книги / Микропроцессорная система релейной защиты энергоблоков
..pdfВ основу разработки структуры функций системы должны быть положены следующие методологические принципы: полное и мини мальное описание функции любого уровня; выполнение декомпози ции функции на каждом шаге путем декомпозиции объекта или декомпозиции операции (действия); завершение декомпозиции функции, если невозможно структурирование объекта или действия с ним, заданного функцией.
Описание функции любого уровня является полным, если в нем, во-первых, определено одно или ряд действий (операций), реали зующих функцию, и, во-вторых, указан объект (объекты) ее дейст вия. Описание минимально, если в нем определены один объект и одно действие. В качестве объекта действия функций на разных уровнях структуры могут выступать объект и его элементы, аппарат ные, программные средства системы, информация и т. д. Информа ция, необходимая для декомпозиции объекта — это априорные зна ния о структуре существующего объекта или представления о воз можной структуре подлежащего разработке объекта (синтез струк туры). Любая задача синтеза и моделирования допускает поиск структуры на некотором множестве допустимых структур. Декомпо зиция операций, реализующих функцию,— это процедура замены исходной операции совокупностью более частных операций. Послед ние выполняются в определенной последовательности и эквива лентны исходной операции. Следует отметить, что в структуре функций не определен порядок выполнения операций. Их декомпо зиция в значительной степени базируется на априорной информации о способах и методах реализации подобных функций. На этом этапе разработки структуры необходимо в значительной мере синтезиро вать процедуру выполнения функции.
Основная функция РЗ элементов ЭЭС заключается в том, чтобы «в случаях повреждений.или опасных ненормальных условий работы элемента системы отключать его воздействием на выключатели или действовать на сигнал» [4]. Для каждого электроэнергетического объекта ПУЭ определяют повреждения и ненормальные режимы работы [22], при которых должно быть обеспечено действие РЗ. Для того, чтобы СРЗ сложного электроэнергетического объекта была достаточно универсальной, гибкой и надежной, ей необходимо иметь средства адаптации, настройки РЗ на конкретный 03 и в условиях, когда возможны изменения параметров режимов его работы, влияю щие на выполнение основной функции РЗ.
Совокупность функций адаптации РЗ целесообразно рассматри вать как функцию управления РЗ.
Рост сложности РЗ, расширение ее задач, ужесточение тре бований к ней обусловливает необходимость принятия специальных мер по выполнению этих требований на всех этапах создания и экс-
ф ункции системы репейной защиты блока турбогенератор - трансформатор
s\ 1 Защита блока
1.1 Защита от повреждений турбогенератора
1.2 Защита от повреждений трансф орматора
U Защита от повреждений ошиновки
1.4 Защита от отказа выключателей
1.5 Защ ита блока от ненормальных режимов
1-6 Технический диагноз повреждений и ненор мальных режимов блока
Управление си сте м о й В5
2.1Управление
режимами
2.2Управление
параметрами
2.3Управление
связями
24У правление
ф-ункциями
2.5Управление алгоритм ам и
2.6У правление информацией
3 О беспечение функ ционирования системы
РЪ
— |з.1 О рганизация связей
3-2 Э лектропитание системы
з.зЗащ ита
34Контроль техническо го состояния
33 Резервирование системы
3.6Восстановление
3.7Информация о
р а б о те системы
Рис. 2.4. Иерархическая структура функций РЗ блока турбогенератор—силовой трансформатор
плуатации СРЗ. Из этого следует, что в ней должна быть реализо вана функция обеспечения работоспособности.
Первый уровень структуры включает функции: основные (защита объекта), управления системой и обеспечения функционирования (рис. 2.4). СРЗ является одним из элементов системы управления производством и распределением электроэнергии. Она связана с элементами последней, которые образуют ее внешнюю среду. Все внешние связи СРЗ можно разделить на связи с 03, с верхними уровнями АСУТП блока и станции, с оператором (обслуживающим персоналом), с другими СРЗ. Внутрисистемные связи конкретизи руются и определяются в процессе проектирования СРЗ на послед них этапах.
Одна из важных обеспечивающих функций — информация о ра боте системы (рис. 2.5). Она является совокупностью сведений о состоянии СРЗ и ее функционировании, которую необходимо пред ставить дежурному персоналу разных уровней в удобной для вос приятия форме. Ее можно разбить на две группы: информация, не обходимая для анализа уровня технического совершенства средств
РЗ, уровня |
эксплуатации, эффективности функционирования, |
|
|
г3.7- |
Информация |
|
|
|
|
о |
работе системы |
|
|
I |
1-3.71 |
|
г-3.7.2-------------- 1------------- |
Дэ кументирование |
С ообщ ения |
|
р аб о ты |
системы |
дежурному персоналу |
(-5.7.U --------------------------- |
1-3.7.2.1 |
|
Протокой |
Местные |
|
сообщ ения |
||
со сто я н и я системы |
||
|
||
— 3.7.1.2---------------------------- |
-3 .7 2 .2 ---------------------------- |
|
П ротокол |
Централизованные |
|
Ф v н к ци о нирования |
сообщ ения |
|
системы |
а 7 о а |
|
|
||
р 3.7.1.з ------------------------- |
Vi /« |
|
Сообщение |
||
Протокой |
||
АСУТП блока |
||
технического диагноза |
||
|
||
систем ы |
|
Рис. 2.5. Структура сообщений о работе СРЗ
а такж е определения необходимости обслуживания и принятия на этой основе организационных решений; информация для принятия оперативных решений по управлению технологическими процессами работы энергоблока, СРЗ и противоаварийной автоматики (ПА).
Информация, относящаяся к первой группе, хранится в системе достаточно длительное время и должна быть защищена от возмож ности случайного, преднамеренного и непреднамеренного искажения или уничтожения. Персоналу ее нужно представлять в виде доку мента, протокола. Совокупность функций формирования протоколов образует обеспечивающую функцию — документирование работы системы. Последняя включает протокол состояния системы, протокол функционирования системы и протокол технического диагноза объекта защиты. Протокол состояния системы выдается по запросу дежурного персонала в виде документа или на дисплей (ДП ). В нем должна быть отражена следующая информация: состав технических средств, функционирующих в системе на момент запроса; состав находящихся в работе защит и их распределение по ЭВМ; пара метры отдельных защит (уставки и характеристики срабатывания, выдержки времени).
Протокол функционирования системы выдается по запросу опе ратора на печать или ДП и содержит сведения о срабатывании всех защит, об отказах функционирования, результаты диагностики си стемы защиты, информацию о реконфигурации системы защит или технических средств.
Протокол отражает сведения за определенный интервал времени, который может быть задан жестко или изменяться по указанию оператора. Протокол технического диагноза объекта содержит информацию о поврежденном элементе объекта и виде поврежде ния, времени возникновения повреждения, информацию о характере протекания и развития повреждения, его длительности. Поврежден ный элемент 0 3 и характер повреждения определяют на основе анализа данных протокола состояния системы и протокола функцио нирования. Информация о процессе развития повреждения форми руется на основе замеров ряда параметров (токи КЗ, напряжения, частота) в предаварийном и аварийном режимах. Их обработка позволяет получить осциллограммы кратности токов КЗ, опреде лить уровни изменения напряжения и частоты, оценить динамику указанных величин, что имеет существенное значение для правиль ной оценки результатов функционирования СРЗ.
Информация второй группы (сообщения дежурному персоналу) делится на местные, централизованные сообщения и сообщения в АСУТП для дежурного персонала энергоблока. Местная сигнали зация фиксирует состояние и результаты работы защит и техниче ских средств системы и отражает их непосредственно в СРЗ на пультах, панелях управления АпС. Централизованные сообщения
содержат более детальную информацию о функционировании и состоянии системы и выводятся по требованию дежурного персонала на центральное устройство связи с оператором. Эти сообщения до полняют, расшифровывают местные сообщения (сигнализацию) и сообщения в АСУТП энергоблока. Сообщения в АСУТП энерго блока необходимы для принятия оперативных решений дежурным персоналом энергоблока и службы РЗ. Информация для дежурного персонала (оперативные сообщения) не хранится долго в системе, она выдается по мере возникновения и имеет высокий приоритет. Сообщения могут выдаваться на табло, ДП, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ).
Эффективность функционирования системы зависит от условий, в которых она работает. Они определяются воздействием на функ ционирование системы внешних, внутренних и режимных факторов. Очевидно, что поскольку их влияние существенно, необходима за щита системы (рис. 2.6—2.7). Основная, конечная цель всех средств защиты СРЗ — обеспечение достоверности управляющих воздейст вий, сообщений о состоянии 0 3 и самой СРЗ. Функция защиты АпС должна исключать их влияние на характеристики, настройку, режимы и состояние АпС.
Функция защиты информации в СРЗ предполагает исключение уничтожения или искажения ее в процессе сбора, передачи, хране
ние. 2.6. Структура функций защиты СРЗ от внешних и внутренних воздей ствий
микропроцессорных средств необходимо учитывать воздействие нейтронного и гамма-излучения, которые имеют наибольшую прони кающую способность. УРЗ должны быть механически устойчивыми. В условиях эксплуатации на блочных электростанциях СРЗ нахо дится под постоянным внешним воздействием вибрации, интенсив ность которой зависит от места установки УРЗ. Возможны также сейсмическое воздействие и удары при внезапном разрушении основ ного тепломеханического или электромеханического оборудования. Системе необходима защита от механических воздействий, т. е. вы бором и реализацией методов и средств следует исключить (в худ шем случае минимизировать) их влияние на АпС системы и обра батываемую информацию. Механические и кинематические воздей ствия внешней среды на. систему, в зависимости от их жесткости и диапазонов, классифицируются ГОСТ 21552—76 для вычисли тельной техники и ГОСТ 15543—70, ГОСТ 15150—69—УЗ для РЗ.
2.6. Распределение функций в системе
Одна из основных задач создания МПРЗ — эффективная орга низация системы микроЭВМ, заключающаяся в выборе типов ис пользуемых микроЭВМ или МП и в распределении функций РЗ. Известны решения точной минимизации времени вычислений в одно родных и неоднородных ВС с заданным числом МП и минимизации числа однородных МП для выполнения вычислительной работы за заданное время [58, 59]. Общая постановка задачи выбора опти мального состава ВС, типов .ЭВМ и распределение функций по ЭВМ дана в [60]. Там же предложены эвристические алгоритмы решения задачи по критерию минимизации максимально возможного вре мени решения задач, базирующиеся на алгоритме First Fit Decrea sing (первое попавшееся размещение с убыванием) [61].
Рассмотрим основные особенности задачи выбора и распреде ления функций МПРЗ, которая является ММС, ориентированной на цели РЗ. СРЗ энергоблоков — это комплекс специализированных устройств, выполняющих отдельные функции или группы функций защиты. В МПРЗ имеется совокупность микроЭВМ, каждая из которых способна реализовать любую функцию. Кроме того группа функций многофункционального реле может быть распределена между несколькими микроЭВМ. В принципе даже отдельную функ цию, в случае необходимости, могут выполнять несколько микро ЭВМ. Это свойство инвариантности МПРЗ определяет целесообраз ность введения понятия логического устройства защиты (ЛУЗ), под которым понимается один или несколько алгоритмов защиты из за данного множества алгоритмов Y =={уi,..., уп), реализующих функции идентификации множества событий X=[xi,..., хП1), которые включают
flQ k = y, |
U X j=X , Y cC (Y ); |
(2.2) |
к = 1 |
j = l |
|
на непересечение покрывающих подмножеств:
Q kf1Q /=0 |
(k=£/; к ,/е= Г р ); |
(2.3) |
на несовместимость элементов множества Y, отображающих один элемент множества X:
|
|
П f r l (yj.k)=0, |
(ke=17p). |
(2.4) |
|
|
|
j = | |
|
|
|
Здесь |Q |— число |
элементов множества |
Q; |
Xj— подмножество, |
||
отображаемое у,; |
Qk — множество, входящее |
как элемент |
qke Q ; |
||
U |
(yj. к) —прообраз элемента yjk (совокупность элементов |
X, ото |
|||
бражаемых у{ k в Y); yJ>k— элемент у ^ Q k. |
|
|
|||
, |
Возможна другая эквивалентная формулировка задачи |
разме |
щения несовместимых элементов с помощью терминов теории гра фов. Имеем граф G(V, Е), каждая вершина которого Vj соответ ствует элементу у, множества Y, а каждое ребро ej , соединяет две вершины, соответствующие совместным элементам.
Вариант 2. На простом графе G выделить множество полных подграфов минимальной мощности, не имеющих общих вершин и покрывающих все вершины графа.
В такой постановке задача адекватна задаче размещения ча стично несовместимых функций в системе ЭВМ, производительность и объем памяти каждой из которых превышает суммарную потреб ность всех размещаемых функций. Поскольку приходится выбирать из ряда микроЭВМ с ограниченными быстродействием и памятью, целесообразно каждой вершине, соответствующей элементу у{ мно жества функций Y, присвоить значение вектора Vj=(Vj...... Vj,). Здесь координаты вектора .— это требуемые для выполнения функ ции объемы различных видов ресурсов микроЭВМ, которые опреде ляются вектором vs технических параметров конкретного типа микроЭВМ. Исследования показали [62], что объем ОЗУ современ ных микроЭВМ не лимитирует размещение функций РЗ. Поэтому в дальнейшем рассматривается распределение одного ресурса — процессорного времени.
Постановка задачи распределения функций РЗ
Имеем совокупность (у^ циклических алгоритмов РЗ, частота повторения которых L Время выполнения j-ro алгоритма T,sbaвисит от типа микроЭВМ. Число типов микроЭВМ г. Каждый S-тип характеризуется стоимостью Cs и вектором аппаратных параметров