Mikroprocesorowe przekaźnikowe urządzenia zabezpieczające: przegląd możliwości i kontrowersyjnych zagadnień

Około 15 lat temu w energetyce zaczęto wprowadzać na szeroką skalę nowe urządzenia zabezpieczające urządzenia elektroenergetyczne wykorzystujące procesorową technologię komputerową. Zaczęto go nazywać skrótem MPD — mikroprocesorowe przekaźnikowe urządzenia zabezpieczające.

Pełnią funkcje zwykłych urządzeń do zabezpieczania i automatyki przekaźników opartych na nowej bazie elementów — mikrokontrolerach (elementach mikroprocesorowych).

Zalety przekaźnikowych urządzeń zabezpieczających mikroprocesorowych

Odrzucenie przekaźników elektromechanicznych i statycznych, które mają znaczne wymiary, umożliwiło bardziej kompaktowe rozmieszczenie urządzeń na zabezpieczeniach przekaźników i panelach automatycznych. Takie projekty zaczęły zajmować znacznie mniej miejsca. Jednocześnie sterowanie za pomocą przycisków dotykowych i wyświetlacza stało się bardziej wizualne i wygodne.

Widok zewnętrzny panelu wraz z zabezpieczeniem przekaźnika mikroprocesora przedstawiono na rysunku.Teraz wprowadzenie MPD stało się jednym z głównych kierunków rozwoju przekaźnikowych urządzeń zabezpieczających. Ułatwia to fakt, że oprócz głównego zadania, jakim jest ochrona i automatyzacja przekaźników — eliminacja trybów awaryjnych, nowe technologie pozwalają na realizację szeregu dodatkowych funkcji.

Zawierają:

• rejestracja stanów awaryjnych;

• przewidywanie rozłączenia użytkowników synchronicznych w przypadku naruszenia stabilności systemu;

• zdolność do skracania długich dystansów.

Wdrażanie takich możliwości opartych na elektromechanicznej ochronie urządzeń EMI i analogowych nie jest realizowane ze względu na trudności techniczne.

Mikroprocesorowe systemy zabezpieczeń przekaźników działają na dokładnie tych samych zasadach szybkości, selektywności, czułości i niezawodności, co konwencjonalne przekaźnikowe urządzenia zabezpieczające.

Podczas eksploatacji ujawniono nie tylko zalety, ale także wady takich urządzeń, a według niektórych wskaźników spory między producentami a operatorami wciąż trwają.

Panele RZA wyposażone w zabezpieczenia mikroprocesorowe

niedogodności

Wielu nabywców mikroprocesorowych przekaźnikowych urządzeń zabezpieczających było niezadowolonych z działania tych systemów z powodu:

• wysoka cena;

• niskie koszty utrzymania.

Jeśli w przypadku awarii urządzeń działających na zasadzie półprzewodnikowej lub elektromechanicznej wystarczy wymienić pojedynczą wadliwą część, to dla ochrony mikroprocesora często konieczna jest wymiana całej płyty głównej, której koszt może stanowić jedną trzecią kosztu cały sprzęt.

Ponadto wymiana będzie wymagała poświęcenia dużo czasu na poszukiwanie części: wymienność w takich urządzeniach jest całkowicie nieobecna nawet w wielu konstrukcjach tego samego typu tego samego producenta.

Przekaźniki elektromechaniczne działają z powodzeniem od ponad 35 lat

Kwestie kontrowersyjne

1. Wysoka niezawodność przekaźnikowych zabezpieczeń mikroprocesorowych w porównaniu z zabezpieczeniami elektromechanicznymi

Producenci urządzeń mikroprocesorowych reklamą podkreślają brak części ruchomych w układzie, co wiąże się z wykluczeniem mechanicznych warunków zużycia. Dodano tu również zagadnienia korozji metali i starzenia się izolacji w konstrukcjach elektromechanicznych i półprzewodnikowych.

Doświadczenie z działaniem ochrony elektromechanicznej ma już około półtora wieku.Na tej podstawie działa większość przedsiębiorstw energetycznych w Rosji i krajach WNP. Wiele przekaźników jest zasilanych od kilkudziesięciu lat, a opracowany system konserwacji i eksploatacji daje gwarancję ich użytkowania przez dość długi czas.

W rzeczywistości wady izolacji i korozja mogą wystąpić tylko w dwóch przypadkach:

• naruszenie technologii produkcji;

• odstępstwa od zasad eksploatacji i konserwacji.

Rozważając kwestię mechanicznego zużycia części ruchomych, należy mieć na uwadze, że uruchamiają się one dopiero podczas przeglądów przeprowadzanych przez personel po kilku latach (liczonych od czasu eksploatacji) lub w wypadkach, które często się zdarzają. rzadko.

Jednocześnie w urządzeniach mikroprocesorowych do ochrony przekaźników:

• większość komponentów stale monitoruje obwód elektryczny i wymienia między sobą sygnały;

• elementy wejść elektrycznych są stale narażone na wysokie napięcie 220 woltów, a także na impulsy i wartości szczytowe procesów przejściowych;

• zasilacze z szybkim obwodem impulsowym działają bez wyłączania z wydzielaniem ciepła i stanowią główną część awarii MPD.

2. Niezawodność przekaźników stopniowo rosła od konstrukcji elektromechanicznych do półprzewodnikowych opartych na elementach dyskretnych, następnie do układów scalonych i najwyższa wśród urządzeń mikroprocesorowych

Statystyki pokazują wyższą niezawodność przekaźników elektromechanicznych w porównaniu z analogami półprzewodnikowymi w codziennym użytkowaniu. Odwrotny obraz obserwuje się dopiero wtedy, gdy cykle przełączania zwiększą się do kilkuset tysięcy lub milionów.

Układy scalone wykorzystują znacznie większą liczbę elementów elektronicznych, które są mniej odporne na przepięcia niż w przekaźnikach półprzewodnikowych. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku narażenia na elektryczność statyczną i zakłócenia elektromagnetyczne, które są stale obecne w urządzeniach elektroenergetycznych wysokiego napięcia.

Statystyki awarii przekaźnikowych zabezpieczeń mikroprocesorowych firm japońskich obalają mit o najwyższej niezawodności zabezpieczeń mikroprocesorowych. Nie obejmuje to również „awarii oprogramowania”, których często nie można wykryć podczas kontroli, ale mogą wystąpić w dowolnym momencie.

3. Niezawodność przekaźnikowych zabezpieczeń mikroprocesorowych jest zwiększona dzięki wbudowanej autodiagnostyce

Ochrona oparta na mikroprocesorze obejmuje:

• przetworniki analogowo-cyfrowe;

• pamięć (ROM — ROM + RAM — RAM);

• EDYTOR;

• zasilacz;

• wyjściowe przekaźniki elektromagnetyczne;

• węzły wejść analogowych i cyfrowych.

Skład bloków zabezpieczenia przekaźnika mikroprocesora

Wszystkie te komponenty są w różny sposób objęte algorytmami autodiagnostyki i nie zawsze są w pełni kontrolowane.

Kontrola wewnętrzna ma na celu sygnalizację i zablokowanie zadziałania zabezpieczenia przekaźnikowego w przypadku uszkodzenia jego obwodu, a nie sieci elektroenergetycznej. Nie zwiększa więc niezawodności systemu elektroenergetycznego.

4. Niezawodność przekaźnikowych urządzeń zabezpieczających opartych na mikroprocesorach jest wyższa, ponieważ ich elementy są bardziej odporne na starzenie fizyczne

Przy prawidłowym działaniu elektromagnetyczne przekaźniki zabezpieczające wprowadzone w ZSRR w latach 70. nadal działają doskonale i zachowały swoje właściwości techniczne.

Kondensatory elektrolityczne nawet najlepszych firm w Japonii, które wchodzą w skład zabezpieczeń przekaźników, po 7 latach pracy w zasilaczach impulsowych tracą swoje właściwości, szczelność i powodują wycieki elektrolitu, które mogą powodować korozję miedzianych ścieżek płytek drukowanych.

Statystyki uszkodzeń MPD japońskich firm

Producenci urządzeń mikroprocesorowych dostrzegli chęć zmniejszenia rozmiarów elementów elektronicznych poprzez stworzenie trybów o zwiększonym rozpraszaniu ciepła, które należy usunąć z układu chłodzenia, co nie zawsze jest wykonywane.

Trudność w pracy

1. Kompatybilność elektromagnetyczna

Współczesna mikroelektronika jest bardzo wrażliwa na promieniowanie elektromagnetyczne, dlatego na stacjach pracujących w warunkach zwiększonego pola elektrycznego, wymagających niezawodnej ochrony ekranowej ze skumulowanym drenem potencjału, instalowane są zestawy przekaźnikowych zabezpieczeń mikroprocesorowych.

W wielu podstacjach rezystancja pętli uziemienia nie spełnia wymagań dotyczących działania mikroprocesorowych przekaźnikowych urządzeń zabezpieczających, co wiąże się z dużym nakładem prac budowlanych. W przeciwnym razie takie zabezpieczenia mogą prowadzić do nieautoryzowanego działania w przypadku wystąpienia zakłóceń elektromagnetycznych w systemie, które łatwo mogą powstać celowo, jak np. ataki hakerskie na oprogramowanie.

2. Zadania do wykonania

Awaria jednego zabezpieczenia mikroprocesorowego prowadzi do poważniejszych konsekwencji dla energii elektrycznej niż awaria zabezpieczenia elektromagnetycznego, ponieważ funkcjonalnie przekaźnikowe zabezpieczenie mikroprocesorowe realizuje zadania zabezpieczenia elektromagnetycznego 3 ÷ 5.

3. Szkolenie personelu

Ogromna liczba firm na świecie, których obroty przekraczają miliardy dolarów, zajmuje się produkcją urządzeń mikroprocesorowych do ochrony przekaźników. Tylko w Rosji i krajach WNP na światowym rynku działa ponad 10 przedsiębiorstw.

Każde urządzenie zabezpieczające jest wykonane przy użyciu unikalnej technologii, która wyklucza zamienność elementów i oprogramowania. Opisy techniczne wraz z instrukcją użytkowania to wielostronicowe książeczki liczące kilkaset kartek formatu A4. Ich badanie wymaga dużo czasu i specjalistycznej wiedzy.

Gdy pojawi się nowy typ mikroprocesorowego zabezpieczenia przekaźnikowego, nawet tego samego producenta, proces szkolenia personelu musi zostać wznowiony.

wnioski

Mikroprocesorowe przekaźnikowe urządzenia zabezpieczające to prawdziwie postępowy kierunek w rozwoju elektryczności.

Zapowiadana przez producentów wysoka niezawodność urządzeń mikroprocesorowych do zabezpieczania przekaźników nie zawsze odpowiada rzeczywistości.

Personel obsługujący jakąkolwiek jednostkę ochrony mikroprocesorowej musi być świadomy wszystkich słabości tego typu urządzeń i umiejętnie korygować ich działanie.

Najwyższy czas, aby agencje rządowe podjęły kwestie standaryzacji i wprowadziły do ​​nich oparte na mikroprocesorach systemy zabezpieczeń przekaźników.

Gurevich VI Podatności mikroprocesorowych przekaźników ochronnych: problemy i rozwiązania. — M.: Infrainżynieria, 2014 — 248 s.: Il.