Система релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием

Авторы патента:

H02H3/00 - Схемы защиты, осуществляющие автоматическое отключение и непосредственно реагирующие на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров с последующим восстановлением соединения или без такового (для конкретных типов электрических машин и аппаратов или для секционированной защиты кабельных и воздушных сетей H02H 7/00; системы, служащие для переключения на резервный источник питания H02J 9/00)

G05B15/00 - Системы, управляемые вычислительными устройствами (G05B 13/00,G05B 19/00 имеют преимущество; автоматические регуляторы G05B 11/00; вычислительные устройства как таковые G06)

Владельцы патента RU 2576975:

Курятов Алексей Викторович (RU)
Лагускер Валерий Маркович (RU)

Изобретение относится к области энергетики. Технический результат - повышение надежности и быстродействия системы. Система релейной защиты, контроля и управления объектов электротехнического оборудования содержит полевые устройства, связанные с объектами электротехнического оборудования, и автоматизированные рабочие станции операторов управления. Причем полевые устройства выполнены с возможностью сбора информации с объектов электротехнического оборудования и выдачи команд управления. Каждое из полевых устройств и каждая из рабочих станций оператора управления снабжены микропроцессором, выполняющим функции контроллера, для сбора-выдачи, обработки и хранения информации. При этом каждое полевое устройство и каждая рабочая станция соединены с двумя микропроцессорами, а каждый микропроцессор соединен со всеми другими микропроцессорами. 2 ил.

Изобретение относится к области релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием, преимущественно в области энергетики.

В настоящее время система релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием (РЗ и СКУ ЭЧ) крупных электростанций и подстанций 220-750 кВ имеет иерархическую пятиуровневую структуру.

Первый (нижний) уровень образован полевыми устройствами - микропроцессорными устройствами релейной защиты (МПРЗ) и ввода/вывода информации УСО. Общее их количество достигает 400 устройств в одной системе.

Второй уровень образован оборудованием локальной вычислительной сети (ЛВС) нижнего уровня.

Третий (средний) уровень образован средствами централизованной обработки и хранения данных. В их состав входят контроллеры (центральные координирующие устройства, ЦКУ), серверы SCADA-системы и длительного хранения информации, шлюзы.

Четвертый уровень образован оборудованием локальной вычислительной сети (ЛВС) верхнего уровня.

Пятый (верхний) уровень образован программно-техническими средствами контроля и управления различного вида. К ним относятся мозаичные панели со встроенными контроллерами, АРМы оперативного и обслуживающего персонала. Общее их количество достигает 10 устройств в одной системе.

Для организации ЛВС нижнего и верхнего уровней, включая сегментацию, создание виртуальных сетей и организацию транспортного уровня передачи потока данных по сети Ethernet между устройствами системы РЗ и СКУ ЭЧ, используются сетевые коммутаторы фирм Ruggetcom (в настоящее время Siemens), Hirschman, Моха и другие. Коммутаторы устанавливаются в непосредственной близости к полевым устройствам и средствам контроля и управления. Общее количество коммутаторов на одну систему СКУ ЭЧ около 30.

Примером такой пятиуровневой системы релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием является система, содержащая полевые устройства для обработки информации и автоматизированные рабочие станции операторов управления (Патент РФ №2210104, МПК G06F 15/16, Н01Н 83/00, Н02Н 7/00, опубл. 2003 г.). Указанная система является наиболее близким техническим решением и выбрана в качестве ближайшего аналога.

Недостатком известной системы является низкая надежность и недостаточное быстродействие контроля и управления электротехническим оборудованием. Время передачи информации достигает 2-3 сек.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и быстродействия системы за счет ее упрощения и обеспечения автоматического восстановления работы связей между устройствами системы за время не более 100 мс даже при множественных отключениях (неисправностях) узлов, обеспечивающих связи между устройствами системы, и/или самих связей одновременно.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в системе релейной защиты, контроля и управления объектов электротехнического оборудования, содержащей полевые устройства, связанные с объектами электротехнического оборудования, и автоматизированные рабочие станции операторов управления, причем полевые устройства выполнены с возможностью сбора информации с объектов электротехнического оборудования и выдачи команд управления, каждое из полевых устройств и каждая из рабочих станций оператора управления снабжены микропроцессором, выполняющим функции контроллера, для сбора-выдачи, обработки и хранения информации, при этом каждое полевое устройство и каждая рабочая станция соединены с двумя микропроцессорами, а каждый микропроцессор соединен со всеми другими микропроцессорами

Концепция изобретения состоит в переходе от пятиуровневой к трехуровневой структуре системы РЗ и СКУ ЭЧ за счет отказа от ЦКУ, серверов, шлюзов и использования микропроцессоров, выполняющих функции контроллеров, распределенных между нижним и верхним уровнями системы РЗ и СКУ ЭЧ. В совокупности микропроцессоры образуют распределенную интеллектуальную вычислительную сеть (Фиг. 1).

Микропроцессоры, выполняющие функции контроллеров, выполняются на базе «компьютер-на-модуле» (Computer-On-Modules - СОМ). См., например, журнал «Автоматизация в промышленности», 2013, №5, стр. 56-62, А.Н. Ковалев «Развитие технологии «компьютеров-на-модуле»: ультрамобильные и малогабаритные системы выходят на старт».

Технология СОМ позволяет иметь на чипе мощный компьютер с развитой надежной операционной системой реального времени и в результате совместить гибкость компьютера и надежность контроллера.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 2 изображена структурная схема системы релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием.

На чертеже обозначены:

1 - полевые устройства 1-1, 1-2…, 1-N;

2 - контроллер полевого устройства 2-1, 2-2…, 2-N;

3 - контроллер рабочей станции оператора 3-1, 3-2…, 3-М;

4 - рабочая станция оператора 3-1, 3-2…, 3-М.

В нормальном режиме работы система осуществляет:

- сбор информации от полевых устройств о режиме и схеме объектов защиты, контроля и управления, в том числе сбор осциллограмм при аварийных событиях, например коротких замыканиях;

- выдача команд управления через полевые устройства на объекты управления, например коммутационные аппараты;

- интерактивное взаимодействие системы с операторами рабочих станций;

- фоновая самодиагностика, в процессе которой в системе осуществляется самоконтроль всех ее устройств без прекращения работы;

- поддержание единого астрономического времени между устройствами системы. Все перечисленные операции осуществляются в автоматическом режиме.

В режиме работы по командам оператора выполняется управление объектами контроля и управления, подключенными к полевым устройствам, конфигурирование системы релейной защиты, контроля и управления, введение уставок защиты.

Работа системы осуществляется следующим образом.

Контроллеры 2 осуществляют ввод информации от полевых устройств 1. Поступающая информация обрабатывается, запоминается и передается от контроллеров 2 полевых устройств 1 в контроллеры 3 рабочих станций 4. Информация, собранная в контроллерах 3, обрабатывается, запоминается и передается на рабочие станции 4, где визуализируется.

При управления объектами команды оператора передаются от рабочих станций 4 через контроллеры 3 на контроллеры 2, а от них через полевые устройства 1 на объекты управления.

Обмен информацией осуществляется по сети Ethernet. Время сбора-выдачи (ретрансляции, передачи) информации, в том числе команд, для одного контроллера составляет не более 1 мс. Время сбора-выдачи и обработки информации для одного контроллера - не более 100 мс.

Таким образом, система обеспечивает:

- трансляцию команд от операторов на объекты управления;

- автоматизацию сбора информации о режиме и схеме работы объекта контроля и управления;

- автоматизацию сбора, анализа и хранения информации об аварийных процессах;

- возможность дистанционного конфигурирования и управления уставками полевых устройств;

- дистанционный сбор диагностической информации от устройств системы;

- поддержание единого астрономического времени между устройствами системы.

Работа системы при отключениях (отказах, неисправностях) контроллеров и/или связях между устройствами.

1. Отключение любого контроллера или любой связи. Обмен информацией между всеми полевыми устройствами 1 и рабочими станциями 4 выполняется в полном объеме. Работа системы осуществляется, как описано ранее, со всеми указанными выше характеристиками.

2. Множественное отключение контроллеров и связей (двух и более) без потери связи с хотя бы одним полевым устройством 1 или одной рабочей станцией 4. Обмен информацией между всеми полевыми устройствами 1 и рабочими станциями 4 выполняется в полном объеме. Работа системы осуществляется, как описано ранее, со всеми указанными выше характеристиками.

3. Множественное отключение контроллеров и связей (двух и более) с потерей связи с хотя бы одним полевым устройством 1 или одной рабочей станцией 4. Обмен информацией между всеми подключенными полевыми устройствами 1 и рабочими станциями 4 выполняется в полном объеме. Работа системы осуществляется, как описано ранее, со всеми указанными выше характеристиками.

Для достижения необходимых характеристик используются стандартизированные и оптимизированные сетевые протоколы, протоколы связи, протоколы резервирования сети, протоколы синхронизации времени на основе стандартов IEC/МЭК и IEEE.

Таким образом достигается повышение надежности и быстродействия системы релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием.

Система релейной защиты и контроля объектов управления электротехническим оборудованием, содержащая полевые устройства, связанные с объектами управления электротехническим оборудованием, и автоматизированные рабочие станции операторов управления, причем полевые устройства выполнены с возможностью сбора информации о режимах работы объектов электротехнического оборудования и выдачи команд управления, отличающаяся тем, что каждое из полевых устройств и каждая из рабочих станций операторов управления снабжены микропроцессором, выполняющим функции контроллера, для сбора-выдачи, обработки и хранения упомянутой информации, при этом каждое полевое устройство и каждая рабочая станция соединены с двумя микропроцессорами, а каждый микропроцессор соединен со всеми другими микропроцессорами.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности.

Устройство для максимальной токовой защиты // 2570328

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для максимальной токовой защиты закрытых токопроводов от токов коротких замыканий. Техническим результатом является упрощение конструкции.

Реле тока // 2563959

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электронным реле тока. Реле тока содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, исполнительный элемент, четыре пороговых блока, два элемента И, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, одновибратор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, блок вычитания, сумматор, двухсторонний ограничитель, нерекурсивный фильтр, формирователь коротких импульсов, RS-триггер, два ключа, блок элементов ИЛИ.

Способ и устройство для выбора защитных зон в компоновке с множеством шин // 2562916

Настоящее изобретение относится к способу выбора защитных зон в компоновке с множеством шин (11), при этом компоновка с множеством шин содержит шинные зоны (ZA1, ZB1, ZC1, ZA2, ZB2, ZC2) и ячейки (FB-1, BC-1, BS, BC-2, FB-2), соединяемые с шинными зонами (ZA1, ZB1, ZC1, ZA2, ZB2, ZC2), при этом ячейки (FB-1, BC-1, BS, BC-2, FB-2) содержат измерительные трансформаторы (CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6, CT7, CT8).

Устройство контроля амплитудной асимметрии напряжений // 2561505

Устройство относится к области систем управления силовыми преобразователями. Техническим результатом является повышение точности работы и расширение функциональных возможностей устройства.

Система дифференциальной защиты тяговой сети постоянного тока // 2561067

Изобретение относится к защите тяговых сетей постоянного тока. Техническим результатом является повышение надежности срабатывания защиты от токов короткого замыкания, а также уменьшение вероятности ложных срабатываний.

Бытовой прибор с защитной схемой // 2560527

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение безопасности.

Способ защиты конденсаторной батареи и устройство для его осуществления // 2552528

Устройство для защиты конденсаторной батареи с заземленной нейтралью от внутренних повреждений содержит микропроцессорное устройство, обрабатывающее цифровые значения токов небаланса, токов, измеренных на вводе в батарею конденсаторов, напряжений, измеренных на шинах подстанции.

Устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью // 2549974

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение точности компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю и расширение диапазона изменения параметров устройства.

Реверсивный вентильный преобразователь // 2546062

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Достигаемый технический результат - повышение надежности.

Устройство управления частотой вращения асинхронного двигателя электроустановок // 2574334

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выбора оптимального по точности режима работы электрического двигателя. Технический результат - увеличение точности управления за счет применения эффективного математического метода решения обратных задач.

Система удаленного контроля и управления электронными устройствами "умный дом" // 2573762

Изобретение относится к управлению оборудованием сооружений. Технический результат - возможность автоматического распознавания профилей и коммутационных протоколов подключаемых внешних устройств, таких как датчики и различные исполнительные устройства.

Виртуальная система управления процессом выпуска однородной продукции предприятия // 2571598

Изобретение относится к области обеспечения предприятий прогнозной информацией о выпуске значительного количества продукции одной разновидности. Технический результат - создание виртуальной системы управления выпуском однородной продукции предприятия, позволяющей повысить достоверность прогноза количества выпускаемой продукции и, таким образом, улучшить эффективность управления производством.

Многофункциональный прикладной потребительский центр навигационно-информационного обеспечения // 2568924

Изобретение относится к области космической навигации, а именно реализует навигационное обеспечение различных групп пользователей и предназначено для сбора, обработки, архивирования и хранения навигационных данных; подготовки, формирования и передачи навигационной информации.

Способ управления и система для его осуществления (варианты) // 2568301

Изобретения относятся к области управления техническими средствами (ТС). Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей способа и системы управления за счет выполнения на пункте управления второго уровня таких функций управления, как сбор, обработка, анализ данных об объектах воздействия и принятие решения на осуществление воздействия, а на пунктах управления (ПУ) первого уровня - функции самостоятельного распределения объектов для осуществления воздействия.

Способ управления маршевым двигателем беспилотного летательного аппарата (варианты) и устройство для его реализации // 2556460

Изобретение относится к системам управления двигателями беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), запускаемых с авиационных носителей, в частности к способам и устройствам для управления тягой двигателей БПЛА, позволяющим обеспечивать заданную скорость или дальность полета.

Система мониторинга высоковольтного электротехнического оборудования (вэо) // 2554574

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение эффективности работы системы мониторинга за счет повышения контроля основных рабочих параметров.

Способ управления и система управления для его осуществления (варианты) // 2547219

Группа изобретений относится к управлению техническими средствами (ТС). Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей способа и системы управления за счет выполнения на пункте управления (ПУ) второго уровня таких функций управления, как сбор, обработка, анализ, доопределение данных об объектах воздействия, оценка возможностей своих ТС и принятие решения на осуществление воздействия, а на ПУ первого уровня - функций доопределения данных об объектах воздействия, оценки эффективности осуществления воздействия всех своих ТС на все объекты воздействия и самостоятельного распределения объектов для осуществления воздействия.

Способ трехуровневого управления и система для его осуществления // 2546567

Изобретение относится к области управления техническими средствами (ТС) и может быть использована для управления средствами различного назначения, например средствами охраны, связи, испытательной техники, защиты информации и др.

Интеллектуальное микропроцессорное устройство автоматического управления приборами // 2542881

Изобретение относится к микропроцессорным системам управления как бытовыми, так и промышленными приборами. Технический результат заключается в обеспечении автоматизации выбора начального режима работы прибора за счет микропроцессорного блока задания режима работы прибора.

Определение кривой перемещения прерывателя автоматического выключателя // 2582577

Изобретение относится к мониторингу текущего состояния выключателя высоковольтной цепи. Система определения кривой перемещения контактов прерывателя автоматического выключателя включает в себя память, в которой хранится заданная информация о расстояниях перемещения контактов автоматического выключателя высоковольтной цепи, и процессор, который определяет кривую перемещения, которая графически представляет положение по времени для по меньшей мере одной из следующих операций для контактов автоматического выключателя: замыкание, размыкание или сочетание замыкания и размыкания, исходя из одного или нескольких расстояний перемещения сохраненной информации о расстояниях перемещения и одного или нескольких значений времени, соответствующих переходам состояний переключателей между замкнутым и разомкнутым состояниями. При этом переключатели прикреплены к контактам, так что они переходят между замкнутым и разомкнутым состоянием при перемещении контактов между замкнутым и разомкнутым положениями. Технический результат - обеспечение надежного контроля работоспособности выключателей без использования датчика перемещения контактов. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.