Устройства за релейна защита, базирани на микропроцесори: преглед на възможностите и спорни въпроси

Преди около 15 години ново оборудване за защита на електрозахранващи съоръжения, използващо компютърни технологии, базирани на процесори, започна масово да се въвежда в електроенергията. Той започна да се нарича съкратеното понятие MPD — устройства за релейна защита, базирани на микропроцесори.

Те изпълняват функциите на обикновените устройства за релейна защита и автоматизация на базата на нова елементна база — микроконтролери (микропроцесорни елементи).

Предимства на микропроцесорни устройства за релейна защита

Отхвърлянето на електромеханични и статични релета, които имат значителни размери, направи възможно по -компактно поставяне на оборудване върху релейни защитни и автоматични панели. Такива дизайни започнаха да заемат значително по -малко място. В същото време управлението чрез сензорни бутони и дисплея стана по -визуално и удобно.

Външният изглед на панела, включително микропроцесорната релейна защита, е показан на фигурата. Сега въвеждането на MPD се превърна в едно от основните направления в развитието на устройства за релейна защита. Това се улеснява от факта, че в допълнение към основната задача на релейната защита и автоматизацията — премахването на аварийните режими, новите технологии позволяват да се внедрят редица допълнителни функции.

Те включват:

• регистриране на аварийни състояния;

• предвиждане на изключването на синхронни потребители в случай на нарушения на стабилността на системата;

• способност за съкращаване на дълги разстояния.

Изпълнението на такива възможности въз основа на електромеханична защита на ЕМИ и аналогови устройства не се извършва поради технически трудности.

Системите за релейна защита, базирани на микропроцесори, работят точно според същите принципи на скорост, селективност, чувствителност и надеждност като конвенционалните устройства за релейна защита.

По време на експлоатацията бяха разкрити не само предимствата, но и недостатъците на такива устройства, а според някои показатели все още се водят спорове между производители и оператори.

RZA панели, оборудвани с микропроцесорна защита

недостатъци

Много купувачи на устройства за релейна защита, базирани на микропроцесори, останаха недоволни от работата на тези системи поради:

• висока цена;

• ниска поддръжка.

Ако в случай на повреда на устройства, работещи на полупроводникова или електромеханична основа, е достатъчно да се замени отделна дефектна част, тогава за микропроцесорна защита често се налага подмяна на цялата дънна платка, чиято цена може да бъде една трета от цената на цялото оборудване.

В допълнение, замяната ще изисква прекарване на много време в търсене на част: взаимозаменяемостта в такива устройства напълно липсва дори в много от един и същи тип дизайни от един и същ производител.

Електромеханичните релета работят успешно повече от 35 години

Спорни въпроси

1. Висока надеждност на микропроцесорни релейни защитни устройства в сравнение с електромеханичната защита

Производителите на микропроцесорни устройства с реклама подчертават липсата на движещи се части в системата, което е свързано с изключване на условията на механично износване. Тук са добавени и въпросите за корозията на металите и стареенето на изолацията в конструкции от електромеханична и полупроводникова основа.

Опитът с експлоатацията на електромеханични защити е вече около век и половина.По -голямата част от енергийните предприятия в Русия и партньори от ОНД работят на тази база. Много релета са били захранвани в продължение на няколко десетилетия, а разработената система за поддръжка и експлоатация им позволява да бъдат гарантирани да се използват за доста дълго време.

Всъщност изолационни дефекти и корозия могат да възникнат само в два случая:

• нарушение на производствената технология;

• отклонение от правилата за експлоатация и поддръжка.

Ако разгледаме въпроса за механичното износване на движещи се части, тогава трябва да се има предвид, че те се задействат само по време на проверки от персонала, извършени след няколко години (взети предвид от времето на работа) или при аварии, които се случват много рядко.

В същото време в микропроцесорни устройства за релейна защита:

• повечето компоненти постоянно наблюдават електрическата верига и обменят сигнали помежду си;

• елементите на електрическите входове са постоянно изложени на високо напрежение от 220 волта, както и на импулсни и пикови стойности на преходни процеси;

• захранващите блокове на високоскоростната импулсна верига работят без изключване с отделянето на топлина и формират основния дял на отказите на MPD.

2. Надеждността на релето постепенно се увеличава от електромеханични конструкции до полупроводникови конструкции, базирани на дискретни компоненти, след това към интегрални схеми и най -високото сред микропроцесорните устройства

Изводите на статистиката показват по -висока надеждност на електромеханичните релета спрямо полупроводниковите аналози при ежедневна употреба. Обратната картина се наблюдава само когато циклите на превключване се увеличат до няколкостотин хиляди или милиони.

В интегралните схеми работят много по -голям брой електронни елементи, които са по -малко устойчиви на пренапрежение, отколкото в полупроводниковите релета. Това е особено вярно, когато е изложено на статично електричество и електромагнитен шум, които постоянно присъстват в енергийни съоръжения с високо напрежение.

Статистиката на отказите на микропроцесорните устройства за релейна защита на японски компании опровергава мита за най -високата надеждност на микропроцесорната защита. Освен това това не включва „софтуерни повреди“, които често не могат да бъдат открити по време на проверките, но могат да се проявят по всяко време.

3. Надеждността на микропроцесорните релейни защитни устройства се подобрява чрез вградена самодиагностика

Защитите, базирани на микропроцесори, включват:

• аналогово-цифрови преобразуватели;

• памет (ROM — ROM + RAM — RAM);

• ПРОЦЕСОР;

• захранване;

• изходни електромагнитни релета;

• възли на аналогови и цифрови входове.

Състав на блокове от микропроцесорна релейна защита

Всички тези компоненти са обхванати по различни начини от алгоритми за самодиагностика и не винаги са напълно контролирани.

Вътрешната проверка е предназначена да подаде сигнал и да блокира работата на релейната защита в случай на неизправност в нейната верига, а не в електрическата мрежа на електроенергийната компания. Следователно, това не увеличава надеждността на електроенергийната система.

4. Надеждността на устройствата за релейна защита, базирани на микропроцесори, е по-висока, тъй като съставните й елементи са по-устойчиви на физическо стареене

При правилна работа релетата за електромагнитна защита, въведени в СССР през 70 -те години, все още работят перфектно и са запазили техническите си характеристики.

Електролитните кондензатори дори на най -добрите компании в Япония, които са част от релейната защита, след 7 години работа при превключване на захранващи устройства губят свойствата си, херметичността и създават течове на електролит, които могат да разяждат медните коловози на платките.

Статистика на щетите за MPD на японски компании

Производителите на микропроцесорни устройства са забелязали желание да намалят размера на електронните компоненти чрез създаване на режими с разсейване на повишена топлина, които трябва да бъдат отстранени от охладителната система, което не винаги се прави.

Трудности при работа

1. Електромагнитна съвместимост

Съвременната микроелектроника е много чувствителна към електромагнитно излъчване, а комплекти от микропроцесорни релейни защитни устройства са инсталирани на подстанции, работещи в условия на повишена сила на електрическото поле, изискващи надеждна екранирана защита с натрупан потенциален дренаж към земята.

На много подстанции съпротивлението на заземяващия контур не отговаря на изискванията за работата на микропроцесорни релейни защитни устройства, което предполага голямо количество строителни работи. В противен случай такива защити могат да доведат до неоторизирана работа в случай на електромагнитни смущения в системата, които могат лесно да бъдат създадени умишлено, като хакерски атаки срещу софтуер.

2. Задачи, които трябва да бъдат изпълнени

Отказът на една микропроцесорна защита води до по -сериозни последици за електроенергията, отколкото отказ на електромагнитна защита, тъй като функционално микропроцесорното релейно устройство за защита изпълнява задачите по 3 ÷ 5 електромагнитна защита.

3. Обучение на персонала

Огромен брой компании по света с оборот над милиарди долари се занимават с производство на микропроцесорни устройства за релейна защита. Само в Русия и страните от ОНД над 10 предприятия работят на световния пазар.

Всяко защитно устройство е направено по уникална технология, която изключва взаимозаменяемостта на елементи и софтуер. Техническите описания с инструкции за употреба са многостранични книги с няколкостотин листа А4. Отнема много време и предварителни специализирани знания за тяхното изучаване.

Когато пристигне нов тип устройства за релейна защита на базата на микропроцесори дори от същия производител, процесът на обучение на персонала трябва да бъде възобновен.

изводи

Устройствата за релейна защита, базирани на микропроцесори, са наистина прогресивно направление в развитието на електроенергията.

Високата надеждност на микропроцесорните устройства за релейна защита, обявена от производителите, не винаги отговаря на реалността.

Персоналът, обслужващ всеки микропроцесорен защитен блок, трябва да е наясно с всички слабости на такива устройства и умело да коригира тяхната работа.

Крайно време е правителствените агенции да се заемат със стандартизационните въпроси и да внесат в тях системи за релейна защита, базирани на микропроцесори.

Гуревич В. И. Уязвимости на микропроцесорни защитни релета: проблеми и решения. — М.: Инфра -инженеринг, 2014 — 248 с.: Ил.