РЗА: в поисках новой философии

Микропроцессорная и оптоволоконная техника внесла неоценимый вклад во все сферы деятельности человека, и у релейной защиты и автоматики не видно иного перспективного пути развития. Уже длительное время РЗА по нему успешно шагают. Можно сказать, что произошла микропроцессорно-оптоволоконная революция, раскрывшая широкие возможности:

- по совершенствованию изделий и расширению области их использования;

- по научно- исследовательской работе и созданию новых принципов, а также практическому освоению известных, но ранее не реализуемых принципов;

- по созданию интегрированных систем АСУ, что проблематично при использовании электромеханики, и решению многих других проблем.

При этом МЭК, СИГРЭ постоянно ведут работу по совершенствованию и повышению надежности функционирования микропроцессорной релейной защиты. Разработаны требования к измерительным датчикам, помехостойкости выпускаемой аппаратуры, рекомендации по обеспечению её электромагнитной совместимости на энергетических объектах, а также протоколы, обеспечивающие возможность взаимодействия устройств разных фирм.

Внедрение МУРЗ направлено на создание оптимальной системы защиты, а не на вытеснение чего - либо. Пригодно все, что способствует этому.

 

С.Петров

 

Владимир Степанов, главный специалист по применению продукции компании «АББ Силовые и автоматизированные системы»:

По оценкам экспертов среди реле защиты сетей высокого напряжения доля микропроцессорных устройств постоянно растет и на сегодня составляет: в России – около 20%, в странах западной Европы порядка 50%, в Китае - свыше 90%. В России при сооружении новых объектов приоритет отдается микропроцессорным устройствам.

Внедряемые сегодня в России электромеханические и электростатические реле используются в основном для замены аналогичных устройств на подстанциях тех потребителей, которые не хотят отказываться от привычной элементной базы. Во многих странах в качестве основной защиты применяются микропроцессорные, а в качестве резервной – электромеханические или электростатические реле. Но в целом магистральное развитие релейной защиты, которому следует и АББ – применение микропроцессорной техники и максимально полное использование ее возможностей. МП техника имеет несомненные преимущества в части защитных, сервисных и коммуникационных функций, позволяет реализовывать алгоритмы контроля и защиты, недостижимые на элементной базе предшествующих видов защит, обладает большим потенциалом для поддержки и развития новых технологий управления режимами энергосистемы.

Электромеханическая РЗ требует высокой квалификации персонала, высокого качества производства, поскольку ее алгоритмы выполняются на физических элементах. Они чувствительны к состоянию окружающей среды, со временем изменяют свои свойства и требуют большего внимания на всех этапах жизненного цикла.

 

В.Степанов

 

Временный минус МП-технологии - сравнительно небольшой опыт эксплуатации, она не так долго отлаживалась, поэтому ее потенциал полностью не раскрыт, например, в части электромагнитной совместимости. Производство электромеханических реле насчитывает более сотни лет и достигло относительного совершенства в рамках возможностей своей технологии. Но со временем МП - устройства тоже пройдут этот путь.

 

 

Виктор Капустин, главный инженер подразделения "Автоматизация в энергетике" Департамента "Интеллектуальные сети" ООО "Сименс":

Сегодня практически все производители устройств РЗА, отечественные и зарубежные, все свои ресурсы направляют на разработку и производство микропроцессорных устройств. Замена электромеханических (ЭМ) и микроэлектронных (МЭ) устройств РЗА на микропроцессорные – несомненный шаг вперёд на пути повышения надежности, функциональности и гибкости устройств релейной защиты. В частности, МП устройства РЗА обеспечивают практически 100%-ую внутреннюю автоматическую самодиагностику, стабильность и точность выставленных параметров настройки на протяжении всего периода эксплуатации. А при создании на объектах электроэнергетики АСУ ТП альтернативы у МП устройств РЗА просто нет. Думаю, рано или поздно микропроцессорные устройства РЗА полностью вытеснят электромеханические и микроэлектронные устройства.

Техническая политика ведущих энергетических компаний России, таких, как ФСК, МРСК и др., предусматривает, использование при новом строительстве и комплексной реконструкции энергообъектов только МП устройств РЗА. Учитывая высокие темпы и большие объёмы инвестиционной деятельности этих компаний, лет через 20 все устройства РЗА на их энергообъектах будут заменены на микропроцессорные. Замена устройств РЗА на энергообъектах неэнергетических компаний растянется, по моему мнению, на более длительный срок.

Сейчас темпы замены ЭМ и МЭ устройств тормозит отсутствие единой согласованной технической политики в части построения систем РЗА на микропроцессорной базе сетевых объектов у разных компаний-собственников энергообъектов, а также подразделений системного оператора. Кроме того, процессу препятствует отсутствие типовых проектных решений, низкое качество подавляющего числа выпускаемых проектов, недостаточная квалификация персонала РЗА проектных, монтажно-наладочных и эксплуатирующих организаций, а также отсутствие синхронизации сроков реализации инвестиционных проектов, касающихся сетевых объектов, у разных компаний-собственников.

О том, что с внедрением МП устройств РЗА имеются серьёзные проблемы, говорит и статистика по учёту работы РЗА эксплуатирующих предприятий. Современные высоконадёжные микропроцессорные устройства РЗА в настоящее время дают более высокий относительный процент неправильной работы, чем старые, зачастую выработавшие свой нормативный ресурс электромеханические устройства. Опираясь на данную статистику и без решения вышеперечисленных проблем, можно было бы сделать неверный вывод, что МП устройства РЗА работают менее надежно, чем старые и устанавливать их не имеет смысла.

В.Капустин

 

Чтобы использовать все потенциальные возможности МП устройств РЗА для повышения надёжности, необходимо приложить максимум усилий всем организациям, участвующим в процессах проектирования, изготовления, монтажа, наладки, ввода в работу и последующей эксплуатации. Фирмам-производителям, поставщикам оборудования РЗА необходимо развивать и укреплять свои инженерные центры для оказания необходимой технической помощи проектным, наладочным и эксплуатирующим организациям, для разработки и продвижения типовых проектных решений, для контроля реализации конкретных проектов. Необходимо также поддерживать и развивать систему обучения специалистов РЗА всех организаций, участвующих в процессах создания, ввода в работу и последующей эксплуатации. 

 

Какова, на ваш взгляд, структура рынка МУРЗ сегодня - доля отечественных и зарубежных предприятий? 

Сергей Петров:

Отечественные фирмы позже зарубежных начали заниматься МП техникой, при этом их разработки в основном были направлены на перевод отечественных защит на микропроцессорную базу. В результате была создана МП техника, принципы действия которой известны отечественным релейщикам, что обеспечило ей определенный и достаточно постоянный круг потребителей. Остальные используют зарубежную технику, номенклатура которой шире, а технологическое совершенство несколько выше. Следует отметить, что отечественные фирмы в основном используют зарубежные комплектующие, поэтому указанная классификация весьма условна.

К сожалению, не удается обнаружить крайне необходимые труды, публикации, анализирующие действующие закономерности и эффективность рынка. Последний оказывает существенное, а иногда и решающее негативное влияние на развитие отрасли, что обуславливает настоятельную необходимость такого анализа. 

 

Каково состояние нормативной базы РЗА? Как внедрение стандарта МЭК-61850 сказалось на развитии рынка РЗА?

Сергей Петров:

К сожалению, сегодня работа по дальнейшему освоение микропроцессорной и оптоволоконной техники ведется недостаточно организованно и эффективно. Отечественная нормативная база безнадежно устарела и тормозит развитие отрасли, вынуждая укладывать новую технику на прокрустово ложе старых инструкций. При этом вносимые в нее отдельные коррективы обычно не содержат необходимых обоснований и носят командный характер.

Так, если в прошлом веке надежность оценивали конкретными цифровыми показателями и разрабатывали методические указания по их расчету, то ныне основным показателем является число, тип защит, а также указания свыше. Сегодня фирмы не сообщают показателей надежности терминалов, однако мы должны более жестко их требовать у поставщиков, а также формировать и использовать статистические показатели надежности. 

Отдельные энергетические компании не в состоянии решать возникающие при освоении новой техники оперативные и тем более глобальные вопросы, поскольку они разобщены и не обладают необходимыми инструментами, которые были у Минэнерго СССР. Для оптимального решения проблем электроэнергетики, в том числе комплексного пересмотра нормативной базы, необходимо создать всероссийский институт, финансируемый и признаваемый всеми субъектами электроэнергетики. Представляется, что основой его деятельности должна быть постановка задач и их решение с привлечением научно-технического потенциала всех субъектов федерации. Для этого он должен обладать возможностями финансировать разработки. Подобные институты успешно функционируют в развитых странах.

 

Комплект устройств для защиты генератора («АББ Силовые и Автоматизированные Системы»)

 

Владимир Степанов:

Уже несколько лет существуют специальные стандарты для МП устройств защиты. В основном, они определяют технические характеристики подсистем связи с внешним миром и особенности отдельных функций. Вероятно, по мере накопления опыта эксплуатации, система нормативных документов в области РЗА будет все полнее опираться на новые возможности МП-устройств.

Освоение стандарта МЭК-61850 дает конкурентные преимущества - практически все ведущие производители закладывают этот стандарт в свои изделия, развивая их.

Одна из рыночно привлекательных целей стандарта - обеспечение экономии за счет замены километров (а порой и десятков километров) медных связей оптическими проводниками, имеющими относительно малую суммарную протяженность и стоимость.

Второй ожидаемый плюс – повышение точности измерений и качества работы РЗ за счет применения новых, в первую очередь оптоэлектрических, типов трансформаторов тока и напряжения, практически не имеющих зоны насыщения.

Оптические каналы связи устойчивы к помехам. В результате устройства РЗ будут получать точную информацию о состоянии защищаемого оборудования.

Третье преимущество – весь объект (подстанция) оказывается обвязанным в единую информационную сеть. Каждое устройство имеет возможность получать информацию о состоянии соседних устройств и подстанции в целом и осуществлять более эффективное управление и защиту.

Стандартный протокол связи позволяет эксплуатирующей организации более гибко строить техническую политику в части использования устройств защиты разных производителей.

С внедрением МЭК-61850 связан и ряд проблем. К примеру, организация передачи данных на объектах с большим числом присоединений (крупных сетях и подстанциях), обеспечение электромагнитной совместимости новых преобразователей физических сигналов в информационные, разработка методик расчета уставок и обслуживания новых устройств,  принципов организации самой защиты, подготовка персонала для работы с новыми инструментами и другие.

Влияние стандарта на рынок РЗА будет расти по мере решения комплекса перечисленных вопросов.

Сейчас в России на нескольких объектах реализуются пилотные проекты «Цифровая подстанция» на оборудовании разных фирм - как российских, так и зарубежных. Эта полезная практика позволит потребителям оценить состояние дел практически, с учетом технических особенностей российских энергообъектов, определить пути решения проблем.

АББ занимается этой тематикой достаточно давно, технология «цифровой подстанции» проверялась несколько лет не только в лабораторных условиях, но и на действующих подстанциях-полигонах. В качестве примера коммерческой работы можно отметить проект «Power Link» в Австралии.

 

Терминалы серии 670 ("АББ Силовые и Автоматизированные Системы")

 

Виктор Капустин:

При применении стандарта МЭК-61850 с использованием GOOSE-сообщений для обмена сигналами между МП устройствами РЗА появились новые возможности и новые технические решения в части защит, автоматики и управления. С одной стороны, использование этого стандарта позволяет стопроцентно контролировать исправность и готовность к действию всех цепей обмена между МП устройствами РЗА, значительно улучшает условия по электромагнитной совместимости устройств, особенно при использовании оптической сети, позволяет резко уменьшить количество медного контрольного кабеля, используемого для целей РЗА, удешевляет стоимость систем РЗА и сокращает сроки сооружения. Значительно упрощается также процесс интеграции в общую систему устройств разных фирм-производителей.

С другой стороны, устройства РЗА уже частично теряют свою полную автономность при выполнении функций защиты при использовании общей с АСУ ТП сети Ethernet для обмена сигналами. Да и специалисты РЗА должны не только знать релейную защиту, но и уметь работать с сетевыми технологиями.

В любом случае, применение данной технологии, учитывая все её плюсы, будет расширяться. Фирмы-производители, выпускающие оборудование РЗА, не поддерживающее стандарт IEC 61850, будут терять рынки сбыта. 

 

Каковы плюсы и минусы увеличения количества функций в одном МП устройстве РЗА? Будет ли сохраняться тенденция расширения функций в одном МП устройстве РЗА?

Сергей Петров:

Сегодня практически все производители предусматривают возможность реализовать в составе одного терминала основную и резервную защиты от всех видов КЗ, что представляется вполне оправданным. Помимо указанных защит в терминалах предусматриваются функции устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ) и автоматического повторного включения (АПВ), которые согласно отечественной практике, обычно реализуются в отдельных терминалах. Но отечественная практика пока определяется аппаратурой и нормами прошлого века, и есть основания полагать, что в данном случае она не оптимальна.

Помимо указанных функций, терминалы загружены также информационными и регистрационными. Думаю, что дальнейшее увеличение их общего числа вряд ли целесообразно. Важно понимать, что увеличение числа функций терминала требует повышения его надежности, что не всегда достижимо.

 

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики производства «Сименс»

 

Владимир Степанов:

На сегодня объем защит и функций управления, который позволяет реализовывать МП-терминал, во много раз превосходит объем задач, для решения которых он используется, а с внедрением так называемой «шины процесса», протокола 61850 9-2 этот разрыв еще увеличится. Пока во многом наша нормативная база ориентирована на опыт эксплуатации электромеханических, электростатических реле и их возможности. Производители МП-терминалов сейчас обязаны работать по существующим правилам, в целом, стимулирующим скорее развитие качественных возможностей функций защиты, нежели количества их экземпляров в МУРЗ. Возможности МУРЗ поддерживать большое число функций будут полнее востребованы после создания соответствующей новой философии  применения РЗ, например, в части распределения защитных функций между устройствами. Конечно, она должна обеспечивать максимальный уровень надежности защит, так как электроэнергетика - исключительно ответственная отрасль.

 

Виктор Капустин:

Наличие большого количества различных дополнительных функций совместно со свободно программируемой логикой позволяет гибко адаптировать МП терминалы РЗА ко всем возможным режимам работы сети и защищаемого оборудования. Использование большого количества дополнительных функций требует, как правило, использования дополнительных блоков (плат) с аналоговыми, дискретными входами, выходными реле. А это, совместно с программным обеспечением (ПО) дополнительных функций, значительно увеличивает стоимость МП терминала.

С другой стороны, в подавляющем большинстве случаев требуется только основная (стандартная) функция защиты и минимальный набор дополнительных функций. Использование в таком случае универсального терминала с большим набором дополнительных функций и возможностей приводит не только к удорожанию, но и к вероятности неправильных действий, связанных с некорректным использованием ненужных дополнительных функций (использование параметрирования «по умолчанию»).

Отсюда напрашивается следующий вывод: должен быть базовый вариант терминала с основной функцией и минимальным набором наиболее часто используемых дополнительных функций. Для использования большего количества дополнительных функций и возможностей базового терминала должна предусматриваться поставка ПО дополнительных функций и использоваться дополнительные блоки расширения, например, так, как это выполнено в устройствах Siprotec 5 фирмы «Сименс», устройствах IED670 фирмы АВВ.

Количество функций защит, автоматики и управления в одном МП терминале РЗА к настоящему времени, с учётом действующих нормативных документов (НД), уже подходит к разумному пределу. Возможно, с пересмотром НД появится возможность введения в терминалы ещё каких-то дополнительных функций. На мой взгляд, усилия фирм-разработчиков и производителей МП устройств РЗА будут направлены не на создание новых дополнительных функций, а на улучшение технических характеристик защит, создание более быстрых, гибких и адаптируемых алгоритмов функций с минимизацией количества параметров, задаваемых пользователем; улучшение сервисных функций и введение дополнительных сервисных возможностей.

 

09.09.14  Вода для питья или «водица для копытцев» – выбор за Вами

10.03.14  Газовые электростанции: классика и новинки

10.07.12  В поисках «дежурных демонов»

10.07.12  Электросапоги - лучшая защита ног от холода

09.07.12  В ожидании обыкновенного чуда