Mikroprocesorové reléové ochranné zariadenia: prehľad možností a kontroverzné otázky

Asi pred 15 rokmi sa v energetickom priemysle začali vo veľkej miere zavádzať nové ochranné zariadenia energetických zariadení využívajúce počítačovú technológiu založenú na procesoroch. Začalo sa to nazývať skráteným termínom MPD - mikroprocesorové reléové ochranné zariadenia.

Vykonávajú funkcie bežných zariadení na ochranu relé a automatizáciu založenú na novej základni prvkov — mikrokontrolérov (mikroprocesorových prvkov).

Výhody zariadení na ochranu mikroprocesorových relé

Odmietnutie elektromechanických a statických relé, ktoré majú významné rozmery, umožnilo kompaktnejšie umiestnenie zariadení na reléovej ochrane a automatických paneloch. Takéto návrhy začali zaberať podstatne menej miesta. Ovládanie pomocou dotykových tlačidiel a displeja sa zároveň stalo vizuálnejším a pohodlnejším.

Vonkajší pohľad na panel vrátane ochrany mikroprocesorového relé je na obrázku.Teraz sa zavedenie MPD stalo jedným z hlavných smerov vo vývoji reléových ochranných zariadení. To je uľahčené skutočnosťou, že okrem hlavnej úlohy ochrany a automatizácie relé - eliminácie núdzových režimov, nové technológie umožňujú implementovať množstvo ďalších funkcií.

Zahŕňajú:

• registrácia núdzových stavov;

• predpovedanie odpojenia synchrónnych užívateľov v prípade narušenia stability systému;

• schopnosť skracovať dlhé vzdialenosti.

Implementácia takýchto schopností založených na elektromechanickej ochrane EMI a analógových zariadení sa neuskutočňuje z dôvodu technických problémov.

Mikroprocesorové reléové ochranné systémy fungujú na presne rovnakých princípoch rýchlosti, selektivity, citlivosti a spoľahlivosti ako konvenčné reléové ochranné zariadenia.

Počas prevádzky sa ukázali nielen výhody, ale aj nevýhody takýchto zariadení a podľa niektorých ukazovateľov stále prebiehajú spory medzi výrobcami a operátormi.

Panely RZA vybavené ochranou mikroprocesora

nevýhody

Mnoho kupujúcich zariadení na ochranu relé na báze mikroprocesorov bolo nespokojných s výkonom týchto systémov z dôvodu:

• vysoká cena;

• nízka údržba.

Ak v prípade poruchy zariadení pracujúcich na polovodičovej alebo elektromechanickej báze stačí vymeniť jednotlivý chybný diel, potom je pre ochranu mikroprocesora často potrebná výmena celej základnej dosky, ktorej cena môže predstavovať tretinu ceny celé vybavenie.

Okrem toho bude výmena vyžadovať veľa času pri hľadaní dielu: zameniteľnosť v takýchto zariadeniach úplne chýba dokonca ani v mnohých rovnakých typoch dizajnov od rovnakého výrobcu.

Elektromechanické relé úspešne fungujú už viac ako 35 rokov

Kontroverzné problémy

1. Vysoká spoľahlivosť zariadení ochrany mikroprocesorových relé v porovnaní s elektromechanickou ochranou

Výrobcovia mikroprocesorových zariadení reklamou zdôrazňujú absenciu pohyblivých častí v systéme, čo súvisí s vylúčením podmienok mechanického opotrebovania. Tiež sú tu pridané otázky korózie kovov a starnutia izolácie v elektromechanických a polovodičových štruktúrach.

Skúsenosti s prevádzkou elektromechanickej ochrany sú už asi storočie a pol. Na tomto základe pracuje väčšina energetických podnikov v Rusku a partnerských krajinách SNŠ. Mnohé relé sú napájané už niekoľko desaťročí a vyvinutý systém údržby a prevádzky umožňuje ich zaručené používanie po pomerne dlhú dobu.

V skutočnosti sa chyby izolácie a korózia môžu vyskytnúť iba v dvoch prípadoch:

• porušenie výrobnej technológie;

• odchýlka od pravidiel prevádzky a údržby.

Ak vezmeme do úvahy otázku mechanického opotrebenia pohyblivých častí, potom je potrebné mať na pamäti, že sa spúšťajú iba pri kontrolách vykonaných personálom po niekoľkých rokoch (zohľadnené od času prevádzky) alebo pri nehodách, ktorých sa stáva veľa. zriedka.

Súčasne v mikroprocesorových zariadeniach na ochranu relé:

• väčšina komponentov neustále monitoruje elektrický obvod a vymieňa si signály medzi sebou;

• prvky elektrických vstupov sú neustále vystavené vysokému napätiu 220 voltov, ako aj impulzným a špičkovým hodnotám prechodných procesov;

• výkonové jednotky vysokorýchlostného impulzného okruhu pracujú bez odstávky s uvoľňovaním tepla a tvoria hlavný podiel porúch MPD.

2. Spoľahlivosť relé sa postupne zvyšovala od elektromechanických návrhov k polovodičovým návrhom založeným na diskrétnych súčiastkach, potom k integrovaným obvodom a najvyšším medzi mikroprocesorovými zariadeniami

Štatistiky ukazujú vyššiu spoľahlivosť elektromechanických relé v porovnaní s polovodičovými analógmi pri každodennom používaní. Opačný obraz je pozorovaný len vtedy, keď sa spínacie cykly zvýšia na niekoľko stoviek tisíc alebo miliónov.

Integrované obvody využívajú oveľa väčší počet elektronických prvkov, ktoré sú menej odolné voči prepätiu ako v polovodičových relé. To platí najmä pri vystavení statickej elektrine a elektromagnetickému šumu, ktoré sú neustále prítomné vo vysokonapäťových energetických zariadeniach.

Štatistiky porúch mikroprocesorových reléových ochranných zariadení japonských firiem vyvracajú mýtus o najvyššej spoľahlivosti ochrany mikroprocesorov. Taktiež sem nepatria „zlyhania softvéru“, ktoré sa často nedajú zistiť pri kontrolách, ale môžu sa vyskytnúť kedykoľvek.

3. Spoľahlivosť zariadení na ochranu mikroprocesorových relé zlepšuje vstavaná autodiagnostika

Mikroprocesorová obrana zahŕňa:

• analógovo-digitálne prevodníky;

• pamäť (ROM – ROM + RAM – RAM);

• PROCESOR;

• Zdroj;

• výstupné elektromagnetické relé;

• uzly analógových a digitálnych vstupov.

Zloženie blokov ochrany mikroprocesorových relé

Všetky tieto komponenty sú rôznymi spôsobmi pokryté samodiagnostickými algoritmami a nie sú vždy plne kontrolované.

Vnútorná kontrola je určená na signalizáciu a blokovanie činnosti reléovej ochrany v prípade poruchy v jej obvode, nie v elektrickej sieti elektrárenskej spoločnosti. Preto nezvyšuje spoľahlivosť napájacieho systému.

4. Spoľahlivosť zariadení na ochranu relé na báze mikroprocesora je vyššia, pretože jeho komponenty sú odolnejšie voči fyzickému starnutiu

Pri správnej prevádzke elektromagnetické ochranné relé zavedené v ZSSR v sedemdesiatych rokoch stále fungujú perfektne a zachovali si svoje technické vlastnosti.

Elektrolytické kondenzátory aj tých najlepších firiem v Japonsku, ktoré sú súčasťou ochrany relé, po 7 rokoch prevádzky v spínaných zdrojoch strácajú svoje vlastnosti, tesnosť a vytvárajú úniky elektrolytu, ktoré môžu korodovať medené dráhy dosiek plošných spojov.

Štatistika škôd MPD japonských spoločností

Výrobcovia mikroprocesorových zariadení videli túžbu zmenšiť veľkosť elektronických komponentov vytvorením režimov so zvýšeným odvodom tepla, ktoré sa musí odstrániť z chladiaceho systému, čo sa nie vždy robí.

Ťažkosti v práci

1. Elektromagnetická kompatibilita

Moderná mikroelektronika je veľmi citlivá na elektromagnetické žiarenie a sady ochranných zariadení mikroprocesorových relé sú inštalované v rozvodniach pracujúcich v podmienkach zvýšenej intenzity elektrického poľa, čo si vyžaduje spoľahlivú tienenú ochranu s akumulovaným potenciálom odvádzania do zeme.

V mnohých rozvodniach odpor zemnej slučky nespĺňa požiadavky na prevádzku ochranných zariadení mikroprocesorových relé, čo znamená veľké množstvo stavebných prác. V opačnom prípade môžu takéto ochrany viesť k neoprávnenej prevádzke v prípade elektromagnetických porúch v systéme, ktoré môžu byť ľahko vytvorené úmyselne, ako napríklad útoky hackerov na softvér.

2. Úlohy, ktoré treba splniť

Porucha jednej mikroprocesorovej ochrany vedie k vážnejším následkom pre elektrinu ako porucha elektromagnetickej ochrany, pretože funkčne plní mikroprocesorové reléové ochranné zariadenie úlohy 3 ÷ 5 elektromagnetickej ochrany.

3. Školenie personálu

Výrobou mikroprocesorových zariadení na reléovú ochranu sa zaoberá obrovský počet spoločností na svete s obratom viac ako miliardy dolárov. Len v Rusku a krajinách SNŠ pôsobí na svetovom trhu viac ako 10 podnikov.

Každé zabezpečovacie zariadenie je vyrobené unikátnou technológiou, ktorá vylučuje zameniteľnosť prvkov a softvéru. Technické popisy s návodom na použitie sú viacstranové knihy s niekoľkými stovkami listov A4. Ich štúdium si vyžaduje veľa času a predchádzajúcich špecializovaných znalostí.

Keď príde nový typ mikroprocesorového reléového ochranného zariadenia, dokonca od rovnakého výrobcu, musí sa reštartovať proces školenia personálu.

závery

Mikroprocesorové reléové ochranné zariadenia sú skutočne progresívnym smerom vo vývoji elektriny.

Výrobcovia avizovaná vysoká spoľahlivosť mikroprocesorových zariadení na ochranu relé nie vždy zodpovedá realite.

Personál obsluhujúci akúkoľvek mikroprocesorovú ochrannú jednotku si musí byť vedomý všetkých slabých stránok takýchto zariadení a šikovne korigovať ich činnosť.

Je najvyšší čas, aby sa vládne agentúry chopili štandardizačných problémov a zaviedli do nich systémy ochrany relé na báze mikroprocesorov.

Gurevich VI Zraniteľnosť mikroprocesorových ochranných relé: problémy a riešenia. — M.: Infra-inžinierstvo, 2014 — 248 s.: Il.