ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

•переходные процессы в первичных высоковольтных цепях при коммутациях силовыми выключателями и разъедините­ лями;

•переходные процессы во вторичных цепях при коммуrаци­ ях низковольтного оборудования;

•высокочастотные поля, создаваемые радиопередающими ус­ тройствами, блоками питания и т.п.;

•электростатические разряды.

Следует отметить, что напряжения источников помех могуг достигать достаточно больших значений - перепады напряже­ ния между отдельными элементами заземляющей системы составляют десятки киловольт при КЗ на землю и грозовых раз­ рядах и единицы киловольт при коммутациях силового обору­ дования. Возникающие при этом высокочастотные сосrавляю­ щие токов, стекающих на землю, создают перепады напряже­ ния высокой частоты между заземлениями. Следствием этого яв­ ляется повышение потенциала заземленного вторичного обору­ дования и возрастание нагрузки на его изоляцию. Проникнове­ ние помех во вторичные цепи происходит через измерительные трансформаторы тока и напряжения и соответствующие кабель­ ные связи, через цепи управления, соединяющие вторичную ап­ паратуру между собой и с первичным оборудованием, а также через присоединения высокочастотной аппаратуры защиты и связи (см. рис. 11.10). Помехи передаются также на проходящие по подстанции кабели путем наводок от токов высоковольтных шинопроводов и от уравнительных токов между заземлителями.

Без принятия специальных мер, указанные помехи могуг при­ вести к повреждению маломощных электронных компонентов ЦРЗ, имеющих низкие уровни допустимых напряжений. Другим следствием воздействия помех является неправильное функци­ онирование ЦРЗ под их влиянием - излишние действия или от­ казы в срабатывании.

Оценка электромагнитной обстановки на объекте по уровню помех производится на основе имеющихся международных норм, стандартов и методик [34]. При этом используются как расчетные методы (специализированные программы для опре­ деления токов и потенциалов в системе заземления и наводи­ мых на кабели импульсных помех), так и непосредственные из­ мерения на объекте с моделированием высокочастотных и низ­ кочастотных помех [38, 39).

519

Обеспечение электромаrяитной совместимости ЦРЗ. Мож­ но выделить следующие основные решения по обеспечению

ЭМС устройств релейной защиты на энергообъектах:

1) снижение уровня помех, воздействующих на ЦРЗ, обеспечи­ ваемое:

•конструкцией строительных сооружений (в том числе зон­ ная концеrщия защиты со специальными экранами и установ­ кой в расчетных местах соответствующих по числу и конструк­ ции заземлитлей;

•правильной концепцией построения сетей электропитания

низкого переменного и постоянного напряжений;

•установкой необходимых средств защиты от перенапряже­ ний (разрядников, варисторов, частотных фильтров);

•правильной прокладкой контрольных и силовых кабелей

(обеспечением необходимого расстояния между ними, а также между объектами молниезащиты и кабельными каналами, на­ личие экранов в кабелях и их заземление);

• выполнением системы питания постоянным током с обес­ печением необходимого качества напряжения, прежде всего по уровню пульсаций, и обеспечением защиты от перенапряжений

всистеме постоянного тока;

2)выполнение необходимых мер по заземлению конструкций устройств РЗА (панелей, шкафов) и их отдельных конструктив­ ных элементов;

З) качественное конструктивное выполнение устройств РЗА,

в особенности ЦРЗ, обладающих повышенной чувствительнос­ тью к электромагнитным и чисто электрическим импульсным

помехам. Указанное обеспечивается введением в конструкцию устройств специальных экранов для защиты отдельных блоков от различного вида электромагнитных и радиопомех. На схем­ ном уровне должны предусматриваться технические решения,

обеспечивающие защиту входов чувствительных элементов от перенапряжений и установку специальных фильтров, дем­

пфирующих высокочастотные помехи и отводящих емкостные

токи;

4) алгоритмические решения, предотвращающие неправиль­ ные действия устройств ЦРЗ в случае сбоя программы или воз­ никновения требования к срабатыванию вследствие воздейст­ вия импульса помехи на устройство. К таким решениям отно­ сятся дополнительный контроль цепи отключения (формирова-

520

УРЗ к перенапряжениям, электромагнитным и радиопомехам регламентируется соответствующими национальными и между­ народными стандартами (см. табл. 1.4). Указанные стандарты

предусматривают проверку:

•электрической изоляции независимых цепей (при синусои­ дальноми импульсном воздействиях);

•на помехоустойчивость при различных по форме и ампли­

туде одиночных и повторяющихся импульсах и циклически по­ вторяющихся последовательностях (пакетах) высокочастотных

импульсов;

•устойчивости к наведенным электромагнитным полям и на­ веденным радиопомехам;

•устойчивости к электростатическим разрядам.

При оценке устойчивости устройств к влиянию помех фикси­ руются в соответствии с назначением и условиями функциони­ рования УРЗ:

•виды испытаний;

•степень жесткости в соответствии со стандартами;

•условия испытаний (амплитуды и формы воздействий);

•критерии оценки функционирования ЦРЗ при испытаниях.

При этом в условиях наложения помех фиксируются следую-

щие состояния ЦРЗ:

• отсутствие срабатывания и отсутствие сбоя программы (го­ товность ЦРЗ к срабатыванию) в нормальном доаварийном ре­

жиме. Наиболее опасным при данном испытании является слу­ чай, когда входные величины ЦРЗ соответствуют максимально­ му нагрузочному режиму или максимальному расчетному неба­ лансу, например у дифференциальных защит, т.е. измеряемый параметр находится вблизи границы срабатывания; • устойчивое срабатывание ЦРЗ и отсутствие сбоя програм­ мы при имитации повреждения в зоне действия. Опасным в дан-

521

оценка соответствия электромагнитной обстановки на энергообъекте допустимымус.повиям эксплуатации

11.9. Обеспечение эксплуатационной эффективности релейной защиты

522

необходимости изменения защитных функций и уставок УРЗ;

• ускоряющееся внедрение цифровых УРЗ различных произ­ водителей, имеющих большее число функций, параметров и ус­ тавок и в целом функционально более сложных по сравнению с предыдущими поколениями УРЗ;

•ускоряющееся старение аппаратуры релейной защиты пре­ дыдущих поколений;

•существенное снижение численности персонала, связанно­ го с обслуживанием УРЗ.

С учетом этого, можно выделить следующие основные факто­

ры, обусловливающие неправильные действия (отказы, излиш­ ние или ложные срабатывания) УРЗ:

• невыясненное несоответствие функций УРЗ (прежде всего цифровых) принятой концепции защиты объекта ЭС; • неправильный выбор защитных функций, параметров и ус­ тавок, в том числе вследствие непредусмотренного изменения режима или конфигурации ЭС;

•ошибки в проектировании и монтаже УРЗ;

•ошибки при вводе УРЗ в эксплуатацию;

•неисправности УРЗ, возникшие в процессе эксплуатации вследствие отказа (отклонения параметров элементов), сбоя программы или других причин, в том числе и старения оборудования;

•недостаточная квалификация обслуживающего персонала (до 50% всех отказов УРЗ связаны с ошибками персонала [27]).

Указанные факторы мoryr привести к тому, что несмотря на существенно более высокое техническое совершенство цифро­ вых УРЗ их реальная эксплуатационная эффективность, особен­ но на первоначальных этапах, оказывается ниже, чем у защит предыдущих поколений.

Устранению влияния приведенных выше факторов и обеспе­

чению эксплутационной эффективности УРЗ, в том числе и пол­ ноценной реализации преимуществ цифровых УРЗ, способству­ ет выполнение ряда условий, рассматриваемых ниже.

1. Испытания новых цифровых УРЗ. В рамках апестации

(сертификации) целесообразно проводить испытания УРЗ в ста­ тических и динамических режимах. Данные испытания позво­ лят исЮiючить скрытое (невыявленное) несоответствие функций цифровых УРЗ требованиям принятой в ЭС концепции релей­ ной защиты. При этом не только подтверждаются определенные

523

данные изготовителя, но и выявляются особенности, связанные с фующионированием УРЗ при сложных повреждениях (напри­ мер, при переходе из одного вида КЗ в другой, насыщении из­ мерительных трансформаторов тока при I<З, при дуговых по­ вреждениях и т.п.).

2. Выбор концепции («идеологии»), параметров и усmавок

РЗ. Обоснованный выбор концепции РЗ, прежде всего видов за­ щит и защитных функций, глубины резервирования с учетом возможных отказов силового оборудования, измерительных трансформаторов и самих УРЗ, а также выбор параметров и ус­ тавок является одним из основных условий обеспечения экс­ плутационной эффективности УРЗ. При этом принятые реше­ ния должны основываться на полноценном анализе и учете ос­ новных влияющих на поведение УРЗ факторов (см. §11.2). Обычная методика, учитывающая лишь несколько выбираемых проектантом режимов ЭС (минимальных и максимальных) мо­ жет быть использована лишь для простейших конфигураций ЭС, а для ЭС более сложной конфигурации выбор определяющих режимов ЭС требует дополнительного анализа и обоснования. В общем случае правильность выбора уставок и согласования многоступенчатых УРЗ может быть обеспечена с учетом мно­ гообразия возможных комбинаций влияющих факторов путем совместного анализа всех УРЗ рассматриваемого района ЭС с наложением на этот район потока различных I<З (см. §11.З и

11.4).

С учетом изменяющейся конфигурации защищаемого района ЭС характеристики УРЗ должны быть во многих случаях соот­ ветствующим образом изменены. Цифровые УРЗ обладают, как правило, возможностью введения одной из нескольких заранее заданных групп уставок в соответствии с внешними командами (см. §10.3). В общем случае для обеспечения надежности элек­ троснабжения перспективен контроль соответствия уставок и параметров УРЗ текущему состоянию (конфигурации) защища­ емого участка ЭС (см. рис. 11.6).

3. Проектирование цифровых УРЗ. При проектировании ци­ фровых УРЗ энергообъектов должны быть правильно учтены ре­

комендации изготовителя и при необходимости проведен в ря­ де случаев дополнительный анализ. Это относится, прежде всего: • к оценке особенностей реализации отдельных защитных функций;

524

• к оценке функционирования защит с учетом возможных от­ личий характеристик трансформаторов тока в статических и ди­ намических режимах от характеристик трансформаторов тока, при которых гарантируется правильное функционирование при­ меняемых цифровых УРЗ (это особенно важно для дифференци­ альных и дистанционных защит);

• к правильности выполнения контура заземления и выбору его параметров, а также к правильности выполнения внешне­

го монтажа кабелей и проводов, подводимых к цифровому УРЗ, что связано с влиянием наведенных импульсных помех в кон­

туре заземления и с раз.личного вида электромагнитными по­ мехами.

4. Контроль УРЗ при включении в эксплуатацию. Функци­ ональная сложность многих цифровых УРЗ вследствие большо­

го объема защитных и дополнительных функций, параметров и

сообщений определяет возможность ошибок при вводе УРЗ в эксплуатацию. Как отмечалось, отдельные цифровые УРЗ могуr

содержать до нескольких сотен параметров и уставок, десятки дискретных входов и выходов и множество рааличного вида со­ общений. В этих условиях достаточно важно не только зафик­ сировать правильность соединения УРЗ с цепями измеритель­

ных трансформаторов тока и напряжения, но и обеспечить пра­ вильность установки многочисленных параметров и уставок и программирование дискретных входов и выходов и их соедине­ ние с другими устройствами РЗА.

Для этого при первом включении осуществляется комплекс­

ная проверка работоспособности устройства - его основных за­ щитных функций, выходных сигналов, реагирования УРЗ на раз­ личные комбинации входных сигналов. В перспективе целесо­ образно использование ПК-управляемых испытательных ком­ плексов со специализированными программами проверки от­

верки при первом включении и др.) с выдачей протокола, фик­ сирующего объем и результаты проверки. Применение автома­ тической проверки обеспечивает прежде всего: • необходимый объем проверки;

•достоверность и правильность проведения проверки;

•снижение требований к квалификации проверяющего пер­

сонала и независимость результатов проверки от его ошибок;

525

•объективную и не зависящую от пользователя фиксацию ре­ зультатов проверки;

•запоминание хода и результатов проверки на носителе ин­

формации и возможность при необходимости ее быстрого по­ вторения (например, после введения изменения параметров или введения новой программной версии).

Рассмотренное не исключает традиционной окончательной проверки УРЗ «под нагрузкой», однако позволяет в ряде слу­ чаев сократить объем и длительность этой проверки. Следует отметить, что введение необходимых параметров (уставок) в цифровых УРЗ в редких случаях (в достаточно простых уст­ ройствах) делается только вручную. Большинство цифровых УРЗ дополняется служебными программами (см. гл. 10), обес­ печивающими ввод параметров и уставок через служебный порт с персонального компьютера или же передачу от устрой­ ства высшего уровня. Также с помощью служебных программ фиксируются (распечатываются) установленные параметры и уставки, а также функции (параметрирование) дискретных входов и выходов. Все выставленные параметры и уставки мо­ гут контролироваться централизовано с верхнего уровня (см. §10.4).

5. Контроль готовности УРЗ в эксплуатационных услови­

ях. Данный вопрос достаточно актуален и относится ко всем ус­ тройствам РЗА. К 2006 г. в России и других странах СНГ боль­ шинство устройств РЗА, находящихся в эксплуатации, не явля­ ются цифровыми, - это электромеханические или статические электронные реле и панели (шкафы), включающие в себя элек­ тромеханические реле и частично электронные блоки.

Цифровые УРЗ являются существенно более надежными по сравнению с УРЗ предыдущих поколений с точки зрения воз­ можности аппаратных отказов вследствие старения и выхода из строя отдельных компонентов. Это обусловлено принципиаль­ но новой технологией, обеспечивающей существенно меньшее число элементов, внутренних проводных соединений, промежу­ точных реле и контактов.

Указанное не означает, что периодических эксплуатационных проверок цифровых УРЗ не требуется вообще. Данные УРЗ со­ держат выходные и сигнальные реле и целый ряд компонентов, в частности аналоговые фильтры и усилители в цепях обработ­ ки входных сигналов, отклонение параметров которых или вы-

526

527

пластмассовых материалов, отказы измерительных систем), что обусловливает целесообразность их более частого периодичес­ кого контроля. Существующие инструкции по проверкам дан­

ных устройств включают в себя достаточно трудоемкую провер­ ку отдельных блоков, в том числе операции с настройкой элек­ тромеханических элементов (промежуточных реле, трансформа­ торов с регулируемым зазором и т.д.), требующие сравнитель­ но больших затрат времени и специальную подготовку квали­ фицированного персонала. Учитывая преобладающий парк этих УРЗ и тенденцию сокра­ щения обслуживающего персонала, обеспечение эксплуатацион­ ной готовности данных УРЗ и, прежде всего, выявление их не­ исправностей, является актуальной проблемой. Ее решением мо­ жет быть, как и в других случаях, создание специализирован­ ных автоматических и полуавтоматических средств проверки, обеспечивающих необходимую диаrnостику исправности УРЗ. Современные технические средства проверки делают данную за­ дачу вполне реальной. При этом панель (шкаф) релейной защи­ ты на большинстве этапов проверки может рассматриваться как «черный ящик», к зажимам которого ПК-управляемое средство проверки подводит все необходимые комбинации сигналов пе­ ременного тока и напряжения и дискретные сиrnалы для диа­ гностирования работоспособности УРЗ, осуществляемого на ос­ нове анализа выходных сиrnалов. По результатам диагностики принимаются решения о необходимом восстановлении или модернизации УРЗ.

В табл. 11.2 приведены основные составляющие, обеспечива­ ющие эксплуатационную эффективность УРЗ.

8. Оптимизация обыма функций -УРЗ и типизация реше­

ний. Результаты эксплуатации показывают на начальных этапах отсутствие существенного преимущества цифровых УРЗ перед предыдущими поколениями релейной защиты в части показате­ лей правильной работы, например [27, 43]. Указанное не ста­ вит под сомнение развитие направления техники релейной за­ щиты в области цифровых УРЗ, тесно связанного с общим тех­ ническим прогрессом в части повышения технологичности из­

делий, уменьшения затрат материалов и массогабаритных по­ казателей. Помимо возможности интегрирования в общую ин­ формационно-управляющую систему энергообъектов, цифровые УРЗ обладают такими существенными преимуществами как:

528