Сравнение релейных защит с использованием электромеханических и микропроцессорных устройств

В релейную защиту микропроцессорные устройства пришли довольно поздно, чем в другие области электротехники. Первые устройства защиты с микропроцессорами выпустили в начале 80-х гг Siemens и ABB. Именно к этому времени появились процессоры, способные принять необходимое количество сигналов о состоянии сети и преобразовать их.

Схема работы и тех, и других (МУРЗ и ЭМРЗ) аналогична. Совокупность измерительных преобразователей воспринимает незапланированные отклонения от нормальной работы сети (о состоянии угла сдвига фаз, о величине напряжения и тока, и др.), стоящие за ними приборы анализируют состояние сети («мозги») и в зависимости от величины отклонений выдают команду на противоаварийное отключение. Приборы, анализирующие состояние сети, выполняются на электромеханических реле (релейная логика) или на микропроцессорах (логика, реализованная на базе микропроцессоров) с соответствующими периферийными устройствами, которые преобразуют аналоговый сигнал.

Измерительные преобразователи воспринимают в основном только два параметра: величину тока и величину напряжения в сети. Для электромеханической релейной защиты этих сведений вполне достаточно: при определенных отклонениях параметров на цепь управления поступит сигнал, и сеть будет отключена. Микропроцессорные устройства на основании двух данных параметров выдают и запоминают еще целый ряд дополнительных: причина отключения, время и дата отключения, ток и длительность аварийной ситуации, векторная диаграмма напряжений и токов в линиях в момент отключения и другие. Но конечная задача этих устройств – дать сигнал на отключение при перегрузке сети.

Электромеханические реле защиты (ЭМРЗ) последнего поколения полностью удовлетворяли всем требованиям, предъявляемым к ним как к средствам защиты электроэнергетических объектов от аварийных режимов в течение десятков лет. В новейших микропроцессорных устройствах релейной защиты (МУРЗ) функции релейной защиты объединили с функциями устройств связи передачи данных, регистраторов аварийных режимов, узлов подстанционной логики и другие. Такие многофункциональные комплексы стали сравнивать с единичными однофункциональными ЭМРЗ, отработавшими не один десяток лет и порядком изношенными, и говорить о неоспоримых преимуществах микропроцессорных «реле защиты». При этом как бы упускается из виду, что речь идет о совершенно разных по выполняемым функциям устройствах, которые просто нельзя сравнивать друг с другом. В статьях мировых производителей и дистрибьюторов (МУРЗ) отмечаются только положительные качества МУРЗ, хотя существуют ряд проблем, связанных с переходом на микропроцессорные системы. Несмотря на проблемы, связанные с внедрением МУРЗ, их все более широкое распространение и полное вытеснение ими электромеханических реле является неизбежным уже только потому, что выпуск электромеханических реле полностью прекращен практически всеми ведущими мировыми производителями реле. Причиной этого являются не непреодолимые принципиальные недостатки электромеханических реле, а сверхприбыли, которые получают компании, при производстве МУРЗ по сравнению с производством электромеханических реле. Поскольку будущее релейной защиты неизбежно связано с микропроцессорными системами (во всяком случае, для сложных защит), прогноз путей развития этого вида техники представляет безусловный интерес.

Однако встает вопрос, насколько необходимы все эти дополнительные параметры, оснащаемые МУРЗ, и на сколько увеличившийся объем информации улучшает качество работы релейной защиты? Логика работы энергосистемы не изменилась, не увеличилось количество операций, выполняемых энергосистемой: производство электроэнергии, передача и перераспределение ее потребителям, - а следовательно, не увеличилось и количество основных функций, которая должна выполнить релейная защита. Таким образом, можно сказать, что достоинством микропроцессорной защиты являются не их функциональные качества, а удобство в эксплуатации. Они (МУРЗ) выполняют те же самые функции, что и ЭМРЗ.

Апологеты использования микропроцессорных устройств в релейной защите говорят также о таких их достоинствах, как уменьшение массогабаритов, сокращение числа обслуживающего персонала, уменьшение затрат на эксплуатацию, поскольку при наличии МУРЗ можно с пульта управления проводить работу, которая выполняется вручную в случае использования ЭМРЗ. Однако, МУРЗ имеет и ряд существенных недостатков.

Так, одно из достоинств защиты с микропроцессорами может обернуться крупным недостатком. На пульте управления установки задаются одним нажатием кнопки, но никто не застрахован от системной ошибки, даже при наличии дополнительного компьютерного контроля, потому что существует такая вещь, как компьютерный вирус. Поэтому вероятность системной ошибки при микропроцессорных защитах достаточно велика, что наблюдается в США и Европе.

У микропроцессоров очень высокая чувствительность, может быть поэтому достаточно много ложных срабатываний, кроме того они не способны выдерживать сильные нагрузки.

Говоря о возможном переходе на защиту, основанную на микропроцессорах, возникает еще одна проблема – их подверженность электромагнитным излучениям, что в значительной степени снижает эффект защиты. Есть еще одно «но» в вопросе переоснащения российской энергосистемы – электромагнитная совместимость. Прежде чем ставить МУРЗ необходимо провести реконструкцию всех действующих подстанций с тем, чтобы заземляющие контуры довести до соответствующих требований.

Микропроцессорные реле не обеспечили более высокий уровень надежности электроснабжения и не облегчили работу обслуживающего персонала.

Еще один очень существенный недостаток МУРЗ – они требуют обновления программного продукта, который устаревает гораздо быстрее, чем техника. Он устаревает через три года, через пять лет его уже нужно менять, а в масштабах нашей энергосистемы это очень большие затраты.

Кроме того, внедрять повсеместно в российской энергетической системе микропроцессорную технику нецелесообразно не только по техническим причинам и по соображениям безопасности, но и в силу экономических факторов. Отечественной релейной защиты с использованием микропроцессорных устройств у нас практически нет, а импортные - очень дорогие. При этом старение микропроцессорных устройств сопоставимо со старением компьютерной техники (10 лет), в то время как традиционная релейная защита благополучно работает до 50 лет. Ограничивающим фактором использования релейной защиты на микропроцессорах также является отсутствие квалифицированного обслуживающего персонала. Например, на совещании в "Мосэнерго" было отмечено, что в их системе установлены 1000 микропроцессорных устройств 56 различных типов пяти различных фирм. Получается, что обслуживающий персонал должен освоить, и при этом основательно, все 56 типов защитных устройств, со всеми их особенностями и нюансами. А это нереально.

Таблица 6.1. - Сравнение релейных защит с использованием электромеханических и микропроцессорных устройств

Электромеханические УРЗ	Микропроцессорные УРЗ
Преимущества	Недостатки	Преимущества	Недостатки
Высокая надежность	Сложность в эксплуатации	Удобство в эксплуатации	Возможность преднамеренных дистанционных воздействий с целью нарушения её работы
Низкая стоимость	Настройка реле по месту его установки	Не значительные массогабариты	Требуют обновления программного продукта
Низкая подверженность электромагнитным возмущениям со стороны питающей системы	Большое количество обслуживающего персонала	Позволяет передавать информацию на удаленный пульт	Высокая подверженность электромагнитных возмущений со стороны питающей системы
Отсутствие чужеродных элементов РЗ	Высокие массогабариты	Высокая чувствительность	Ложные срабатывания
Высокий ресурс		Селективность	Высокая стоимость
Единые теоретические сведения		Быстродействие	Не являются взаимозаменяемыми
Взаимозаменяемость элементов РЗ		Сокращение числа обслуживающего персонала	Неремонтопригод-ность