Современные устройства РЗА строятся на микропроцессорной элементной базе (обозначим их как МП РЗА). Когда рассуждают о достоинствах и недостатках МП РЗА, зачастую делают это в сравнении с электромеханическими устройствами защиты (ЭМ РЗА). Вероятно, это связано с тем, что до сих пор подавляющее число находящихся в эксплуатации на энергообъектах России устройств РЗА – это именно ЭМ РЗА.
Однако в историческом контексте сравнивать МП РЗА с ЭМ РЗА не вполне уместно. Очевидно, что МП РЗА появилась на свет как альтернатива своему предыдущему поколению релейной защиты, построенному на микроэлектронной базе (МЭ РЗА). Поэтому далее в сравнениях для большей объективности будем рассматривать как МЭ РЗА, так и ЭМ РЗА.
Основные достоинства и недостатки МП РЗА сведены в табл. 1.
Табл. 1. Основные достоинства и недостатки МП РЗА
|
+ |
–  |
| многофункциональность | высокая цена |
| компактность | требуется надёжный оперативный ток |
| наблюдаемость | нужна электромагнитная совместимость |
| может быть частью АСУ ТП | нужна информационная безопасность |
| самодиагностика | узкий рабочий температурный диапазон |
| устойчивость к механическим воздействиям | |
| более простой выбор уставок | |
| высокая точность и стабильность измерений | |
| малое энергопотребление | |
| высокая чувствительность | |
| малая нагрузка на трансформаторы тока |
Недостатки МП РЗА
- Высокая цена – первые промышленные образцы МП РЗА пришли в Россию из западных стран, они были очень дорогими и применялись больше как дань моде. Однако на самом западе цена МП РЗА уже тогда была сопоставима с ЭМ РЗА. Дело в том, что, в отличие от СССР, ЭМ РЗА там изготавливалась по высоким, можно сказать, космическим, технологиям. Но высокая цена такой ЭМ РЗА компенсировалась экономией на техобслуживании, т.к. инженеры РЗА на западе – высокооплачиваемый персонал. В настоящее же время цена МП РЗА постепенно снижается, при этом на рынке появляются всё более бюджетные решения. Кроме того, благодаря развитию информационных технологий в электроэнергетике прослеживается тенденция к значительному снижению затрат на техобслуживание МП РЗА, к переходу к техобслуживанию по состоянию.
- Необходимость надёжных источников оперативного тока – это недостаток МП РЗА только по сравнению с ЭМ РЗА. Предыдущее поколение, МЭ РЗА, точно так же нуждается в оперативном токе, как и МП РЗА. Следует отметить, что в последнее время необходимость оперативного питания МП РЗА перестала быть строгой. Находят применения разработки, в которых источник питания интегрируется внутрь микропроцессорного терминала, а питание как самого терминала, так и цепей отключения осуществляется от вторичных цепей тока или напряжения.
- Необходимость электромагнитной совместимости – это тоже недостаток МП РЗА, который можно привести только в сравнении с ЭМ РЗА. МЭ РЗА также подвержена влиянию внешних электромагнитных полей, причём в большей степени, чем МП РЗА. Чтобы убедиться в верности последнего утверждения, достаточно вспомнить, что цифровая техника более помехозащищённая, чем аналоговая.
- Проблема киберугроз связывается исключительно с МП РЗА. Ни для одного из предыдущих поколений релейной защиты она не существовала. Однако при трезвом взгляде видно, что информационная безопасность нужна только для дополнительных функций, которые закладываются в микропроцессорные терминалы помимо собственно функции РЗА. Если у МП РЗА убрать все связи с внешним цифровым миром, то эта проблема перестанет для неё существовать точно так же, как и для любого другого РЗА предыдущих поколений. Без ущерба для дополнительного функционала это можно было бы сделать путём размещения защит в микропроцессорном терминале на отдельной плате, информационно изолированной от внешнего мира и от остальных плат.
Достоинства МП РЗА
- Многофункциональность – функционально один микропроцессорный терминал РЗА способен вобрать в себя целый набор всевозможных реле, сложную логическую схему и множество выходных реле (исполнительных органов). Наполнение защитами может быть настолько большим, что можно уже говорить о централизованной защите, охватывающей целое распределительное устройство. Во многих отношениях это несомненное благо, но многофункциональность снижает надёжность системы защиты. Одним из способов повышения надёжности до должного уровня может быть дублирование. Хороший вариант дублирования – реализовать его в рамках одного терминала МП РЗА. Двумя независимыми друг от друга экземплярами при этом должен быть представлен не только функционал РЗА, но также токовые цепи и цепи питания.
- Компактность – часто одна панель МП РЗА способна заменить несколько панелей ЭМ РЗА, в случае же установки в ячейки терминалы МП РЗА также значительно экономят место. Особенно компактными терминалы МП РЗА могут стать, если широкое применение найдёт стандарт МЭК 61850 (или его новые аналоги), т.к. станут ненужными массивные платы аналоговых входов и многочисленные платы дискретных входов/выходов. При этом в панелях РЗА также кардинально уменьшатся размеры клеммных рядов и кабельных связей.
- Наблюдаемость, самодиагностика и интегрируемость в АСУ ТП – всё это способно значительно повысить надёжность системы РЗА (потенциально): тщательный контроль за состоянием устройств РЗА позволяет своевременно выявить его неисправность; с помощью всестороннего анализа аварийного режима и действий защит можно обнаружить уязвимости в функциональной части РЗА.
- Устойчивость к механическим воздействиям – это преимущество МП РЗА по сравнению с ЭМ РЗА, оно также присуще всем статическим реле. Этим преимуществом пользуются там, где релейная защита испытывает большие механические возмущения, например, на подводных лодках.
- Малая нагрузка на трансформаторы тока – в отличие от ЭМРЗА, при расчёте нагрузки на трансформаторы тока сопротивление токового входа терминала МП РЗА можно не учитывать – обычно оно не превышает 0,1 Ом. Остаётся сопротивление проводов, которое, как правило, намного больше этого значения. Но применение стандарта МЭК 61850-9-2 практически обнуляет и его, особенно если используются оптические трансформаторы тока. Конечно, при реализации МЭК 61850-9-2 можно столкнуться с множеством нюансов, но это отдельная тема.
- Высокая чувствительность – как у МЭ РЗА, так и у МП РЗА коэффициенты чувствительности измерительных органов значительно ближе к единице, чем у ЭМ РЗА. Также чувствительность повышается за счёт более сложных форм характеристик срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, что проще всего реализовать в МП РЗА. Здесь можно было бы отметить как преимущество МП РЗА использование измерительных органов по аварийным составляющим. Однако аварийные составляющие давным-давно активно используются ЭМ РЗА, в так называемых фильтровых защитах, пусть, может, и не так эффективно, как в МП РЗА.
Таким образом, практически по всем параметрам МП РЗА превосходит предыдущее поколение – МЭ РЗА. В сравнении с ЭМ РЗА не всё так однозначно, особенно в плане электромагнитной совместимости. Например, данный аспект может оказаться фатальным с точки зрения национальной безопасности при военных конфликтах.