Микропроцессорные устройства защиты и автоматики

Устройства релейной защиты в распределительных сетях 6÷10 кВ в подавляющем большинстве случаев, более 95 %, выполнены на электромеханических реле, и только около 2 % приходится на долю цифровых защитных устройств, по данным на 2004 г.

Не смотря на то, что практика показывает высокий процент правильных действий РЗА [10], для электромеханических реле характерны существенные недостатки, которые препятствуют или существенно затрудняют комплексную автоматизацию распределительных сетей. К таким недостаткам относят:

- большое время отключения междуфазных КЗ;

- невозможность выполнения многократных устройств АПВ;

- трудности в выполнении устройств, запоминающих сверхтоки КЗ и токи замыканий на землю;

- трудности в выполнении устройств с автоматическим изменением уставок срабатывания РЗА;

- отсутствие эффективной защиты от однофазных замыканий на землю.

Появление микропроцессорных реле позволило создать малогабаритные устройства защиты и автоматики с большим количеством функций и высокой надежностью. Программы, алгоритмы работы и регулирования закладываются в память микропроцессорного устройства. Микропроцессорная система, работающая в реальном времени, использует заложенные или предварительно обработанные данные временных зависимостей в защищаемом элементе. Например, цифровое реле максимального тока с обратнозависимой времятоковой характеристикой вычисляет по заданному алгоритму необходимое время срабатывания реле в зависимости от значения тока КЗ или тока перегрузки электрооборудования. Необходимую времятоковую характеристику заранее выбирают из нескольких заложенных характеристик.

Компьютерные программы используют не только для обеспечения функционирования цифровых реле, но и для их дистанционной настройки и обслуживания.

Кроме того, цифровые реле, выполненные на микропроцессорной элементной базе, могут входить в современную цифровую АСУ электроустановками как ее нижний иерархический уровень. Таким образом реле-терминалы обеспечивают не только защиту от КЗ и нештатных режимов, но и управление коммутационными аппаратами, регистрацию параметров нормальных и аварийных режимов, учет электроэнергии, передачу данных на верхний уровень АСУ и прием приходящих команд.

Перспективным является использование МП–устройств РЗА в системах электроснабжения промышленных предприятий при резких изменениях токов КЗ и электрической нагрузки, что имеет место при питании предприятия от нескольких источников, например, от собственной ТЭЦ и энергосистемы. При возникновении аварийной ситуации в зависимости от конкретных условий используют различные схемы питания. Так, например, при достаточно большой мощности собственного источника, когда он может обеспечить основную нагрузку предприятия, в нормальном режиме используют один (рабочий) источник энергосистемы и параллельно с ним работающие генераторы ТЭЦ. При авариях и переходе в автономный режим в качестве источника питания сохраняются лишь параллельно работающие генераторы ТЭЦ, что меняет требования к РЗА, поскольку уменьшаются значения токов КЗ, чувствительность ряда защит становится недостаточной, и требует ее перестройки. Такая перестройка РЗА в системе электроснабжения без отключения потребителей действиями оперативного персонала достаточно сложна, а в ряде случаев практически невозможна. В таких ситуациях целесообразно применять автоматически перестраивающуюся систему РЗА, что достигается с помощью МП–устройств.

Цифровые устройства защиты обеспечивают более быстрое отключение КЗ, чем электромеханические. Цифровые реле могут осуществлять профилактические защиты электрооборудования от опасных режимов, предотвращая возникновение КЗ.

К недостаткам цифровых реле можно отнести:

- малую помехоустойчивость;

- маломощный выходной сигнал, что делает необходимым применение усилителей, а также использование, например, промежуточных электромеханических реле для связи с катушкой привода выключателя.

Отмечается, что переход на цифровые способы обработки информации не привел к появлению новых принципов построения защиты электрооборудования, но существенно улучшил эксплуатационные качества реле.

К основным преимуществам МП–устройств относятся

- большое число выполняемых функций;

- возможность дистанционного управления РЗА;

- простое аппаратное исполнение за счет применения микропроцессоров;

- высокая эксплуатационная надежность;

- возможность быстрого проведения сложных расчетных операций программным путем;

- получение большого объема информации об аварийных режимах;

- обеспечение самодиагностики исправности устройства в процессе
эксплуатации;

- удобство технического обслуживания;

- минимальные массогабаритные показатели.

Системы РЗА нового поколения применяются для подстанций всех уровней напряжения и представляют совокупность микропроцессорных устройств релейной защиты и компьютерной системы управления, обеспечивающих:

- наглядность процесса для оператора, что дает возможность оператору своевременно реагировать для предотвращения аварии;

- дистанционное управление, как терминалами релейной защиты, так и первичным оборудованием подстанции;

- непрерывную диагностику, позволяющую проводить предаварийную профилактику;

- гибкость как в работе с устройствами релейной защиты, так и в использовании системы автоматизации;

- возможность наращивания системы, как релейной защиты, так и измерения и управления;

- регистрирование и сохранение всех величин в предаварийных и аварийных ситуациях для точного послеаварийного анализа причин аварии;

- ряд вспомогательных функций управления и контроля, например, автоматической разгрузки.

Надежность системы энергоснабжения достигается многократным резервированием и постоянным контролем исправности устройств оператором рабочей станции, дежурным персоналом подстанции. В результате – автоматически и дистанционно локализуются повреждения и, тем самым, сводится к минимуму ущерб от перерывов энергоснабжения.