基于微处理器的继电保护装置：可能性和有争议的问题概述

大约15年前，采用基于处理器的计算机技术的新型电力设备保护设备开始广泛引入电力行业。它后来被称为缩写词 MPD — 基于微处理器的继电保护设备。

它们基于新的元件库——微控制器（微处理器元件）执行普通设备的功能，用于继电保护和自动化。

微机继电保护装置的优点

拒绝具有显着尺寸的机电和静态继电器，使得在继电保护和自动面板上更紧凑地放置设备成为可能。这样的设计开始占用更少的空间。同时，使用触摸按钮和显示屏进行控制变得更加直观和方便。

面板的外部视图，包括微处理器继电保护，如图所示。现在引入MPD已成为继电保护装置发展的主要方向之一。这是因为除了继电保护和自动化的主要任务——消除紧急模式外，新技术还允许实现许多附加功能。

他们包括：

• 紧急情况登记；

• 在违反系统稳定性的情况下预测同步用户的断开连接；

• 缩短长距离的能力。

由于技术上的困难，这些基于 EMI 和模拟设备的机电保护的能力的实现没有进行。

基于微处理器的继电保护系统在速度、选择性、灵敏度和可靠性方面的原理与传统继电保护装置完全相同。

在运营过程中，这种设备不仅有优势，也有劣势，而且从一些指标来看，厂商和运营商之间的纠纷还在继续。

配备微处理器保护的 RZA 面板

劣势

许多基于微处理器的继电保护设备的购买者对这些系统的性能不满意，原因如下：

• 高价;

• 低维护。

如果在半导体或机电基础上运行的设备出现故障，更换单个有缺陷的部件就足够了，那么为了保护微处理器，通常需要更换整个主板，其成本可能是主板成本的三分之一整个设备。

此外，更换将需要花费大量时间寻找零件：即使在同一制造商的许多相同类型的设计中，此类设备也完全没有互换性。

机电式继电器已成功运行超过 35 年

有争议的问题

1、微机继电保护装置与机电保护相比可靠性高

带有广告的微处理器设备制造商强调系统中没有运动部件，这与排除机械磨损条件有关。这里还增加了机电和半导体结构中的金属腐蚀和绝缘老化问题。

机电保护的运行经验已经有大约一个半世纪的历史，俄罗斯和独联体合作伙伴的大多数能源企业都以此为基础开展工作。许多继电器已经使用了几十年，成熟的维护和操作系统使它们可以保证使用相当长的时间。

事实上，绝缘缺陷和腐蚀只会在两种情况下发生：

• 违反生产技术；

• 违反操作和维护规则。

如果我们考虑运动部件的机械磨损问题，那么应该记住，它们仅在几年后（从操作时间开始考虑）或在发生很多事故时由人员进行检查时触发很少。

同时在微机装置中作继电保护：

• 大多数组件不断监控电路并相互交换信号；

• 电气输入的元件不断暴露在 220 伏特的高压下，以及瞬态过程的脉冲和峰值；

• 高速脉冲电路功率单元在不停机的情况下运行并释放热量，并构成 MPD 故障的主要部分。

2、继电器可靠性从机电设计逐渐提高到基于分立元件的半导体设计，再到集成电路，在微处理器器件中最高

统计数据显示，与日常使用的半导体类似物相比，机电继电器具有更高的可靠性。只有当开关周期增加到几十万或几百万时，才会观察到相反的情况。

与固态继电器相比，集成电路采用了更多的电子元件，这些元件对过压的抵抗力较低。当暴露于高压电源设备中经常出现的静电和电磁噪声时尤其如此。

日本公司微处理器继电保护装置的故障统计，驳斥了微处理器保护可靠性最高的神话。此外，这还不包括“软件故障”，这种故障在检查时通常无法检测到，但随时可能发生。

3、内置自诊断功能，提高了微机继电保护装置的可靠性

基于微处理器的防御包括：

• 模数转换器；

• 内存（ROM — ROM + RAM — RAM）；

• 处理器;

• 电源;

• 输出电磁继电器；

• 模拟和数字输入的节点。

微机继电保护块的组成

所有这些组件都由自诊断算法以不同的方式覆盖，并不总是完全受控。

内部检查的目的是在电路出现故障时发出信号并阻止继电保护的运行，而不是在电力公司的电网中。因此，它不会增加电力系统的可靠性。

4、微机继电保护装置的元器件更耐物理老化，可靠性更高

如果操作得当，1970 年代在苏联引进的电磁保护继电器仍然可以完美地工作，并保留了它们的技术特性。

即使是日本最好的公司的电解电容器，作为继电保护的一部分，在开关电源中运行 7 年后会失去其性能、密封性并产生电解液泄漏，从而腐蚀电路板的铜轨道。

日本企业MPD损伤统计

微处理器设备制造商已经看到了通过创建必须从冷却系统中移除的增加散热的模式来减小电子元件尺寸的愿望，这并不总是如此。

工作困难

1.电磁兼容

现代微电子对电磁辐射非常敏感，在电场强度增加的条件下运行的变电站安装了成套的微处理器继电保护装置，需要可靠的屏蔽保护，将累积的电位漏入大地。

在许多变电站中，接地回路的电阻不满足微机继电保护装置动作的要求，施工量大。否则，此类保护可能会在系统中出现电磁干扰时导致未经授权的操作，这种干扰很容易被有意制造，例如针对软件的黑客攻击。

二、待完成的任务

一种微机保护失效对电力造成的后果比电磁保护失效更严重，因为微机继电保护装置在功能上承担着3÷5电磁保护的任务。

3.员工培训

世界上为数众多的营业额超过数十亿美元的公司都在从事继电保护用微处理器设备的生产。仅在俄罗斯和独联体国家，就有 10 多家企业在世界市场上经营。

每个安全设备都使用独特的技术制造，排除了元素和软件的互换性。带有使用说明的技术说明是包含数百张 A4 纸的多页书籍。研究它们需要大量时间和先验专业知识。

当一种新型的基于微处理器的继电保护装置到来时，即使来自同一制造商，也必须重新开始人员培训过程。

结论

基于微处理器的继电保护装置是电力发展中真正进步的方向。

制造商宣布的用于继电保护的微处理器设备的高可靠性并不总是与现实相符。

维护任何微处理器保护装置的人员必须了解此类设备的所有弱点并熟练地纠正它们的操作。

现在是政府机构处理标准化问题并将基于微处理器的继电保护系统纳入其中的时候了。

Gurevich VI 微处理器保护继电器的漏洞：问题和解决方案。 — M.：Infra-engineering，2014 — 248 页：Il。