Особенности эксплуатации микропроцессорных защит

Надежность функционирования систем с цифровыми реле.Одной из особенностей цифровых устройств является относительная простота организации контроля исправности аппаратной части и программного обеспечения. Этому благоприятствует циклический режим работы микропроцессора по заложенной в ЦР программе. Отдельные фрагменты этой программы и выполняют самотестирование устройства защиты. В арсенале разработчиков цифровой аппаратуры имеется целый набор типовых решений в части тестирования.

В цифровых реле при самоконтроле используются следующие приемы;

-Неисправность тракта аналого-цифрового преобразования с большой глубиной охвата входящих в него узлов обнаруживается путем периодического считывания опорного (неизменного по времени) напряжения. Если микропроцессор (МП) обнаруживает расхождение между последним и ранее полученным результатом, то он формирует сигналы неисправности.

-Исправность ОЗУ проверяют, записывая в ячейки заранее известные числа и сравнивая результаты, получаемые при последующем считывании.

-Рабочая программа, хранимая в ПЗУ, периодически рассматривается МП как набор числовых кодов. МП выполняет их формальное суммирование, а результат сравнивает с контрольной суммой, хранимой в заранее известной ячейке. Целостность обмоток выходных реле проверяется при кратковременной подаче на них напряжения и контроле обтекания их током.

-Периодически выполняется самотестирование МП, измеряются параметры блока питания и других важнейших узлов устройства. На случай выхода из строя самого МП, осуществляющего самоконтроль, в цифровых устройствах предусматривается специальный сторожевой таймер. При неисправности МП "зависает. Это обнаруживает сторожевой таймер и формирует сигнал тревоги. При необходимости блокируются наиболее ответственные узлы устройства защиты.

С другой стороны, для цифровых устройств характерен непрерывный автоматический контроль аппаратной части и программного обеспечения. Самоконтроль существенно повышает надежность РЗ как системы, благодаря своевременному оповещению персонала о случаях отказа аппаратной части. Это позволяет незамедлительно принимать меры по восстановлению работоспособности системы РЗ.

В аналоговых системах РЗ, как правило, предусматривается лишь периодический тестовый контроль работоспособности аппаратной части, причем с участием человека. При периодическом контроле возможна эксплуатация неисправной системы РЗ в течение достаточно длительного времени — до момента очередной плановой проверки.

Таким образом, можно говорить о более высокой надежности функционирования цифровых устройств. Следовательно, цикл их технического обслуживания может быть теоретически увеличен до 10-12 лет. Однако пока отсутствует необходимый практический опыт, подтверждающий это положение. Поэтому в энергосистемах существует мнение, что цикл их технического обслуживания следует сохранить на уровне микроэлектронных защит 6 лет.

Следует иметь в виду, что в состав защиты входят также цепи вторичной коммутации, которые практически не изменились и по прежнему требуют периодической проверки.

Следует также представлять себе, что если защита в процессе контроля выявила неисправность, то оборудование оставлено без защиты. Поэтому в силе должны быть оставлены требования о ближнем и дальнем резервировании.

6.5.Помехозащищенность цифровых реле.Помехозащищенность - это способность аппаратуры правильно функционировать в условиях электромагнитных помех.

Необходимая помехозащищенность обеспечивается только при комплексном решении ряда вопросов, как-то:

· обеспечение должного превышения уровней информационных сигналов над уровнем помех. В этой связи в энергетике используются сигналы с номинальными уровнями 5 А и 100 В;

· правильная прокладка линий связи датчиков информации с устройствами РЗ, а при необходимости — защита линий связи от действия помех и подавления самих помех;

· правильное конструирование аппаратной части устройства РЗ.

Если решение последнего вопроса находится исключительно в ведении разработчиков аппаратуры, то вопросы защиты каналов связи от помех должны решаться на стадии проектирования и в ходе эксплуатации системы защиты.

6.6. Испытания аппаратуры на помехозащищенность. Ввиду того, что учесть все паразитные связи между различными цепями реального устройства практически невозможно, единственным критерием должной помехозащищенности аппаратуры могут быть только ее натурные испытания. Причем эти испытания должны проводиться по единым нормам, чтобы можно было сопоставлять оборудование разных фирм.

Рис. 6.24. Эффективность различных экранов

В части испытаний измерительных реле и защитного оборудования во всем мире придерживаются рекомендаций Международной Электротехнической Комиссии (МЭК).

В соответствии с нормами МЭК, при испытаниях тестовые воздействия прикладываются между любыми независимыми входами устройства (рис.6.24,а) и между каждым входом и землей (рис.6.22,б). В нормах МЭК подробно оговариваются параметры источников сигналов и методика испытания.

Испытание на высокочастотные помехи (МЭК 255-22-1). Рекомендуемое тестовое воздействие имитирует помехи коммутационного происхождения. Пачки затухающих высокочастотных колебаний возникают при включении или отключении линий в электрических сетях и при однофазных замыканиях. Частота колебаний, генерируемых сетью, может изменяться от единиц герц до десятков и сотен гигагерц. В качестве испытательного воздействия приняты наиболее реальные высокочастотные колебания с амплитудой 2,5 кВ.

Испытание на электростатический разряд (МЭК 255-22-2). При этом испытании внешний электрический заряд переносится на устройство либо через воздушный промежуток (исходный потенциал 8 кВ), либо через емкость 150 пФ при контактном воздействии (исходный потенциал 6 кВ).

Испытания кратковременными импульсами (МЭК 255-22-4). Этот вид тестирующего воздействия также выбран из практических соображений. Импульсы наводятся в жилах контрольных кабелей под воздействием грозовых разрядов. Для грозовых импульсов характерен крутой фронт и относительно медленный спад. Однако тестовые импульсы имеют срез и на спаде срезанный импульс, что имитирует работу разрядников, устанавливаемых на линиях для борьбы с грозовыми перенапряжениями. Обычно подается по три импульса разной полярности с амплитудой до 5 кВ и интервалом 5…10 с.

Испытания диэлектрической прочности изоляции (МЭК 255-5). При испытании используется напряжение 2 кВ промышленной частоты, подаваемое на оборудование в течение 1 мин. Это испытание фактически дает гарантию безопасности обслуживания устройства, а не проверяет его помехостойкость.

6.7. Использование цифровых реле в качестве элементов АСУ ТП.Цифровые устройства РЗ сегодня становятся частью автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП).

Рис. 6.25. Вывод информации нa дисплей

Главными функциями АСУ ТП являются отображение технологического процесса (на мнемосхемах, в средствах сигнализации об аварийных ситуациях и т. п.), ведение отчетов и обеспечение связи оператора с управляемым им процессом. АСУ ТП являются системами реального времени и в настоящее время строятся на основе персональных и специализированных устройств, с помощью которых обеспечивается связь с датчиками информации, обработка получаемой информации и представление ее в удобном виде для диспетчерского управления.

С позиций АСУ ТП цифровые устройства РЗ являются оконечными устройствами.

Программное обеспечение для АСУ ТП непрерывно совершенствуется. Рабочие программы АСУ ТП создаются из готовых библиотечных функций с использованием простых языков программирования. Например, создание рабочего окна на экране ПЭВМ (рис. 6.25) включает несколько этапов:

-создание статического изображения рабочего окна. Статическое изображение рабочего окна включает фон (мнемосхему объекта), неизменные надписи и т.п. Для создания статического изображения, как правило, используются внешние графические редакторы, а готовое изображение затем передается в общий программный пакет.

- формирование динамических объектов рабочего окна Динамические объекты создаются при помощи специализированного графического редактора, также построенного на основе использования библиотечного принципа. Внешний вид динамических объектов может изменяться в зависимости от фактического состояния отображаемого объекта. Например, в поле выключателя формируется изображение либо замкнутого, либо разомкнутого контакта. Динамическим объектам присваиваются логические имена, под которыми они фигурируют в алгоритме управления.

-обработку информации: формирование отчетов, построение трендов и т. д. (Тренд - это графическое отображение изменения параметра процесса во времени). При использовании типовых программных пакетов проектировщик АСУ путем ответов на вопросы ПЭВМ осуществляет привязку логических имен динамических объектов к конкретным первичным устройствам ввода-вывода информации (реле, терминалам и т. п.).

Обычно библиотеки программного обеспечения для АСУ ТП содержат типичный набор функций для реализации:

· органов управления (выключателей, разъединителей и т. п.);

· экранных элементов для отображения параметров процесса (в виде цифровых или аналоговые индикаторов и табло);

· возможности создания и ведения архивов событий и аварий, а также отслеживания параметров процесса с выборкой значений через заданные промежутки времени;

· представления информации в удобном для оператора виде, например, гистограммами или временными графиками;

· средств защиты от несанкционированного доступа в систему с использованием паролей и т. п.

Таким образом, цифровые реле позволяют создавать локальные (на одном объекте) или глобальные (на предприятии) автоматизированные системы управления электрическими сетями.

6.8. Техническое обслуживание цифровых реле. Все виды технического обслуживания, проверки и периодичность их проведения регламентируются правилами технического обслуживания устройств релейной защиты и автоматики. Требования к техническому обслуживанию конкретного устройства РЗА (объемы, периодичность и методы обслуживания) определяются его изготовителем и включаются в ТЗ, ТУ и инструкции по эксплуатации.

Подготовка цифрового устройства РЗА к работе предусматривает внешний осмотр, проверку сопротивления изоляции, выставление и проверку уставок, тестовую проверку в соответствии с ТО. Пока цикл обслуживания оставлен 6 летним с обязательным выполнением первого профилактического контроля.

Однако цифровые устройства защиты более информативны и существенно отличаются по конструктивному исполнению от их аналоговых предшественников. Так, высокая плотность монтажа, использование многослойных печатных плат, отсутствие принципиальных схем и полной информации по алгоритмам функционирования узлов делает цифровые устройства защиты ремонтно-пригодными только до уровня отдельных конструктивных модулей. Встраиваемые системы самодиагностики и контроля, как правило, выводят на дисплей код неисправности, что упрощает поиск поврежденного узла. Однако, даже самые совершенные принципы не могут обеспечить 100%-ный самоконтроль. Поэтому микропроцессорные устройства также должны подвергаться техническому обслуживанию с участием персонала.

Благодаря высокой информативности цифровых устройств РЗА, их неисправность и неисправности в цепях измерительных трансформаторов, приводов выключателей может быть обнаружена косвенными способами. Так, практически все цифровые устройства могут предоставить информацию о контролируемых величинах, входных и выходных сигналах управления. Анализируя эти данные, можно своевременно обнаружить обрывы во входных и выходных цепях. По информации, запоминаемой в аварийных режимах (численные значения токов КЗ, время запуска тех или иных измерительных органов и т. д.), можно убедиться в правильном согласовании уставок как данного устройства РЗА, так и защит смежных участков. Еще большие возможности для подобного анализа открываются при включении устройств РЗА в АСУ ТП, когда вся необходимая информация может быть получена оперативно из разных источников.