RU219090U1 - Цифровое устройство регистрации аварийных сигналов - Google Patents

Abstract

Рассматриваемая полезная модель относится к оборудованию систем релейной защиты, в частности систем релейной защиты для «цифровых подстанций» с цифровой «шиной процесса» в соответствии со стандартом IEC (МЭК) 61850-9-2. Техническим результатом применения полезной модели является повышение надежности функционирования оборудования систем релейной защиты для «цифровых подстанций» с цифровой «шиной процесса». Предложенное устройство (1) выполнено на базе модульного шасси (2) с 16-ю модулями (3) регистрации аварийных сигналов в его составе, где каждый из модулей (3) регистрации ((3⁽¹⁾), (3⁽²⁾), …, (3⁽¹⁶⁾)) содержит в себе первый цифровой коммуникационный интерфейс (10) для приема данных цифрового потока данных первичных измерений тока, вычислительное ядро (13), обеспечивающее обработку данных цифрового потока данных первичных измерений силы тока, получаемого через интерфейс (10), с выявлением в получаемом цифровом потоке данных аварийных сигналов и передачей сигналов о выявленных аварийных сигналах через второй цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet (14) модуля по протоколу MODBUS внешним устройствам (15), где модули (3) в составе устройства (1) выполнены унифицированными между собой по форм-фактору, и электропитание модулей (3) в составе шасси (2) обеспечивается через два блока электропитания (16) от внешних источников электропитания (8) и (9) посредством объединительной платы (5) шасси.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Рассматриваемая полезная модель относится к оборудованию систем релейной защиты, в частности, систем релейной защиты для «цифровых подстанций» с цифровой «шиной процесса» в соответствии со стандартом IEC (МЭК) 61850-9-2. В частности, полезная модель относится к устройствам в рамках вышеуказанных систем, обеспечивающим выполнение функций выявления (регистрации) аварийных сигналов токов/напряжений в защищаемой системе электроснабжения с одновременным выполнением сигнализации (например, через внешний цифровой коммуникационный интерфейс внешним устройствам) о выявленных аварийных сигналах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны системы релейной защиты для «цифровых подстанций» с цифровой «шиной процесса» в соответствии со стандартом IEC (МЭК) 61850-9-2, выполняемые на базе устройств релейной защиты с поддержкой подписки на "Sampled Values" (SV) согласно IEC 61850-9-2, например, устройств SEL-421, SEL-451, SEL-487B, SEL-487E от производителя SEL Inc. (США) [1]; устройств SSC600 [2], REL670 [3], RED670 [4] от производителя ABB, устройств релейной защиты серии SIPROTEC 5 от производителя Siemens [5]. Указанные устройства обеспечивают прием и обработку входных цифровых потоков данных МЭК 61850-9-2 (поступающих на вход коммуникационных интерфейсов Ethernet устройства), обработку измерительных сигналов тока, поступающих во входных потоках МЭК 61850-9-2, выявление аварийных сигналов, используя механизм срабатывания уставок, и сигнализацией о событиях срабатывания уставок, в том числе, через внешний цифровой коммуникационный интерфейс (в т.ч., для выдачи управляющих воздействий на коммутационные аппараты для выполнения защитного отключения). При этом каждое из вышеназванных устройств SEL-4XX (вкл. SEL-421, SEL-451, SEL-487B, SEL-487E) (от производителя SEL Inc.) [1], а также устройства REL670 [3], RED670 [4] (от производителя ABB) и устройства серии SIPROTEC 5 (от производителя Siemens) [5] обеспечивают прием одновременно от 4-х до 8-ми входных потоков МЭК 61850-9-2 с их соответствующей обработкой, а также соответствующей обработкой измерительных сигналов в указанных потоках, с выполнением выявления аварийных сигналов силы тока, используя механизм срабатывания уставок, а также выполнением сигнализации о событиях срабатывания уставок. При этом в случае наличия множества (порядка нескольких десятков или сотен) на энергообъекте точек контроля для выявления аварийных сигналов тока требуется установка на энергообъекте соответствующего количества указанного типа устройств, при том, что каждое из указанных устройств обладает своим набором аппаратных компонентов, функционально практически идентичном в каждом из устройств (включая, в т.ч., подсистему электропитания устройства, а также внешний корпус, обеспечивающий защиту устройства от внешних воздействий (механических, климатических, электромагнитных)), что, таким образом, ведет к неоптимальному применению вышеуказанных аппаратных компонентов (наличие излишней аппаратной избыточности) в составе устройств, что, в свою очередь, также значительно увеличивает габариты, занимаемые указанными устройствами на энергообъекте, а также увеличивает трудозатраты на эксплуатационное обслуживание указанных устройств.

При этом устройство SSC600 [2] (от производителя ABB) обеспечивает одновременный прием большего, чем вышеназванные устройства [1], [3], [4], [5], количества входных потоков МЭК 61850-9-2 (до 20-ти) (с выполнением соответствующей обработки указанных потоков, выявлением аварийных сигналов в указанных потоках и выполнением соответствующей сигнализации о выявленных аварийных сигналах). При этом устройство SSC600, ввиду стоечного (предназначенного для установки в шкафы 19'') конструктивного исполнения и сравнительно небольшого (до 3U (19'')) габарита по высоте, занимает на энергообъекте существенно меньшие габариты, чем соответствующее по функциональности количество устройств [1], [3], [4] и [5]. А ввиду наличия в устройстве единой системы электропитания и единого внешнего корпуса обеспечивается оптимизация применения указанного типа аппаратных компонентов в устройстве, что оптимизирует трудозатраты на эксплуатационное обслуживание устройства, в частности, удельные трудозатраты на эксплуатационное обслуживание в пересчете на одну точку контроля (для выявления аварийных сигналов тока) на энергообъекте. Однако указанное устройство обеспечивает пониженную надежность выполнения соответствующих функций «цифровой подстанции» ввиду наличия в составе устройства единого вычислительного ядра и всего двух коммуникационных портов Ethernet (объединенных в пару PRP-("Parallel Redundancy Protocol" (IEC 62439-3)) портов), являющихся, таким образом, «узким» местом устройства с точки зрения надежности.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, и соответственно, техническим результатом ее применения является повышение надежности функционирования оборудования систем релейной защиты для «цифровых подстанций» с цифровой «шиной процесса» (в частности, цифровых устройств, обеспечивающих регистрацию аварийных сигналов тока в защищаемой системе электроснабжения с одновременным выполнением сигнализации о выявленных аварийных сигналах) с обеспечением сохранности оптимального использования аппаратных компонентов в составе указанного оборудования.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет выполнения цифрового устройства регистрации аварийных сигналов на базе модульного шасси с 16-тью модулями регистрации в составе указанного шасси, соединенными с указанным шасси путем свинчивания, где каждый из указанных модулей регистрации содержит в себе первый цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet для приема данных цифрового потока данных первичных измерений тока, вычислительное ядро, обеспечивающее обработку данных, получаемых через первый цифровой коммуникационный интерфейс модуля, с выявлением в получаемом цифровом потоке данных первичных измерений тока аварийных сигналов, и выдачей сигналов о выявленных аварийных сигналах через второй цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet данного модуля регистрации по протоколу MODBUS, где вышеуказанные модули регистрации в составе цифрового устройства регистрации аварийных сигналов выполнены унифицированными между собой по форм-фактору, и получают электропитание от двух блоков электропитания шасси посредством объединительной платы шасси.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого цифрового устройства регистрации аварийных сигналов.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Предлагаемое устройство может быть осуществлено следующим образом. Устройство цифровой регистрации аварийных сигналов (1) (см. фиг. 1) может быть выполнено на базе модульного шасси (2), например, D-Link DMC-1000 (19'') высотой 2U (19''), обеспечивающего размещение 16-ти модулей (3) (на фиг. 1 - (3⁽¹⁾), (3⁽²⁾), …, (3⁽¹⁶⁾), унифицированных по форм-фактору. Соответственно, шасси (2) обеспечивает электропитание всех 16-ти модулей (3) в составе шасси через подключения (6) и (7) к источникам, соответственно, (8) и (9) внешнего электропитания, через два блока электропитания (преобразователя напряжения внешнего источника электропитания к пониженному уровню напряжения электропитания модулей (3)) (16) - посредством объединительной платы (5) шасси (2). При этом отдельные модули (3) ((3⁽¹⁾), (3⁽²⁾), …, (3⁽¹⁶⁾) на фиг. 1) выполнены унифицированными между собой по форм-фактору (в том числе, по составу (также, возможно, расположению) конструктивных элементов на корпусе модуля и по выполняемым функциям). Каждый из модулей (3) в шасси (2) содержит в себе выведенный на переднюю панель модуля первый коммуникационный интерфейс Ethernet (10) (тип среды передачи - оптический кабель (одно- или многомодовый), интерфейс на базе использования съемных модулей SFP ("Small-Factor Pluggable")). Указанный интерфейс Ethernet (10) в составе модуля (3) предназначен для обеспечения приема посредством него данным модулем через подключение по Ethernet входного потока МЭК 61850-9-2 (11) от соответствующего внешнего источника данных первичных измерений токов и/или напряжений (12). Вычислительное ядро (13) каждого модуля (3) (содержащееся внутри данного модуля (3)) включает в себя связанные между собой процессор (CPU) (набор процессоров), блок оперативной памяти, возможно, также блок энергонезависимой памяти (например, для хранения данных журнала о событиях срабатывания уставок). Дополнительно каждый из модулей (3) в составе шасси (2) содержит в себе второй цифровой коммуникационный интерфейс (14) Ethernet, также выведенный на переднюю панель модуля (3), для выдачи через него сигналов по сети Ethernet о выявленных вычислительным ядром (13) данного модуля аварийных сигналах (сигналов о срабатывании уставок) по протоколу передачи данных MODBUS внешним устройствам (15), например, контроллеру верхнего уровня системы регистрации аварийных сигналов.

При этом устройство (1) функционирует следующим образом. Каждый из модулей (3) в составе шасси (2) устройства (1) получает электропитание от блоков электропитания шасси (16) (получающих, в свою очередь, электропитание от внешних источников - (8) и (9) - электропитания устройства), обеспечивающих преобразование напряжения питания от внешнего источника к необходимому уровню напряжения для электропитания модулей (3) в составе шасси. Также каждый из модулей (3) в составе шасси (2) обеспечивает прием входного потока МЭК 61850-9-2 (11) через первый коммуникационный интерфейс (10) модуля от внешнего источника указанного потока (12). При этом вычислительное ядро (13) данного модуля (3) обеспечивает обработку входного потока данных МЭК 61850-9-2, получаемого через первый коммуникационный интерфейс (10) модуля, в т.ч., обработку измерительных сигналов напряжения в указанном входном потоке МЭК 61850-9-2, выявление в указанном потоке аварийных сигналов посредством применения механизма срабатывания предварительно заданных уставок, и передачу сигналов о выявленных аварийных сигналах через второй цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet (14) по протоколу MODBUS (TCP) во внешние системы (15) (например, на контроллер верхнего уровня системы регистрации аварийных сигналов).

При этом в случае возникновения единичного отказа в одном из модулей (3) - например, в вычислительном ядре (процессора, памяти и т.п.), либо одного из коммуникационных интрефейсов Ethernet - полностью сохраняется работоспособность остальных модулей (3) в составе шасси (2), и, таким образом, повышается надежность функционирования устройства в-целом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

[1] Интернет-сайт производителя https://selinc.com (ссылки: https://selinc.com/ru/products/421/specs/, https://selinc.com/ru/products/451/specs/, https://selinc.com/products/487B/, https://selinc.com/ru/products/487E/specs/).

[2] "ABB Ability Smart Substation Control and Protection for electrical systems SSC600. Operation Manual" (DocumentID: 1MRS758850, January 2019; источник: интернет-сайт https://www.manualslib.com/manual/1746306/Abb-Ability-Ssc600.html).

[3] "Relion 670 series. Line distance protection REL670, Version 2.2. Product guide" (1MRK 506 372-BEN, 27.9.2010; источник: интернет-сайт https://www.manualslib.com/download/1295399/Abb-Rel670.html).

[4] «Интеллектуальное электронное устройство дифференциальной защиты линии RED670 Серии Relion 670» (1MRK 505 205-SRU; источник: интернет-сайт https://library.e.abb.com/public/c99dc4b3c86cc806c12577dd0017994a/1MRK505 205-SRU_B_ru_Line_differential_protection_RED670_(ru).pdf).

[5] "SIPROTEC 5, Release V08.30" (Aug 2020; Siemens 2020; источник: интернет-сайт https://uploads-ssl.webflow.com/5ca3336faf774a29292763d4/5f8d8ab324084b3fel50aaf2_SIPROTEC%205_V8.30_Highlights_en.pdf).

Claims (1)

1. Цифровое устройство регистрации аварийных сигналов, характеризующееся тем, что выполнено на базе модульного шасси с 16-тью модулями регистрации в его составе, где каждый из модулей регистрации в составе шасси содержит первый цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet для приема цифрового потока данных первичных измерений тока, вычислительное ядро, включающее в себя процессор и блок памяти, где вычислительное ядро обеспечивает обработку вышеуказанного цифрового потока данных первичных измерений тока, получаемого через первый цифровой коммуникационный интерфейс модуля, с выявлением в получаемом цифровом потоке данных первичных измерений тока аварийных сигналов посредством применения механизма срабатывания заданных уставок, и выдачей сигналов о выявленных аварийных сигналах через второй цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet модуля по протоколу MODBUS, где вышеуказанные модули регистрации в составе цифрового устройства регистрации аварийных сигналов выполнены унифицированными между собой по форм-фактору, при этом модульное шасси содержит в себе два раздельных блока электропитания для подключения шасси к источникам внешнего электропитания, при этом электропитание модулей регистрации в составе шасси обеспечивается от блоков электропитания шасси посредством объединительной платы шасси.

Images