Об эффективности новых устройств РЗА - Энергетика и промышленность России - № 1 (65) январь 2006 года - WWW.EPRUSSIA.RU - информационный портал энергетика
16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/65/4360.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 1 (65) январь 2006 года

Об эффективности новых устройств РЗА

Тема номера Шалин А.И., д. т.н., профессор, ведущий специалист ООО «ПНП БОЛИД», г. Новосибирск

Понятие «релейная защита» появилось примерно век назад и уже успело устареть, хотя в России это заметно меньше, чем в некоторых странах Запада, где само понятие «реле» постепенно уходит в прошлое, уступая место названию «микропроцессорный терминал».

При чтении литературы по релейной защите часто возникает впечатление, что поведение РЗ в различных ситуациях легко предсказать, а основные величины, на которых базируется ее функционирование, могут быть достаточно точно определены.

В реальности же это далеко не всегда так. В процессе функционирования релейной защиты, как выяснилось, существенную роль играет фактор случайности и неопределенности.

Главные эксплуатационные свойства релейной защиты – техническое совершенство (включающее в себя селективность и устойчивость функционирования) и надежность функционирования.

С точки зрения надежности основной функцией РЗ является снижение ущерба при авариях в энергосистеме. Релейная защита, отключая поврежденный элемент, уменьшает глубину аварии, не дает ей развиться на окружающие элементы энергосистемы. Защита, обладающая высоким техническим совершенством и надежностью, может значительно повысить надежность и эффективность функционирования энергосистемы. В то же время ненадежная защита сама становится источником аварийности и может нанести системе большой ущерб.

К защите от коротких замыканий предъявляются следующие основные требования:
– не срабатывать при отсутствии короткого замыкания в системе;
– не срабатывать при повреждениях вне зоны защиты;
– срабатывать при повреждениях на защищаемом объекте.

В отдельных случаях перечисленные требования нарушаются, и тогда говорят, что защита отказывает в функционировании, т.е. проявляется фактор случайности и неопределенности в ее работе. Возможны следующие основные виды отказов в функционировании:
– ложные срабатывания (при отсутствии короткого замыкания в системе);
– излишние срабатывания (при повреждениях вне зоны защиты);
– отказы в срабатывании (при повреждениях на защищаемом объекте).

Элементы случайности и неопределенности в работе защиты могут появляться в результате разных факторов, которые принято делить на две группы:
– проявляющиеся в исправной и правильно настроенной защите;
– возникающие при появлении неисправностей или неправильной настройке.

Обычно при неправильных действиях защиты требуется определить причину таких действий. Чаще всего отказы в функционировании РЗ возникают по следующим причинам:
– из‑за низкого технического совершенства (в тех случаях, когда произошло такое неблагоприятное сочетание событий, на которое защита в принципе не рассчитана);
– из‑за ошибок проектантов или обслуживающего персонала;
– из‑за возникновения неисправностей в схеме защиты.



Микропроцессорная защита ведет к авариям?

Исторически устройства релейной защиты выполнялись на разных элементах:
– на электромеханических реле;
– с использованием электронных ламп;
– с использованием полупроводниковых транзисторов и диодов;
– на микросхемах среднего уровня интеграции (операционные усилители, логические ячейки и т.д.);
– на базе микропроцессоров.

В развитых странах, как отмечалось выше, подавляющее большинство устройств РЗА выполняется на базе микропроцессоров.

В нашей стране релейная защита энергосистем в большинстве случаев по‑прежнему выполняется на базе реле, по большей части электромеханических. Переход на современную элементную базу – микросхемы среднего уровня интеграции и микропроцессорную технику происходит медленно.

По данным фирмы ОРГРЭС, к 2002 году в энергосистемах России находилось в эксплуатации 98,5% электромеханических устройств (включая устройства с элементами микроэлектроники и на полупроводниковой основе) и 1,5% микроэлектронных устройств, включая микропроцессорные. В соответствии с данными, число микропроцессорных устройств РЗА составляет всего порядка 0,12% от общего количества. Таким образом, можно констатировать, что переход на современную элементную базу, о необходимости которого длительное время говорится, пока не состоялся.

Ситуация осложняется еще и тем, что конечная цель такого перехода – значительное повышение эффективности функционирования – как правило, не достигается. Зато заметно улучшилось техническое совершенство. Микропроцессорные терминалы и панели релейной защиты на микросхемах среднего уровня интеграции гораздо проще настраивать, они дают достаточно полную информацию о произошедшей аварии, могут изменить в случае необходимости свои уставки по команде с диспетчерского пункта и т.д. Но процент неправильных действий современных панелей и шкафов РЗ часто оказывается существенно выше, чем для старых защит, выполненных на электромеханических реле.

Появились своего рода «чемпионы» по количеству отказов. Так, по данным фирмы ОРГРЭС, в 1994 году процент неправильной работы дифференциальной защиты блоков на базе реле ДЗТ-21 составил 62,5. В последующие годы показатели колебались около этой цифры. Дифференциальная защита трансформаторов с реле ДЗТ-21 и ДЗТ-23 неправильно работала в 30,3% случаев, дифференциальная защита шин с торможением – в 24,1% и т.д.

Едва ли такие результаты можно назвать удовлетворительными.



Причины отказов в функционировании

Рассмотрим одну из причин такой неприятной статистики. Величина повреждений для таких защищаемых объектов, как силовые трансформаторы и сборные шины, очень мала. Например, силовые трансформаторы повреждаются в среднем один раз в 15‑40 лет (при таких повреждениях и возникает необходимость в срабатывании их защиты), ненамного чаще повреждаются сборные шины (частота их повреждений зависит от напряжения и количества присоединений). В то же время короткие замыкания вне зоны защиты случаются по несколько раз в год. Если хотя бы малая часть этих внешних коротких замыканий приводит к излишним срабатываниям, то величина отказов в функционировании будет угрожающе большой.

При вполне, казалось бы, удовлетворительных характеристиках самой защиты высокий процент ее неправильных действий обусловлен низкой повреждаемостью защищаемого объекта, причем, устанавливая одну и ту же защиту на разных защищаемых объектах, получаем разные значения процента неправильных действий.

Для объектов, которые повреждаются относительно часто (например, для линий электропередач), статистика отказов гораздо благоприятнее. Например, в 1997 году токовая защита от замыкания на землю на ЛЭП 500‑750 кВ типа ПДЭ-2002 имела 7,1% неправильных срабатываний, дистанционная защита ШДЭ-2800 – 2,3%, направленная высокочастотная защита ПДЭ-2802 – 3,2% неправильных срабатываний и т.д.

Все описанные выше устройства защиты выполнены на микроэлектронной элементной базе (в основном, с использованием микросхем среднего уровня интеграции). В то же время, как отмечалось выше, в энергосистемах России по‑прежнему эксплуатируется большое количество устройств РЗ, выполненных на старых электромеханических реле. Процент их неправильных действий в среднем составляет 0,4‑0,5%.

Справедливости ради следует отметить, что и в развитых странах Запада переход на современную элементную базу, связанный, как правило, с усложнением схемы и конструкции устройств и панелей РЗ, также сопровождался существенным увеличением количества отказов в функционировании. В конце прошлого века процент неправильных действий устройств релейной защиты, выполненных на электромеханических реле, там составлял 0,1% (в России для аналогичного оборудования – 0,4‑0,6%), для реле на базе интегральных микросхем – 0,3% (в России для различных шкафов и панелей 2,3‑10%), для защит на базе микропроцессоров – 5% (в последние годы в России появились первые, хотя и не очень представительные, данные о количестве неправильных действий таких устройств – 1,4%. Видимо, путем частых автоматических диагностических проверок, период между которыми в ряде случаев приближается к нескольким часам, удалось предотвратить переход большинства дефектов в аварии).

Срок службы электромеханических реле на Западе составлял в то время 30 лет и более, остальных – 20 лет и более. В последнее время появились сведения о том, что срок службы систем релейной защиты, например, в США приблизился к 5‑7 годам. Быстрый прогресс в области разработки новых защит на микропроцессорной базе там приводит к частому обновлению применяемой техники.

Отмечается, что 38% устройств релейной защиты в России проработало больше 25 лет, морально и физически устарело и требует замены. Количество отказов в функционировании, связанных со старением аппаратуры, растет из года в год. Аналогично обстоит дело и с объектами защиты – многие элементы силовой схемы энергосистемы (генераторы, трансформаторы и т.д.) проработали уже гораздо больше своего нормативного срока, что приводит к росту числа отказов и, в свою очередь, повышает требования к релейной защите.



Как ликвидировать ошибки персонала?

По‑прежнему порядка 60% отказов в функционировании устройств РЗА связано с ошибками персонала. Старение парка релейной защиты и большое количество отказов по вине эксплуатационного персонала приводят к необходимости широкого использования автоматических и полуавтоматических диагностических устройств, основная цель которых – быстро выявить возникающие в схемах РЗ дефекты и дать возможность устранить их до того, как они перейдут в разряд аварий (при возникновении в системе коротких замыканий или других возмущений).

Во многих странах за рубежом принята технология обслуживания устройств защиты, не требующая участия обслуживающего персонала служб релейной защиты электрических станций, распределительных подстанций и промышленных предприятий в проверках, наладках и изменении уставок. Всем этим занимается специально обученный персонал предприятий – изготовителей и поставщиков устройств защиты. Сам объем проверок во много раз меньше, чем на нашей традиционной технике, поскольку большая часть проверок выполняется автоматически – диагностическими устройствами, встроенными в сами устройства РЗ. Например, некоторые микропроцессорные терминалы проверяют сами себя один раз в несколько часов и при появлении неисправностей тут же информируют об этом.

Такой подход позволил не только в несколько раз поднять надежность, но и существенно (до двух раз) сократить персонал электротехнических лабораторий.

Большинство специалистов сходятся во мнении, что переход на микропроцессорную элементную базу релейной защиты в России неизбежен, хотя и будет связан с большими трудностями.

Основные причины, затрудняющие такой переход, – это отсутствие квалифицированного обслуживающего персонала, низкая надежность устройств релейной защиты на микропроцессорах, высокая стоимость, плохая электромагнитная совместимость с условиями, которые реально существуют на большинстве подстанций, и т.д. По словам одного из специалистов, «в российских условиях проще снести подстанции бульдозером и на их месте построить новые».

В качестве временной меры предлагается, устанавливая новые микропроцессорные комплекты релейной защиты, дублировать их российскими электромеханическими аппаратами.

Почему импортные устройства не работают в России?
Однако много раз за последние годы специалисты, заказывающие современные микропроцессорные импортные устройства релейной защиты, убеждались в том, что дорогие импортные устройства далеко не всегда правильно работают в российских условиях.

Это объясняется рядом причин:
1. Импортные микропроцессорные терминалы в большинстве случаев предъявляют повышенные требования к параметрам контура заземления, в частности требуют низкого импульсного сопротивления этого контура. На Западе принято для таких устройств монтировать свой собственный контур заземления. В российских условиях многие отказы в функционировании таких защит связаны с наведенными в контуре заземления импульсными помехами.
2. Микропроцессорные терминалы подвержены влиянию электромагнитных помех, поступающих «из воздуха», по цепям оперативного тока, цепям напряжения и трансформаторов тока. Отмечались случаи ложного срабатывания защиты, например при включении рядом с ней мобильного телефона.
3. Современные устройства защиты часто не могут быть удовлетворительно «состыкованы» с отечественными трансформаторами тока, которые имеют недопустимо большие для западных терминалов погрешности и в установившихся, и, особенно, в переходных режимах.
4. Часто импортные защиты не учитывают особенностей отечественной техники, в частности защищаемых объектов.
5. Сама «идеология» построения импортных устройств РЗА обычно не соответствует отечественной. В частности, на Западе практически отсутствуют такие понятия, как АЧР, САОН, по‑другому выполняется АПВ и т.д.

Все это требует от отечественных заказчиков внимательного анализа всего комплекса проблем в целом еще до того, как заказать те или иные современные устройства релейной защиты. Практика показывает, что так бывает далеко не всегда и эксплуатационники выявляют многие недостатки защит уже в процессе их практической работы, сопровождающейся отказами в функционировании защиты.

Особенности перехода на микропроцессорную защиту
В процессе перехода РЗ на современную элементную базу, по‑видимому, придется учитывать и следующие тенденции:
– микропроцессорные защиты не должны слепо дублировать уже известные алгоритмы, необходимо активно работать над совершенствованием теории релейной защиты и создавать для микропроцессорных защит новые, более совершенные одиночные алгоритмы и группы таких алгоритмов, дополняющих и корректирующих друг друга;
– при разработке новых защит необходимо уделять особое внимание обеспечению их высокой надежности и эффективности;
– шире должны использоваться адаптивные к схеме и режиму защищаемого объекта защиты;
– от «распределенной» системы с установкой отдельных, независимых комплектов защиты на каждом защищаемом объекте целесообразно переходить к централизованным защитам, использующим информацию с нескольких смежных силовых объектов;
– в российскую практику необходимо вводить более совершенные датчики тока и напряжения, шире использовать неэлектрические параметры, характеризующие состояние защищаемого объекта и т.д.

Для повышения схемной надежности релейной защиты часто пользуются так называемым резервированием, используя несколько комплектов защиты и включая выходные цепи каждого из них на отключение защищаемого объекта. Это далеко не всегда приводит к ожидаемым результатам. Иногда при реализации такого решения надежность и эффективность защиты не повышаются, а понижаются.

Почти любая попытка путем изменения схемы повысить надежность защиты приводит к тому, что один из аспектов надежности улучшается, а другой ухудшается. Например, устанавливая дополнительный комплект защиты и «заводя» его на отключение защищаемого объекта, мы повышаем надежность срабатывания. При этом надежность несрабатывания уменьшается. Суммарный ущерб от ненадежности для одного защищаемого объекта (например, силового трансформатора) может уменьшиться, а для другого – увеличиться.

Для особо ответственных силовых объектов может оказаться оптимальной схема с тремя полноценными комплектами релейной защиты, при этом защищаемый объект должен отключаться только при одновременном действии на отключение не менее двух из этих комплектов.

В заключение хотелось бы отметить, что оптимальные с точки зрения надежности и эффективности всего комплекса устройств РЗА силового объекта результаты могут быть получены только после обстоятельного анализа особенностей не только применяемых устройств релейной защиты, но и анализа особенностей защищаемого объекта, его роли в работе окружающей части электроэнергетической системы, последствий, к которым приводит отказ в исполнении каждой из функций защиты.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 1 (65) январь 2006 года:

  • В электросети Ленинградской области пошли инвестиции

    С января 2005 года в Ленобласти начала работу Ленинградская областная управляющая электросетевая компания (ОАО «ЛОЭСК»), которой предстояло взять на себя управление муниципальными электросетями и относящимися к ним объектами инфраструктуры. ...

  • Колесо станет легче

    Об изобретении колеса компании и отдельные исследователи заявляют довольно регулярно. Как правило, такие изобретения попадают лишь в музеи. Но когда об изобретении колеса заявляет одна из ведущих шинных компаний – стоит задуматься. Французская фирма Michelin представила специалистам свою новую разработку – Tweel. Американские инженеры (а проект принадлежит американскому подразделению Michelin) задумали решить извечную проб...

  • Блиц

    Глава РАО «ЕЭС России» Анатолий Чубайс намерен построить Туруханскую ГЭС, используя для этого средства инвестиционного фонда. Стоимость данного проекта составляет примерно 12 миллиардов долларов, то есть по миллиарду долларов за каждый гигаватт новой станции. РАО «ЕЭС России» собирается при помощи ГЭС ликвидировать дефицит электроэнергии и связать энергосистемы Сибири и европейской части России. Однако вся инвестиционная программа ко...

  • Средства релейной защиты

    За время, что прошла электроэнергетика с начала ХХ века, можно выделить некоторые этапы развития средств релейной защиты. Они определяются появлением как новых принципов контроля анормальных и аварийных режимов работы оборудования, так и нового поколения технических средств для реализации этих принципов. К первому этапу можно отнести первое десятилетие прошлого века, когда для контроля в основном использовали ток. В это же время, кром...

  • Венесуэла: Венесуэла обеспечит теплом бедных американцев

    Венесуэла заявила о намерении расширить программу по льготному обеспечению тепла в домах, включив в нее американцев с низким доходом. Это будет сделано в рамках плана президента Венесуэлы Уго Чавеса о помощи беднейшим слоям населения, которые, как он считает, игнорирует Вашингтон. Венесуэльская энергетическая компания Citgo Petroleum уже начала продавать более дешевое топливо в некоторых районах Массачусетса и Нью-Йорка. Оппоненты же Ча...