Цифровые трансформаторы тока и напряжения, как элементы цифровой подстанции

Введение

Новые технологии производства современных систем управления перешли из стадии научных исследований и экспериментов в стадию практического использования. Разработаны и внедряются современные коммуникационные стандарты для обмена информацией. Широко используются цифровые устройства защиты и автоматики. Произошло значительное развитие аппаратных и программных систем управления.
Появление новых международных стандартов и развитие современных информационных технологий открывают возможности для инновационных подходов к решению задач автоматизации и управления энергообъектами, позволяя создавать подстанции нового типа - цифровые подстанции (ЦПС). Отличительными характеристиками DSP являются: наличие интеллектуальных микропроцессорных устройств, встроенных в основное оборудование, использование локальных вычислительных сетей для связи, цифровой способ доступа к информации, ее передачи и обработки, автоматизация подстанции и процессов управления ею. В будущем цифровая подстанция станет ключевым компонентом интеллектуальной сети.
Термин «цифровая подстанция» до сих пор по-разному трактуется разными специалистами в области систем автоматизации и управления. Чтобы понять, какие технологии и стандарты относятся к цифровой подстанции, проследим историю развития АСУ ТП и систем релейной защиты и автоматики. Внедрение систем автоматизации началось с появлением систем телемеханики. Устройства телемеханики позволяли собирать аналоговые и дискретные сигналы с помощью модулей УЗО и измерительных преобразователей. На базе систем телемеханики созданы первые АСУ ТП электрических подстанций и электростанций.
Измерительный преобразователь тока (СТТ) предназначен для измерения и передачи параметров тока на устройства измерения, учета, защиты, автоматики, сигнализации и управления в сетях переменного и постоянного тока на номинальное напряжение 6 (10) - 110 кВ (для более высоких классов напряжения - выполняется по согласованию) частотой 50 и 60 Гц.
Цель исследования - изучение цифровых трансформаторов тока и напряжения как элементов цифровой подстанции.
Задачи:
1) Опишите понятие и назначение цифровой подстанции;
2) Рассмотрим устройство цифровой подстанции.

 
1 Понятие и предназначение цифровой подстанции

Термин «Цифровая подстанция» (ЦСП) обозначает специальную (цифровую) конструкцию и взаимодействие технологических систем подстанции (таких как оборудование релейной защиты и автоматики, автоматизированные системы управления технологическими процессами, автоматизированные системы информации и управления и т. Д.) / Внутри каждой системы, между системами, а также между системами и основным оборудованием. [7, c. 125]
Эксплуатация и управление такими подстанциями осуществляется на базе программно-аппаратного комплекса цифровой подстанции (PTC DSP), разделенного на структурные уровни (технологический, соединительный и подстанционный), которые связаны между собой посредством сегментов сети Ethernet. локальная сеть.
Сегменты локальной сети (LAN) образуют шину процесса, связывающую уровни технологического процесса и ячеек, и шину подстанции, соединяющую уровни ячеек и подстанций.
APCS позволила не только собирать информацию, но и обрабатывать ее, а также представлять информацию в удобном интерфейсе. С появлением первой микропроцессорной релейной защиты информация с этих устройств также стала интегрироваться в системы APCS. Постепенно количество устройств с цифровыми интерфейсами увеличивалось (системы противоаварийного управления, системы мониторинга энергетического оборудования, системы мониторинга распределительного щита постоянного тока и вспомогательного оборудования и др.).
Вся эта информация от низкоуровневых устройств была интегрирована в АСУ ТП через цифровые интерфейсы. Несмотря на широкое использование цифровых технологий в системах автоматизации зданий, такие подстанции не являются полностью цифровыми, поскольку вся исходная информация, включая состояние контактов блока, напряжения и токи, передается в виде аналоговых сигналов от распределительного устройства к оперативному управлению. Центр, где он оцифровывается отдельно каждым устройством нижнего уровня. Например, одно и то же напряжение подается параллельно ко всем устройствам низкого уровня, которые преобразуют его в цифровую форму и передают в АСУ ТП. На традиционных подстанциях разные подсистемы используют разные стандарты (протоколы) связи и информационные модели. Для функций защиты выполняются функции измерения, учета, контроля качества, отдельные системы измерения и связи, что значительно увеличивает как сложность внедрения системы автоматизации на подстанции, так и ее стоимость.
Переход на качественно новые системы автоматизации и управления возможен с использованием стандартов и технологий цифровых подстанций, к которым относятся:
Стандарт 1.ec 61850:
• модель данных устройства;
• единое описание подстанции;
• протоколы обмена по вертикали (MMS) и горизонтали (GOOSE);
• протоколы передачи мгновенных значений токов и напряжений (SV);
2. цифровые (оптические и электронные) трансформаторы тока и напряжения;
3. аналоговые мультиплексоры (объединяющие блоки);
4. выносные модули УСО (Micro RTU);
5. Интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ).
Основная особенность и отличие стандарта IEC 61850 от других стандартов заключается в том, что он регулирует не только вопросы передачи информации между отдельными устройствами, но и формализацию описания цепей - подстанции, защиты, автоматики и измерения, конфигурации устройств. Стандарт предусматривает возможность использования новых цифровых средств измерений вместо традиционных аналоговых счетчиков (трансформаторов тока и напряжения). [1, c. 59]
Информационные технологии позволяют перейти к автоматизированному проектированию цифровых подстанций, управляемых цифровыми интегрированными системами. Вся информационная связь на таких подстанциях цифровая, образуя единую технологическую шину. Это открывает возможность быстрого прямого обмена информацией между устройствами, что в конечном итоге позволяет уменьшить количество соединений медных кабелей и количество устройств, а также их более компактное расположение.
Стандартизированный механизм связи заложил прекрасную основу для подстанций с цифровым подключением. Кроме того, эволюция аппаратного оборудования, особенно сенсорного и измерительного оборудования, произвела революцию и в области цифровых СС. Наиболее важными активаторами цифровых подстанций являются нетрадиционные измерительные трансформаторы (NCITs) и автономные блоки слияния (MUs), которые используют связь по технологической шине IEC 61850.
Нетрадиционные измерительные трансформаторы (NCIT):
в своей основе (каламбур) рабочий принцип традиционного измерительного трансформатора (трансформатор тока [CT] и напряжения [VT]) основан на ферромагнитной схеме, плотно соединяющей первичную и вторичную катушки.
Таким образом, подобно силовым трансформаторам, обычные измерительные трансформаторы также передают энергию от первичной к вторичной. NCITs, с другой стороны, имеют очень низкую выходную энергию (как правило, не передают мощность на вторичную обмотку), что устраняет риски, обычно связанные с обычным измерительным трансформатором, включая открытую (короткую) вторичную обмотку в CT (VT), насыщение и нелинейность. Кроме того, присущая NCITs природа обработки сигналов устраняет необходимость в аналого-цифровом преобразовании, что делает их идеальным строительным блоком для цифровой подстанции. Это различные технологии, используемые в NCITs: