Современные системы релейной защиты представляют собой распределённые микропроцессорные системы, в состав которых входят:
информационно-измерительные комплексы, обеспечивающие контроль дискретных и аналоговых параметров энергетических узлов предприятия, управление отдельными энергетическими узлами.
коммуникационное оборудование;
автоматизированные рабочие места пользователей.
Эффективность и надёжность являются основными показателями качества функционирования релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. Особенно остро вопрос обеспечения высокого уровня надёжности и эффективности встаёт в настоящее время в связи с началом широкого внедрения микропроцессорных терминалов защит.
Резервирование — это применение дополнительных средств и возможностей в целях сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.
В настоящее время нашло весьма широкое применение структурное резервирование с мажоритарным элементом, оно используется для повышения надежности цифровых электронных устройств и цифровых систем. Мажоритарный элемент позволяет обеспечить режим одновременного штатного функционирования основного и резервных элементов управления и исключает применение специальных коммутационных узлов, устраняющих взаимное влияние основного и резервных элементов друг на друга. При этом отказ основного или резервного элементов не влияет на работу оставшихся исправных элементов.
При мажоритарном резервировании сигнал в двоичном коде подается на нечетное число элементов. С выходов этих элементов сигналы поступают на вход мажоритарного элемента. Назначение мажоритарного элемента состоит в выделении безошибочного сигнала. На входе мажоритарного элемента могут быть как ошибочные, так и безошибочные сигналы. Выходной сигнал формируется на основе закона, определяющего функционирование мажоритарного элемента. Простейшим законом функционирования является закон большинства или мажоритарный закон. Выходной сигнал мажоритарного элемента принимает значение, равное значению большинства входных сигналов.
В релейной защите используются мажоритарно резервированные элементы, реализующие операцию «два из трех» (рис.1).
Рис.1. Мажоритарное резервирование по схеме «два из трех»
Составим таблицу истинности (таблица 1.), которая отражает все возможные состояния системы. (0 — отказ элемента, 1 — работающий элемент).
Если обозначить 
— вероятность безотказной работы элемента, а 
— вероятность отказа элемента, то получим вероятностную модель работы системы резервирования по схеме «два из трех».
Предположим, что мажоритарный элемент обладает идеальной надежностью.
Подставим в полученную формулу:
Если мажоритарный элемент неидеален:
Подставим для вероятностей значения:
Таблица 1
Таблица истинности всех возможных состояний работы системы резервирования по схеме «два из трех»
|
Первый элемент |
Второй элемент |
Третий элемент |
Мажоритарный элемент |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
Главное достоинство этого способа резервирования — обеспечение надежности при любых видах отказов. Например, при отсутствии кворум-элемента и отказах типа «обрыв» (на выходе отказавшего информационно-логического устройства постоянно сигнал равен 0) постоянное резервирование повышает надежность системы, а при отказах типа «замыкание» (на выходе отказавшего информационно-логического устройства постоянно сигнал равен 1) надежность систем с параллельно подключенными элементами наоборот ниже, чем у одного устройства без резерва, и опасность отказа возрастает. Подключение кворум-элемента устраняет эту опасность, так как обеспечивает правильную передачу сигнала с входа на выход при отказе любого вида одного устройства из трех.
Достоинства мажоритарной системы резервирования:
значительно увеличивается вероятность безотказной работы релейной защиты;
не требуется обнаружение неисправного элемента и переключение на резервный;
подавляются все сбои.
Недостатками мажоритарной системы резервирования являются:
существенно увеличивается объем, масса и потребляемая мощность оборудования;
снижается быстродействие, так как мажоритарные элементы включаются последовательно с основными элементами;
отсутствует индикация отказавших устройств, что уменьшает ремонтопригодность;
система отказывает, когда еще есть исправные элементы, так как мажоритарный элемент не может принять верные решения, если отказавших элементов больше, чем исправных.
