Влияние на работу реле электромагнитных возмущений со стороны питающей сети:
Внезапная потеря оперативного питания во время работы реле, вызванная перегрузкой или коротким замыканием в сети, срабатыванием автоматических выключателей в цепи оперативного питания, попаданиями молнии в линии электропередачи, обрывами проводов и др. Такие повреждения могут привести к прерыванию текущей работы оперативной памяти и кэша, зависанию микропроцессора, а иногда и к полной потере данных в том случае, если не приняты специальные меры по организации бесперебойного питания реле.
Электромагнитные шумы или помехи в цепях питания и во входных цепях реле. Такие помехи могут быть вызваны различными факторами и явлениями, например, коммутационными или атмосферными перенапряжениями, излучениями передатчиков или мощного промышленного оборудования, несинусоидальностью напряжения. Из практики эксплуатации микропроцессорных реле известны случаи, когда источником такого излучения, нарушившего нормальную работу микропроцессорного реле, был обычный телефон сотовой связи.
Несимметричные режимы в сети и режимы, связанные с провалами напряжения и с длительным (в течение нескольких секунд и более) понижением уровня напряжения. Такие режимы возникают при включении мощной однофазной нагрузки, при пусках мощных электродвигателей компрессоров, лифтов и др., а также при дефиците мощности в энергосистеме в часы пик. Сложные микропроцессорные реле обычно снабжаются сложными и дорогими источниками питания, способными обеспечить необходимый уровень напряжения на элементах схемы даже при глубоких провалах напряжения питания. Однако в более простых реле такие режимы приводят к нарушению их правильной работы. Причем такие нарушения иногда приводят к очень тяжелым авариям в сети, так как работа микропроцессора при пониженном уровне напряжения питания становится совершенно непредсказуемой.
Перенапряжения в сетях, вызванные сбросом нагрузки, или импульсные коммутационные перенапряжения, которые могут проникнуть в реле через питающую сеть и привести к повреждениям внутренних элементов реле и его полному отказу. Конечно, существуют международные стандарты, в которых изложены требования по защите реле от всех этих воздействий, и разработчики реле принимают специальные меры. Однако практика показывает, что далеко не всегда это спасает от повреждений даже реле ведущих фирм мира.
В литературе описано много случаев сбоев и даже повреждения микропроцессоров от перенапряжений. Известны, например, случаи масcовых отказов микропроцессорных реле времени, установленных на атомных электростанциях США. В информационном бюллетене, посвященном этой проблеме [3], описаны случаи повреждения микропроцессорных реле времени от перенапряжений, возникших при отключении катушек промежуточных электромагнитных реле.
Микропроцессорные системы релейной защиты, особенно сложные, например такие, как дистанционные, не всегда адекватно ведут себя при сложных авариях.
Довольно часто наблюдаются случаи сбоев и неправильной работы сложных микропроцессорных защит в реальных условиях эксплуатации. Причем, если проверять такое реле на обычном лабораторном стенде при стандартных сигналах на его входах, то оно будет работать четко и надежно. Проблема заключается в том, что на таком стенде невозможно заранее сымитировать все возможные комбинации и искажения сигналов, которые могут произойти в реальной ситуации. Невозможно заранее предусмотреть такие случаи и при разработке реле.
Эта ситуация чем-то напоминает проблемы с персональным компьютером, когда совершенно исправная мощная машина, снабженная неповрежденной мощной программной оболочкой Windows, неожиданно зависает при определенном наборе команд или при одновременном запуске нескольких программ. В большинстве случаев такие проблемы невозможно заранее предусмотреть и предупредить.
Существует довольно странная, на первый взгляд, ситуация, при которой быстродействующие микропроцессорные защиты реагируют на аварийный режим гораздо медленнее, чем электромеханические.
В некоторых энергосистемах для повышения надежности на параллельную работу включены и микропроцессорные, и электромеханические реле. При анализе аварийных ситуаций неоднократно оказывалось, что электромеханическое реле срабатывало и отключало выключатель до того, как успевало отреагировать микропроцессорное реле.
В общем случае, если для срабатывания электромеханического или электронного реле мгновенного действия достаточно 5–15 мс, то для микропроцессорного реле уже необходимо 30–40 мс (по данным производителей). В реальных же условиях оказывалось 80–100 мс. Это связано с тем, что, в отличие от электромеханического или аналогового электронного реле, микропроцессорное реле работает со входными величинами дискретно. Оно «захватывает» текущие значения входных величин, помещает их в буфер, затем захватывает еще один комплект входных величин через определенный промежуток времени и сравнивает его с помещенным в буфер. Если второй комплект окажется идентичным первому, входные величины отправляются в микропроцессор для обработки. В аварийных переходных режимах микропроцессору приходится обрабатывать большие массивы информации в режиме реального времени, сопровождающегося быстрыми и значительными изменениями входных сигналов, и для этого ему необходимо определенное время (иногда сотни миллисекунд). Более того, если уже после запуска микропроцессора ситуация изменилась (например, замыкание на землю одной фазы перешло в двухфазное, а затем и трехфазное), то запущенный процесс вычисления прерывается и все измерения начинаются сначала.
Информационная избыточность.
Многие реле имеют среди параметров для уставок множество таких, которые не являются однозначно необходимыми и только загромождают и без того сложную процедуру настройки реле. Особенно это касается реле со сложными функциями, например, дистанционных с их сотней уставок.
Речь идет о таких уставках, как степень яркости экрана, цвет свечения экрана, цвет информационных сообщений, выводимых на экран, время сохранения данных на экране после их вывода на экран, многочисленные варианты назначения функций каждого из полутора десятков светодиодов, расположенных на передней панели реле, и т.д. Для выбора уставок реле в программе, приданной к реле, имеются чуть ли не десятки вариантов каждого параметра, которые могут быть выбраны из библиотеки параметров. Часто эти варианты также избыточны.
Например, в микропроцессорном реле MiCOM P437 только контроль целостности предохранителя в цепи трансформатора напряжения может быть выбран по четырем разным алгоритмам.
Такая явная избыточность приводит к тому, что общее количество вариантов уставок переваливает за тысячу для реле со сложными функциями. Это в свою очередь приводит к резкому возрастанию вероятности ошибки и увеличения веса так называемого «человеческого фактора». Проблемы, связанные с человеческим фактором, возрастают многократно, если одной и той же группе людей приходится обслуживать реле разных производителей, имеющих различные программы, интерфейсы, принципы выбора уставок.
Возможность преднамеренных дистанционных воздействий на микропроцессорную релейную защиту с целью нарушения ее нормальной работы.
Сегодня интенсивные исследования в области электромагнитного оружия ведутся в России, США, Англии, Германии, Китае. В последние годы многие разработки прошлых лет, например такие, как компактные сверхмощные импульсные источники направленного электромагнитного излучения мощностью до 1 ГВт, были рассекречены и теперь свободно предлагаются к продаже как на Западе, так и в России [4].
Вопросы «электромагнитного терроризма», способного вызвать техногенные аварии национального масштаба (подобные той, которая произошла в Нью-Йорке в августе 2003 года), были сформулированы в статье Мануэля Вика [5]. В этой статье, в частности, отмечается, что электронные компоненты, такие как микропроцессоры, работающие на высоких частотах при низких уровнях напряжений, особенно подвержены воздействию внешних преднамеренных электромагнитных излучений. Однако лишь совсем недавно в ряде организаций начаты серьезные практические исследования воздействий таких излучений на электронную аппаратуру электроэнергетических систем. Эти исследования возглавляются и координируются в США KEMA и Sandia National Laboratory.
Но даже без специальных исследований совершенно очевидно, что микропроцессорные реле гораздо менее устойчивы к таким воздействиям, чем электромеханические и даже аналоговые электронные. Кроме того, оказывается, что «электромагнитный терроризм» – не единственный вид современного дистанционного терроризма, которому подвержены микропроцессорные реле. Существует еще и такой вид электронных интервенций, как «кибер-атаки». В наше время хакерские атаки через компьютерные сети, телефонные линии, Интернет всё чаще становятся оружием террористов.
Выводы
Микропроцессорные реле не привнесли в релейную защиту какие-то новые функции. Они всего лишь объединили функции отдельных реле, добавив функции, выполнявшиеся ранее регистрирующими приборами.
Микропроцессорные реле не обеспечили более высокий уровень надежности электроснабжения и не облегчили работу обслуживающего персонала.
Как отмечается в исследовании, выполненном в Israel Electric Corporation, «микропроцессорные реле возникли как результат прогресса в области электроники и в развитии статических электронных реле». Так зачем же потребовалось усложнять себе жизнь и вводить в эксплуатацию сложные микропроцессорные реле, с одной стороны, не имеющие никаких существенных преимуществ перед традиционными, а с другой, обладающие целым веером собственных проблем?
Оказывается, на это есть одна очень существенная причина. Но она лежит не в сфере электроэнергетики, которую мы рассматривали до сих пор, а в сфере производства реле. Производить микропроцессорные реле несравненно более выгодно, чем электромеханические и даже аналоговые электронные. Это объясняется возможностью полной автоматизации всех технологических процессов производства и контроля параметров микропроцессорных реле. Крупнейшие международные концерны, такие как ABB, General Electric, Siemens, Alstom, уже давно стали «законодателями моды» в области электроэнергетики и определяют сегодня магистральные пути развития не только релейной защиты, но и всей электроэнергетики.
Несмотря на отмеченные недостатки и проблемы, тенденции развития релейной защиты таковы, что широкое и всё возрастающее применение микропроцессорных реле защиты неизбежно. В связи с этим энергетические компании должны четко представлять те трудности и проблемы, с которыми им придется столкнуться, и заблаговременно принять все необходимые меры.
В частности, нейтрализация возможности преднамеренного дистанционного воздействия на такие реле террористами и криминальными элементами обеспечивается заменой всех электрических проводов, подключенных к микропроцессорному реле (за исключением питания, разумеется), на оптоволоконные кабели и использованием оптоэлектронных трансформаторов тока и напряжения вместо традиционных электромагнитных.
Цепи питания микропроцессорных реле должны иметь полную гальваническую изоляцию от электрической сети, например, за счет использования системы мотор-генератор. Если по экономическим причинам это невозможно, должны быть использованы мощные высокочастотные фильтры и ограничители напряжений во всех ступенях цепей питания, цепей тока и напряжения. Реле должны быть установлены в полностью металлических шкафах, изготовленных по специальной высокочастотной технологии (с использованием электропроводных резиновых прокладок и смазок и т.п.). Необходимо принять специальные меры по снижению сопротивления цепей заземления, разделению цепей заземления высокочувствительной электронной аппаратуры и силовой высоковольтной.
Это та цена, которую необходимо заплатить за прогресс в области релейной защиты.
РЗА. Все о реле и релейной защите При использовании материалов ссылка на сайт обязательна
Все материалы на этом сайте доступны бесплатно. По требованию обладателей авторских прав материалы будут удалены.
[ PG.t : 0.06 | DB.q : 34 | DB.t : 0.02 ]
Требования к портам оперативного питания в технических условиях цифровых устройств релейной защиты. Захаров О.Г.
