Dispozitive de protecție cu relee bazate pe microprocesor: prezentare generală a posibilităților și problemelor controversate

În urmă cu aproximativ 15 ani, în industria energetică au început să fie introduse pe scară largă echipamentele noi de protecție a echipamentelor de putere care utilizează tehnologia computerizată bazată pe procesoare. A ajuns să fie numit termenul abreviat MPD — dispozitive de protecție cu relee bazate pe microprocesoare.

Ei îndeplinesc funcțiile dispozitivelor obișnuite pentru protecția și automatizarea cu relee pe baza unei noi elemente de bază - microcontrolere (elemente de microprocesor).

Avantajele dispozitivelor de protecție cu relee cu microprocesor

Respingerea releelor ​​electromecanice și statice, care au dimensiuni semnificative, a făcut posibilă o amplasare mai compactă a echipamentelor pe panouri de protecție cu relee și automate. Astfel de modele au început să ocupe mult mai puțin spațiu. În același timp, controlul folosind butoanele tactile, iar afișajul a devenit mai vizual și mai convenabil.

Vederea externă a panoului, inclusiv protecția releului microprocesorului, este prezentată în figură.Acum, introducerea MPD a devenit una dintre direcțiile principale în dezvoltarea dispozitivelor de protecție cu relee. Acest lucru este facilitat de faptul că, pe lângă sarcina principală de protecție și automatizare a releului - eliminarea modurilor de urgență, noile tehnologii permit implementarea unui număr de funcții suplimentare.

Ei includ:

• înregistrarea condițiilor de urgență;

• prezicerea deconectarii utilizatorilor sincroni în cazul încălcărilor stabilității sistemului;

• capacitatea de a scurta distante lungi.

Implementarea unor astfel de capabilități bazate pe protecția electromecanică a dispozitivelor EMI și analogice nu se realizează din cauza dificultăților tehnice.

Sistemele de protecție cu relee bazate pe microprocesor funcționează pe exact aceleași principii de viteză, selectivitate, sensibilitate și fiabilitate ca dispozitivele convenționale de protecție cu relee.

În timpul funcționării, au fost dezvăluite nu numai avantajele, ci și dezavantajele unor astfel de dispozitive, iar conform unor indicatori, disputele între producători și operatori sunt încă în desfășurare.

Panouri RZA echipate cu protectie cu microprocesor

dezavantaje

Mulți cumpărători de dispozitive de protecție cu relee pe bază de microprocesor au fost nemulțumiți de performanța acestor sisteme din cauza:

• preț mare;

• întreținere redusă.

Dacă în cazul defecțiunii dispozitivelor care funcționează pe bază de semiconductor sau electromecanic, este suficient să înlocuiți o piesă defectă individuală, atunci pentru protecția microprocesorului este adesea necesară înlocuirea întregii plăci de bază, al cărei cost poate fi o treime din costul întregul echipament.

În plus, înlocuirea va necesita să petreceți mult timp în căutarea unei piese: interschimbabilitatea în astfel de dispozitive este complet absentă chiar și în multe dintre același tip de modele de la același producător.

Releele electromecanice funcționează cu succes de peste 35 de ani

Probleme controversate

1. Fiabilitate ridicată a dispozitivelor de protecție cu releu cu microprocesor în comparație cu protecția electromecanică

Producătorii de dispozitive cu microprocesor cu publicitate subliniază absența pieselor mobile în sistem, ceea ce este legat de excluderea condițiilor de uzură mecanică. De asemenea, aici sunt adăugate problemele coroziunii metalelor și îmbătrânirii izolației în structurile electromecanice și pe bază de semiconductori.

Experiența în funcționarea protecției electromecanice este deja de aproximativ un secol și jumătate, majoritatea întreprinderilor energetice din Rusia și partenerii CSI lucrează pe această bază. Multe relee au fost alimentate de câteva decenii, iar sistemul dezvoltat de întreținere și funcționare permite garantarea utilizării lor pentru o perioadă destul de lungă.

De fapt, defectele de izolație și coroziunea pot apărea doar în două cazuri:

• încălcarea tehnologiei de producție;

• abatere de la regulile de exploatare si intretinere.

Dacă luăm în considerare problema uzurii mecanice a pieselor în mișcare, atunci trebuie avut în vedere că acestea sunt declanșate numai în timpul verificărilor de către personal efectuate după câțiva ani (luat în considerare din momentul exploatării) sau în accidente care se întâmplă foarte mult. rareori.

În același timp, în dispozitivele cu microprocesor pentru protecția releului:

• majoritatea componentelor monitorizează în mod constant circuitul electric și schimbă semnale între ele;

• elementele intrărilor electrice sunt expuse constant la o tensiune ridicată de 220 de volți, precum și la valorile de impuls și de vârf ale proceselor tranzitorii;

• unitățile de putere cu circuit de impulsuri de mare viteză funcționează fără oprire cu degajare de căldură și formează ponderea principală a defecțiunilor MPD.

2. Fiabilitatea releului a crescut treptat de la proiecte electromecanice la proiecte de semiconductor bazate pe componente discrete, apoi la circuite integrate și cea mai mare dintre dispozitivele cu microprocesor

Statisticile arată o fiabilitate mai mare a releelor ​​electromecanice în comparație cu analogii semiconductori în uz zilnic. Imaginea opusă este observată numai atunci când ciclurile de comutare sunt crescute la câteva sute de mii sau milioane.

Circuitele integrate folosesc un număr mult mai mare de elemente electronice care sunt mai puțin rezistente la supratensiune decât în ​​releele cu stare solidă. Acest lucru este valabil mai ales atunci când este expus la electricitate statică și zgomot electromagnetic, care sunt prezente în mod constant în echipamentele de înaltă tensiune.

Statisticile defecțiunilor dispozitivelor de protecție a releului cu microprocesor ale companiilor japoneze resping mitul celei mai mari fiabilități a protecției microprocesorului. De asemenea, aceasta nu include „defecțiunile software”, care de multe ori nu pot fi detectate în timpul inspecțiilor, dar pot apărea în orice moment.

3. Fiabilitatea dispozitivelor de protecție a releului cu microprocesor este îmbunătățită prin autodiagnosticare încorporată

Apărarea bazată pe microprocesor include:

• convertoare analog-digitale;

• memorie (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESATOR;

• alimentare electrică;

• relee electromagnetice de ieșire;

• noduri de intrări analogice și digitale.

Compoziția blocurilor de protecție a releului microprocesorului

Toate aceste componente sunt acoperite în moduri diferite de algoritmi de autodiagnosticare și nu sunt întotdeauna controlate complet.

Verificarea internă este menită să semnalizeze și să blocheze funcționarea protecției releului în cazul unei defecțiuni în circuitul acestuia, nu în rețeaua electrică a companiei electrice. Prin urmare, nu crește fiabilitatea sistemului de alimentare.

4. Fiabilitatea dispozitivelor de protecție cu relee bazate pe microprocesor este mai mare, deoarece componentele sale sunt mai rezistente la îmbătrânirea fizică

Cu o funcționare corectă, releele de protecție electromagnetică introduse în URSS în anii 1970 încă funcționează perfect și și-au păstrat caracteristicile tehnice.

Condensatoarele electrolitice chiar și ale celor mai bune companii din Japonia, care fac parte din protecția releului, după 7 ani de funcționare în sursele de alimentare în comutație își pierd proprietățile, etanșeitatea și creează scurgeri de electroliți care pot coroda pistele de cupru ale plăcilor de circuite.

Statisticile de daune MPD ale companiilor japoneze

Producătorii de dispozitive cu microprocesoare au văzut dorința de a reduce dimensiunea componentelor electronice prin crearea unor moduri cu disipare crescută a căldurii care trebuie îndepărtate din sistemul de răcire, ceea ce nu se face întotdeauna.

Dificultate la locul de muncă

1. Compatibilitate electromagnetică

Microelectronica modernă este foarte sensibilă la radiațiile electromagnetice, iar seturi de dispozitive de protecție cu relee cu microprocesor sunt instalate la substații care funcționează în condiții de intensitate crescută a câmpului electric, necesitând protecție fiabilă ecranată cu scurgere de potențial acumulată la pământ.

În multe substații, rezistența buclei de masă nu îndeplinește cerințele pentru funcționarea dispozitivelor de protecție a releului cu microprocesor, ceea ce implică o cantitate mare de lucrări de construcție. În caz contrar, astfel de protecții pot duce la operarea neautorizată în cazul unor perturbări electromagnetice în sistem, care pot fi create cu ușurință intenționat, cum ar fi atacurile hackerilor împotriva software-ului.

2. Sarcini de îndeplinit

Defectarea protecției unui microprocesor duce la consecințe mai grave pentru electricitate decât defecțiunea protecției electromagnetice, deoarece funcțional dispozitivul de protecție a releului microprocesorului îndeplinește sarcinile de protecție electromagnetică 3 ÷ 5.

3. Formarea personalului

Un număr mare de companii din lume cu o cifră de afaceri de peste miliarde de dolari sunt angajate în producția de dispozitive cu microprocesor pentru protecția releului. Numai în Rusia și în țările CSI, pe piața mondială operează peste 10 întreprinderi.

Fiecare dispozitiv de securitate este realizat folosind o tehnologie unică care exclude interschimbabilitatea elementelor și a software-ului. Descrierile tehnice cu instrucțiuni de utilizare sunt cărți de mai multe pagini cu câteva sute de coli A4. Este nevoie de mult timp și cunoștințe anterioare de specialitate pentru a le studia.

Când sosește un nou tip de dispozitiv de protecție cu releu bazat pe microprocesor, chiar și de la același producător, procesul de instruire a personalului trebuie repornit.

concluzii

Dispozitivele de protecție cu relee bazate pe microprocesor reprezintă o direcție cu adevărat progresivă în dezvoltarea energiei electrice.

Fiabilitatea ridicată a dispozitivelor cu microprocesor pentru protecția cu relee, anunțată de producători, nu corespunde întotdeauna realității.

Personalul care deservește orice unitate de protecție a microprocesorului trebuie să fie conștient de toate punctele slabe ale unor astfel de dispozitive și să le corecteze cu pricepere funcționarea.

Este timpul ca agențiile guvernamentale să abordeze problemele de standardizare și să introducă în ele sisteme de protecție cu relee bazate pe microprocesoare.

Gurevich VI Vulnerabilitățile releelor ​​de protecție ale microprocesorului: probleme și soluții. — M.: Infra-inginerie, 2014 — 248 p.: Il.