Các thiết bị bảo vệ rơle dựa trên bộ vi xử lý: tổng quan về các khả năng và các vấn đề gây tranh cãi

Khoảng 15 năm trước, thiết bị bảo vệ thiết bị điện mới sử dụng công nghệ máy tính dựa trên bộ xử lý đã bắt đầu được giới thiệu rộng rãi trong ngành điện. Nó được gọi là thuật ngữ viết tắt MPD - thiết bị bảo vệ rơle dựa trên bộ vi xử lý.

Chúng thực hiện các chức năng của các thiết bị thông thường để bảo vệ rơle và tự động hóa dựa trên cơ sở phần tử mới - bộ vi điều khiển (phần tử vi xử lý).

Ưu điểm của thiết bị bảo vệ rơle vi xử lý

Việc loại bỏ các rơle điện cơ và tĩnh, có kích thước đáng kể, giúp có thể bố trí thiết bị nhỏ gọn hơn trên các bảng bảo vệ rơle và bảng tự động. Những thiết kế như vậy bắt đầu chiếm ít không gian hơn đáng kể. Đồng thời, điều khiển bằng các nút cảm ứng và màn hình đã trở nên trực quan và thuận tiện hơn.

Giao diện bên ngoài của bảng điều khiển, bao gồm cả bảo vệ rơle bộ vi xử lý, được hiển thị trong hình.Giờ đây, việc giới thiệu MPD đã trở thành một trong những hướng chính trong việc phát triển các thiết bị bảo vệ rơ le. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi ngoài nhiệm vụ chính là bảo vệ rơle và tự động hóa — loại bỏ các chế độ khẩn cấp, các công nghệ mới cho phép thực hiện một số chức năng bổ sung.

Chúng bao gồm:

• đăng ký tình trạng khẩn cấp;

• dự đoán việc ngắt kết nối của người dùng đồng bộ trong trường hợp vi phạm tính ổn định của hệ thống;

• khả năng rút ngắn quãng đường dài.

Việc thực hiện các khả năng như vậy dựa trên bảo vệ cơ điện của EMI và các thiết bị tương tự không được thực hiện do những khó khăn kỹ thuật.

Các hệ thống bảo vệ rơle dựa trên bộ vi xử lý hoạt động trên cùng một nguyên tắc về tốc độ, độ chọn lọc, độ nhạy và độ tin cậy như các thiết bị bảo vệ rơle thông thường.

Trong quá trình vận hành, không chỉ ưu điểm mà cả nhược điểm của các thiết bị đó cũng được bộc lộ, và theo một số chỉ số, tranh chấp giữa nhà sản xuất và nhà khai thác vẫn đang tiếp diễn.

Tấm RZA được trang bị bảo vệ bộ vi xử lý

nhược điểm

Nhiều người mua thiết bị rơle bảo vệ dựa trên bộ vi xử lý đã không hài lòng với hiệu suất của các hệ thống này do:

• giá cao;

• mức độ bảo trì thấp.

Nếu trong trường hợp hỏng hóc của các thiết bị hoạt động trên cơ sở bán dẫn hoặc cơ điện, chỉ cần thay thế một bộ phận bị lỗi riêng lẻ là đủ, thì để bảo vệ bộ vi xử lý, thường phải thay thế toàn bộ bo mạch chủ, chi phí có thể bằng một phần ba chi phí toàn bộ thiết bị.

Ngoài ra, việc thay thế sẽ đòi hỏi bạn phải dành nhiều thời gian để tìm kiếm một bộ phận: khả năng thay thế lẫn nhau trong các thiết bị như vậy hoàn toàn không có ngay cả trong nhiều kiểu thiết kế giống nhau của cùng một nhà sản xuất.

Rơle điện cơ đã hoạt động thành công hơn 35 năm

Các vấn đề gây tranh cãi

1. Thiết bị bảo vệ rơle vi xử lý có độ tin cậy cao so với bảo vệ điện cơ

Các nhà sản xuất thiết bị vi xử lý có quảng cáo nhấn mạnh việc không có các bộ phận chuyển động trong hệ thống, điều này có liên quan đến việc loại trừ các điều kiện mài mòn cơ học. Ngoài ra, ở đây còn có các vấn đề về ăn mòn kim loại và lão hóa cách điện trong các cấu trúc dựa trên cơ điện và chất bán dẫn.

Kinh nghiệm vận hành bảo vệ cơ điện đã có khoảng một thế kỷ rưỡi, phần lớn các doanh nghiệp năng lượng ở Nga và các đối tác CIS đều làm việc trên cơ sở này. Nhiều rơle đã được cung cấp năng lượng trong vài thập kỷ và hệ thống bảo trì và vận hành được phát triển cho phép chúng được đảm bảo sử dụng trong một thời gian khá dài.

Trên thực tế, các khuyết tật cách điện và ăn mòn chỉ có thể xảy ra trong hai trường hợp:

• vi phạm công nghệ sản xuất;

• sai lệch so với các quy tắc vận hành và bảo trì.

Nếu chúng ta xem xét vấn đề mài mòn cơ học của các bộ phận chuyển động, thì cần lưu ý rằng chúng chỉ được kích hoạt khi nhân viên kiểm tra sau vài năm (tính đến thời điểm vận hành) hoặc trong các tai nạn xảy ra nhiều hiếm khi.

Đồng thời trong các thiết bị vi xử lý để bảo vệ rơle:

• hầu hết các thành phần liên tục theo dõi mạch điện và trao đổi tín hiệu với nhau;

• các phần tử của đầu vào điện liên tục tiếp xúc với điện áp cao 220 volt, cũng như các giá trị xung và cực đại của các quá trình nhất thời;

• các đơn vị năng lượng mạch xung tốc độ cao hoạt động mà không cần tắt máy với sự giải phóng nhiệt và tạo thành phần chính của các lỗi MPD.

2. Độ tin cậy của rơle tăng dần từ thiết kế cơ điện đến thiết kế bán dẫn dựa trên các linh kiện rời, rồi đến mạch tích hợp và cao nhất trong các thiết bị vi xử lý

Thống kê cho thấy độ tin cậy của rơle điện cơ cao hơn so với các loại tương tự bán dẫn trong sử dụng hàng ngày. Hình ảnh ngược lại chỉ được quan sát thấy khi các chu kỳ chuyển đổi được tăng lên vài trăm nghìn hoặc hàng triệu.

Các mạch tích hợp sử dụng một số lượng lớn hơn nhiều các phần tử điện tử có khả năng chống quá áp thấp hơn so với các rơle trạng thái rắn. Điều này đặc biệt đúng khi tiếp xúc với tĩnh điện và nhiễu điện từ, thường xuyên xuất hiện trong các thiết bị điện cao áp.

Số liệu thống kê về sự cố của các thiết bị bảo vệ rơle bộ vi xử lý của các công ty Nhật Bản bác bỏ huyền thoại về độ tin cậy cao nhất của bảo vệ bộ vi xử lý. Ngoài ra, điều này không bao gồm "lỗi phần mềm", thường không thể phát hiện được trong quá trình kiểm tra nhưng có thể xảy ra bất cứ lúc nào.

3. Độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ rơle vi xử lý được cải thiện nhờ tính năng tự chẩn đoán tích hợp

Phòng thủ dựa trên bộ vi xử lý bao gồm:

• bộ chuyển đổi tương tự sang số;

• bộ nhớ (ROM — ROM + RAM — RAM);

• BỘ XỬ LÝ;

• Nguồn cấp;

• đầu ra rơle điện từ;

• nút của đầu vào tương tự và kỹ thuật số.

Thành phần các khối của rơle bảo vệ vi xử lý

Tất cả các thành phần này được bao phủ theo những cách khác nhau bằng các thuật toán tự chẩn đoán và không phải lúc nào cũng được kiểm soát hoàn toàn.

Kiểm tra bên trong được thiết kế để báo hiệu và chặn hoạt động của bảo vệ rơle trong trường hợp có lỗi trong mạch của nó, không phải trong mạng điện của công ty điện lực. Do đó không làm tăng độ tin cậy của HTĐ.

4. Độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ rơle dựa trên bộ vi xử lý cao hơn vì các thành phần của nó có khả năng chống lão hóa vật lý tốt hơn

Khi hoạt động đúng cách, các rơle bảo vệ điện từ được giới thiệu ở Liên Xô vào những năm 1970 vẫn hoạt động hoàn hảo và giữ nguyên các đặc tính kỹ thuật của chúng.

Các tụ điện điện phân của ngay cả những công ty tốt nhất ở Nhật Bản, là một phần của bảo vệ rơle, sau 7 năm hoạt động trong việc chuyển đổi nguồn điện sẽ mất đi đặc tính, độ kín và tạo ra rò rỉ chất điện phân có thể ăn mòn các rãnh đồng của bảng mạch.

Thống kê thiệt hại MPD của các công ty Nhật Bản

Các nhà sản xuất thiết bị vi xử lý đã nhìn thấy mong muốn giảm kích thước của các linh kiện điện tử bằng cách tạo ra các chế độ tăng khả năng tản nhiệt phải được loại bỏ khỏi hệ thống làm mát, điều này không phải lúc nào cũng được thực hiện.

Khó khăn trong công việc

1. Tương thích điện từ

Vi điện tử hiện đại rất nhạy cảm với bức xạ điện từ và các bộ thiết bị bảo vệ rơle bộ vi xử lý được lắp đặt tại các trạm biến áp hoạt động trong điều kiện cường độ điện trường tăng, yêu cầu bảo vệ được che chắn đáng tin cậy với khả năng tiêu hao tiềm năng tích lũy xuống đất.

Ở nhiều trạm biến áp, điện trở của vòng nối đất không đáp ứng yêu cầu cho hoạt động của các thiết bị bảo vệ rơle vi xử lý, điều này đồng nghĩa với khối lượng công việc xây dựng lớn. Mặt khác, các biện pháp bảo vệ như vậy có thể dẫn đến hoạt động trái phép trong trường hợp nhiễu loạn điện từ trong hệ thống, có thể dễ dàng được tạo ra một cách có chủ ý, chẳng hạn như các cuộc tấn công của tin tặc vào phần mềm.

2. Nhiệm vụ phải hoàn thành

Sự cố của một bảo vệ bộ vi xử lý dẫn đến hậu quả về điện nghiêm trọng hơn so với sự cố của bảo vệ điện từ, bởi vì về mặt chức năng, thiết bị bảo vệ rơle vi xử lý thực hiện nhiệm vụ của 3 ÷ 5 bảo vệ điện từ.

3. Đào tạo nhân viên

Một số lượng lớn các công ty trên thế giới với doanh thu hơn hàng tỷ đô la đang tham gia vào việc sản xuất các thiết bị vi xử lý để bảo vệ rơle. Chỉ riêng ở Nga và các nước SNG, hơn 10 doanh nghiệp hoạt động trên thị trường thế giới.

Mỗi thiết bị bảo mật được tạo ra bằng một công nghệ duy nhất loại trừ khả năng thay thế lẫn nhau của các thành phần và phần mềm. Mô tả kỹ thuật với hướng dẫn sử dụng là cuốn sách nhiều trang với vài trăm tờ A4. Phải mất rất nhiều thời gian và kiến ​​thức chuyên ngành trước đó để nghiên cứu chúng.

Khi một loại thiết bị rơle bảo vệ dựa trên bộ vi xử lý mới xuất hiện, thậm chí từ cùng một nhà sản xuất, quy trình đào tạo nhân viên phải được bắt đầu lại.

kết luận

Các thiết bị bảo vệ rơle dựa trên bộ vi xử lý là một hướng tiến bộ thực sự trong sự phát triển của ngành điện.

Độ tin cậy cao của các thiết bị vi xử lý để bảo vệ rơle, được công bố bởi các nhà sản xuất, không phải lúc nào cũng tương ứng với thực tế.

Nhân viên bảo dưỡng bất kỳ bộ phận bảo vệ bộ vi xử lý nào phải nhận thức được tất cả các điểm yếu của các thiết bị đó và khéo léo khắc phục hoạt động của chúng.

Đã đến lúc các cơ quan chính phủ phải giải quyết các vấn đề tiêu chuẩn hóa và đưa các hệ thống bảo vệ rơle dựa trên bộ vi xử lý vào chúng.

Gurevich VI Các lỗ hổng của rơle bảo vệ bộ vi xử lý: các vấn đề và giải pháp. — M.: Hạ tầng kỹ thuật, 2014 — 248 tr.: Il.