Журнал «Релейная защита и автоматизация» №1 (14) 2014 by РИЦ "СРЗАУ"

Ж У РН А Л Н ЕКО М М ЕРЧ Е С КО ГО П А Р Т Н ЕР С Т ВА « СОД ЕЙ С Т В И Е РА З В И Т И Ю Р Е Л Е Й Н О Й З А Щ И Т Ы , А В Т О М АТ И К И И У П РА В Л Е Н И Я В ЭЛ Е К Т Р ОЭ Н Е Р Г Е Т И К Е »

Н А У Ч Н О - П РА К Т И Ч Е С К О Е И З Д А Н И Е «Электрические сети России-2013»: итоги, проблемы и перспективы развития МП-устройств РЗА и ПА | Особенности ДЗЛ на базе векторных значений токов | Поведение измерительных органов сопротивления при двойных замыканиях на землю в распредсетях 6-35 кВ | УРОВ: «УУРОВ» и выбор параметров МП-УРОВ | Постоянные времени тепловых моделей электродвигателей | Программирование цифровых конечных автоматов | О показателе надежности МП-устройств РЗА – мнение | Инженерное образование для электроэнергетики и электротехники | Источник тока для проверочного оборудования | История: сигнализация и защита от замыкания на землю в сети 6-35 кВ | 60 лет В.И. Нагаю № 01 (14) | Март | 2014

Электробезопасность нефтегазовой промышленности info@bender-ru.com www.bender-ru.com

BENDER Group

«Релейная защита и автоматизация» – научно-практическое издание. №01 (14), 2014 год, март. Периодичность: 4 раза в год. Тираж: 5000 экз. Дата выхода в свет: 14.03.2014. Подписной индекс: 43141 (Объединенный каталог «ПРЕССА РОССИИ»). Цена: по каталогу. печать: ООО «ПК «НН ПРЕСС», 428031, Россия, г. Чебоксары, пр-д Машиностроителей, д. 1с, тел.: (8352) 55-70-18. Учредители журнала: Некоммерческое партнерство «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике», Общество с ограниченной ответственностью «Рекламно‑издательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике», Белотелов Алексей Константинович. Издатель: ООО «Рекламно‑издательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (ООО «РИЦ «СРЗАУ»). Адрес: 428003, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр-кт И. Яковлева, 3, www.srzau-ric.ru Учредители издательства: ООО НПП «ЭКРА», ООО «НПП Бреслер», ООО «НПП «Динамика», ЗАО «ОРЗАУМ», Белотелов Алексей Константинович. Редакция: Главный редактор: Белотелов Алексей Константинович, к.т.н., президент НП «СРЗАУ», тел.: 8-963-787-96-05, e-mail: info@srzau-np.ru Выпускающий редактор: Иванова Наталия Анатольевна, тел.: (8352) 226-394, 226‑395, e-mail: ina@srzau-ric.ru Дизайн и верстка: Бибикова И.Ю., e-mail: design@srzau-ric.ru

Состав редакционной коллегии: Арцишевский Ян Леонардович, к.т.н., МЭИ (Технический университет); Дорохин Евгений Георгиевич; Журавлев Евгений Константинович, ОАО «Ивэлектроналадка»; Илюшин Павел Владимирович, к.т.н., ЗАО «Техническая инспекция ЕЭС»; Караулов Александр Александрович, ОАО «ВНИИАЭС»; Козлов Владимир Николаевич, к.т.н., ООО «НПП Бреслер»; Лачугин Владимир Федорович, к.т.н., ОАО «ЭНИН»; Левиуш Александр Ильич, д.т.н., профессор; Любарский Дмитрий Романович, д.т.н., ОАО «Институт «Энергосетьпроект»; Маргулян Александр Михайлович, ЗАО «НОВИНТЕХ»; Нагай Владимир Иванович, д.т.н., профессор, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова; Орлов Юрий Николаевич, ОАО «Фирма ОРГРЭС»; Петров Сергей Яковлевич, ЗАО «ОРЗАУМ»; Пуляев Виктор Иванович, ОАО «ФСК ЕЭС» – заместитель главного редактора; Шевцов Виктор Митрофанович, к.т.н., профессор, член СИГРЭ, Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова; Шуин Владимир Александрович, д.т.н., профессор, Ивановский государственный энергетический университет. Редакция не несет ответственности за достоверность рекламных материалов. Рекламируемая продукция подлежит обязательной сертификации и лицензированию. Перепечатка, цитирование и копирование размещенных в журнале публикаций допускается только со ссылкой на издание.

Регистрационное свидетельство ПИ № ФС77-44249 от 15.03.2011 г., выданное Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).

научно‑практическое издание

Уважаемые читатели журнала! Представляю новый выпуск журнала, открывающий 4-й год его жизни, и уже с «повзрослевшим» тиражом в 5000 экз. Основу этого номера составляют публикации молодых авторов, сделанные на основе их докладов на IV Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи» (ЮРГПУ, г. Новочеркасск), и «маститых» специалистов, выступивших на конференции «Релейная защита и автоматизация энергосистем» в рамках выставки «Электрические сети России-2013». Среди них следует отметить содержательную статью представителя Технической инспекции ЕЭС о проблемных вопросах и перспективах применения цифровых устройств РЗА и ПА. Две публикации посвящены проблемам инженерного образования в высшей школе России в области электроэнергетики. Обращаю внимание читателей на публикацию НПП «ЭКРА» о выборе параметров УРОВ, открывающую новую подрубрику «В помощь проектировщику». Для специалистов по техобслуживанию устройств РЗА представляет интерес продолжение публикаций НПП «Динамика» о требованиях к современному проверочному оборудованию. Как обычно, номер завершает историческая публикация, подготовленная постоянным ведущим этой рубрики А.И. Левиушем. Она посвящена истории создания сигнализации однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ и направленной токовой защиты в сетях с малым током замыкания на землю. Надеюсь, что в публикациях этого номера вы найдете ответы на проблемные вопросы, возникающие в повседневной профессиональной деятельности. Редакция журнала ждет от Вас откликов и статей на актуальные темы. С надеждой на плодотворное сотрудничество, Главный редактор Алексей Белотелов.

Cодержание:

стр.

1. События: Выставки и конференции •  Выставка «Электрические сети России-2013» – возрождение электротехнической отрасли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 06 •  Конференция «Релейная защита и автоматизация энергосистем» на выставке «Электрические сети России-2013» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 08 •  Выставка «Энергетика» отметила наиболее перспективные инновационные проекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 •  У наших партнеров – ООО «Финдер» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 •  Поздравляем юбиляра! (Нагаю В.И. – 60 лет) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 •  Готовится к изданию русскоязычный вариант книги Е. Барканса и Д. Жалостибы «Защита от развалов и восстановление энергосистем» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 •  Калейдоскоп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2. Наука: Релейная защита: •  Дони Н.А., Иванов И.Ю., Иванова В.Р. Моделирование дифференциальной защиты линий электропередачи, работающей на базе векторных значений токов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 •  Хакимзянов Э.Ф., Исаков Р.Г. Поведение измерительных органов сопротивления при двойных замыканиях на землю в распределительных сетях 6-35 кВ . . . . . . . . . . 18 •  Михалев С.В., Пирогов М.Г. Экспериментальное определение постоянных времени тепловых моделей электродвигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 •  Вагапов Н.Р. Управляющее воздействие «Ускорение УРОВ» и динамическая устойчивость Березовской ГРЭС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Системы управления: •  Местергази В.А. Метод программирования последовательностных конечных цифровых автоматов управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3. Практика: •  Тестирование устройств РЗА с планшетным ПК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

научно‑практическое издание

Cодержание:

стр.

РЗА: •  Барабанов Ю.А. О традиционном подходе при оценке показателей надежности МП-устройств РЗА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 •  Илюшин П.В. Проблемные вопросы и перспективы применения цифровых устройств РЗА и ПА в электроэнергетике . . . . . . . . . . . . . . 42 •  Информация о предстоящих конференциях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 •  Караулов А.А. О внедрении микропроцессорных УРЗА в электроустановках АЭС . . . . . . . . 52 Обучение: •  Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Проблемы инженерного образования в электроэнергетике и электротехнике и наукоемкость этих отраслей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 •  Щедрин В.А. Инженерное образование в эпоху перемен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Новые книги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Испытания: •  Зайцев Б.С. Требования к современному проверочному оборудованию. Источник тока: диапазон, мощность, напряжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 В помощь проектировщику: •  Малый А.П., Шурупов А.А., Дони Н.А., Кочкин Н.А., Карсаков В.Г. Выбор параметров локального микропроцессорного УРОВ . . . . . . . . . . 68

4. Представляем партнеров: •  ООО «ЛИСИС» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5. История: •  Левиуш А.И. Сигнализация и защита от замыкания на землю в сети 6-35 кВ . . . . . . 74

5. Требования к оформлению статей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

01 /Март 2014

Красноярск Улан-Удэ

Официальное представительство в Сибирском федеральном округе: Микропроцессорные комплектные устройства РЗА, противоаварийная автоматика, системы плавного пуска и регулирования скорости электродвигателей, СОПТ, ЩСН, НКУ, АСУ ТП, поставка испытательных комплексов OMICRON. Аппаратура передачи сигналов высокочастотных защит и противоаварийной автоматики. Средства РАС, ОМП, определения повреждений фидеров 6-35 кВ. Комплексные решения и оборудование для заземления нейтрали, компенсации емкостных токов замыкания на землю и автоматики управления ДГР.

ООО «ЭКРА-Сибирь» готово предложить индивидуальный подход к комплексному решению Ваших задач и выполнить полный комплекс работ по проектированию и строительству объектов электроэнергетики «под ключ»: предпроектное обследование объекта; разработка проектно-сметной документации; поставка оборудования и материалов; выполнение монтажных и пусконаладочных работ (шеф-монтажных и шеф-наладочных); сервисное и гарантийное обслуживание, профилактический контроль оборудования.

Проектирование

Поставка оборудования

Монтажные работы

Пусконаладочные работы

Сервисное и гарантийное обслуживание

ООО «ЭКРА-Сибирь» Россия, 660079, г. Красноярск, ул. Свердловская, 3Д тел./факс: (391) 269-59-37, тел.: (391) 206-10-46 е-mail: info@ekra-sib.ru www.ekra-sib.ru

Обучение персонала

События

Выставки и конференции

Выставка «Электрические сети России-2013» – возрождение электротехнической отрасли В Москве с 3 по 6 декабря 2013 г. на территории ВВЦ прошла Международная выставка «Электрические сети России-2013». Выставка проводилась при поддержке Министерства энергетики РФ и Торгово-промышленной палаты РФ.

В Москве с 3 по 6 декабря 2013 г. на территории ВВЦ прошла Международная выставка «Электрические сети России-2013». Выставка проводилась при поддержке Министерства энергетики РФ и Торгово-промышленной палаты РФ. Традиционно проводимая в павильоне №69 выставка «Электрические сети России» переросла возможности этого павильона, и на этот раз центром притяжения специалистов и предприятий электросетевого комплекса России был выбран более просторный павильон №75. Экспонентами выставки стали около 500 отечественных и зарубежных фирм и организаций электротехнической отрасли. За три дня работы ее посетили более 20 тысяч специалистов. По заведенной традиции, в рамках выставки прошли деловые форумы и 6

01 /Март 2014

конференции, проведены конкурсы на лучшие экспонаты. Как и в предыдущие годы, Некоммерческое партнерство «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (НП «СРЗАУ») и редакция журнала «Релейная защита и автоматизация» приняли в ней самое активное участие, показав свои достижения на совместном стенде и проведя свои мероприятия в рамках этого авторитетного форума энергетиков. Журнал «Релейная защита и автоматизация», являясь официальным печатным органом НП «СРЗАУ», осуществлял информационную поддержку выставки. Судя по высокой посещаемости нашего совместного стенда, интерес к журналу и выставке в целом возрос. Посетители стенда имели возможность по-

знакомиться с новым выпуском журнала «Релейная защита и автоматизация», встретиться с выпускающим журнал коллективом, узнать о планах на будущее. Уже в первый день работы выставки начала свою работу экспертная группа по выявлению лучших экспонатов в номинации «Устройства релейной защиты, противоаварийной автоматики и системы управления». В состав экспертной группы вошли такие авторитетные специалисты, как Орлов Юрий Николаевич (ОАО «Фирма ОРГРЭС»), Пуляев Виктор Иванович (ОАО «ФСК ЕЭС»), Силаев Юрий Михайлович (ООО «Институт «Энергосетьпроект»), Шмелькин Алексей Дмитриевич (ГК «ОПТИМА»). Председатель экспертной группы – Белотелов Алексей Константинович (НП «СРЗАУ»). Как всегда, задача была не из легких. Свои достижения в указанной номинации показали около 100 отечественных и зарубежных компаний. К третьему дню работы выставки было выявлено порядка 16-ти претендентов на призовые места. Особенностью выставки 2013 года, как, впрочем, и предыдущей, можно назвать широкое представление ее участниками в разделе «Релейная защита, противоаварийная автоматика и системы управления» уже более проработанных концептуальных решений по цифровой подстанции, базирующихся на системе международных стандартов МЭК 61850. В связи с этим надо отметить, что сегодня в России отсутствует подобная система национальных стандартов ГОСТ Р. Это обстоятельство как раз и затруднило работу экспертной группы в номинации «Устройства релейной за-

События

Выставки и конференции

щиты, противоаварийной автоматики и системы управления». Было трудно из множества представленных концептуальных решений выделить те, которые в перспективе могли бы составить основу для массового практического внедрения. В результате тщательного изучения и обсуждения выявленных лучших разработок экспертная группа в номинации «Устройства релейной защиты, противоаварийной автоматики и системы управления» присудила: Первое место – компании ООО «Прософт-Системы» за разработку и внедрение приемопередатчика сигналов команд РЗ и ПА «АВАНТ РЗСК». Отличительной особенностью этого приемопередатчика является принцип совместной передачи и приема сигналов высокочастотных защит и дискретных команд, использующих частотное кодирование с частотной манипуляцией. Второе место – ЗАО «РАДИУСАвтоматика» за разработку программно-аппаратной платформы «СИРИУС-4» для цифровых подстанций. Ее особенностью является применение унифицированной модульной конструкции, позволяющей оперативное наращивание функций, а также высокая готовность к серийному производству. Третье место – журналу «Релейная защита и автоматизация» за популяризацию инновационных технологий в системах релейной защиты и автоматизации. Этому решению в немаловажной степени способствовало посещение в первый день работы выставки Главы Чувашской Республики Михаи-

ла Васильевича Игнатьева. Во время обхода стендов чувашских предприятий, демонстрирующих свои достижения, М.В. Игнатьев побывал и на нашем стенде, где в беседе с руководителем НП «СРЗАУ» А.К. Белотеловым высоко оценил деятельность Партнерства в решении задач содействия развитию электротехнической отрасли. Особенно была отмечена инициатива НП «СРЗАУ» о регулярном проведении в г. Чебоксары Международной научно-практической конференции и выставки «РЕЛАВЭКСПО», подчеркнув при этом отсутствие фактора административного принуждения. Глава Чувашской Республики говорил о важности проведения этого Форума для электротехнической промышленности не только Чувашии, но и России в целом. Среди претендентов на лучшие разработки экспертная группа отметила следующие компании: • ООО НПП «ЭКРА», которая представила решения для реализации комплекса РЗА цифровых подстанций. • ООО «Энергопромавтоматизация», совместно с компанией IDS (Германия), продемонстрировали интересную для эксплуатационного персонала информационную систему технического обслуживания и ремонта (ИС ТОиР). • ООО «НПЦ «Энергоавтоматика» – за комплекс щитового оборудования «МикроСРЗ-ЩПТ» нового поколения для системы оперативного постоянного тока электроэнергетических объектов. • НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» – за систему мониторинга технологических нарушений «НЕВА-СМТН».

научно‑практическое издание

• ООО «ПАРМА» представила цифровой регистратор аварийных процессов как современный интеллектуальный прибор, интегрируемый в систему АСУ ТП объекта. Из компаний, представивших свои разработки по цифровым подстанциям, также были отмечены: ГК «МикроникаЛИСИС», ООО «Системы телемеханики», ЗАО «Инженерный центр «Энергосервис» и ЗАО «РТСофт». Отметим высокую посещаемость стендов наших Партнеров и то, что все три номинанта имеют прямое отношение к Партнерству. Во второй день работы выставки успешно прошла Научно-практическая конференция «Релейная защита и автоматизация энергосистем», организованная НП «СРЗАУ» совместно с журналом «Релейная защита и автоматизация». Генеральными спонсорами конференции выступили компании ООО «Вайдмюллер» и ООО «Феникс Контакт РУС», а спонсором – известное отечественное предприятие ООО НПП «ЭКРА». В 2013 году проведение выставки в новом павильоне в целом можно оценить положительно. Конечно, некоторые неудобства посетителям создавал поиск нужных стендов, но, несомненно, были оценены и преимущества проведения выставки в современном выставочном комплексе. В очередной раз был продемонстрирован высокий научнотехнический потенциал отечественных компаний для возрождения электротехнической и электроэнергетической отраслей нашей промышленности и внедрения инновационных технологий в электросетевом комплексе России. 7

События

Выставки и конференции

Конференция «Релейная защита и автоматизация энергосистем» на выставке «Электрические сети России-2013»

Предваряя публикацию о конференции, хочу сообщить читателям журнала, что в 2013 году исполнилось 5 лет создания и деятельности нашей общественной организации под названием НП «СРЗАУ». За это время наше Партнерство приобрело большой опыт в организации и проведении не только выставок, но и конференций. Начало успешному проведению конференций было положено организацией и проведением в апреле 2009 года в павильоне «Электрификация» ВВЦ XIX Научно-практической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем-2009». В том же 2009 году Партнерство продолжило традицию организации научнопрактических конференций в рамках ежегодно проводимой Международной выставки «Электрические сети России». С появлением в 2010 году официального печатного органа Партнерства – журнала «Релейная защита и автоматизация» – наша активность по организации подобных мероприятий возросла, а основная тяжесть их организации легла на Рекламноиздательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (ООО «РИЦ «СРЗАУ»). 8

01 /Март 2014

В 2012 и 2013 годах по инициативе НП «СРЗАУ» и Правительства Чувашской Республики в г. Чебоксары проведены, соответственно, две Международные научно-практические конференции и выставки «РЕЛАВЭКСПО», вызвавшие большой интерес у специалистов предприятий электроэнергетики. Не стала исключением прошедшая во второй день работы Международной выставки «Электрические сети России-2013» Научнопрактическая конференция «Релейная защита и автоматизация энергосистем», организованная НП «СРЗАУ» совместно с журналом «Релейная защита и автоматизация». В конференции приняли участие около 230 специалистов, представляющих предприятия-разработчики и производители, проектные, инжиниринговые, и эксплуатационные компании. Было заслушано 24 доклада. Наибольший интерес вызвала первая половина конференции, которая прошла в формате круглого стола и была посвящена основным итогам эксплуатации микропроцессорных (МП) устройств РЗА, ПА и АСУ ТП в энергосистемах России. Учитывая значение систем РЗА в обеспечении надежности функционирования энергосистем ЕЭС России, эта тема актуальна и фактически явилась основной темой конференции. Формат круглого стола позволил участникам конференции не только задать вопросы каждому докладчику, но и выступить в дискуссиях. Доклады «Анализ работы микропроцессорных устройств РЗА в ЕНЭС России» (ОАО «Фирма ОРГРЭС») и «Вопросы эксплуатации устройств РЗА в ЕНЭС России» (ОАО «ФСК ЕЭС») настроили аудиторию на деловой лад. Фактически эти два взаимосвязанных доклада высветили проблемные вопросы, которые возникают при внедрении и эксплуатации МП-защит. И основной проблемный вопрос, требующий безотлагательного решения, – это недостаток отраслевой нормативно-технической документации по внедрению и эксплуатации МП-защит. Выступающие в дискуссиях обращали на это особое внимание. В докладе ОРГРЭС было отмечено улучшение показателя правильной работы МП-устройств РЗА.

События

Выставки и конференции

Однако выступающие высказывали сомнения в правильности оценки работы МП-защит в соответствии с Инструкцией для оценки работы электромеханических и статических устройств РЗА. В докладе ФСК и у выступающих в дискуссии было отмечено, что техническое обслуживание (ТО) МП-защит также требует единого подхода, т.е. разработки единых полноценных Правил ТО МПзащит. В настоящее время эксплуатация субъектов электроэнергетики руководствуется действующими Правилами ТО, дополненными небольшим разделом «ТО МП-защит», касающимся, в основном, только периодичности и видов ТО. В выступлении представителя ОАО «РусГидро» отмечено лидирующее положение компании по количеству внедренных (в процентном отношении к общему количеству устройств РЗА) МП-устройств РЗА. Большой интерес вызвало выступление представителя Технической инспекции ЕЭС П.В. Илюшина «Проблемные вопросы при проектировании и эксплуатации микропроцессорных устройств РЗА и ПА. Перспективные направления развития». В докладе подробно были рассмотрены технико-экономические аспекты и особенности внедрения МП-защит в распределительных электрических сетях. Доклад «О совместимости микропроцессорных дифференциальнофазных и направленных ВЧ-защит различных производителей ВЛ 110-220 кВ» вызвал, пожалуй, наибольшее количество вопросов. По результатам этой

работы подготовлен проект Стандарта организации ОАО «ФСК ЕЭС», содержащий требования к совместимости, и, по заверению докладчика, он будет дополнен методикой проверки реализации этих требований. Выступающий в дискуссии Г.С. Нудельман призывал более активно изучать и использовать зарубежный опыт в части внедрения и эксплуатации МПзащит. В частности, он сказал о том, что много полезного можно почерпнуть из отчетов СИГРЭ и рекомендаций по использованию стандарта МЭК 61850. Он также акцентировал внимание участников конференции на безотлагательном решении вопросов кибербезопасности. Практически все выступающие в дискуссиях обращали внимание на недостаток нормативно-технического обеспечения и отсутствие системы национальных стандартов ГОСТ Р для внедрения и эксплуатации МП-систем РЗА и систем управления. Не менее интересна и вторая половина конференции, которая открылась серией докладов по тематике ТОустройств РЗА. Это доклад ИЦ «Бреслер» по автоматизации процесса эксплуатации устройств РЗА и доклад НПП «Динамика» о повышении эффективности диагностики сложных систем РЗА. Несомненный интерес представляли доклады и презентации генеральных спонсоров конференции – компаний «Вайдмюллер» и «Феникс Контакт РУС». В частности, доклад компании «Вайдмюллер» практически продолжил тему ТО-устройств РЗА и также касался стан-

научно‑практическое издание

дартизации испытательных интерфейсов. Компания «Феникс Контакт РУС» представила свои новые решения и разработки по испытательным блокам и интерфейсам для российского рынка электроэнергетики. О своих решениях в области автоматизации электрических сетей доложили компании «РТСофт» и «Прософт-Системы». Отдельный блок докладов был посвящен тематике передачи сигналов команд РЗ и ПА по высокочастотным и цифровым каналам связи. Здесь свои решения представили известные отечественные компании – «Прософт-Системы», «Уралэнергосервис», «Промэнерго» и «Юнител Инжиниринг». Завершила Конференцию серия докладов по новым решениям и уникальным разработкам интеллектуальных устройств РЗ и управления нового поколения. По материалам наиболее интересных докладов в ближайших номерах журнала «Релейная защита и автоматизация» планируются соответствующие публикации. НП «СРЗАУ» намерено и в дальнейшем проводить научно-практические конференции на актуальные темы в рамках выставки «Электрические сети России». В частности, в рамках очередной Международной выставки «Электрические сети России-2014» планируется проведение двухдневной Научно-практической конференции «Релейная защита и автоматизация энергосистем – новые решения и технологии». 9

События

Выставки и конференции

Выставка «Энергетика» отметила наиболее перспективные инновационные проекты С 11 по 14 февраля в г. Самара прошла XX Международная специализированная выставка «Энергетика» при поддержке Правительства Самарской области и под патронатом ТПП РФ, которую посетили почти 2500 специалистов.

Около 200 компаний из России, Китая, Японии и Италии представили инновационные технологии и оборудование для энергетической промышленности. В этом году впервые многие компании непосредственно на выставочных стендах презентовали свои инновационные разработки, и посетители, находя стенды по опознавательным стелам, могли задать вопросы специалистам и детально ознакомиться как с проектами, так и с готовыми решениями. В честь юбилея организаторы выставки подготовили насыщенную деловую программу. Так, в рамках проекта состоялся Энергетический форум Поволжья «Устойчивое развитие энергетики» с участием представителей региональной власти, руководителей предприятий, специалистов энергетики. Актуальная тема взаимодействия ВУЗов и учреждений РАН с промышленными предприятиями рассматривалась на круглом столе «Подготовка кадров для энергетической отрасли – синергия производства, науки и образования». Безусловно, самым ярким событием для всего профессионального сообщества стал уже традиционный конкурс «Инновации в энергетике», который направлен на выявление активных предприятий, предла10

01 /Март 2014

гающих наукоемкую продукцию и технологии, а также на привлечение к ним внимания со стороны власти и инвесторов. Впервые в открытом формате 11 компаний презентовали 19 проектов. В состав жюри вошли представители Министерства образования и науки, Приволжского филиала «Промсвязьбанка», Комитета по инновационному предпринимательству и инвестициям «ОПОРА РОССИИ», Регионального агентства по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, регионального центра инноваций. Победителем в номинации «Лучшая инновация для Самары» стала компания «ТЕРМОТРОНИК» (г. Санкт-Петербург), а ГК «Электрощит-Самара» – сильнейшим в номинации «Успешный инновационный проект». Проект Самарского государственного аэрокосмического университета «Инфракрасные энергоэффективные панели» победил в номинации «Лучшая перспективная технология». Специальный приз выставки за «Перспективный проект» был вручен ООО «НПП Бреслер» (г. Чебоксары) за проект «Технические средства регистрации аварийных сигналов для инновационных систем ОМП». Сумма предварительных договорённостей, достигнутых на двадцатой юбилейной выставке «Энергетика-2014», превысила 150 млн рублей. Участники выставки высоко оценили состоявшееся мероприятие: Вячеслав Мушонков, региональный представитель компании Rittal-The Sistem: – Выставка «Энергетика» в этом году превзошла все наши ожидания! Мы не первый год участвуем в вашем проекте и заметили, что в этом году больше людей подходит к нашему стенду. Состоялись более продуктивные разговоры – не

менее сотни контактов за два с половиной дня работы выставки. Это очень хороший показатель. Отмечу, что были и новые лица – как участники, так и посетители. И это тоже нас порадовало. Рустам Муратов, начальник отдела продаж ООО «ОМП»: – Мы впервые приняли участие в этой выставке, и она прошла для нас хорошо. Было много заинтересованных посетителей, около 150 человек побывало на нашем стенде. Так совпало, что в рамках выставки мы отметили 5-летие работы компании на рынке и пригласили отпраздновать это событие наших партнеров. Успешно прошли переговоры, где мы обсудили вопросы сотрудничества с ОАО «АвтоВАЗ», ОАО «Тольяттиазот», ЦСКБ «Прогресс» и проектными институтами. Участие в этом проекте будет полезно для дальнейшего развития нашей компании и повышения ее статуса. Михаил Мантров, руководитель проекта ООО «КоЭр»: – На наш взгляд, мероприятие проходит достаточно успешно. Радует, что с годами не становится меньше посетителей. На выставке заметны определенные положительные тенденции в плане развития рынка и бизнеса в энергетике. Наша компания тоже развивается – в этом году мы решили увеличить площадь нашей экспозиции. Примерно 30 % посетителей и участников выставки – это абсолютно новые для нас компании. С остальными мы либо уже работали и в рамках выставки обсудили возможность дальнейшего взаимодействия, либо слышали о них и с удовольствием обсудили ряд технических и коммерческих вопросов. В самарском проекте «Энергетика» мы участвуем каждый год.

События

У наших партнеров ООО «Финдер», входящее в состав Некоммерческого партнерства «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике», в период с 16 по 19 декабря 2013 года организовало посещение группой российских специалистов центрального завода компании Finder S.p.A. в г. Альмезе (Италия). Компания Finder S.p.A., основанная в 1954 году, специализируется на выпуске реле и таймеров, использующихся в качестве комплектующих в системах автоматизации промышленных, энергетических и бытовых объектов. Сегодня она занимает одно из лидирующих положений по поставкам своей продукции на электротехнические рынки европейских стран. Начиная с 2011 года налажено производство изделий специально для российского рынка электроэнергетики. Знакомству с заводом предшествовала презентация компании Finder, в которой отмечено, что вся продукция компании выпускается на 4-х заводах в Западной Европе (Италия, Франция и Испания).

Во время посещения центрального завода наша делегация имела возможность ознакомиться с полным технологическим циклом производства и системой обеспечения качества продукции, имеющими высокую степень автоматизации. В заключение состоялось техническое совещание и обмен мнениями по вопросам технических требований к продукции Finder, поставляемой на российский электротехнический рынок. Представители компании отметили высокую эффективность таких встреч и намерены в дальнейшем проводить их в целях максимального учета требований российских потребителей продукции Finder. Белотелов А.К., Президент НП «СРЗАУ» Представительство в Российской Федерации:

ООО «ФИНДЕР»

107023, Россия, Москва, Электрозаводская, 24 Тел. +7495 229 49 27/29 www.findernet.com

С 1954 года компания Finder S.p.A

специализируется на выпуске продукции:

- Реле для печатных плат - Промышленные реле - Интерфейсные реле - Таймеры - Реле контроля - УЗИП - Промышленные термостаты - Фотореле - Электронные шаговые реле - Модульные контакторы - Электронные лестничные таймеры - Реле времени - Датчики движения

научно‑практическое издание

55.34.9.220.9202 – cпециальная версия переключающих реле с нормированным срабатыванием соответствует стандарту ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007- 29.130.10.090-2011 (минимальное значение напряжения срабатывания катушки 132В DC (0,6Un).

События

Поздравляем юбиляра! 29 декабря 2013 года исполнилось 60 лет Владимиру Ивановичу Нагаю, известному в кругах релейщиков ученому, доктору технических наук, профессору Южно-Российского государственного политехнического университета имени М.И. Платова, члену редколлегии журнала «Релейная защита и автоматизация». В.И. Нагай, окончив в 1976 году Новочеркасский политехнический институт, начал свою трудовую деятельность преподавателем энергетического факультета этого же института и, совмещая преподавательскую деятельность с научными исследованиями на кафедре профессора А.Д. Дроздова, прошел все ступени профессионального роста. Своим личным вкладом в науку и практику, своей преподавательской деятельностью, большим количеством публикаций В.И. Нагай снискал заслуженный авторитет ученого-практика в России и за рубежом. Дорогой Владимир Иванович! Редколлегия и редакция журнала «Релейная защита и автоматизация», Некоммерческое партнерство «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» выражают Вам свое глубокое уважение и желают доброго здоровья и творческого долголетия на благо российской энергетики.

Готовится к изданию русскоязычный вариант книги Е. Барканса и Д. ЖалостибЫ «Защита от развалов и восстановление энергосистем» Рекламно-издательским центром «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (РИЦ «СРЗАУ») готовится к изданию на русском языке уникальная книга известного ученого и практика в области противоаварийного управления в энергосистемах Екабса Барканса и молодого ученого из Рижского Технического университета Дианы Жалостибы «Защита от развалов и восстановление энергосистем». Англоязычный вариант этой книги был издан в Риге в рамках «Мирового энергетического совета» – Barkans J., Zelastiba D. Protection against blackouts and self restoration of power systems // RTU Publishing House, Riga, 2009, 141 pp. Это одна из редких книг, посвященных теме обеспечения надежности и живучести энергосистем и энергетических объединений. Одной из основных составляющих системы обеспечения надежности является тщательный анализ причин возникновения и развития аварий, имевших место в энергосистемах. Авторы, проанализировав развалы энергосистем в различных странах мира, пришли к выводу, что, несмотря на огромное разнообразие первоначальных причин развалов, их развитие сводится всего лишь к нескольким процессам, которые могут быть поставлены под контроль средствами автоматики и предотвращены доступными средствами системами защиты. Книга состоит из 9 глав и приложений. Особую ценность этой книге придает Приложение с описаниями развалов энергосистем (системных аварий), случившихся в Северной и Южной Америке, Канаде и Европе начиная с середины XX века. Книга отличается обширной библиографией и, несомненно, будет интересна широкому кругу специалистов в энергосистемах, преподавателям, аспирантам и студентам высших учебных заведений, слушателям курсов повышения квалификации и дополнительного образования в области электроэнергетики. За дополнительной информацией обращайтесь по телефонам: (8352) 226-394, 226-395. Предварительные заявки (в свободной форме с указанием количества экземпляров и контактными данными) на приобретение книги направляйте в РИЦ «СРЗАУ» на e-mail: ina@srzau-ric.ru. 12

01 /Март 2014

События

Калейдоскоп

ОАО «рОССЕТИ»

ООО НПП «ЭКРА»

ООО «Аналитик-ТС»

Электросети нового технологического уклада

Изоляция входов – под контролем БЭ2502А1401

Имитация затухания и шума в ВЧ-тракте

К 2015 году ОАО «ФСК ЕЭС» планирует завершить первый этап по внедрению системы ГЛОНАСС во всех своих филиалах, а на энергообъектах Дальнего Востока – повысить уровень управления за счет внедрения новых программнотехнических комплексов (ПТК) в Центрах управлениями сетями (ЦУС). Такие системы позволят в будущем перейти к технологии дистанционного управления автоматизированными подстанциями «нового поколения». Впервые аналогичные базовые ПТК были запущены в Приморском крае и доказали свою эффективность во время саммита АТЭС-2012. Теперь новое оборудование будет установлено в Хабаровском и Амурском ПМЭС. На Приморском ПМЭС также начинается пилотный проект по внедрению новых функций ЦУС. Энергетики смогут более эффективно управлять сетевым оборудованием, сокращая перегрузки и уменьшая потери при передаче электроэнергии. Современные ПТК для ЦУС позволяют специалистам за тысячи километров от энергообъекта, в режиме реального времени контролировать параметры оборудования, рассчитывать оптимальные режимы и дистанционно оптимизировать их работу. Политика инновационного развития и энергетической эффективности компании получила одобрение научнотехнического совета (НТС) ОАО «Россети». Достижение стратегической цели развития электросетевого комплекса – снижение потерь к 2017 году до 8,79%, как указали его участники на заседании НТС 19 февраля, позволит перейти к электросети нового технологического уклада. НТС принял решение консолидировать деятельность дочерних компаний ОАО «Россети» в области НИОКР. План на 2014 год предусматривает работы по обеспечению надежности и безопасности, разработки основного и вторичного оборудования ПС, а также системных вопросов развития электросетевого комплекса.

В НПП «ЭКРА» разработан новый терминал типа БЭ2502А1401, который предназначен для контроля изоляции вводов (КИВ) 110-750 кВ и позволяет защищать вводы с бумажно-масляной и RIP-изоляцией. Терминал БЭ2502А1401 содержит: • избиратель поврежденной фазы; • сигнальный орган; • отключающий орган; • л огику контроля исправности цепей тока КИВ; • л огику контроля цепей напряжения КИВ («звезды» или «треугольника»). Терминал имеет возможность оперативного переключения коэффициентов подстройки КИВ при переводе цепей напряжения на другой трансформатор напряжения и оперативного переключения в режим «Отключение от сигнальной ступени КИВ». Обеспечивается поддержка протоколов МЭК 61850-8-1 и МЭК 60870-5-103. Терминал может применяться как для установки в комплектных распределительных устройствах, так и в шкафах или панелях. Вид климатического исполнения и категория размещения – УХЛ3.1.

научно‑практическое издание

Для тестирования ВЧ-аппаратуры на соответствие СТО 56947007 33.040.20.141 2012 «Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, автоматики, дистанционного управления и сигнализации» и СТО 56947007-33.060.40.134-2012 «Типовые технические решения по системам ВЧ-связи» необходимо: •п роверять два полукомплекта ВЧаппаратуры через искусственную линию в лабораторных условиях; • определять запас по затуханию действующего канала с включением имитатора затухания на приемной/передающей стороне; • обеспечивать проверку помехоустойчивости аппаратуры передачи команд РЗ и ПА при скачкообразном увеличении затухания ВЧ-тракта на 22 дБ и воздействии на приемник помех типа белого шума с соотношением сигнал/помеха 6 дБ в полосе 4 кГц; • ослаблять высокие уровни для подключения измерительного оборудования. Для решения вышеперечисленных задач ООО «Аналитик-ТС» (торговая марка «AnCom») предлагает Имитатор затухания и шума в ВЧ-тракте AnCom ИЗШ 75. Он состоит из пяти функциональных блоков, работающих одновременно и управляемых независимо друг от друга: • Магазин затухания (МЗ) • Имитатор скачка затухания (ИСЗ) • Генератор шума (ГШ) • Сумматор симметричный (СС) • Делитель напряжения (ДН). 13

НАУКА

Релейная защита УДК 621.316.925

Авторы: к.т.н. Дони Н.А., ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары, Россия,

к.т.н. Иванов И.Ю., Филиал ОАО «СО ЕЭС» РДУ Татарстана, г. Казань, Россия,

к.т.н. Иванова В.Р., Казанский государственный

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА БАЗЕ ВЕКТОРНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТОКОВ SIMULATION LINE DIFFERENTIAL PROTECTION OPERATING ON THE BASIS OF VECTOR VALUES CURRENT

энергетический университет, г. Казань, Россия.

Аннотация: c использованием компьютерного моделирования рассматриваются особенности функционирования дифференциальной защиты линии, работающей на базе векторных значений токов. Данные особенности учитываются при модернизации алгоритмов функционирования и функциональной схемы дифференциальной защиты линии электропередачи напряжением 110-220 кВ, что открывает возможности создания микропроцессорных устройств дифференциальной защиты с повышенными быстродействием и чувствительностью.

Ключевые слова: дифференциальная защита линии, насыщение трансформаторов тока, переходный режим, компьютерное моделирование. Abstract: using computer simulation considered features of functioning of the line differential protection, operating on the basis of vector values current. These features are taken into account in the modernization operation algorithms and functional schemes of line differential protection voltage of 110-220 kV, allowing the creation of microprocessor-based differential protection with increased speed and sensitivity. Keywords: line differential protection, saturation of current transformers, transient conditions, computer simulation.

01 /Март 2014

Рост мощности и сложности энергообъектов и единичных агрегатов, повышение чувствительности современных промышленных технологий к кратковременным нарушениям электроснабжения обуславливают постоянное повышение требований к чувствительности и быстродействию устройств релейной защиты. Современные микропроцессорные устройства дифференциальной защиты [1] ответственных электроэнергетических объектов должны селективно и быстро, с временем до двух периодов промышленной частоты [2], отключать повреждённое оборудование. При достаточно больших значениях постоянной времени затухания апериодической составляющей в токе короткого замыкания (КЗ) дифференциальные защиты работают в условиях интенсивных электромагнитных переходных процессов. Сложность в обеспечении селективности и быстродействия дифференциальных защит в условиях влияния переходных процессов обусловлена насыщением электромагнитных трансформаторов тока (ТТ), погрешности которых в переходных режимах КЗ оказываются значительно выше, чем в установившемся режиме [3]. При внешних КЗ повышенные погрешности ТТ могут привести к неселективной работе дифференциальной защиты, а при повреждениях на защищаемом оборудовании – к существенным задержкам в ликвидации аварий. В алгоритмах дифференциальных защит могут использоваться различные вспомогательные признаки, свойственные режимам внутреннего и

внешнего КЗ в переходных режимах [4] и позволяющие обеспечить требуемые показатели чувствительности и быстродействия защиты. Однако эти признаки применимы только для дифференциальных защит, работающих на базе мгновенных значений токов. В то же время известно, что большинство фирм-производителей дифференциальных защит линий (ДЗЛ) используют векторные величины токов для передачи их на противоположную сторону линий электропередачи (ЛЭП) [5]. Повышение чувствительности и быстродействия ДЗЛ в условиях интенсивных переходных процессов требует применения новых алгоритмических подходов, реализация которых возможна на базе микропроцессорной техники с использованием прогрессивных способов обработки информации. Поэтому разработка и совершенствование алгоритмов функционирования ДЗЛ является актуальной задачей. Для исследования влияния параметров первичной сети и погрешностей электромагнитных ТТ на работу ДЗЛ, а также получения количественной оценки чувствительности и быстродействия защиты разработана компьютерная модель ДЗЛ напряжением 110-220 кВ. Принятая методика моделирования основана на вычислении переходного тока КЗ в симметричной трёхфазной сети с сосредоточенными активными сопротивлениями и индуктивностями, численном дифференцировании нелинейного уравнения, описывающего работу электромагнитного трансформатора тока в переходном процессе с

НАУКА

Релейная защита

Рис. 1. Траектория перемещения рабочей точки на характеристике срабатывания ДЗЛ при внутреннем КЗ без насыщения ТТ Рис. 2. Траектория перемещения рабочей точки на характеристике срабатывания ДЗЛ при внутреннем КЗ с насыщением ТТ стороны 1 через 40 мс с момента возникновения повреждения

Рис. 3. Траектория перемещения рабочей точки на характеристике срабатывания ДЗЛ при внутреннем КЗ с насыщением ТТ стороны 1 через 10 мс с момента возникновения повреждения Рис. 4. Траектория перемещения рабочей точки на характеристике срабатывания ДЗЛ при внешнем КЗ

учётом его насыщения, и на дискретизации входного сигнала устройства релейной защиты с помощью дискретного преобразования Фурье. По результатам моделирования проведён анализ траектории перемещения рабочей точки на характеристике срабатывания ДЗЛ с двумя наклонными участками и отмечено следующее: 1. При КЗ рабочая точка перемещается из положения нагрузочного режима в положение, соответствующее повреждению примерно за 4 такта, что соответствует одному периоду промышленной частоты (рис. 1). Эта задержка связана с временем полного цикла дискретного преобразования Фурье, используемого для вычисления векторов фазных токов. 2. Положение рабочей точки на характеристике срабатывания меняется после насыщения ТТ относительно положения, соответствующего КЗ без насыщения ТТ (рис. 2). научно‑практическое издание

Отсюда следует, что искажение фазных токов, обусловленных насыщением ТТ, может приводить к уменьшению чувствительности ДЗЛ при внутренних КЗ. 3. Конечное положение рабочей точки на характеристике срабатывания ДЗЛ при внутреннем КЗ всегда разное и зависит от момента возникновения насыщения ТТ (рис. 3). Однако до наступления насыщения ТТ наблюдается одинаковая траектория перемещения рабочей точки из положения нагрузочного режима в положение, соответствующее повреждению. 4. Для внешних КЗ после наступления насыщения ТТ характер перемещения рабочей точки существенно отличается от траектории, характерной для внутренних КЗ (рис. 4). Из рис. 4 следует, что искажение фазных токов, обусловленных насыщением ТТ, может приводить к неселективной работе ДЗЛ при внешних КЗ. 15

НАУКА

Релейная защита

Рис. 5. Совмещённые траектории перемещения рабочей точки на характеристике срабатывания ДЗЛ для внутреннего и внешнего КЗ

Дони Николай Анатольевич Дата рождения: 26.10.1946 г. Окончил энергетический факультет Новочеркасского политехнического института в 1969 году. В 1981 году во ВНИИЭ защитил кандидатскую диссертацию «Исследование и разработка высокочастотной защиты линий сверхвысокого напряжения». Директор по науке – заведующий отделом перспективных разработок. Имеет более 120 научных публикаций в области релейной защиты, микропроцессорной техники и цифровой обработки сигналов электроэнергетических систем.

Рис. 6. Функциональная схема детектора повреждений

01 /Март 2014

5. До насыщения ТТ можно наблюдать разную траекторию перемещения рабочей точки при внешнем и при внутреннем КЗ (рис. 5). Описанные факторы использовались при разработке алгоритма определения зоны повреждения с помощью детектора повреждений (ДП). Алгоритм функционирования ДП основан на вычислении отношения приращения дифференциального тока к приращению тормозного тока и сравнения данного отношения с заданными уставками C1, C2, C3 (рис. 6). При возникновении КЗ вычисляются приращения тормозного тока ∆IТОРМ, приращения дифференциального тока ∆IДИФ и отношение приращения дифференциального тока к приращению тормозного тока за один такт D и за два такта 2D в момент выборки n.

Предлагаемый детектор повреждения состоит из пускового органа и блока определения зоны повреждения. Пусковой орган срабатывает при превышении значения приращений дифференциального или тормозного тока уставок срабатывания. При внутреннем КЗ в первый момент после возникновения повреждения отношения D и 2D являются большими величинами, в алгоритме срабатывают соответствующие логические элементы, при этом на выходе ДП устанавливается сигнал F, равный «1». При внешнем КЗ в первый момент после возникновения повреждения отношение D является малой величиной, в алгоритме срабатывают соответствующие логические элементы, при этом на выходе ДП устанавливается сигнал F, равный «0». Уставки пускового органа, а также параметров C1, C2, C3 в общем случае зависят от частоты выборки мгновенных значений тока (частоты дискретизации) fдиск и частоты формирования пакета передачи данных на другой конец ЛЭП fпак. ДП имеет встроенные таймеры логики для сброса и изменения выходного сигнала F на установленные выдержки времени. Функциональная схема ДЗЛ с использованием детектора повреждений представлена на рис. 7. Из сравниваемых токов по концам линии I', Iʺ формируются в каждой фазе: - дифференциальный сигнал IДИФ в блоке формирования дифференциального сигнала; - тормозной сигнал IТОРМ в блоке формирования тормозного сигнала. В реагирующем органе производится сравнение величины дифференциального сигнала IДИФ

НАУКА

Релейная защита

Рис. 7. Функциональная схема ДЗЛ с использованием детектора повреждений

Иванов Игорь Юрьевич Дата рождения: 23.12.1985 г. В 2012 г. окончил аспирантуру Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы». Главный специалист Службы релейной защиты и автоматики Филиала ОАО «СО ЕЭС» РДУ Татарстана.

Иванова Вилия Равильевна Дата рождения: 05.08.1985 г. В 2012 г. окончила аспирантуру Казанского государственного энергетического университета по специальности 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Старший преподаватель Казанского государственного энергетического университета.

с уставкой срабатывания IД.УСТ согласно традиционному алгоритму действия ДЗЛ. Для реализации характеристики срабатывания с двумя наклонными участками в разработанном алгоритме используются компараторы тормозного тока. При этом выделяются следующие режимы работы ДЗЛ: 1) при малых сквозных токах (IТОРМ≤Iскв): дифференциальная защита работает с меньшим коэффициентом торможения kТОРМ1; 2) при нормальных и больших сквозных токах (IТОРМ> Iскв): дифференциальная защита работает с большим коэффициентом торможения kТОРМ2. ДП вычисляет текущее положение рабочей точки IДИФ/ IТОРМ на характеристике срабатывания ДЗЛ и, в зависимости от траектории перемещения рабочей точки, идентифицирует внешние или внутренние КЗ. При фиксации внешнего КЗ выходной сигнал ДП F устанавливается равным «0» и работа ДЗЛ блокируется. При фиксации внутреннего КЗ выходной сигнал ДП F устанавливается равным «1» и работа ДЗЛ разрешается. Основные выводы по результатам исследования работы ДЗЛ на компьютерной модели: 1. Для реализации предлагаемых алгоритмов потребуется обмен данными между комплектами ДЗЛ, установленными по концам защищаемой ЛЭП, не менее четырёх раз за период. При типовой скорости передачи данных 64 кбит/с это требование вполне может быть выполнено. 2. Разработанные алгоритмы позволяют определять зону повреждения до срабатывания научно‑практическое издание

реагирующих органов ДЗЛ и формировать в функциональной схеме защиты разрешающие и запрещающие сигналы, благодаря которым обеспечивается селективность ДЗЛ в переходных режимах КЗ без уменьшения быстродействия и чувствительности защиты. 3. Увеличение быстродействия и чувствительности ДЗЛ, в свою очередь, позволит снизить глубину и длительность провалов напряжения при КЗ в сети 110-220 кВ и имеет существенное значение для эффективной работы промышленных предприятий c непрерывным технологическим циклом, нарушение электроснабжения которых даже на доли секунды приводит к значительному экономическому ущербу. Литература 1. Циглер Г. Цифровая дифференциальная защита. Принципы и область применения. – М.: Знак, 2008. – 273 с. 2. Типовые технические решения по релейной защите и автоматике линий 10-750 кВ. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС», 2010. – 198 с. 3. Кужеков С.Л. О требованиях к трансформаторам тока и устройствам релейной защиты в переходных режимах при наличии апериодической составляющей в первичном токе / Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Сербиновский Б.Б. // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: материалы международной научно-технической конференции. – Екатеринбург: 2013. 4. Дони Н.А. Повышение технического совершенства дифференциальной защиты линий электропередачи напряжением 110-220 кВ / Дони Н.А., Гарке В.Г., Иванов И.Ю. // Релейная защита и автоматизация. – 2012. – № 4. – С. 30-35. 5. Дони А.Н. Особенности продольной дифференциальной защиты линии с цифровыми каналами связи между полукомплектами / Дони А.Н., Дони Н.А. // Материалы конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем», 2009. – С. 192-197.

НАУКА

Релейная защита

Авторы: Хакимзянов Э.ф.,

ПОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ДВОЙНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6-35 кВ

КГЭУ,

к.т.н. Исаков Р.г., КНИТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань, Россия.

Khakimzyanov E.f., Kazan State Power Engineering University, Kazan,

CONDUCT OF MEASURING PART OF RESISTANCE AT DOUBLE EARTH FAULTS IN DISTRIBUTION NETWORKS 6-35 kV

Isakov R.g., Kazan National Research Technical University named affer A.N. Tupolev, Kazan, Russia.

Аннотация: в статье анализируется реакция измерительных органов сопротивления для определения возникновения однофазных и двойных замыканий на землю в распределительных сетях 6-35 кВ в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью. В программной среде MatLab Simulink была смоделирована схема распределительной сети 10 кВ и проведена запись изменения сопротивления на измерительных органах фазного и междуфазного контуров.

Ключевые слова: однофазное замыкание на землю, двойное замыкание на землю, распределительная сеть с изолированной и компенсированной нейтралью, измерительные органы сопротивления. Abstract: the article analyzes the reaction of measurement part of resistance for determining occurrence of single and double earth faults in distribution networks 6-35 kV with isolated and compensated neutral. In MatLab Simulink software environment was modeled circuit 10 kV distribution network and write held by

В сетях с изолированной нейтралью при выполнении релейной защиты, действующей на отключение, учитываются межфазные короткие замыкания (К (3), К (2)) и двойные замыкания на землю (К дв (1,1)). На режим однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) (К (1)) защита, как правило, выполняется с действием на сигнал, за исключением тех случаев, когда по условиям техники безопасности требуется отключение данного вида повреждения [1]. Возникновение режима ОЗЗ в сети сопровождается перенапряжениями различно-

го характера, повышением напряжения в неповрежденных фазах, что может привести к пробою изоляции неповрежденных фаз и переходу ОЗЗ в «двухместное» или двойное замыкание на землю, при котором изменения токов и напряжений близки к двухфазному КЗ (рис. 1, а, б). На одиночных линиях с односторонним питанием от межфазных замыканий устанавливаются преимущественно ступенчатые токовые защиты или ступенчатые токовые защиты с пуском по напряжению, а если такие

measuring the change in resistance of the phase-tophase and contours. Keywords: single-phase ground fault, double ground fault, the distribution network with isolated or compensated neutral, measuring parts of resistance.

Рис. 1. Векторная диаграмма токов и напряжений в режимах двухфазного КЗ (а) и двойного замыкания на землю (б)

01 /Март 2014

а)

б)

НАУКА

Релейная защита

защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения повреждения, то рекомендуется установка дистанционной защиты (ДЗ) [2]. Измерительные органы сопротивления (ИОС) в сетях с малым током замыкания на землю выполняются в соответствии с основными принципами ДЗ линий напряжением 110-330 кВ [2]. При выполнении ДЗ в распределительных сетях с малыми токами замыкания на землю следует обратить внимание на тот факт, что защита должна реагировать не только на междуфазные короткие замыкания, но и на двойные замыкания на землю с отключением одного (или обоих) из мест повреждения. В настоящее время в сетях 6-35 кВ применяются комплекты ДЗ различных производителей (Сириус-ДЗ-35, БЭ2502A10, SIPROTEC 7SA6 и т.д.). Однако в технической документации методическим указаниям по составлению алгоритмов обнаружения двойных замыканий на землю с определением поврежденного фидера, фазы, расстояния до мест повреждений, выбору уставок и характеристик срабатывания не отведено достаточного внимания. Таким образом, целью научноисследовательской работы является разработка алгоритмов защиты от двойных замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания на землю, выполняющих определение факта возникновения замыканий на землю с указанием поврежденного фидера, поврежденной фазы и расстояния до места повреждения. Для решения поставленной цели предлагается использование комплекта ДЗ с ИОС междуфазных и фазных контуров АВ, ВС, СА, А, В, С соответственно. Поведение ИОС междуфазных и фазных контуров терминалов ДЗ анализируется по результатам моделирования электрической распределительной сети напряжением 10 кВ с односторонним питанием с изолированной и компенсированной нейтралью (рис. 2, а, б) в программной среде

а)

б)

Рис. 2. Схема электрической распределительной сети напряжением 10 кВ: а – изолированная нейтраль; б – компенсированная нейтраль

MatLab Simulink, где система S имеет соотношение X/R = 0,6/0,1; ZС = 0,6 Ом, линии W1 (l = 10 км), W2 (l = 7 км), W3 (l = 15 км): RудЛ1 = 0,578 Ом/км, XудЛ1 = 0,37 Ом/км, Z удЛ = 0,69 Ом/км; заземляющий трансформатор ТЗ: Sном = 0,25 МВ∙А, Uв /Uн =10/0,4 кВ, Хт = 18 Ом; дугогасящий реактор ДГР: Хр = 254 Ом. В модели имитируются замыкания на землю одной фазы в т. 1–1' на отходящих линиях W2, W3. В момент времени t = 0,1 с происходит замыкание на землю фазы А линии W2 (т. 1 – 1 км), при t = 0,3 с происходит второе замыкание на землю фазы В линии W3 (т. 1' – 1 км). Переходное сопротивление замыкания на землю в месте повреждения принято равным 0 Ом. При этом в статье описывается анализ изменения сопротивления междуфазных и фазных контуров АВ, ВС, СА, А, В, С, подводимых к измерительным органам Z при повреждении 1-1'. Компенсация токов нулевой последовательности (НП) производится включением в нейтраль заземляющего трансформатора (ТЗ) дугогасящего

а)

реактора (ДГР), сопротивление которого выбирается из значения тока НП 3I 0 , определяемого по формуле: ,(1) где Z и1, Z и2 – сопротивления прямой, обратной последовательностей источника, Z Л1, Z Л2 , Z Л0 – сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей линии, Хс – емкостное сопротивление смежных линий, R з – сопротивление земли. Согласно [3], компенсация токов НП применяется при значениях емкостного тока замыкания на землю в воздушных сетях 6-20 кВ на железобетонных или металлических опорах – при токе более 10 А. ДГР настраиваются на ток компенсации, как правило, равный емкостному току замыкания на землю (резонансная настройка). Ток компенсации равен: .

(2)

б)

Рис. 3. Осциллограммы токов НП в сетях: с изолированной (а) и компенсированной нейтралью (б)

научно‑практическое издание

НАУКА

Релейная защита

Тогда по таблице [табл. 12, прил. 4 [4]] определяется тип реактора и параметры ТЗ. Действительный ток компенсации равен: .

(3)

На рис. 3, а, б представлены осциллограммы токов НП 3I 0 в моделируемой сети с изолированной и компенсированной нейтралью в режимах ОЗЗ и двойного замыкания на землю на питающей линии W1. Замер сопротивлений междуфазных и фазных контуров прово-

дится по классическому алгоритму определения сопротивлений, реализованному в цифровых терминалах дистанционной защиты и описанному в работах [4-6]. Поведение ИОС междуфазного и фазного контуров описываются векторными диаграммами, позволяющими оценить траекторию изменения вектора сопротивления на зажимах реле (рис. 4, а, б, рис. 5, а, б). В нормальном (нагрузочном) режиме сопротивления фазных ZA , Z B , Z C и междуфазных контуров ZAB , Z BC , Z CA одинаковы Z p = (36,4 + j23,8) Ом, φ = 33,2°: (Xр = 23,8 Ом; R р = 36,4 Ом, Z р =

а)

43,5 Ом, угол сопротивления на зажимах реле φ равен 33,2°). При возникновении в момент времени t 1 = 0,1 с ОЗЗ в т. 1 на линии W2 сопротивления междуфазных контуров ZAB , Z BC , Z CA остаются неизменными независимо от режима нейтрали, поскольку при ОЗЗ треугольник междуфазных напряжений не искажается, а токи в линии изменяются незначительно (определяются значительными емкостными сопротивлениями). Сопротивления фазных контуров Z A , Z B , Z C претерпевают следующие изменения: сопротивление поврежденного контура ZA уменьшается

б)

Рис. 4. Диаграмма сопротивления междуфазных контуров АВ, ВС, СА: а – изолированная нейтраль; б – компенсированная нейтраль

а)

б)

Рис. 5. Векторная диаграмма изменения сопротивления фазных контуров А, В, С: а – изолированная нейтраль; б – компенсированная нейтраль

01 /Март 2014

НАУКА

Хакимзянов Эльмир Фердинатович Дата рождения:11.07.1986 г., в 2008 году окончил Казанский государственный энергетический университет, кафедра «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», старший преподаватель кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» ФГБОУ ВПО КГЭУ.

Исаков Руслан Геннадьевич Дата рождения: 16.12.1986 г., в 2009 году окончил Казанский государственный энергетический университет, кафедра «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем». В 2012 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Токовые защиты распределительных сетей с повышенным быстродействием и чувствительностью» в КНИТУ им. А.Н. Туполева под руководством доктора технических наук, профессора Рижского технического университета Владимира Георгиевича Гарке. Кандидат технических наук, старший преподаватель кафе-

Релейная защита до значения, пропорционального расстоянию до места повреждения; сопротивления фазных контуров неповрежденных фаз Z B , Z C увеличиваются, при этом активные и реактивные составляющие изменяются поразному: составляющие R В и ХС увеличиваются, а Х В , RС – уменьшаются. Изменение сопротивлений фазных контуров обусловлено изменением напряжений на поврежденных и неповрежденных фазах. При этом изменение векторов сопротивления не зависит от режима нейтрали сети. При возникновении в момент времени t2 = 0,3 с второго замыкания на землю в т. 1' на линии W3 сопротивления междуфазных контуров ZAB, ZBC, ZCA уменьшаются. Максимальное снижение сопротивления зафиксировано у междуфазного контура АВ, т.е. тех фаз, на которых произошли замыкания на землю. Активные и реактивные составляющие сопротивления контуров ZAB , Z BC уменьшаются, тогда как у контура Z CA активная составляющая увеличивается, а реактивная – уменьшается. Сопротивления фазных контуров Z A , Z B , Z C также изменяются: контур ZA увеличивается, контуры Z B и Z C уменьшаются. Изменение сопротивлений фазных контуров обусловлено изменением напряжений на поврежденных и неповрежденных фазах. Аналогично с предыдущим промежутком времени (ОЗЗ) изменение векторов сопротивления не зависит от режима заземления нейтрали сети. В дистанционной защите от двойных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ замер сопротивления производится в контуре фаза-земля. Таким образом, для осуществления правильного замера сопротивления при междуфазных КЗ и замыканиях с возникновением тока нулевой последовательности в дистанционной защите должен быть реализован измерительный орган для определения необходимого контура замера сопротивления (междуфазный или фазный). Однако для определения уставок срабатывания данного измерительного органа необходимо более подробное исследование различных режимов двойного замыкания на землю, а также организовать учет предыдущей информации об ОЗЗ, что позволит определять поврежденные фазы и расстояние до мест двойных замыканий.

Вывод В работе проведен анализ изменения векторов сопротивления междуфазных и фазных контуров измерительных органов дистанционной защиты в сети 10 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью при замыканиях одной и двух фаз на землю. Было выявлено, что сопротивление петли замыкания на землю в рассматриваемых режимах работы сети не изменяется вне зависимости от режима заземления нейтрали сети. Авторы выражают благодарность студентам кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» Казанского государственного энергетического университета Абдрахманову А.Х. и Шарифуллину А.Ф. за помощь при обработке результатов моделирования. Наставником и идейным вдохновителем на начальном этапе работы был доктор технических наук, профессор Рижского технического университета Владимир Георгиевич Гарке . Литература 1. Правила устройства электроустановок. – 7-е изд. – М.: Юрай-издат, 2007. 2. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 7. Дистанционная защита линий 35-330 кВ. Энергия, 1966. – 172 с. 3. РД 34.20.179 Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ. Изд. Союзтехэнерго, 1970. 4. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М. – Л.: Государственное энергетическое издательство, 1957. – 343 с. 5. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 549 с. 6. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение. – М.: Энергоиздат, 2005. – 322 с.

дры «Электрооборудование» КНИТУ им. А.Н. Туполева.

научно‑практическое издание

НАУКА

Релейная защита УДК 62-65, 62-686

Авторы: Михалев С.В., Пирогов М.Г., НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург, Россия.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ ТЕПЛОВЫХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ EXPERIMENTAL DETERMINATION OF TIME CONSTANTS OF ELECRICAL MOTORS

Mikhalev S.V.,

THERMAL MODELS

Pirogov M.G., Science and Technical Centre «Mechanotronica», Saint-Petersburg, Russia.

Аннотация: в статье представляется методика экспериментального определения постоянных времени тепловых моделей электродвигателей, разработанная специалистами НТЦ «Механотроника». Опыт проведения пусконаладочных работ показывает, что предлагаемая методика позволяет значительно повысить точность косвенного определения температуры двигателя с помощью тепловой модели.

Ключевые слова: электрическая машина, тепловая модель, релейная защита, тепловая защита. Abstract: the article is represented method of experimental determination of time constants of electric motors thermal models. The method is developed by Science and Technical Centre «Mechanotronica» engineers. The experience of starting-up and adjustment works shows that the method allows significantly raises of accuracy of indirect determination of motor temperature by thermal models. Keywords: electric motor, heat model, relay protection, thermal protection.

01 /Март 2014

Тепловая защита электродвигателей находит в настоящее время широкое применение в цифровых устройствах релейной защиты и системах автоматизированного электропривода. Одним из способов реализации тепловой защиты является защита, построенная на основе тепловой модели двигателя. Тепловая модель предназначена для моделирования процессов нагревания и охлаждения двигателя с целью его защиты от всех видов перегрузки. Повышение температуры машины при включении её под нагрузку в первую очередь отражается на состоянии изоляции обмоток и стали. Многочисленные эксперименты и опыт эксплуатации электрических машин показывают, что для каждого класса изоляционных материалов существует определенный уровень температуры, превышение которого всего на несколько градусов приводит к существенному сокращению срока службы [1]. Допустимые уровни перегрева изоляции электрических машин установлены ГОСТ 8865-93. Вследствие сложности описания процессов нагрева и охлаждения различных частей электродвигателя при разработке тепловых моделей двигателей принимаются, как правило, следующие допущения (т.н. классическая теория нагревания [1], [2]): • вся электрическая машина рассматривается как однородное сплошное тело, обладающее неограниченной теплопроводностью, что приводит к отсутствию градиента температуры по любому направлению в объеме машины; • источники тепла равномерно распределены по

объему электрической машины; • окружающая среда обладает бесконечно большой теплоемкостью; • коэффициент теплоотдачи между поверхностью машины и окружающей средой не зависит от места и длительности протекания процесса. Моделирование нагрева двигателя в тепловых моделях, основанных на этих допущениях, осуществляется в соответствии с дифференциальным уравнением, выражающим баланс энергии электрической машины за время [2]: ,

(1)

где С – теплоемкость электрической машины, т.е. количество тепла, необходимое для повышения её температуры на 1°, Дж/°С; ∆Т – разность температуры машины и температуры окружающей среды, °С; А – теплоотдача электрической машины, т. е. количество тепла, выделяемое ею в окружающую среду, Дж/с . °С; Q – общее количество тепла, выделяемое в электрической машине, Дж/сек. Принимая во внимание, что количество выделяемого в двигателе тепла пропорционально квадрату тока, запишем уравнение (1) в виде [3]: , где

(2)

– текущая температура объекта, °С; – постоянная времени нагревания или охлаждения двигателя, с; R – термическое сопротивление между объектом и окружающей

НАУКА

Релейная защита

средой, °С*с/Дж, ∆Тном – разность температуры машины и температуры окружающей среды при номинальной мощности, °С; I – текущий ток двигателя, А; Iном – номинальный ток двигателя, А; Токр – температура окружающей среды, °С. Как правило, при создании тепловых моделей в настоящее время пользуются не решением дифференциального уравнения (2) при постоянном значении тока, а общим численным решением этого уравнения, описывающим любые изменения тока. Принимая температуру окружающей среды равной нулю (при этом значение температуры в формуле (2) заменяется значением перегрева), получаем численное решение уравнения (2) в относительных единицах (значение ∆θ ном принимается за 100%), определяется выражением (3):

, (3) где θ(k) – относительное значение перегрева в момент k; ∆k – значение шага дискретизации по времени. Отметим некоторые особенности такого способа реализации тепловой защиты: • необходимость ввода отдельной постоянной времени для процесса охлаждения двигателя в отключенном состоянии, что связано с существенным уменьшением теплоотдачи двигателя при остановленной системе охлаждения, если вентилятор закреплен на валу двигателя; •н еобходимость ввода дополнительно тепловой модели ротора для ограничения допустимого числа пусков или прямое ограничение числа пусков из «холодного» и из «горячего» состояний; •д ля учета нагрева от токов обратной последовательности, токов высших гармоник и токов негармонических составляющих требуется введение в модель дополнительных уточняющих выражений; • неизвестные постоянные времени на-

грева и охлаждения с достаточной для практического применения модели точностью могут быть определены только экспериментальным путем; • с пециалистами в области защиты двигателей иногда выдвигается идея, что метод не может быть применен в форме (3), поскольку методическая погрешность будет велика вследствие накопления ошибок численного интегрирования. Отметим, что формула (3) соответствует методу Эйлера для решения дифференциальных уравнений. Известно, что метод Эйлера – наиболее простой и наименее точный метод численного интегрирования. Оценим, какую погрешность дает этот метод при постоянном значении тока двигателя, равном Iном , и начальном значении перегрева 0%. Постоянную времени нагрева двигателя выбираем в соответствии с ГОСТ 52776-2007 равной 150 с. Шаг интегрирования зададим равным 0,1 с. За эталон температуры принимаем значение, полученное по выражению: ,

(4) которое соответствует частному решению уравнения (2) при постоянном значении тока. Значение погрешности показано на рис. 1.

Как видно из рис. 1, при ступенчатом изменении тока двигателя ошибка метода действительно начинает увеличиваться, но до определенного предела, а затем резко уменьшается практически до нуля. При скачке тока от нуля до Iном максимальное значение ошибки по температуре не превысит 0,015%. В то же время типовое значение погрешности измерения токов для современных терминалов РЗА составляет ±1% (например, для модернизированных терминалов серии БМРЗ-100). Такая погрешность измерения тока обусловит ошибку вычисления температуры, равную ±1%. Зачем же применять более точный метод, если отклонение, вызванное погрешностью измерения тока, более чем в 60 раз превосходит методическую погрешность. Следует также отметить сложность определения постоянных времени нагрева и охлаждения двигателя по его паспортным данным. Как правило, производители двигателей ограничиваются указанием в паспорте температурного класса изоляции, типа охлаждения и соответствия двигателя некоторым стандартам или техническим условиям. Если, например, указывается соответствие двигателя ГОСТ Р 52776-2007, при этом двигатель имеет косвенное охлаждение и мощность выше 0,55кВт, в соответствии с этими данными двигатель должен выдерживать значения тока

Рис. 1. Погрешность метода Эйлера при ступенчатом изменении тока

научно‑практическое издание

НАУКА

Релейная защита

в 1,5 номинала в течение двух минут. Для расчета постоянной нагрева, в соответствии с этими данными и допустимым значением температуры изоляции, необходимо, в соответствии с уравнением (2), иметь начальное значение температуры двигателя или, другими словами, температуру при работе в номинальном режиме. Значение температуры в номинальном режиме не приводится ни в паспортных данных, ни в справочниках, а для её определения требуется проведение расчетов, основанных на конструктивных параметрах машины, которые также не указываются в паспортных данных. Таким образом, можно утверждать, что значения постоянных времени, рассчитанные на основе паспортных данных машины, носят приближенный характер, а получаемая с их использованием защита не отличается высоким качеством. Более качественную защиту можно получить с использованием постоянных времени, определенных экспериментально. К сожалению, порядок экспериментального определения постоянных времени тепловых моделей электродвигателей не приведен в настоящее время ни в одном стандарте, руководящем документе или литературном источнике по данной тематике. По этой причине специалистами НТЦ «Механотроника» разработана методика определения постоянных времени тепловой модели двигателя по экспериментальным данным.

Постоянные времени по указанной ниже методике определяются путем оценки скорости нагрева и остывания двигателя. На точность определения постоянных времени существенное влияние оказывают условия охлаждения двигателя (изменение температуры окружающей среды, наличие ветра при наружной установке и т.п.), поэтому желательно, чтобы при проведении эксперимента температура окружающей двигатель среды оставалась постоянной. Порядок экспериментального определения постоянных времени описан ниже. Порядок разработан для терминалов БМРЗ, однако он может быть применен для терминалов других производителей, при этом необходимо будет учесть особенности реализации тепловой модели в этих терминалах. а) Электродвигатель необходимо остановить на время, необходимое для полного остывания как внешней поверхности двигателя, так и его внутренних частей. При отсутствии независимого охлаждения процесс остывания двигателя может занять от 10 до 20 часов (зависит от конструкции двигателя). Наличие независимого охлаждения остановленного двигателя обеспечивает охлаждение за время, составляющее примерно от 1 до 2 часов. После окончания процесса охлаждения производят измерение температуры двигателя, затем двигатель запускают.

б) Начиная с момента пуска снимают график (рис. 2, а) процесса нагрева электродвигателя. Измерения выполняют с интервалом в 60 секунд. Нагрузка двигателя при этом должна оставаться постоянной – не менее 50% от номинальной нагрузки двигателя. При проведении специалистами НТЦ «Механотроника» пусконаладочных работ было выяснено, что значения постоянных времени нагрева высоковольтных электродвигателей лежат в диапазоне от 30 до 120 минут. В связи с этим рекомендуется выполнить 120 измерений или больше, если температура двигателя не достигла установившегося значения. в) По полученному графику изменения температуры определяют установившееся значение температуры электродвигателя при постоянной нагрузке t пост.нагр.. г) Двигатель останавливается, и снимается график (рис. 2) охлаждения остановленного двигателя аналогично п. б). При наличии независимых устройств охлаждения двигателя они должны находиться в таком состоянии (включены или отключены), в каком они будут находиться при остановленном двигателе в процессе эксплуатации. д)  По построенному графику определяют установившееся значение температуры остановленного двигателя (должна соответствовать температуре двигателя до пуска) t полн.ост..

б)

а) Рис. 2. Определение постоянных времени: - Те1 – по графику нагрева двигателя (а);

01 /Март 2014

- Те2 – по графику охлаждения двигателя (б)

НАУКА

Релейная защита е) Находим Δt нагр – разность температур двигателя через 60 с после запуска из холодного состояния t заверш.пуск и при постоянной нагрузке tпост.нагр: Δtнагр = tпост.нагр – t заверш.пуск .

Михалев Сергей Владимирович Образование: ТПУ, г. Томск. Специальность «Электроника и автоматика физических установок», инженер. Ведущий инженер-системотехник ООО «НТЦ «Механо-

(5)

Графически (рис. 2, а ) определяем время Те1, с, прошедшее от начала нагрева до достижения температурой значения (tзаверш.пуск + Δtнагр ∙ 0,632). Те1 – постоянная времени нагрева этого электродвигателя. ж) Находим Δtост – разность температур двигателя при постоянной нагрузке и в полностью остывшем состоянии:

троника».

Δtост = tпост.нагр.– Δtполн.ост .

Пирогов Михаил Геннадьевич Образование: КТУ ТТИ, г. Фрунзе, кафедра электроснабжения, инженер-электрик. Заместитель генерального конструктора – начальник отдела РЗА ООО «НТЦ «Механотроника».

(6)

Графически (рис. 2, б) находим время Те2 (постоянная времени охлаждения этого электродвигателя), прошедшее с момента остановки двигателя до момента достижения им температуры (tполн.ост. + Δtост ∙ 0,368). Как правило, постоянная времени охлаждения Те2 от 2 до 4 раз больше, чем постоянная времени нагрева Те1. з) После задания в терминале БМРЗ найденных постоянных времени Те1, Те2 и расчетного тока двигателя Iтм (принимают равным номинальному току двигателя во вторичных значениях) необходимо проверить правильность работы тепловой модели. Проверка осуществляется аналогично описанному в а) – ж), при этом каждые 60 секунд фиксируют текущее значение температуры двигателя и значение перегрева, индицируемое на дисплее БМРЗ. и) После завершения эксперимента на основе полученных значений строится график процессов нагрева и охлаждения, где установившееся значение перегрева, индицируемое БМРЗ, приравнивается к установившейся температуре двигателя при постоянной нагрузке. к)  По графику определяют погрешность тепловой модели в каждой точке измерения по формуле: ,

(7)

где: tTM,% – текущее значение перегрева, индицируемое на дисплее терминала БМРЗ, %; tдвиг.уст. – установившееся значение повышения температуры двигателя относительно температуры полностью остывшего двигателя, оС; научно‑практическое издание

tТМуст. – установившееся значение перегрева, индицируемое на дисплее БМРЗ, %; tдвиг – текущее значение повышения температуры двигателя относительно температуры полностью остывшего двигателя, оС. Настройка тепловой модели считается успешной, если погрешность не превышает ±5 оС. При проведении пусконаладочных работ было выяснено, что большей точности достичь, как правило, не удается. л) На результат настройки тепловой модели существенное влияние оказывают условия охлаждения двигателя (изменение температуры окружающей среды, наличие ветра при его наружной установке и т.п.). Если погрешность тепловой модели превышает ±5 оС, необходимо повторить эксперимент по определению постоянных времени. При невозможности настройки модели путем повторного эксперимента, а также при существенном отличии полученных характеристик нагрева и охлаждения двигателя от представленных на рис. 2 рекомендуем обратиться за помощью в ООО «НТЦ «Механотроника». Авторы надеются, что представленная методика будет полезна для широкого круга специалистов, занимающихся пусконаладочными работами и вводом в эксплуатацию высоковольтных электродвигателей. Использование методики потребует координации действий электриков, механиков, технологов, однако проведенные эксперименты показывают, что в настоящее время это единственный способ выбора постоянных времени тепловой модели с достаточной для целей релейной защиты точностью. Приведенная выше методика прошла проверку в ходе проведения пусконаладочных работ специалистами НТЦ «Механотроника». Проверка показала корректность определения постоянных времени машины и высокое качество получаемой в результате защиты. Методика вошла в стандарт организации [4], в котором подробно рассмотрены расчет и выбор уставок всех защит электродвигателей 6-10 кВ, необходимых в соответствии с требованиями ПУЭ [5]. Литература 1. Теплообмен в электрических машинах: учеб. пособие для вузов/ И.Ф. Филиппов; Л.: Энергоатомиздат, 1986. 2. Проектирование электрических машин/ под ред. И.П. Копылова; М.: Энергия, 1980. 3. Цифровая релейная защита/ Э.М. Шнеерсон; М.: Энергоатомиздат, 2007. 4. Стандарт организации СТО ДИВГ-046-2012. Терминалы релейной защиты синхронных и асинхронных электродвигателей 6-10 кВ. Расчет уставок. Методические указания, СПб, 2012. 5. Правила устройства электроустановок. 25

НАУКА

Релейная защита

Автор: Вагапов Н.Р.,

Управляющее воздействие «Ускорение УРОВ» и динамическая устойчивость Березовской ГРЭС

Филиал ОАО «СО ЕЭС» ОДУ Сибири, г. Кемерово, Россия. Vagapov N.R., Siberian Division of the «System

УДК 621.311.1

«Circuit breaker failure protection time delay reducing»

Operator of the United Power

control action by emergency control system (short-circuit

System», Joint-stock Company,

power fall detection) as the way to improve transient stability

Kemerovo city, Russia.

of Berezovskaya power station Аннотация: статья посвящена вопросам сохранения синхронной динамической устойчивости Березовской ГРЭС с учетом действия противоаварийной автоматики. Рассматривается управляющее воздействие ускорения устройства резервирования отказа выключателя по факту фиксации тяжести коротких замыканий. Показано, что при применении такого управляющего воздействия при прочих равных условиях может быть увеличена доаварийная загрузка Березовской ГРЭС по условию динамической устойчивости без применения отключения генераторов. Расчетные исследования выполнены с использованием программно-вычислительного комплекса Eurostag. Ключевые слова: динамическая устойчивость, устройство резервирования отказа выключателя, фиксация тяжести короткого замыкания.

Вагапов Никита Ринатович Дата рождения: 12.05.1987 г. В 2010 году окончил Национальный исследовательский томский политехнический университет, кафедра электроэнергетических систем (ЭЭС), специальность «Электроэнергетика». Работает ведущим специалистом в отделе устойчивости, противоаварийной и режимной автоматики Службы электрических режимов Филиала ОАО «СО ЕЭС» ОДУ Сибири.

01 /Март 2014

Многочисленные расчеты и опыт эксплуатации энергосистем показывают, что при наиболее тяжелых возмущениях, укладывающихся в число нормативных, может иметь место нарушение синхронной динамической устойчивости работы генераторов электростанций. В частности, это может иметь место при коротких замыканиях (КЗ), близких к шинам электростанций, с отказом выключателя и последующей локализацией места КЗ действием устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ). Возможными средствами для сохранения синхронной динамической устойчивости в таких ситуациях является отключение части генераторов (ОГ) или импульсная разгрузка турбин (ИРТ) с дозировкой управляющих воздействий (УВ) на основе фиксации тяжести короткого замыкания (ФТКЗ). Как известно, применение ОГ нежелательно на тепловых электростанциях, а ИРТ также сопровождается тяжелыми воздействиями на элементы тепломеханической части: при существенной глубине разгрузки имеют место динамические воздействия на турбину, упорный подшипник и паропровод, опасность «застревания» регулирующих клапанов в прикрытом состоянии [1]. В ОЭС Сибири проблема сохранения синхронной динамической устойчивости актуальна для ряда электростанций и, в частности, для

одной из наиболее мощных тепловых электростанций – Березовской ГРЭС. Генераторы Березовской ГРЭС по схеме блок «генератор – трансформатор – линия» подключаются к РУ 500 кВ ПС «Итатская», как показано на рис. 1. Выдача мощности Березовской ГРЭС в ОЭС Сибири происходит по ВЛ 500 кВ, отходящим от ПС «Итатская», и возможна в двух направлениях: в западном направлении по сечениям «Красноярск, Хакасия – Запад», «Кузбасс – Запад» и в восточном направлении по сечениям «Назаровская ГРЭС – ПС «Итатская», ПС «Ново-Анжерская» и «Назаровская ГРЭС – Красноярская ГЭС». Указанные сечения входят в число сечений, контролируемых диспетчером ОДУ Сибири. В работах [2, 3] было выявлено, что для выдачи полной мощности Березовской ГРЭС необходимо осуществление противоаварийного управления (ПАУ) по факту тяжелых коротких замыканий вблизи РУ 500 кВ ПС «Итатская», сопровождающихся отключением ВЛ 500 кВ, примыкающих к указанной подстанции. Возникновение затяжных КЗ обусловлено возможными отказами выключателей и последующим действием УРОВ. Для осуществления противоаварийного управления с целью выдачи полной мощности

НАУКА

Релейная защита

Рис. 1. Схема распределительного устройства 500 кВ ПС «Итатская»

станции предусматривается установка устройства ФТКЗ на ПС «Итатская» с воздействием на ОГ Березовской ГРЭС. Альтернативным УВ по отношению к ОГ может быть ускорение УРОВ по факту фиксации тяжести короткого замыкания. Актуальным вопросом является определение того, будет ли эффективным управляющее воздействие в виде ускорения УРОВ от ФТКЗ для повышения синхронной динамической устойчивости Березовской ГРЭС с учетом ввода третьего энергоблока. Эффективность ускорения УРОВ в качестве управляющего воздействия от ПА была рассмотрена и обоснована в проектной работе [4] применительно к Харанорской ГРЭС. При коротких замыканиях на ВЛ 500 кВ, примыкающих к ПС «Итатская», полное время ликвидации короткого замыкания при отказе выключателя составляет ориентировочно 0,28 с. Причем более 70 % полного времени ликвидации короткого замыкания с отказом выключателя занимает выдержка времени УРОВ. Практически единственной возможностью сокращения полного времени ликвидации короткого замыкания для повышения синхронной динамической устойчивости при отказе выключателя является сокращение выдержки времени УРОВ.

Выдержка времени УРОВ выбирается с запасом, обеспечивающим отстройку от возможного замедления гашения дуги в выключателе. В работе [3] показано, что определенное повышение синхронной динамической устойчивости Березовской ГРЭС может быть достигнуто путем сокращения выдержки времени УРОВ на ПС «Итатская» с 0,3 с, которая была установлена ранее, до 0,2 с (установлена в настоящее время). Применение лишь этого мероприятия хоть и увеличивает допустимую загрузку станции с точки зрения синхронной динамической устойчивости, но не обеспечивает полную выдачу мощности станции при наиболее типичных доаварийных режимах. Дальнейшее постоянное сокращение выдержки времени УРОВ может быть опасно тем, что повышается риск срабатывания УРОВ в случаях, когда фактически не происходит отказа выключателя, в результате чего излишне будет ослаблена схема РУ 500 кВ ПС «Итатская». Более того, в схеме с ремонтами выключателей РУ 500 кВ ПС «Итатская» при ложном действии УРОВ возможно дополнительное отключение ВЛ 500 кВ (кроме ВЛ, на которой произошло КЗ), что в конечном итоге может привести к работе ПА с воздействием на ограничение мощности станций и на отключение нагрузки ряда потребителей в ОЭС Сибири. Поэтому и рассматривает-

научно‑практическое издание

ся вопрос сокращения выдержки времени УРОВ только в тех случаях, когда действительно возможно нарушение динамической устойчивости (например, при тяжелых КЗ вблизи РУ 500 кВ ПС «Итатская»). Наиболее тяжелым возмущением для динамической устойчивости Березовской ГРЭС, которое необходимо учитывать в полной схеме в соответствии с [5], является двухфазное КЗ на землю вблизи шин ПС «Итатская» на ВЛ 500 кВ «Алтай – Итатская» с отказом одной фазы среднего выключателя (Q-1 на рис. 1), сопровождающееся также отключением ВЛ 500 кВ «Итатская – Назаровская ГРЭС» (возмущение III группы). В целях ускорения ликвидации КЗ и, как следствие, снижения тяжести последствий КЗ и для Березовской ГРЭС может быть рассмотрено использование автоматического ускорения УРОВ (УУРОВ), только при фиксации близкого короткого замыкания, опасного с точки зрения возможного нарушения синхронной динамической устойчивости при отказе выключателя. Выдержка времени собственно УРОВ, согласно данным работы [4], может быть снижена на величину 0,09 с, а полное время ликвидации короткого замыкания при этом снизится с 0,28 с до 0,19 с. При возмущениях более легких выдержка времени УРОВ остается прежней, то есть 0,2 с. В качестве пусковых органов ФТКЗ могут применяться устройства, фиксирующие в момент КЗ снижение напряжения на шинах ПС «Итатская», или устройства фиксации сброса активной мощности генераторов. При этом следует отметить, что фиксация сброса активной мощности генераторов более предпочтительна, так как она непосредственно характеризует небаланс моментов на валу агрегата, а точность отображения небаланса мощности по фиксации снижения напряжения зависит от места измерения напряжения и схемы сети в момент КЗ. При проведении расчетных исследований использовался программно-вычислительный комплекс Eurostag, а в качестве расчетной модели – расчет27

НАУКА

Релейная защита

Табл. 1. Допустимая загрузка станции по условию синхронной динамической устойчивости при различных управляющих воздействиях

№ п/п

Суммарная загрузка Березовской ГРЭС, допустимая по условию динамической устойчивости станции

2150 МВт

Без УВ

2250 МВт

ОГ (отключение 1 генератора)

2400 МВт

ОГ (отключение 2-х генераторов)

2400 МВт

УУРОВ

ная модель ОЭС Сибири с детализированной схемой ОРУ 500 кВ ПС «Итатская». Расчетные возмущения приняты в соответствии с [5], шунты короткого замыкания в схеме при двухфазном КЗ на землю до отказа выключателя и после отказа фазы выключателя определены в расчетном комплексе АРМ СРЗА. Расчетные исследования проводились в следующей последовательности: рассматривалась динамическая устойчивость при принятом возмущении и различных схемах и режимах сети, в частности, варьировалась загрузка Березовской ГРЭС. При расчетах моделировалась реализация УВ (ОГ или УУРОВ) в том случае, если предварительный расчет для данного возмущения при заданной загрузке станции и схеме сети без УВ показывал нарушение синхронной динамической устойчивости. При расчетах в качестве контролируемого параметра, характеризующего тяжесть КЗ, использовалось напряжение в точке включения шунта короткого замыкания. При необходимости выбора настроек подобной автоматики, если в качестве контролируемого параметра выбрано напряжение на шинах электростанции (Uост), следует при различных коротких замыканиях и при различной суммарной загрузке станции (Pсумм) проводить серию расчетов электромеханических переходных процессов для получения в координатах Uост – Pсумм зависимостей предельной суммарной загрузки станции от остаточного напряжения. 28

Управляющее воздействие от ФТКЗ

01 /Март 2014

Следует отметить, что при расчетах рассматривался факт нарушения именно синхронной динамической устойчивости в связи с тем, что в «Методических указаниях по устойчивости энергосистем» не уточняются условия допустимости кратковременного асинхронного режима с последующим втягиванием в синхронизм генераторов станции (сохранение результирующей устойчивости). Однако следует также учитывать, что при возникновении асинхронного режима генераторов Березовской ГРЭС возможно нарушение устойчивости по смежным сечениям. В табл. 1 приводятся некоторые результаты расчетных исследований, показывающие, насколько может быть увеличена доаварийная загрузка Березовской ГРЭС при применении УУРОВ с запуском от ФТКЗ при одной из возможных схемно-режимных ситуаций прилегающей сети. При этом полное время ликвидации короткого замыкания принято равным 0,19 с. Учитывая зависимость синхронной динамической устойчивости Березовской ГРЭС также от ряда факторов, таких как количество реакторов, включенных на ПС «Итатская», значения напряжения турбогенераторов, значения перетоков активной мощности в контролируемых сечениях, перечисленных выше, от загрузки станций, расположенных относительно близко к Березовской ГРЭС, ожидаемый эффект от применения УУРОВ в виде возможного увеличения допустимой загрузки Березовской ГРЭС может составлять 50-250 МВт.

Для повышения эффективности УУРОВ для совокупности возможных схемно-режимных ситуаций аппаратура ПА (ФТКЗ) должна обеспечивать полноценный контроль предшествующего установившегося режима. Вывод Расчетные исследования показали, что применение УУРОВ в сочетании с контролем предшествующего режима может быть достаточно эффективным средством для увеличения допустимой загрузки Березовской ГРЭС в условиях обеспечения синхронной динамической устойчивости при нормативных возмущениях. Литература 1. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1990. – 390 с. 2. ОАО «НИИПТ». Отчет о научно-технической услуге «Корректировка работы» «Схема выдачи мощности» энергоблока № 3 800 МВт филиала «Березовская ГРЭС» ОАО «ОГК-4»». Общесистемные средства управления (том 2), УДК 621.311, Санкт-Петербург, 2011. – 127 с. 3. ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «Дальэнергосетьпроект». Проектная документация «ВЛ 500 кВ Березовская ГРЭС – Итатская № 3, реконструкция ОРУ 500 кВ ПС 1150 кВ «Итатская» (для выдачи мощности третьего энергоблока мощностью 800 МВт)», 3808-ИЛО.ИОС5, Том 4.1.3.5, изм. 5, 2011. – 246 с. 4. ЗАО «Энергетические технологии». Проектная документация «Проектирование локальной автоматики предотвращения нарушения устойчивости Харанорской ГРЭС (ЛАПНУ). Уставки УВК АДВ Харанорской ГРЭС», КТЛУ 11/20-2, Книга 5 изм. 2., Иркутск, – 2012. – 642 с. 5. Методические указания по устойчивости энергосистем. Утверждены Приказом Минэнерго России №277 от 30.06.2003.

НАУКА

научно‑практическое издание

НАУКА

Системы управления

Автор: Местергази В.А.,

Метод программирования последовательностных конечных цифровых автоматов управления

ФГУП ВЭИ им. В.И. Ленина, г. Москва, Россия.

УДК 681.516.77

The method for programming of consecutive finite digital devices Mesterhazy W.A., VEI, Moscow, Russia.

of automatic control Аннотация: в статье описывается универсальный метод программирования последовательностного конечного цифрового автомата управления в среде тактовой программы, реализующей процесс микропроцессорного быстродействующего управления реального времени.

Ключевые слова: цифровой автомат, граф, блок-схема, алгоритмы автоматического управления, тактовая программа микропроцессорной системы управления реального времени. Посвящается светлой памяти Александра Константиновича Мазуренко – главного конструктора, идеолога и разработчика микропроцессорного комплекса автоматического управления, регулирования и защит мощного преобразовательного блока Выборгской вставки постоянного тока. Abstract: the article describes the universal method for programming of consecutive finite digital automat in interrupt pulse routine executing process of fastaction real time automatic control. Keywords: digital automat, graph action, block-drawing, automatic control algorithms, interrupts pulse routine of micro processing system for fast-action real time control.

Идея метода возникла почти спонтанно – буквально при взгляде автора этой статьи на одну из команд языка ассемблера для цифровых сигнальных процессоров серии TMS, на котором в далеком 1992 году А.К. Мазуренко начал разрабатывать уникальный микропроцессорный комплекс быстродействующего управления мощным преобразовательным блоком для Выборгской вставки постоянного тока ЛЭП Россия – Финляндия. Однако так могло показаться только на первый взгляд. Проблема программирования задач автоматики и поиск оптимального решения возникли сразу вместе с появлением первых микропроцессоров и началом разработки быстродействующих систем управления. Применялись разные способы построения и организации программ автоматики, но решения были не оптимальными. Проблема оставалась открытой. Прежде чем приступить к существу вопроса, следует остановиться на особенностях реализации алгоритмов автоматики в быстродействующих микропроцессорных системах управления. Термин «последовательный конечный цифровой автомат» был популярен в 70-ых годах в период бурного развития микросхемотехники малой и средней степени интеграции. Широкая номенклатура цифровых микросхем дала толчок к созданию первых умных автоматов и появлению многочисленных теорий

01 /Март 2014

синтеза и оптимизации схемотехники цифровых автоматов. Однако большое количество статей, монографий и диссертаций незначительно повлияли на реальное преодоление трудностей, которые вставали перед разработчиками уникальных цифровых автоматов на базе «жесткой логики». Назревала новая идея управления процессами с помощью унифицированных цифровых средств, которые бы объединяли в себе универсальность вычислительных машин и специфику цифровых автоматов. И вот, наконец, пришла эра микропроцессоров. Построенные на их базе микроконтроллеры и цифровые управляющие комплексы позволили перенести синтез автоматов из сферы «жесткой логики» в сферу программного обеспечения. Поскольку перед управляющими комплексами ставилась задача управления в реальном времени, то в первую очередь необходимо было обеспечить приближение цифровых процессов к реальным процессам управления. Здесь задача разделилась на создание быстродействующих систем управления и систем среднего и малого быстродействия. К последним относятся релейные системы, для которых запаздывание в программном формировании исполнительных команд не критично по сравнению с задержками в тракте аппаратного исполнения этих команд. Реализация таких систем выполняется, как

НАУКА

Системы управления

правило, на базе унифицированных операционных систем реального времени, которые позволяют реализовать параллельные многозадачные процессы управления. Управление задачами ведется с помощью супервизора или диспетчера, который отслеживает очередность задач, их приоритет, требования по быстродействию, длительность выполнения и др. Очевидно, что сам принцип параллельного выполнения задач подразумевает наличие некоторой временной величины, которая смещает цифровой процесс отдельной задачи относительно временной оси реального времени. В быстродействующих системах управления принцип параллельного выполнения задач недопустим, так как в них цифровой процесс выполнения задач и выдачи внешних команд должен быть максимально приближен к оси реального времени. Так, например, в системе фазоимпульсного управления выпрямительно-инверторным преобразователем расчет угла управления и момент выдачи импульсов управления должен производиться в строго реальном времени. Первое, на что приходится идти разработчику программного обеспечения при создании быстродействующей системы управления – это отказ от любой операционной системы, поскольку даже операционные системы реального времени забирают часть времени на обработку своих утилит и служебных прерываний. И второе, процесс управления должен быть один, т.е. все задачи управления должны реализовываться в одном цифровом процессе. В этом случае использование операционной системы возможно только при пуске программы управляющего комплекса и при выходе, когда информацию из буферов программы (коды протоколов, коды ошибок, осциллограммы и т.д.) можно преобразовать в форматы файлов операционной системы. При входе в программу необходимо исключить все немаскируемые прерывания и работу видеоконтроллера, в противном случае

захват времени от этих устройств приведет к нарушению процесса обмена с внешней средой в реальном времени и, как следствие, к нарушению алгоритмов работы в реальном времени. Структуру быстродействующей микропроцессорной системы управления реального времени можно представить в виде, изображенном на рис. 1. Основными элементами этой структуры являются тактовые прерывания, программа обработки тактового прерывания и детерминированные программы фона в цикле. В частном случае могут использоваться дополнительные прерывания более высокого или низкого уровня для обработки коротких вспомогательных задач, не влияющих на выполнение процедур тактовой программы, т.е. не вызывающих значительных временных сдвигов и задержек. Структура тактовой программы должна включать все терминированные задачи процесса управления. Быстродействие системы управления в целом определяется длительностью тактовой дискреты, однако для реализации абсолютно точного времени выдачи внешних команд здесь требуются специальные меры. В начале такта выполняется задача считывания аналоговой и дискретной информации от объ-

екта управления. Аналоговая информация преобразуется с помощью многоканального АЦП, желательно с параллельной обработкой. При этом оптимальным вариантом является использование прерывания от АЦП о готовности преобразования в качестве тактового прерывания. В этом случае при входе в программу такта можно сразу приступать к считыванию мгновенных значений входных параметров, не затрачивая время на проверку готовности АЦП. Дальше следуют программы, реализующие требуемые алгоритмы обработки входной информации, программы регулирования, автоматики управления, защит, контроля и мониторинга и т.д. В завершении тактовой программы производится выдача управляющих воздействий, запись в буферы протоколов событий и диагностики, запись цифровых осциллограмм и пр. Здесь надо отметить, что уже сам принцип дискретности работы тактовой программы управления нарушает точность выдачи выходных воздействий в зависимости от длительности тактовой дискреты. Поэтому в системах фазоимпульсного управления для точной выдачи импульсов управления требуется использовать таймер, который после анализа условий выдачи импульсов на текущем такте

Рис. 1. Структура быстродействующей микропроцессорной системы реального времени: ∆ t – тактовая дискрета (временной интервал между тактовыми прерываниями); IRQ – тактовые прерывания

научно‑практическое издание

НАУКА

Системы управления

загружается на время меньшее времени дискреты, и импульсы выдаются уже по прерыванию от таймера. А теперь можно перейти непосредственно к теме данной статьи. Дело в том, что все перечисленные задачи тактовой программы за исключением задачи автоматики управления реализуются в виде программ, представляющих собой в общем виде законченную последовательность операторов на языке ассемблера (или даже на языке С++) с метками и с условными переходами на эти метки. Программные блоки реализуют конкретные алгоритмы каждой из задач. Ряд задач тактовой программы и операторы, их реализующие, выполняются на каждом такте независимо от временных факторов. Например, считывание входных аналоговых сигналов или динамических дискретных сигналов обычно производится на каждом такте. Другие программы могут исполняться или модифицироваться в зависимости от определенных факторов, меняющихся во времени. Это выражается в выполнении отдельных фрагментов всей программы, например: по флагам состояния объекта типа «включен – отключен» или по другим факторам. Возьмем в качестве примера программу защиты от нарушения коммутации (ЗНК) выпрямительно-инверторного преобразовательного блока. Эта программа выполняется на каждом такте, однако имеется ряд критериев, изменяющихся во времени в зависимости от режима работы блока, по которым алгоритм защиты или блокируется, или должен работать только по одной из ветвей общего алгоритма. Условием работы защиты ЗНК является формирование достоверного вектора вентильных токов преобразовательного моста – V(Твент i) = V(ТA1, TC2, TB3, TA4, TC5, TB6), который для выявления пропусков включения вентилей или их пробоев сравнивается с соответствующим вектором импульсов управления V(Рвент i). Если значение вектора V(Рвент i) формируется программно и является пер32

01 /Март 2014

вичным управляющим воздействием на вентили блока, то вектор V(Твент i) формируется датчиками тока вентилей, имеющими определенный порог чувствительности. Чтобы избежать ложной фиксации неравнозначности указанных векторов, в защиту ЗНК вводится критерий минимального тока блока. При токе блока меньшем Тбл. мин. работа защиты запрещается. В состоянии «блок отключен», что программно фиксируется флагом, допустим – Fбл.откл., импульсы управления сняты – V(Рвент i)=0 и вентили закрыты, однако для целей ждущего контро-

ля целесообразно по флагу Fбл.откл. оставить защиту ЗНК в работе и контролировать по выделенной ветви самопроизвольное включение вентилей или отказ входного УСО этого типа. Таким образом, для защиты ЗНК есть как минимум два временных фактора модификации алгоритма работы защиты, но в целом блок операторов программы ЗНК стоит на определенном месте в общем блоке программ такта и постоянно выполняется. Аналогично незначительную модификацию в зависимости от состояния блока «отключен – включается – вклю-

Рис. 2. Пример представления части графа автоматики управления коммутационными аппаратами ячейки: ВК – состояние вакуумного выключателя; РЗ1 – разъединитель-заземлитель сборной шины 1; РЗ2 – разъединитель-заземлитель сборной шины 2; РЗ3 – линейный разъединитель-заземлитель; БЗ – быстродействующий заземлитель .(Обозначение /ВК означает отключенное состояние выключателя)

НАУКА

Системы управления

чен – отключается» претерпевают алгоритмы других защит, а также регуляторы преобразовательного блока. Совсем другое программное представление имеют алгоритмы программы автоматики и управления. Алгоритмы управления зависят от слишком большого числа факторов, чтобы их можно было бы оптимально реализовать в виде одной общей блок-схемы и, соответственно, общей последовательности операторов. Большое число состояний системы и ее подсистем плюс огромное количество режимных критериев и временных факторов практически сводят на нет попытку построения программы автоматики с помощью ветвления по флагам. Здесь сразу приходит на память аппаратный термин эпохи «жесткой логики» – последовательностный конечный автомат управления. Действительно, любой процесс управления представляет собой последовательные переходы системы из одного состояния в другое при общем конечном числе этих состояний. При этом весь процесс гораздо нагляднее представляется в виде графа переходов, а не в виде блок-схемы с ветвлениями. На рис. 2 показан пример представления части графа автоматики управления коммутационными аппаратами высоковольтной элегазовой ячейки. Как видно из рисунка, элементами графа являются не только статические состояния системы управления и объекта, но и переходы из одного состояния в другое. Каждый элемент графа выполняет определенный набор функций, который было бы целесообразно реализовать в виде отдельной подпрограммы. Так как каждый элемент графа имеет уникальное имя, то это имя должно соответственно присваиваться и подпрограмме, реализующей данный элемент графа. Алгоритмы отдельных элементов графа можно описывать в текстовом виде или в виде общепринятых блок-схем. На рис. 3 показана примерная блок-схема подпрограммы текущего состояния ячейки для состояния Ст1. Блок-схема программы имеет на-

Рис. 3. Пример упрощенной блок-схемы элемента состояния Ст1 графа автоматики управления ячейкой КРУЭ

чало, набор операций контроля, анализ и конец подпрограммы с сохранением исполнения данной программы на последующих тактах или с переходом на следующие элементы состояния или элементы перехода графа. Теперь соотнесем данное представление процесса управления в виде графа к тактовой программе комплекса управления. Очевидно, что в каждый момент времени на определенных тактах тактовой программы должен работать один конкретный элемент графа. Отработав свое время, он должен передать работу другому элементу графа. Как видим, в этом и есть основное отличие в построении программы автоматики от других программ, включенных в такт дискретизации. Остается решить, каким же оптимальным способом выполнить эту задачу. Прежде чем перейти к рассмотрению заявленного автором статьи

научно‑практическое издание

метода программирования конечных автоматов управления опишем способ, который частично решает поставленную цель. Этот способ чем-то напоминает процедуру CASE в языке C. Однако для наглядности рассмотрим реализацию этого способа в ассемблерных операторах. Статическое и динамическое состояние объекта можно представить совокупностью бит-флагов в формате одно- или двухбайтной ячейки. Каждое значение этой ячейки от 0 до (2**n)-1 соответствует определенному состоянию объекта или, соответственно, элементу графа. Каждый элемент графа реализуется отдельной подпрограммой с конкретным именем, привязанным к имени элемента графа или повторяющим это имя. Исходя из этого, можно реализовать программу автоматики в следующем виде: 33

НАУКА

Системы управления частные ветвления реализовывать с помощью обычных флагов ветвления в пределах одной подпрограммы графа. Другим недостатком этого метода является отсутствие наглядности в программной реализации графа. Как бы ни расставлять флаги в слове состояний, все переходы в таблице переходов в целом располагаются хаотично. Это вызывает трудности при отладке и анализе работы автоматики. Нужно иметь схему графа с достаточно подробным описанием основных состояний и переходов и с привязкой к таблице переходов. Именно эти недостатки заставили искать новые решения этой проблемы. А теперь о «know-how» данной статьи. В языке ассемблера сигнальных процессоров серии ТМС (да, как оказалось, и в языках ассемблера процессоров других серий) имеется команда Call Reg. Если в качестве регистра взять регистр AX, то получим Call AX. Эта команда выполняет вызов подпрограммы, адрес которой задан в регистре AX. Теперь маленькое отступление. Всем известно, как работает вычислительная машина по принципу Винера – в АЛУ (арифметико-логическом устройстве) выполняется операция, после чего результат запоминается в ячейке памяти, чтобы затем снова участвовать в других вычислениях в АЛУ, т.е. полный цикл включает загрузку в АЛУ из памяти, выполнение операции в АЛУ и запоминание результата в памяти. Именно этот принцип и положен ма, соответствующая новому элементу в основу рассматриваемого метода прографа управления объектом. Эта схема построения программы граммирования конечных автоматов, но в автоматики формально работает, но фак- несколько другом аспекте. Если в памяти открыть ячейку для тически имеет ряд серьезных недостатков. Во-первых, довольно трудно задать хранения адреса текущей подпрограмоптимальный набор флагов состояния мы автоматики графа, например: SAVE_ объекта с учетом всех динамических пе- PROG_AVT, и записать при инициализации реходов, который бы отображал все ко- адрес программы начального состояния нечные состояния и переходы исходно- графа, например: PROG_El0, то в теле такго графа. Здесь, конечно, можно пойти на товой программы вся программа автомасимбиоз и реализовывать граф только для тики может быть представлена всего двуосновных состояний и переходов графа, а мя строчками: ;===================================================== ; Программа автоматики (включается в состав тактовой программы) ;-----------------------------------------------------------------------------------------PROG_AVT: Mov AX, SAVE_PROG_AVT Call AX

;===================================================== ; Программа автоматики (включается в состав тактовой программы) ;-----------------------------------------------------------------------------------------PROG_AVT: Mov AX, STATE_OBJECT ; Загрузка в регистр АХ слова состояния ; объекта, значение которого используется ; в качестве смещения в таблице переходов ; на подпрограмму обработки ; соответствующего элемента графа (Shl AX, 1 ; Приведение исходного смещения к шагу ; таблицы переходов – эта операция ; зависит от формата адресов Add AX, OFFSET TABL_JMP ; вычисление адреса перехода в таблице ; переходов Jmp AX ; переход на вычисленный адрес ;----------------------------------------------------------------------------------------------; Таблица переходов на подпрограммы обработки элементов графа TABL_JMP: JMP PROG_El0 ; переход на программу обработки элемента El0 ; графа, соответствующего состоянию ; STATE_OBJECT=0 JMP PROG_El1 ; переход на программу обработки элемента El1 ; графа, соответствующего состоянию ; STATE_OBJECT=1 и т.д. ………………………………………………………………………………………. JMP PROG_Eln-1 ; переход на программу обработки ; элемента El(n-1) графа, соответствующего ; состоянию STATE_OBJECT=N-1, где N ; конечное число элементов графа ;----------------------------------------------------------------------------------------------; Далее следует блок подпрограмм PROG_El0… PROG_Eln-1, который заканчивается общей меткой окончания программы автоматики: ………………………………………………….. END_PROG_AVT. Каждая подпрограмма элемента графа в указанном блоке открывается под своим именем и заканчивается переходом на метку END_PROG_AVT. Все операторы подпрограммы по любой из ветвей выполняются за один проход на такте, т.е. в подпрограммах не допустимы зацикливания. В подпрограммах контролируются факторы, вызывающие изменение состояния объекта. Если на данном такте работы системы эти факторы не выявлены, то слово состояния объекта STATE_OBJECT не изменяется, и на следующем такте будет работать та же подпрограмма. Если фактор выявлен, то в подпрограмме производится модификация слова STATE_OBJECT. Тогда на следующем такте будет вызвана по таблице переходов новая подпрограм34

01 /Март 2014

НАУКА

Системы управления

Собственно блок программ автоматики можно разместить здесь же, а можно вообще выделить в отдельный файл с глобальными именами. Это очень удобно, когда с тактовой программой работают несколько программистов, и можно потерять из-за несогласованности действий текущую версию программы автоматики. Для этого достаточно только задать и не изменять глобальные имена подпрограмм элементов графа. В этом случае программист может независимо от других разработчиков работать с файлом подпрограмм автоматики, а при отладке включать в сборку системы новую версию всего файла подпрограмм автоматики, а не фрагментов подпрограмм. Здесь следует отметить, что если в первом методе имена элементов графа нужно маркировать числами от 0 до N-1 и привязывать их к значениям слова состояния, чтобы иметь однозначную картину переходов, которая реально никак не связана с последовательностью функциональных переходов графа, то данный метод позволяет присваивать подпрограммам функциональные имена, например: Вкл_ВК_СБ1 (включение ВК от сборных шин СБ1) и т.п., и, соответственно, функционально отслеживать весь ход автоматики управления. Можно сразу приступать к написанию подпрограмм автоматики с функциональными именами и, руководствуясь общим алгоритмом, детализировать элементы графа и переходы между элементами, т.е. граф при этом методе переходит в сферу виртуального понятия и перестает быть исходным документом, необходимым для реализации программы. Теперь остается описать, как осуществляется переход от одного элемента графа к другому. В подпрограмме элемента графа отслеживаются факторы изменения или требования на изменение состояния объекта. При наличии таких факторов в соответствующей ветви блок-схемы подпрограммы в ячейку памяти задается адрес новой программы, например: Mov SAVE_PROG_AVT, Offset Вкл_ВК_СБ1. В данном случае подразумевается, что в исходном состоянии пришла

команда на включение выключателя ВК, и автоматика переходит в программу отработки процедур включения выключателя. Если включение выключателя имеет ряд последовательных временных операций, то тогда последовательно отрабатываются соответствующие подпрограммы этих операций. Поскольку граф автоматики отображает процесс управления объектом именно во времени, то одним из основных факторов контроля является временной фактор, например, контрольное время замыкания блок-контактов выключателя – если за заданное время контакты не замкнулись, то автоматика должна перейти на аварийный граф. В принципе, в подпрограмме графа может контролироваться несколько временных факторов. Для контроля временных факторов удобно использовать программные счетчики, которые отслеживают время в тактовых дискретах. Установка счетчиков производится одновременно с заданием адреса новой подпрограммы. На каждом такте счетчики уменьшаются на единицу и проверяются на соответствующую уставку. Предложенный метод отличается особой наглядностью программной реализации и в основном не требует графи-

ческого изображения графов автоматики, так как подпрограммы элементов графа размещаются в тексте программы в функциональной последовательности с взаимосвязанными метками. Этот метод является универсальным не только для программирования чисто временных процессов, но и для реализации других задач программирования, связанных с определенной очередностью обработки и пересылки данных или выполнения условных алгоритмов. Принцип тот же – открывается исходная задача, после ее выполнения в ячейке памяти адреса программы задается новая программа и т.д. Другим достоинством метода является возможность многомерного выполнения процессов. Так, например, в автоматике можно в любой из подпрограмм графа организовать новый вложенный граф, используя для этого уже другую ячейку памяти исполняемых вложенных подпрограмм. Может возникнуть вопрос, что делать, если в ассемблере применяемого процессора нет выше указанной команды Call Reg. Ее легко заменить командой Jmp Reg, которая присутствует во всех языках ассемблера. В этом случае программа автоматики в теле тактовой программы имеет вид:

;===================================================== ; Программа автоматики (включается в состав тактовой программы) ;-----------------------------------------------------------------------------------------PROG_AVT: Mov AX, SAVE_PROG_AVT Jmp AX ; переход на подпрограмму ; автоматики ;----------------------------------------------------------------------------------------------; Блок подпрограмм автоматики ВК_Гт_Вкл: ; программа обработки элемента графа ; ВК готов к включению на сборные шины 1 (тело программы ВК_Гт_Вкл) JMP END_PROG_AVT ; выход из программы в конец блока программ Вкл_ВК_СБ1: ; программа включения ВК на сборные шины 1 (тело программы Вкл_ВК_СБ1) JMP END_PROG_AVT ; выход из программы в конец блока программ И т.д.………………………………………………………………………. END_PROG_AVT:

научно‑практическое издание

; конечная метка блока программы автоматики .

НАУКА

Местергази Василий Алексеевич Дата рождения 15.11.1946 г. В 1971 г. окончил МЭИ, факультет АВТФ. Старший научный сотрудник отдела систем

Системы управления Простое сравнение текстов программ реализации двух методов на примере использования команды Jmp AX показывает все преимущества заявленного автором статьи метода. Использование вместо оператора CALL AX оператора JMP AX целесообразно также в тех случаях, когда в текущей подпрограмме автоматики при выявлении условий перехода в следующую подпрограмму необходимо перейти в эту подпрограмму уже на текущем такте, не дожидаясь следующего такта, например, при аварийном ходе процесса управления.

автоматического управления ФГУП ВЭИ

Заключение

им.В.И. Ленина.

В заключении следует остановиться на вопросе приоритета и истории внедрения этого метода. В 1992 году была начата разработка микропроцессорного комплекса управления, регулирования и защит мощного преобразовательного блока для Выборгской вставки постоянного тока типа КУРБ и КУРБм. Именно в разработке программного обеспечения этого комплекса был впервые применен указанный метод программирования цифровых конечных автоматов. Причем он был использован не только для реализации сложных алгоритмов автоматики управления, но и для других

01 /Март 2014

задач – для управления понижающими отпайками трансформатора, для синхронизации тактовой частоты с частотой сети на стороне выпрямителя и инвертора, для организации протокола обмена с АСУ ТП. В 1995 этот метод лег в основу программы автоматики и резервирования для статического тиристорного компенсатора реактивной мощности СТК, который был успешно введен в эксплуатацию на Тираспольском металлургическом заводе. Не исключено, что ввиду открытости программного обеспечения у этого метода ввиду его исключительной простоты и универсальности могут за это время появиться приемники и последователи, с чем их можно и поздравить. В настоящее время планируется использовать этот метод для реализации программы автоматики управления коммутационными аппаратами ячейки КРУЭ. Литература 1. ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМИ БЛОКАМИ НА ВЫБОРГСКОЙ ПОДСТАНЦИИ. Гусаковский К.Б., Змазнов Е.Ю., Катанцев С.В., Мазуренко А.К., Местергази В.А., Прочан Г.Г., Фунтикова С.Ф. // Электрические станции. – 2005. – №12. 2. К ВОПРОСУ ПРОГРАММНОГО ЦЕЛОЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ АЦП. Местергази В.А., Цифровая обработка сигналов, 2012, №9.

Тестирование устройств РЗА с планшетным ПК Новое приложение AndroidTM для управления проверочными установками для тестирования устройств РЗА производства компании OMICRON Время не стоит на месте, и развитие технологий следует за временем. Всего 25 лет назад наладка даже самых простых реле требовала нескольких часов и громоздкой, тяжелой аппаратуры. Когда первая установка серии СМС была выпущена ОМИКРОНом, это была настоящая революция – впервые один человек смог выполнить все необходимые испытания за небольшое время – с помощью одной компактной проверочной установки, управляемой портативным ПК. Двадцать лет спустя настала эра сенсорных экранов. ОМИКРОН подхватил эту технологию и успешно применил ее в панели ручного управления CMControl, предложив новый интерфейс управления проверочными установками без применения ПК (рис. 1). Панель ручного управления была хорошо принята инженерами РЗА; она оказалась очень удобной для быстрой ручной проверки реле защиты и средств измерений. Приложение Android App для быстрого ручного тестирования Сегодня на рынке получили широкое распространение планшетные компьютеры различных моделей. Многие инженеры выражали пожелание управлять проверочными установками СМС со своих планшетных ПК, так , как они делают с помощью CMControl (рис. 2). Как решение этой задачи было создано приложение CMControl P App. Основой для нового приложения послужил проверенный пользовательский интерфейс CMControl; фактически это перенос интерфейса один к одному: все элементы управления, например, регуляторы и кнопки, были эмулированы в приложении для сохранения подхода к управлению установками (рис. 3). Приложение CMControl P App обеспечивает широкую функциональность, от проверки срабатывания/возврата реле защиты, проверки измерительных преобразователей или проверки полярности вторичных цепей и вплоть до использования CMC в качестве обычного мультиметра. Протоколы проверок могут быть

сохранены одним прикосновением, что делает протоколирование удобным и легким. Интуитивно понятный пользовательский интерфейс Программные проверочные инструменты и модель повреждения помогают пользователю получить быстрый и достоверный результат. Так, проверка Срабатывание/Возврат может быть начата простым прикосновением к иконке в главном меню. После выбора типа повреждения такие его параметры, как импедансы, мощности, частоты, симметричные составляющие, могут быть введены с цифровой клавиатуры. Виртуальное колесико управления позволяет легко регулировать выходные сигналы. И наконец, вся необходимая информация отражается в приложении в табличной форме и в виде векторной диаграммы (рис. 4). Интерфейс приложения CMControl P App интуитивно понятен – специальное обучение не требуется. Разработан для Android Приложение CMControl P App работает со всеми планшетниками1 Android, тестирование проводилось на планшетниках нескольких производителей, разных размеров и разрешения экранов. Связь с установкой CMC осуществляется по Wi-Fi; кабельное подключение не требуется, что делает проверки максимально гибкими. Приложение CMControl P App может быть бесплатно загружено из Google PlayTM Store. Даже без проверочной установки его можно использовать для ознакомления с пользовательским интерфейсом и проверки функциональности. Перед установлением связи в установку CMC должен быть помещен ключ активации. Дополнительная информация о том, как получить этот ключ, имеется на сайте компании. Атрибуты нижнего колонтитула Android и Google Play являются торговыми марками Google Inc. Научно-производственное предприятие «ЭКРА» 428003, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, 3 Тел./факс: (8352) 220-110 (многоканальный), 220-130 (автосекретарь)

1 Требуется как минимум версия Android 3.1. Полный список планшетников, которые были протестированы

с приложением CMControl P App, имеется на сайте Омикрон.

научно‑практическое издание

Рис. 1. Ручное тестирование под управлением панели CMControl

Рис. 2. Проверка защиты под управлением приложения CMControl P App

Рис. 3. На планшетнике тот же интерфейс, что и у панели управления CMControl

Рис. 4. Вся необходимая информация представлена в табличной форме и на векторной диаграмме

Сканируйте код QR для бесплатной загрузки приложения прямо с Google Play Store 37

ПРАКТИКА

РЗА

Автор: к.т.н. Барабанов Ю.А.,

На опубликованную в журнале «Релейная защита и автоматизация» (№ 4 (13) декабрь 2013 г.) статью О.Г. Захарова «О показателях надежности,

Национальный исследовательский университет (Московский энергетический институт), г. Москва, Россия.

От редакции связанных с «требованием на срабатывание» откликнулся известный в кругах релейщиков специалист, доцент МЭИ Ю.А. Барабанов. Учитывая актуальность темы как для разработчиков и производителей МП-устройств РЗА, так и для эксплуатационного персонала энергетических предприятий, редакция журнала решила опубликовать этот отзыв полностью в формате статьи.

О традиционном подходе при оценке показателей надежности МП-устройств РЗА Аннотация: анализируются общие положения теории надежности применительно к оценке показателей надежности релейной защиты, выполненной на микропроцессорных терминалах. Показана несостоятельность отказа от традиционного подхода, принятого при оценке показателей надежности.

Ключевые слова: микропроцессорные терминалы релейной защиты, функции релейной защиты, надежность функционирования, показатели надежности, математическая модель функционирования.

Барабанов Юрий Аркадьевич В 1971 году окончил МЭИ, с 1973 года работает на кафедре «Релейная защита и автоматизация энергосистем» МЭИ. Основное направление научных работ: алгоритмы микропроцессорных устройств релейной защиты, надежность РЗ, системы автоматизированного проектирования РЗ. Кандидат технических наук, доцент Национального исследовательского университета (Московский энергетический институт), кафедра «Релейная защита и автоматизации энергосистем».

01 /Март 2014

При анализе надежности технических объектов следует пользоваться разработанной и принятой для практического применения теорией надежности. Применительно к надежности такого технического объекта, как релейная защита – соответствующими приложениями общей теории для данного класса устройств, которые также разработаны и общепризнаны. Разумеется, не исключается разработка самостоятельной, новой теории. Но в этом случае должны быть приведены как минимум веские основания для отказа от положений, принятых к настоящему моменту. Основные вносимые автором положения, принципиально отличающиеся от традиционного подхода к оценке показателей надежности, заключены в следующем: • исключено понятие «требование на срабатывание» (и, соответственно, «на несрабатывание») при описании функций релейной защиты; • предложено построение математической модели функционирования релейной защиты, используемой для оценки показателей надежности, на основе теории случайных событий взамен традиционного подхода, основанного на теории случайных потоков событий и случайных процессов; • приведены полученные автором соотношения, по которым выполнены расчеты отдельных показателей надежности, и отмечена несогласованность заданных в нормативной литературе значений показателей, достигающая нескольких тысяч раз. Остановимся на некоторых общеизвестных, базовых положениях традиционной теории

надежности, принятых при оценке показателей надежности релейной защиты, и проведем анализ последствий предлагаемого автором статьи отказа от них. Первое – что понимать под «надежностью технического объекта (ТО)». Термин «надежность ТО» определен [1, 2] как свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях эксплуатации. Соответственно, должны быть заданы три позиции: выполняемые устройством функции, технические показатели, устанавливающие качество выполняемых функций (быстродействие, чувствительность и т.д.), условия функционирования. Функции релейной защиты однозначно, исчерпывающе определены [например, 2] и включают: • функцию срабатывания при внутренних повреждениях, т.е. повреждениях, входящих в список повреждений с требованием срабатывания. Отказ функции является отказом срабатывания; • функцию несрабатывания при внешних повреждениях, т.е. повреждениях, входящих в список повреждений с требованием несрабатывания. Отказ функции является излишним срабатыванием; • функцию несрабатывания в условиях отсутствия повреждения на защищаемом объекте. Отказ функции является ложным срабатыванием. Как правило (но не обязательно), под повреждением понимается короткое замыкание (КЗ), при этом задается зона электротехнического объекта, короткие замыкания в пределах которой отнесены к «внутренним повреждениям», а КЗ вне

ПРАКТИКА

РЗА

зоны – к «внешним повреждениям». При таком подходе не возникает проблем с классификацией тех или иных повреждений как «повреждение с требованием срабатывания» или «повреждение с требованием несрабатывания». Для любого защищаемого объекта применительно к любой установленной на нем защите короткие замыкания с требованием на срабатывание четко различаются от КЗ с требованием на несрабатывание, что, по крайней мере до настоящего времени, позволяло однозначно сформулировать требования к функциям защиты. Предлагаемый автором статьи отказ от понятия «требование на срабатывание» не подтвержден никакими примерами, иллюстрирующими неразрешимые проблемы при его использовании, подрывает основу для формирования состава функций релейной защиты, являющегося необходимым при расчете ее показателей надежности. Ссылка автора на отсутствие, по его мнению, определения термина «требование на срабатывание» вызывает недоумение: такое определение содержится начиная с традиционной учебной литературы, предназначенной для начального изучения основ релейной защиты [например, 2], и кончая специальной литературой, цитируемой, кстати, и автором в своей статье. Условия функционирования характеризуют в основном две позиции: окружающую среду, в которой устройство функционирует (температурный режим, влажность, наличие и интенсивность, прежде всего, электромагнитных помех в окружающей среде и т.п.), а также режимы работы защищаемого объекта, которые могут вызвать отказ функций (интенсивность электромагнитного переходного процесса, сопровождающего возникновение повреждений, качания и асинхронный ход между генераторами или эквивалентными системами и т.п.). Автор относит указанные факторы к «внешним причинам» и необоснованно исключает их из рассмотрения при оценке надежности устройства, что не может быть принято. Заданные условия функционирования позволяют

устранить неопределенность в классификации причины отказа функционирования устройства. Например, имелось ложное срабатывание устройства релейной защиты. Если такое срабатывание вызвано наличием электромагнитных помех в окружающей среде, интенсивность которых превышает заявленную производителем устройства, то причина ложного срабатывания не может быть отнесена к недостаточной надежности. Разумеется, условия, заявленные производителем устройства, в том числе и по устойчивости к влиянию электромагнитных помех во внешней среде, должны соответствовать нормативным требованиям. Второе базовое положение теории надежности касается классификации устройства, надежность которого оценивается. При этом возможны следующие варианты: невосстанавливаемое устройство (т.е. работающее до первого и единственного отказа), устройство с мгновенным восстановлением (т.е. устройство, для которого допустимо пренебречь временем обнаружения его отказа и последующего ремонта по сравнением с периодом эксплуатации), устройство с конечным временем восстановления, для которого указанное выше допущение неприменимо. Математический аппарат, описывающий модель функционирования устройства, зависит от типа устройства и принципиально различен: для невосстанавливаемых устройств основан на описании функционирования случайными событиями; для устройств с мгновенным восстановлением – на случайных потоках событий; для устройств с конечным временем восстановления – на случайных процессах, состоящих из двух и более потоков случайных событий. В результате для разных типов устройств изменяются не только аналитические выражения, применяемые для расчета показателей надежности, но, более того, «физическое» содержание самих показателей: вероятность для невосстанавливаемого устройства (называемой в данном случае «функцией надежности»); параметр потока для устройства с мгновен-

научно‑практическое издание

ным восстановлением; коэффициент неготовности для устройства с конечным временем восстановления. Устройство РЗ является многофункциональным и выполняет три указанные выше функции. При оценке надежности РЗ интересуются не аппаратной надежностью, характеризующей безотказность устройства, а надежностью функционирования, характеризующей надежность выполнения заданных функций. Отказ аппаратный в ряде случаев не эквивалентен отказу функционирования. Например, устройство РЗ имеет аппаратный отказ, который в условиях возникновения КЗ может привести к отказу срабатывания. Такое состояние устройства может длиться достаточно долго, особенно если устройство не имеет развитой системы диагностики работоспособности или этой системой диагностики отказ аппаратуры не обнаружен. Отказ функции, т.е. отказ срабатывания, произойдет только в случае, если возникнет реальное КЗ на защищаемом элементе. Если до возникновения КЗ аппаратный отказ был обнаружен и устранен, например, в результате очередной проверки аппаратуры в ходе регламентных работ, то аппаратный отказ останется без последствий для выполняемых функций. Такая ситуация характерна при оценке надежности функций, связанных с КЗ, т.е. при оценке отказов срабатывания и излишних срабатываний. Поскольку устройство РЗ по указанным функциям может длительно находиться в состоянии неработоспособности, которое никак не проявляется, время его восстановления, включающее время обнаружения отказа аппаратуры, оказывается значительным и должно быть учтено при оценке надежности. Следовательно, по двум рассматриваемым функциям устройство РЗ относится к устройствам с конечным временем восстановления. Надежность РЗ оценивается коэффициентом неготовности к срабатыванию и коэффициентом неготовности по излишним срабатываниям: qср(t), qи(t). Указанные величины не имеют размерности, весьма приближенно могут трактоваться как вероятность отказа

ПРАКТИКА

РЗА

срабатывания и излишнего срабатывания или как доля времени неработоспособного состояния на заданном периоде эксплуатации (обычно год). Иная ситуация возникает при анализе ложных срабатываний. Практически на всем протяжении функционирования РЗ на защищаемом объекте имеется нагрузочный режим (за исключением редких и кратковременных КЗ). Поэтому, если в устройстве РЗ возникает аппаратный отказ, который мог бы привести к ложному срабатыванию, он и приведет практически мгновенно к такому срабатыванию. Можно сказать, что нагрузочный режим постоянно «дежурит», дожидаясь соответствующего аппаратного отказа. После произошедшего ложного срабатывания будет выполнена внеочередная проверка работоспособности и отказ аппарата будет устранен. Интервал времени с момента аппаратного отказа до восстановления устройства незначителен, по сравнению с периодом эксплуатации РЗ им можно пренебречь. Таким образом, по ложным срабатываниям устройство РЗ относится к устройствам с мгновенным восстановлением. Надежность РЗ оценивается параметром потока ложных срабатываний ωл.с.(t) [1/год]. Указанная величина имеет размерность, отнесена к году, иногда к часам. В упоминаемом автором документе [3] установлены следующие показатели надежности: • средняя вероятность отказа в срабатывании устройства за год; • параметр потока ложных срабатываний. Указанные показатели в целом соответствуют традиционно принятым показателям qср(t) ,qи(t) и ωл.с.(t), хотя в части коэффициентов неготовности, замененных на среднюю вероятность, имеются некоторые неточности. Приведенные положения общеизвестны, признаны и используются в практике релейной защиты. Возможно, не следовало бы на них останавливаться столь подробно, если бы автором эти положения не были бы кардинально нарушены. Отказы срабатывания описываются автором как случайные события, для 40

01 /Март 2014

оценки которых использована вероятность, ложные срабатывания оцениваются параметром потока, излишние срабатывания отдельно не рассматриваются и, видимо «по умолчанию», отнесены к ложным срабатываниям. Приведенные автором статьи формулы (1), (2) и т.д. для расчета вероятности событий отказа устройства РЗ относятся к расчету вероятности случайных событий, из чего следует, что им рассматривается невосстанавливаемое устройство. Модель релейной защиты в виде невосстанавливаемого устройства вызывает как минимум недоумение и, полагаю, не нуждается в дальнейших комментариях. Более того, даже в рамках неприемлемой для рассматриваемой задачи модели допущены ошибки. Так, принят экспоненциальный закон надежности, согласно которому вероятность работоспособного состояния (функция надежности) во времени описывается выражением: , где T0 – математическое ожидание наработки на отказ. Автором предпринята попытка вывода формулы для расчета вероятности безотказной работы устройства на интервале Δt, получено соответствующее выражение (формула (8) статьи), по которой рассчитан график изменения искомой вероятности во времени: рис. 2 статьи. Выражение (8) получено автором на основе ложных положений и дает ошибочный результат. Характерно, что самого автора смутил вид графика (рис. 2), построенного по его формуле, согласно которому можно получить даже отрицательное значение вероятности. Вместо исправления полученной формулы автор вводит искусственное ограничение на область определения переменных, при которых такие «недоразумения» возникают. Именно искусственное ограничение, поскольку при выводе формулы никакие ограничения не накладывались, т.е. формула автора, согласно принятым при ее выводе исходным положениям, ограничений иметь не должна.

В литературе приводится корректная формула вероятности безотказной работы устройства на интервале : , которая легко может быть получена из следующего условия. Если устройство работоспособно в конце интервала, т.е. в момент t2, то оно безотказно проработало до начала интервала (т.к. устройство невосстанавливаемое), т.е. до момента t1, а также на интервале Δt. Следовательно, имеем произведение независимых событий, вероятность которого: , откуда соотношение:

получаем

известное

. Ориентация на ошибочную математическую модель функционирования РЗ приводит к ряду принципиальных ошибок. Попытка построения модели на базе случайных событий взамен потоков случайных событий или случайных процессов ставит неразрешимую задачу оценки вероятности появления требования на срабатывание и вероятности его отсутствия. Далее будем считать, что требование на срабатывание связано с возникновением внутренних КЗ в пределах заданной зоны защищаемого объекта, а требования на несрабатывание – с возникновением внешних КЗ вне заданной зоны (для оценки излишних срабатываний) или в режимах без КЗ (для оценки ложных срабатываний). Такое положение характерно для большинства устройств РЗ. В принятой автором модели необходимо задать пропорцию между вероятностью появления требования на срабатывание и вероятностью появления требования на несрабатывание. Требование на срабатывание связано с внутренними КЗ. Короткое замыкание является случайным событием, проис-

ПРАКТИКА

РЗА

ходящим в произвольный момент времени. Возникающие в процессе эксплуатации короткие замыкания формируют поток случайный событий: поток физически однородных событий, происходящих в случайные моменты времени. Вероятностная характеристика потока – параметр потока ωt . Определение параметра потока общеизвестно [например, 1] и задается как предел отношения вероятности события P(t,t+Δt) на интервале (t,t+Δt) к длине интервала Δt: . Приходится, к сожалению, приводить общеизвестное определение, поскольку автор статьи по непонятным причинам вводит собственное определение параметра потока как отношение математического ожидания числа событий за достаточно малый интервал времени к значению этого интервала. Что понимать под «достаточно малым интервалом», в каком случае он достаточно мал, а в каком – не достаточно, остается на усмотрение автора такого определения. Кроме того, в определении параметра потока участвует не число событий, а вероятность события. Параметр потока коротких замыканий для разного рода элементов сети достаточно хорошо определен на основе статистических данных о периодичности КЗ на этих элементах, что позволяет оценить вероятность возникновения КЗ на заданном интервале времени с достаточной точностью. Это относится как к внутренним, так и внешним КЗ. Таким образом, проблем с определением необходимой в модели автора вероятности требований на срабатывание и требований на несрабатывание для оценки надежности РЗ по излишним срабатываниям не возникает. Другое дело при определении вероятности требований на несрабатывание для оценки ложных срабатываний. Требование на несрабатывание имеется на всем протяжении нагрузочного режима, что в принципе не позволяет описать «возникновение этого требования» случайным событием. В противном случае число таких «событий» было бы бесконечно! Предпринятая автором попытка оценить

вероятность возникновения требования на срабатывание на основе опыта эксплуатации как отношение числа отказов РЗ к числу их срабатываний несостоятельна по ряду причин. Даже если исходить из того, что все срабатывания были связаны только с внутренними КЗ, то принятое автором соотношение показывает частоту отказов срабатывания РЗ, которая при некоторых условиях может приближаться к вероятности отказа срабатывания. К ложным срабатываниям это значение отношения не имеет. Результат отмеченных «недоразумений» проявился в полученных автором аналитических выражениях. Проведенные автором расчеты по некорректным формулам дали результаты, отличающиеся, как указывает сам автор, в десятки тысяч раз от имеющихся в литературе по надежности релейной защиты. Так может быть, следует подвергнуть более тщательному анализу вывод новых формул, предлагаемых взамен известных? В заключение несколько общих соображений по рассматриваемой теме. Приложения теории надежности в свое время были разработаны применительно к устройствам релейной защиты, выполненной на аналоговой элементной базе. Современные системы РЗ реализуются на микропроцессорных терминалах, имеющих развитую и эффективную систему самодиагностики, в связи с чем появились утверждения о потере актуальности вопросов обеспечения надежности применительно к микропроцессорным защитам. Несомненно, достигнутое повышение надежности, основанное на методах самодиагностики аппаратуры, должно учитываться при оценке надежности систем РЗ. Однако упомянутые методы нацелены на повышение аппаратной надежности, что не снимает проблемы обеспечения надежности функционирования. Одной из существенных особенностей микропроцессорной реализации систем РЗ, которая должна учитываться при оценке надежности, является объединение функций РЗ в составе одного технического устройства – терминала РЗ. Часто один терминал способен выполнять функции защиты от всех видов КЗ, а также функции основных и резервных защит. Со-

научно‑практическое издание

временное развитие техники РЗ направлено на разработку и внедрение систем защиты, выполненных на основе стандарта 61850, в которых в единой аппаратуре объединяются функции уже не отдельного элемента, а многоэлементного объекта энергосистемы. В аналоговых защитах эти функции были разнесены на различные аппаратные элементы системы РЗ, в связи с чем отказ части аппаратуры не проявлялся в виде полного отказа всех функций защиты. Другой особенностью микропроцессорных защит является возможность выполнения развитой системы резервирования, прежде всего на базе методов структурного резервирования с возможным перераспределением функций отказавшего элемента структуры на оставшиеся работоспособными с последующей реконфигурацией системы после восстановления отказавшего элемента. Указанные возможности практически отсутствовали в аналоговых исполнениях РЗ. Из сказанного следует, что вопросы обеспечения надежности функционирования систем РЗ сохраняют свою актуальность применительно к микропроцессорным реализациям защиты. Конечно, можно обсуждать некоторые неточности, к сожалению, имеющиеся в литературе по надежности, в том числе и в материалах нормативного характера. Однако основное внимание должно уделяться базовым вопросам, в числе которых уточнение методов расчета показателей надежности защит, функции которых объединены на уровне аппаратуры, разработка методов повышения надежности на основе более эффективного использования возможностей микропроцессорной техники, позволяющей кроме самодиагностики выполнить системы с эффективным структурным резервированием, уточнение нормативных показателей надежности систем защиты, реализованных в объединенных структурах. Литература 1. Надежность систем энергетики. Терминология / под ред. Ю.Н. Руденко. Вып. 95. – М.: Наука, 1980. 2. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1984. 3. РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. – М.: ОРГРЭС, 1997.

ПРАКТИКА

РЗА

Автор: к.т.н. Илюшин П.В.,

ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ РЗА И ПА В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

ЗАО «Техническая инспекция ЕЭС», г. Москва, Россия.

Аннотация: рассмотрены проблемные вопросы, возникающие при эксплуатации цифровых устройств РЗА и ПА. Проведен анализ различных факторов, оказывающих существенное влияние на результаты применения данных устройств в электроэнергетике. Описаны наиболее часто встречающиеся недостатки эксплуатации цифровых устройств РЗА и ПА. Предложен комплексный подход к решению проблемных вопросов. Обоснована необходимость перехода на новую систему контроля деятельности служб РЗА и ПА. Обозначены возможные риски неприменения комплексного подхода. Рассмотрены некоторые из перспективных направлений в применении цифровых устройств РЗА и ПА. Ключевые слова: релейная защита, противоаварийная автоматика, цифровые устройства, электромагнитная совместимость, кибербезопасность.

Илюшин Павел Владимирович В 1997 г. окончил факультет энергетики Новосибирского государственного технического университета. В 2011 г. в ОАО «НТЦ электроэнергетики» защитил кандидатскую диссертацию на тему «Разработка и развитие принципов противоаварийного управления распределительными сетями мегаполиса». В настоящее время – директор по техническому контролю и аудиту ЗАО «Техническая инспекция ЕЭС».

Рис. 1. Распределение аварий по принадлежности оборудования

01 /Март 2014

В статье делается попытка, на примере распределительных электросетевых компаний, провести обобщенный анализ опыта применения цифровых устройств РЗА и ПА с выделением основных проблемных вопросов, наметить возможные перспективы дальнейшего применения и совершенствования данных устройств. При этом большинство проблемных вопросов, освещаемых в данной статье, полностью или частично относится и к объектам генерации. Следует отметить, что основная часть проблемных вопросов (в количественном выражении) находится не внутри цифровых устройств и их алгоритмов работы, а вне устройств, именно поэтому в данной статье проблемные вопросы создания и реализации алгоритмов устройств РЗА и ПА не рассматриваются. По экспертным оценкам, в электроэнергетической отрасли в настоящее время в эксплуатации находится 85% электромеханических устройств РЗА и ПА, около 5% полупроводниковых (микроэлектронных) устройств и порядка

10% цифровых (микропроцессорных, микроконтроллерных) устройств. В докладах 1-ой Международной научнопрактической конференции «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России» (РЕЛАВЭКСПО-2012) приводились статистические данные по причинам аварий, в том числе с повреждением оборудования распределительного сетевого комплекса, включая устройства РЗА и ПА за 2011 год, некоторые из которых приведены на рис. 1 – 3. Следует отметить, что подобная ситуация наблюдается и в последние годы. На рис. 1 приведена диаграмма распределения аварий по принадлежности оборудования к электросетевым объектам, которая показывает, что основная доля приходится на повреждение элементов ВЛ, при этом на отказы, неисправности и ложные срабатывания устройств РЗА и ПА приходится около 1% от общего числа аварий. На рис. 2 приведена диаграмма распределения причин неисправностей и повреждений устройств РЗА и ПА, которая показывает, что на устройства РЗА приходится основная доля аварий, а именно: 66%, при этом на аварии, связанные с неисправностью цепей управления и вторичных цепей, приходится 19% от общего числа неисправностей и повреждений. В последний год наблюдается более чем двукратный рост числа аварий, связанных с устройствами ПА (около 16%), при снижении до 60% аварийности по устройствам РЗА. На рис. 3 приведена диаграмма распределения повреждаемости оборудования по сроку

ПРАКТИКА

РЗА

Рис. 2. Причины неисправностей и повреждений устройств РЗА и ПА

его службы, при этом основную долю (70%) составляет оборудование со сроком службы более 25 лет, при этом тенденция роста аварий наблюдается на оборудовании в период эксплуатации от 20 до 25 лет и составляет 13%. В последнее время в электроэнергетике можно наблюдать следующие тенденции, относящиеся к устройствам РЗА и ПА: • рост числа отказов, излишних и ложных срабатываний устройств РЗА и ПА, в т.ч. по вине персонала служб РЗА и другого эксплуатационного персонала; • основное число отказов устройств РЗА и ПА приходится на устройства со сроками службы, превышающими установленные заводами-изготовителями (аналогично, как и для первичного оборудования); • рост числа аварийных и неотложных заявок на вывод оборудования по причине неисправности устройств вторичной коммутации (цифровых устройств РЗА и ПА, ТМ и ТИ, АСУ ТП, вторичных цепей) – около 30%; • рост числа отказов, неисправностей и повреждений устройств РЗА и ПА по причине несоблюдения сроков и невыполнения в требуемых объемах, технического обслуживания или ремонта данных устройств; • с тремление собственников максимально использовать ресурс находящегося в эксплуатации оборудования, включая устройства РЗА и ПА, без снижения надежности их работы;

Рис. 3. Повреждаемость оборудования по сроку службы

• снижение инвестиций в обновление оборудования, в том числе и устройств РЗА и ПА, в связи с вводимыми ограничениями на рост тарифа на передачу и распределение электроэнергии (для электросетевых компаний); • минимизация операционных расходов, в том числе на эксплуатацию и ремонт устройств РЗА и ПА; • определяющими факторами при закупке оборудования, включая устройства РЗА и ПА, в большинстве случаев являются стоимость и/или соблюдение поставщиком формализованных процедур; • по экспертным оценкам, ежегодно количество цифровых устройств РЗА и ПА на предприятиях электроэнергетики увеличивается на 1,0-3,5% от общего количества установленных устройств. При этом наблюдается тенденция к снижению данного показателя, при заявленном сроке службы устройств – 15 лет; • по экспертным оценкам, количество находящихся в эксплуатации устройств РЗА и ПА со сроками службы, превышающими сроки, установленные заводами-изготовителями, составляет около 60%, и наблюдается дальнейшая тенденция к росту данного показателя. Учитывая вышеизложенное, проведение глубокого анализа причин возникновения сложившейся ситуации может оказать существенное влияние на корректировку подходов при разработке планов мероприятий по ее

научно‑практическое издание

улучшению. Анализ причин возникновения проблемных вопросов Проведенный анализ проблемных вопросов, возникающих с цифровыми устройствами РЗА и ПА, показал, что трудности имеются на всех стадиях жизненного цикла данных устройств, а именно: • разработка и производство устройств РЗА и ПА; • проектирование устройств РЗА и ПА с привязкой к объекту; • расчет уставок устройств РЗА и ПА; • монтаж и наладка устройств РЗА и ПА на объекте; • интеграция устройств РЗА и ПА в АСУ ТП; • техническое обслуживание (контроль технического состояния); • ремонт, реконструкция, реновация устройств РЗА и ПА; • в ывод из эксплуатации устройств РЗА и ПА. Возникновение основных проблемных вопросов при эксплуатации цифровых устройств РЗА и ПА, как правило, связано: • с отсутствием единых стандартов по цифровым устройствам РЗА и ПА; • с наличием большого количества заводов-изготовителей; • с недостаточной квалификацией персонала; • с высоким приоритетом к соблюдению требований по ЭМС; • с несовершенством системы обеспечения кибербезопасности объектов (особая значимость для цифровых 43

ПРАКТИКА

РЗА

подстанций); • с отсутствием эффективной системы контроля деятельности служб РЗА и ПА. Отсутствие единой нормативной базы по применению цифровых устройств РЗА и ПА является важным фактором, не позволяющим упорядочить подходы и обеспечить заданный уровень надежности данных устройств, установленных на всех элементах электрической сети, объектах генерации и у потребителей электрической энергии. Ведь высокая надежность устройств РЗА и ПА на электростанциях и в магистральных сетях при низкой надежности данных устройств в распределительных сетях и наоборот не позволит обеспечить надежное электроснабжение потребителей. В настоящее время методы оценки надежности электроснабжения и надежности ЭЭС достаточно изучены и проработаны. Надежность ЭЭС принято разделять на структурную и функциональную, которая, в свою очередь, подразделяется на балансовую и режимную, но, как указывалось выше, для большинства потребителей основным является вопрос обеспечения надежности всех сетей внешнего электроснабжения, а также генерирующего оборудования, особенно при отсутствии собственной распределенной генерации (резервных источников электроснабжения). При этом надежность устройств РЗА и ПА (собственно устройств, а также системы поддержания их в исправном состоянии) является одной из составляющих надежности электроснабжения потребителей. Это обусловлено тем, что отказы в срабатывании устройств РЗА и ПА могут приводить к увеличению масштабов аварии и повреждению электрооборудования, а излишние и ложные срабатывания содействуют ослаблению схемы сети и даже приводят к обесточению потребителей в ремонтных схемах. Проблемы с обеспечением надежности самих устройств РЗА и ПА, включая реализованные в них алгоритмы работы, безусловно, существуют, и решать их необходимо. Однако решение только этих вопросов, напрямую зависящих от заводов-изготовителей, не позволит ре44

01 /Март 2014

шить вопрос повышения надежности работы устройств РЗА и ПА, так как основная часть проблем лежит в смежных областях. В [1] отмечается, что техническими условиями на устройства РЗА на электромеханической и микроэлектронной базе средний полный срок службы установлен равным 12 годам. По опыту эксплуатации фактический срок службы устройств РЗА и ПА на электромеханической элементной базе при нормальных условиях эксплуатации и проведении установленного технического обслуживания составляет не менее 25 лет. На момент разработки данного документа значительного опыта по применению микроэлектронных устройств РЗА и ПА не было и по настоящее время этот опыт не обобщен, и не принят субъектами электроэнергетики для руководства в планировании работ по замене устройств. По цифровым устройствам РЗА и ПА официальных статистических данных, на основании которых можно было бы сделать вывод относительно их фактических сроков службы, также нет. Ориентироваться в полной мере на фактический срок службы устройств РЗА и ПА на электромеханической элементной базе и прогнозировать аналогичное поведение цифровых устройств РЗА и ПА (двукратное превышение фактического срока службы над средним полным сроком службы) не представляется возможным, так как эти устройства имеют коренные отличия в протекании процессов старения составляющих элементов. Для справедливости следует отметить, что отдельные организации, как например, ОАО «СО ЕЭС», разработали и ввели в действие стандарт организации, определяющий порядок взаимодействия субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии при создании (модернизации) и организации эксплуатации устройств РЗА [2]. Кроме того, в ОАО «Концерн Росэнергоатом» разработан и введен в действие собственный руководящий документ в области релейной защиты и электроавтоматики атомных электростанций [3]. Анализ последствий влияния внешних факторов На складывающуюся ситуацию существенное влияние оказывают

внешние факторы, которые можно разделить на 4 основные группы, а именно: 1. Поставщики (заводы-изготовители) устройств РЗА и ПА: • срок службы цифровых терминалов РЗА и ПА, установленный в технических требованиях заказчиков и указываемый в паспортах на устройства РЗА и ПА заводами-изготовителями, составляет 15 лет. При этом подтверждения заявленным срокам службы отсутствуют; • массовый выход из строя конденсаторов, поставляемых под брендами европейских фирм, приводящий к отказам в срабатывании устройств РЗА и ПА, прошедших успешно входной контроль, самодиагностикой терминалов не выявлялся; • непредоставление, в ряде случаев, заводами-изготовителями типовых инструкций по эксплуатации, полных описаний терминалов, полноценного обучения эксплуатационного персонала, рекомендаций по выбору уставок, рекомендаций по выбору устройств с типовыми схемами привязки (для зарубежных заводов-изготовителей указанной документации на русском языке); • поставка недоброкачественной продукции (низкое качество выпускаемых устройств; подделка реле, панелей и шкафов РЗА и ПА известных заводов-изготовителей); • отсутствие разработанных норм времени на ремонтно-эксплуатационное обслуживание и требований к квалификации персонала, обслуживающего цифровые устройства РЗА и ПА; • отсутствие многофункциональных сервисных центров (складов с аварийным запасом терминалов, отсутствие круглосуточной квалифицированной технической поддержки); • длительный ремонт терминалов РЗА и ПА после повреждения (по гарантийным, постгарантийным обязательствам и негарантийным случаям); • проблемные вопросы интеграции устройств различных производителей в АСУ ТП одного объекта (программная и аппаратная совместимость); • несовместимость ДФЗ-защит и на-

ПРАКТИКА

РЗА

правленных ВЧ-защит различных производителей. 2. Обеспечение кибербезопасности объектов электроэнергетики: • выявление (тесты на проникновение) и минимизация угроз уязвимости (повышение защищенности) сервисов и подсистем цифровых подстанций (ПС); •р ешение вопросов уязвимости систем синхронизации, основанных на использовании временнóго поля глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS, к воздействию маскирующих и крайне опасных имитационных помех; • с бор информации о текущем состоянии устройств РЗА и ПА заводами-изготовителями, несанкционированный собственниками энергообъектов в установленном порядке. 3. Организация взаимодействия с другими собственниками энергообъектов (н-р: ОГК, ТГК, ОАО «Росатом», ОАО «РЖД», ТСО, бесхозяйные сети и т.д.): • своевременная реконструкция основных (быстродействующих) защит с переходом на цифровые устройства требует синхронизации инвестиционных программ; •о снащение обратных концов ВЛ полукомплектами одного завода-изготовителя или совместимыми устройствами различных заводов-изготовителей; • отказ РЗА и ПА (излишние, ложные срабатывания) по причине непроведения своевременного технического обслуживания и ремонта устройств; • сложности с набором объемов нагрузки, заводимые под устройства АЧР в соответствии с заданиями филиалов ОАО «СО ЕЭС» – РДУ, в связи со значительным количеством фидеров, отходящих от ПС, со смешанной нагрузкой (подключены социально значимые объекты и объекты жизнеобеспечения – объекты, внезапное нарушение электроснабжения которых влечет возникновение угрозы жизни и здоровью людей, экологической безопасности или безопасности государства). 4. Отсутствие системы сбора и обработки статистики по производителям устройств РЗА и ПА, а также организации, проводящей анализ правильности 46

01 /Март 2014

работы устройств и разрабатывающей эксплуатационные и противоаварийные циркуляры. Анализ последствий влияния внутренних факторов Помимо внешних, существуют и внутренние проблемные вопросы, подлежащие решению в самих электроэнергетических компаниях, а именно: • высокая разнотипность устройств разных заводов-изготовителей в пределах одного объекта (ПС), группы объектов (группы обслуживаемых ПС); • недостаточное количество и квалификация персонала (расчетчиков, эксплуатационного персонала, руководящего технического персонала) в связи с переходом в смежные высокооплачиваемые отрасли промышленности; • недостаточные объемы подготовки и переподготовки персонала (отсутствие самообразования) и, как следствие, проблемы использования устройств со свободно-программируемой логикой; • недостаточная мотивация персонала на обеспечение безаварийной работы устройств РЗА и ПА, при этом широкое развитие системы взысканий; • отвлечение эксплуатационного персонала служб РЗА и ПА от выполнения работ по ТОиР и освоения цифровых защит на выполнение значительных объемов аварийно-восстановительных работ; • отсутствие согласованности в графиках проведения работ по ТОиР со службой изоляции и защиты от перенапряжений (улучшение ЭМО), а также службой ПС (состояние блок-контактов и катушек отключения/включения коммутационных аппаратов); • излишнее аппаратное резервирование устройств РЗА (дополнительные терминалы становятся дополнительными элементами ненадежности) при отсутствии вторых катушек отключения и блок-контактов на коммутационных аппаратах; • сложности прохождения внутренних распорядительных документов в вертикали служб РЗА и ПА (от центральной службы до служб филиалов); • недостаточная укомплектованность служб РЗА и ПА современными средствами диагностики;

• сложности с организацией каналов связи, соответствующих требованиям по объемам и скорости передачи данных, а также прокладке ВОЛС по физически разнесенным трассам (для дифференциальных защит ВЛ). Недостатки в организации технического обслуживания При проведении проверок технического состояния устройств РЗА и ПА на объектах электроэнергетики нередко выявляются следующие основные недостатки: • несвоевременное обнаружение неисправностей (осмотры проводятся не с установленной периодичностью), работы по устранению не организовываются, сроки устранения не устанавливаются; • несвоевременное внесение изменений в исполнительные схемы, в т.ч. после замены электромеханических (микроэлектронных) реле на цифровые терминалы; • отсутствие, несвоевременное обновление или некачественное составление инструкций по эксплуатации (не указаны возможные причины возникновения неисправности, и не определен порядок действий персонала при их обнаружении); • отсутствие росписей оперативного персонала об ознакомлении с записями персонала служб РЗА, сделанными в журнале релейной защиты о возможности ввода в работу устройств РЗА после наладки или планового технического обслуживания; • отсутствуют протоколы технического обслуживания устройств РЗА, результаты проверок не вносятся в паспортапротоколы устройств РЗА; • не производятся проверки (отсутствуют результаты проверки) параметров катушки отключения и катушки контактора включения высоковольтных выключателей; • не проводятся проверки взаимодействия устройств, а также включения/отключения выключателей на пониженном напряжении; • неудовлетворительная электромагнитная обстановка на объектах, невыполнение рекомендаций по ее улучшению и мероприятий по ЭМС (не заземляются

ПРАКТИКА

РЗА

экраны кабелей, панели РЗА присоединяются через последовательный проводник к контуру заземления и т.п.); • не проводятся послеаварийные проверки для выяснения причин отказов в функционировании или неясных действий устройств РЗА и ПА; • неоднократное продление заявок на ремонт устройств РЗА и ПА из-за отсутствия запасных частей или резервных терминалов; • не в полном объеме (сокращаются объемы проверок и настроек параметров устройств) проводятся работы по техническому обслуживанию устройств РЗА и ПА, установленные в [1]; • не соблюдается периодичность проведения технического обслуживания устройств РЗА и ПА, установленная в [1] (отдельные компании увеличивают продолжительность цикла проведения работ по техническому обслуживанию и не учитывают того, что эксплуатация устройств РЗА сверх установленных сроков службы возможна при удовлетворительном состоянии аппаратуры и при необходимости сокращения цикла технического обслуживания); • не устанавливаются или определяются не в полном объеме границы ответственности при техническом обслуживании и ремонте оборудования ПС (например: граница зон обслуживания элементов оптических каналов связи, используемых для РЗА и ПА со службой СДТУ; граница зон обслуживания шкафов отбора напряжения со службой ПС и т.д.); • не выполняются рекомендации ранее разработанных эксплуатационных и противоаварийных циркуляров по устройствам РЗА и ПА; • не соблюдается периодичность осмотра панелей РЗА (осмотр положений накладок, ключей управления и крышек испытательных блоков и соответствие их положения схемам и режимам работы электрооборудования). В настоящее время в эксплуатации находятся, как отмечалось выше, в основном устройства РЗА и ПА на электромеханической элементной базе, и перечисленные основные недостатки в организации технического обслуживания в первую очередь относятся к ним. Однако

фиксируемое систематическое нарушение положений руководящих документов наблюдается и в отношении цифровых устройств РЗА и ПА, что говорит о системной ошибке в организации технического обслуживания данных устройств, которая с ростом количества данных устройств будет проявляться в еще большей мере. Организация системы контроля деятельности служб РЗА и ПА Существовавшая ранее система контроля деятельности служб РЗА и ПА заключалась в проведении проверок организации системы технического обслуживания и ремонта устройств РЗА и ПА на предприятиях электроэнергетики (периодичность проверок, выборочная проверка паспортов-протоколов, проверка соответствия карт-накладок, правильность и своевременность заполнения журналов по РЗА, наличие и своевременная актуализация схем и инструкций по эксплуатации и т.д.), которой было вполне достаточно по следующим причинам: • менее сложные устройства РЗА и ПА, а также алгоритмы их работы; • наличие полноценных методических рекомендаций по выполнению всех видов проверок устройств; • большая часть устройств РЗА и ПА не выработала сроки службы, установленные заводами-изготовителями; • высокая, как правило, квалификация персонала служб РЗА и ПА; • консолидация объективной статистики, проведение полного анализ правильности работы устройств РЗА и ПА с разработкой и реализацией эксплуатационных и противоаварийных циркуляров. Учитывая существующее положение и наметившиеся тенденции роста неправильных действий (отказов) устройств РЗА и ПА, назрела потребность в применении современных подходов к системе контроля деятельности служб РЗА и ПА, которая должна заключаться в следующем: • проверка правильности расчетов уставок в соответствии с рекомендациями заводов-изготовителей (обширная номенклатура устройств); • проверка правильности выполнения настройки уставок (значительный объем подлежащих проверке эксплуатируемых устройств);

научно‑практическое издание

• проверка правильности проведения обследования ЭМО, а также выполнения мероприятий по ее улучшению и соблюдению требований по ЭМС; • проверка надежности систем обеспечения кибербезопасности и комплексной безопасности объектов. Следует отметить, что трудности перехода от существовавшей системы контроля деятельности служб РЗА и ПА к новой системе связаны со сложностью, трудоемкостью выполнения всех этапов контроля, а также нехваткой высококвалифицированного персонала для ее реализации внутри управляющих электроэнергетических компаний. При построении новой системы контроля деятельности служб РЗА и ПА необходимо использовать комплексный подход, приведенный на рис. 4, позволяющий учитывать все особенности цифровых устройств РЗА и ПА, а также существующее положение дел. Только руководству управляющих электроэнергетических компаний решать: необходимо ли организовывать внутри компаний отдельные структурные подразделения, на которые будут возложены функции контроля деятельности служб РЗА и ПА, или воспользоваться услугами независимых экспертных организаций, имеющих соответствующий опыт в этой области. Однако тем или иным способом решать данный вопрос необходимо. В настоящее время некоторые крупные управляющие электроэнергетические компании прибегают к услугам независимых экспертных организаций, имеющих аккредитацию в сфере государственного энергетического надзора, для осуществления выборочного периодического контроля за деятельностью служб РЗА и ПА, а также служб АСТУ своих филиалов. Возможные риски Без комплексного подхода к решению проблемных вопросов, связанных с применением цифровых устройств РЗА и ПА, возможно возникновение следующих рисков: • значительное отставание (учитывая высокую стоимость и ограничения на рост тарифа) от требуемой периодичности замены цифровых реле, отработавших установленные заводами-изготовителя47

ПРАКТИКА

РЗА

Рис. 4. Комплексный подход к построению системы контроля деятельности служб РЗА и ПА

ми полные сроки службы; • невыработка заявленных сроков службы цифровыми устройствами РЗА и ПА и, как следствие, рост числа отказов (излишних, ложных срабатываний), вплоть до возникновения лавинных отказов устройств РЗА и ПА; • поставка устройств РЗА низкого качества, выпускаемых отдельными заводами-изготовителями с применением некачественных (дешевых) комплектующих; • поставка и применение контрафактных панелей и шкафов РЗА и ПА из-за отсутствия полноценного входного технического контроля; • полный отказ от применения электромеханических реле приведет к ликвидации их производства (невозможность ремонта и замены до проведения реконструкции объектов); • повсеместный переход на применение стандарта МЭК-61850 (цифровые ТТ и ТН; шина процесса) в сетях 6-35 кВ приведет к значительному удорожанию объектов электроэнергетики, а также снижению скорости замены отработавших полные сроки службы устройств РЗА и ПА; • дальнейшее снижение квалификации и численности персонала служб РЗА и ПА при существующих системах мотивации (стимулирование за надежную работу, а не взыскания за неправильную) и пере48

01 /Март 2014

подготовки персонала; • снижение надежности ЭЭС по причине снижения надежности работы устройств РЗА и ПА; • высокая частота выпуска новых модификаций цифровых устройств РЗА и ПА многочисленными отечественными и зарубежными заводами-изготовителями и невозможность их полноценного освоения персоналом служб РЗА (рост числа аварий по вине персонала); • отсутствие в высших учебных заведениях специализаций по подготовке специалистов для служб РЗА и ПА с углубленной IT-подготовкой; • при установке ДЗЛ на ВЛ должны организовываться 2 независимых (проложенных по физически разнесенным трассам) взаимно резервируемых канала связи, что нередко является высокозатратным мероприятием. Временно допускается использование разных волокон одной ВОЛС, а это может приводить и приводит к отказам ДЗЛ при повреждении ВОЛС; • длительное устранение неисправностей в связи с отсутствием полноценного аварийного запаса цифровых устройств РЗА и ПА на предприятиях (иметь полноценный аварийный запас невозможно в связи со значительной номенклатурой применяемых устройств и высокой их стоимостью);

• стремление отдельных заказчиков и заводов-изготовителей цифровых устройств РЗА и ПА значительно увеличить объемы самодиагностики в терминалах неизбежно приведут не только к росту их стоимости, но и к снижению их надежности в целом. Перспективные направления развития В целях дальнейшего развития цифровых устройств РЗА и ПА целесообразно определить некоторые из перспективных направлений, относящихся, в том числе, и к совершенствованию систем организации технического обслуживания, а также контроля деятельности служб РЗА и ПА, а именно: • разработка единых подходов к применению цифровых устройств РЗА и ПА в электроэнергетике; • комплексный подход в решении проблемных вопросов, включающий все стадии (разработка устройств, расчет уставок, настройка уставок, организация технического обслуживания, реновация устройств, выработавших полные сроки службы, решение вопросов ЭМС и кибербезопасности); • совершенствование алгоритмов, перенесенных в цифровые устройства РЗА и ПА из устройств на электромеханической и микроэлектронной элементных

комплексные Решения для противоаварийной автоматики энергосистем

МКПА

РЭС-3

УПАЭ

Микропроцессорный комплекс локальной противоаварийной автоматики

Цифровой регистратор электрических событий РЭС-3

Устройство противоаварийной автоматики энергоузла УПАЭ

МКПА предназначен для контроля режимов работы электрической сети и функционирует по алгоритмам локальных устройств противоаварийной автоматики энергосистем. Устройство МКПА разработано для модернизации и замены существующих панелей противоаварийной автоматики высоковольтных линий и подстанций напряжением более 110 кВ.

РЭС-3 предназначен для сбора, первичной обработки и архивирования эксплуатационно-технологических параметров штатных и аварийных процессов в оборудовании электрических станций и энергетических объектов электроснабжающих организаций и потребителей электрической энергии.

УПАЭ предназначено для осуществления функций по предотвращению нарушения устойчивости. Устройство выполнено в виде двух полукомплектов, полностью резервирующих друг друга. Предусмотрены два основных режима работы:

Основные функции МКПА и МКПА-2

•• Автоматика ликвидации асинхронного режима АЛАР •• Автоматика частотной разгрузки АЧР •• Автоматика разгрузки линии АРЛ •• Автоматика контроля предшествующего режима КПР •• Автоматика ограничения повышения напряжения АОПН •• Автоматика ограничения снижения напряжения АОСН •• Устройство резервирования отказа выключателя УРОВ •• Автоматика фиксации отключения линии ФОЛ •• Автоматика фиксации отключения блока ФОБ •• Автоматика фиксации включения и отключения автотрансформатора ФОАТ

•• Автоматика фиксации тяжести короткого замыкания ФТКЗ •• Автоматика сигнализации при витковых замыканиях в трансформаторах СВЗТ

•• Возможность реализации нескольких функций ПА

на одном устройстве •• Дополнительные функции ПА по заданию заказчика •• Большой выбор типовых решений привязки к объекту на этапе проектирования •• Свободно программируемая логика алгоритмов ПА, гибкая адаптация устройства для выполнения функций ПА на объекте •• Непрерывная самодиагностика основных узлов •• Широкий спектр регистрируемых событий •• Интегрированная среда разработки алгоритмов противоаварийной автоматики •• Возможность интеграции в АСУ ТП объекта по стандартным протоколам OPC DA, IEC 60870-5-104, IEC 61850

•• Режим удаленного управляющего контроллера централизованного комплекса ПА (УКПА).

•• Автономный режим автоматического

предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ).

Цифровой регистратор РЭС-3 имеет сертификаты: • Экспертное заключение РАО «ЕЭС России» №89-СКИ-2001 • Сертификат соответствия серийной продукции системы сертификации в электроэнергетике «ЭнСЕРТИКО» № СП0424100708 • Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.34.005 A №31157 • РЭС-3 внесен в Госреестр средств измерений № 37466-08 РЭС-3 представляет собой готовое решение для создания систем регистрации аварийных событий в рамках реализации приказа РАО «ЕЭС России» № 603 от 09.09.2005

По заключению межведомственной аттестационной комиссии ОАО «ФСК ЕЭС», комплексы противоаварийной автоматики МКПА и МКПА-2 рекомендованы для применения в качестве отдельных устройств локальной противоаварийной автоматики (ПА), а также в составе комплексов ПА на подстанциях ЕНЭС и распределительных электрических сетей. МКПА, МКПА-2, УПАЭ устойчивы к сейсмическим нагрузкам интенсивностью 9 баллов по шкале MSK-64 для высотной отметки от 0 до 10 м в соответствии с ГОСТ30546.1-98.

Микропроцессорный комплекс локальной противоаварийной автоматики МКПА-2 МКПА-2

Экономичный вариант противоаварийной автоматики – терминал МКПА-2 – надежное решение для небольшого набора функций ПА.

ПРАКТИКА

РЗА

базах (защита цепей возбуждения от ЗЗ, устройства АОПТ, АОПЛ, АВСН и др.); • п овышение квалификации персонала на всех предприятиях, задействованных в производстве, монтаже, наладке и эксплуатации устройств РЗА и ПА; • у комплектование служб РЗА и ПА современными средствами диагностики цифровых устройств; • в ыбор и настройка параметров устройств РЗА и ПА на объектах распределенной генерации (ОРГ) и в прилегающей сети в соответствии с требованиями к селективности, а также характеристиками генераторов; • р азработка устройств РЗА для прилегающей сети при применении ОРГ с инверторными преобразователями при изолированной (островной) работе; • у нификация применяемых устройств РЗА и ПА (два-три завода-изготовителя) для типового набора защит в пределах одного предприятия; • п одготовка высококвалифицированных специалистов для служб РЗА и ПА с углубленной IT-технологической подготовкой; • продолжение работ в области повышения кибербезопасности и других вопросов комплексной безопасности (защита от имитационных и маскирующих помех и т.п.); • организация единой системы сбора и обработки статистики по РЗА и ПА по заводам-изготовителям с анализом правильности работы устройств и разработкой эксплуатационных и противоаварийных циркуляров; • создание эффективной системы контроля деятельности служб РЗА и ПА; • п ереработка инструкции [4] с учетом современных подходов; • п ересмотр подходов к применению несинхронного АПВ в электрических сетях с точки зрения его допустимости для генерирующих установок ОРГ; • р ешение вопросов организации защиты КВЛ напряжением 110 кВ и выше с участками из кабелей с изоляци50

01 /Март 2014

ей из сшитого полиэтилена (точное выявление участка с местом повреждения и ввод запрета на АПВ при повреждениях на кабельном участке); • д альнейшее совершенствование АРМ для служб РЗА и ПА (расчет ТКЗ для схем с неограниченным числом узлов сети и с учетом применения устройств на базе силовой преобразовательной техники; расчет уставок для устройств РЗА и ПА всех производителей в соответствии с методическим рекомендациями по выбору уставок; анализ правильности работы устройств РЗА и ПА при расследовании причин аварий и т.д.). Дополнительно следует отметить, что в настоящее время практически отсутствует понятие «Управление проектами» применительно к крупным проектам РЗА и ПА, так как генеральный подрядчик нередко выполняет только функции финансового оператора (не обладает достаточной технической компетенцией) и не занимается при этом координацией проектных решений, принимаемых значительным количеством субподрядных проектных организаций, которые выполняют проектирование по отдельным титулам проекта. Существование данного положения приводит к выявлению, на этапе выполнения работ по комплексной наладке оборудования, участков, для которых не выполнено проектирование и, соответственно, не заказано необходимое оборудование, что в свою очередь приводит к срыву сроков ввода объекта в целом. В сложно-замкнутых электрических сетях применение цифровых устройств РЗА с несколькими группами уставок, для различных режимов работы электрической сети, позволяет отказаться от необходимости держать ряд коммутационных аппаратов в отключенном положении в нормальной схеме (ремонтных схемах) по причине невозможности обеспечения селективности работы устройств РЗА. Учитывая данное положение, ускорение процесса замены морально устаревших устройств РЗА на цифровые является вполне оправданным.

Заключение Оценить положительно переход на применение цифровых устройств РЗА и ПА в электроэнергетике возможно только при комплексном решении перечисленных в статье проблемных вопросов. Значительная часть проблемных вопросов в применении цифровых устройств РЗА и ПА производства отечественных заводов-изготовителей находится не внутри самих устройств и их алгоритмов работы, а вне устройств, так как созданная в советское время научная школа релестроения в России остается достаточно сильной благодаря преемственности кадров, что и позволяет основным отечественным заводам-изготовителям разрабатывать и выпускать устройства РЗА и ПА достаточно высокого уровня. Устройства РЗА и ПА производства отдельных зарубежных заводов-изготовителей обладают рядом недостатков, которые в данной статье не рассматривались, так как в них не учитываются особенности построения российских электрических сетей и схем вторичной коммутации, а также опыт и навыки эксплуатационного персонала, сформированные при ТОиР устройств РЗА и ПА отечественного производства. Решение перечисленных в статье вопросов позволит если не устранить, то максимально минимизировать указанные риски и содействовать повышению надежности работы цифровых устройств РЗА и ПА. Литература 1. Руководящий документ «Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110-750 кВ» (РД 153-34.0-35.617-2001). Введен в действие с 01.03.2001 г. 2. Стандарт организации ОАО «СО ЕЭС» «Релейная защита и автоматика. Взаимодействие субъектов электроэнергетики, потребителей электрической энергии при создании (модернизации) и организации эксплуатации» (СТО 59012820.29.020.002-2012). Введен в действие с 28.04.2012 г. 3. Руководящий документ ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Руководящий документ эксплуатирующей организации. Устройства релейной защиты и электроавтоматики атомных электростанций. Общие технические требования» (РД 1.1.2.28.0807-2009). Введен в действие с 17.05.2010 г. 4. Стандарт организации «Инструкция по организации и производству работ в устройствах релейной защиты и электроавтоматики электростанций и подстанций» (СО 34.35.302-2006). Введен в действие с 01.04.2006 г.

Уважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие в работе научно-практических конференций под общим названием «Релейная защита и автоматизация энергосистем». Организаторы Конференций: - Некоммерческое Партнерство «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (НП «СРЗАУ»). - Рекламно-издательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (РИЦ «СРЗАУ»). - Журнал «РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ». НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Релейная защита и автоматизация энергосистем. Инновационные решения» Проводится при научно-технической поддержке ОАО «ФСК ЕЭС». Даты проведения: 19-23 мая 2014 года. Место проведения: Краснодарский край, г. Адлер. Цель Конференции: Информирование об инновационных разработках в области РЗА, ПА и АСУ ТП. Основная тематика Конференции: • Новейшие технические, методические и программные разработки в области РЗА, ПА и АСУ ТП. • Внедренные инновационные технологии. Сопутствующие мероприятия: • Посещение новых энергообъектов обеспечения Сочинской Олимпиады. • Межрегиональные соревнования специалистов служб РЗА ОАО «ФСК ЕЭС». • Техническое совещание руководителей служб РЗА предприятий ОАО «ФСК ЕЭС». НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Релейная защита и автоматизация энергосистем. Современное состояние и тенденции развития» Проводится в рамках Российского Международного Энергетического Форума на XXI выставке «Энергетика и Электротехника» (17-20 июня 2014 г.). Дата проведения: 18 июня 2014 года. Место проведения: г. Санкт Петербург, В. О., Большой проспект, 103, ВК «Ленэкспо», павильон 7, зал 7-3. Цель Конференции: Обмен мнениями по формированию основных направлений дальнейшего развития систем РЗА, ПА и автоматизации электрических сетей на основе опыта внедрения микропроцессорных устройств РЗА и систем управления в электрических сетях. Основная тематика Конференции: Основные результаты внедрения микропроцессорных устройств РЗА и систем управления в электрических сетях. Итоги, проблемы, задачи и перспективы.

Справки по телефонам: РИЦ «СРЗАУ»: 8 (8352) 226-394(5) Иванова Наталия Анатольевна НП «СРЗАУ»: 8 (963) 787-96-05 Белотелов Алексей Константинович 8 (903) 104-49-14 Нечаева Анна Алексеевна ЗАЯВКИ НА УЧАСТИЕ В КОНФЕРЕНЦИЯХ ПРИНИМАЮТСЯ: ina@srzau-ric.ru; belotelov@srzau-np.ru; nechaeva@srzau-np.ru

научно‑практическое издание

ПРАКТИКА

РЗА

Автор: Караулов А.А.,

О внедрении Микропроцессорных УРЗА в электроустановках АЭС

ОАО «ВНИИАЭС», г. Москва, Россия.

Аннотация: представлены основные обобщенные проблемы модернизации устройств релейной защиты и автоматики (УРЗА) электроустановок АЭС ОАО «Концерн Росэнергоатом» путем внедрения микропроцессорных технических средств. Ключевые слова: АЭС, микропроцессорные технические средства, опыт внедрения. Представляемые читательской аудитории журнала некоторые размышления вызваны ускоряющимся процессом модернизации вторичной коммутации электроустановок энергообъектов путем внедрения микропроцессорных устройств. В целом микропроцессорные технические средства в релейной защите и автоматике атомных электростанций в заметном количестве применяются на небольшом временном интервале, что ограничивает полноту и достоверность подтверждения их свойств. Вместе с тем считаю возКараулов можным и нужным поделиться и полученным небольАлександр Александрович шим опытом. Дата рождения: Микропроцессорные технические средства 22.03.1950 г. релейной защиты и автоматики в электроустановках В 1972 г. окончил АЭС стали применяться с конца 90-х годов прошлого Новочеркасский повека. Первыми были устройства типа БМРЗ, произлитехнический институт, водства НТЦ «Механотроника», для КРУ-6 кВ. В связи кафедра «Электрические со старением электромеханических и электронных станции». технических средств РЗА в ОАО «Концерн РосэнерВ настоящее время – нагоатом» была разработана программа замены вырачальник «Центра сопроботавших срок службы, рекомендованный по опыту вождения эксплуатации эксплуатации во всей энергосистеме, устройств РЗА. электротехнического Программа предусматривает приоритетное примеоборудования АЭС» нение микропроцессорных устройств. Фактически ОАО «ВНИИАЭС». программа начала действовать в конце 2011 года. Микропроцессорные технические средства на АЭС установлены для реализации указываемых ниже функциональных вторичных устройств. Устройства релейной защиты – релейная защита линий электропередач, сборных шин и элементов главной схемы выдачи мощности, КРУ-6 кВ собственных нужд. Устройства электроавтоматики – автоматические регуляторы возбуждения турбогенераторов, контроль положения переключателя РПН силового трансформатора, управление выключателем. Устройства противоаварийной автоматики – узловые и оконечные устройства системной противоаварийной автоматики (ПА) и ПА на ЛЭП, приемопередатчики команд системной противоаварийной автоматики. Автоматизированные устройства измерения, контроля и отображения телеинформации СОТИ АССО и АИИС КУЭ. Устройства связи. 52

01 /Март 2014

Сразу отмечу, что решение задачи поддержания и повышения уровня надежности релейной защиты при внедрении микропроцессорных устройств усложнило разделение объектов электроэнергетики по признаку собственности. Это привело к потере получения обобщенного опыта и затруднило принятие решений по выбору технических средств, исходя из условий обеспечения устойчивости и живучести ЕЭС России. Больший приоритет в оценке потенциального поставщика у собственников энергообъектов получила цена предлагаемого товара. Персонал, подготавливающий технические требования для конкурсных процедур и проектирование, не получил должного обучения. Отсутствовала и не утвердилась система его подготовки. Основные проблемы, связанные с правилами приобретения оборудования, видятся в следующем: • Имеет место технологическая разрывность и логическая непоследовательность в процессе проектирования и реализации проекта. Оборудование приобретается не под законченный, включая необходимые экспертизы, и утвержденный проект. Конкурс объявляется на стадии основных технических решений, когда практически изготовлена и одобрена представителями заказчика рабочая проектная документация на основании выбора проектировщиками технического средства. Затем определяется поставщик по обезличенным техническим требованиям. В результате получаем победителя с другим техническим средством и затягивание сроков конкурса. Изготовителю не может быть предъявлено техническое задание, позволяющее доставлять на объект налаженное и запломбированное устройство. Имеем доработку и устройства, и программного обеспечения на объекте, и часто при условии продолжающегося выпуска рабочей проектной документации. Об этом уже писалось, и подробности поэтому опускаю. Результатом такого проектирования явились неправильная работа устройства и неверная трактовка событий. Например: - неправильная работа дифференциальных защит

ПРАКТИКА

РЗА

из-за ошибочного определения полярности при подключении токовых цепей и ошибочного вычисления уставки; - при наладке не было выяснено, что вывод на сигнальные светодиоды закрепляется соответствующими программными метками. По заводской настройке выводится последний воздействующий на отключение защищаемого объекта сигнал. Таким оказалось только возвратное воздействие от запущенной защиты системы пожаротушения. Сложность в расшифровке выполненной регистрации событий не позволила сделать анализ работы устройства в требуемое время, не говоря уже об установлении сработавшей функции непосредственно в момент срабатывания защиты. • Применение терминов «микропроцессорное устройство», «цифровое устройство», на мой взгляд, породило восприятие микропроцессорных технических средств как устройств, работающих на какой-то «цифровой» основе. Фактически в эксплуатацию пришло сложное электронное устройство, имеющее в конструкции (железе) массу малогабаритных электронных радиоизделий. Эти изделия имеют ограниченный срок сохранения своих свойств и надежности. Причем никакие современные системы самоконтроля не позволяют управлять старением (то есть своевременно выполнять ремонт или замену по состоянию) микропроцессорных технических средств в полном объеме. При превышении оговоренного изготовителем срока службы естественным образом повысится вероятность ложного срабатывания устройств или отказ в выполнении отдельных функций, как это имеет место для эксплуатирующихся статических электронных устройств. На текущий момент замена устройства по сроку службы не определена даже как задача эффективной эксплуатации. • Образование неоправданной и затрудняющей эксплуатацию разнотипности устройств РЗА. Можно согласиться на разные рыночные названия и поддержание конкуренции с целью получения более качественной продукции. На деле получаем устройства, основанные на разных подходах по обеспечению на-

дежности защищаемого объекта и с разным построением алгоритма реализации этой защиты. Например, изделия НПП «ЭКРА», реализующие российские подходы, и «Сименс», «АВВ», реализующие европейский подход; «Шнайдер электрик», изготавливающая блоки Sepam 1000+ серии 80, учитывающие опыт применения на АЭС, и блоки MiCOM серии Рх4х, не применявшиеся ранее в России и на АЭС. Разность заключается в способах начального параметрирования, вывода отдельных функций из работы, изменения логики выполнения функций, ремонтного обеспечения и технической поддержки эксплуатации изготовителем. Зарубежные изготовители в выполненных поставках имеют следующие критические замечания: не поставляется документация и программное обеспечение на русском языке, не обеспечивается техническая поддержка в процессе эксплуатации. Несмотря на сложность обращения с изделиями, обучение персонала не включается в контракт поставки. Не установлено однозначное требование к «напряжению срабатывания» активных дискретных входов и их больших входных сопротивлений. Правда, нужно оговориться, что это – проблема при соединении в одном устройстве РЗА технических средств на разной элементной базе (электромеханика и микропроцессоры). Возможность резервирования микропроцессорного технического средства при отказе решается установкой нескольких полноценных комплектов. Так реализуется основное назначение релейной защиты – локализация или отключение поврежденного участка сети. За время эксплуатации на АЭС не зарегистрированы отказы защит с микропроцессорными техническими средствами. Исходя из требований по ограничению числа аварийных сбросов номинальной мощности реактором в течение топливной кампании было сформировано требование об исключении ложного отключения энергоблока от сети при повреждении единичного элемента устройства релейной защиты. Такое требование подкреплялось частой ложной работой статических электронных ре-

научно‑практическое издание

ле. Микропроцессорная техника, будучи электронной по принципу действия, также не соответствовала такой задаче. Это совершенно не решалось увеличением числа комплектов основных защит. Задача на текущий момент представляется решенной для энергоблоков Курской АЭС. Здесь установлены устройства, разработанные и изготовленные НПП «ЭКРА» для защиты блоков генератор-трансформатор с элементами «мажорирования», действующие по формуле «два из четырёх». Состоят они из двух каналов, подключаемых на выходные реле управления по формуле «ИЛИ», а в каждом канале содержится по два терминала с полным набором требуемых функций, соединенных на выход по формуле «И». Исходя из опыта, полученного при внедрении микропроцессорных устройств на электроустановках АЭС, и учитывая опыт, излагаемый в других публикациях, можно сделать следующие выводы с одновременной постановкой новых задач: 1. По технической надежности микропроцессорные устройства защиты и автоматики за время эксплуатации не повлияли на снижение уровня надежности устройств релейной защиты АЭС. 2. Появились большие возможности по числу устанавливаемых функций защиты и автоматики, ранее ограничивавшиеся габаритами и сложностью связей устройств на электромеханической элементной базе. 3. Появилась возможность более тонкого разделения зон с обеспечением селективности действия защит. 4. Отечественные разработчики и изготовители микропроцессорных технических средств для устройств вторичной коммутации энергообъектов в состоянии обеспечить потребности энергетиков с оказанием необходимых сервисных услуг. 5. Необходимо поставить и решить задачу по обеспечению логической последовательности и целостности процесса «проектирование – приобретение оборудования – монтаж и ввод в эксплуатацию». 6. Необходимо определить критерии управления старением микропроцессорных технических средств в эксплуатации. 53

ПРАКТИКА

Обучение

Авторы: д.т.н., профессор, член-корреспондент РАН Дьяков А.Ф., д.т.н., профессор Платонов В.В.,

Проблемы инженерного образования в электроэнергетике и электротехнике и наукоемкость этих отраслей

г. Москва, Россия.

Аннотация: рассмотрены вопросы перехода на двухуровневую подготовку студентов в высшей школе России в области электроэнергетики и электротехники. Показано, что переход высшего профессионального образования России в этих областях знаний на схему «бакалавр – магистр» не соответствует наукоемкости и сложности технологических процессов в этих базовых отраслях промышленности и системах жизнеобеспечения страны. Рассмотрены проблемы подготовки специалистов в высшей школе России и предложены пути их решения. Ключевые слова: электроэнергетика, электротехника, инженер, магистр, высшая школа, кадры. Введение Электроэнергетика и электротехника России являются базовыми отраслями экономики и основой функционирования систем жизнеобеспечения страны. При подготовке специалистов этих отраслей необходимо учитывать, что разработка и изготовление технологического оборудования, производство, передача, распределение и потребление электроэнергии – это неразрывный высокотехнологический процесс с непрерывно изменяющимися параметрами. Для электроэнергетики подавляющее количество процессов осуществляется в автоматических режимах, контролируемых по десяткам взаимосвязанных параметров, по которым реализуются режимы работы сотен электростанций различных типов, десятков тысяч преобразовательных подстанций и многих миллионов километров транспортных и распределительных сетей. Электроэнергетика и электротехника относятся к специальностям сложного инженерного профиля, учитывающим специфику технологии отраслей, широкий спектр применяемого оборудования и ключевые особенности его эксплуатации. Этот массив специальных знаний формируется годами профильной подготовки в сочетании с длительной производственной практикой. Управление отраслью после реформирования В 1998 году управление Единой энергетической системой (ЕЭС) страны было передано наемному менеджменту, не имевшему профессиональных знаний в области электроэнергетики. В мировой практике использование наемного менеджмента в коммерческих структурах обеспечивает положительный результат при равном соотношении специалистов отрасли и управленцев общего профиля. В электроэнергетике, явля54

01 /Март 2014

ющейся особо опасным и высокотехнологичным производством, подавляющее большинство отраслевых задач требует профессиональных знаний для принятия управленческих решений. Это подтверждается универсальным принципом создателя кибернетики Норберта Винера: «Управление не может быть эффективным, если не учитывает технологические особенности управляемой системы». В России, вопреки этому принципу, решение стратегических и технологических задач, управление электроэнергетикой было передано топ-менеджерам, практически не имевшим квалификации в области электроэнергетики и электротехники. Об этом свидетельствовали составы Советов директоров и Правлений подразделений холдинга, которые практически не менялись до ликвидации РАО «ЕЭС России». Эти Советы директоров, определявшие технологическую и кадровую стратегию компании, практически в полном составе не имели профессиональной квалификации в области электроэнергетики и электротехники [1]. Именно эти «специалисты» определяли в дальнейшем наукоемкость отраслей электроэнергетики и электротехники. Отдельно следует сказать о техническом надзоре и контроле состояния эксплуатируемого оборудования и оценке его технического состояния. Эту важнейшую задачу ранее решало Главтехуправление отрасли, которое отслеживало состояние оборудования на электростанциях и во всех типах электрических и тепловых сетей, а при выявлении технологических недостатков оперативно рассылало циркуляры и инструкции по их устранению. При реформировании электроэнергетики России эти важнейшие производственные структу-

ПРАКТИКА

Обучение

ры, определявшие высокий научно-технический уровень отрасли, были ликвидированы. В результате в структурах РАО «ЕЭС России» основными специалистами-работодателями стали менеджеры общего профиля, не имевшие специальных знаний в технологии и кадровых потребностях этой наукоемкой отрасли. Переход на двухуровневую подготовку выпускников высшей школы Переход на двухуровневую подготовку в высшей школе реализовывался Минобрнауки России в рамках создания Единого европейского образовательного пространства (ЕЕОП) в соответствии с принятыми в ЕЕОП квалификационными ступенями «бакалавр» и «магистр». Такой переход предполагал профессиональное обсуждение проблемы в вузах, отраслевых министерствах и сообществе работодателей. Фактически такое обсуждение не состоялось, так как руководители вузов, возражавшие против повальной бакалавризации базовых инженерных специальностей, были сняты руководством Минобрнауки с Конкурсов на выборы ректоров этих вузов. Обсуждение проблемы в отраслевых министерствах и сообществе работодателей профессионально не могло состояться, так как в Совете директоров РАО «ЕЭС России» – единственной организации, курировавшей в тот период отрасли электроэнергетики и электротехники, – как было сказано выше, не было лиц, компетентных в этих областях. В результате образовательные программы высшего профессионального образования (ВПО) были представлены в основном программами бакалавриата и магистратуры, а программы подготовки специалистов (инженеров) были сохранены для некоторых областей оборонно-промышленного комплекса, здравоохранения и наукоемких производств (Федеральные законы от 24.10.2007 № 232-ФЗ и от 01.12.2007 № 309-ФЗ). Перечень направлений ВПО с присвоением квалификации «специалист» был утвержден только спустя два года, после поголовной бакалавризации ВПО в вузах России (Постановление Правительства РФ от 30.12.2009 г. № 1136). В этом перечне ВПО направление подготовки специалистов в

областях электроэнергетики и электротехники исключены как не наукоемкие. Наукоемкость специальностей «Электроэнергетика» и «Электротехника» Научно-технический прогресс человечества в последние два столетия озарен гениями Майкла Фарадея, Джеймса Максвелла, Николы Теслы, которые заложили фундаментальные основы научных знаний в области электротехники и электроэнергетики. В настоящее время овладение этими специальностями требует изучение в вузе таких фундаментальных научных дисциплин, как • теория электрических цепей, II – III курсы; • теория электромагнитного поля, IV курс; • теория вероятностей при формировании электродинамических и нагрузочных процессов, IV – V курсы; • теория термодинамических процессов, IV курс; • переходные электромагнитные и электромеханические процессы в электроэнергетических системах, III – IV курсы. Все эти дисциплины составляют основу научных исследований профильных отделений Российской академии наук, которые курируют наукоемкие производства и оборонно-промышленный комплекс страны. В свете изложенного представляется необоснованным и безусловно ошибочным отнесение фундаментальных научных специальностей «Электроэнергетика» и «Электротехника», к категории ненаукоемких. Здесь же уместно напомнить, что для большинства профилей подготовки бакалавров по направлению электроэнергетика исключена или кратно сокращена базовая образовательная дисциплина «Переходные электромагнитные и электромеханические процессы в электроэнергетических системах», которая описывает поведение этих систем и их оборудования в режимах непрерывно изменяющихся графиков нагрузок и авариях. Именно эта наукоемкая дисциплина обосновывает расчетные соотношения для выбора параметров электроэнергетического и электротехнического оборудования в критических режимах его работы. В результате такого «упрощения» обучения все бакалавры-электроэнергетики не будут способны понимать

научно‑практическое издание

сущность происходящих процессов в электроэнергетических системах и в оборудовании, которые они должны квалифицированно обслуживать. Состояние проблемы подготовки инженерных кадров и пути ее решения Возражения ученых и ведущих специалистов в областях электроэнергетики и электротехники [2, 3] о недопустимости и технологической опасности прекращения подготовки инженерных кадров для этих базовых отраслей промышленности страны и замены их упрощенной бакалаврской подготовкой отклоняются Минобрнаукой с мотивировкой достаточности «фундаментальной профильной подготовки бакалавров по этим специальностям». Такое утверждение чиновников Минобрнауки не соответствует учебному плану подготовки бакалавра по направлению «140400. Электроэнергетика и электротехника», поскольку объем профильной подготовки бакалавров по сравнению с соответствующим инженерным образованием сокращен в три раза [4] и вся «фундаментальная» профильная подготовка сведена фактически к односеместровому ознакомлению с некоторыми общими проблемами этих отраслей. Рекомендуемое Минобрнаукой усиление фундаментальной профильной подготовки бакалавров за счет использования всей вариативной части учебного плана (50%!) не выполнимо, так как использование вариативных часов гуманитарного (15%) и естественно-научного (20%) циклов для расширения профильной подготовки бакалавров не разрешено учебным планом подготовки бакалавров [5, стр. 38-45]. Этот план допускает только незначительные отклонения, а для первых двух лет обучения (преимущественно гуманитарный и естественно-научный циклы) отклонения вообще не рекомендуются. Что касается вариативной части профессионального цикла, то её использование (15%) для расширения профильной подготовки бакалавров недопустимо, так как при этом исключаются такие фундаментальные технические дисциплины, как инженерная графика, прикладная механика, метрология, электроника, которые нельзя исключить из учебного плана технического образования. 55

ПРАКТИКА

Обучение

Депутатские запросы председателя комитета по энергетике Государственной думы Федерального собрания Российской Федерации (ГД ФС РФ) Грачева И.Д. и первого заместителя председателя комитета по образованию ГД ФС РФ Смолина О.Н. с предложением подготовить Проект дополнения в Постановление Правительства Российской Федерации № 1136 от 30.12.2009 г. о включении направления подготовки ВПО «Электроэнергетика и электротехника» в перечень ВПО, предусматривающий присвоение квалификации «специалист» с принятием решения Минобрнауки об утверждении ФГОС ВПО по подготовке специалистов по направлению ВПО «Электроэнергетика и электротехника», возвращаются инициаторам запроса со следующими предложениями: 1. Разработка и утверждение ФГОС ВПО осуществляется в соответствии с Правилами разработки и утверждения Федеральных государственных образовательных стандартов, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 24.02.2009 г. № 142 (далее – Правила). 2. В соответствии с пунктом 18 Правил проекты ФГОС могут быть разработаны в инициативном порядке образовательными и научными организациями на безвозмездной основе и направлены в Минобрнауки России для рассмотрения в соответствии с пунктами 7-17 Правил. 3. При поступлении в Минобрнауки России проектов ФГОС ВПО по направлениям подготовки (специальностям) в области электроэнергетики и электротехники они будут рассмотрены в установленном порядке. Реальное решение этих предложений может быть получено на основе выделения работодателями (Минэнерго РФ, ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «СО ЕЭС») грантов на разработку соответствующих ФГОС ВПО по специальностям «Электроэнергетика» и «Электротехника» вузами России на основе действующего учебного плана подготовки инженеров по этим специальностям, например, разработки МЭИ. Общая сумма этих грантов составляет всего около 10 млн рублей. В связи с неотложностью проблемы подготовки квалифицированных специалистов в области электроэнергетики и 56

01 /Март 2014

электротехники для обеспечения надежной работы оборонно-промышленного комплекса, атомной энергетики и систем жизнеобеспечения страны необходимо, впредь до решения этой проблемы в установленном порядке, разрешить платное годичное дообучение бакалавров до квалификации «специалист» (инженер). Это реализуется Приказом Минобрнауки, разрешающим профильным вузам России без дополнительного финансирования осуществлять платное годичное дообучение бакалавров по действующему учебному плану МЭИ в рамках реализации ФГОС ВПО второго поколения, например, как это сделано для присвоения звания магистр-инженер (приказ Минобрнауки №1657 от 18.05.2011 г.). Эта проблема должна быть решена комплексно, как в объеме выделенных для магистратуры бюджетных мест, оплаты годичного дообучения за счет средств работодателей и платного годичного обучения остальных бакалавров до уровня специалиста-инженера. Магистратура и проблемы её реализации Магистратура – это первая ступень инженерно-педагогических знаний, внедряемая в России в связи с её вступлением в Болонский образовательный процесс. Формирование магистерских знаний реализуется на основе бакалаврской подготовки и состоит в годичном профессиональном дообучении бакалавров до сложившейся в России инженерной подготовки с последующей годичной научнопедагогической практикой в вузах России. Эта практика состоит из подготовки и проведения практических и лабораторных занятий со студентами старших курсов и выполнения некоторого комплекса научно-исследовательских работ под руководством профессоров и ведущих доцентов выпускающих кафедр вузов. Решение задачи подготовки и защиты магистерских диссертаций затруднено из-за недостатка педагогических кадров на профилирующих кафедрах, способных обеспечить магистров необходимыми научными материалами, осуществлять научное руководство магистрами даже в объеме 20% от контингента бакалавров. Проблема магистерского образования осложнена в связи с общим сниже-

нием уровня подготовки студентов вузов после перехода к приему в институты по результатам ЕГЭ, когда репетиторская база получения и систематизации знаний была ликвидирована (подготовительные курсы при вузах для абитуриентов). В результате средний балл успеваемости бакалавров перед зачислением в магистратуру снизился до 3,2-3,5 (по пятибалльной системе), а выпускающие кафедры вузов испытывают затруднения в подборе кандидатов в магистратуру. При этих условиях институт магистратуры следует использовать в ограниченном объеме для кадрового обеспечения высшей школы, научных и проектных организаций по их заявкам. Для проектных организаций магистерская диссертация может быть представлена в виде нового проектного решения по конкретному техническому объекту. Предполагаемое Минобрнауки (Приказ № 1657 от 18.05.2011 г.) двухгодичное дообучение бакалавров до некоторого звания «магистр-инженер» путем освоения ими новых специальных курсов по профессионально ориентированным магистерским программам требует: • разработки и утверждения двухлетнего учебного плана дообучения бакалавров до получения квалификации инженер-магистр; • разработки специальных курсов по профессиональноориентированным магистерским программам; • учета возможностей выпускающих кафедр для массовых защит сложных магистерских проектов в каждом профильном вузе. Следует обратить особое внимание, что намечаемое двухлетнее платное дообучение 80% студентов вузов для получения некоторого звания «магистр-инженер» будет непосильным бременем для большинства населения страны и фактически приведет к отказу от этой формы подготовки специалистов для промышленности страны с соответствующими последствиями. Выводы 1. Переход на двухуровневую подготовку в высшей школе реализовывался в рамках создания ЕЕОП в соответствии с

ПРАКТИКА

Обучение принятыми квалификационными ступенями «бакалавр» и «магистр». Такой переход предполагал обсуждения специфики отрасли, ее инженерную сложность и наукоемкость. Обсуждение этой проблемы в электроэнергетике и электротехнике профессионально не могло состояться, так как основными работодателями для всех этих специальностей было РАО «ЕЭС России», в Совете директоров которого не было лиц, компетентных в этих областях знаний. Программы подготовки «специалист» (инженер) были сохранены для некоторых областей оборонно-промышленного комплекса, здравоохранения и наукоемких производств, руководители которых понимали техническую сложность и наукоемкость этих отраслей. 2. Научно-технический прогресс в последние два столетия во всех сферах жизни человечества основывается на научных достижениях в области электроэнергетики и электротехники. Овладение этими специальностями требует изучения таких фундаментальных научных дисциплин, как теория электрических цепей, теория электромагнитного поля, теория вероятностей, теория термодинамических процессов. Все эти дисциплины составляют основу научных исследований профильных отделений РАН, которые курируют наукоемкие производства и оборонно-промышленный комплекс страны. В свете изложенного представляется некомпетентным и безусловно ошибочным отнесение таких фундаментальных научных специальностей, как электроэнергетика и электротехника, к категории ненаукоемких. 3. Для надежной работы систем жизнеобеспечения страны, к которым относятся электроэнергетическая и электротехническая отрасли, необходимо восстановить в вузах дообучение всех бакалавров до уровня «специалиста-инженера». Эта проблема должна быть решена комплексно и индивидуально для каждого профильного вуза, а именно: в объеме выделенных бюджетных мест для магистратуры, оплаты инженерного обучения за счет средств работодателя, для которого готовится специалист, и платного годичного дообучения остальных бакалавров до уровня «специалиста-инженера». 4. Количество специалистов с магистерской подготовкой определяется двумя факторами: заявками работодателей от производства и возможностями выпускающих кафедр вузов. Определяющим фактором является возможность выпускающих кафедр вузов, которые должны решать одновременно две проблемы: подготовку педагогических кадров и выпуск специалистов «магистр-инженер» по заявкам работодателей, что потребует дополнаучно‑практическое издание

нительного увеличения читаемых курсов лекций и выполнения индивидуальных заданий. 5. Для дообучения всех бакалавров электроэнергетиков и электротехников до уровня инженерной подготовки необходимо разработать ФГОС ВПО четвертого поколения для двухуровневого обучения студентов по схеме «инженер (специалист) – магистр» с годичным дообучением всех обучающихся бакалавров до инженерной подготовки и последующей 20% магистерской подготовкой по заявкам выпускающих кафедр и работодателей. Реальное решение этой проблемы может быть получено путем выделения работодателями (Минэнерго РФ, ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «СО ЕЭС») грантов на разработку ФГОС ВПО четвертого поколения для электроэнергетики и электротехники вузами России на основе действующего учебного плана подготовки инженеров по этим специальностям, например, разработки МЭИ. Общая сумма этих грантов составит около 10 млн рублей. 6. Магистратура – это первая ступень инженерно-педагогических знаний, внедряемая в России в связи с её вступлением в Болонский образовательный процесс. Формирование магистерских знаний состоит в годичном профессиональном дообучении студентов, окончивших 4 курса, до сложившейся в России инженерной подготовки, с последующей годичной научно-педагогической практикой, предусматривающей проведение практических и лабораторных работ со студентами старших курсов и выполнение некоторого комплекса научно-исследовательских работ, завершающихся защитой магистерской диссертации. Литература 1. Платонов В.В. Электроэнергетика России: реформирование и развитие. Открытый семинар «Экономические проблемы энергетического комплекса». Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН. – 2009. – 88 с. 2. Дьяков А.Ф., Платонов В.В. О компетенции и уровне подготовки бакалавров в области электроэнергетики и электротехники // Энергетик. – 2011. – №11. – С. 2-8. 3. Обсуждение статьи Дьякова А.Ф. и Платонова В.В. «О компетенции и уровне подготовки бакалавров в области электроэнергетики и электротехники» // Энергетик. – 2012. – №1. – С. 24-26. 4. Дьяков А.Ф., Платонов В.В. «О проблемах высшего электроэнергетического и электротехнического образования в России // Электричество. – 2011. – №12. – С. 2-11. 5. Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования подготовки бакалавров по направлению 140400 электроэнергетика и электротехника. – М.: МЭИ, 2010.

От редакции: статья Дьякова А.Ф. и Платонова В.В. является, с согласия авторов, перепечаткой в сокращенном варианте статьи, опубликованной ранее в журнале «Энергетик» (№6 /2013). 57

ПРАКТИКА

Обучение

Автор: к.т.н. Щедрин В.А.,

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В ЭПОХУ ПЕРЕМЕН

ЧГУ им. И.Н. Ульянова, г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: анализируется состояние инженерного образования после подписания Болонской конвенции и введения нового ФГОС ВПО третьего поколения, предлагаются меры по сохранению базовых основ отечественного образования.

Ключевые слова: инженерное образование, Болонская конвенция, бакалавриат, магистратура, сетевое взаимодействие, электротехнический кластер.

Щедрин Владимир Александрович Год рождения: 1937. В 1962 г. окончил электроэнергетический факультет МЭИ. В 1970 г. защитил в МЭИ кандидатскую диссертацию по теме «Применение тензорно-топологического метода к анализу и расчету сложных электрических цепей и систем». Заслуженный энергетик Чувашской Республики, почетный работник ВПО РФ, заслуженный профессор Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова (ЧГУ), профессор кафедры электроснабжения имени А.А. Федорова. Автор более 200 научных работ и 5 изобретений.

01 /Март 2014

Опровергать утверждение о том, что наша отечественная система профессионального образования пребывает сегодня в плачевном состоянии, бессмысленно. По данному вопросу налицо всеобщий консенсус. И негативная оценка нынешнего состояния инженерной подготовки непременно подчеркивается на многочисленных форумах, в статьях и выступлениях ведущих специалистов-профессионалов из разных отраслей промышленности, а также видных ученых. «Как же так?» – спрашивают недоуменно граждане страны, ссылаясь при этом на целых два десятилетия перманентных реформ и непрерывного совершенствования системы образования, закрепленных к тому же уже в законе «Об образовании Российской Федерации» (№ 273-ФЗ), вступившем в действие с 1 сентября 2013 года. Очень мало кто из них осведомлен о том, что законодательно осуществленное реформирование российского образования исполнено по лекалам Болонской конвенции, которую Россия подписала в сентябре 2003 года в Берлине. Как раз вступление России в Болонский процесс и продвижение системы образования по этому пути рассматривается многими чуть ли не первопричиной всех бед начавшегося разрушения инженерного отечественного образования, базировавшегося всегда на авторитетной и целостной системе обучения и сочетавшего в себе основательную фундаментальную и профессионально-практическую подготовку. Поражает, прежде всего, факт исчезновения в законе об образовании ключевой фигуры современного общества – инженера, олицетворявшего всегда собой проводника научно-технического процесса, создателя материальных благ, жизнеобеспечивающих инфраструктур, а также источников самой жизни. Во многом именно этот факт вызывает особое неприятие специалиста с дипломом бакалавра. Академик Ж.И. Алферов на телевидении в одной из дис-

куссий буквально сказал: «Бакалавриат нужен тем, кому не нужна развитая и сильная Россия». Эти слова Нобелевского лауреата, конечно, нельзя выдергивать из контекста его выступления. В нем он особо подчеркивал, что заказчиком образования сегодня должно выступать государство, что задача государства и власти состоит не в отказе и не в урезании профессионального образования, а в создании условий для развития инновационных проектов, которые будут привлекать высокоразвитых специалистов и укреплять нашу страну. Однако как и с кем можно выполнить эту главную задачу, если из всего выпуска общероссийского бакалавриата планируется в будущем принимать по конкурсу лишь 20% бакалавров на следующую ступень – в магистратуру? К тому же тенденция такова, что магистратура в скором времени станет целиком платной. Входя в европейское образовательное пространство, не стоило бы забывать, что на Западе действительно имеет место острый дефицит специалистов среднего звена с дипломом бакалавра. Россия же сейчас нуждается в новых специалистах более высокого уровня, квалификация которых позволит осуществить реиндустриализацию и модернизацию экономики, а также в исследователях, способных поддержать ее научный потенциал и обеспечить развитие фундаментальной и отраслевой науки. Именно отсюда проистекает сильнейшая обеспокоенность о судьбах и российского инженерного образования со стороны российских электроэнергетиков и электротехников. Конечно, дело не в Болонской конвенции и не в многоуровневости образования, а в том, что процесс реформирования высшей школы в России осложняется множеством специфических факторов внутреннего характера. Он ассоциируется, например, с введением злополучного ЕГЭ, обязательного аккредитационного тестирования студентов вузов, непрозрачностью критериев определения эффективности

ПРАКТИКА

Обучение и элитности учебных заведений, надуманными причинами их слияния и т.д. Удручает и непрерывный рост стоимости платного обучения по контрактам с физическими лицами и по договорам с предприятиями о целевой подготовке кадров именно по техническим (инженерным) направлениям. Неподъемные цены для регионов устанавливаются сейчас самим Минобрнауки и не могут быть изменены вузами в сторону их снижения. Однако самое главное – это отсутствие адекватного финансирования вузов в целом, и особенно оплаты труда педагогов, а с ним – нарастающее в обществе неуважение к профессии ученого и преподавателя высшей школы. На первый взгляд кажется, что высокий кадровый потенциал, например, технических факультетов Чувашского госуниверситета (ЧГУ), включающий 12% докторов наук и 69% преподавателей с учеными степенями и званиями, должен бы радовать. Однако на самом деле изза непрестижности педагогического труда произошел стремительный отток молодых высококвалифицированных специалистов из вузов, а средний возраст профессоров и доцентов сегодня оказался далеко за 60 лет. Вскоре может рухнуть не только бюджетная система технического образования, но и просто будет некому учить. Проблемой проблем становится задача обеспечения кадрами самих технических кафедр вузов. Результатом скудности бюджетного финансирования и разрушения отраслевой науки стал и острейший дефицит современного научного и лабораторного оборудования университетов. Без науки бессмысленно говорить об инновационной системе образования. Болонская система предусматривает серьезную научную работу в период магистратуры и аспирантуры. Эта система, кстати, включает не две, а три ступени обучения: бакалавр – магистр – доктор. Последняя, третья ступень в России разделяется на два уровня: кандидат наук и доктор наук. И хотя ответственные представители Департамента научных и научно-педагогических кадров Минобрнауки утверждают, что оба уровня надолго сохранятся в будущем, но уже в законе № 273-ФЗ докторантура даже не упоминается, а аспирантура отнесена к одной из ступеней многоуровневой подготовки. Фактически аспирантура тоже полностью становится платной. Например, на 2014 год на все научные специальности по энергетике, электротехнике, теплотехнике, силовой электронике, автоматике энергонаучно‑практическое издание

Рис. 1. Система подготовки кадров в ЧГУ

систем, электротехнологиям ЧГУ, имеющему по этим направлениям диссертационные советы по защите докторских и кандидатских диссертаций, выделено всего 2(!) бюджетных места. Как говорится, комментарии излишни. Многие проблемы, затронутые и не перечисленные здесь, неоднократно и подробно обсуждались в публикациях Я.Л. Арцишевского, П.И. Бартоломея, Л.А. Бутырина, А.Ф. Дьякова, В.В. Платонова и других известных электротехников и энергетиков страны. В данной статье попытаемся коснуться еще лишь некоторых практических моментов, связанных с реализацией многоуровневой подготовки специалистов по новому стандарту – ФГОС ВПО третьего поколения. При этом будем придерживаться совета видного специалиста в области релейной защиты и автоматизации энергосистем профессора Г.С. Нудельмана. В одной из дискуссий он как-то сказал: «Обсуждение реформы происходит практически постфактум. Концепция уже сформулирована, сроки определены. В таких обстоятельствах критика, имеющая целью не внесение каких-то корректив в программу реформы, а принципиальное противостояние ей, не принимается. Но, хотя известно, что дебаты по определению стратегии развития дают эффект только на подготовительной стадии ее подготовки, общественность обязана высказаться о проводимом курсе и дать свои предложения о тактических поправках этого курса». Постараемся сформулировать ряд конкретных предложений по совершенствованию инженерной подготовки, опираясь на опыт ЧГУ, но оставаясь в рамках принятого закона об образовании и руководствуясь базовыми положениями ФГОС ВПО по теперь единому 59

ПРАКТИКА

Обучение

направлению 140400 – «Электроэнергетика и электротехника». В ЧГУ на электротехнических факультетах еще до подписания Болонской конвенции была введена с 1994 года многоуровневая подготовка кадров, представлявшая собой достаточно эффективную комбинированную модель бакалавриата, специалитета (инженерная подготовка) и магистратуры (рис. 1). Магистерские программы, реализовавшиеся соответственно на V и VI курсах в форме индивидуальных планов магистрантов, обеспечивали качественную специализированную подготовку по высоким технологиям и инновационным проектам предприятий. В течение 1,5-2 лет будущие магистры органично совмещали работу на производстве и выполняли магистерские диссертации, как правило, на рабочих местах по реальной тематике, непосредственно связанной с деятельностью организаций-заказчиков специалистов. По согласованию с работодателями в рабочие учебные планы магистратуры вводились циклы дисциплин профессиональной специализации. При этом осуществлялся обмен высококвалифицированными кадрами посредством привлечения ученых ЧГУ на предприятия и специалистов предприятий на университетские кафедры для чтения лекций по спецкурсам и для участия в ГАК. Тем самым осуществлялся в реальном времени контроль со стороны заказчиков за качеством подготовки специалистов и оперативно вносились желаемые изменения по его совершенствованию. Важно, что в данном процессе подготовки специалистов работодатели оказались заинтересованными в предоставлении своих площадей и оборудования для проведения адресных занятий, практик, стажировок и совместного выполнения НИР в рамках хозяйственных договоров и договоров о сотрудничестве. К процессу такого обучения подключались помимо магистрантов и будущие инженеры, оканчивавшие специалитет. Их персонально подбирали на III-IV курсах и приглашали на работу отделы кадров 60

01 /Март 2014

организаций-работодателей. В рамках такого сетевого взаимодействия обучалось около 60% выпускников. К сожалению, бакалавр оставался непонятым и невостребованным. Фактически на бакалавриат поступали на первых порах только те, кто желал стать магистром, поскольку по действовавшим в то время правилам инженер мог поступить в магистратуру лишь на платной основе (в ЧГУ эта плата составляет сейчас 119 тыс. руб. в год). Как только это ограничение для инженеров было отменено, бакалавриат почти обезлюдел. Сейчас магистратура пополняется в основном за счет работающих на предприятиях инженеров-выпускников предыдущих лет. Она стала наиболее престижной формой получения высшего образования. Магистры пришлись ко двору всем инновационным компаниям. Однако переход на новый ФГОС ВПО третьего поколения и введение новой системы обучения, удовлетворяющей Болонской конвенции (рис. 2, Б) взамен существовавшей (рис. 2, А), в настоящее время резко меняет ситуацию. ФГОС ВПО установлены нормативные сроки освоения основных образовательных программ (ООП): бакалавриата – 4 года, магистратуры –

Рис. 2. Системы подготовки кадров по ФГОС ВПО

2 года на базе бакалавриата. В магистерской подготовке, по сути, мало что изменяется, и с основными положениями нового стандарта вполне можно принципиально согласиться, если не касаться вопроса освоения ряда компетенций, а также нормы определения штатов преподавателей (10 магистрантов – 1 преподаватель). С 2011 года все студенты данного направления, начиная с первого курса, обучаются только по учебным планам бакалавриата. Для многих вузов, не имеющих магистратуры, обучение на этом успешно завершается. В московских технических университетах на этот счет шутят: «Студенты за 2,5 года получают специальность слесаря-программиста и уходят работать на неполный день, учиться уже в принципе не надо: через 1,5 года – они бакалавры». В тех же вузах, где функционирует магистратура, приемные комиссии в летний период проводят конкурсный набор на магистерские программы. Количество бюджетных мест в магистратуре устанавливается каждому вузу ежегодно в полном соответствии с госзаказом. Например, в 2014 г. на направление «Электроэнергетика и электротехника» план приема ЧГУ включает: 175 человек на бакалавриат (8 профилей) и 50 человек

ПРАКТИКА

Обучение

в магистратуру (9 магистерских программ). Нетрудно рассчитать, что при данных цифрах приема ЧГУ будет выпускать, с учетом отсева (12%) и приема в магистратуру (50 человек), 104 бакалавра в год. Возможно, что единицы из них пожелают продолжить учебу в магистратуре на платной основе. Следовательно, возникает вопрос о том, будут ли и насколько соответствовать уровню современных и будущих требований в области электроэнергетики и электротехники 100 новоиспеченных бакалавров – выпускников ЧГУ? Ведь заявленный в ФГОС ВПО по данному направлению для бакалавров всех профилей уровень компетенций в принципе не может быть обеспечен, в чем нетрудно убедиться при знакомстве с содержанием стандарта, например, по профилю «Релейная защита и автоматизация энергосистем». Формальное освоение ООП бакалавриата без надлежащего инженерного осмысления физических процессов в сложнейших системах в будущем может грозить нарушением функционирования основного силового электрооборудования электростанций, электроэнергетических систем, работающих с огромными концентрациями энергии, а также регулирующих устройств «умных» сетей, автоматики и релейной защиты. Речь идет по существу об обеспечении надежности систем жизнеобеспечения, энергетической безопасности как частных компаний, так и государства. Ущерб, нанесенный неквалифицированной деятельностью бакалавров, может оказаться в десятки раз большим, чем экономический эффект от сокращения срока обучения специалистов всего на один год. Известно из теории управления рисками, что каждый рубль, вложенный в предупреждение от аварий и бед, позволяет сэкономить не только в электроэнергетике до 100 рублей. Из этих соображений вытекает предложение: необходимо сохранить двухуровневую подготовку по приоритетному направлению 140400 – «Электроэнергетика и электротехника», но с квалификацией (степенью)

инженер-бакалавр (5 лет обучения) и магистр (6 лет), что экономически выгоднее и не противоречит закону об образовании. Принятие такого решения надо добиваться совместно и вузам, и работодателям. В крайнем случае, целесообразно в будущем выделять на инженерную подготовку до 30% выпуска бакалавриата и осуществлять ее дополнительно по конкретным заказам предприятий на целевой основе в рамках кластера. В настоящее время отсутствуют прогнозные исследования по определению численности и квалификации необходимых инженерных кадров в регионах России. Однако на рынке труда наблюдается дефицит именно специалистов в развивающихся инновационных секторах экономики при общем избытке выпускников вузов. Любое веяние времени создает некие «качели» востребованности специалистов: сегодня требуются одни кадры, завтра – другие. Проведенные в ЧГУ исследования показали, что для Чувашии ежегодная потребность в инженерных кадрах находится на уровне 600 человек, но наибольшая численность высококвалифицированных инженеров требуется в энергетике и электротехнике, а также в приборостроении и машиностроении. Сейчас в вузах республики проводится интенсивная диверсификация приема на отдельные направления подготовки. Она, несомненно, связана с инновационной деятельностью предприятий. Остается высокой потребность и в специалистах среднего профессионального уровня – выпускников техникумов и колледжей. Однако такая форма подготовки фактически исключена новым законом. Речь идет о введении прикладного бакалавриата в вузах, который и будет поставлять на рынок специалистов среднего профессионального уровня. Отсюда вытекает еще одно предложение: согласовать рабочие планы прикладного бакалавриата с работодателями и ориентировать на такой вид подготовки порядка 40% приема студентов на I курс. В Чувашии на базе сетевого взаимодействия предприятий, органов

научно‑практическое издание

власти, организаций науки и образования складываются отраслевые кластеры, что объясняется осознанием работодателей выгодности кооперирования с вузами. Сегодня тенденции таковы, что учебные заведения (в первую очередь университеты) рассматриваются руководителями предприятий в качестве прямого ресурса для разработки инновационных продуктов и процессов. Поэтому нельзя отрывать проблемы модернизации подготовки специалистов от взаимодействия высшего образования и бизнеса, а также от передачи технологий и технологического самообучения. В апреле 2012 г. подписано Соглашение о создании электротехнического кластера Чувашии. Его участниками наряду с ЧГУ стали: Министерство экономического развития, промышленности и торговли Чувашской Республики, ОАО «Корпорация развития Чувашской Республики» и известные электротехнические предприятия (ООО НПП «ЭКРА», ОАО ВНИИР, ЗАО «ЧЭАЗ», ООО «НПП Бреслер», ООО «НПП Динамика» и др.). Такое сетевое или кластерное взаимодействие университета с предприятиями Чувашской Республики позволяет готовить квалифицированные инженерные кадры, уровень знаний которых полностью удовлетворяет работодателя. Известно, что работодатели не удовлетворены качеством подготовки специалистов из-за существующего разрыва между вузовской моделью обучения и практической деятельностью компаний, фирм и других организаций. Их претензии главным образом касаются отсутствия в выпускниках знаний основных компетенций, к которым относятся корпоративная культура, коммуникационные навыки, системное мышление, лицензионные и программные продукты, проектный опыт и т.д. Совместная целевая подготовка кадров позволит устранить эти существенные недочеты. ЧГУ внес также на рассмотрение Совета Федерации и другие предложения: 1. Разработать Стратегию и долгосрочный план подготовки инжене61

ПРАКТИКА

Обучение

ров, а также принять Закон об инженерном высшем образовании в России, четко определив рамки государственного регулирования системы высшего образования и подготовки кадров для жизнеобеспечивающих и инновационных отраслей, предприятий и участия в нем государства. 2. Выработать принципиальные положения взаимодействия между государственными вузами и частными предприятиями, обеспечив гарантии работодателям, осуществляющими целевую подготовку специалистов. Решить проблему договорных отношений, кредитования и налогообложения для целевого обучения. 3. Завершить законодательную перестройку структуры высшей инженерной школы, обозначив право вузов в количественной и качественной подготовке инженеров-бакалавров и инженеров-магистров. 4. Внести изменения в ФГОС ВПО третьего поколения в части профессионального образования по направлению

01 /Март 2014

140400 – «Электроэнергетика и электротехника» (квалификация «бакалавр») и, возможно, по другим направлениям, предусмотрев трехгодичную базовую и двухгодичную профессиональную подготовку специалистов с квалификацией «бакалавр-инженер». 4. Решить законодательно вопрос об упразднении двойного налога при передаче современного оборудования предприятиями вузам, а также при направлении преподавателей и сотрудников вузов на стажировки за счет предприятий. 5. Выработать механизм оплаты высококлассных профессионалов-практиков, приглашаемых на педагогическую работу в университеты, поскольку в учебном процессе необходимы не только доктора и кандидаты наук, но и специалисты-практики различных инновационных направлений. Чувашия является признанным центром электротехнической промышленности и энергетики. Интеллектуа-

лизация электроэнергетики и электротехники, связанная с автоматизацией умных сетей (smart grid) и организацией оптимальных потоков передачи электроэнергии, требует новых инженерных кадров. Опыт показывает, что переход на ФГОС ВПО, предусматривающий четырехлетнюю подготовку бакалавров, не отвечает современному развитию техники. В этой связи инженерное образование еще раз подвергается испытанию в совершенно новой ситуации. В формальном реформировании случайно можно потерять фундаментальные основы традиционного отечественного инженерного образования. Чтобы этого не случилось, важно сформировать видоизмененную модель бакалавриата с различными модулями и профилями и сроками подготовки. В эту модель должны органично вписаться концептуально-методологические принципы Болонского процесса и базовые основы отечественного инженерного образования.

Новые книги Издательство «Инфра-Инженерия» представляет новые книги известных специалистов В.И. Гуревича «Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения» и О.Г. Захарова «Надежность цифровых устройств релейной защиты. Показатели. Требования. Оценки». В книге Владимира Гуревича подробно рассмотрены проблемы уязвимости микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ) к естественным и преднамеренным деструктивным воздействиям, включающим кибернетические и электромагнитные воздействия. Описаны современные технические средства, с помощью которых могут осуществляться преднамеренные дистанционные деструктивные воздействия на МУРЗ. Рассмотрены как традиционные пассивные (экранированные шкафы, фильтры, кабели, специальные материалы и покрытия) средства защиты, так и новые, основанные на схемотехнических и аппаратных методах. Книга рассчитана на инженеров, занимающихся разработкой, проектированием и эксплуатацией релейной защиты, а также может быть полезна научным работникам, преподавателям, аспирантам и студентам соответствующих дисциплин средних и высших учебных заведений. В книге Олега Захарова проанализированы и систематизированы требования к надежности цифровых устройств релейной защиты, регламентированные в нормативных документах. На основе опыта аттестации и сертификации цифровых устройств в различных организациях даны предложения по номенклатуре показателей надежности, приводимой в технических условиях. Рассмотрены используемые в практике способы оценки, основанные на статистической обработке информации о правильных и неправильных срабатываниях защит. Даны примеры оценок выбранных показателей надежности на основе информации, получаемой от эксплуатирующих организаций, с применением стандартных планов и методов контрольных испытаний на надежность. Издание дополнено информацией о поведении цифровых устройств релейной защиты при экстремальных воздействиях. Книга предназначена для специалистов, занимающихся разработкой, проектированием и эксплуатацией цифровых устройств релейной защиты. Оформить заказ на книги можно на сайте Издательства «Инфра-Инженерия»: http://www.infra-e.ru Справки по тел.: 8-911-512-48-48 skype: infra_e

Гарантированное получение всех номеров журнала

Подписка на 2014 г. (4 номера) – 2800 руб. Стоимость подписки включает НДС 10% и цену доставки.

Вы можете оформить подписку на журнал «Релейная защита и автоматизация» через редакцию с любого месяца и приобрести отдельные номера, отправив заполненную Заявку удобным для Вас способом (по e-mail: ina@srzau-ric.ru, на сайте: www.srzau-ric.ru или почтовому адресу: 428003, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр-кт И. Яковлева, д. 3). Также можно подписаться в любом почтовом отделении России по Объединенному каталогу «Пресса России», подписной индекс 43141. Электронная версия журнала доступна на www.elibrary.ru научно‑практическое издание

ПРАКТИКА

Испытания

Автор: Зайцев Б.С.,

Требования к современному проверочному оборудованию.

ООО «НПП «Динамика», г. Чебоксары, Россия.

Источник тока: диапазон, мощность, напряжение Аннотация: в декабрьском выпуске журнала специалисты НПП «Динамика» начали публиковать серию статей, посвященную требованиям к современному проверочному оборудованию. В первой публикации рассматривалась точность испытательного оборудования, которая необходима и достаточна для проверки различных типов устройств РЗиА. В данной статье речь пойдет об источнике тока, имитирующем для проверяемых устройств РЗиА вторичные сигналы первичных измерительных трансформаторов тока, будут рассмотрены необходимые диапазоны изменения тока, максимальные выходные значения мощности и напряжения источников тока, а также влияние нагрузки на их величины.

Ключевые слова: РЕТОМ, РЗиА, диапазон, ток, напряжение, сопротивление.

Зайцев Борис Сергеевич Год рождения: 1959. В 1984 году окончил кафедру «Электрические аппараты» Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова. Заместитель директора по инжинирингу ООО «НПП «Динамика», г. Чебоксары.

01 /Март 2014

Для измерения величин срабатывания и возврата различных устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА) проверочное оборудование должно обладать возможностью регулирования в широких пределах тока, напряжения, частоты и фазы. Все устройства РЗиА выполнены на номинальный вторичный ток (Iн), равный 1 А или 5 А. Рабочий диапазон токов таких устройств лежит в пределах от 0,02Iн до 40Iн. Следовательно, диагностическая система должна регулировать выходной ток от 10 мА до 210 А, а с учетом запаса на поиск срабатывания – до 250 А. Таким образом, одним из основных требований к проверочному оборудованию является обеспечение тока с кратностью регулировки до 25 000. С точки зрения реализации это достаточно сложная задача, так как в отличие от калибраторов, диагностическое устройство, с целью имитации аварийных режимов, должно производить изменение тока практически мгновенно. При создании испытательного комплекса РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» данная задача была решена следующим образом: в прибор были встроены шесть источников тока, каждый из которых имеет максимальное значение выходного тока – 36 А. Различные комбинации соединения каналов позволяют получить ток до 72 А в трехфазном и до 216 А в однофазном режимах работы. Данные диапазоны дают возможность проверить весь перечень устройств РЗА одно- и пятиамперных, в том числе и сложных современных дифференциальных микропроцессорных (МП) защит трансформаторов. Выходное напряжение источников тока напрямую зависит от величины нагрузки, т.е. сопротивления проверяемых устройств. Для тестирова-

ния различных типов устройств РЗиА требуются разные уровни напряжения. В табл. 1 приведены значения выходного напряжения в зависимости от типа проверяемых устройств и номинального тока. Панели защит со встроенными микропроцессорными терминалами (МП) имеют сопротивление в среднем 0,1-0,15 Ом в каждой токовой цепи, в то время как сами терминалы – не более 50 мОм. Сопротивление полупроводниковых панелей (ПП) составляет 0,25-0,6 Ом в зависимости от номинального тока. Наибольшее сопротивление имеют электромеханические защиты (ЭМ). Например, широко распространенная панель ЭПЗ-1636 в пятиамперном исполнении в цепи фазы тока имеет сопротивление до 0,8 Ом, а в нулевой цепи – до 2,5 Ом (панель нового типа с РМ12). В одноамперном исполнении сопротивление полной цепи фаза-ноль варьируется в диапазоне от 20 до 100 Ом (панель старого типа с РБМ). Получается, что для тестирования устройств РЗиА всех поколений необходимо, чтобы проверочное оборудование обеспечивало выходное напряжение до 800 В при мощности в 20 кВА. Табл. 1. Значения выходного напряжения в зависимости от типа устройств РЗиА и номинального тока

Тип РЗиА

Номинальный ток, А Исп. 1 А

Исп. 5 А

0,02-40

0,1-210

МП

до 6 В

до 32 В

до 6 В

ПП

до 24 В

до 52 В

до 9 В

ЭМ

до 800 В

до 170 В

до 29 В

ПРАКТИКА

Испытания

Однако, учитывая тот факт, что проверочное оборудование имитирует работу измерительного трансформатора тока, на практике столь большая мощность не требуется. В связи с этим максимальное выходное напряжение источника тока прибора РЕТОМ-61 составляет 34 В, что вполне достаточно для проверки вышеперечисленных устройств РЗА. При необходимости можно увеличить значение выходного напряжения в два раза, подключив два источника тока последовательно, а применяя дополнительный блок однофазного преобразователя тока РЕТ-10, входящий в состав испытательного комплекса РЕТОМ-61, можно развить на нагрузке напряжение до 500 В или ток до 360 А (при этом выходная мощность определяется возможностями каналов тока прибора РЕТОМ-61). Какая же выходная мощность источников тока требуется для проведения проверок различных типов устройств РЗиА? В качестве примера рассмотрим основные выходные параметры токового канала прибора РЕТОМ-61. На рис. 1 представлены зависимости максимальных выходных значений тока, напряжения и мощности канала от сопротивления нагрузки. Для наглядности на оси сопротивлений условно показаны диапазоны нагрузок различных типов устройств РЗА: микропроцессорных, полупроводниковых, электромеханических панелей. На рисунке видно, что в диапазоне 0,3-2,0 Ом мощность достигает наибольших значений, т.е. в случае, когда это действительно необходимо – при тестировании пятиамперных электромеханических защит. Проверка одноамперных электромеханических панелей, имеющих сопротивление более 2 Ом, требует от проверочного оборудования высокого выходного напряжения, при этом величина тока ограничена выходным напряжением источника. Проверка МП-защит обычно проводится током до 36 А при мощности до 200 ВА. Таким образом, в идеале токовый канал проверочного оборудования должен обладать выходной мощностью до 1000 ВА. Комплекс РЕТОМ-61 имеет выходную мощность одного канала

Рис. 1. Зависимость основных параметров канала тока прибора РЕТОМ-61 от сопротивления нагрузки

до 800 ВА, тогда как другие подобные устройства обеспечивают мощность канала на уровне 400 ВА. Для обеспечения одновременной выдачи максимальной мощности шестью каналами тока (около 4,8 кВА) в прибор должен быть встроен очень мощный блок питания. Однако опыт эксплуатации прибора РЕТОМ-61 показал, что на практике чаще используются три канала тока в трехфазном режиме, имитирующие однофазные, двухфазные и трехфазные виды аварий. В данном режиме прибор выдает мощность до 2400 ВА, что обеспечивает проверку всех типов устройств РЗА. Использование пяти или шести каналов тока необходимо только при тестировании микропроцессорных терминалов, и в этом случае большая мощность не требуется. Таким образом, при создании прибора РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» найден разумный компромисс между весогабаритными параметрами и работоспособностью системы, позволяющей проводить полноценные проверки всех видов устройств РЗиА. Далее рассмотрим зависимость выходного тока от нагрузки и то, как она влияет на точность работы канала. В отличие от идеальных источников тока реальные источники всегда имеют конечное внутреннее сопротивление. В нашем случае это различные схемы защиты от входных воздействий и контроля над параметрами выходного сигнала, филь-

научно‑практическое издание

Рис. 2. Перераспределение Iвых между внутренним сопротивлением источника тока (Rв) и нагрузкой (Rн)

тры и т.д. На рис. 2 показана схема подключения нагрузки и перераспределение выходного тока между паразитным внутренним сопротивлением источника тока (Rв) и нагрузкой (Rн). Выходной ток вычисляется по формуле: . Следовательно, чем больше значение Rв, тем меньше изменение тока в нагрузке. На рис. 3 показан график зависимости тока в нагрузке от сопротивления для источника калибраторного типа, который обычно применяется в проверочных устройствах, подобных РЕТОМ-61. Суть работы источника калибраторного типа заключается в том, что заданное значение тока не должно зависеть от изменения нагрузки Rн. Например, значение сопротивления реле РТ-40 65

ПРАКТИКА

Испытания

при срабатывании может измениться почти на 20%, при этом ток, протекающий через обмотку, меняться не должен, в противном случае параметры срабатывания реле будут определены неточно. Для того, чтобы обеспечить корректную работу испытательного прибора, необходимо, чтобы ток менялся в пределах границ гарантированной точности (соответствующей на графике абсолютной точности ±δ% от заданной величины тока Iз) во всем диапазоне нагрузок. Если изменение тока выходит за рамки допускаемой погрешности при сопротивлении, меньшем 100 Ом, то следует говорить о рабочем диапазоне нагрузки или приводить дополнительную погрешность от сопротивления. На рисунке граница Rпред рабочего диапазона нагрузок соответствует 100 Ом, поскольку типовое сопротивление различных устройств РЗиА не превышает данное значение. Следует заметить, что уменьшение рабочего диапазона нагрузок позволит заявить более высокую точность, но

01 /Март 2014

Рис. 3. Зависимость тока в нагрузке от сопротивления (Rпред = 100 Ом, Rк – сопротивление калибровки)

это повлечет за собой ограничение области применения прибора с точки зрения нагрузки. Прибор РЕТОМ-61 имеет рабочий диапазон нагрузки практически до 150 Ом, что позволяет отстроиться от влияния сопротивления проверяемого объекта. Следует учитывать, что величина выходного тока ограничена выходным напряжением канала. При достижении максимального значения напряжения

прибор выдаст предупреждающее сообщение о несоответствии выходного тока заданной величине. В заключение следует отметить, что в статье рассматривалась диагностика вторичных устройств РЗиА. Величина тока про проверке первичного оборудования может достигать 25кА и более, но это отдельный вопрос, требующий дальнейшего рассмотрения.

ПРАКТИКА Авторы: к.т.н. Малый А.П., к.т.н. Шурупов А.А., к.т.н. Дони Н.А., Кочкин Н.А., Карсаков В.Г., ООО НПП «ЭКРА»,

В помощь проектировщику

Выбор параметров локального микропроцессорного УРОВ Аннотация: в статье освещаются вопросы выбора режима локального микропроцессорного устройства резервирования при отказе выключателя (УРОВ) линии и его уставок по току и времени срабатывания.

г. Чебоксары, Россия.

Ключевые слова: микропроцессорное устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ), выбор режима, уставки по току и времени. Часть 1. Функциональная схема Устройство резервирования при отказе выключателей предназначено для ближнего резервирования защит: при отказе выключателя повреждённого присоединения (например, линии) выделить повреждённый элемент сети отключением других (смежных) выключателей с минимальным ущербом для потребителей. Настоящая статья посвящена выбору режима локального микропроцессорного УРОВ и его уставок по току и времени срабатывания. Многие из приведённых ниже рекомендаций можно найти в нормативных документах и технической литературе [1, 2, 3, 4], а также частично в рекомендациях по выбору уставок УРОВ от производителей микропроцессорных защит. Статья имеет целью на примере УРОВ линии в шкафах микропроцессорных защит производства НПП «ЭКРА» помочь проектировщикам, а также ремонтному персоналу электролабораторий, который непосредственно эксплуатирует устройства релейной защиты в энергосистемах, выбрать требуемые в конкретных условиях параметры локального микропроцессорного УРОВ. На подстанциях с двумя выключателями на присоединение УРОВ позволяет при коротком замыкании (КЗ) на линии и отказе выключателя сохра-

УР I Рис. 1. Действие УРОВ на подстанциях с двумя выключателями на присоединение

01 /Март 2014

нить в работе все присоединения подстанции, кроме повреждённой линии (рис. 1). На подстанциях с одним выключателем на присоединение УРОВ позволяет свести к минимуму число отключений, погасив только одну секцию шин. Для повышения надёжности срабатывания и несрабатывания УРОВ (исключения ложного или излишнего действия) приняты следующие принципы функционирования УРОВ: 1) УРОВ выполняется индивидуальным для каждого присоединения (локальным, а не централизованным, общим для всех присоединений подстанции). Это позволяет отказаться от увеличения выдержки времени УРОВ, которая в централизованном УРОВ должна перекрывать суммарное время отключения двух выключателей при расположении двух параллельных линий на одной опоре – в случае перехода КЗ с первой линии на вторую и отказе выключателя второй линии. Централизованное УРОВ имело бОльшую надёжность при электромеханическом исполнении (благодаря меньшему числу реле времени и промежуточных реле), но в микропроцессорном исполнении централизация не приводит к повышению надёжности. В то же время отсутствие лишних кабельных связей устройств разных

ПРАКТИКА РТ

У Р ОВ

РТ

У Р ОВ

РТ

У Р ОВ

В помощь проектировщику

DT1

Дейс тв ие У Р ОВ от ос тал ь ны х защит

DT2

Дейс тв ие У Р ОВ через ДЗ Ш

Дейс тв ие У Р ОВ от ДЗ Ш

DT3

З НФ Р

XB1

Пус к В Ч Т О № 1

& &

Пус к У Р ОВ

С рабаты в ание защит шкаф а 1

Пус к У Р ОВ от ДЗ Ш

Пус к У Р ОВ от в нешних защит

Дейс тв ие У Р ОВ « на с ебя»

DT4

XB3

В ы в од У Р ОВ KQC1 KQC2

XB2 Регулируемые элементы

присоединений увеличивает надёжность локальных УРОВ. Поэтому во всех типах шкафов, где имеется возможность контроля тока через выключатель, предусматривается реле тока и логика УРОВ. 2) Предусмотрены цепи для самоудерживания защит, которые могли бы вернуться и сорвать пуск УРОВ при переходе одного вида КЗ в другой или при неполнофазном отключении выключателя. Например, предусмотрен подхват отключающего импульса дистанционной защиты (ДЗ), токовой направленной защитой нулевой последовательности (ТНЗНП) или вывод направленности ТНЗНП после её действия на отключение. 3) Предусмотрена возможность работы УРОВ в двух режимах [2]: • «С дублированным пуском» (предложен В.М. Елфимовым, Энергосетьпроект); • «С автоматической проверкой исправности выключателя» (предложен В.М. Ермоленко и В.Н. Красевой, Энергосетьпроект). Функциональная схема УРОВ Пуск локального УРОВ происходит в терминале (например, в терминале

Наименование

Диапазон

DT1 Задержка действия УРОВ через ДЗШ, с

(0,1...0,6)

XB1 Пуск УРОВ при действии ЗНФР

0-не предусмотрен, 1-предусмотрен

XB2 Подтверждение пуска УРОВ от сигнала KQC

0-не предусмотрено, 1-предусмотрено

XB3 Действие УРОВ «на себя»

0-не предусмотрено, 1-предусмотрено

Рис. 2. Функциональная схема УРОВ линии

БЭ2704 016), содержащем защиты присоединения, при появлении любого из следующих сигналов (рис. 2): • от внешних устройств РЗА линии; • от диффзащиты шин (ДЗШ) – для пуска УРОВ при КЗ между выключателем линии и трансформатором тока (ТТ) ДЗШ; • от защит шкафа (ДЗ, токовой отсечки (ТО) или ТНЗНП; • от защиты от неполнофазного режима (ЗНФР) для выключателей с пофазными электромагнитами управления; • от внешнего пуска «Пуск УРОВ». Для ввода и вывода УРОВ из работы предусмотрен оперативный переключатель «УРОВ» (сигнал «Вывод УРОВ»).

научно‑практическое издание

Выявление факта отказа любой фазы выключателя устанавливается пофазными реле тока РТ УРОВ. При установке программной накладки ХВ2 в положение «не предусмотрено» УРОВ может действовать либо на узел отключения выключателя («действие на себя»), либо через ДЗШ для отключения выключателей секции шин или в защиту трансформатора (автотрансформатора). Для «действия на себя» программная накладка ХВ3 должна быть установлена в положение «предусмотрено». Тогда УРОВ дополнительно с малой выдержкой времени DT4 пытается отключить свой вы69

ПРАКТИКА

Малый Альберт Петрович В 1958 г. окончил МЭИ, кандидат технических наук (НПИ, 1988 г.), старший научный сотрудник. Ведущий инженер ООО НПП «ЭКРА».

Шурупов

В помощь проектировщику

ключатель, и если выключатель и в этом случае не отключился, то УРОВ с контролем от реле тока РТ УРОВ и с большей выдержкой времени DT1, предназначенной для отстройки от времени отключения резервируемого выключателя, действует через ДЗШ. При выборе режима «С дублированным пуском» программируемая накладка ХВ2 устанавливается в положение «предусмотрено». В этом случае для действия УРОВ необходим возврат сигнала KQC (аналог реле положения «Включено» выключателя). В обоих случаях при срабатывании УРОВ производится также: • запрет автоматического повторного включения (АПВ) шин; • запрет АПВ выключателя линии; • останов высокочастотного (ВЧ) передатчика линии; • пуск сигнала ВЧТО №1 для телеотключения выключателя противоположного конца линии с запретом АПВ. Сигналы KQC1 и KQC2 относятся к цепям ЭМО1 и ЭМО2 одного выключателя. Для облегчения анализа аварий при действии УРОВ отдельно выводятся сигналы о действии УРОВ от ДЗШ и о действии УРОВ от остальных защит.

Выбор режима УРОВ XB2 1) Режим «С дублированным пуском» Режим «С дублированным пуском» предотвращает излишний пуск УРОВ от внешней защиты, цепи действия которой на ЭМО вывели испытательным блоком на время проверки, а цепи пуска УРОВ забыли вывести. Этим предотвращается возможность излишнего срабатывания УРОВ, например, при опробовании внешней защиты с действием на отключение. В режиме «С дублированным пуском» программная накладка ХВ2 устанавливается в положение «предусмотрено», а программная накладка ХВ3 устанавливается в положение «не предусмотрено». В этом режиме сигнал на пуск УРОВ (рис. 2) требуется дублировать (отсюда – название режима) возвратом сигнала KQC (в положение «0»), что соответствует в релейном исполнении возврату реле РПВ включённого положения выключателя. При действии внешней защиты на ЭМО сигнал KQC возвращается из-за того, что KQC шунтируется контактом выходного реле защиты РЗ1 (при взаимодействии со шкафами управления предыдущего поколения сигнал KQC приходит на схему УРОВ от размыкающего контакта реле KQC [5], и тогда логика приёма его несколько изменена) – рис. 3.

Алексей Александрович В 1973 г. окончил НПИ, кандидат технических наук

+220 В

РЗ1

-220 В

БИ1

(НПИ, 1981 г.), старший научный сотрудник. Заведующий отделом защит

РЗ2

ЭМO

БИ2

подстанционного оборудо-

KQC

вания ООО НПП «ЭКРА».

KQC

"0" XB 3

Рис. 3. Применение схемы с дублированным пуском – при возврате

РЗ1 " 1"

РЗ2

XB 2

DT 4

1 &

выведена для проверки; в цепи пуска УРОВ не приводит к пуску УРОВ)

РТ УРОВ

A B C

01 /Март 2014

DT 1

Действие через ДЗШ

ШЭ2607 с РЗ и УРОВ

5 70

К1

KQC (внешняя защита РЗ2 замыкание её контакта

R2 - R4

VD 1

ШЭ2607 с АУВ

KQC

IЭМО

ПРАКТИКА

Дони Николай Анатольевич В 1969 году окончил НПИ. В 1981 году во ВНИИЭ защитил кандидатскую диссертацию «Исследование и разработка высокочастотной защиты линий сверхвысокого напряжения». Имеет более 120 научных публикаций в области релейной защиты, микропроцессорной техники и цифровой обработки сигналов электроэнергетических систем. Директор по науке - заведующий отделом перспективных разработок.

В помощь проектировщику боре данного режима возможно уменьшение минимально допустимой задержки срабатывания УРОВ [7]. Поэтому в большинстве случаев использования УРОВ рекомендуется применять режим «С дублированным пуском».

Возврат сигнала KQC происходит, даже если выключатель отключился неполнофазно. Пуск УРОВ в режиме «С дублированным пуском» происходит, только если выключатель уже получил команду на отключение от внешней защиты, что означает, что внешняя защита не выведена из работы и цепи её действия на ЭМО собраны. Запрет пуска УРОВ при опробовании защит с действием на отключение особенно важен для линий 110-220 кВ, большинство из которых имеет один выключатель на присоединение, когда излишнее или ложное срабатывание УРОВ приводит к обесточиванию одной или даже обеих систем шин. Достоинством данного режима является то, что пуск УРОВ происходит только при срабатывании защит с действием на отключение. Недостаток – возможность отказа УРОВ секции, если внешняя защита введена в работу, но её цепь к электромагниту отключения выключателя оборвана (рис. 4). Опыт эксплуатации УРОВ показывает, что вероятность подобного обрыва мала благодаря резервированию выходных цепей защит [6]. Кроме того, при вы+220 В

РЗ1 РЗ2

XB3 2) Режим «С автоматической проверкой исправности выключателя» Режим «С автоматической проверкой исправности выключателя» в случае обрыва цепи действия внешней защиты на электромагнит отключения выключателя, когда эта защита не может отключить КЗ и пускает УРОВ, позволяет проверить исправность других цепей отключения, в том числе цепи от шкафа, где установлен УРОВ, до выключателя и цепей самого электромагнита отключения (отсюда – название режима). В режиме «С автоматической проверкой исправности выключателя» программная накладка ХВ3 устанавливается в положение «предусмотрено», а программная накладка ХВ2 – в положение «не предусмотрено»). -220 В

БИ1

ЭМO

БИ2

QT KQC

IЭ МО R2 - R4

VD 1

ШЭ2607 с АУВ

Р З1

" 0" Рис. 4. Применение схемы

РЗ2

К1

KQC

XB 2

"1" XB 3

& DT 4

с автоматической проверкой исправности &

цепи ЭМО (внешняя защита РЗ в работе; обрыв в цепи её действия на ЭМО, если цепи

РТ УРОВ

самого ЭМО исправны, не приводит к пуску ДЗШ)

научно‑практическое издание

A B C

DT 1

Действие через ДЗШ

ШЭ2607 с РЗ и УРОВ

ПРАКТИКА

Кочкин Николай Андреевич В 1978 году окончил НПИ. Заместитель заведующего отделом ООО НПП «ЭКРА».

Карсаков Владимир Геннадьевич Окончил в 2005 г. Чувашский государственный университет. В настоящее время работает заведующим сектором ООО НПП «ЭКРА».

01 /Март 2014

В помощь проектировщику В этом режиме при пуске УРОВ от внешней защиты в первую очередь (с меньшей, нерегулируемой выдержкой времени DT4 – 0,02 с) выполняется попытка действия на отключение своего выключателя («действие на себя»), то есть проверяется исправность самого электромагнита отключения ЭМО (рис. 4). И, если он исправен, выключатель отключается, защиты возвращаются, и снимается сигнал действия УРОВ через ДЗШ. Если же после этого отключения выключателя не происходит, это означает, что неисправна не цепь от внешней защиты к ЭМО, а сам ЭМО. Тогда с проверкой срабатывания реле тока УРОВ и с большей выдержкой времени (регулируемой от 0,1 до 0,6 с на элементе DT1) формируется сигнал от УРОВ на ДЗШ и выполняется отключение выключателей своей секции шин через ДЗШ. В случае исправности цепей от шкафа до ЭМО и исправности самого ЭМО отключается только выключатель повреждённой линии и возвращается реле тока РТ УРОВ. Если же резервируемый выключатель неисправен, то трёхфазное реле тока РТ УРОВ не возвращается, и УРОВ действует на отключение смежных выключателей. Недостатком этого режима является то, что при проверке внешней защиты на работающей линии и выведенной на время проверки цепи действия защиты на ЭМО (от РЗ2, рис. 3) при замыкании её контакта в цепи пуска УРОВ возможно отключение неповреждённой линии. А если при таком излишнем отключении произойдёт отказ выключателя, то УРОВ сработает на погашение секции шин. Поэтому этот режим используется редко, а именно в тех сетях, где излишнее отключение одной линии при опробовании защит не приводит к тяжёлым последствиям для энергосистемы. Одна из накладок ХВ2 или ХВ3 должна быть в положении «предусмотрено», а другая – «не предусмотрено». Установка обеих накладок в положение «предусмотрено» равносильно выбору режима «с дублированным пуском», так как дополнительное действие «на себя» ничего нового не даёт: команда на ЭМО уже поступила, и, если он неисправен, то ещё одна команда не поможет. Установка обеих накладок в положение «не предусмотрено» может при пуске

УРОВ от выведенной внешней защиты вызвать ложное действие УРОВ на смежные выключатели с погашением секции шин. XB1 Программная накладка ХВ1 (рис. 2) устанавливается в положение «не предусмотрено» на линии с двумя выключателями, когда неисправность одного из них не требует немедленного отключения линии. Продолжение «Часть 2. Реле тока УРОВ» читайте в следующем номере. Литература: 1. Руководящие указания по релейной защите. Вып.6. Устройства резервирования при отказе выключателей 35-500 кВ. – М.: Энергия, 1966. – 48 с. 2. Рубинчик В.А. Резервирование отключения коротких замыканий в электрических сетях. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 120 с. 3. Таубес И.Р. Устройства резервирования при отказе выключателя (УРОВ) в сетях 110-220 кВ. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 88 с. 4. Разработка рекомендаций по расчёту и выбору параметров срабатывания защиты на микропроцессорной базе ВЛ 500-750 кВ. – М.: Энергосетьпроект, 11511тм-Т1, 1983. 5. Чернобровов Н.В., Семёнов В.А. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 799 с. 6. Сулимова М.И. Опыт эксплуатации устройств резервирования при отказе выключателей // Электрические станции. – 1981. – №12. - С. 58-61. 7. Основы техники релейной защиты / Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. – М.: Энергия, 1984. – 376 с.

НП «СРЗАУ»

Представляем партнеров

ООО «Лаборатория интеллектуальных сетей и систем» (ООО «ЛИСИС») 105318, г. Москва, ул. Мироновская, д. 33 тел.: +7 (495) 660 12 00 факс.: +7 (499) 780 79 51 e-mail: info@lysis.su www.lysis.su Численность персонала: 50 человек Год создания: 2011 О компании: «Лаборатория интеллектуальных сетей и систем» входит в группу компаний «Микроника-ЛИСИС» и является исследовательской компанией, ориентированной на разработку и внедрение инновационного оборудования для электроэнергетического комплекса. Виды деятельности: ООО «ЛИСИС» является экспертом в области знаний «Цифровая подстанция» и занимается разработкой собственного оборудования, адаптацией электротехнического оборудования зарубежных производителей, консалтингом, технической поддержкой и надзором за проектами. Разработки: Нами разработана и запатентована интегрированная система автоматизации подстанций (integrated substation automation system – iSAS), позволяющая реализовать все функции, обеспечивающие защиту и управление подстанциями класса 6-500 кВ (РЗА, АСУ ТП, РАС, ПА, ОМП и т.д.). На сегодняшний день в компании разработан функционал, позволяющий автоматизировать ПС до 110 кВ включительно. Персонал: Мы консолидировали команду ученых, математиков-алгоритмистов, программистов-разработчиков, специалистов в области РЗА, АСУ ТП, АИИС КУЭ, являющихся членами международных организаций МЭК и CIGRE, определяющих развитие мировых стандартов электроэнергетики. Награды и достижения: По итогам участия в Международном энергетическом форуме UPGrid2013 «Электросетевой комплекс. Инновации. Развитие» получен приз за реализованный инновационный проект. Партнеры: НПП «Микроника» – российский производитель полного цикла. Предприятие обеспечивает проектирование, производство, поставку, внедрение и техническую поддержку программно-технических комплексов автоматизации электросетевых объектов. Оборудование компании эксплуатируется на сотнях подстанций ЕНЭС России, в центрах управления группами подстанций (ЦУГП, ЦУС), на объектах и в центрах управления Олимпиады «Сочи-2014».

научно‑практическое издание

История Автор: д.т.н., профессор Левиуш А.И., г. Москва, Россия.

Сигнализация и защита от замыкания на землю в сети 6-35 кВ *

В Западной Европе исследования сигнализации замыкания на землю еще до Второй мировой войны были далеко продвинуты. В середине 30-х годов прошлого века H. Neugebauer предложил сигнализацию (защиту) замыкания на землю в кабельной сети, заземленной через дугогасящую катушку на переходных процессах, реализованную на электронных лампах. В СССР Василий Макарович Маранчак (МЭИ) в 50-е годы предпринял попытку повторить H. Neugebauer для защиты статора гидрогенератора от замыкания на землю. На подстанции (ПС) 110/20 кВ Schwarzwald в сети с компенсационной нейтралью, под боком у исследовательского центра Siemens (г. Нюренберг), в 2005 году фидер с землей отыскивался поочередным отключением. Автора и Сергея Григорьевича Попова водил по этой ПС репатриант из Ташкента. Земля в сети редка из-за применения изоляции из сшитого полиэтилена. В России с изоляцией в кабельных сетях дела обстоят хуже. В кабельных сетях СССР селективная сигнализация, реагирующая на емкостной ток замыкания на землю, длительное время выполнялась на электромеханических реле, подключаемых к кабельным транс-

Кискачи В.М.

форматорам тока нулевой последовательности (ТТНП) [1]. Основоположником и автором систематических исследований в области селективной сигнализации и защиты от замыкания на землю в кабельной сети является Игорь Моисеевич Сирота (Институт электродинамики АН Украины) [2, 3]. Яков Соломонович Гельфанд и Иосиф Николаевич Попов исследовали применение чувствительных защит от замыкания на землю на магнитных усилителях (1955-60 гг.). С 60-х до середины 90-х годов ХХ века наступила «эра Валентина Моисеевича Кискачи» – он внес основополагающий вклад в теорию защиты на высших гармониках, а также в разработку защит и сигнализаций на этих гармониках. Устройства УСЗ-2/2 [4] УСЗ предназначено для применения в компенсированных сетях (с ДГР) на головных участках кабелей, отходящих от шин станций и крупных ПС. Согласующие трансформаторы тока устройства подключаются к измерительным трансформаторам тока нулевой последовательности различных типов: ТФ, ТЗР, ТЗ, ТЗЛ. Измерительный орган устройства предназначен для выявления высших гармонических в токах нулевой последовательности. Якорь выходного реле отпадает при снятии повреждения с данного кабеля, а

Фото 1. УСЗ-2/2

Фото 2. УСЗ-3М

тиратрон сигнализации продолжает гореть до его квитирования кнопкой. Время задержки на срабатывание выходного органа порядка 50 мсек, что вполне достаточно для правильного поведения сигнализации (защиты) при переходных процессах и перемежающихся дугах. Клевки замыканий на землю не фиксируются. Срабатывание при перемежающихся дугах (повторно-кратковременных замыканий) обеспечивается. Серийное производство этих устройств (фото 1) на ЧЭАЗ началось в 1969 году. Выпускаются они до сих пор. Модернизация УСЗ-2/2 проводилась в 2002 году путем замены тиристора на интегральные схемы и тригер. Руководил модернизацией Дмитрий Владимирович Виноградов (ЧЭАЗ). Условия селективной работы УСЗ-2/2 [5]: , где Cɛ – емкость сети; C1 – емкость поврежденного присоединения; Ci – емкость i присоединений. Из изложенного следует, что применение устройств сигнализации, реагирующих на абсолютный уровень содержа-

Виноградов Д.В.

*В последующих номерах журнала будут опубликованы статьи в продолжение этой серии: 1. Защита статора генератора от замыканий на землю. 2. Защита и сигнализация от однофазных замыканий на землю на переходных и волновых процессах.

01 /Март 2014

История ния высших гармоник в токах нулевой последовательности, наиболее целесообразно в сетях с большим числом присоединений. Это определяется, вопервых, большой величиной произведения Kч Kотстр и, во-вторых, сравнительно постоянным абсолютным уровнем содержания высших гармоник, практически не зависящих от гармоник токов нагрузки отдельных присоединений. В сетях с небольшим числом присоединений и там, где уровень высших гармоник в сети заметно колеблется с изменением режима работы сети, целесообразно использовать устройства относительного сопоставления уровня внешних гармоник типов УСЗ-З, УСЗ-3М (фото 2) [6]. Расчет минимального уровня высших гармоник при однофазных замыканиях на землю [7]: 1. Кабельные линии замещаются Т-образной схемой замещения, трансформаторы – Г-образной схемой. 2. Компенсирующая катушка имеет линейную характеристику. 3. Апроксимация кривой намагничивания силового трансформатора производится параболой пятой степени. Расчет ведется в матричной форме. Данные, полученные на основании расчета, сопоставляются с полученными на аналоговой вычислительной машине ЭМУ-10. Расхождение не превышает 25%.

Устройство УСЗ-3М относительного замера на высших гармониках Суммарные высшие гармоники на поврежденном присоединении больше суммарных высших гармоник на неповрежденном присоединении**. Серийный выпуск устройства УСЗ-3М начался на ЧЭАЗ в 1971 году и продолжается до настоящего времени. Устройство поочередно подключается к трансформаторам тока нулевой последовательности каждого присоединения. Сигнализация указывает поврежденный кабель с вероятностью 90-95% из-за неодновременности (2-3 минуты) снятия показаний с прибора. Сигнализация определяет и кабель с перемежающейся дугой. Защита типа ЗЗП-1 [10] Защита этого типа (фото 3) предназначена для селективного отключения защищаемого присоединения при однофазных замыканиях на землю в сетях с повышенными требованиями безопасности (торфоразработки, карьеры, шахтные сети и тяговые сети МПС) с изолированной нейтралью напряжением 2-10 кВ, с суммарным емкостным током от 0,2 до 20 А, с использованием кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) типов ТЗЛ, ТЗ, ТФ и других. Цепи напряжения, включенные на разомкнутый треугольник трансформатора напряжения (3Uo). Максимальная чувствительность по первичному току

Фото 3. ЗЗП-1

Нудельман Г.С.

3I = 0,07 А. Защита типа ЗЗП-1 представляет собой направленную защиту нулевой последовательности с выделением гармонической составляющей 50 Гц [15]. Схема электрического подключения вспомогательного устройства ВУ-1 (последовательный резонанс на 50 Гц) к цепям напряжения – 3Uo. ВУ-1 к цепям напряжения на 10 комплектов [11] предназначено для фильтрации в цепях напряжения, исключающей ложное срабатывание при ликвидации земли. Начало серийного выпуска на ЧЭАЗ – 1971 год. Выпускается до сих пор. РТЗ-50 и РТЗ-51 Во ВНИИР на полупроводниковых приборах было разработано реле защиты от замыканий на землю типа РТЗ-50. В 1979 г. под руководством Годы Семеновича Нудельмана – реле тока с повышенной чувствительностью типа РТЗ-51 уже на интегральных микросхемах [9]. Реле предназначено для использования совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности в качестве органа, реагирующего на ток в схемах защит при замыканиях на землю генераторов, двигателей и линий с малыми токами замыкания на землю. Диапазон регулирования уставок реле по току срабатывания – от 0,2 до 12 А дискретными ступенями 0,006; 0,012; 0,026; 0,036; 0,048 А. Номинальный ток – 01 А. За выпуск на первом этапе от ЧЭАЗ отвечал Борис Иванович Панфилов.

Панфилов Б.И.

** Высшие гармоники, кратные трем, обусловлены несинусоидальностью ЭДС генераторов и нелинейностью кривых намагничивания потребительских трансформаторов.

научно‑практическое издание

История Защита ЗЗН Защита ЗЗН (фото 4) разрабатывалась под руководством Валентина Валентиновича Кискачи (ВНИИЭ) – сына и ученика В.М. Кискачи. Она предназначена для селективной защиты при однофазных замыканиях на землю в сетях 2-10 кВ, работающих с изолированной или заземленной через активный резистор нейтралью, а также в сетях с частичной компенсацией емкостного тока сети с токами замыкания на землю от 0,2 до 150 А. ЗЗН выпускается на ЧЭАЗ с 1998 года и по сию пору. Рядом с В.М. Кискачи многие годы плодотворно работала Светлана Евгеньевна Сурцева (ВНИИЭ). Большой вклад в разработку этих защит внесла и Надежда Михайловна Горшенина (ЧЭАЗ). «Рука об руку» шли в течение более 30 лет В.М. Кискачи и Н.М. Горшенина. Будучи начальником конструкторского бюро на заводе, через нее прошли все разработки В.М. Кискачи для кабельной сети. Вклад В.М. Кискачи в определение ВЛ 35 кВ с однофазным замыканием Защита сетей 35 кВ от замыкания на землю не дошла до серийного выпуска. Пофазные U-образные датчики тока расположены под проводами ВЛ. Поврежденная ВЛ с замыканием на землю: суммарные гармоники одной фазы больше каждой из двух других фаз. Неповрежденная ВЛ: ток каждой из двух

Кискачи В.В.

01 /Март 2014

неповрежденных фаз больше и приблизительно равен току третьей фазы – это условия блокировки. Это защита ЗЗО относительного замера. Защита установлена в Омских сетях 35 кВ. Испытания подтвердили надежность работы защиты. На ВЛ в течение 10 лет было зафиксировано более 300 замыканий на землю, неправильных – нет. «Паук-17» и «Паук-23» Устройства типа «Паук», разработка которых велась В.М. Кискачи в 1979-1985 гг., были установлены в г. Ленинград (ныне Санкт-Петербург) на 17 и 23 присоединениях на подстанциях. Централизованное устройство предназначалось для селективного определения замыкания на землю на кабельных линиях подстанций сети 6-10 кВ. В этом устройстве была впервые применена автоматическая регулировка чувствительности. Надежная и правильная работа устройств типа «Паук» так понравилась ленинградцам, что они стали просить о поставках и в дальнейшем. Но в стране началась перестройка, и внедрение этих надежных устройств остановилось. «Квант» и «Сириус-ОЗЗ» разработки «РАДИУС Автоматика» Первым изделием, которое выпустило НПФ «Радиус» после своего основания в 1990 году, был прибор «Квант» (фото 5). Тогда специалисты «Радиуса» практически не имели никакого опыта в области электроэнергетики, поэтому работа над первыми приборами шла

Фото 4. ЗЗН

под руководством «Фирмы ОРГРЭС». Специалисты ОРГРЭС ставили задачи, давали консультации, занимались организацией и участвовали в испытаниях первых приборов. Прибор «Квант» был задуман как более современная версия одного из ранее выпускавшихся приборов для определения места однофазного замыкания на землю непосредственно в полевых условиях. Суть этого переносного прибора типа тестера – измерение электрического поля частотой 550 Гц (11-й гармоники частоты сети) в зоне воздушной линии, создаваемого токами нулевой последовательности при ОЗЗ. До места замыкания со стороны подстанции ток нулевой последовательности, а значит, и поле высших гармоник велико, после прохождения точки замыкания его значение, как правило, снижается в несколько раз. Поэтому требований к точности измерений нет, так как важно лишь изменение показаний. Главным консультантом, или, как говорят, «технологом», от «Фирмы ОРГРЭС» многие годы выступал бригадный инженер Анатолий Павлович Кузнецов. Он фактически поставил НПФ «Радиус» на ноги и дал ей путевку в жизнь электроэнергетики. Дополнительно, по его предложениям, в прибор «Квант» были введены и другие полезные функции, такие как проверка обесточенных предохранителей (пробник) и дистанционное оценочное измерение тока в проводах ВЛ.

Горшенина Н.М.

Кузнецов А.П.

История Данный прибор выпускается НПФ «Радиус» уже более 22 лет. Он претерпел модернизацию, но до сих пор находит устойчивый спрос в электрических сетях. В настоящее время все терминалы защиты ЗАО «РАДИУС Автоматика», предназначенные для сетей 6-35 кВ с возможностью возникновения ОЗЗ, в обязательном порядке имеют ступени защиты от замыканий на землю по току и/или напряжению нулевой последовательности. В зависимости от наличия в терминалах цепей тока и напряжения реализованы разные способы измерения и срабатывания ступени защиты от ОЗЗ: – по току нулевой последовательности основной частоты; – по сумме высших (нечетных) гармоник в токе нулевой последовательности; – по напряжению нулевой последовательности; – по напряжению и, одновременно (по схеме И), по току нулевой последовательности; – направленная земляная защита. Еще одной разработкой, исключительно предназначенной для поиска земли на подстанциях и РП напряжением 6-10 кВ, является устройство «Сириус-ОЗЗ» (фото 6). Оно уже выпускается порядка пяти лет. Данный прибор запускается при превышении уставки по любому из двух входных напряжений нулевой последовательности и опрашивает подключенные к нему трансформаторы тока нулевой последовательности, определяя, таким образом, присоединение с максимальным

его уровнем по принципу относительного замера. Фидер с максимальным значением тока 3I0 считается замкнувшимся на землю. Прибор обслуживает максимально до 24-х присоединений и имеет возможность индивидуального задания коэффициентов ТТНП каждого фидера с целью сравнения токов в первичных значениях. Особенностью устройства является возможность настроить измерительный тракт по току как чисто по первой гармонике сигнала – частотой 50 Гц для чисто изолированной нейтрали, так и по сумме высших гармоник в токе нулевой последовательности – для сетей с компенсированной нейтралью. Еще хочу подчеркнуть, что «СириусОЗЗ» рассчитан только на устойчивые замыкания на землю, не перемежающиеся изза неодновременного последовательного съема значений каналов тока с помощью релейного коммутатора. Поэтому там есть функция сброса измерений даже при кратковременном пропадании напряжения 3U0 одного из пусковых каналов. Иначе сравнение токов 3I0 будет некорректным. Зато было получено большое число каналов и дешево, и без кучи входных трансформаторов и каналов АЦП. Главным разработчиком «Кванта» был, по сути, Анатолий Павлович Кузнецов из ОРГРЭС, а вот терминал «СириусОЗЗ» – коллективный труд под руководством главы Инженерного центра ЗАО «РАДИУС Автоматика» Владимира Юрьевича Лукоянова.

Фото 5. «Квант»

Фото 6. «Сириус-ОЗЗ»

научно‑практическое издание

Защита с наложением Устройства защиты от замыканий на землю в компенсированных сетях, использующие наложенный ток с частотой, отличающейся от промышленной, были разработаны в Институте электродинамики АН Украины под руководством И.М. Сироты [12] и в Томском политехническом университете (ТПУ) под руководством Роберта Александровича Вайнштейна [13]. Практическое применение получила защита в кабельных компенсированных сетях, разработанная ТПУ, в которой используется наложение тока с частотой 25 Гц с помощью источника, включаемого последовательно в цепь дугогасящих реакторов со стороны заземляемого вывода. При устойчивых замыканиях селективность обеспечивается за счет того, что при этом ток с частотой 25 Гц протекает только по поврежденной линии. При дуговом перемежающемся замыкании на стадии горения имеют место ток разряда емкости поврежденной фазы и токи дозаряда емкостей неповрежденных фаз, и на емкостях фаз сети формируется некоторый суммарный избыточный заряд. После погасания дуги происходит стекание избыточного заряда через дугогасящий реактор (ДГР) в виде затухающих колебаний с частотой, близкой к промышленной. На поврежденной линии направления токов на стадии горения дуги и на стадии стекания избыточных зарядов совпадают, а на неповрежденной линии противоположны.

Вайнштейн Р.А.

История Это показано на рис. 1. Так как изменение зарядов емкостей фаз сети равно интегралу соответствующих токов, то на поврежденной линии интеграл тока за время между двумя соседними зажиганиями дуги равен суммарному изменению зарядов фаз всей сети. На неповрежденной линии токи на стадии горения дуги и на стадии стекания избыточных зарядов компенсируют друг друга, и поэтому интеграл тока имеет малую величину. Соотношение значений интегралов тока на неповрежденной и поврежденной линиях благодаря этому меньше, чем соотношение емкостей фаз сети и емкости защищаемой линии. При выполнении защиты, основанной на использовании свойства интеграла тока нулевой последовательности, в значительной степени исключается влияние многообразия количественных и качественных особенностей мгновенных значений токов при дуговых перемежающихся замыканиях, поскольку изменение зарядов определяется только начальными и конечными напряжениями на емкостях фаз сети. Закономерности изменения интеграла тока нулевой последовательности хорошо сохраняются при замене точного интегрирования фильтрацией в области частот примерно до 35 Гц [14]. При этом обеспечивается совместимость действия защиты при устойчивых и

перемежающихся замыканиях и возможность использования достаточно простых технических средств, в виде специальных токовых реле с соответствующей частотной характеристикой. Важным элементом защиты является источник наложенного тока, в качестве которого используется электромагнитный параметрический делитель частоты на два. Благодаря внесенным в него изменениям, а именно замене конденсатора колебательного контура цепью, состоящей из линейного дросселя и конденсатора, включение источника в цепь дугогасящих реакторов, во-первых, практически не влияет на сопротивление в цепи нейтрали на промышленной частоте и, вовторых, его работа не нарушается при замыкании на землю, когда по выходным цепям источника протекает ток ДГР [16]. Длительная эксплуатация большого количества источников показала также их высокую надежность. Источники наложенного тока в зависимости от конкретных условий выпускаются либо маслонаполненными, либо в сухом исполнении (фото 7). Новые микропроцессорные устройства сигнализации замыкания на землю кабельных и воздушных линий НПП «Бреслер» Микропроцессорное устройство серии «Бреслер-0107.ОПФр» предназначено для защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) и определения поврежденного фидера (ОПФ) в воздушных или кабельных сетях 6-35 кВ. Работает в сетях с изолированной или любым способом заземленной нейтра-

а)

лью, в том числе в сетях с компенсацией емкостного тока. Выявляет все виды ОЗЗ – устойчивые, неустойчивые, однократные, самоликвидирующиеся. Сочетает в себе достоинства как централизованного, так и индивидуального устройства защиты. Может использоваться с действием на сигнализацию или отключение поврежденной линии. Универсальное устройство ОЗЗ, в котором представлены новые технические решения, разработано под руководством Владимира Николаевича Козлова. Устройство состоит из центрального терминала (фото 8) и удаленных микропроцессорных «фидерных» терминалов (ФТ) (фото 9). Последние устанавливаются непосредственно в ячейках отходящих линий вблизи трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) и соединяются с центральным терминалом по последовательному каналу связи, образуя цифровую сеть посредством интерфейса RS-485. Данное решение позволяет: максимально облегчить работу ТТНП, сократив до минимума протяженность его вторичной цепи, исключить громоздкое и дорогое кабельное хозяйство. Удаленные микропроцессорные ФТ контролируют напряжение нулевой последовательности 3Uo питающей секции шин и ток 3Io ТТНП линии. Они оцифровывают и предварительно обрабатывают результаты измерений и затем передают их центральному терминалу. Центральный терминал, сравнивая информацию со всех фидерных терминалов, принимает решение о поврежден-

б) в)

Рис. 1. Токи, обусловленные изменением зарядов фаз сети при дуговом замыкании: ,

– токи разряда;

– токи дозаряда;

– токи стекания избыточных зарядов с емкостей фаз после

обрыва дуги соответственно в поврежденной и неповрежденной линиях

01 /Март 2014

Фото 7. Элементы источника наложенного тока типа ИКТС-25 в сухом исполнении: а) конденсатор, б) делитель частоты, в) дроссель

История ной линии, что обеспечивает высокую степень селективности защиты. Система имеет высокую живучесть. В случае потери связи с центральным терминалом ФТ самостоятельно принимают решение о повреждении контролируемой линии, исходя из заложенных в них алгоритмов. В настоящее время нет алгоритма, который бы обеспечивал определение поврежденной линии при всех возможных видах ОЗЗ и разнообразии сетей. Поэтому в устройстве заложен целый спектр алгоритмов ОПФ, используемых в различных ситуациях после идентификации вида ОЗЗ. На центральный терминал возложены функции осциллографирования в момент ОЗЗ фазных напряжений, напряжения 3U0 и токов 3I0 ТТНП линий и анализ осциллограмм для идентификации вида повреждения и подбора математического обеспечения, соответствующего происшедшему виду замыкания, сети и т.д. К настоящему времени в эксплуатации находятся более 1 500 линий, оборудованных устройствами серии «Бреслер-0107. ОПФр». Разносторонность разработчиков сигнализации и защиты от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ Разработчики сигнализации и защиты от замыканий в сетях 6-35 кВ – замечательные люди. Помимо высокого профессионализма их отличала разносторонность интересов. В.М. Кискачи коллекционировал земские марки и занимался исследованиями в этой области. В царской России меж-

дугороднюю связь осуществляла государственная почта. Связь деревни с городом осуществлялась земствами, которые тоже выпускали свои марки. Г.С. Нудельман – общепризнанный поэт- релейщик, у которого издано 5 сборников стихов. Д.В. Виноградов – яхтсмен. В.Н. Козлов конструирует электронные часы и является любителемкинологом. Б.И. Панфилов читал лекции по астрономии во Дворце пионеров и строил телескопы. Р.А. Вайнштейн – «заслуженный» турист, который побывал на Камчатке, Командорских островах, Тянь-Шане, Подкаменной Тунгуске, Туве и т.д. Н.М. Горшенина прекрасно вяжет, шьет, плетет макраме и до сих пор увлекается своим садом и огородом. В.Ю. Лукоянов серьезно занимается художественной фотографией. В.М. Кискачи и Р.А. Вайнштейна, несмотря на то что они были принципиальными конкурентами, связывали прекрасные, теплые отношения. В заключение хочу выразить уверенность, что рассмотренные в этой статье разработки сигнализации и защиты от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ послужат базой для дальнейшего развития этого направления релейной защиты. Литература 1. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. М-Л.: ГЭИ, 1952. – 480 с. 2. Сирота И.М. Защита от замыканий на землю в электрических сетях. Киев: Изд-во АН УССР, 1955.

3. Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности. Киев: Наукова думка, 1983. 4. Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Сигнализация однофазных замыканий на землю в компенсированных кабельных сетях 5-10 кВ. Труды ВНИИЭ XVI. Госэнергоиздат, 1963. С. 219-251. 5. Кискачи В.М. Условия селективной работы сигнализации однофазных замыканий с использованием высших гармонических токов нулевой последовательности. Труды ВНИИЭ XXVI. Издательство «Энергия», 1966, С. 80-88. 6. Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Определение поврежденного присоединения при замыканиях на землю в кабельных сетях. // Электрические станции – 1965. – №7. С. 60-64. 7. Кискачи В.М. Расчет минимального уровня высших гармонических при однофазных замыканиях на землю с изолированной и компенсированной нейтралью. Труды ВНИИЭ XXVI, Издательство «Энергия», 1966, С. 89-105. 8. Грикманис А.А., Розенкронс Я.К. Отыскание однофазных замыканий на землю // Электрические станции – 1965. – №7. С. 82-85. 9. Нудельман Г.С., Шамис М.А. Быстродействующие реле тока для защиты от замыканий на землю // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения. 1981. Вып. 1(92). С.13. 10. Кискачи В.М. Защита от однофазных замыканий на землю ЗЗП-1 (описание, наладка, эксплуатация). М.: Энергия, 1972. 11. Пат. №2009591. Способ определения направления мощности в защищаемой сети / В.В. Кискачи// Открытия. Изобретения. 1994. №5. 12. Сирота И.М. Сигнализация замыканий на землю, основанная на использовании второй гармоники. В кн. Сигнализация замыкания на землю в компенсированных сетях / под ред. В.И. Иоэльсона. М.: Госэнергоиздат, 1962. С. 67 – 76. 13. Вайнштейн Р.А. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ / Вайнштейн Р.А., Головко С.И., Коберник Е.Д., Юдин С.М. // Электрические станции. – 1998. – №7. С. 26-30. 14. Вайнштейн Р.А. Условие функционирования защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока при дуговых перемежающихся замыканиях / Вайнштейн Р.А., Пашковский С.Н., Понамарев Е.А., Шестакова В.В. // Электричество. – 2009. – № 12. С. 26-32. 15. Кискачи В.М. Селективная чувствительная защита от замыканий на землю в сетях с малым емкостным током ЗЗП-1// Электрические станции. – 1966. – №3. – С.66-68. 16. Вайнштейн Р.А., Шестакова В.В., Юдин С.М. Защиты от замыканий на землю. Источник контрольного тока // Новости электротехники. – 2008. – №6.

Фото 8. Внешний вид центрального Козлов В.Н.

терминала «Бреслер-0107.ОПФр»

научно‑практическое издание

Фото 9. Внешний вид фидерного терминала

вНИМАНИЕ

Требования к оформлению статей

УДК

Рубрика журнала: название статьи (стиль ЗАГОЛОВОК 1, на рус. и англ. языках)

Аннотация статьи (на рус. и англ. языках) Ключевые слова (на рус. и англ. языках)

Фамилия И. О. (на рус. и англ. языках) Организация, город, страна ( на рус. и англ. языках)

Текст статьи Редактор: Microsoft Word (с расширением .doc) Переносы слов: без переноса. Расположение страниц: книжное.

Гарнитура шрифта: Times New Roman, Arial Размер шрифта: 11 пт. Формат бумаги: А4.

Список литературы: •  не более 15 литературных источников, содержащих материал, использованный автором при написании статьи. Ссылки в тексте даются в квадратных скобках, н-р [1]. Ссылки на неопубликованные работы не допускаются. •  оформление согласно ГОСТ 7.1-2003 «Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила оформления». •  сокращения отдельных слов и словосочетаний приводятся в соответствии с ГОСТ 7-12-93 «Библиографическая запись. Сокращение слов на русском языке. Общие требования и правила». Сведения об авторе (с фотографией): Фамилия, Имя, Отчество; ученая степень; почетные звания; должность и место работы; дата рождения; год окончания вуза с указанием названий вуза и кафедры; год и место защиты и тема диссертации; контактный тел. и e-mail. К направляемым в редакцию статьям прилагаются: • заявление от автора на имя главного редактора; • две внешние рецензии;

• акт экспертизы; • ходатайство научного руководителя.

Требования к элементам текстового материала Требования к таблицам (обязательны ссылки в тексте):

Требования к формулам:

• редактор: MS Word. • шрифт: 9 пт, заголовок – полужирным.

• редактор: MS Equation 3.0 (Вставка - Объект - Создание - MS Equation 3.0).

Таблицы могут быть с заголовками и без.

• размеры элементов формул: основной размер – 11 пт, крупный символ – 14 пт,

Требования к иллюстрациям и рисункам (обязательны ссылки в тексте):

мелкий символ – 11 пт, крупный индекс – 7 пт, мелкий индекс – 5 пт.

• чертежи: в строгом соответствии с ЕСКД.

• гарнитура греческих букв: Symbol. Для остальных букв: Times New Roman.

• режим «Вставка в текст статьи»: Вставка - Объект - Рисунок редактора

• шрифты: латинские буквы набираются курсивом; обозначения матриц, век-

Microsoft Word.

торов, операторов – прямым полужирным шрифтом; буквы греческого ал-

• шрифт подрисуночных подписей: 9 пт.

фавита и кириллицы, математические обозначения типа sh, sin, Im, Re, ind,

• иллюстрации присылать отдельными файлами в форматах:

ker, dim, lim, inf, log, max, ехр, const, а также критерии подобия, обозначе-

• чертежи – .pdf, .ai, .eps; • фото – .tiff, .jpg (300dpi); • Print Screen – .bmp, .jpg (с max качеством).

ние химических элементов (например, 1оg1 = 0; Ре; Bio) – прямым шрифтом. • формулы располагать по центру страницы. Нумерованные формулы размещать в красной строке, номер формулы ставится у правого края. Нумеруются лишь те формулы, на которые имеются ссылки. В математических и химических формулах и символах следует избегать громоздких обозначений. • единицы физических величин: по международной системе единиц СИ.

Возвращение рукописи автору на доработку не означает, что статья принята к печати. После получения исправленного автором текста рукопись вновь рассматривается редколлегией. Исправленный текст автор должен вернуть вместе с первоначальным экземпляром статьи, а также ответами на все замечания. Датой поступления статьи в журнал считается день получения редакцией окончательного варианта статьи. Записи, помеченные ОРАНЖЕВЫМ цветом, относятся только к оформлению статей в рубрику «Наука», ЧЕРНЫМ цветом в рубрики «Наука» и «Практика». СПИСОК РЕКЛАМОДАТЕЛЕЙ НОМЕРА: 1. OMICRON electronics GmbH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 37 2. Аналитик-ТС, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 36 3. БЕНДЕР РУССЛАНД, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-я стр. обложки 4. Бреслер, НПП, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 2 5. Вэстстрой Экспо, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 67 6. Д инамика, НПП, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-я стр. обложки 7. КомплектЭнерго, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 45 8. НИЖЕГОРОДСКАЯ ЯРМАРКА, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 66

01 /Март 2014

9. Промышленные выставки Поволжья, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 10 10. Прософт-Системы, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 49 11. УРАЛЭНЕРГОСЕРВИС, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-я стр. обложки 12. Финдер, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 11 13. ЭКРА, ООО, НПП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-я стр. обложки 14. ЭКРА-Сибирь, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 5 15. ЭкспоФорум-Интернэшнл, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 29 16. ЭКСПОЦЕНТР, ЗАО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 67 17. Энергосервис, ИЦ, ЗАО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 62

Узбекистан Украина

Казахстан Кыргызстан

Грузия

Таджикистан

Ирак

Бангладеш

Афганистан

Вьетнам