Ключников В.Г.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ *
Аннотация:
в работе рассмотрены преимущества и недостатки использования современных микропроцессорных терминалов релейной защиты, которые применяются для модернизации релейного оборудования, выполненного на электромеханических реле.
Ключевые слова:
релейная защита, микропроцессорные терминалы, электромеханические реле
Релейная защита является основным видом автоматики, необходимость которой отражается в обеспечении бесперебойной работы энергосистемы, предотвращении любого вида повреждений силового оборудования и минимизации последствий при ненормальных режимах работы и аварийных ситуациях. Она представляет из себя набор устройств, которые при внештатной ситуации выявляют неисправный участок и отключают его от энергосистемы. К релейной защите должны предъявляться следующие четыре требования:1. Селективность – представляет из себя действие защиты, которое отключает непосредственно только поврежденный элемент энергосистемы.Она подразделяется на два вида:а) абсолютная селективность – работает по принципу срабатывания только при коротком замыкании,б) относительная селективность – представляет из себя защиты, которые срабатывают только как резервные при повреждении на каком-то соседнем элементе энергосистемы.2. Быстродействие – это свойство, характеризующейся скорость обнаружения и отключения неисправного элемента системы.3. Чувствительность – представляет из себя свойство релейной защиты, которое дает возможность выявить повреждение и ненормальный режим в энергосистеме в зоне действия защиты.4. Надежность – защита должна правильно и безотказно среагировать на отключение оборудования при любом из его повреждений и ненормальных режимов работы на срабатывание, для которого она предназначена и не срабатывание в ситуациях, при которых ее работа не требуется.В сфере разработки и исследований релейной защиты и автоматики постоянно происходит движение вперед. Все труды и усилия разработчиков сначала были направлены на создание электронных, а затем и микропроцессорных устройств релейной защиты. Несмотря на то, что защита, построенная на электромеханических реле, уже долгое время обеспечивает надежную работу многих энергетических объектов, такой вид защиты подвержен старению и ухудшению работы и, в связи с этим происходит постепенный переход на микропроцессорные устройства.Однако переход на микропроцессорные реле на действующих объектах электроэнергетики требует огромных финансовых вложений. Также значительных вложений средств и времени требуют модернизация панелей, ячеек и подготовка персонала. Все это в совокупности замедляет процесс перехода на современные устройства защиты.Одной из основных проблем РЗА является срок службы релейного оборудования. В данный момент на объектах электроэнергетики устройства РЗА на электромеханической базе эксплуатируются больше, чем 25 лет, при этом превысив срок службы в 2 раза, так как их срок службы составляет 10-15 лет.На основании данных ПАО «Россети Центр» по состоянию на 2024 год, порядка 70% устройств РЗА имеют электромеханическую и микроэлектронную базу, срок эксплуатации которых, превышен в два и более раза. Из-за этого они требуют учащенные проверки и обслуживание, а также и в некоторых ситуациях замены [1, с. 75].Согласно данным приведенным на сайте ПАО «Россети Центр» на объектах электроэнергетики эксплуатируется порядка 1,8 миллиона устройств РЗА, из которых [2, с. 6]:78,8% - электромеханические реле,5,5% - микроэлектронные реле,15,7 – микропроцессорные реле.Эти данные отражены на рисунке 1.Рисунок 1. Распределение устройств РЗА по составу элементной базы.На основании рисунка можно провести анализ и сделать вывод, что подавляющее большинство устройств, использующихся в релейной защите, составляют электромеханические реле.Также рассмотрим процентное количество устройство, которые превышают нормативный срок службы на основании рисунка 2 [2, с. 6].Рисунок 2. Процентное количество устаревших реле.По причине старения оборудования его характеристики также ухудшаются и из-за этого происходит электрическое ухудшение контактов реле, отражающуюся в следующем:1) механический износ,2) электрическая эрозия,3) перенос металла с одного контакта на другой,4) сваривание контактов,5) ухудшение пружинящих свойств,6) загрязнение пылью и грязью,7) снижение сопротивления изоляции.К сожалению, полностью предотвратить эти процессы невозможно, однако можно учесть эти моменты и вовремя заменить устаревшее реле, не дожидаясь его полного отказа работы.Для того, чтобы полностью избежать этого необходимо применять микропроцессорные устройства, которые имеют следующие преимущества:1. Получение данных о причине отключения. К этому пункту можно отнести то, что в микропроцессорных реле можно узнать причину, дату и время, величину тока короткого замыкания, векторную диаграмму [3, с. 43].2. Возможность быстрого и оперативного изменения уставок. На электромеханических реле для того, чтобы точно выставить ток срабатывания, приходилось тратить время на поиск токовых цепей вторичного оборудования и присоединения к ним устройства измерительного параметров РЗА. На реле МП исполнения данный процесс занимает всего несколько минут путем ввода актуальных уставок через цифровой дисплей.3. Многофункциональность. Представляет собой замену релейного отсека любого оборудования объекта, находящегося в эксплуатации, на всего одно МП устройство, включающего в себя множество функций защиты.4. Высокая чувствительность. Проявляется это в использовании сложных форм характеристики срабатывания, построенной на логической схеме, которую невозможно реализовать на реле ЭМ исполнения.5. Точность измерения. Достигается повышенной точностью таких устройств, позволяющая минимизировать погрешность измерения и обеспечить точную работу в соответствии с заданными уставками срабатывания защиты.7. Компактность. Такое преимущество достигается в уменьшении занимаемого места большого количества электромеханических реле всего лишь одним микропроцессорным устройством релейной защиты. Также не всегда является уместным использовать электромеханику их из-за ограниченного пространства, так как они занимают намного больше места, чем современные терминалы. С этим можно столкнуться на центральной распределительной подстанции или на самой подстанции. Для этого применяют малогабаритные ячейки, в которых не удобно реализовывать монтаж вторичных цепей для всего вида электромеханического оборудования.8. Возможность оперативно вводить незадействованные функции в работу. Несмотря на то, что некоторые функции могут не использоваться, однако в некоторых ситуациях их можно оперативно ввести в работу при необходимости.10. Определение расстояния до места короткого замыкания. Очень часто данный вид защиты применяется для линий 6-35 кВ распределительных сетей. Микропроцессорное реле дополнительно может определять расстояние до места КЗ и сравнивать его с длиной защищаемой линии [4, с. 5].11. Уменьшение ступени селективности. Как известно, на электромеханических реле время ступени селективности примерно будет равна 0,4-0,6 секунд и определяется выдержкой времени защиты и временем отключения выключателя [5, с. 5]. Однако на современных терминалах в совокупности применения вместе с современными вакуумными выключателями время ступени селективности будет значительна меньше и равна 0,15-0,2 секунды, что позволяет нам более гибко настроить систему. Это будет иметь преимущество в сложной развлетвленной сети, в которой при использовании старого оборудования эту ступень превышать нельзя.Но не смотря на все свои плюсы микропроцессорные терминалы также имеют и следующие недостатки:Высокая стоимость – она состоит из эксплуатационных затрат, наличия специального программного обеспечения и обученного персонала, умеющего работать с такими устройствами.Обеспечение информационной безопасности.Низкая ремонтопригодность. К сожалению, микропроцессорные устройства РЗА имеют очень трудный ремонт, по сравнению с электромеханическими реле. При выходе из строя терминала часто приходится заменять платы или высокотехнологические составляющие, стоимость которых может составлять часть цены самого реле, а в отдельных случаях и приходится отправлять устройство на ремонт на завод производитель, что может занимать не малое количество времени, Электромагнитная совместимость. Данный недостаток проявляется в том, что такие реле более требовательные и чувствительные, особенно к скачкам напряжения и частоты, что часто приводит к выходу из строя оборудования или же его ремонту.Заземляющий контур. Из-за этого необходимо тщательно подходит к проектированию и проверке за контуром заземления, особенно это важно производить в сетях, использующих изолированный тип нейтрали.Тем самым, зная все проблемы и недостатки микропроцессорных терминалов, можно попытаться подкорректировать дальнейшее развитие этих реле с возможностью их исправления в целях сокращения ущерба. Что же касаемо будущего применении электромеханических реле, то я считаю их стоит оставить как резервный вид защит, так как они более надежны к электромагнитным воздействиям и имеют возможность работать при дефиците оперативного питания и после воздействиям на них различных скачкообразных импульсов.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 1
Ссылка для цитирования:
Ключников В.Г. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ // Вестник науки №6 (87) том 1. С. 2147 - 2154. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23839 (дата обращения: 12.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+