«Круглый стол» экспертов: современное развитие систем релейной защиты и автоматики (РЗА)

Эти и многие другие темы широко обсуждались российскими и иностранными специалистами на 2-й Международной научно-технической конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем», проходившей в Москве 7-10 сентября 2009 года (сборник докладов см. http://www.energyland.info/library-show-3130). На заседаниях и в кулуарах подобных мероприятий очень часто возникают интересные дискуссии и споры. Корреспондент www.energyland.info опросил нескольких экспертов – представителей ведущих российских компаний-производителей РЗА. Из этих комментариев мы сформировали заочный «круглый стол», на котором специалисты высказались по самым важным и острым проблемам развития РЗА в России.   

Как вы оцениваете перспективы и темпы замены на российских подстанциях электромеханических реле микропроцессорными?

Дмитрий Антонов, к.т.н., начальник лаборатории РЗА 110 кВ ЗАО «Радиус-Автоматика» (г. Москва):

«В России активно идет замена старых электромеханических, статических реле на микропроцессорные.  В общем объеме реле старого типа занимают примерно 80 %.
Постепенно доля цифровых защит, несомненно, будет расти. В подавляющем большинстве новых проектов закладываются защиты на микропроцессорной элементной базе. Это объясняется, в первую очередь, все более возрастающими требованиями к современным системам защит и автоматики на фоне развития электроэнергетических систем.
Нужно отметить, что в настоящее время типы защит, реализованные в микропроцессорных терминалах, остаются прежними, так сказать, «классическими». Меняется в основном исполнение измерительных органов за счет применения современных алгоритмов цифровой фильтрации. Но есть попытки реализации новых типов защит, о чем неоднократно шла речь на проходящей сегодня конференции CIGRE. Потребуется много времени и усилий, чтобы воплотить теоретические изыскания в массовое серийное производство защит нового поколения».

Валерий Ефремов, к.т.н., директор Центра инжиниринга проектов ИЦ «Бреслер» (г. Чебоксары):

«Доля микропроцессорных реле в системах РЗА в России сейчас составляет 7-10 %. Полагаю, что в перспективе она будет расти, но не слишком быстрыми темпами. Надежность микропроцессорных реле сама по себе достаточно высока, однако ряд факторов приводит к тому, что в настоящее время процент неправильных срабатываний микропроцессорных защит не ниже, чем у электромеханических. Среди причин такого положения следует упомянуть ошибки при проектировании новых защит, недостаток информации об объекте и неверный выбор параметров срабатывания, недостаточный уровень квалификации обслуживающего персонала. На это влияют и ошибки, возникающие по вине пусконаладочных организаций. Все это создает временную проблему, не меняющую стратегию развития релейной защиты, но сказывающуюся  на темпах внедрения микропроцессорных устройств».  


Александр Шапеев, руководитель отдела инжиниринга департамента РЗА ООО «Центр управления проектами Чебоксарского электроаппаратного завода» (г. Чебоксары):

«Электромеханические реле в России до сих пор выпускаются рядом предприятий. Львиная доля всех электромеханических устройств, установленных на объектах энергетики России, произведена на Чебоксарском Электроаппаратном Заводе (ЧЭАЗ). Электромеханические реле находят применение в системах РЗА на подстанциях старого образца, когда там проводят обновление оборудования, а не полную реконструкцию. Более того, не все электромеханические реле могут быть полностью заменены реле на микропроцессорной базе с технической точки зрения, например, промежуточные реле действия на коммутационные аппараты. В связи с этим, электромеханические реле также используются и производителями современных микропроцессорных устройств при выполнении функционально-законченных систем РЗА в качестве выходных органов действия на коммутационные аппараты. Полностью обойтись без электромеханических реле при создании системы РЗА подстанции или станции на сегодняшний день невозможно. Всего в эксплуатации в энергосистеме РФ находится более 400 тыс. устройств РЗА, из которых около 84 % выполнены на электромеханической базе и 9 % на микроэлектронной базе (по данным Системного оператора ЕЭС на 2009 г.). Очевидно, что заменить их сразу микропроцессорными устройствами будет невозможно. Необходимо отметить, что в последнее время на новых подстанциях в энергосистеме России внедряются только микропроцессорные реле как зарубежных, так и отечественных производителей, которые интегрируются в систему АСУ ТП. Несомненно, устройства релейной защиты и автоматики, выполненные на микропроцессорной базе, по многим показателям превосходят электромеханические и микроэлектронные устройства, поэтому будущее релейной защиты однозначно связано с применением многофункциональных микропроцессорных устройств».

Алексей Журавлев, коммерческий директор ОАО «Ивэлектроналадка» (г. Иваново):

«Процент эксплуатируемых электромеханических реле значительно больше чем микропроцессорных. Внедрение новых микропроцессорных защит имеет приоритетное значение при вводе новых объектов и реконструкции старых, но, к сожалению, этот процесс идет не так быстро, как хотелось бы. На мой взгляд, на этот процесс влияет не только кризис и уменьшение инвестиций, но и привычка эксплуатационного персонала на подстанциях старого типа: для них электромеханические реле проще и понятнее. Наличие спроса на такие реле говорит само за себя. Что касается цифровых защит – некоторые  отечественные компании выпускают микропроцессорные терминалы не уступающие аналогам ведущих мировых производителей, а в чем-то, возможно, даже их превосходящие».


В чем достоинства и недостатки электромеханических и микропроцессорных устройств РЗА? Каковы основные отличия устройств отечественного и зарубежного производства?

Александр Шапеев, руководитель отдела инжиниринга департамента РЗА ООО «Центр управления проектами Чебоксарского электроаппаратного завода» (г. Чебоксары):

«Преимущество микропроцессорной защиты в том, что она непрерывно предоставляет всестороннюю информацию о своем состоянии и о режиме работы защищаемого объекта. Микропроцессорное устройство работает постоянно, а электромеханическое – только при срабатывании, т.е. в момент возникновения повреждения на защищаемом объекте. Кроме того, микропроцессорные защиты обладают улучшенными техническими характеристиками по сравнению с электромеханическими защитами (диапазоны установок, стабильность параметров при отклонении основных и вспомогательных воздействующих величин, весогабаритные показатели и т.д.), имеют широкий набор дополнительных функций, удобны и информативны в работе и обслуживании. В то же время, электромеханические реле в меньшей степени подвержены влиянию электромагнитных возмущений, имеют значительно меньшую стоимость по сравнению с микропроцессорными, более просто заменяются и вводятся в работу. В некоторых случаях, экономически оправдано использование электромеханические реле вместо микропроцессорных – с точки зрения показателя необходимая функциональность/ стоимость.
Первые микропроцессорные защиты, которые были введены в работу в отечественной энергосистеме в 1994 году, были произведены за рубежом. На сегодняшний день значительную долю рынка устройств РЗА на микропроцессорной базе в России занимают отечественные производители. Подходы к построению защит в отечественной практике и за рубежом несколько отличаются друг от друга. Ряд технических решений, реализованных в терминалах РЗА зарубежных производителей, был принят на вооружение российскими разработчиками микропроцессорных защит. Например, использование дистанционных органов от повреждений, связанных с землей, в защитах линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше, продольная дифференциальная защита с использованием цифровых каналов связи, интегрирование функций защит и автоматики управления в одном устройстве и т.д.
Современные устройства РЗА сегодня определяются как интеллектуальные электронные устройства – Intelligent Electronic Device (IED). Как правило, такими устройствами считаются устройства, способные передавать и принимать информацию по современному протоколу обмена данными IEC 61850 на основе технологии Ethernet. Данный стандарт позволяет обмениваться информацией между микропроцессорными устройствами разных производителей в цифровом виде по каналам связи. Это не означает, что устройства РЗА будут максимально стандартизованы, и производители устройств не будут конкурировать между собой. Стандарт определяет лишь правила обмена информацией, но не определяет правила реализации и построения тех или иных функций РЗА, алгоритмов защит. Использование  стандарта IEC 61850 поддержали отечественные производители и разработчики устройств РЗА, системные интеграторы, а также специалисты энергосистем. Уже на ряде подстанций в энергосистеме России выполнен и введен в работу комплекс РЗА и АСУ ТП на базе стандарта IEC 61850. В рамках конференции был организован визит на подстанции «Очаково» 500 кВ, «Западная» 500 кВ МЭС Центра ФСК, на которых системы РЗА и АСУ ТП выполнены с использованием стандарта IEC 61850. По оценке зарубежных и российских специалистов данные подстанции объективно были названы «Интеллектуальными подстанциями нового поколения».

Валерий Ефремов, к.т.н., директор Центра инжиниринга проектов ИЦ «Бреслер» (г. Чебоксары):
«Несмотря на ряд выгод (цена, готовность персонала и.т.п.) электромеханики перед микропроцессорными защитами, вектор развития РЗА направлен в сторону цифровых защит, и иного быть не может. Уже сейчас на очереди следующее поколение РЗА – адаптивные защиты.
Преимуществ у микропроцессорных защит много: это и меньшие габаритные размеры, постоянная самодиагностика, более низкие эксплуатационные затраты, совмещение в одном устройстве функций различных защит, управления, измерения, регистрации событий, возможность интеграции в АСУ ТП, оперативное внесение изменений в программы защит, в том числе и для исправления проектных ошибок и прочее. Если учесть все эти составляющие, то можно смело утверждать, что цена функций в таких изделиях сопоставима с электромеханическими защитами (а чаще – ниже) и это выбивает главный аргумент сторонников электромеханики.  
Говоря о сравнительных характеристиках микропроцессорных защит различных производителей, следует отметить, что аппаратная база и у иностранных и у российских производителей одна и та же, по алгоритмическим возможностям российские производители не уступают зарубежным, если не сказать превосходят. Отечественным потребителям РЗА удобнее работать с российскими производителями – проще поднимать возникающие вопросы, проще получить дополнительную информацию, лучше сервис».

Дмитрий Антонов, к.т.н., начальник лаборатории РЗА 110 кВ компании «Радиус-Автоматика» (г. Москва):

«По функциональным возможностям российские устройства РЗА практически не уступают импортным, но при этом в большинстве случаев выигрывают в цене. Кроме того, устройства иностранных фирм-производителей часто требуют выполнения работ по адаптации к российским принципам построения защит».

Как финансовый кризис влияет на развитие систем РЗА?

Александр Шапеев, руководитель отдела инжиниринга департамента РЗА ООО «Центр управления проектами Чебоксарского электроаппаратного завода» (г. Чебоксары):

«В условиях кризиса отечественным производителям стало проще конкурировать с зарубежными, поскольку стоимость микропроцессорных устройств отечественного производства ниже стоимости зарубежных аналогов. С другой стороны значительно сократились инвестиции в электроэнергетику: проектов строительства новых подстанций и реконструкции старых стало заметно меньше. Некоторые технические решения по оснащению подстанции оборудованием РЗА и АСУ ТП также изменились в период кризиса. Например, в традиции отечественной энергетики была практика установки на подстанции автономного устройства регистрации событий, независимого от комплекса РЗА. В то же время современные микропроцессорные устройства защиты имеют встроенную функцию регистрации событий. В кризис в практику входит отказ от автономных регистраторов, хотя использование независимого регистратора событий и анормальных режимов удобнее в эксплуатации. Отмена использования независимых регистраторов анормальных режимов и событий – действующее предписание, но, я думаю, что по окончании кризиса оно может быть пересмотрено и отменено. Также в период кризиса пересмотрены вопросы выполнения комплекса основных защит трансформаторов и автотрансформаторов с высшим напряжением 220 кВ.
Тем не менее, алгоритмы реле постоянно совершенствуются, оптимизируются показатели быстродействия, селективности. Внедряются системы мониторинга энергосистем, разрабатываются комплексы противоаварийной автоматики. Использование современных цифровых технологий позволяет реализовывать функциональные, адаптивные алгоритмы, которые намного превосходят традиционные. Объяснить это также можно наличием жесткой конкуренции в сфере разработки и производства устройств РЗА».
 

Каковы проблемы и перспективы внедрения МЭК 61850 в России?


Александр Наумов, к.т.н., технический директор НПП «Экра» (г. Чебоксары):

«Наше предприятие начало выпуск микропроцессорных устройств с 1993 года, а с 1999 года выпускает РЗА только на микропроцессорной основе. Основные комплектующие – до 90 %, особенно сложные микросхемы – только импортные.
Мы начали производить защиты, поддерживающие протокол 61850 и осенью 2009 года будут проведены испытания на действующей подстанции. Однако внедрение протокола 61850 на действующей подстанции может иметь не только большие технические проблемы. Проблема в том, что Россию пытаются сделать экспериментальной площадкой для внедрения протокола 61850 – это совершенно неправильно. Нормальный подход, когда для эксперимента выделяется подстанция, где проводятся все необходимые опыты, доработки. Протокол 61850 – очень «сырой», в мире его нигде не используют в качестве базового протокола для распространения на всех подстанциях. Сейчас на России ставят эксперимент. В этом заинтересованы иностранные производители, давно работающие в этом направлении. Но на Западе внедрение идет не повсеместно, а через апробацию на нескольких базовых подстанциях. Но у нас почему-то презентуется, что 61850 – панацея от всех бед, он решит все вопросы. Внедрение протокола 61850 потребует огромного вложения средств. Это новый подход,  к которому не готова ни аппаратная часть большинства отечественных производителей РЗА, ни квалификация сотрудников эксплуатирующих энергосистем.
Но это не значит, что протокол не нужен и не эффективен, и его вообще не нужно внедрять. Просто необходимо это делать с умом. Если посмотреть на карту внедрения протокола 61850 компании Siemens по всему миру, то можно увидеть, что много объектов реализовано в Бразилии, Китае. Но в самой Германии – всего лишь несколько. Германия – достаточно консервативная страна и она будет последней, кто внедрит этот протокол. «Революционные» методы внедрения 61850 в России чреваты серьезными финансовыми затратами и снижением эффективности энергокомпаний.
Наша компания активно работает в этой области и в ближайшее время будет готова к серийному производству РЗА с поддержкой протокола 61850. Специалисты известной австрийской фирмы OMICRON, выпускающей устройства для проверки РЗА (устройства этой компании установлены в европейском сертификационном центре, тестирующем протокол 61850), проверяли наши устройства РЗА подстанционного оборудования и признали, что они поддерживают протокол 61850 с максимальным быстродействием».



Валерий Ефремов, к.т.н., директор Центра инжиниринга проектов ИЦ «Бреслер» (г. Чебоксары)

«В России сейчас на подстанциях наиболее распространен протокол IEC 60870-5-103 и начинает внедряться стандарт  61850. Новая продукция многих производителей уже поддерживает стандарт 61850. Два года назад в рекомендациях к тендерам ФСК отдельной строкой прописывала поддержание протокола 61850, но сегодня представители компании заявляют, что очень осторожно относятся к этому стандарту, и в последних тендерах не содержится жестких требований по этому протоколу. Прежде чем начинать вводить МЭК 61850 на всех российских подстанциях, необходимо получить и проанализировать опыт внедрения, который был бы доступен всем производителям РЗА. Такой опыт выявит проблемы и пути их решения и только после этого можно будет подготовить рекомендации к широкому внедрению стандарта 61850.
Сейчас же, к сожалению, инофирмы, используя преимущество в получении информации о стандарте на более ранних стадиях его создания, превратили стандарт в инструмент вытеснения конкурентов с российского рынка РЗА, в первую очередь отечественных производителей РЗА».

Александр Шапеев, руководитель отдела инжиниринга департамента РЗА ООО «Центр управления проектами Чебоксарского электроаппаратного завода» (г. Чебоксары):

«Стандарт IEC 61850 принципиально был разработан с целью облегчения интеграции устройств различных производителей в одну систему АСУ ТП на одном объекте. Первая попытка обеспечения возможности совместной работы устройств различных производителей была реализована в стандарте IEC 60870-5-103 (так называемый 103-й протокол), но этот стандарт подразумевал устаревшие технологии последовательной передачи данных. Стандарт IEC 61850 основан на применении современной технологии передачи данных Ethernet, имеющей ряд преимуществ по сравнению с используемыми ранее технологиями передачи данных в систему АСУ ТП в части релейной защиты. Переход к технологии передачи данных Ethernet очевиден. Стандарт IEC 61850 необходим для обеспечения общего подхода производителей к вопросу передачи данных в систему АСУ ТП. Более того, новый стандарт открывает новые возможности – передача сигналов между устройствами РЗА минуя сервер (GOOSE-сообщения), передача цифровых значений токов и напряжений от полевых устройств.
За рубежом ведущие производители (ABB, Siemens) создали лаборатории – испытательные полигоны для тестирования и исследования возможностей систем, построенных на базе стандарта IEC 61850. Некоторые российские производители также создали подобные полигоны. Такие полигоны необходимы, поскольку внедрение новых технических решений требует всестороннего тестирования и проверки.
За рубежом одним из первых примеров применения стандарта была крупная узловая подстанция Лауфенбург 380/220/110 кВ (Laufenburg), расположенная на границе Швейцарии и Германии. Работы по внедрению стандарта были начаты в 2004 г., в мае 2005 г. подстанция была введена в работу. На сегодняшний день имеется положительный опыт эксплуатации. На подстанции совместно работают устройства производства ABB и Siemens. В качестве примера можно также привести подстанции TERNA 380/220/150 кВ (Италия),  DEWA 131/11 кВ (Дубай),  Dobrudja & Varna 400/220/110 кВ (Болгария). География применения стандарта достаточна обширна. В России реализована самая большая в Европе система РЗА + АСУ ТП, построенная на базе стандарта IEC 61850 – это подстанция «Очаково» 500 кВ, МЭС Центра, ФСК ЕЭС.
Основной проблемой, на мой взгляд, на сегодняшний день для внедрения стандарта IEC 61850 является нехватка персонала для обслуживания, ввода в эксплуатацию и разработки систем и устройств. Проблема заключается в том, что цифровые технологии в значительной степени интегрируются в консервативную область релейной защиты. Т.е., требуются специалисты нового уровня, которые в идеале должны обладать знаниями в части построения систем РЗА (специалисты-релейщики), а также и в области программирования и цифровых технологий. Зарубежные специалисты в последнее время часто пользуются понятиями системный инжиниринг и системный инженер, а не только специалист по релейной защите и специалист по АСУ ТП.
Очевидно, что стандарт будет дорабатываться Международной электротехнической комиссией (МЭК), будет анализироваться опыт его внедрения. Хочется надеяться, что в этой работе будет учитываться опыт и мнение российских специалистов. Внедрение стандарта – это внедрение современных технологий, в частности Ethernet, это совершенствование устройств РЗА. Безусловно, использование новых технологий необходимо для создания современных, отвечающих высоким мировым стандартам, устройств РЗА и систем АСУ ТП».

Ссылки по теме:
«Псковэнерго» запланировало модернизацию устройств РЗА на 16 подстанциях

Продукты и решения РЗА и АСУ

«Высоковольтный союз»: работа в области РЗА