Dispositivos de protección de relés basados en microprocesadores: descripción general de las posibilidades y cuestiones controvertidas
Hace aproximadamente 15 años, los nuevos equipos de protección de equipos de energía que utilizan tecnología informática basada en procesadores comenzaron a introducirse ampliamente en la industria de la energía. Llegó a llamarse el término abreviado MPD: dispositivos de protección de relés basados en microprocesadores.
Realizan las funciones de los dispositivos ordinarios para la protección y automatización de relés basados en una nueva base de elementos: microcontroladores (elementos de microprocesador).
Ventajas de los dispositivos de protección de relé de microprocesador
El rechazo de los relés electromecánicos y estáticos, que tienen dimensiones importantes, hizo posible una colocación más compacta de los equipos en los paneles automáticos y de protección de relés. Dichos diseños comenzaron a ocupar mucho menos espacio. Al mismo tiempo, el control mediante botones táctiles y la pantalla se han vuelto más visuales y convenientes.
La vista exterior del panel, incluida la protección del relé del microprocesador, se muestra en la figura.Ahora, la introducción de MPD se ha convertido en una de las direcciones principales en el desarrollo de dispositivos de protección de relés. Esto se ve facilitado por el hecho de que, además de la tarea principal de protección y automatización de relés, la eliminación de los modos de emergencia, las nuevas tecnologías permiten implementar una serie de funciones adicionales.
Incluyen:
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registro de condiciones de emergencia;
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predecir la desconexión de usuarios síncronos en caso de violaciones de la estabilidad del sistema;
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posibilidad de acortar largas distancias.
La implementación de dichas capacidades basadas en la protección electromecánica de dispositivos EMI y analógicos no se lleva a cabo debido a dificultades técnicas.
Los sistemas de protección de relés basados en microprocesadores funcionan exactamente con los mismos principios de velocidad, selectividad, sensibilidad y confiabilidad que los dispositivos de protección de relés convencionales.
Durante la operación, no solo se revelaron las ventajas, sino también las desventajas de dichos dispositivos y, según algunos indicadores, las disputas entre fabricantes y operadores aún continúan.
Paneles RZA equipados con protección por microprocesador
desventajas
Muchos compradores de dispositivos de protección de relés basados en microprocesadores no están satisfechos con el rendimiento de estos sistemas debido a:
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precio alto;
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bajo mantenimiento.
Si en caso de falla de los dispositivos que funcionan con semiconductores o electromecánicos, es suficiente reemplazar una pieza defectuosa individual, entonces, para la protección del microprocesador, a menudo es necesario reemplazar toda la placa base, cuyo costo puede ser un tercio del costo de todo el equipo.
Además, el reemplazo requerirá pasar mucho tiempo buscando una pieza: la intercambiabilidad en tales dispositivos está completamente ausente incluso en muchos diseños del mismo tipo del mismo fabricante.
Los relés electromecánicos han estado operando con éxito durante más de 35 años.
Problemas controverciales
1. Alta confiabilidad de los dispositivos de protección de relés de microprocesador en comparación con la protección electromecánica
Los fabricantes de dispositivos con microprocesador destacan con publicidad la ausencia de partes móviles en el sistema, lo que se relaciona con la exclusión de condiciones de desgaste mecánico. También se agregan aquí los problemas de la corrosión del metal y el envejecimiento del aislamiento en estructuras electromecánicas y basadas en semiconductores.
La experiencia con el funcionamiento de la protección electromecánica ya es de aproximadamente un siglo y medio.. La mayoría de las empresas de energía en Rusia y los socios de la CEI trabajan sobre esta base. Muchos relés han sido alimentados durante varias décadas, y el sistema desarrollado de mantenimiento y operación permite garantizar su uso durante bastante tiempo.
De hecho, los defectos de aislamiento y la corrosión pueden ocurrir solo en dos casos:
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violación de la tecnología de producción;
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desviación de las reglas de operación y mantenimiento.
Si consideramos el problema del desgaste mecánico de las partes móviles, debe tenerse en cuenta que se desencadenan solo durante las comprobaciones realizadas por el personal después de varios años (tomados en cuenta desde el momento de la operación) o en accidentes que ocurren mucho. casi nunca.
Al mismo tiempo en dispositivos con microprocesador para protección de relés:
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la mayoría de los componentes monitorean constantemente el circuito eléctrico e intercambian señales entre sí;
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los elementos de las entradas eléctricas están constantemente expuestos a una alta tensión de 220 voltios, así como a valores de impulso y pico de procesos transitorios;
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las unidades de potencia del circuito de impulsos de alta velocidad funcionan sin apagarse con la liberación de calor y forman la parte principal de las fallas de MPD.
2. La confiabilidad de los relés aumentó gradualmente de diseños electromecánicos a diseños de semiconductores basados en componentes discretos, luego a circuitos integrados y el más alto entre los dispositivos de microprocesador.
Las estadísticas muestran una mayor confiabilidad de los relés electromecánicos en comparación con los análogos de semiconductores en el uso diario. La imagen opuesta se observa solo cuando los ciclos de conmutación aumentan a varios cientos de miles o millones.
Los circuitos integrados emplean una cantidad mucho mayor de elementos electrónicos que son menos resistentes a las sobretensiones que los relés de estado sólido. Esto es especialmente cierto cuando se exponen a la electricidad estática y al ruido electromagnético, que están constantemente presentes en los equipos de energía de alto voltaje.
Las estadísticas de fallas de los dispositivos de protección de relés de microprocesadores de las empresas japonesas refutan el mito de la máxima confiabilidad de la protección de microprocesadores. Además, esto no incluye las "fallas de software", que a menudo no se pueden detectar durante las inspecciones, pero pueden ocurrir en cualquier momento.
3. La confiabilidad de los dispositivos de protección de relés de microprocesador se mejora mediante el autodiagnóstico incorporado
Las defensas basadas en microprocesadores incluyen:
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convertidores de analógico a digital;
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memoria (ROM — ROM + RAM — RAM);
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PROCESADOR;
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fuente de alimentación;
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relés electromagnéticos de salida;
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nodos de entradas analógicas y digitales.
Composición de bloques de protección de relé de microprocesador
Todos estos componentes están cubiertos de diferentes maneras por algoritmos de autodiagnóstico y no siempre están completamente controlados.
La verificación interna está diseñada para señalar y bloquear el funcionamiento de la protección del relé en caso de falla en su circuito, no en la red eléctrica de la compañía eléctrica. Por lo tanto, no aumenta la confiabilidad del sistema de potencia.
4. La confiabilidad de los dispositivos de protección de relés basados en microprocesadores es mayor porque sus componentes son más resistentes al envejecimiento físico
Con un funcionamiento adecuado, los relés de protección electromagnética introducidos en la URSS en la década de 1970 todavía funcionan perfectamente y conservan sus características técnicas.
Los condensadores electrolíticos incluso de las mejores empresas de Japón, que forman parte de la protección de relés, después de 7 años de funcionamiento en fuentes de alimentación conmutadas pierden sus propiedades, estanqueidad y crean fugas de electrolito que pueden corroer las pistas de cobre de las placas de circuito.
Estadísticas de daños MPD de empresas japonesas
Los fabricantes de dispositivos de microprocesador han visto el deseo de reducir el tamaño de los componentes electrónicos mediante la creación de modos con mayor disipación de calor que deben eliminarse del sistema de refrigeración, lo que no siempre se hace.
Dificultad en el trabajo
1. Compatibilidad electromagnética
La microelectrónica moderna es muy sensible a la radiación electromagnética, y se instalan conjuntos de dispositivos de protección de relés de microprocesador en subestaciones que operan en condiciones de mayor intensidad de campo eléctrico, lo que requiere una protección blindada confiable con drenaje de potencial acumulado a tierra.
En muchas subestaciones, la resistencia del bucle de tierra no cumple con los requisitos para el funcionamiento de los dispositivos de protección de relés de microprocesador, lo que implica una gran cantidad de trabajo de construcción. De lo contrario, dichas protecciones pueden dar lugar a un funcionamiento no autorizado en caso de perturbaciones electromagnéticas en el sistema, que pueden crearse fácilmente de forma intencionada, como los ataques de piratas informáticos contra el software.
2. Tareas a completar
La falla de la protección de un microprocesador tiene consecuencias más graves para la electricidad que la falla de la protección electromagnética, porque funcionalmente el dispositivo de protección del relé del microprocesador realiza las tareas de 3 ÷ 5 protección electromagnética.
3. Formación del personal
Una gran cantidad de empresas en el mundo con una facturación de más de miles de millones de dólares se dedican a la producción de dispositivos de microprocesador para la protección de relés. Solo en Rusia y los países de la CEI, más de 10 empresas operan en el mercado mundial.
Cada dispositivo de seguridad se fabrica utilizando una tecnología única que excluye la intercambiabilidad de elementos y software. Las descripciones técnicas con instrucciones de uso son libros de varias páginas con varios cientos de hojas A4. Se necesita mucho tiempo y conocimientos especializados previos para estudiarlos.
Cuando llega un nuevo tipo de dispositivo de protección de relé basado en microprocesador, incluso del mismo fabricante, se debe reiniciar el proceso de capacitación del personal.
conclusiones
Los dispositivos de protección de relés basados en microprocesadores son una dirección verdaderamente progresiva en el desarrollo de la electricidad.
La alta fiabilidad de los dispositivos con microprocesador para la protección de relés, anunciada por los fabricantes, no siempre se corresponde con la realidad.
El personal que realiza el mantenimiento de cualquier unidad de protección de microprocesador debe conocer todas las debilidades de dichos dispositivos y corregir hábilmente su funcionamiento.
Ya es hora de que las agencias gubernamentales aborden los problemas de estandarización y les incorporen sistemas de protección de relés basados en microprocesadores.
Gurevich VI Vulnerabilidades de los relés de protección de microprocesadores: problemas y soluciones. — M.: Infra-ingeniería, 2014 — 248 p.: Il.