Силовая электроника №2'2012

Программно-аппаратные комплексы исследования средств релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем

Андреев Алексей


В данной статье рассматриваются основные принципы построения программно-аппаратных комплексов, разработанных в НПП «Учтех-Профи» для исследования существующих и перспективных средств релейной защиты и автоматики в лабораторном практикуме при обучении специалистов в области электроэнергетики.

Одной из основных тенденций развития в области электроэнергетики в настоящее время является автоматизация электроэнергетического комплекса с применением микропроцессорных средств управления, защиты и диагностики состояния электроэнергетического оборудования. Непрерывно растущие функциональные возможности и совершенствование элементной базы микропроцессорных средств управления определяют новые подходы к их принципам построения и алгоритмам работы. Так, увеличение вычислительной мощности и совершенствование средств передачи информации применяемых контроллеров и микроконтроллеров в совокупности с ростом процента оснащения объектов электроэнергетики микропроцессорными средствами управления определило новый этап развития систем электроснабжения — переход к интеллектуальным электрическим сетям SmartGrid.

Интеллектуальные электрические сети характеризуются не только применением современной элементной базы, но и глобальным изменением принципов построения систем управления. В частности, наметилась определенная тенденция перехода к централизованным комплексам микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики (РЗА); перехода на цифровые электростанции и подстанции, в основу которых положен принцип передачи сигналов между первичными измерительными преобразователями (интеллектуальными трансформаторами тока и напряжения), исполнительными элементами (выключателями с электронным управлением), средствами релейной защиты и автоматики, приборами учета электрической энергии и т. п. только в цифровой форме.

Данные изменения в электроэнергетической отрасли в целом требуют, в свою очередь, как соответствующей подготовки будущих специалистов электроэнергетического профиля, так и переподготовки или повышения квалификации существующего инженерного персонала. С другой стороны, многие принципы построения современных комплексов релейной защиты и автоматики основаны на существующих (и успешно эксплуатируемых в настоящее время) устройствах защиты и управления, выполненных на базе релейно-контактных схем, в состав которых входят специализированные электромагнитные и полупроводниковые реле тока, напряжения, мощности, сопротивления и т. д. Этим при подготовке специалистов-энергетиков обусловлена необходимость изучения систем РЗА, выполненных на различной элементной базе — от простейших электромагнитных полупроводниковых реле до современных микропроцессорных защит.

В рамках развития лабораторной и научно-исследовательской базы Южно-Уральского государственного университета, научно-производственным предприятием «Учтех-Профи» (Челябинск) разработаны и успешно применяются специализированные программно-аппаратные комплексы, предназначенные как для подготовки будущих специалистов, так и для выполнения научно-исследовательских работ студентов, магистров и аспирантов, проведения курсов повышения квалификации и переподготовки кадров.

Общие принципы построения и основные типы программно-аппаратных комплексов

Программно-аппаратные комплексы выполнены в виде лабораторных стендов, включающих физические и математические модели электроэнергетического оборудования, систем управления, релейной защиты и автоматики. Лабораторные стенды также включают специализированное программное обеспечение и технические средства ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов.

Программно-аппаратный комплекс «Релейная защита»

ПАК «Релейная защита» обеспечивает возможность изучения принципов действия, методик настройки и снятия характеристик реле различного типа, выполненных на полупроводниковой элементной базе. Комплекс содержит набор физических реле, в частности реле тока, реле напряжения, реле времени, реле направления мощности, а также модели реле тока с ограниченно-зависимой выдержкой времени, дифференциального реле и реле сопротивления (рис. 1). Испытание реле осуществляется с помощью регулируемых источников тока и напряжения, управляемых в ручном и/или автоматическом режиме через специализированное программное обеспечение.

 Программно-аппаратный комплекс «Релейная защита»

Рис. 1. Программно-аппаратный комплекс «Релейная защита»

Комплекс позволяет исследовать работу и методики расчета уставок релейно-контактных схем основных видов защит, таких как токовая отсечка, максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени, максимальная токовая защита с ограниченно-зависимой выдержкой времени, токовая направленная защита, дифференциальная и дистанционная защита.

Программно-аппаратный комплекс «Модель электрической системы с релейной защитой и автоматикой»

Комплекс представляет собой физическую трехфазную модель электроэнергетической системы, включающую модели линий электропередачи, силовых трансформаторов, синхронного генератора, выключателей, трехфазной сети, полупроводниковые реле тока, напряжения, времени, направления мощности, реле тока с зависимой выдержкой времени, дифференциального реле и реле сопротивления (рис. 2).

«Модель электрической системы с релейной защитой и автоматикой»

Рис. 2. Программно-аппаратный комплекс «Модель электрической системы с релейной защитой и автоматикой»

Комплекс позволяет изучить принципы действия и настройки устройств релейной защиты и автоматики, моделировать работу и создавать алгоритмы микропроцессорных устройств автоматического управления и защиты, изучить типовые релейно-контактные схемы устройств релейной защиты, исследовать методы настройки, поверки и определения характеристик полупроводниковых реле различного типа. Устройства релейной защиты и автоматики реализованы как в виде виртуальных защит, так и в виде физических релейно-контактных схем.

Программно-аппаратный комплекс «Автоматизация электроэнергетических систем»

ПАК позволяет исследовать принципы действия, методы расчета уставок и проверки селективности действия устройств релейной защиты и автоматики, применяемых в электроэнергетических системах. Для этого стенд содержит физическую модель системы электроснабжения и информационно-управляющий комплекс (на базе персонального компьютера), включающий датчики тока и напряжения, устройство ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов и реализующий функции типовых устройств релейной защиты и автоматики (рис. 3).

«Автоматизация электроэнергетических систем»

Рис. 3. Программно-аппаратный комплекс «Автоматизация электроэнергетических систем»

Математические модели устройств релейной защиты и автоматики представлены как в виде набора виртуальных устройств РЗА с типовыми параметрами и уставками, так и в виде свободно программируемых виртуальных устройств, алгоритм работы которых задается в графическом виде по стандарту МЭК 61131/3 [12]. Ввод входных электрических сигналов измерений и формирование выходных электрических сигналов управления осуществляется с помощью специализированной платы ввода/вывода и программного обеспечения DeltaProfi.

Программно-аппаратный комплекс «Интеллектуальные электрические сети»

Комплекс позволяет качественно моделировать режимы работы электроэнергетической системы, включающей трехфазные физические модели линий электропередачи, трансформаторов и синхронных генераторов (рис. 4). Комплекс реализует множество основных признаков современных интеллектуальных электрических сетей, а именно: наличие централизованных и децентрализованных комплексов автоматического управления, развитые средства телеметрии, телесигнализации и дистанционного управления, использование беспроводных каналов передачи информации в цифровом виде, насыщенность системы датчиками и преобразователями сигналов.

«Интеллектуальные электрические сети»

Рис. 4. Программно-аппаратный комплекс «Интеллектуальные электрические сети»

Программно-аппаратный комплекс «Модель цифровой подстанции»

Комплекс выполнен на базе лабораторного стенда «Основы релейной защиты и автоматики. Исполнение настольное, ручное» (рис. 5) и содержит физическую трехфазную модель двухтрансформаторной подстанции, снабженную цифровыми средствами релейной защиты и автоматики, учета электрической энергии, цифровыми датчиками тока и напряжения, исполнительными элементами в виде моделей трехфазных выключателей с цифровым управлением и обеспечивает моделирование нормальных и аварийных режимов работы. Основной особенностью стенда является передача сигналов между первичными датчиками тока и напряжения, средствами релейной защиты и автоматики, приборами учета электрической энергии и исполнительными устройствами (выключателями) в цифровой форме.

 Лабораторный стенд «Основы релейной защиты и автоматики»

Рис. 5. Лабораторный стенд «Основы релейной защиты и автоматики. Исполнение настольное, ручное»

Заключение

Возможности программно-аппаратной части данных лабораторных комплексов не ограничиваются освоением базовых разделов электротехнических дисциплин, предусмотренных рабочей программой и учебными планами, и позволяют совершенствовать существующие системы релейной защиты и автоматики за счет разработки и исследования новых принципов работы и алгоритмов управления электроэнергетическими объектами.

Литература

  1. Laughton M. A., Warne D. J. Electrical Engineer’s Reference book, 16th edition. Newnes. 2003.
  2. Bolton W. Programmable Logic Controllers, Fifth Edition. Newnes. 2009.

Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2012_02_86.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:|1192189809|1192191149|0|1|1|1
Хорошо|417|blue
Нормально|263|grey
Плохо|182|red

www.comfort360.ru
Монтаж. Гарантия. Официальный дилер Bosch. Доставка
comfort360.ru