Dispositifs de protection de relais à base de microprocesseur : aperçu des possibilités et des questions controversées

Il y a environ 15 ans, de nouveaux équipements de protection des équipements électriques utilisant une technologie informatique basée sur un processeur ont commencé à être largement introduits dans l'industrie de l'énergie. Il est devenu le terme abrégé MPD - dispositifs de protection de relais à microprocesseur.

Ils remplissent les fonctions des dispositifs ordinaires de protection et d'automatisation des relais basés sur une nouvelle base d'éléments - les microcontrôleurs (éléments de microprocesseur).

Avantages des dispositifs de protection à relais à microprocesseur

Le rejet des relais électromécaniques et statiques, qui ont des dimensions importantes, a permis un placement plus compact des équipements sur les relais de protection et les panneaux automatiques. De telles conceptions ont commencé à prendre beaucoup moins de place. Dans le même temps, le contrôle à l'aide de boutons tactiles et l'affichage sont devenus plus visuels et pratiques.

La vue externe du panneau, y compris la protection du relais du microprocesseur, est illustrée sur la figure.Maintenant, l'introduction de MPD est devenue l'une des principales directions dans le développement de dispositifs de protection de relais. Ceci est facilité par le fait qu'en plus de la tâche principale de protection et d'automatisation des relais - l'élimination des modes d'urgence, les nouvelles technologies permettent de mettre en œuvre un certain nombre de fonctions supplémentaires.

Ils comprennent:

• enregistrement des conditions d'urgence;

• prévoir la déconnexion des utilisateurs synchrones en cas de violation de la stabilité du système ;

• possibilité de raccourcir de longues distances.

La mise en œuvre de telles capacités basées sur la protection électromécanique des dispositifs EMI et analogiques n'est pas réalisée en raison de difficultés techniques.

Les systèmes de protection de relais à microprocesseur fonctionnent exactement selon les mêmes principes de vitesse, de sélectivité, de sensibilité et de fiabilité que les dispositifs de protection de relais conventionnels.

Pendant le fonctionnement, non seulement les avantages, mais aussi les inconvénients de tels dispositifs ont été révélés et, selon certains indicateurs, des différends entre fabricants et opérateurs sont toujours en cours.

Panneaux RZA équipés d'une protection par microprocesseur

désavantages

De nombreux acheteurs de dispositifs de protection de relais à microprocesseur ont été insatisfaits des performances de ces systèmes en raison de :

• prix élevé;

• faible entretien.

Si, en cas de panne d'appareils fonctionnant sur une base semi-conductrice ou électromécanique, il suffit de remplacer une pièce défectueuse individuelle, alors pour la protection du microprocesseur, il est souvent nécessaire de remplacer toute la carte mère, dont le coût peut représenter un tiers du coût de l'ensemble de l'équipement.

De plus, le remplacement nécessitera de passer beaucoup de temps à chercher une pièce : l'interchangeabilité de ces appareils est totalement absente, même dans de nombreuses conceptions du même type du même fabricant.

Les relais électromécaniques fonctionnent avec succès depuis plus de 35 ans

Questions controversées

1. Haute fiabilité des dispositifs de protection à relais à microprocesseur par rapport à la protection électromécanique

Les fabricants de dispositifs à microprocesseur avec publicité soulignent l'absence de pièces mobiles dans le système, ce qui est lié à l'exclusion des conditions d'usure mécanique. S'y ajoutent également les problèmes de corrosion des métaux et de vieillissement de l'isolant dans les structures électromécaniques et à base de semi-conducteurs.

L'expérience avec le fonctionnement de la protection électromécanique est déjà d'environ un siècle et demi.La majorité des entreprises énergétiques en Russie et les partenaires de la CEI travaillent sur cette base. De nombreux relais sont alimentés depuis plusieurs décennies, et le système de maintenance et d'exploitation développé permet de garantir leur utilisation assez longtemps.

En effet, les défauts d'isolation et la corrosion ne peuvent survenir que dans deux cas :

• violation de la technologie de production;

• dérogation aux règles d'exploitation et d'entretien.

Si l'on considère le problème de l'usure mécanique des pièces mobiles, il convient de garder à l'esprit qu'elles ne se déclenchent que lors de contrôles par le personnel effectués après plusieurs années (prise en compte à partir du moment de l'exploitation) ou lors d'accidents qui se produisent beaucoup rarement.

En même temps, dans les dispositifs à microprocesseur pour la protection des relais :

• la plupart des composants surveillent en permanence le circuit électrique et échangent des signaux entre eux ;

• les éléments des entrées électriques sont constamment exposés à une haute tension de 220 volts, ainsi qu'aux valeurs d'impulsion et de crête des processus transitoires;

• les unités de puissance à circuit d'impulsions à grande vitesse fonctionnent sans arrêt avec dégagement de chaleur et constituent l'essentiel des pannes MPD.

2. La fiabilité des relais a progressivement augmenté, passant des conceptions électromécaniques aux conceptions à semi-conducteurs basées sur des composants discrets, puis aux circuits intégrés et au plus élevé parmi les dispositifs à microprocesseur

Les statistiques montrent une plus grande fiabilité des relais électromécaniques par rapport aux analogues à semi-conducteurs utilisés quotidiennement. L'image inverse n'est observée que lorsque les cycles de commutation sont augmentés à plusieurs centaines de milliers ou millions.

Les circuits intégrés utilisent un nombre beaucoup plus important d'éléments électroniques qui sont moins résistants aux surtensions que dans les relais à semi-conducteurs. Cela est particulièrement vrai lorsqu'ils sont exposés à l'électricité statique et au bruit électromagnétique, qui sont constamment présents dans les équipements électriques à haute tension.

Les statistiques de pannes des dispositifs de protection des relais à microprocesseur des entreprises japonaises réfutent le mythe de la plus haute fiabilité de la protection des microprocesseurs. En outre, cela n'inclut pas les "défaillances logicielles", qui ne peuvent souvent pas être détectées lors des inspections, mais peuvent survenir à tout moment.

3. La fiabilité des dispositifs de protection de relais à microprocesseur est améliorée par l'autodiagnostic intégré

Les défenses basées sur un microprocesseur comprennent :

• convertisseurs analogique-numérique;

• mémoire (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESSEUR;

• source de courant;

• relais électromagnétiques de sortie;

• nœuds d'entrées analogiques et numériques.

Composition des blocs de protection relais microprocesseur

Tous ces composants sont couverts de différentes manières par des algorithmes d'autodiagnostic et ne sont pas toujours parfaitement maîtrisés.

Le contrôle interne est conçu pour signaler et bloquer le fonctionnement de la protection du relais en cas de défaut dans son circuit et non dans le réseau électrique de la compagnie d'électricité. Par conséquent, cela n'augmente pas la fiabilité du système d'alimentation.

4. La fiabilité des dispositifs de protection à relais à microprocesseur est plus élevée car ses composants sont plus résistants au vieillissement physique

Avec un bon fonctionnement, les relais de protection électromagnétique introduits en URSS dans les années 1970 fonctionnent toujours parfaitement et ont conservé leurs caractéristiques techniques.

Les condensateurs électrolytiques des meilleures entreprises japonaises, qui font partie de la protection des relais, après 7 ans de fonctionnement dans les alimentations à découpage, perdent leurs propriétés, leur étanchéité et créent des fuites d'électrolyte qui peuvent corroder les pistes de cuivre des circuits imprimés.

Statistiques des dommages MPD des entreprises japonaises

Les fabricants de dispositifs à microprocesseur ont vu une volonté de réduire la taille des composants électroniques en créant des modes à dissipation thermique accrue qu'il faut retirer du système de refroidissement, ce qui n'est pas toujours fait.

Difficulté au travail

1. Compatibilité électromagnétique

La microélectronique moderne est très sensible aux rayonnements électromagnétiques et des ensembles de dispositifs de protection à relais à microprocesseur sont installés dans les sous-stations fonctionnant dans des conditions d'intensité de champ électrique accrue, nécessitant une protection blindée fiable avec une fuite de potentiel accumulée vers la terre.

Dans de nombreuses sous-stations, la résistance de la boucle de terre ne répond pas aux exigences de fonctionnement des dispositifs de protection à relais à microprocesseur, ce qui implique une grande quantité de travaux de construction. Sinon, de telles protections peuvent conduire à un fonctionnement non autorisé en cas de perturbations électromagnétiques dans le système, qui peuvent facilement être créées intentionnellement, telles que des attaques de pirates informatiques contre des logiciels.

2. Tâches à accomplir

La défaillance d'une protection à microprocesseur entraîne des conséquences plus graves pour l'électricité que la défaillance de la protection électromagnétique, car fonctionnellement le dispositif de protection à relais à microprocesseur exécute les tâches de protection électromagnétique 3 ÷ 5.

3. Formation du personnel

Un grand nombre d'entreprises dans le monde avec un chiffre d'affaires de plus de milliards de dollars sont engagées dans la production de dispositifs à microprocesseur pour la protection des relais. Rien qu'en Russie et dans les pays de la CEI, plus de 10 entreprises opèrent sur le marché mondial.

Chaque dispositif de sécurité est fabriqué à l'aide d'une technologie unique qui exclut l'interchangeabilité des éléments et des logiciels. Les descriptifs techniques avec mode d'emploi sont des cahiers de plusieurs pages comportant plusieurs centaines de feuilles A4. Il faut beaucoup de temps et de connaissances spécialisées préalables pour les étudier.

Lorsqu'un nouveau type de dispositif de protection à relais à microprocesseur arrive, même du même fabricant, le processus de formation du personnel doit être relancé.

conclusions

Les dispositifs de protection à relais à microprocesseur sont une direction véritablement progressive dans le développement de l'électricité.

La grande fiabilité des dispositifs à microprocesseur pour la protection des relais, annoncée par les constructeurs, ne correspond pas toujours à la réalité.

Le personnel chargé de l'entretien de toute unité de protection à microprocesseur doit être conscient de toutes les faiblesses de ces dispositifs et corriger habilement leur fonctionnement.

Il est grand temps que les agences gouvernementales se saisissent des questions de normalisation et y intègrent des systèmes de protection de relais à base de microprocesseur.

Gurevich VI Vulnérabilités des relais de protection à microprocesseur : problèmes et solutions. — M. : Infra-ingénierie, 2014 — 248 p. : Il.