CC BY
98УДК 621.3
И.М. Кураш
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ ЗАЩИТ
В данной статье проведен обзор основных преимуществ и недостатков использования микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики. Для каждой позиции дано общее описание и сделан вывод относительно применения микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики в целом.
Ключевые слова: релейная защита и автоматика; надежность; микропроцессорные устройства; реле.
Релейная защита и автоматика (РЗиА) - комплекс устройств, предназначенных для быстрого, автоматического выявления и отделения от электроэнергетической системы поврежденных элементов в аварийных режимах с целью предотвращения возникновения неисправности оборудования и компонентов сети, а также предупреждения экономического ущерба. Защита осуществляет непрерывный контроль за состоянием защищаемого объекта и в зависимости от характера аварийного режима может действовать на сигнал или отключение. Короткие замыкания являются наиболее опасными видами аварийного режима, возникающими из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрыва проводов, ошибочного действия персонала (включение под напряжение заземленного оборудования, отключение разъединителей под нагрузкой). Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможно безопасное и полноценное функционирование электроэнергетической системы.
В настоящее время, в связи с развитием научно-технического прогресса и практического применения его достижений, можно заметить тенденцию массового внедрение современного оборудования релейной защиты и автоматики, работающих на базе микропроцессорных элементов. Это принципиально новый подход, который использует старые принципы функционирования хорошо зарекомендованных видов основных и резервных защит.
Начиная с середины XIX века и до нашего времени, реле претерпели различные изменения и улучшения, которые коснулись и основных физических принципов их работы. Составим градацию и выделим основные их группы [2]:
- Электромагнитное реле - реле, которое реагирует на величину электрического тока посредством притяжения ферромагнитного якоря или сердечника при прохождении тока через его обмотку;
- Поляризованное реле - электромагнитное реле, в котором состояние коммутируемых контактов зависит от направления протекания тока в обмотке его электромагнита, то есть от полярности его подключения;
- Магнитоэлектрическое реле - реле, работа которого основана на взаимодействии постоянного магнита и обтекаемой током обмотки;
- Индукционные реле - реле, принцип работы которого основан на взаимодействии между индуцированным в проводнике током и переменным магнитным потоком. Функционирует только на переменном токе;
- Полупроводниковое (статическое) реле - реле, измерительные органы и логика которого реализована на элементах микроэлектроники без использования программных средств вычис ления;
- Микропроцессорное реле - реле, устройство и архитектура которого реализована при помощи прогр аммных сред ств;
- Микропроцессорный терм инал реле йной защ иты и автоматики - устройство релейной защиты, управляющая часть которых реализована на базе микропроцессорных элементов (микроконтроллера).
Из вышеприведенной классификации выделим 2 группы, которые будут лежать в основе анализа и сравнения:
1. Устройства релейной защиты и автоматики, выполненные на традиционной элементной базе;
2. Микропроцессорные устро йства релейной защиты и автоматики, функционирующие по определенной внутренней логике, задаваемой и настраиваемой при помощи специализированных программных комплексов, управляющая часть которых реализована на базе микроконтроллера;
Основные преимущества микропро цессорных устройств РЗииА.
1. Главным и наболее значительным преимуществом микропро цессорных устройств РЗиА является - многофункциональность, которая позволяет реализовать в терминале работу различных функций с
© Кураш И.М., 2020.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2020. № 3-2 (102)
настраиваемой логикой и осуществить измерение различных физических величин. Устройство может быть типовым, что присуще большинству устройств серийного производста, так и может быть выполнено на заказ, что позволяет гибко реализовать защиту любого объекта и компонента электроэнергетической системы с необходимым набором параметров.
2. Еще одним важным преимуществом является - компактность устройств. Микропроцессорные устройства имеют небольшие габариты и позволяют заменить массивные панели и шкафы, выполненных на традиционной элементной базе, одним терминалом. Данная особенность позволяет сэкономить место и повысить удобство при обслуживании и эксплуатации устройства.
3. Возможность отказа от устаревшего вида отображения положения коммутационных аппаратов и заземляющих устройств на схеме-макете, на котором традиционно все изменения производились вручную. В современных терминалах РЗиА предусмотрена возможность просмотра мнемосхемы присоединений на дисплее, на котором в автоматическом режиме осуществляется изменение положения коммутационных аппаратов в соответствии с их фактическим положением. В данном случае система SCADA является альтернативной заменой.
4. Самодиагностика и возможность интеграции в автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП). Постоянный контроль за состоянием устройства и проведение всестороннего анализа позволяет своевременно выявить неисправности и уязвимости в функциональной части, а также предпринять действия по устранению или ограничению выходных воздействий, что дает возможность полностью исключить отказ или ложную работу устройства. Микр опро цессорные устройства, являющиеся час тью АСУ ТП, произ водят изме рения и доводят до оператора информацию о параметрах работы устройства, режиме работы системы или же о выявленных несоответствиях. Данный функционал значительно повышает надежность и наглядность функционирования системы релейной защиты и автоматики в целом.
5. Устойчивость к механическим воздействиям. Оценивая функционал устройств РЗиА на традиционной элементой базе, это свойство было выявлено у полупроводниковых ре ле. Современные устройства, работающих на микропроцессорной базе также имеют данную особенность. При наличии вероятности появления механических возмущений, должны использоваться устройства, которые полностью исключают это влияние.
6. Относительно малая нагрузка на трансформаторы тока. Общая нагрузка на трансформатор тока значительно ниже, чем у устройств, работающих на традиционной элементной базе.
7. Высокая чувствит ельность. Это достигается использованием более сложных форм характ еристик срабатывания, которые нельзя задать и реализовать на устройствах, работающих на традиционной элементной базе.
8. Точность измерения. Микропроцессорные устройства РЗиА отличаются повышенной точностью, которая позволяет устройству минимизировать погрешности измерения и обеспечить более точную работу в соответствии с заданными уставкам срабатывания.
9. Возможность регистрации и просмотра событий в хронологическом порядке, связанных с работой устройств и действий персонала, по настройке и эксплуатации микропроцессорных терминалов РЗиА.
Основные недостатки микропроцессорных устройств РЗиА:
1. Основным и пожалуй главным недостатком микропроцессорных устройств РЗиА является их высокая стоимость, которая складывается из эксплуатационных затрат, необходимости наличия специализированного программного обеспечения, а также обученного, высококвалифицированного персонала. Разнообразие фирм, выпускающих устройства РЗиА, диктует необходимость проведение обучение перс онала для работы на конкр етном устройстве с определенным программным обеспечением. Не смотря на этот недостаток, в настоящее время цена на микропроцессорные устройства постепенно снижается и на рынке появляются доступные, более бюджетные реше ния. Также благодаря разв итию информационных технологий в электроэнергетике, прослеживается тенденция к значительному снижению затрат на техобслуживание.
2. Еще одним недостатком является меньший, по сравнению с традиционными устройствами РЗиА, диапазон рабочих температур. Для решения этого недостатка требуется установка дополнительного оборудования, которое обеспечит надежное и бесперебойное функционирование устройства.
3. Большое колич ество персонала, кот орый имеет богатый оп ыт работы с традиц ионными устройствами РЗиА и не имеет опыта работы с новыми устройствами, работающими на микропроцессорной базе, в результате чего возникает сложность обслуживания и большая вероятность ошибки при настройке и наладке устройства, что непосредственно влияет на достоверность и правильность работы устройства в целом.
4. Требование к обеспечению информационной безопасности. Проблема несанкционированного доступа связывается исключительно с микропроцессорными устройствами РЗиА. Ни для одного из предыдущих поколений устройств релейной защиты она не существовала. Однако при правильном подходе эта угроза устраняется протоколами безопасности и типовыми мерами предосторожности, такими как: предусмотрение на устройстве парольной защиты, запрещающей работу с программным обеспечением; ограничение физического доступа к устройству; подключение к устройству посредством человеко-машинного интерфейса [3]. Если у микропроцессорных устройств РЗА убрать все связи с вне шним цифровым мир ом, то эта проб лема перестанет и вовсе сущест вовать точно так же, как и для любого другого устройства РЗиА, работающего на традиционной элементной базе.
5. Требования к обеспечению электромагнитной совместимости. Устройства РЗиА должны одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам. Микропроцессорные усройства РЗиА также подвержены влиянию помех, как и устройства выполненные на традиционной элементной базе, но в значительно большей степени.
6. Низкая ремонтопригодность. Если при возникновении неисправности или поломки устройств, работающих на полупроводниковой или электромеханической базе, достаточно заменить отдельную неисправную деталь, то для микропроцессорных терминалов защит необходимо производить замену материнскую платы или других высокотехнологичных составляющих, стоимость которых может составлять треть цены от стоимости всего оборудования. Для замены потребуется потратить много времени на поиск детали; взаимозаменяемость в таких устройствах полностью отсутствует даже у многих однотипных конструкций одного производителя [2].
Вывод: Анализируя все вышесказанное можно отметить, что несмотря на все недостатки устройств релейной защиты и автоматики, работающих на микропроцессорной базе, переход на их использование необходим и неменуим. В настоящее время, их использование является основным вектором развития и совершенствования системы релейной защиты в целом. Это подтверждает и статика, по которой уже на сегодняшний день до ля микропро цессорных устройств в РФ составляет порядка 15% и продо лжает постоянно рас ти.
Устройства, работающие на традиционной элементной базе обеспечивают надежную работу, но их эксплуатационные возможности ограничены и они не могут реализовывать ряд актуальных технологичских и эксплуатационных задач, которые на данный момент могут выполнять устройства защиты нового поколения, отвечая всем нормативным требованиям к работе устройств РЗиА.
Таким образом, микропроцессорные устройства практически по всем параметрам превосходят все предыдущие поколения защит и должны приниматься к установке при модернизации и новом проектировании.
Библиографический список
1. Общие определения. URL: https://ru.wikipedia.org
2. Смородин Г. С., Лысенко В. С., Копейкин Д. А., Гафаров А. А. Микропроцессорные устройства релейной защиты // Молодой ученый. — 2016. — №29. — С. 136-138. — URL https://moluch.ru/archeve/133/37131.
3. Минэнерго России: Приказ от 13.02.2019 г. №101 "Об утверждении требований к оснащению линий электропередачи и оборудования объектов электроэнергетики классом напряжения 110 кВ и выше устройствами и комплексами релейной защиты и автоматики, а также к принципам функционирования устройств и комплексов релейной защиты и автоматики".
КУРАШ ИГОРЬ МИХАЙЛОВИЧ - магистрант. Амурский государственный университет, Россия.
