Mikroprocessorbaserade reläskyddsanordningar: översikt över möjligheter och kontroversiella frågor

För cirka 15 år sedan började ny skyddsutrustning för kraftutrustning med processorbaserad datorteknik att introduceras allmänt i kraftindustrin. Det kom att kallas den förkortade termen MPD — mikroprocessorbaserade reläskyddsanordningar.

De utför funktionerna hos vanliga enheter för reläskydd och automatisering baserat på en ny elementbas - mikrokontroller (mikroprocessorelement).

Fördelar med mikroprocessorreläskyddsanordningar

Avvisandet av elektromekaniska och statiska reläer, som har betydande dimensioner, möjliggjorde en mer kompakt placering av utrustning på reläskydd och automatiska paneler. Sådana mönster började ta upp betydligt mindre utrymme. Samtidigt har styrningen med pekknappar och displayen blivit mer visuell och bekväm.

Den yttre vyn av panelen, inklusive mikroprocessorreläskyddet, visas i figuren.Nu har introduktionen av MPD blivit en av huvudriktningarna i utvecklingen av reläskyddsanordningar. Detta underlättas av det faktum att utöver huvuduppgiften med reläskydd och automatisering - eliminering av nödlägen, tillåter ny teknik att implementera ett antal ytterligare funktioner.

De inkluderar:

• registrering av nödsituationer;

• förutsäga frånkoppling av synkrona användare i händelse av systemstabilitetsöverträdelser;

• förmåga att förkorta långa avstånd.

Implementeringen av sådana kapaciteter baserade på elektromekaniskt skydd av EMI och analoga enheter utförs inte på grund av tekniska svårigheter.

Mikroprocessorbaserade reläskyddssystem arbetar på exakt samma principer om hastighet, selektivitet, känslighet och tillförlitlighet som konventionella reläskyddsanordningar.

Under driften avslöjades inte bara fördelarna utan också nackdelarna med sådana enheter, och enligt vissa indikatorer pågår fortfarande tvister mellan tillverkare och operatörer.

RZA-paneler utrustade med mikroprocessorskydd

nackdelar

Många köpare av mikroprocessorbaserade reläskyddsanordningar har varit missnöjda med prestandan hos dessa system på grund av:

• högt pris;

• lågt underhåll.

Om det i händelse av fel på enheter som fungerar på halvledare eller elektromekanisk basis räcker att ersätta en enskild defekt del, är det för mikroprocessorskydd ofta nödvändigt att byta ut hela moderkortet, vars kostnad kan vara en tredjedel av kostnaden för hela utrustningen.

Dessutom kommer utbyte att kräva att man spenderar mycket tid på att leta efter en del: utbytbarhet i sådana enheter är helt frånvarande även i många av samma typ av design från samma tillverkare.

Elektromekaniska reläer har fungerat framgångsrikt i över 35 år

Kontroversiella problem

1. Hög tillförlitlighet hos mikroprocessorreläskyddsanordningar jämfört med elektromekaniskt skydd

Tillverkare av mikroprocessorenheter med reklam betonar frånvaron av rörliga delar i systemet, vilket är relaterat till uteslutningen av mekaniska slitageförhållanden. Här läggs också frågorna om metallkorrosion och isoleringsåldring i elektromekaniska och halvledarbaserade strukturer.

Erfarenheten av driften av elektromekaniskt skydd är redan ungefär ett och ett halvt sekel. Majoriteten av energiföretagen i Ryssland och OSS-partner arbetar på denna grund. Många reläer har drivits i flera decennier, och det utvecklade systemet för underhåll och drift gör att de kan garanteras användas under ganska lång tid.

I själva verket kan isoleringsdefekter och korrosion uppstå i endast två fall:

• kränkning av produktionsteknik;

• avvikelse från reglerna för drift och underhåll.

Om vi ​​överväger frågan om mekaniskt slitage av rörliga delar, bör man komma ihåg att de utlöses endast under kontroller av personal som utförs efter flera år (med hänsyn till drifttillfället) eller vid olyckor som händer mycket sällan.

Samtidigt i mikroprocessorenheter för reläskydd:

• de flesta komponenter övervakar ständigt den elektriska kretsen och utbyter signaler med varandra;

• elementen i de elektriska ingångarna utsätts ständigt för en högspänning på 220 volt, såväl som för impuls- och toppvärden för transienta processer;

• kraftenheterna för höghastighetspulskretsar fungerar utan avstängning med utsläpp av värme och utgör huvuddelen av MPD-fel.

2. Relätillförlitligheten ökade gradvis från elektromekaniska konstruktioner till halvledarkonstruktioner baserade på diskreta komponenter, sedan till integrerade kretsar och den högsta bland mikroprocessorenheter

Statistik visar högre tillförlitlighet hos elektromekaniska reläer jämfört med halvledaranaloger i daglig användning. Den motsatta bilden observeras endast när omkopplingscyklerna ökas till flera hundra tusen eller miljoner.

Integrerade kretsar använder ett mycket större antal elektroniska element som är mindre motståndskraftiga mot överspänning än i halvledarreläer. Detta gäller särskilt när de utsätts för statisk elektricitet och elektromagnetiskt brus, som ständigt finns i högspänningsutrustning.

Statistiken över fel på mikroprocessorreläskyddsenheter från japanska företag motbevisar myten om den högsta tillförlitligheten av mikroprocessorskydd. Detta inkluderar inte heller "programvarufel", som ofta inte kan upptäckas under inspektioner, men kan uppstå när som helst.

3. Tillförlitligheten hos mikroprocessorreläskyddsanordningar förbättras genom inbyggd självdiagnostik

Mikroprocessorbaserade försvar inkluderar:

• analog-till-digital-omvandlare;

• minne (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESSOR;

• strömförsörjning;

• utgående elektromagnetiska reläer;

• noder för analoga och digitala ingångar.

Sammansättning av block av mikroprocessorreläskydd

Alla dessa komponenter täcks på olika sätt av självdiagnosalgoritmer och är inte alltid helt kontrollerade.

Den interna kontrollen är utformad för att signalera och blockera reläskyddets funktion vid fel i dess krets, inte i elbolagets elnät. Därför ökar det inte kraftsystemets tillförlitlighet.

4. Tillförlitligheten hos mikroprocessorbaserade reläskyddsanordningar är högre eftersom dess komponenter är mer motståndskraftiga mot fysisk åldring

Med korrekt funktion fungerar de elektromagnetiska skyddsreläer som introducerades i Sovjetunionen på 1970-talet fortfarande perfekt och har behållit sina tekniska egenskaper.

Elektrolytiska kondensatorer från även de bästa företagen i Japan, som är en del av reläskyddet, efter 7 års drift i att byta strömförsörjning förlorar sina egenskaper, täthet och skapar elektrolytläckor som kan korrodera kopparspåren på kretskorten.

MPD skadestatistik för japanska företag

Tillverkare av mikroprocessorenheter har sett en önskan att minska storleken på elektroniska komponenter genom att skapa lägen med ökad värmeavledning som måste avlägsnas från kylsystemet, vilket inte alltid görs.

Svårigheter på jobbet

1. Elektromagnetisk kompatibilitet

Modern mikroelektronik är mycket känslig för elektromagnetisk strålning, och uppsättningar av mikroprocessorreläskyddsanordningar är installerade vid transformatorstationer som arbetar under förhållanden med ökad elektrisk fältstyrka, vilket kräver tillförlitligt avskärmat skydd med ackumulerad potentiell avledning till jord.

I många transformatorstationer uppfyller jordslingans motstånd inte kraven för drift av mikroprocessorreläskyddsanordningar, vilket innebär en stor mängd konstruktionsarbete. I annat fall kan sådana skydd leda till otillåten användning vid elektromagnetiska störningar i systemet, som lätt kan skapas avsiktligt, såsom hackerattacker mot programvara.

2. Uppgifter som ska slutföras

Fel på ett mikroprocessorskydd leder till allvarligare konsekvenser för elektricitet än fel på elektromagnetiskt skydd, eftersom mikroprocessorreläskyddsanordningen funktionellt utför uppgifterna 3 ÷ 5 elektromagnetiskt skydd.

3. Personalutbildning

Ett stort antal företag i världen med en omsättning på mer än miljarder dollar är engagerade i produktionen av mikroprocessorenheter för reläskydd. Bara i Ryssland och OSS-länderna verkar mer än 10 företag på världsmarknaden.

Varje säkerhetsenhet är gjord med en unik teknik som utesluter utbytbarhet av element och programvara. Tekniska beskrivningar med bruksanvisning är flersidiga böcker med flera hundra A4-ark. Det tar mycket tid och förkunskaper för att studera dem.

När en ny typ av mikroprocessorbaserat reläskydd kommer, även från samma tillverkare, måste personalutbildningsprocessen startas om.

Slutsatser

Mikroprocessorbaserade reläskyddsanordningar är en verkligt progressiv riktning i utvecklingen av el.

Den höga tillförlitligheten hos mikroprocessorenheter för reläskydd, som tillkännagavs av tillverkarna, överensstämmer inte alltid med verkligheten.

Personal som servar en mikroprocessorskyddsenhet måste vara medveten om alla svagheter hos sådana anordningar och skickligt korrigera deras funktion.

Det är hög tid att statliga myndigheter tar upp standardiseringsfrågor och tar in mikroprocessorbaserade reläskyddssystem.

Gurevich VI Sårbarheter hos mikroprocessorskyddsreläer: problem och lösningar. — M.: Infrateknik, 2014 — 248 s.: Il.