Эволюция элементной базы релейной защиты и автоматики

 

В настоящее время до сих пор эксплуатируются электромеханические защитные устройства, которые обладают следующими недостатками:

1. Большие габариты, следовательно, большие релейные залы и увеличение строительной части.

2. Большое количество использования медных кабелей и перегрузка источников питания.

3. Большая номенклатура изделий (каждое изделие для своей цели).

4. Трудоемкость обслуживания (регулировка реле).

5. Большое число запчастей и запасных реле, которые необходимо иметь.

6. Низкая точность срабатывания из-за высокой температуры и частотной зависимости.

7. Зависимость надежности реле от механических элементов.

8. Отсутствие информации о рабочем состоянии реле в период эксплуатации.

Для преодоления этих негативных факторов появились качественно новые решения, особенно когда появились полупроводниковые приборы. Однако использование полупроводников в реле строении вызвало ряд новых проблем:

1. Низкая помехозащищенность

2. Плохая взаимозаменяемость элементов, из-за разброса параметров. Поэтому полупроводниковые устройства РЗ и автоматики на сегодняшний день вытесняются устройствами, выполненными на основе интегральных микросхем.

Однако использование таких панелей имеет следующие недостатки:

1. Сохранились больше габариты.

2. Сохранилась функциональная разобщенность устройств и элементов РЗА.

3. Увеличилось количество коммутирующих связей между устройствами, следовательно, риск ошибок оперативного персонала.

4. Узкая специализация сохранилась

5. Сохранилась система периодического технического обслуживания.

Революционный скачок в релестроении возник, когда начались промышленно изготавливаться микросхемы и микропроцессоры.

 

Микропроцессорные защиты

 

Большинство фирм производителей 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 электроавтоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные реле очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных.

Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше 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.

Мировыми лидерами в производстве микропроцессорной защиты и автоматики являются европейские концерны ALSTOM (AREVA), ABB и SIEMENS. Общим является все больший переход на цифровую технику. Цифровые защиты, выпускаемые этими фирмами, имеют высокую стоимость, которая, впрочем, окупается их высокими техническими характеристиками и многофункциональностью.

Переход на цифровые способы обработки информации в устройствах РЗА не привел к появлению каких-либо новых принципов построения защиты электроустановок, но существенно улучшил эксплуатационные качества реле.

Современные цифровые устройства РЗА интегрированы в рамках единого информационного комплекса функций релейной защиты, измерения, регулирования и управления электроустановкой. Такие устройства в структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта являются оконечными устройствами сбора информации. В интегрированных цифровых комплексах РЗА появляется возможность перехода к новым нетрадиционным измерительным преобразователям тока и напряжения – на основе оптоэлектронных датчиков, трансформаторов без ферромагнитных сердечников и т. д. Эти преобразователи технологичнее при производстве, обладают очень высокими метрологическими характеристиками, но имеют малую выходную мощность и непригодны для работы с традиционной аппаратурой.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики (МПУ РЗА) — устройство релейной защиты, реализованное на основе микропроцессорных элементов. Помимо основной функции — аварийного отключения энергетических систем, МПУ РЗА имеют дополнительные функции по сравнению с устройствами релейной защиты других типов (например, электромеханическими реле) по регистрации аварийных ситуаций.

Первое поколение МПУ РЗА копировало своих предшественников (электромеханические устройства и полупроводниковые), т.е. каждое устройство имело узкую специализацию, такая узкая специализация устройств никого не устраивала, т.е. к микропроцессорным устройствам защиты предъявлялись следующие требования защиты:

· Объединение единичных функций.

· Повышение точности селективности, гибкости релейной защиты и автоматики.

· Адаптируемость к режимам энергосистемы, отличным от номинальных, т.е. анормальные режимы.

· Возможность координации управления и защиты в пределах объекта.

Ведущие европейские фирмы (Siemens, ABB) при разработке микропроцессорных устройств РЗА выдвинули единые требования, предъявляемые при их производстве:

1. РЗ каждой фирмы должна выполняться на собственных аппаратных и программных средствах и должна функционировать как в составе комплексов управления защит, так и индивидуально.

2. РЗ любой фирмы должна работать с одним языком и протоколом обмена, иметь связь с измерительными трансформаторами, выключателями, с комплексом управления и информационной сетью.