基於微處理器的繼電保護裝置：可能性和有爭議的問題概述

大約15年前，採用基於處理器的計算機技術的新型電力設備保護設備開始廣泛引入電力行業。它後來被稱為縮寫詞 MPD — 基於微處理器的繼電保護裝置。

它們基於新的元件庫——微控制器（微處理器元件）執行普通設備的功能，用於繼電保護和自動化。

微機繼電保護裝置的優點

拒絕具有顯著尺寸的機電和靜態繼電器，使得在繼電保護和自動面板上更緊湊地放置設備成為可能。這樣的設計開始佔用更少的空間。同時，使用觸摸按鈕和顯示屏進行控制變得更加直觀和方便。

面板的外部視圖，包括微處理器繼電保護，如圖所示。現在引入MPD已成為繼電保護裝置發展的主要方向之一。這是因為除了繼電保護和自動化的主要任務——消除緊急模式外，新技術還允許實現許多附加功能。

他們包括：

• 緊急情況登記；

• 在違反系統穩定性的情況下預測同步用戶的斷開連接；

• 縮短長距離的能力。

由於技術上的困難，這些基於 EMI 和模擬設備的機電保護的能力的實現沒有進行。

基於微處理器的繼電保護系統在速度、選擇性、靈敏度和可靠性方面的原理與傳統繼電保護裝置完全相同。

在運營過程中，這種設備不僅有優勢，也有劣勢，而且從一些指標來看，廠商和運營商之間的糾紛還在繼續。

配備微處理器保護的 RZA 面板

劣勢

許多基於微處理器的繼電保護設備的購買者對這些系統的性能不滿意，原因如下：

• 高價;

• 低維護。

如果在半導體或機電基礎上運行的設備出現故障，更換單個有缺陷的部件就足夠了，那麼為了保護微處理器，通常需要更換整個主板，其成本可能是主板成本的三分之一整個設備。

此外，更換將需要花費大量時間尋找零件：即使在同一製造商的許多相同類型的設計中，此類設備也完全沒有互換性。

機電式繼電器已成功運行超過 35 年

有爭議的問題

1、微機繼電保護裝置與機電保護相比可靠性高

帶有廣告的微處理器設備製造商強調系統中沒有運動部件，這與排除機械磨損條件有關。這裡還增加了機電和半導體結構中的金屬腐蝕和絕緣老化問題。

機電保護的運行經驗已經有大約一個半世紀的歷史，俄羅斯和獨聯體合作夥伴的大多數能源企業都以此為基礎開展工作。許多繼電器已經使用了幾十年，成熟的維護和操作系統使它們可以保證使用相當長的時間。

事實上，絕緣缺陷和腐蝕只會在兩種情況下發生：

• 違反生產技術；

• 違反操作和維護規則。

如果我們考慮運動部件的機械磨損問題，那麼應該記住，它們僅在幾年後（從操作時間開始考慮）或在發生很多事故時由人員進行檢查時觸發很少。

同時在微機裝置中作繼電保護：

• 大多數組件不斷監控電路並相互交換信號；

• 電氣輸入的元件不斷暴露在 220 伏特的高壓下，以及瞬態過程的脈沖和峰值；

• 高速脈衝電路功率單元在不停機的情況下運行並釋放熱量，並構成 MPD 故障的主要份額。

2、繼電器可靠性從機電設計逐漸提高到基於分立元件的半導體設計，再到集成電路，在微處理器器件中最高

統計數據顯示，與日常使用的半導體類似物相比，機電繼電器具有更高的可靠性。只有當開關週期增加到幾十萬或幾百萬時，才會觀察到相反的情況。

與固態繼電器相比，集成電路採用了更多的電子元件，這些元件對過壓的抵抗力較低。當暴露於高壓電源設備中經常出現的靜電和電磁噪聲時尤其如此。

日本公司微處理器繼電保護裝置的故障統計，駁斥了微處理器保護可靠性最高的神話。此外，這還不包括“軟件故障”，這種故障在檢查時通常無法檢測到，但隨時可能發生。

3、內置自診斷功能，提高了微機繼電保護裝置的可靠性

基於微處理器的防禦包括：

• 模數轉換器；

• 內存（ROM — ROM + RAM — RAM）；

• 處理器;

• 電源;

• 輸出電磁繼電器；

• 模擬和數字輸入的節點。

微機繼電保護塊的組成

所有這些組件都由自診斷算法以不同的方式覆蓋，並不總是完全受控。

內部檢查的目的是在電路出現故障時發出信號並阻止繼電保護的運行，而不是在電力公司的電網中。因此，它不會增加電力系統的可靠性。

4、微機繼電保護裝置的元器件更耐物理老化，可靠性更高

如果操作得當，1970 年代引入蘇聯的電磁保護繼電器仍然可以完美地工作，並保留了它們的技術特性。

即使是日本最好的公司的電解電容器，作為繼電保護的一部分，在開關電源中運行 7 年後會失去其性能、密封性並產生電解液洩漏，從而腐蝕電路板的銅軌道。

日本企業MPD損傷統計

微處理器設備製造商已經看到了通過創建必須從冷卻系統中移除的增加散熱的模式來減小電子元件尺寸的願望，這並不總是如此。

工作困難

1.電磁兼容

現代微電子對電磁輻射非常敏感，在電場強度增加的條件下運行的變電站安裝了成套的微處理器繼電保護裝置，需要可靠的屏蔽保護，將累積的電位漏入大地。

在許多變電站中，接地迴路的電阻不滿足微機繼電保護裝置動作的要求，施工量大。否則，此類保護可能會在系統中出現電磁干擾時導致未經授權的操作，這種干擾很容易被有意製造，例如針對軟件的黑客攻擊。

二、待完成的任務

一種微機保護失效比電磁保護失效對電力造成更嚴重的後果，因為微機繼電保護裝置在功能上執行3÷5電磁保護的任務。

3.員工培訓

世界上為數眾多的營業額超過數十億美元的公司都在從事繼電保護用微處理器設備的生產。僅在俄羅斯和獨聯體國家，就有 10 多家企業在世界市場上經營。

每個安全設備都使用獨特的技術製造，排除了元素和軟件的互換性。帶有使用說明的技術說明是包含數百張 A4 紙的多頁書籍。研究它們需要大量時間和先驗專業知識。

當一種新型的基於微處理器的繼電保護裝置到來時，即使來自同一製造商，人員培訓過程也必須重新開始。

結論

基於微處理器的繼電保護裝置是電力發展中真正進步的方向。

製造商宣布的用於繼電保護的微處理器設備的高可靠性並不總是與現實相符。

維修任何微處理器保護裝置的人員必須了解此類裝置的所有弱點並熟練地糾正它們的操作。

現在是政府機構處理標準化問題並將基於微處理器的繼電保護系統納入其中的時候了。

Gurevich VI 微處理器保護繼電器的漏洞：問題和解決方案。 — M.：Infra-engineering，2014 — 248 頁：Il。