книги / Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты
..pdfС Начало 3
—1_____ ________
АЦ — преобразование Результат в DAR Умножение
Х = D A R ■sin У = D A R • cos
Умножение Z - KI 25 у 16 разрядов
г-10-
Вычисление sin t; К = sin t; / = 2 я /Г ;
C / K L = CIKL + 1.
ввод (A ( f )
l—12
соs t —Z \ К = / = (V2x
C//CZ. = C/^CZ. +1 ;
ввод Uc it )
Рис. 6.19. Структурная схема алгоритма фильтра обратной последовательности, реализованного на базе ОМЭВМ КМ1813ВЕ1
ножения и загрузки сомножителей. При выполнении этого условия про исходит переход к блоку 10. Блок 10 вычисляет sin (со?) по результа ту умножения; загружает сомножители 7£ = sin(co?), / = со; запоми нает на УВХ ОМЭВМ входного сигнала фазы В; возвращает в начало программы и формирует условия CIKL = 2. Блок 11 аналогичен блоку 9. При выполнении условия CIKL = 2 осуществляется переход к блоку 72, который выгружает результаты умножения в ячейку cos?; загру
жает сомножители К = I = Vx + |
\/Т WY = |
запоминает УВХ |
|
ОМЭВМ входного сигнала фазы С; |
формирует условия CIKL = 3 и |
||
возвращает в начало программы. Блок 13 проверяет условие |
CIKL = 3. |
||
При выполнении этого условия происходит переход к блоку |
14, а при |
||
невыполнении - в линейную часть программы. Блок |
14 осуществляет |
следующие операции: выгрузка результата возведения в квадрат Ц\ - = u\xi загРУзка сомножителей K - I - ^ 2 У ~ Uy — переход в начало программы. Блок 15 осуществляет перезапись результата ум
ножения (U2) 2 = |
(JJ2 у )2 + (Щ у)2 Блок 76 по разности значений вы |
|
борок |
FA и FB |
формирует условие проверки окончания периода. |
Блок |
77 проверяет условие окончания периода. При выполнении этого |
условия происходит переход к блоку 18, при невыполнении —к бло
ку |
79. Блок |
18 производит следующие операции: формирование стро |
||||||
ба сопровождения данных; перезапись содержимого ячейки |
во вре |
|||||||
менную ячейку |
U2TM для вывода данных; перезапись сумм частичных |
|||||||
произведений |
|
|
|
|
|
|
||
vx (t) |
т - |
1 |
) sin (w ^ ) - |
|
|
|||
= |
Z |
[UA (t |
|
|
||||
|
|
Ч=О |
|
|
|
|
||
- |
0,5 UB(tq) cos(cotq) |
- |
0,5 Uc (tq) cos(cotq)] |
|
||||
в ячейку |
Vx |
= Vx (t), VY = |
VY(t), Wx = Wx (t), Wy = W(t)\ обнуление |
|||||
ячеек текущих сумм частичных произведений |
F^(?), Wy(t), |
Vy(t) и |
||||||
Wx (t)\ перезапись счетчика проходов за период |
Т = CONT и обнуление |
|||||||
счетчика |
(CONT = 0); запись начальных условий |
sin (со?) =0, cos (со?) = |
||||||
= 1в генераторы |
sin (со?) |
и |
cos (со?). |
|
|
Блок 79 предназначен для определения текущих значений квадратур
ных составляющих |
Vx (t), |
Wy(t), |
Vy(t), Wx (t). |
Блок 20 производит |
вычисление со = 2я/Г. Блок 27 |
осуществляет |
расчет квадратурных |
||
составляющих UJX |
~ ^х |
+ |
&2Y = ^У |
~~ у/з'Н'х составля |
ющей обратной последовательности. Блок 22 предназначен для вывода значения сигнала обратной последовательности в последовательном коде. Блок 23 производит следующие операции: запись сомножителей К = со, 7 = cos (со?); пересылка sin(co?c?) = sin(co?), cos(cotq) = = cos (со?); запоминание УВХ ОМЭВМ входного сигнала фазы А; фор мирование условия CIKL = 1; счет количества проходов для определе ния периода CONT = CONT + 1.
222
Программа выполняется циклически, каждый цикл состоит из 456 ко» манд, которые при тактовой частоте генератора ОМЭВМ 6,67 МГц вы полняются за 266 мкс.
Принципиальная схема фильтра приведена на рис. 6.20. Сигналы с выходов датчиков поступают на входы устройств выборки-хранения УВХ, выходы которых соединены с аналоговыми входами IN0 - IN2 ОМЭВМ КМ1813ВЕ1. МикроЭВМ осуществляет цифровую обработку мгновенных значений всех входных сигналов в соответствии с описан ным алгоритмом. Листинг программы приведен в приложении. С выхода 00 производится вывод действующего значения сигнала обратной после довательности по 1 биту за проход программы. С выхода 02 выводится строб сопровождения данных при наличии сигнала ЕОР, соответству ющего окончанию прохода программы. В результате происходит преоб разование последовательного кода в параллельный в 24-разрядном ре гистре сдвига на микросхемах типа К155ИР13. Управление внешними устройствами УВХ, необходимыми для одновременной выборки сигна лов трех фаз, производится распределителем, состоящим из счетчика команд на микросхемах К155 Е7 и дешифратора К151ЛА1. Сброс счет чика команд в нуль осуществляется по окончании каждого прохода программы сигналом ЕОР.
Результаты испытаний макета фильтра обратной последовательности в различных режимах показали,что его приведенная погрешность не пре вышает 3%. Небаланс при подаче на входы трех симметричных сигна лов в диапазоне 30-110 Гц составляет около 0,3% амплитуды входно го сигнала. Зависимость от времени небаланса на цифровом выходе фильтра при частоте 50 Гц и экспоненциальном возрастании амплитуд сигналов UmBX симметричной трехфазной системы при 1ГН = 0,5 -М с
постоянной времени |
Т = 20 мс представлена ниже: |
|
|||
т |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
||
^ н б - 10“ 3/ ^ и в х |
0,77612 |
0,10115 |
0,77015 |
0,44918 |
|
|
|
|
|
||
г |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
т |
|||||
|
|
|
|
||
^нб10‘ Х»вх |
0,36436 |
0,27639 |
0,25874 |
0,25868 |
6.7. ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ НА ИПТ И ЛИНИИ СВЯЗИ МПРЗ
Устранение влияния электромагнитных помех на функционирование любого устройства РЗ, особенно устройств цифровых РЗ, например МПРЗ, достаточно трудно разрешимая задача, которая требует комплек сного подхода. Укрупненно МПРЗ может быть представлена как сово купность измерительных каналов (ИК), подключенных к МП, который
224
реализует алгоритмы распознавания аварийных ситуаций. В состав ИК в общем случае входят ИПТ, соединительная линия, нормирующий пре образователь и АЦП. Мероприятия по устранению влияния помех должны проводиться на всех уровнях, начиная от ИПТ, если в них не пре дусмотрены специальные меры по компенсации помех, и кончая алго ритмами распознавания аварийных ситуаций.
Определяющее влияние на эффективность того или иного вида ме роприятий оказывает заданное быстродействие МПРЗ. Например, для МПРЗ от перегрузки минимальное время срабатывания составляет око ло 5 с, что позволяет включать в состав алгоритмического обеспечения МПРЗ эффективные алгоритмы цифровой обработки сигналов (см.
§6.6) , которые значительно повышают помехоустойчивость устройства
[128].Применение подобных алгоритмов в прогнозирующих МПРЗ, время срабатывания которых не превышает 1 мс, требует дополнитель ных мероприятий. В этом случае возрастает роль схемотехнических ре шений каждого элемента ИК. Мероприятия по повышению помехозащи щенности различных узлов электронной аппаратуры изложены в [129]. Однако эффективность применения тех или иных мероприятий в значи тельной степени зависит как от конкретных условий функционирования устройства или отдельного его узла, так и от принципа действия и схемы
соединения различных узлов между собой.
Уровень и степень воздействия электромагнитных помех в автоном ных ЭЭС обычно выше, чем в объединенных ЭЭС, за счет малых рас стояний между источниками и приемниками помех, а также более высо ких значений эксплуатационных и аварийных токов. Рассмотрим резуль таты исследований влияния высокочастотных и импульсных помех, возникающих в наиболее тяжелых условиях автономных ЭЭС, на вход ную цепь МПРЗ, которую образуют ИПТР, работающий в режиме, близ ком к ТР, линия связи (ЛС) и входное сопротивление устройства РЗ. При анализе процессов во входной цепи МПРЗ ИПТР эквивалентируется источником ЭДС с напряжением, равным напряжению холостого хо да, активным сопротивлением и индуктивностью обмотки. Протяжен ность линии связи от ИПТР до входа МПРЗ составляет обычно в авто номных ЭЭС 5—20, в объединенных ЭЭС —до 100 м. До частот несколько сот килогерц длина волны будет в десятки раз больше длины линии, что позволяет эквивалентировать ее сосредоточенными параметрами. Входное сопротивление МПРЗ является активным и имеет значение от единиц до нескольких десятков килоом. На рис. 6.21 приведена экви валентная схема замещения входной цепи МПРЗ. Поскольку ИПТР обес печивает гальваническое разделение первичной и вторичной цепей, а низкое напряжение и высококачественная изоляция —малые емкостные токи, то основным источником помех во входной цепи МПРЗ является электромагнитная наводка на ИПТР и ЛС.
При экспериментальных исследованиях в качестве источника помех использовали стенд, схема которого показана на рис. 6.22. С помощью
225
Рис. 6.21. Эквивалентная схема замещения входной цепи МПРЗ:
е2 - ЭДС вторичной обмотки; L - полная индуктивность вторичной обмотки; R2 - активное сопротивление вторичной обмотки; С - емкость ЛС; /?н - актив ное сопротивление нагрузки
Рис. 6.22. Схема стенда для экспериментальных исследований влияния импульсных электромагнитных помех на ИГГГР и ЛС МПРЗ
автотрансформатора 77 устанавливается ток во вторичной обмотке трансформатора Т2, значение которого контролируется с помощью ТА и амперметра А. После установки заданного значения тока периодичес ки замыкали и размыкали вторичную обмотку Т2 силовым контактом К. В качестве метрологического оборудования использовался измери тельный комплекс на базе ЭВМ СМ-4, содержащий шестиканальное устройство регистрации данных и позволяющий с погрешностью не более 0,8% записывать огибающую входного сигнала. В состав комплекса также входят измерительные блоки БИ и блок управления БУ. Струк турная схема устройства изображена на рис. 6.23.
Каждый БИ содержит три измерительных канала ИК, любой из ко торых включает в себя входной измерительный преобразователь ВИЛ, узел аналого-цифрового преобразования УАЦП, ОЗУ и блок управления каналом БУК. В свою очередь ВИП содержит коммутатор поддиапазо нов КП и масштабирующий усилитель МУ. В состав УАЦП входят ин тегратор И, аналоговое запоминающее устройство АЗУ, АЦП и его регистр данных РДА, в состав БУК —автомат записи А З , регистр ко манд и состояний канала РКСК и таймер ТМ. Блок управления БУ осуществляет функции обмена информацией между измерительными каналами и ЭВМ. Он содержит регистр данных РД, регистр команд и состояний РКС, дешифратор адресов ДА, автомат управления АУ, формирователь условий перехода ФУП и генератор тактовой частотыГ.
Работает комплекс следующим образом. Контролируемый сигнал от
измерительного преобразователя ИП поступает на |
ВИП, где согласует |
ся по уровню с диапазоном входных напряжений |
УАЦП. Далее сигнал |
преобразовывается в цифровой код и записывается в ОЗУ. Работой из мерительного канала управляет БУК. Передача и прием данных каждым каналом от ЭВМ осуществляется через РД БУ по внутренней шине дан ных. Взаимодействие между ЭВМ и БУ осуществляется с помощью уни фицированной магистрали Общая шина и двух адресуемых по ней ре-
226
Рис. 6.23. Структурная схема устройства регистрации данных на базе мини-ЭВМ СМ-4
гистров: РД и РКС. Работа канала может быть инициирована по коман де от ЭВМ или от сигнала внешнего запуска, что позволяет синхронизи ровать пуск исследуемого объекта и измерительного комплекса. В табл. 6.1 приведены для сравнения основные характеристики разрабо танного устройства ввода аналоговых сигналов (УВАС) и устройств, входящих в комплекс технических средств КАМАК.
Исследование ЛС на воздействие высокочастотных и импульсных электромагнитных наводок приводилось для двух способов ее испол нения —витой пары и экранированного провода. Линия связи имела дли ну 100 м, сворачивалась в бухту с диаметром витка 400 мм и располага лась непосредственно в площади вторичной обмотки Т2 (см. рис. 6.22). Один конец ЛС подключался к входу измерительного комплекса, а вто рой —к активному сопротивлению, имитирующему сопротивление об
мотки ИПТР. Во вторичной |
обмотке Т2 устанавливался ток |
2 кА, а |
|||
затем выполнялось |
ее размыкание и замыкание. Напряжения наводки |
||||
|
|
Т а б л и ц а |
6.1 |
|
|
|
Число |
|
|
Емкость |
|
Тип устройства |
рядов в |
^вх-В |
'пр>мкс |
д вх, МО* |
|
|
коде, |
|
|
ОЗУ, Кбайт |
|
|
бит |
|
|
|
|
Канал УВАС |
12 |
0,5-171,5 |
15 |
16 |
0,01 |
Коммутатор аналого |
|
±5 |
5 |
|
10 |
вых сигналов |
|
|
|
|
|
(31 канал) |
|
|
|
|
|
(5Р.435.89) |
|
±5,12 |
60 |
- |
1 |
АЦП-12 (5Р.022,07) |
12 |
||||
АЦП-16 (5Р.025.19) |
16 |
±6,55 |
190 |
- |
70 |
АЦП (Е 4001) |
20 |
± 10 |
2-103^3-106 |
- |
- |
АЦП (Е 41004) |
12 |
±5 |
ю 5 |
- |
- |
АЦП-101 (5Р.850.28) |
10 |
±8,192 |
5 |
4 |
0,015 |
|
|
Т а б л и ц а |
6.2 |
|
Сопротивле- |
|
^пом,тах< в |
|
|
ние о б м о т к и ------------------------------------------------------------------------------------ |
||||
ИПТР, Ом |
Витая пара |
Экранированный провод |
||
|
/?н =4 кОм |
R H - 1 0 кОм |
R H= 4 кОм |
R H =10кО м |
12 |
0,493 |
0,465 |
0,120 |
0,347 |
51 |
0,416 |
0,378 |
0,138 |
0,267 |
100 |
0,329 |
0,358 |
0,148 |
0,329 |
200 |
0,360 |
0,359 |
0,105 |
0,217 |
228
регистрировали измерительным комплексом с периодом 20 мкс. Экспе рименты проводились для двух значений входного сопротивления уст ройства регистрации данных. Максимальная длительность импульсов не превышала 0,6—1 мс. В табл. 6.2 приведены максимальные мгновенные значения напряжения наводки (помехи) наЛС (UnoMmax, В).
Полученные данные показывают, что максимальные значения напря жений наводки на ЛС зависят от изменения сопротивления обмотки ИПТР в пределах 12-200 Ом и в худшем случае не превышают: 0,5 В — для витой пары проводов, 0,15 и 0,35 В - для экранированного провода и соответственно сопротивлений нагрузки 4 и 10 кОм. Аналогично про водился эксперимент по определению действующего значения напряже ния электромагнитной наводки, которую необходимо учитывать дляРЗ с выдержками времени. Результаты показали, что при использовании в качестве ЛС витой пары проводов действующее значение напряжения помехи не превышает 100 и 30 мВ для сопротивлений нагрузки 10 и 4 кОм соответственно. При использовании в качестве ЛС экранирован ного провода действующее значение напряжения помехи составляло единицы милливольт. Следовательно, для обеспечения требуемого отно
сительного значения импульсной помехи fr. пом |
Uт пом |
Л 00% |
|
U2т ном |
|||
|
|
(в пределе не более 10%) необходимо выбирать соответствующие значе ния амплитуды вторичного напряжения ИПТР, экспериментальные за висимости между которыми приведены на рис. 6.24. Анализ эксперимен-
Рис. 6.24. Зависимости минимально допустимого амплитудного значения вторич ного напряжения ИПТР от относительного значения импульсной помехи при различ ных видах ЛС и значениях вторичной нагрузки:
1 - экранированный провод, Я 2Н = 4 кОм; 2 - экранированный провод; R 2 н = Ю кОм; 3 - витая пара, Д 2Н = 10 кОм
Рис. 6.25. График огибающей импульсной помехи на выходе ИПТР
229
тов показывает, что при амплитудном значении номинального напряже ния вторичной обмотки ИПТР Сытном = 14,1 В обеспечивается доста точная помехоустойчивость экранированной ЛС длиной до 100 м
(frпом ^ 2%).
Исследования воздействия электромагнитной наводки на ИПТР проводились следующим образом. Преобразователь устанавливался рядом с шинной вставкой во вторичную обмотку Т2 (см. рис. 6.22) на расстоянии 75 мм, что соответствует среднему расстоянию от него до помехонесущей шины, и подключался к входу измерительного комп лекса экранированным проводом длиной 45 м. Во вторичной обмотке трансформатора Т2 устанавливался ток 2 кА и выполнялось периоди ческое ее размыкание и замыкание. Регистрация данных производилась с периодом 20 мкс и в виде точечного графика выводилась на устройство печати. Максимальное напряжение помехи превышало 1 В, что составля ет около 7% наиболее часто используемого амплитудного значения вы ходного напряжения 14,1 В. Анализ графика показывает наличие коле бательного процесса во входной цепи устройства. В соответствии со схе мой рис. 6.22 входная цепь МПРЗ представляет собой фильтр нижних частот, амплитудно-частотная характеристика которого в зависимости от значений параметров может иметь подъем в области резонансной частоты. Вследствие этого будет наблюдаться усиление высокочастот ных составляющих помехи. Для обеспечения согласования ИПТР с ЛС необходимо выполнение условия R2 = R H = ^ L/C. Однако при этом напряжение на нагрузке уменьшается в 2 раза по сравнению с напряже нием на выходном ИПТР. На рис. 6.25 приведены графики огибающей импульсной помехи на выходе ИПТР, не согласованного (кривая 1) и согласованного (кривая 2) с ЛС. Их анализ показывает, что согласова ние ИПТР с ЛС по крайней мере в 2 раза снижает уровень помехи, воз действующей на нагрузку.
Обобщая изложенное, необходимо рекомендовать использование в качестве ЛС между ИПТР и МПРЗ экранированного провода, оплетка которого изолирована от корпуса энергоустановки и используется в качестве одной сигнальной линии. Для дальнейшего уменьшения влия ния импульсных помех целесообразно согласование выходного сопро тивления ИПТР с входным сопротивлением ЛС.