1. Введение
Электромеханические реле защиты последнего поколения полностью удовлетворяли всем требованиям, предъявляемым к ним как к средствам защиты электроэнергетических объектов от аварийных режимов в течение десятков лет. В новейших микропроцессорных устройствах функции релейной защиты объединили с функциями устройств связи и передачи данных, регистраторов аварийных режимов, узлов подстанционной логики и др. Такие многофункциональные комплексы стали сравнивать с единичными однофункциональными электромеханическими реле защиты, отработавшими не один десяток лет и порядком изношенными,  и говорить о неоспоримых преимуществах микропроцессорных «реле защиты». При этом как бы упускается из виду, что речь идет о совершенно разных по выполняемым функциям устройствах, которые просто нельзя сравнивать друг с другом [1] В статьях полурекламного характера, публикуемых специалистами ведущих мировых производителей и дистрибьюторов микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ) отмечаются только положительные качества МУРЗ. Существуют буквально единичные  публикации отдельных авторов, посвященные анализу проблем, связанных с переходом на микропроцессорные системы, хотя в действительности их возникает немало. Несмотря на проблемы, связанные с внедрением МУРЗ, их все более широкое распространение и полное вытеснение ими  электромеханических реле является неизбежным уже только потому, что выпуск электромеханических реле полностью прекращен практически всеми ведущими мировыми производителями реле. Причиной этого являются не непреодолимые принципиальные недостатки электромеханических реле (которые лишь изнашивались и не усовершенствовались последние 30 - 40 лет), а сверхприбыли, которые получают компании, при производстве МУРЗ по сравнению с производством электромеханических реле [2]. Поскольку будущее релейной защиты неизбежно связано с микропроцессорными системами (во всяком случае, для сложных защит), прогноз путей развития этого вида техники представляет безусловный интерес.

Микропроцессорные устройства релейной защиты: настоящее и будущее

В. Гуревич, канд. техн. наук
(Центральная лаборатория Электрической компании Израиля)

2. Целью данной статьи является анализ принципиальных конструктивных недостатков МУРЗ нынешнего поколения и предложения по созданию МУРЗ следующего поколения, предназначенных для вновь вводимых объектов.

3. Современные тенденции в конструировании микропроцессорных защит.

3.1. Если ввести некий показатель: «коэффициент удельной функциональности» (КУФ) микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ), характеризующий степень функциональной насыщенности, приходящийся на единицу объема МУРЗ, то можно констатировать, что этот показатель из года в год растет: физические размеры МУРЗ остаются неизменными (или даже уменьшаются), а их функциональные возможности постоянно расширяются. С чем связан такой рост? По нашему мнению, никакой объективной необходимости для увеличения КУФ нет, а речь идет лишь о конкурентной борьбе между производителями МУРЗ и их стремлении превзойти друг друга по техническому уровню производимых изделий. Поскольку величина  КУФ напрямую связана с уровнем техники и технологии, то увеличение КУФ, обычно,  напрямую ассоциируется с техническим уровнем МУРЗ и высокими технологическими возможностями компании-производителя. Таким образом, наращивание КУФ в МУРЗ, по нашему мнению, является не более, чем средством в конкурентной борьбе. Полезна ли эта тенденция и действительно ли она приводит к увеличению качества МУРЗ? На первый взгляд, да, поскольку, как уже отмечалось выше, увеличение КУФ обеспечивается за счет  использования более прогрессивных материалов, элементов и технологий и напрямую ассоциируется с увеличением технического уровня МУРЗ. На деле же все оказывается не так просто.  Поскольку прогресс в области новых материалов и технологий на самом деле не так стремителен, как хотелось бы производителям МУРЗ, в дело идут любые методы достижения поставленной цели, то есть увеличения КУФ. Уже стало тенденцией постоянное усложнение программного обеспечения, «навороченность» интерфейса, огромное количество не используемых  на практике функций, значительно усложняющих работу с МУРЗ и повышающих вероятность ошибки вследствие так называемого «человеческого фактора» [3]. Некоторые часто рекламируемые «выдающиеся способности» МУРЗ, увеличивающие КУФ, например, такие как полная внутренняя самодиагностика, на деле оказываются не более, чем рекламным трюком, призванным оправдать усложнение и увеличение стоимости МУРЗ.  О какой эффективности этой самодиагностики можно говорить, если она не способна обнаружить даже замену целой печатной платы, входящей в состав МУРЗ, не говоря уже повреждениях (и не только на периферийной плате, но и на главной плате с центральным процессором!). Например, такие повреждения, в результате которых МУРЗ не может связаться с компьютером, или отказывается  принимать и запоминать совершенно корректные изменения настроек, или не работает в режиме измерения входных аналоговых величин (токов и напряжений), и многие, многие  другие никак не обнаруживаются системой самодиагностики. А чем иным, как не рекламным трюком, можно назвать якобы способность МУРЗ постоянно контролировать исправность даже выходных исполнительных реле. Нам было очень интересно узнать, каким образом можно непрерывно контролировать исправность электромеханического реле, не вызывая его срабатывание.  

Рис.1. Главная плата микропроцессорной защиты семейства  RE_*316 на базе компьютерного микропроцессора  Intel-486.

Проведенное нами исследование показало, что речь идет о контроле целостности обмотки реле путем пропускания через нее слабого тока, не вызывающего срабатывания. Но разве катушка реле, а не его контакты является самыми нагруженным и самым ненадежным элементом? Конечно нет, но организовать никому не нужный контроль катушки ведь намного проще, чем контроль состояния контактов, а для нового рекламного объявления вовсе  не важно что именно и как контролируется.

3.2. Печатные платы МУРЗ все чаще выполняются методом поверхностного монтажа с применением микрокомпонентов. При этом плотность монтажа на такой плате настолько высока, рис. 1, что даже обсуждать вопрос о поиске неисправности и ремонте такой платы абсолютно бесперспективно. Ее можно только  выбросить и заменить новой. Предоставим читателю самому представить себе примерную стоимость платы реле REL-316 с центральным микропроцессором  Intel-486, изображенную на рис. 1.

Рис. 2. Печатная плата импульсного источника  питания микропроцессорной защиты, совмещающая микрокомпоненты поверхностного монтажа с крупными дискретными элементами обычного монтажа.

 
Все чаще на одной печатной плате размещают микрокомпоненты поверхностного монтажа вместе с крупными силовыми элементами, электрически связанными друг с другом, рис.2.

Рис. 3. Печатная плата микропроцессорной защиты, объединяющая разные функциональные узлы и выполненная полностью на электронных элементах обычного монтажа с высокой плотностью монтажа.

С учетом того, что компании-производители никогда не предоставляют потребителю подробных принципиальных схем таких плат, поиск неисправностей на них и ремонт также очень сложны. Часто приходится выбрасывать даже такие платы, несмотря на большое количество крупных дискретных компонентов обычного монтажа.  Тенденция все большего увеличения плотности монтажа свойственна также и печатным платам на основе обычных дискретных элементов. Когда речь идет об источниках питания, работающих с относительно высокими напряжениями и мощностями, рис. 3,  такой монтаж приводит к опасному сближению разнопотенциальных печатных проводников на плате, что повышает вероятность электрического пробоя запыленной печатной платы при повышении влажности воздуха. Кроме того, при плотном монтаже утяжеляется тепловой режим работы электронных компонентов и заметно сокращается их срок службы. Искать неисправности и ремонтировать печатные платы при таком плотном монтаже совсем не просто и не дешево, учитывая значительные затраты времени.