Дата печати 26.11.2013 10:13:00 18

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

“ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Кафедра «Электрические станции»

Презентация

КонспекТа лекций

По курсу «Элементы систем автоматики

Электроэнергетических систем»

(Противоаварийная автоматика)

направление подготовки 6.050701 «Электротехника и электротехнологии»

(для студентов специальности «Электрические станции»)

Рассмотрено на заседании

кафедры ЭС

протокол № 3 от 11.11.2013

Утверждено на учебно-

издательском совете ДонНТУ

протокол № от ________ 2013

Донецк, ДонНТУ-2013

УДК 537.3.31

Презентация лекционного курса «Элементы систем автоматики», для студентов-бакалавров по направлению подготовки 6.050701 «Электротехника и электротехнологии» / Авторы: А.П. Никифоров Донецк, ДонНТУ, 2013. – 73 с.

Приведены иллюстративные материалы и математические задачи, связанные с анализом работы электрических станций и электрических систем.

Иллюстративные материалы могут быть использованы также студентами специальностей 8.05070102 «Электрические сети и системы» и 8.05070103 «Электроснабжение промышленных установок», которые, как и студенты специальности 8.05070101 «Электрические станции»,  обучаются по программам специалиста, магистра электротехнического факультета.

Составители: проф., д.т.н.

Гребченко Н.В.

Асс.

Никифоров П.Р.

доцент, к.т.н.

Смирнова М.А.

Никифоров А.П.

Рецензенты:

Рассмотрено и утверждено на заседании

кафедры «Электрические станции»

протокол №__ от _________________

Отв. за выпуск А.П. Никифоров, доцент, к.т.н.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………….	4
Лекции …………………………..	5
Пример выполнения РГР ……………………………………………………	5
Приложение А. Микропроцессорные терминалы РЗиА ………………………	19

Введение

Технологическая автоматика

Системная автоматика

Автоматика управления в нормальных режимах

Автоматика управления в аварийных режимах

Классификация автоматики электроэнергетической системы

1. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА

1.1 Понятие резерва в системах электроснабжения

Потери в трансформаторе определяются выражением:

,

Рисунок 1.1.

1.2 Классификация АВР

1.3 Требования к устройствам АВР

Рисунок 1.2

Рисунок 1.3

t_АВР = t_Р.З.max + t_АПВ + t_запаса,

1.4 АВР линий

Рисунок 1.4 – АВР линии

1.5 АВР трансформаторов

KL2

YAC

TV1

TV2

Н

KV1

KV2

Рисунок 1.5 - АВР трансформатора

где t_KL2 – время срабатывания реле KL2 (0.02-0.03с);

t_ВВ – полное время включения выключателя (0,1-0,2с);

t_ЗАП – запас надежности 0,05 – 0,3 с.

1.6 АВР на секционном выключателе

+

KV

KV

РОВ

а

b

c

KV

KV

а

b

c

№ 1

№2

YAT

YAT

YAC

СВ

+

+

-

-

-

-

Рисунок 1.6 – АВР на секционном выключателе

Задача №1

АВР трансформатора

(Найти и исправить опечатки)

U_СЗ>0.7U_N=0.7*6000=4200 В

ЛЕКЦИЯ ПО РГР

Переход от аналоговой (механической, статической) реализации алгоритмов противоаварийной автоматики

к реализации МП-терминалов РЗиА

Типы управляющих систем

А) Построение по возмущению; Б) Построение по отклонению

а)

б)

Рисунок – Структурные схемы МП и МК управляющей системы РЗиА

Из предыдущего рисунка строим структурную схему РЗиА энергообъекта

Рисунок

ПИП – первичный информационный преобразователь;

ВИП – вторичный информационный преобразователь;

ГР – гальваническая развязка; УСО – управляющая система по отклонению;

УСВ – управляющая система по возбуждению; ИО – исполнительный орган;

УО – управляющий орган (интерфейс УС);

УСП – управляющая система персонала.

Из предыдущего рисунка сформируем структурную схему РЗиА защиты ОУЗ (например, РЗиА асинхронного двигателя).

Рисунок – Схема РЗиА асинхронного двигателя

Из предыдущего рисунка логически получаем обобщенную структурную схему РЗиА защиты ОУЗ (например, РЗиА асинхронного двигателя).

Рисунок – Обобщенная структурная схема РЗиА ОУЗ

этап РГР

Общая структурно-функциональная схема МП устройств

Для предыдущего рисунка сформируем структурную схему конструкции

МП устройства РЗиА.

Аналоговая реализация

I(t)

U(t)

ИП - измерительный преобразователь; АФ - аналоговые фильтры;

ОП - операционные преобразователи; ЗЭ - запоминающий элемент (уставки)

ПФ - преобразователи сигнала в удобную форму

ЭСРД - элементы сравнения релейного и нерелейного действия

У- усилитель мощности

Рисунок а - структурная схема конструкции МП устройства РЗиА

Из предыдущего рисунка логически заменяем аналоговую реализацию на цифровую реализацию МП устройства РЗиА.

Локальная сеть

Цифровая реализация

I

ИП1

АФ1

ФС1

(t)

ЦФ1

МП

ядро

МПл

АЦП

Интерфейс,

синхрочасы

ЦФ2

U

ИП2

АФ2

ФС2

(t)

Щит и дискрет. выходы

МПл - мультиплексор; ЦФ - цифровые фильтры;

ФС- формирователи сигнала;

ИП – информационные преобразователи

Рисунок б – Общая функциональная схема МП устройств РЗиА

Структурно-функциональная схема реализации МП-терминалов РЗиА состоит из 5 частей:

1. Аппаратно–измерительная преобразовательная часть;

2. Программно-вычислительная логическая часть;

3. Аппаратно-исполнительная часть;

4. Часть приема-передачи локальной информационной сети;

5. Блок питания.

Аппаратно-измерительная часть МП-терминалов РЗиА

1) Гальваническая развязка (трансформаторы, оптроны, датчики Холла)

Рисунок - Пример выполнения гальванической развязки

Эффект Холла – явление возникновения поперечной разницы сигнала при помещении пластинки проводника с постоянным током в магнитное поле;

2) Вторичные измерительные преобразователи информационных процессов (информационные датчики, например, Е877);

3) Аналоговые активные фильтры частотных составляющих;

4) Управляемый переключатель- коммутатор нескольких каналов в один;

5) Аналогово-цифровой преобразователь (диапазон 0-5В,+5В,12-16 разр.);

6) Аналогово-дискретный преобразователь;

7) Запоминающее устройство (флеш-носитель)

8) Часы реального времени с SPI;

9) Элемент настройки и дискретные выхода (клавиатура, индикаторы);

10) МП, ПЛМ с JTAG (слайды).

Программно-вычислительная часть МП-терминалов РЗиА

1. Измерительное преобразование сигналов от первичных измерительных преобразователей

2. Выделение сигнала из входного информационного процесса (фильтрация), например из смеси сигнала выделяется полосовая высокочастотная составляющая.

3. Формирование сигналов элементами информационной и передающей частей (формирователи сигналов, шифраторы, дешифраторы).

4. Преобразование формы сигнала (встроенные датчики, АЦП, ЦАП).

5. Реализация математических функциональных зависимостей между информационными параметрами аналоговых сигналов и выполнение арифметических действий над цифровыми сигналами с помощью операционных элементов (булевая алгебра, логические функции).

6. Интерфейсные элементы (ввод информации, индикация, локальные сети).

7.Функции воздействия МП РЗиА на ОУЗ.

Типичные функции микропроцессорных терминалов РЗиА

Терминалы содержат необходимый комплекс РЗ защит и автоматики ячейки КРУ. Перечень типичных функций:

• Максимальная токовая защита (МТЗ);

• МТЗ от замыканий на землю; МТЗ обратной последовательности;

• Дифференциальная защита (ДФЗ) от замыканий на землю;

• ДФЗ двухобмоточных трансформаторов; ДФЗ электрической машины;

• Максимально направленная защита для активной мощности;

• Максимально направленная защита для реактивной мощности;

• Тепловая защита (кабеля, электрической машины, конденсаторных батарей);

• Ограничение количества пуска двигателей;

• Защита от асинхронного режима с потерей возбуждения;

• Потери синхронизма;

• УРОВ;

• Защита от max и min частоты;

• Скорость изменения частоты;

• АПВ, АВР; Газовое реле; АЧР; и т.д.

Используются функции аварийного регистратора, диагностика самоконтроля терминала.

Виды функциональных элементов. Примеры составления структурных схем МП-терминалов РЗиА

этап РГР

Рисунок – Алгоритм АПВ на основе функциональных элементов

этап РГР

Обобщенный программный алгоритм измерительного органа релейного действия

Рисунок – Алгоритм АПВ на основе программных функциональных элементов

этап РГР

Требования, предъявляемые к МК. Расчет необходимой производительности вычислительной платформы МП-терминала РЗиА

1. Быстродействие АЦП fацп = k*fc*10,

k - количество входных каналов АЦП,

fc – наибольшая частота входного сигнала.

2. Количество команд МК Kkom=fмк/fацп, fмк - тактовая частота МК

(для RISC).

Kkom - количество команд МК для обработки одного отсчета АЦП.

3. Разрядность АЦП. R=Umax/,R – величина градации входного сигнала,

Umax - наибольшая частота входного сигнала, n - разрядность АЦП.

Элементная база микропроцессорных систем

1. БИС - большие интегральные системы, все виды МП. ЦСП - цифровой сигнальный процессор. 4) локальная информационная сеть CAN, RS232. 5) OS, память на МП-030, ПЗУ. 7) типы применяемых процессоров, CISK х51(S-8252), RISK ATMEGA, 8) CISK TMS 2870, 9) ARM процессоры подключаются к различным перифериям, RISK ARM7, CORTEX-M4 – младшая платформа, CORTEX-M8 – старшая платформа.