Анализ электромагнитной совместимости микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики

DOI:

Теоретические основы ЭМС технических средств в электроэнергетике были положены в НИУ МЭИ. Широко известны работы А.Ф. Дьякова, его учеников и коллег в этом направлении [3]. Также вопросами ЭМС в приложении к качеству электроэнергии занимается Ю.С. Железко. Вопросы ЭМС в релейной защите активно анализирует В.И. Гуревич. Однако хочется отметить, что, несмотря на все возрастающую актуальность вопросов ЭМС в электроэнергетике, в последнее время не наблюдается повышенной активности в научных изысканиях по этой тематике [4; 6–9], что связано с постоянно развивающимися новыми микропроцессорными техническими средствами, сложностью и многообразием аспектов обеспечения необходимой электромагнитной обстановки, и частично – с неустойчивой нормативной базой.

В современных условиях развития электроэнергетического комплекса устройства релейной защиты и автоматики (РЗиА) игра- ют особую роль, связанную с защитой от возможных повреждений, возникающих в результате нарушения нормальных режимов работы как отдельных элементов, так и всей энергосистемы в целом. Это, в свою очередь, непосредственно влияет на надежное и устойчивое функционирование основных силовых элементов и электрооборудования. Повреждения силовой части оборудования электросетевого комплекса могут быть вызваны изменениями основных параметров нормального режима: изменение (увеличение) токов приводит к перегрузкам и в пределе – к коротким замыканиям, уменьшение напряжения приводит к возникновению лавины напряжения и нарушению работы электродвигателей, подключенных к поврежденному участку, а повышение напряжения приводит к перенапряжениям на отдельных участках. Кроме того, нарушения, связанные с уменьшением передаваемой активной мощности, приводят к изменению частоты, а нарушение баланса реактивной мощности – к изменению напряжения на отдельных участках, что в целом приводит к несоблюдению баланса мощностей и потере устойчивой работы энергосистемы.

Однако сами МУРЗ при их неправильной работе тоже могут быть причиной аварийной ситуации. Возникновение неправильной работы МУРЗ при повреждениях может быть вызваны несколькими причинами:

• •    искажением сигнала из-за ошибочных действий персонала и программированием терминала, введением неправильных, искаженных данных;

• •    изменением сигналов, поступающих от первичных преобразователей к устройству РЗ;

• •    повреждением прохождения или нарушением преобразования сигнала к логическому органу в самом устройстве РЗ;

• •    повреждением прохождения или нарушением преобразования сигнала от логического органа к исполнительному органу в устройстве РЗ;

• •    отказом в работе из-за повреждения отдельных элементов.

Рассматривая углубленно причины возникновения повреждений в МУРЗ, можно выделить несколько уровней отказов: отказы, связанные с ошибочными данными по настройкам или уставкам; «внутренние» причины самих устройств РЗиА, связанные с механическими, конструктивными неполадками в их работе, со сбоями в программном обеспечении (только для микропроцессорных терминалов); потеря управляемости из-за повреждения кабелей и нарушения каналов связи, соединяющих измерительные преобразователи с терминалами, контактов и т. п. Все эти повреждения можно отнести к двум основным классам – аппаратная и функциональная надежность оборудования. По статистике «Мосэнерго», отказы в работе МУРЗ из-за негативного влияния электромагнитных полей во время перенапряжений (грозовых и коммутационных), сверхтоков во время коротких замыканий и всего комплекса ЭМО могут составлять до 10 % от всех отказов РЗиА [2]. При этом, например, короткие замыкания на стороне 110 кВ могут вызывать излишнее срабатывание МУРЗ на стороне 330 кВ. Дополнительно могут возникать отказы из-за возможных ошибок как при тестировании, так и при эксплуатации терминалов – из-за так называемого человеческого фактора. В данном случае количество вводимой информации в микропроцессорные терминалы по сравнению с механическими защитами существенно возросло, эта информация качественно отличается от интуитивно понятных уставок в электромеханических реле, требует дополнительного изучения и крайне внимательного ввода оператором при программировании микропроцессорного устройства. Так, по данным за 2014 г., по вине оперативного персонала было допущено 58 «неправильных» случаев работы устройств РЗиА (4,1 %), а по вине прочего эксплуатационного персонала – 97 случаев (6,9 %) [5].

Электромеханические защиты по сравнению с микропроцессорными более устойчивы к электромагнитным воздействиям, это подтверждают известные случаи, когда уже модернизированную подстанцию с новыми МУРЗ не могли запустить в работу [1; 2; 5; 10], то есть уже спроектированную подстанцию на этапе пусконаладочных испытаний не могли ввести в действие и запускали со старыми комплектами защит. Также мощные электромагнитные поля от силовых цепей и оборудования одного класса напряжения могут создавать помехи в их вторичных цепях, а они, в свою очередь, при наличии гальванической связи, могут вызывать неправильную работу вторичных цепей, работающих с оборудованием другого класса напряжения.

Таким образом, можно предложить при модернизации старых подстанций и замене электромеханических блоков на МУРЗ предусмотреть возможность использования старых панелей в качестве резервных, применяемых при отказе микропроцессорных устройств. Экономическая целесообразность данного предложения возможно будет оправдываться только в ответственных случаях на крупных объектах, тем не менее этот вариант следует рассматривать как альтернативный в переходный период от одной элементной базы к другой для обеспечения надежности функционирования РЗиА.

Но кроме этого, повреждение устройств РЗиА могут быть вызваны преднамеренно. В этом случае причинами возникновения таких повреждений могут быть либо умышлен- ные действия, либо неосознанные вмешательства в работу устройств РЗиА, в том числе – искажение любой передаваемой информации по линиям связи. Этот вопрос требует отдельного рассмотрения с точки зрения защиты информации и ограничения круга лиц, допущенных к изменению конфигурации и настроек терминала РЗиА, как стратегический вопрос информационной и техносферной безопасности. В ближайшем будущем этот вопрос, по моему мнению, станет одним из наиболее быстроразвивающихся направлений в электроэнергетике.