Op microprocessor gebaseerde relaisbeveiligingsapparaten: overzicht van mogelijkheden en controversiële kwesties

Ongeveer 15 jaar geleden werd in de energiesector op grote schaal nieuwe beveiligingsapparatuur voor stroomapparatuur geïntroduceerd die gebruikmaakt van op processor gebaseerde computertechnologie. Het werd de afgekorte term MPD genoemd - op microprocessor gebaseerde relaisbeveiligingsapparaten.

Ze vervullen de functies van gewone apparaten voor relaisbeveiliging en automatisering op basis van een nieuwe elementbasis - microcontrollers (microprocessorelementen).

Voordelen van beveiligingsapparaten voor microprocessorrelais

De afwijzing van elektromechanische en statische relais, die aanzienlijke afmetingen hebben, maakte een compactere plaatsing van apparatuur op relaisbeveiliging en automatische panelen mogelijk. Dergelijke ontwerpen begonnen aanzienlijk minder ruimte in te nemen. Tegelijkertijd is de bediening met aanraaktoetsen en het display visueler en handiger geworden.

Het externe aanzicht van het paneel, inclusief de beveiliging van het microprocessorrelais, wordt weergegeven in de afbeelding.Nu is de introductie van MPD een van de belangrijkste richtingen geworden in de ontwikkeling van relaisbeveiligingsapparaten. Dit wordt mogelijk gemaakt door het feit dat naast de hoofdtaak van relaisbeveiliging en automatisering - het elimineren van noodmodi, nieuwe technologieën het mogelijk maken een aantal extra functies te implementeren.

Ze bevatten:

• registratie van noodsituaties;

• het voorspellen van de ontkoppeling van synchrone gebruikers in geval van schendingen van de systeemstabiliteit;

• vermogen om lange afstanden te verkorten.

De implementatie van dergelijke mogelijkheden op basis van elektromechanische bescherming van EMI en analoge apparaten wordt vanwege technische problemen niet uitgevoerd.

Op microprocessor gebaseerde relaisbeveiligingssystemen werken volgens exact dezelfde principes van snelheid, selectiviteit, gevoeligheid en betrouwbaarheid als conventionele relaisbeveiligingsapparaten.

Tijdens het gebruik werden niet alleen de voordelen, maar ook de nadelen van dergelijke apparaten onthuld, en volgens sommige indicatoren zijn er nog steeds geschillen tussen fabrikanten en operators.

RZA-panelen voorzien van microprocessorbeveiliging

nadelen

Veel kopers van op een microprocessor gebaseerde relaisbeveiligingsapparaten waren ontevreden over de prestaties van deze systemen vanwege:

• hoge prijs;

• laag onderhoud.

Als in het geval van een storing van apparaten die op halfgeleider- of elektromechanische basis werken, het voldoende is om een ​​individueel defect onderdeel te vervangen, dan is het voor bescherming van de microprocessor vaak nodig om het hele moederbord te vervangen, waarvan de kosten een derde kunnen bedragen van de kosten van de gehele uitrusting.

Bovendien zal bij vervanging veel tijd nodig zijn om naar een onderdeel te zoeken: uitwisselbaarheid in dergelijke apparaten is volledig afwezig, zelfs in veel van hetzelfde type ontwerpen van dezelfde fabrikant.

Elektromechanische relais werken al meer dan 35 jaar met succes

Controversiële kwesties

1. Hoge betrouwbaarheid van microprocessorrelaisbeveiligingsapparaten in vergelijking met elektromechanische beveiliging

Fabrikanten van microprocessorapparaten met advertenties benadrukken de afwezigheid van bewegende delen in het systeem, wat verband houdt met het uitsluiten van mechanische slijtage. Ook toegevoegd zijn de problemen van metaalcorrosie en isolatieveroudering in elektromechanische en op halfgeleiders gebaseerde constructies.

De ervaring met de werking van elektromechanische beveiliging is al ongeveer anderhalve eeuw.De meeste energiebedrijven in Rusland en GOS-partners werken op deze basis. Veel relais worden al tientallen jaren gevoed en dankzij het ontwikkelde systeem van onderhoud en bediening kunnen ze gegarandeerd geruime tijd worden gebruikt.

In feite kunnen isolatiedefecten en corrosie slechts in twee gevallen voorkomen:

• schending van productietechnologie;

• afwijking van de regels voor gebruik en onderhoud.

Als we kijken naar de kwestie van mechanische slijtage van bewegende delen, moet er rekening mee worden gehouden dat deze alleen worden geactiveerd tijdens controles door personeel die na meerdere jaren worden uitgevoerd (rekening gehouden met het moment van gebruik) of bij ongevallen die veel gebeuren zelden.

Tegelijkertijd in microprocessorapparaten voor relaisbeveiliging:

• de meeste componenten bewaken constant het elektrische circuit en wisselen signalen met elkaar uit;

• de elementen van de elektrische ingangen worden constant blootgesteld aan een hoge spanning van 220 volt, evenals aan impuls- en piekwaarden van voorbijgaande processen;

• de high-speed pulse circuit power units werken zonder uitschakeling met vrijgave van warmte en vormen het grootste deel van de MPD-storingen.

2. De betrouwbaarheid van de relais nam geleidelijk toe van elektromechanische ontwerpen naar halfgeleiderontwerpen op basis van discrete componenten, vervolgens naar geïntegreerde schakelingen en de hoogste onder microprocessorapparaten

Statistieken tonen een hogere betrouwbaarheid van elektromechanische relais in vergelijking met halfgeleideranalogen bij dagelijks gebruik. Het tegenovergestelde beeld wordt alleen waargenomen wanneer de schakelcycli worden verhoogd tot enkele honderdduizenden of miljoenen.

Geïntegreerde schakelingen maken gebruik van een veel groter aantal elektronische elementen die minder bestand zijn tegen overspanning dan in solid-state relais. Dit geldt met name bij blootstelling aan statische elektriciteit en elektromagnetische ruis, die constant aanwezig zijn in hoogspanningsapparatuur.

De statistieken van storingen van microprocessorrelaisbeveiligingsapparaten van Japanse bedrijven weerleggen de mythe van de hoogste betrouwbaarheid van microprocessorbeveiliging. Ook 'softwarestoringen', die tijdens inspecties vaak niet kunnen worden gedetecteerd, maar op elk moment kunnen optreden, vallen hier niet onder.

3. De betrouwbaarheid van microprocessorrelaisbeveiligingsapparaten wordt verbeterd door ingebouwde zelfdiagnose

Op microprocessor gebaseerde verdedigingen omvatten:

• analoog-naar-digitaal omzetters;

• geheugen (ROM — ROM + RAM — RAM);

• VERWERKER;

• stroomvoorziening;

• output elektromagnetische relais;

• knooppunten van analoge en digitale ingangen.

Samenstelling van blokken microprocessorrelaisbeveiliging

Al deze componenten worden op verschillende manieren gedekt door zelfdiagnose-algoritmen en worden niet altijd volledig gecontroleerd.

De interne controle is bedoeld om de werking van de relaisbeveiliging te signaleren en te blokkeren in geval van een storing in het circuit, niet in het elektrische netwerk van het energiebedrijf. Daarom verhoogt het de betrouwbaarheid van het voedingssysteem niet.

4. De betrouwbaarheid van op een microprocessor gebaseerde relaisbeveiligingsapparaten is hoger omdat de componenten beter bestand zijn tegen fysieke veroudering

Met de juiste werking werken de elektromagnetische beveiligingsrelais die in de jaren 70 in de USSR zijn geïntroduceerd nog steeds perfect en hebben ze hun technische kenmerken behouden.

Elektrolytische condensatoren van zelfs de beste bedrijven in Japan, die deel uitmaken van de relaisbescherming, verliezen na 7 jaar gebruik in schakelende voedingen hun eigenschappen, dichtheid en creëren elektrolytlekken die de koperen sporen van de printplaten kunnen aantasten.

MPD-schadestatistieken van Japanse bedrijven

Fabrikanten van microprocessorapparaten hebben de wens gezien om de grootte van elektronische componenten te verkleinen door modi te creëren met een verhoogde warmteafvoer die uit het koelsysteem moet worden verwijderd, wat niet altijd wordt gedaan.

Moeilijkheden op het werk

1. Elektromagnetische compatibiliteit

Moderne micro-elektronica is erg gevoelig voor elektromagnetische straling, en sets van beveiligingsapparaten voor microprocessorrelais zijn geïnstalleerd op onderstations die werken in omstandigheden met een verhoogde elektrische veldsterkte, die een betrouwbare afgeschermde bescherming vereisen met een geaccumuleerde potentiële afvoer naar de aarde.

In veel onderstations voldoet de weerstand van de aardlus niet aan de vereisten voor de werking van microprocessorrelaisbeveiligingsapparaten, wat een grote hoeveelheid constructiewerk met zich meebrengt. Anders kunnen dergelijke beveiligingen leiden tot ongeautoriseerde werking in het geval van elektromagnetische storingen in het systeem, die gemakkelijk opzettelijk kunnen worden veroorzaakt, zoals hackeraanvallen op software.

2. Uit te voeren taken

Het falen van één microprocessorbeveiliging leidt tot ernstiger gevolgen voor elektriciteit dan het falen van elektromagnetische beveiliging, omdat functioneel het microprocessorrelaisbeveiligingsapparaat de taken van 3 ÷ 5 elektromagnetische beveiliging vervult.

3. Opleiding van het personeel

Een groot aantal bedrijven in de wereld met een omzet van meer dan miljarden dollars houdt zich bezig met de productie van microprocessorapparaten voor relaisbeveiliging. Alleen al in Rusland en de GOS-landen zijn meer dan 10 ondernemingen actief op de wereldmarkt.

Elk beveiligingsapparaat is gemaakt met behulp van een unieke technologie die de uitwisselbaarheid van elementen en software uitsluit. Technische beschrijvingen met gebruiksaanwijzing zijn meerbladige boeken met enkele honderden A4-tjes. Het kost veel tijd en voorafgaande gespecialiseerde kennis om ze te bestuderen.

Wanneer een nieuw type relaisbeveiligingsapparaat op basis van een microprocessor arriveert, zelfs van dezelfde fabrikant, moet het trainingsproces van het personeel opnieuw worden gestart.

conclusies

Op microprocessor gebaseerde relaisbeveiligingsapparaten zijn een echt vooruitstrevende richting in de ontwikkeling van elektriciteit.

De hoge betrouwbaarheid van microprocessorapparaten voor relaisbeveiliging, aangekondigd door fabrikanten, komt niet altijd overeen met de realiteit.

Personeel dat een microprocessorbeveiligingseenheid onderhoudt, moet op de hoogte zijn van alle zwakke punten van dergelijke apparaten en hun werking vakkundig corrigeren.

Het is de hoogste tijd dat overheidsinstanties standaardisatiekwesties oppakken en op microprocessor gebaseerde relaisbeveiligingssystemen introduceren.

Gurevich VI Kwetsbaarheden van microprocessorbeveiligingsrelais: problemen en oplossingen. — M.: Infra-engineering, 2014 — 248 p.: Il.