Релейная защита: цена ошибки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Релейная защита: цена ошибки

1. Истинные причины

Авария в объединенной энергосистеме Канада - США в 1965 г. привела к длительному перерыву электроснабжения в регионе площадью 200 тыс. кв. км и общей численностью населения около 30 млн. чел. в восьми штатах. Убыток составил около 400 миллионов долларов. В 1996 г. в Западной энергосистеме США произошли две тяжелые системные аварии с длительным нарушением энергоснабжения, что принесло около 800 млн. долларов убытка. В процессе развития аварийной ситуации в энергосистеме США в 1998 г.было отключено около 100 ЛЭП. В течение трех недель велись восстановительные работы, а около 3 миллионов потребителей вынуждены были терпеть неудобства. И наконец, августовская авария 2003 года лишила электроэнергии пять крупнейших городов Америки и Канады. Это обвальное отключение электричества уже признано самой крупной энергетической аварией в истории Америки, и официальные власти публично признали, что национальная сеть электроснабжения США устарела и нуждается в модернизации.

Существует несколько версий, объясняющих причины этого драматического события, в том числе и разряд молнии. Самой правдоподобной из них является версия о перегрузке электросети, вследствие локальной аварии на одной из генерирующих мощностей. Однако признавая, что любая из озвученных причин могла бы спровоцировать сбои в энергосистеме, следует напомнить, что для обеспечения ее безаварийной работы существуют устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики, которые в этой ситуации оказались не на высоте.

Не надо быть крупным специалистом в области электротехники, чтобы понять: устройства защиты должны срабатывать вне зависимости от того, какими причинами вызван сбой в системе. Их назначение - локализовать источник аварии и не допустить ее распространения на всю остальную энергосистему. Например, при возникновении перегрузки сети устройства защиты должны обеспечивать снижение нагрузки путем отключения потребителей категорий В и С (существует такое разделение потребителей по надежности электроснабжения).

2. Два пути

В России таких крупных системных аварий пока не было, однако об их возможности отечественные специалисты в области электротехники говорят уже давно и не без оснований. Последние 15-20 лет релейная защита не обновлялась. Отчасти это оправдано тем, что по сравнению с другими видами электротехнического оборудования релейная защита не так быстро изнашивается. Но она играет важную роль в обеспечении надежности энергетической системы, а значит должна быть полностью в исправном состоянии.

Сегодня при решении проблемы переоснащения Россия стоит перед выбором: какие устройства защиты предпочесть. Существуют два пути решения этой проблемы. Первый заключается в замене существующих РЗА на традиционные электромеханические устройства отечественных производителей. Второй - замена на микропроцессорные защиты производства западных компаний.

3. Электромеханическая и микропроцессорная

микропроцессорный релейный защита авария

В релейную защиту микропроцессоры пришли довольно поздно, по крайней мере, позднее, чем в другие области электротехники. Первые устройства защиты с микропроцессорами начали производить в начале 80-х г. Siemens и ABB. Именно к этому времени появились процессоры, способные принять необходимое количество сигналов о состоянии сети и преобразовать их.

Строго говоря, использовать термины «микропроцессорная защита» или «электромеханическая защита» не совсем корректно. Те аппараты, которые призваны защищать электрические сети, правильнее называть релейной защитой с использованием либо электромеханических, либо микропроцессорных устройств. Схема работы и тех, и других аналогична. Совокупность измерительных преобразователей воспринимает незапланированные отклонения от нормальной работы сети (о состоянии угла сдвига фаз, о напряжении и т.д.), стоящие за ними приборы анализируют состояние сети и в зависимости от величины отклонений выдают команду на противоаварийное отключение. Приборы, анализирующие состояние сети, выполняются на электромеханических реле (релейная логика) или на микропроцессорах (логика, реализованная на базе микропроцессоров) с соответствующими периферийными устройствами, которые преобразуют аналоговый сигнал.

4. Преимущества и недостатки

На итоговом ежегодном совещании, посвященном работе релейной защиты и противоаварийной автоматики в АО «Мосэнерго» за 2002 год, прозвучали следующие цифры: всего в системе установлено 169916 устройств релейной защиты, из них с использованием микропроцессоров - 2975. За год по «Мосэнерго» было предотвращено около 25000 аварий и только в 102 случаях релейная защита сработала неправильно. Из этих случаев - 5 приходится на релейную защиту с использованием микропроцессоров. Надо отметить, что в результате этих системных сбоев серьезных последствий не было, поскольку защиты с использованием микропроцессоров установлены в основном на линиях низкого напряжения - 6-10 кВ.

Если не сработает защита на линии напряжением 110-220 кВ - это обесточит целый микрорайон Москвы, а на линии 550 кВ - еще большую территорию. Чем выше напряжение, тем трагичнее последствия каждого неправильного действия, авария распространяется по сетям даже не в геометрической прогрессии.

Чем отличается релейная защита с использованием микропроцессоров от электромеханической релейной защиты? Измерительные преобразователи воспринимают в основном только два параметра: величину тока и величину напряжения в сети. Для электромеханической релейной защиты этих сведений вполне достаточно: при определенных отклонениях параметров на цепь управления поступит соответствующий сигнал, и сеть будет отключена. Микропроцессорные устройства на основании анализа двух данных параметров выдают и запоминают еще целый ряд дополнительных, данных, например: причина отключения, время и дата отключения, ток и длительность аварийной ситуации, векторная диаграмма напряжений и токов в линии в момент отключения и пр. Но конечная задача этих устройств - также дать сигнал на отключение при перегрузке сети.

Однако встает вопрос, насколько необходимы все эти дополнительные параметры и насколько увеличившийся объем информации улучшает качество работы релейной защиты. Логика работы энергосистемы не изменилась - не увеличилось количество операций, выполняемых энергосистемой: производство электроэнергии, передача и распределение ее потребителям, - а следовательно, не увеличилось и количество основных функций, которые должна выполнять релейная защита. Таким образом, можно сказать, что достоинством микропроцессорной защиты являются не их функциональные качества, а удобство в эксплуатации. Они выполняют те же самые функции и задачи, что и электромеханические защиты.

Приверженцы использования микропроцессорных устройств в релейной защите говорят также о таких их достоинствах, как уменьшение массогабаритов, сокращение числа обслуживающего персонала, уменьшение затрат на эксплуатацию, поскольку при наличии микропроцессорных устройств можно с пульта управления проводить работу, которая выполняется вручную в случае использования электромеханических устройств. Однако у релейной защиты с микропроцессорами есть и существенные минусы.

Так, одно из таких достоинств защиты с микропроцессорами может обернуться крупным недостатком. На пульте управления установки задаются одним нажатием кнопки, но никто не застрахован от системной ошибки, даже при наличии дополнительного компьютерного контроля, потому что существует такая вещь, как компьютерный вирус. Поэтому вероятность системной ошибки при микропроцессорных защитах достаточно велика, что мы и видим в западных странах.

У микропроцессоров очень высокая чувствительность, может быть поэтому достаточно много ложных срабатываний, кроме того они не способны выдерживать сильные нагрузки.

Еще один очень существенный недостаток микропроцессоров - они требуют обновления программного продукта, который устаревает гораздо быстрее, чем техника. Он устаревает через три года, через пять лет его уже нужно менять, а в масштабах нашей энергосистемы это очень большие затраты.

5. Готова ли энергетическая система России к переоснащению на микропроцессорную технику?

Специалисты в этой области дают однозначно отрицательный ответ и аргументируют его следующим образом. Российская энергетическая система, в создании которой принимали участие ведущие электротехнические умы мира, является лучшей, поскольку в ней нет чужеродных элементов. И попытка широко внедрить микропроцессоры в устройства РЗА в нашей энергосистеме будет означать привнесение в нее этого чужеродного элемента.

Также следует подчеркнуть, что не было проведено капитальной проверки работы защит с использованием микропроцессорных устройств по всей энергосистеме России. А значит, все доводы «за» голословны и бездоказательны.

Кроме того, внедрять повсеместно в нашей энергетической системе микропроцессорную технику нецелесообразно не только по техническим причинам и по соображениям безопасности, но и в силу экономических факторов. Отечественной релейной защиты с использованием микропроцессорных устройств у нас нет, а импортные - очень дорогие. При этом старение микропроцессорных устройств сопоставимо со старением компьютерной техники (5-10 лет), в то время как традиционная релейная защита благополучно работает 30-50 лет, а то и больше.

Ограничивающим фактором использования релейной защиты на микропроцессорах также является отсутствие квалифицированного персонала. Так, на совещании в «Мосэнерго» было отмечено, что в их системе установлены 1000 микропроцессорных устройств 56 различных типов пяти различных фирм. Из этого следует, что обслуживающий персонал должен освоить, и при этом основательно, все 56 типов защитных устройств, со всеми их особенностями и нюансами. А это нереально.

Человеческий фактор имеет огромное значение, что подтверждает статистика. Из вышеупомянутых 102 аварийных случаев в 55 был повинен персонал. При этом следует отметить, что при использовании микропроцессорных защит значение человеческого фактора увеличивается многократно.

Говоря о возможном переходе на защиту, основанную на микропроцессорах, возникает еще одна проблема - их подверженность электромагнитным излучениям, что в значительной степени снижает эффективность защиты.

Есть еще одно «но» в вопросе переоснащения российской энергосистемы - электромагнитная совместимость. Прежде чем ставить микропроцессорную защитную аппаратуру необходимо провести реконструкцию всех действующих подстанций с тем, чтобы заземляющие контуры довести до соответствующих требований. В российских условиях проще сравнять подстанции бульдозером, а на их месте или рядом построить новые. Можно привести пример Казахстана. Они получили иностранный кредит и выбрали концепцию чистого поля, вплоть до того, что будут строиться новые подстанции параллельно с действующими.

Стратегия переоснащения

Но тем не менее, как считает один из крупнейших специалистов в области релейной защиты, главный конструктор по РЗА ОАО «ЧЭАЗ» Геннадий Варганов, переход на микропроцессорные устройства неизбежен. Однако это дела не ближайшего будущего: «В ближайшие 2-3 года необходимо заменить физически изношенную аппаратуру, которую уже нельзя эксплуатировать, на традиционные отечественные аппараты, выровнять состояние энергосистемы и только после этого приступить к планомерному, постепенному переходу на релейную защиту с использованием микропроцессоров».

При этом необходимо разработать стратегию перевооружения и определить место электронных защит: на каких объектах какие защиты ставить и в каком соотношении должны быть электромеханические и микропроцессорные защиты. Учитывая, что электромеханические устройства защиты, как утверждают практически все специалисты, более надежные, в практике следует предусмотреть дублирование защит. Тому есть примеры: швейцарское отделение АВВ при строительстве линии электропередачи в Киргизии продублировало свою микропроцессорную релейную защиту российскими электромеханическими аппаратами защиты ЧЭАЗ.

Процессы в энергосистемах настолько сложны, что считается вполне оправданным дублирование защиты аппаратами, работающими на разных принципах. Бессмысленно дублировать линию аналогичными защитами, поскольку в переходных процессах, которые могут происходить на линии, эти устройства будут вести себя совершенно одинаково. А вот когда второе дублирующее устройство работает на другом проверенном принципе (электромеханическое устройство), то это уже другой подход - грамотный.

6. Функции

o Направленная или ненаправленная максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению любой ступени. Ускорение МТЗ.

o Трехступенчатая дистанционная защита от междуфазных коротких замыканий.

o Трехступенчатая дистанционная защита от двойных замыканий на землю с избирателем поврежденной фазы.

o Направленная или ненаправленная защита от однофазных замыканий на землю. Защита по токам высших гармоник в токе 3Iо. Комбинированная защита.

o Защита от несимметрии и от обрыва фазы питающего фидера.

o Индивидуальная защита минимального напряжения.

o Логическая защита шин (последовательное или параллельное соединение датчиков).

o Резервирование при отказах защит и выключателей.

o Дальнее резервирование при отказах защит и выключателей.

o Двукратное автоматическое повторное включение.

o Автоматическое включение резерва с восстановлением схемы нормального режима.

o Определение места повреждения (фиксация значения тока I2 в момент аварии).

o Выполнение команд от внешних защит и команд АЧР/ЧАПВ.

o Память аварийных событий.

o Автоматическое осциллографирование аварий и пусковых режимов.

o Измерение параметров нормального режима.

7. Назначение и область применения

Блоки БМРЗ предназначены для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации присоединений от 0,4 до 220 кВ: воздушных и кабельных линий электропередачи, секционных и вводных выключателей распределительных подстанций, пунктов секционирования, трансформаторов, синхронных и асинхронных двигателей любой мощности.

БМРЗ устанавливают в релейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций, в том числе атомных, распределительных подстанций в сетевых предприятиях. Областью применения БМРЗ являются также подстанции газовых и нефтяных промыслов, нефтеперекачивающих и газокомпрессорных станций, местных электростанций и других объектов газовой и нефтяной промышленности. БМРЗ используют в КРУ метрополитена и тяговых подстанций электрифицированных железных дорог, а также на подстанциях промышленных и коммунальных предприятий.

БМРЗ применяют для защиты трансформаторов 110 (220) кВ, а также на линиях 110 (220) кВ.

По различным проектам вторичных систем КРУ созданы типовые комплекты блоков БМРЗ, которые применяются для оснащения новых и реконструкции действующих распределительных устройств любых КРУ-строительных заводов.

Размещено на Allbest.ru