Вопрос 2.Микропроцессорная релейная защита. Преимущества и недостатки.

Большинство фирм производителей оборудования РЗА прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу.

Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и автоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает ее стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные устройства очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных устройств.

Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше, чем у микроэлектронных, а тем более электромеханических. Так, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1-0,5 ВА, аппаратная погрешность - в пределах 2-5%, коэффициент возврата измерительных органов составляет 0,96-0,97.

Для защит выполненных на электромеханической базе стандартная ступень селективности Дt составляет 0,5 сек. Микропроцессорные защиты позволяют обеспечить ступень селективности равную 0,2-0,3 сек.

Мировыми лидерами в производстве устройств РЗА являются концерны GE, AREVA (ALSTOM), ABB, SIEMENS. В последнее время выпуск микропроцессорных устройств РЗА освоили и ряд фирм России, Украины. В России микропроцессорные устройства РЗиА выпускают НПО «Механотроника», В Украине Компанией Энергомашвин (ЭМВ) разработан и выпускается целый комплекс микропрцессорных устройств, охватывающий практически полностью потребности распределительных сетей 6-110кВ.

Современные микропроцессорные устройства РЗА объединили функции релейной защиты, автоматики, измерения, регулирования и управления электроустановками. В структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта они являются устройствами сбора информации.

Преимущества и недостатки

Отличие релейной защиты с использованием микропроцессоров от электромеханической. Измерительные преобразователи воспринимают в основном только два параметра: величину тока и величину напряжения в сети. Для электромеханической релейной защиты этих сведений вполне достаточно: при определенных отклонениях параметров на цепь управления поступит соответствующий сигнал, и сеть будет отключена. Микропроцессорные устройства на основании анализа двух данных параметров выдают и запоминают еще целый ряд дополнительных, таких, например, как: причина отключения, время и дата отключения, ток и длительность аварийной ситуации, векторная диаграмма напряжений и токов в линии в момент отключения и пр. Но конечная задача этих устройств - также дать сигнал на отключение при перегрузке сети.

Таким образом, можно сказать, что достоинством микропроцессорной защиты являются не их функциональные качества, а удобство в эксплуатации. Они выполняют те же самые функции, что и электромеханические защиты.

Достоинства микропроцессорных устройств:

1. Уменьшение массы и габаритов.

2. Сокращение числа обслуживающего персонала.

3. Уменьшение затрат на эксплуатацию, так как можно с пульта управления проводить работу, которая выполняется вручную в случае использования электромеханических устройств.

4. Объединение функций защиты, автоматики, управления и контроля в одном устройстве.

Недостатки микропроцессорных устройств:

1. Возможность системной ошибки из-за компьютерного вируса. Вероятность системной ошибки при микропроцессорных защитах достаточно велика. Это наблюдается на примере эксплуатации в США и Европе.

2. У микропроцессоров очень высокая чувствительность к электромагнитным излучениям, из-за чего много ложных срабатываний. Они не способны выдерживать сильные нагрузки.

3. Еще один очень существенный недостаток микропроцессоров - они требуют обновления программного продукта, который устаревает гораздо быстрее, чем техника. Он устаревает через три года, через пять лет его уже нужно менять, а в масштабах энергосистемы это очень большие затраты.

Много специалистов в этой области дают отрицательный ответ и приводят следующие аргументы:

1. Экономические факторы. Микропроцессорная защита очень дорогая. При этом старение микропроцессорных устройств сопоставимо со старением компьютерной техники (10 лет), в то время как традиционная релейная защита благополучно работает до 50 лет.

2. Отсутствие квалифицированного обслуживающего персонала.

3. Вопрос электромагнитной совместимости. Прежде чем ставить микропроцессорную защитную аппаратуру необходимо провести реконструкцию всех действующих подстанций с тем, чтобы заземляющие контуры довести до соответствующих требований. В российских условиях проще снести подстанции бульдозером, а на их месте или рядом построить новые

Однако переход на микропроцессорную релейную защиту неизбежен, так как он поднимает управление энергосистемой на новый технологический уровень. И эти проблемы требуют решения.

Например вопросы надежности решаются дублированием.

Пример: швейцарское отделение АВВ при строительстве линии электропередач в Киргизии продублировало свою микропроцессорную релейную защиту российскими электромеханическими аппаратами защиты ЧЭАЗ.

Процессы в энергосистемах настолько сложны, что считается вполне оправданным дублирование, защиты аппаратами работающими на разных принципах. Бессмысленно дублировать линию аналогичными защитами, поскольку в переходных процессах, которые могут происходить на линии, эти устройства будут вести себя совершенно одинаково. А вот когда второе дублирующее устройство работает на другом проверенном принципе (электромеханическое устройство), то это уже другой подход - грамотный.

Большинство фирм производителей оборудования РЗА прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу.

Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и автоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает ее стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные устройства очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных устройств.

Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше, чем у микроэлектронных, а тем более электромеханических. Так, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1-0,5 ВА, аппаратная погрешность - в пределах 2-5%, коэффициент возврата измерительных органов составляет 0,96-0,97.

Для защит выполненных на электромеханической базе стандартная ступень селективности Δt составляет 0,5 сек. Микропроцессорные защиты позволяют обеспечить ступень селективности равную 0,2-0,3 сек.

Мировыми лидерами в производстве устройств РЗА являются концерны GE, AREVA (ALSTOM), ABB, SIEMENS. Общей для них является тенденция все большего перехода на цифровую технику. Цифровые защиты, выпускаемые этими фирмами, имеют высокую стоимость, которая, впрочем, окупается их высокими техническими характеристиками и многофункциональностью. Использование цифровых способов обработки информации в устройствах РЗА существенно расширило их возможности и улучшило эксплуатационные качества. В последнее время выпуск микропроцессорных устройств РЗА освоили и ряд фирм России, Украины. В России микропроцессорные устройства РЗиА выпускают НПО «Механотроника», В Украине Компанией Энергомашвин (ЭМВ) разработан и выпускается целый комплекс микропрцессорных устройств, охватывающий практически полностью потребности распределительных сетей 6-110кВ.

Современные микропроцессорные устройства РЗА объединили функции релейной защиты, автоматики, измерения, регулирования и управления электроустановками. В структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта они являются устройствами сбора информации.

Преимущества и недостатки

Отличие релейной защита с использованием микропроцессоров от электромеханической. Измерительные преобразователи воспринимают в основном только два параметра: величину тока и величину напряжения в сети. Для электромеханической релейной защиты этих сведений вполне достаточно: при определенных отклонениях параметров на цепь управления поступит соответствующий сигнал, и сеть будет отключена. Микропроцессорные устройства на основании анализа двух данных параметров выдают и запоминают еще целый ряд дополнительных, таких, например, как: причина отключения, время и дата отключения, ток и длительность аварийной ситуации, векторная диаграмма напряжений и токов в линии в момент отключения и пр. Но конечная задача этих устройств - также дать сигнал на отключение при перегрузке сети.

Вопрос в том, насколько необходимы все эти дополнительные параметры и насколько увеличившийся объем информации улучшает качество работы релейной защиты. Логика работы энергосистемы не изменилась - не увеличилось количество операций, выполняемых энергосистемой: производство электроэнергии, передача и распределение ее потребителям, - а следовательно, не увеличилось и количество основных функций, которые должна выполнять релейная защита. Таким образом, можно сказать, что достоинством микропроцессорной защиты являются не их функциональные качества, а удобство в эксплуатации. Они выполняют те же самые функции, что и электромеханические защиты.

Достоинства микропроцессорных устройств:

1. Уменьшение массы и габаритов.

2. Сокращение числа обслуживающего персонала.

3. Уменьшение затрат на эксплуатацию, так как можно с пульта управления проводить работу, которая выполняется вручную в случае использования электромеханических устройств.

4. Объединение функций защиты, автоматики, управления и контроля в одном устройстве.

Недостатки микропроцессорных устройств:

1. Возможность системной ошибки из-за компьютерного вируса. Вероятность системной ошибки при микропроцессорных защитах достаточно велика. Это наблюдается на примере эксплуатации в США и Европе.

2. У микропроцессоров очень высокая чувствительность к электромагнитным излучениям, из-за чего много ложных срабатываний. Они не способны выдерживать сильные нагрузки.

3. Еще один очень существенный недостаток микропроцессоров - они требуют обновления программного продукта, который устаревает гораздо быстрее, чем техника. Он устаревает через три года, через пять лет его уже нужно менять, а в масштабах энергосистемы это очень большие затраты.

Готова ли энергетическая система России для перехода на микропроцессорную технику?

Много специалистов в этой области дают отрицательный ответ и приводят следующие аргументы:

1. Экономические факторы. Микропроцессорная защита очень дорогая. При этом старение микропроцессорных устройств сопоставимо со старением компьютерной техники (10 лет), в то время как традиционная релейная защита благополучно работает до 50 лет.

2. Отсутствие квалифицированного обслуживающего персонала.

3. Вопрос электромагнитной совместимости. Прежде чем ставить микропроцессорную защитную аппаратуру необходимо провести реконструкцию всех действующих подстанций с тем, чтобы заземляющие контуры довести до соответствующих требований. В российских условиях проще снести подстанции бульдозером, а на их месте или рядом построить новые. Можно привести пример Казахстана. Они получили иностранный кредит и выбрали концепцию чистого поля, вплоть до того, что будут строиться новые подстанции параллельно с действующими.

Однако переход на микропроцессорную релейную защиту неизбежен, так как он поднимает управление энергосистемой на новый технологический уровень. И эти проблемы требуют решения.

Например вопросы надежности решаются дублированием.

Пример: швейцарское отделение АВВ при строительстве линии электропередач в Киргизии продублировало свою микропроцессорную релейную защиту российскими электромеханическими аппаратами защиты ЧЭАЗ.

Процессы в энергосистемах настолько сложны, что считается вполне оправданным дублирование, защиты аппаратами работающими на разных принципах. Бессмысленно дублировать линию аналогичными защитами, поскольку в переходных процессах, которые могут происходить на линии, эти устройства будут вести себя совершенно одинаково. А вот когда второе дублирующее устройство работает на другом проверенном принципе (электромеханическое устройство), то это уже другой подход - грамотный.