Mikroprocessorbaserede relæbeskyttelsesenheder: oversigt over muligheder og kontroversielle spørgsmål

For omkring 15 år siden begyndte nyt strømudstyrsbeskyttelsesudstyr ved hjælp af processorbaseret computerteknologi at blive bredt introduceret i elindustrien. Det kom til at blive kaldt det forkortede udtryk MPD - mikroprocessorbaserede relæbeskyttelsesenheder.

De udfører funktionerne for almindelige enheder til relæbeskyttelse og automatisering baseret på en ny elementbase - mikrocontrollere (mikroprocessorelementer).

Fordele ved mikroprocessorrelæbeskyttelsesenheder

Afvisningen af ​​elektromekaniske og statiske relæer, som har betydelige dimensioner, muliggjorde en mere kompakt placering af udstyr på relæbeskyttelse og automatiske paneler. Sådanne designs begyndte at tage betydeligt mindre plads. Samtidig er styringen ved hjælp af touch-knapper og displayet blevet mere visuelt og bekvemt.

Det udvendige billede af panelet, inklusive mikroprocessorrelæbeskyttelsen, er vist på figuren.Nu er introduktionen af ​​MPD blevet en af ​​hovedretningerne i udviklingen af ​​relæbeskyttelsesenheder. Dette lettes af det faktum, at ud over hovedopgaven med relæbeskyttelse og automatisering — eliminering af nødtilstande, tillader nye teknologier implementering af en række yderligere funktioner.

De omfatter:

• registrering af nødsituationer;

• forudsigelse af afbrydelse af synkrone brugere i tilfælde af systemstabilitetsbrud;

• evne til at forkorte lange afstande.

Implementeringen af ​​sådanne kapaciteter baseret på elektromekanisk beskyttelse af EMI og analoge enheder udføres ikke på grund af tekniske vanskeligheder.

Mikroprocessorbaserede relæbeskyttelsessystemer fungerer efter nøjagtig de samme principper for hastighed, selektivitet, følsomhed og pålidelighed som konventionelle relæbeskyttelsesenheder.

Under driften blev ikke kun fordelene, men også ulemperne ved sådanne enheder afsløret, og ifølge nogle indikatorer er tvister mellem producenter og operatører stadig i gang.

RZA paneler udstyret med mikroprocessorbeskyttelse

ulemper

Mange købere af mikroprocessorbaserede relæbeskyttelsesenheder har været utilfredse med ydeevnen af ​​disse systemer på grund af:

• høj pris;

• lav vedligeholdelse.

Hvis det i tilfælde af fejl på enheder, der fungerer på halvleder- eller elektromekanisk basis, er nok at udskifte en individuel defekt del, så er det for mikroprocessorbeskyttelse ofte nødvendigt at udskifte hele bundkortet, hvis omkostninger kan være en tredjedel af omkostningerne ved hele udstyret.

Derudover vil udskiftning kræve at bruge meget tid på at lede efter en del: udskiftelighed i sådanne enheder er fuldstændig fraværende, selv i mange af de samme type designs fra den samme producent.

Elektromekaniske relæer har fungeret med succes i over 35 år

Kontroversielle spørgsmål

1. Høj pålidelighed af mikroprocessorrelæbeskyttelsesenheder sammenlignet med elektromekanisk beskyttelse

Producenter af mikroprocessorenheder med reklame understreger fraværet af bevægelige dele i systemet, hvilket er relateret til udelukkelse af mekaniske slidforhold. Her tilføjes også problemerne med metalkorrosion og isoleringsældning i elektromekaniske og halvlederbaserede strukturer.

Erfaringen med driften af ​​elektromekanisk beskyttelse er allerede omkring halvandet århundrede. De fleste energivirksomheder i Rusland og CIS-partnere arbejder på dette grundlag. Mange relæer har været drevet i flere årtier, og det udviklede system til vedligeholdelse og drift gør, at de kan garanteres at blive brugt i ret lang tid.

Faktisk kan isoleringsfejl og korrosion kun forekomme i to tilfælde:

• krænkelse af produktionsteknologi;

• afvigelse fra reglerne for drift og vedligeholdelse.

Hvis vi overvejer spørgsmålet om mekanisk slid på bevægelige dele, skal det huskes, at de kun udløses under kontrol af personale udført efter flere år (taget i betragtning fra driftstidspunktet) eller ved ulykker, der sker meget sjældent.

På samme tid i mikroprocessorenheder til relæbeskyttelse:

• de fleste komponenter overvåger konstant det elektriske kredsløb og udveksler signaler med hinanden;

• elementerne i de elektriske input er konstant udsat for en højspænding på 220 volt såvel som for impuls- og spidsværdier af transiente processer;

• højhastigheds pulskredsløbskraftenhederne fungerer uden nedlukning med frigivelse af varme og udgør hovedparten af ​​MPD-fejl.

2. Relæpålidelighed steg gradvist fra elektromekaniske design til halvlederdesign baseret på diskrete komponenter, derefter til integrerede kredsløb og det højeste blandt mikroprocessorenheder

Statistik viser højere pålidelighed af elektromekaniske relæer sammenlignet med halvlederanaloger i daglig brug. Det modsatte billede ses kun, når omskiftningscyklusserne øges til flere hundrede tusinde eller millioner.

Integrerede kredsløb anvender et meget større antal elektroniske elementer, der er mindre modstandsdygtige over for overspænding end i solid state-relæer. Dette gælder især, når de udsættes for statisk elektricitet og elektromagnetisk støj, som konstant er til stede i højspændingsudstyr.

Statistikken over fejl i mikroprocessorrelæbeskyttelsesenheder fra japanske virksomheder tilbageviser myten om den højeste pålidelighed af mikroprocessorbeskyttelse. Dette omfatter heller ikke "softwarefejl", som ofte ikke kan opdages under inspektioner, men kan opstå når som helst.

3. Pålideligheden af ​​mikroprocessorrelæbeskyttelsesenheder forbedres af indbygget selvdiagnostik

Mikroprocessor-baserede forsvar omfatter:

• analog-til-digital konvertere;

• hukommelse (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESSOR;

• Strømforsyning;

• udgangselektromagnetiske relæer;

• noder af analoge og digitale indgange.

Sammensætning af blokke af mikroprocessorrelæbeskyttelse

Alle disse komponenter er dækket på forskellige måder af selvdiagnosealgoritmer og er ikke altid fuldt kontrollerede.

Den interne kontrol er designet til at signalere og blokere relæbeskyttelsens funktion i tilfælde af en fejl i dens kredsløb, ikke i elselskabets elektriske netværk. Derfor øger det ikke strømsystemets pålidelighed.

4. Pålideligheden af ​​mikroprocessorbaserede relæbeskyttelsesenheder er højere, fordi dens komponenter er mere modstandsdygtige over for fysisk ældning

Med korrekt drift fungerer de elektromagnetiske beskyttelsesrelæer, der blev introduceret i USSR i 1970'erne, stadig perfekt og har bevaret deres tekniske egenskaber.

Elektrolytiske kondensatorer fra selv de bedste virksomheder i Japan, som er en del af relæbeskyttelsen, efter 7 års drift i at skifte strømforsyning mister deres egenskaber, tæthed og skaber elektrolytlækager, der kan korrodere kobbersporene på printpladerne.

MPD-skadestatistik for japanske virksomheder

Fabrikanter af mikroprocessorenheder har set et ønske om at reducere størrelsen af ​​elektroniske komponenter ved at skabe tilstande med øget varmeafledning, som skal fjernes fra kølesystemet, hvilket ikke altid gøres.

Besvær på arbejdet

1. Elektromagnetisk kompatibilitet

Moderne mikroelektronik er meget følsom over for elektromagnetisk stråling, og sæt af mikroprocessor-relæbeskyttelsesanordninger er installeret på transformerstationer, der opererer under forhold med øget elektrisk feltstyrke, hvilket kræver pålidelig afskærmet beskyttelse med akkumuleret potentiel dræn til jord.

I mange understationer opfylder modstanden af ​​jordsløjfen ikke kravene til driften af ​​mikroprocessorrelæbeskyttelsesanordninger, hvilket indebærer en stor mængde konstruktionsarbejde. Ellers kan sådanne beskyttelser føre til uautoriseret drift i tilfælde af elektromagnetiske forstyrrelser i systemet, som nemt kan skabes med vilje, såsom hackerangreb mod software.

2. Opgaver, der skal løses

Fejl i en mikroprocessorbeskyttelse fører til mere alvorlige konsekvenser for elektricitet end svigt af elektromagnetisk beskyttelse, fordi mikroprocessorrelæbeskyttelsesanordningen funktionelt udfører opgaverne med 3 ÷ 5 elektromagnetisk beskyttelse.

3. Personaleuddannelse

Et stort antal virksomheder i verden med en omsætning på mere end milliarder af dollars er engageret i produktionen af ​​mikroprocessorenheder til relæbeskyttelse. Alene i Rusland og SNG-landene opererer mere end 10 virksomheder på verdensmarkedet.

Hver sikkerhedsenhed er lavet ved hjælp af en unik teknologi, der udelukker udskiftelighed mellem elementer og software. Tekniske beskrivelser med brugsanvisning er flersidede bøger med flere hundrede A4-ark. Det kræver meget tid og forudgående specialiseret viden at studere dem.

Når en ny type mikroprocessor-baseret relæbeskyttelsesanordning ankommer, selv fra samme producent, skal personaleuddannelsesprocessen genstartes.

konklusioner

Mikroprocessorbaserede relæbeskyttelsesanordninger er en virkelig progressiv retning i udviklingen af ​​elektricitet.

Den høje pålidelighed af mikroprocessorenheder til relæbeskyttelse, annonceret af producenterne, svarer ikke altid til virkeligheden.

Personale, der servicerer enhver mikroprocessorbeskyttelsesenhed, skal være opmærksom på alle svaghederne ved sådanne enheder og dygtigt korrigere deres funktion.

Det er på høje tid, at offentlige myndigheder tager standardiseringsspørgsmål op og bringer mikroprocessorbaserede relæbeskyttelsessystemer ind i dem.

Gurevich VI Sårbarheder i mikroprocessorbeskyttelsesrelæer: problemer og løsninger. — M.: Infra-teknik, 2014 — 248 s.: Il.