В славные семидесятые, да и восьмидесятые было много жарких дискуссий, связанных с переходом от электромеханической к электронной релейной защите.

Понятно, что термин "электронная" чаще стал заменяться термином "микропроцессорная". Не вдаваясь в подробности, позволю в данной статье вольно вольно перескакивать с одного на другой. И сегодня в среде научно-технической общественности нет единого мнения о перспективах микропроцессорных защит, нет однозначного понимания того, что, как и любое другое сложное устройство, микропроцессорные защиты обладают не только очевидными преимуществами, но и недостатками.

Одним из широко распространенных мифов, объясняющих неизбежность перехода на микропроцессорные защиты, является миф о том, что устройства защиты на электромеханических реле не позволяют обеспечить выполнение технических требований, предъявляемых к релейной защите и дальнейшее существование электроэнергетики уже просто невозможно без микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ).

В действительности, никаких новых функций в релейную защиту МУРЗ не привнесли, а параметры и возможности высококачественных электромеханических и полупроводниковых (то есть статических аналоговых устройств, выполненных на основе дискретных полупроводниковых элементов или с применением интегральных микросхем) полностью обеспечивают потребности релейной защиты. В релейной защите нет таких задач, которые нельзя было бы решить с помощью электромеханических или статических реле.

Свидетельством этому является тот факт, что развитые электрические сети и системы существуют и успешно функционируют во всем мире уже более ста лет, тогда как микропроцессорные защиты появились в эксплуатации в сколько-нибудь заметном количестве всего каких-то 10–15 лет тому назад. При этом, с началом применения МУРЗ логика работы энергосистемы не изменилась, не увеличилось количество операций, выполняемых энергосистемой, не изменилось количество вырабатываемой электроэнергии, не изменились принципы передачи и распределения электроэнергии.

Прогресс в развитии электромеханических реле был полностью остановлен 30–35 лет тому назад в связи с тем, что все усилия разработчиков были направлены на создание электронных, а затем и микропроцессорных защит. И дело здесь вовсе не в каких-то принципиальных недостатках электромеханических реле и в их неспособности обеспечивать надежную защиту энергетических объектов, а совершенно в другом. Дело в том, что затраты на полностью роботизированное (вплоть до автоматического тестирования) производство МУРЗ из дешевых электронных комплектующих высокой степени интеграции не идет ни в какое сравнение с затратами на производство и ручную сборку из высокоточных механических элементов электромеханических реле, при том, что продажная стоимость МУРЗ остается очень высокой. Именно в сфере производства, а не эксплуатации проявляется самое важное преимущество МУРЗ: сверхприбыль производителей. Апологеты скорейшего и повсеместно внедрения МУРЗ часто приводят такие доводы, в пользу последних, как отсутствовавшая у электромеханических реле возможность записи аварийных режимов, возможность обмена информацией между реле и т.п. Всё это не более, чем рекламные трюки. Сегодня на рынке имеются сотни разновидностей микропроцессорных самописцев аварийных режимов, способных передавать данные по сети, которые регистрируют аварийные режимы значительно лучше и полнее, чем это делают МУРЗ; имеются развитые системы передачи информации такие, например, как SCADA, хорошо работающие уже многие годы с электромеханическими реле. В отличие от реле защиты, микропроцессорные самописцы аварийных режимов не способны повлиять на надежность электроснабжения и спровоцировать тяжелые аварии в сети при отказах в работе, поэтому широкое их использование можно только приветствовать.

Следует подчеркнуть весьма важный момент: говоря о не микропроцессорных реле, мы подразумеваем не какие-то конкретные образцы реле, а общий принцип: не использование микропроцессоров и микросхемотехники в реле защиты. А говоря об электромеханических реле — не сильно устаревшие и изношенные однофункциональные электромеханические реле Российского производства типа РТ-40 или РТ-80, а лучшие образцы реле ведущих западных фирм-производителей. Это очень важный момент во всех наших рассуждениях, поскольку во всех своих доводах апологеты МУРЗ используют в качестве базы для доказательства преимуществ МУРЗ именно эти типы электромеханических реле. Чтобы понять всю абсурдность такого сравнения достаточно вспомнить, что реле РТ-40 — это легкая модификация реле ЭТ-520, разработанного в СССР более 50 лет тому назад. Его конструкция была «заимствована» российскими конструкторами с реле фирмы Сименс, которое производилось в 30-х годах прошлого века. А реле РТ-80 — это практически точная копия реле типа RIK, выпускавшееся Шведской фирмой ASEA в тех же 30 годах. Чего же можно ожидать от конструкций, разработанных 80 лет тому назад и произведенных к тому же, советской не военной промышленностью из низкокачественных материалов? Как вообще могла возникнуть мысль сравнивать эти достаточно примитивные устройства с современными изделиями, произведенными с использованием новейших технологий? А если уж на то пошло, то и советские РТ-40 прекрасно справлялись со своими функциями. Кстати, еще во многих местах эти реле защищают многие ответственные линии, иногда и параллельно с микропроцессорными реле.

Ситуация в странах СССР отличается особой сложностью. Нормированные сроки эксплуатации электромеханических реле уже давно исчерпаны, многие из них находятся в весьма плачевном состоянии и эксплуатационному персоналу приходится предпринимать героические усилия для поддержания работоспособности релейной защиты. В такой ситуации переход на МУРЗ — это единственный вариант, у которого просто нет альтернативы из-за диктата производителей. Все ведущие мировые производители реле защиты также практически полностью перешли на производство исключительно МУРЗ. Вместе с тем, прогресс в области новых материалов и новых компонентов позволяет построить реле защиты на совершенно новых принципах, например, есть такое понятие, как "гибридные реле". К сожалению, сегодня производителей МУРЗ, увлеченных все большим функциональным усложнением своих изделий, позволяющим не вкладывая значительных средств, увеличивать стоимость МУРЗ (или на протяжении многих лет не снижать их стоимость), уже практически невозможно заинтересовать какими-то альтернативными видами реле, не способными конкурировать в части прибыльности с МУРЗ. Причем, прибыльность производителя МУРЗ обусловлена не только большой разницей между себестоимостью и продажной ценой МУРЗ, но также и использованием технологии производства, не допускающей ремонта модулей МУРЗ. Вышедший из строя модуль МУРЗ, выполненный по такой технологии, можно только выбросить, заменив его новым. Именно такой подход рекламируется производителями МУРЗ как высокая ремонтопригодность их изделий. Но если учесть, что весь МУРЗ стоимостью 5–15 тыс. долларов состоит из 4–5 таких модулей (отдельных печатных плат), то становится понятным во что обойдется потребителю (то есть энергосистемам) такая «ремонтопригодность».

Но тенденции развития релейной защиты таковы, что широкое и все возрастающее применение микропроцессорных реле защиты неизбежно. Для «проталкивания» на рынок МУРЗ производители этих устройств, а также их многочисленные торговые представители проводят весьма активную рекламную кампанию, всячески восхваляя МУРЗ и принижая достоинства реле других типов. Основным тезисом этих рекламных компаний является утверждение о том, что МУРЗ обеспечивают очень высокую надежность релейной защиты в отличие от старых и сильно изношенных электромеханических реле, доживающих свой век. Вместе с тем, совершенно очевидно, что МУРЗ представляют собой сложные технические комплексы, состоящие из многих тысяч компонентов. Точно так, как и любые другие сложные электронные системы, они не могут не иметь недостатков и не могут обладать абсолютной надежностью, особенно если учесть совсем не «тепличные» условия работы МУРЗ в электрических сетях. Так называемая «самодиагностика», которой охвачены якобы 80% узлов МУРЗ, является, по большому счету, таким же рекламным трюком. Да, действительно, самодиагностика МУРЗ может выявить некоторые внутренние повреждения, например, такие как выход из строя внутреннего источника питания или микропроцессора. Но как можно всерьез говорить об этом как о великом «преимуществе» МУРЗ перед электромеханическими реле, если в последних вообще не было никаких внутренних источников питания и никаких микропроцессоров, то есть просто нечего было «самодиагностировать»? Что же касается модулей МУРЗ со входными трансформаторами тока и напряжения, модулей цифровых входов, модуля с выходными реле, то они не охвачены самодиагностикой. Кроме того, поскольку система самодиагностики построена на микропроцессорах и элементах памяти, то она сама является источником повреждений МУРЗ. В действительности, самодиагностика не является преимуществом МУРЗ перед электромеханическими реле, а является всего лишь частичной компенсацией очень серьезного недостатка МУРЗ: концентрацией многих защитных функций в одном-единственном модуле. Например, единственное МУРЗ типа М-3430 обеспечивает полную защиту генератора электростанции от всех возможных аварийных режимов, совмещая функции 14 отдельных реле защиты. Можно себе только представить, что произойдет, если в аварийном режиме откажет какой-нибудь общий для всех этих реле узел из-за повреждения какой-то копеечной детали: генератор попросту окажется вообще без всякой защиты! Без самодиагностики такое устройство нельзя было бы и на пушечный выстрел подпускать к защите электроэнергетических объектов. Так что самодиагностика — это вынужденная мера, а вовсе не красивое приложение, поэтому рекламировать ее как некое выдающееся достижение в релейной защите, совершенно не оправдано. Статистика же такова, что в настоящее время интенсивность отказов микропроцессорных реле защиты намного выше, чем электромеханических.

Также, за последние годы имеет место тенденция снижения надежности МУРЗ. По данным статистики статические реле защиты имеют втрое большую повреждаемость, чем электромеханические, а микропроцессорные — в 50 раз. Правда, при этом отмечается, что поскольку одна микропроцессорная защита объединяет в себе функции нескольких реле, то это должно учитываться в сравнительной оценке надежности. Даже, если принять, что одно МУРЗ выполняет функции 10 одиночных электромеханических реле защиты, то разница между ними в повреждаемости будет уже не в 50, а только в 5 раз. На первый взгляд, такой подход представляется вполне логичным, однако, он не учитывает того обстоятельства, что в МУРЗ имеются общие узлы (источник питания, блок центрального процессора, входные аналоговые электронные цепи и т.п.) повреждения в которых приводят к отказу сразу всех этих 10 виртуальных реле. То есть, весовой фактор одиночного повреждения в многофункциональном МУРЗ во столько же раз (в нашем примере в 10 раз) больше, чем в однофункциональном электромеханическом реле. При этом, еще не учитывался такой важный фактор, как ошибки персонала (то есть, так называемый «человеческий фактор») в программировании реле и при работе с ним. Современные многофункциональные МУРЗ содержат сотни параметров и уставок, десятки входов и выходов, могут выдавать тысячи различного вида сообщений. В таких условиях количество ошибок, связанных с «человеческим фактором» многократно возрастает.

Конечно, тут же приводится объяснение одной из причин этого: «недостаточная квалификация персонала предприятий для обслуживания аппаратуры на новой элементной базе». Да, но ведь этой самой «новой элементной базы» сегодня в России всего-навсего менее 2%! Что же будет с возрастанием процента МУРЗ в релейной защите? В общем, статистика показывает, что внедрение цифровых устройств релейной защиты (УРЗ), несмотря на их существенно лучшие, по сравнению с предшествующими поколениями защит, технические характеристики, не повысило, а во многих случаях даже снизило показатели правильного действия релейной защиты энергообъектов.

Данный обзор сделан по материалам статьи:

Гуревич В. И. Еще раз о надежности микропроцессорных устройств релейной защиты.

"Электротехнический рынок", 2009, № 3 (29), с. 40 - 45.

 
Статья также переведена на ангийский и опубликована здесь:

Gurevich V. I. Reliability of Microprocessor-Based Protective Devices - Revisited
 Journal of ELECTRICAL ENGINEERING, Vol. 60, No. 5, 2009

Сайт Владимира Гуревича, на котором выложены для свободного скачивания более сотни статей и изобретений, а также даны линки на книги автора, которые также можно скачать из Интернета:

www.gurevich-publications.com