Mikroprocesorová reléová ochranná zařízení: přehled možností a kontroverzní otázky

Přibližně před 15 lety se v energetice začala široce zavádět nová ochranná zařízení energetických zařízení využívající výpočetní techniku ​​na bázi procesorů. Začal se nazývat zkráceným termínem MPD – mikroprocesorová reléová ochranná zařízení.

Plní funkce běžných zařízení pro reléovou ochranu a automatizaci založenou na nové základně prvků — mikrokontrolérech (mikroprocesorových prvcích).

Výhody ochrany mikroprocesorových relé

Odmítnutí elektromechanických a statických relé, které mají značné rozměry, umožnilo kompaktnější umístění zařízení na reléové ochrany a automatické panely. Takové návrhy začaly zabírat výrazně méně místa. Ovládání pomocí dotykových tlačítek a displeje se zároveň stalo vizuálnějším a pohodlnějším.

Vnější pohled na panel včetně ochrany mikroprocesorového relé je na obrázku.Nyní se zavedení MPD stalo jedním z hlavních směrů ve vývoji reléových ochranných zařízení. To je usnadněno skutečností, že kromě hlavního úkolu reléové ochrany a automatizace — odstranění nouzových režimů, umožňují nové technologie implementovat řadu dalších funkcí.

Obsahují:

• registrace nouzových stavů;

• predikce odpojení synchronních uživatelů v případě narušení stability systému;

• schopnost zkracovat dlouhé vzdálenosti.

Implementace takových schopností založených na elektromechanické ochraně EMI a analogových zařízení se neprovádí kvůli technickým potížím.

Mikroprocesorové reléové ochranné systémy fungují na přesně stejných principech rychlosti, selektivity, citlivosti a spolehlivosti jako konvenční reléová ochranná zařízení.

Za provozu se ukázaly nejen výhody, ale i nevýhody takových zařízení a podle některých ukazatelů stále probíhají spory mezi výrobci a provozovateli.

Panely RZA vybavené ochranou mikroprocesoru

nevýhody

Mnoho kupujících zařízení na ochranu relé na bázi mikroprocesoru bylo nespokojeno s výkonem těchto systémů z důvodu:

• vysoká cena;

• nízká údržba.

Pokud v případě poruchy zařízení pracujících na polovodičové nebo elektromechanické bázi stačí vyměnit jednotlivou vadnou část, pak je pro ochranu mikroprocesoru často nutná výměna celé základní desky, jejíž cena může být až třetinová celé vybavení.

Kromě toho bude výměna vyžadovat strávit spoustu času hledáním součásti: zaměnitelnost v takových zařízeních zcela chybí, dokonce ani u mnoha stejných typů konstrukcí od stejného výrobce.

Elektromechanická relé úspěšně fungují již více než 35 let

Kontroverzní záležitosti

1. Vysoká spolehlivost zařízení ochrany mikroprocesorových relé ve srovnání s elektromechanickou ochranou

Výrobci mikroprocesorových zařízení reklamou zdůrazňují absenci pohyblivých částí v systému, s čímž souvisí vyloučení podmínek mechanického opotřebení. Dále jsou zde přidány otázky koroze kovů a stárnutí izolace v elektromechanických a polovodičových strukturách.

Zkušenosti s provozem elektromechanické ochrany jsou již asi století a půl. Na tomto základě pracuje většina energetických podniků v Rusku a partnerských zemích SNS. Mnoho relé je napájeno již několik desetiletí a vyvinutý systém údržby a provozu umožňuje jejich dlouhodobé používání.

Ve skutečnosti může dojít k defektům izolace a korozi pouze ve dvou případech:

• porušení výrobní technologie;

• odchylka od pravidel provozu a údržby.

Pokud uvažujeme o otázce mechanického opotřebení pohyblivých částí, pak je třeba mít na paměti, že jsou spouštěny pouze při kontrolách prováděných personálem po několika letech (vzhledem k době provozu) nebo při nehodách, kterých se často stává. zřídka.

Současně v mikroprocesorových zařízeních pro ochranu relé:

• většina komponent neustále monitoruje elektrický obvod a vyměňuje si mezi sebou signály;

• prvky elektrických vstupů jsou neustále vystaveny vysokému napětí 220 voltů, jakož i impulsním a špičkovým hodnotám přechodných procesů;

• výkonové jednotky vysokorychlostního pulzního okruhu pracují bez odstávky s uvolňováním tepla a tvoří hlavní podíl na poruchách MPD.

2. Spolehlivost relé se postupně zvyšovala od elektromechanických konstrukcí k polovodičovým konstrukcím založeným na diskrétních součástkách, poté k integrovaným obvodům a nejvyšším mezi mikroprocesorovými zařízeními

Statistiky ukazují vyšší spolehlivost elektromechanických relé ve srovnání s polovodičovými analogy při každodenním používání. Opačný obraz je pozorován pouze při zvýšení spínacích cyklů na několik set tisíc nebo milionů.

Integrované obvody využívají mnohem větší množství elektronických prvků, které jsou méně odolné vůči přepětí než v polovodičových relé. To platí zejména při vystavení statické elektřině a elektromagnetickému šumu, které jsou neustále přítomny ve vysokonapěťových energetických zařízeních.

Statistiky poruch zařízení ochrany mikroprocesorových relé japonských firem vyvracejí mýtus o nejvyšší spolehlivosti ochrany mikroprocesorů. Také sem nepatří „softwarové poruchy“, které často nelze při kontrolách odhalit, ale mohou nastat kdykoli.

3. Spolehlivost zařízení ochrany mikroprocesorových relé je vylepšena vestavěnou autodiagnostikou

Mikroprocesorová obrana zahrnuje:

• analogově-digitální převodníky;

• paměť (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESOR;

• zdroj napájení;

• výstupní elektromagnetická relé;

• uzly analogových a digitálních vstupů.

Složení bloků ochrany mikroprocesorových relé

Všechny tyto komponenty jsou různými způsoby pokryty samodiagnostickými algoritmy a nejsou vždy plně kontrolovány.

Vnitřní kontrola je navržena tak, aby signalizovala a blokovala činnost ochrany relé v případě poruchy v jejím obvodu, nikoli v elektrické síti energetické společnosti. Proto nezvyšuje spolehlivost energetického systému.

4. Spolehlivost mikroprocesorových reléových ochranných zařízení je vyšší, protože jejich součásti jsou odolnější vůči fyzickému stárnutí

Při správném provozu elektromagnetická ochranná relé představená v SSSR v 70. letech stále perfektně fungují a zachovala si své technické vlastnosti.

Elektrolytické kondenzátory i těch nejlepších japonských firem, které jsou součástí ochrany relé, po 7 letech provozu ve spínaných zdrojích ztrácejí své vlastnosti, těsnost a vytvářejí úniky elektrolytu, které mohou korodovat měděné dráhy desek plošných spojů.

Statistiky škod MPD japonských společností

Výrobci mikroprocesorových zařízení viděli touhu zmenšit velikost elektronických součástek vytvořením režimů se zvýšeným odvodem tepla, které musí být odstraněno z chladicího systému, což se ne vždy dělá.

Potíže v práci

1. Elektromagnetická kompatibilita

Moderní mikroelektronika je velmi citlivá na elektromagnetické záření a v rozvodnách pracujících v podmínkách zvýšené intenzity elektrického pole, vyžadujících spolehlivou stíněnou ochranu s akumulovaným potenciálem svodu do země, jsou instalovány sady ochranných zařízení mikroprocesorových relé.

V mnoha rozvodnách odpor zemní smyčky nesplňuje požadavky na provoz mikroprocesorových reléových ochran, což obnáší velké množství stavebních prací. V opačném případě mohou takové ochrany vést k neoprávněnému provozu v případě elektromagnetických poruch v systému, které mohou být snadno vytvořeny záměrně, jako jsou například útoky hackerů proti softwaru.

2. Úkoly k dokončení

Selhání jedné mikroprocesorové ochrany vede k závažnějším následkům pro elektřinu než selhání elektromagnetické ochrany, protože funkčně mikroprocesorové reléové ochranné zařízení plní úkoly 3 ÷ 5 elektromagnetické ochrany.

3. Školení personálu

Výrobou mikroprocesorových zařízení pro reléovou ochranu se zabývá na světě obrovské množství společností s obratem přesahujícím miliardy dolarů. Jen v Rusku a zemích SNS působí na světovém trhu více než 10 podniků.

Každé zabezpečovací zařízení je vyrobeno unikátní technologií, která vylučuje zaměnitelnost prvků a softwaru. Technické popisy s návodem k použití jsou vícestránkové knihy s několika stovkami listů A4. Jejich prostudování vyžaduje spoustu času a předchozích specializovaných znalostí.

Když přijde nový typ mikroprocesorového reléového ochranného zařízení, byť od stejného výrobce, musí být znovu zahájen proces školení personálu.

závěry

Mikroprocesorová reléová ochranná zařízení jsou skutečně progresivním směrem ve vývoji elektřiny.

Výrobci avizovaná vysoká spolehlivost mikroprocesorových zařízení pro ochranu relé ne vždy odpovídá skutečnosti.

Personál provádějící servis jakékoli mikroprocesorové ochranné jednotky si musí být vědom všech slabých stránek takových zařízení a dovedně korigovat jejich činnost.

Je nejvyšší čas, aby se vládní úřady zabývaly normalizačními problémy a zavedly do nich systémy ochrany relé na bázi mikroprocesorů.

Gurevich VI Zranitelnosti mikroprocesorových ochranných relé: problémy a řešení. — M.: Infra-inženýrství, 2014 — 248 s.: Il.