад, команду блокування для функції захисту, за допомогою бінарних входів. Блок мікрокомп'ютера видає інформацію на зовнішнє устаткування через вихідні контакти. В основному, ця інформація містить у собі команди на відключення вимикачів і зовнішню сигналізацію важливих подій й умов.

3.1.4. Блок індикації. Світлодіоди (LEDs) і рідинно-кристалічний дисплей (ЖКД) на передній панелі термінала відображають інформацію, таку як уставки, виміряні та обчислені величини, повідомлення пов'язані з подіями або пошкодженнями, статус і функціональний статус термінала 7UT513. Вбудоване керування й цифрові клавіші в сполученні із ЖКД забезпечують місцеву взаємодію з терміналом 7UT513. З їх допомогою можна одержати всю інформацію про термінал: уставки функцій захисту й контролю, робочі повідомлення й повідомлення про пошкодження, виміряні та обчислені величини. Уставки можуть бути модифіковані як описано нижче. Якщо пристрій містить у собі функції контролю комутаційних пристроїв, то керування вимикачами й іншим устаткуванням можливо виконати з лицьової панелі термінала 7UT513. Пристрій 7UT513 має 2-лінійний літеро-цифровий дисплей на лицьовій панелі.

3.1.5. Блок послідовних інтерфейсів. Блок містить наступні інтерфейси:

- Послідовний робочий інтерфейс RS232 (порт ПК) на передній панелі термінала забезпечує локальний зв'язок пристрою 7UT513 з ПК. Для зв’язку з пристроєм використовується спеціалізована програма DIGSI виробництва SIEMENS.

- Окремий послідовний сервісний інтерфейс (оптоволокно) забезпечує дистанційний зв'язок через модем, або місцевий зв'язок через підстанційний головний комп'ютер, який постійно підключений до термінала 7UT513. При цьому необхідна програма DIGSI. Сервісний інтерфейс, крім того, може бути використаний для підключення RTD-модуля для одержання зовнішньої температури, для обробки, наприклад, у захисті від перевантаження.

- Всі дані термінала 7UT513 можуть бути передані центральному комп'ютеру або в основну систему керування через послідовний системний (SCADA) інтерфейс (оптоволокно).

- Інтерфейс, необхідний для синхронізації за часом внутрішніх годинників пристрою, за допомогою зовнішніх джерел синхронізації.

За допомогою додаткових інтерфейсних модулів можуть бути створені різні протоколи комунікацій.

- Додатковий інтерфейс може бути використаний для підключення RTD-модуля.

3.1.6. Блок живлення. На термінал 7UT513 може бути подана будь-яка звичайна постійна напруга джерела живлення 24-250 В, яка в блоці трансформується в напруги інших рівнів. Наприклад, для вихідних реле використовується + 24В, елементи аналогових входів вимагають +/- 15В. Короткочасні провали напруги живлення до 50 мс, які можуть відбуватися при коротких замиканнях у підстанційній системі оперативного струму, ігноруються із-за наявність конденсатора.