Как нам обустроить релейную защиту?

Электротехника К. т. н. Владимир ГУРЕВИЧ, Центральная электрическая компания Израиля

Чем обусловлено наступление микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ) и вытеснение ими всех других видов релезащиты?

Может быть, принципиальными недостатками последних? Или революционными преимуществами МУРЗ? Другие виды релезащиты вытесняются МУРЗ всего лишь из‑за сверхприбылей, получаемых при производстве МУРЗ по сравнению с производством всех других видов релезащит.

О мифах, и не только

Высокая надежность МУРЗ, отмечаемая сегодня в статистических сводках, не отражает объективной ситуации и связана с неправильной методикой оценки надежности. Реальная надежность МУРЗ намного ниже приводимой в отчетах и ниже надежности электромеханических реле.

Помимо снижения надежности МУРЗ, их широкое применение породило массу дополнительных проблем в релейной защите, не известных ранее, решение которых сегодня пока не найдено.

Что же делать со всеми этими проблемами?

За ответом на этот вопрос обратимся к конструкции МУРЗ. Как известно, МУРЗ имеют модульную конструкцию. Основными функциональными узлами МУРЗ являются: материнская плата с аналого-цифровым преобразователем, микропроцессором, различными видами памяти и другими вспомогательными элементами; модуль цифровых (логических) входов с оптронами; модуль аналоговых входов на основе трансформаторов тока и напряжения; модуль выходных реле. Не правда ли, модульная конструкция МУРЗ чем‑то напоминает конструкцию персонального компьютера (ПК)? Однако имеется одно очень существенное, можно сказать, основополагающее отличие ПК от МУРЗ: для каждого модуля ПК есть обширный рынок, позволяющий комплектовать ПК из набора этих модулей, выпущенных разными производителями в разных странах. К чему это приводит? К снижению цены и возможности комплектовать ПК из набора модулей, наиболее подходящих потребителю и по характеристикам, и по цене. То же самое относится и к программному обеспечению. Имеется некая универсальная платформа (Windows) и огромный рынок прикладных программ на любой вкус.

Но, наверное, есть и существенные конструктивные отличия между ПК и МУРЗ? В действительности принципиальных отличий очень мало: тот же источник питания, тот же главный модуль (материнская плата), к которому подключены вспомогательные модули: модуль аналоговых входов (набор ТТ и ТН с фильтром и АЦП) – вместо видеокарты; модуль логических входов – вместо ТВ-тюнера; модуль выходных реле – вместо звуковой карты. А чем принципиально отличается компьютерная программа, предназначенная для работы с многофункциональным МУРЗ от любой другой компьютерной программы? Ничем!

Так в чем же дело? Почему сегодня мы имеем огромное количество абсолютно не взаимозаменяемых конструктивных исполнений МУРЗ вместо набора универсальных модулей в виде печатных плат, а также огромное количество программ для МУРЗ и их версий, несовместимых даже между собой?

Для ответа на этот вопрос давайте проследим, как работает этот огромный бизнес. Например, что происходит, если выходит из строя какой‑то модуль конкретного типа МУРЗ, установленного на конкретной подстанции? А вот что. Поскольку рынка универсальных модулей не существует, потребитель может заменить вышедший из строя модуль только и исключительно таким же самым, произведенным тем же изготовителем. Таким образом, потратив однажды кругленькую сумму на приобретение комплекта МУРЗ у одного из производителей, потребитель, фактически, попадает в экономическую кабалу от этого производителя на период в 10‑15 лет, поскольку после совершения сделки для потребителя уже не имеет значения наличие нескольких разных производителей на рынке, так как он не может воспользоваться изделиями других производителей. Выбраться из этой кабалы можно, только потратив еще раз не менее круглую сумму на приобретение комплекта МУРЗ другого производителя (и, таким образом, из одной кабалы попасть в другую). А что делает производитель в ситуации абсолютного монополиста? Правильно: повышает цену!

Как помочь потребителю?

Следует производить МУРЗ в виде набора модулей – печатных плат, с универсальными стандартизированными размерами и разъемами, точно так, как это сегодня делается на рынке персональных компьютеров, и со встроенной базовой программной оболочкой, под которую потребитель мог бы загрузить купленную им на рынке программ прикладную программу конкретного вида защит или комплекта защит.

Сегодня каждый тип МУРЗ имеет собственный корпус, существенно отличающийся от корпуса другого типа МУРЗ, иногда даже того же самого производителя (см. рис. ниже). Отдельные МУРЗ размещаются сегодня, как правило, в релейных шкафах: по 3‑5 штук в каждом шкафу. Если новые МУРЗ будут изготовлены в виде набора универсальных модулей на печатных платах, то для такого набора плат станут не нужными (во всяком случае, в большинстве случаев) отдельные корпуса. Каждый МУРЗ может быть образован отдельной горизонтальной секцией в шкафу с направляющими под печатные платы, с индивидуальной дверцей и с задней стенкой с разъемами и клеммами для подключения внешних кабелей.

Сам релейный шкаф должен быть выполнен по специальной технологии, предназначенной для защиты его содержимого от электромагнитных воздействий. Сегодня существуют технологии (специальные шкафы, электропроводные прокладки и смазки, фильтры и т. п.), которые могут существенно ослабить влияние внешних электромагнитных излучений в широком спектре частот на высокочувствительную аппаратуру типа МУРЗ.

В случае принятия предложенного пути развития МУРЗ на рынке появились бы новые игроки, одни из которых специализировались бы на выпуске модулей аналоговых входов с трансформаторами тока и напряжения, другие – на выпуске материнской платы, третьи – на программном обеспечении. Потребитель мог бы компоновать свой МУРЗ из модулей различных производителей, точно так, как это происходит сегодня с ПК, с учетом стоимости и качества этих модулей, а также использовать одну и ту же программу для всех своих МУРЗ.

При этом были бы решены не только очень многие из существующих сегодня проблем, но и была бы существенно снижена стоимость релейной защиты.

Сложность испытаний

Существующие компьютеризированные тестовые системы релейной защиты (ТСРЗ) предназначены для проведения испытаний трех групп: статических, динамических и переходных процессов. Первая группа испытаний предполагает проверку базовых уставок срабатывания реле и является как бы предварительным испытанием реле. Вторая группа испытаний предназначена, в основном, для проверки поведения сложных защит, таких, как дистанционные или дифференциальные, на различных участках характеристик и зон защиты при изменении входных параметров (ток, напряжение, угол) во времени. Третья группа предполагает инжекцию во входные цепи реле файлов переходных процессов в формате COMTRADE, извлеченных из регистрирующих устройств, записавших реальный переходной процесс короткого замыкания в сети, или файлов в том же формате, построенных искусственно c помощью специальных программ.

Результаты испытаний формируются в базу данных, реализованную, как правило, на основе Sybase SQL Anywhere и автоматически оформляются в виде стандартного протокола, который может быть переслан на принтер. Изготовители ТСРЗ предлагают, обычно, наборы тестовых процедур (библиотеки) в виде макросов для различных видов испытаний и даже для некоторых распространенных типов реле.

ТСРЗ позволяют симулировать практически любые встречающиеся на практике условия работы реле защиты. Но такие возможности имеют и обратную сторону: необходимость вводить сотни параметров в десятки таблиц для выполнения каждого отдельного испытания реле. При этом встроенные библиотеки тестовых процедур на практике мало помогают, так как не освобождают от необходимости заполнения многих таблиц. К этому следует добавить не меньшую гибкость и универсальность испытуемого объекта (МУРЗ), также требующего введения огромного количества параметров из десятков выпадающих меню и таблиц. Малейшее несоответствие между собой настроек МУРЗ и ТСРЗ приводит к неправильным результатам. Причем далеко не всегда можно понять, что полученные результаты неверны.

Не менее сложна работа с моделью электрической сети (Power System Model), применяемой в ТСРЗ некоторых типов, для проверки дистанционных защит. Для настройки параметров ТСРЗ в этом режиме необходимо знание множества параметров реальной электрической сети, которые необходимо занести со специальными коэффициентами во множество таблиц. Технику и даже инженеру службы релейной защиты многие из этих параметров реальной сети и применяемых коэффициентов часто не известны, что требует участия в процедуре проверки реле инженеров из других служб энергосистемы.

При предложенном подходе к конструкции МУРЗ решилась бы и проблема тестирования сложных функций МУРЗ, таких, как полигональная характеристика дистанционных реле. При наличии общей стандартной программной платформы для всех МУРЗ производители МУРЗ могли бы снабжать свои защиты двумя компакт дисками. На одном из них под соответствующими номерами должны быть записаны полные наборы уставок для специфических режимов работы защит, или для характерных точек характеристики, или для типовых примеров электрических сетей. На втором под номерами, соответствующими наборам уставок защиты, должны быть записаны полные наборы уставок для ТСРЗ и схемы внешних подключений МУРЗ к выходам и входам ТСРЗ. При этом вся процедура тестирования сведется к загрузке в МУРЗ набора уставок номер XX1, загрузке в ТСРЗ набора уставок номер YY1 и подключению МУРЗ к ТСРЗ. После успешного завершения процедуры автоматического тестирования в МУРЗ, должен быть загружен файл заранее проверенных рабочих уставок с соответствующего компакт-диска. Процесс загрузки должен автоматически контролироваться МУРЗ, и его успешность по завершении должна быть подтверждена выдачей на дисплей соответствующего подтверждения.

Как реализовать программу реконструкции МУРЗ?

Проще всего это сделать в рамках одной большой страны с большой емкостью рынка, при наличии нескольких национальных производителей МУРЗ, способных договориться между собой, при относительной централизации управления энергетикой.

Странами, в которых существуют все эти условия, являются Россия и Китай. Первым шагом на этом пути должен стать набор национальных стандартов, посвященных требованиям к конструкции МУРЗ нового типа, его программному обеспечению, методике испытаний и т. д. К работе над этими стандартами должен быть привлечен широкий круг специалистов: ученых, будущих производителей МУРЗ, будущих потребителей, представителей проектных организаций.

Кабельная арматура, Кабель, Напряжение , Подстанции, Сети , Трансформаторы, Провод

Логин:
Пароль:
Запомнить меня
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь: