Использование средств автоматизации при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании устройств РЗА

Авторы
      Григорьев В.В.,
      Иванов В.Л.,
      Степанов В.А.,
      Шнеерсон Э.М.
Журнал «Релейщик» №3 сентябрь 2009
PDF версия (*.pdf 1.4 Мб)

Интенсивное внедрение цифровых устройств релейной защиты и автоматики (ЦРЗА) на фоне имеющегося дефицита квалифицированного обслуживающего персонала не привело, во многих случаях, к ожидаемому повышению показателей релейной защиты. Это связано, прежде всего, с ошибками, обусловленными «человеческим фактором», вносимыми на отдельных стадиях внедрения ЦРЗА (проектирование, пуско-наладочные работы, эксплуатация) [1, 2].

Испытательный комплекс Рис.1. Конфигурация испытательной системы при проверке дифференциальной защиты ВЛ

Указанное обусловлено, в том числе функциональной сложностью многих ЦРЗА вследствие большого объема защитных и дополнительных функций, программируемых логическо-функциональных связей, параметров и сообщений, которые необходимо контролировать в процессе проверки правильности функционирования ЦРЗА. Принципиальные затруднения вызывает и тот факт, что отсутствие законченных блоков и программный уровень формирования структуры ЦРЗА во многих случаях затрудняет проверку выбранных функций традиционными методами вследствие одновременного пуска других функций. Учет этого фактора приводит к необходимости применения дополнительных мер (например, перепрограммирования терминалов ЦРЗА) для исключения влияния не проверяемых функций в процессе проверки, что, в свою очередь, ставит под вопрос корректность таких проверок с учетом возможности внесения ошибок при восстановлении конфигурации терминалов. Полноценная проверка традиционными методами значительного объема функций, параметров и сообщений ЦРЗА, существенно большего чем у защит предыдущих поколений потребует не только наличия квалифицированного обслуживающего персонала, но и существенных затрат времени и средств.

Реализованная на основе базовой программы иерархическая структура проверки ПС 220 кВ Рис.2. Реализованная на основе базовой программы иерархическая структура проверки ПС 220 кВ
Одним из основных путей выхода из создавшегося положения является использование средств автоматизации, в первую очередь, при выполнении пуско-наладочных работ и профилактическом обслуживании ЦРЗА. Указанное обеспечивает, прежде всего:
  • повышение качества и достоверности проверки вследствие возможности подведения к ЦРЗА набора последовательностей, содержащих значительное количество аналоговых и дискретных сигналов, необходимых для полноценной проверки отдельных функций ЦРЗА;
  • необходимый объем проверки многочисленных функций ЦРЗА и фиксацию результатов проверки, отражаемых в генерируемых протоколах испытаний;
  • существенное снижение затрат времени и средств на проверку ЦРЗА однотипных объектов;
  • снижение требований к квалификации проверяющего персонала и уменьшение числа ошибок, обусловленных «человеческим фактором»;
  • запоминание хода и результатов проверки на носителе информации (генерирование протоколов проверки) и возможность при необходимости ее быстрого повторения, в том числе, при эксплуатационном обслуживании.

Ниже рассматриваются вопросы реализации элементов концепции автоматизации технического обслуживания ЦРЗА [1,2] на основе комплекса программно-технических средств, разработанных НПП «Селект» и НПП «Динамика».

ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА АВТОМАТИЗАЦИИ

В качестве базовой программы автоматизации разработано специальное программное обеспечение, позволяющее создавать различные сценарии автоматической проверки функций защиты и автоматики. Это обеспечивается подведением к входам ЦРЗА (обычно шкафам) с помощью компьютерно-управляемого проверочного устройства РЕТОМ-51 (61) требуемых для текущего вида проверки комбинаций аналоговых сигналов (токов и напряжений) и дискретных сигналов с одновременным контролем генерируемых ЦРЗА выходных сигналов и сообщений. При необходимости проведения операций с большим числом входных и выходных дискретных сигналов возможно использование дополнительно приставки-расширителя числа дискретных входов/ выходов РЕТ-64/32.

Последовательность циклов имитирующих неуспешное АПВ Рис.3. Последовательность циклов имитирующих не успешное АПВ при проверке функции защиты (КЗ АВ во второй зоне дистанционной защиты)

Для проведения синхронных испытаний по обоим концам линии используется GPS-синхронизация на основе приставки РЕТ-GPS к РЕТОМ-51 (61), которая позволяет, синхронно и синфазно выдавать токи и напряжения обоих удаленных полукомплектов (рис. 1). Для контроля GOOSE-сообщений (стандарт МЭК 61850) используется разработанное фирмой «Динамика» устройство РЕТ-61850, которое взаимодействуя с РЕТОМ-51 (61) позволяет генерировать и считывать необходимые сигналы по сети Ethernet.

Базовое программное обеспечение дает возможность интегрировать отдельные модули проверяемых объектов подстанции (ПС) в иерархическую структуру, соответствующую реальной схеме ПС (рис. 2). Обращение к отдельным строкам данной структуры соответствует переходу к процессу автоматизированной проверки выбранных защитных функций элемента ПС.

Таблица оценок реакции РЗА на подаваемое воздействие Рис.4. Протокол испытаний при проверке функции неуспешного АПВ

В частности, иерархическая структура ПС на примере ПС 220 кВ Подушкино включает 4 уровня:

  • 1 уровень — присоединение (ЛЭП, Трансформатор, Шины, Реактор);
  • 2 уровень — шкаф РЗ и А или комплекс из нескольких шкафов (панелей);
  • 3 уровень (при необходимости) — уровень терминала или отдельной группы проверок;
  • 4 уровень — вид проверки (проверяемая функция).

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОВЕРКИ ФУНКЦИЙ ЦРЗА

Для того чтобы осуществить проверку той или иной функции защиты или автоматики необходимо сформировать в общем случае с помощью проверочного устройства ряд последовательностей аналоговых (токи, напряжения) и дискретных сигналов, подводимых к ЦРЗА, в том числе изменяющиеся во времени токи и напряжения, соответствующие доаварийному, аварийному и послеаварийному режимам защищаемого объекта, дискретные сигналы, характеризующие состояние элементов энергосистемы (например, блок-контакты выключателя, реле положения РПВ, РПО и т.п.), сигналы, приходящие от РЗА других объектов, сигналы управления, ускорения защит и т.п.

Проверочное устройство конфигурируется таким образом, чтобы принимать и фиксировать сигналы и сообщения, генерируемые ЦРЗА при проверке, в том числе сигналы пуска, отключения, действия отдельных функций. В зависимости от реакции проверяемого ЦРЗА проверочное устройство будет изменять последовательность генерируемых аналоговых сигналов, в частности, прекращать генерирование токов через заданное время после возникновения сигнала отключения объекта, повторно генерировать входные аналоговые сигналы при не успешном АПВ и т.п.

Таблица оценок заданного условия Рис.5. Пример таблицы оценки заданного условия (в данном случае контролируется сигнал включения в цикле АПВ)

Последовательности генерируемых аналоговых и дискретных сигналов образуются совокупностью отдельных (единичных) программируемых циклов. Длительность цикла может сокращаться при приходе определенных сигналов от ЦРЗА, что также программируется при задании цикла.

Оценка правильности проведенного теста производится в автоматическом режиме в каждом цикле с помощью сопоставления выходных сигналов ЦРЗА с сигналами, которые должны возникнуть при правильном функционировании устройства (оцениваются моменты возникновения и длительность возникающих дискретных сигналов). В каждом цикле возможно задание произвольного числа оценочных условий. В самом условии может анализироваться произвольное число дискретных входов.

Таблица оценок заданного условия Рис.6. Осциллограмма проверки неуспешного АПВ

По окончании проверки каждой функции программой формируется протокол испытаний, с оценкой каждого теста «Норма» или «Ошибка» и с указанием полученных погрешностей. Оценка «Норма» возникает при полном соответствии логики и времен действия выходных контактов УРЗ, подключенных к входам испытательного оборудования, с предварительно заданными состояниями в таблицах оценок. В противном случае возникает оценка «Ошибка».

Проиллюстрируем указанное на примере проверки функции АПВ при не успешном повторном включении. На рис. 3 и рис. 4 представлены соответственно формируемая последовательность циклов, используемых в данной проверке, и таблица протокола с результатами проверки.

Программа дает дополнительную возможность для просмотра и анализа результата выполнения каждого условия оценки (рис. 5). При выборе строки в этой таблице в нижней части окна графически показывается работа выбранного контакта совместно с оценочным условием. Зеленым цветом на графике отображается зона оценки, красной линией — ожидаемая работа контакта, синей — фактический результат.

Проверка характеристик срабатывания дистанционной защиты Рис.7. Проверка характеристик срабатывания дистанционной защиты

В протокол комплексных испытаний для каждой проверки при необходимости вводится реальная осциллограмма проверки, фиксируемая проверочным устройством (рис. 6). В осциллограмме по выбору пользователя отображаются необходимые токи и напряжения, контактные выходы и дискретные входы испытательного устройства.

Отличительной особенностью программ проверки является динамический характер проверок, то есть скачкообразное изменение входных сигналов тока и напряжения, что максимально приближает режим испытания РЗА к реальным условиям КЗ. Алгоритм проверок характеристик срабатывания ступеней дистанционной защиты оптимизирован таким образом, что проверяются только характеристические точки (на угле линии и на изломах характеристики) — см. рис. 7. На рис. 8 приведена характеристика срабатывания из протокола испытаний дифференциальной защиты трансформатора.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЭТАПОВ ПУСКА И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЦРЗА

Пуско-наладочные и приемные испытания

Наиболее актуальным является применение средств автоматизации для проверок ЦРЗА на вновь вводимых или реконструируемых объектах. Рис. 9 поясняет возможный вариант организации проверочных работ.

Необходимыми условиями автоматизации отдельных этапов проверочных работ при наладочных (приемных) испытаниях является наличие компьютерно-управляемого проверочного устройства и базового программного обеспечения, позволяющего пользователю создавать различные проверочные модули с учетом особенностей конкретных объектов. Помимо «стандартных» программ проверки отдельных функций (например, характеристик срабатывания дистанционных защит, дифференциальных защит и т.д.), ключевое значение для комплексной проверки отдельных функций, включая логические связи, при наладочных работах, а также при приемных испытаниях имеет базовое программное обеспечение, позволяющее генерировать произвольные последовательности единичных тестов и контролировать результаты проверки (например, рис. 4). Разработанные на основе базового программного обеспечения программные модули проверки конкретного объекта открыты для наладочного персонала и допускают корректировку проверочных программ с учетом возникающих новых условий.

Проверка тормозной характеристики дифференциальной защиты трансформатора Рис.8. Проверка тормозной характеристики дифференциальной защиты трансформатора

ОАО «ФСК ЕЭС» в 2008 году принят «Регламент по приему новой техники РЗА в эксплуатацию», предусматривающий проведение приемных испытаний при вводе новой техники РЗА.

При приемке ЦРЗА сложных объектов, целесообразно использовать, в необходимых случаях, итоговую комплексную проверку (ИКП) [2], когда при вводе в эксплуатацию производится проверка всего комплекса РЗА объекта путем имитации повреждений на объекте с соответствующими сигналами, подводимыми к входам комплекса РЗА (например, рис. 1). При этом проверяется реакция всего комплекса РЗА на различные повреждения на защищаемом объекте (внешние и внутренние повреждения, успешное не успешное АПВ и ОАПВ, действие УРОВ и т. д.) и, следовательно, контролируются не только ошибки при монтаже и наладке, но и возможные ошибки в проекте.

При проведении ИКП конфигурация, параметры и уставки проверяемого ЦРЗА полностью соответствуют рабочему состоянию отдельных терминалов и всего комплекса РЗА объекта, предусмотренному проектом.

Входные цепи переменного тока и напряжения отсоединены от измерительных трансформаторов и присоединены к входам испытательного устройства (ИУ). Программно управляемое ИУ генерирует сигналы переменного тока и напряжения, соответствующие различным видам КЗ внутри и вне защищаемого объекта и синхронно с необходимыми сдвигами по времени генерирует дискретные сигналы, соответствующие действию от РЗА других объектов, если они в данном случае предусмотрены. Одновременно контролируются и выходные сигналы комплекса, подаваемые на вход ИУ (например, рис.1).

Отметим, что концепция ИКП основана на принципе «черного ящика» — на входах комплекса УРЗА создаются сигналы, соответствующие различным повреждениям в энергосистеме и контролируется правильность генерируемых комплексом команд и сообщений. Поэтому необходимость специальных знаний, связанных с особенностями ЦРЗА отдельных производителей минимизируется. Ошибки, связанные с переходом от режима проверки к рабочему режиму, также минимизируются тем, что этот переход определяется в основном переключениями в цепях переменного тока и выходных сигналов комплекса и не затрагивает операции с микропроцессорными терминалами. Правильность восстановления цепей переменного тока и напряжения проверяется обычным методом контроля «под нагрузкой».

При проведении ИКП для расчета КЗ целесообразно использовать максимально простые и по возможности стандартизованные модели (например, рис. 10 для защит ВЛ), которые, в первую очередь, должны служить для проверки правильности реализации проекта комплекса РЗА, при которой проверяются логическо-функциональные связи, обмен сигналами и, главное, работоспособность всего комплекса в части реагирования на различные виды повреждений в энергосистеме.

Вариант организации проверочных работ Рис.9. Вариант организации проверочных работ

Техническое обслуживание ЦРЗА в эксплуатационных условиях

Для цифровых устройств РЗА доля отказов, связанных с износом и старением устройств достаточно мала. Поэтому при профилактическом и последующих контролях ЦРЗА объем проверок может быть существенно сокращен и в основу проверок могут быть положены, прежде всего, результаты приемных испытаний. Рассмотренная выше концепция проверок, позволяющая иметь в электронном виде информацию с результатами наладочных и приемных испытаний, которую легко возможно повторить в необходимых случаях, дает возможность, с минимальными затратами времени и средств, провести профилактические и последующие испытания. Одновременно решаются и вопросы организации необходимых форм документации, фиксирующей объем и результаты отдельных видов проверки. С учетом изложенного, при первом профилактическом контроле ЦРЗА пользователю необходимо использовать записанную на электронном носителе программу проведения приемных испытаний, внеся необходимые корректировки в уставках и конфигурации, в случае, если они имели место в период между проверками. Возможно и использование результатов пуско-наладочных испытаний, также заполняемых автоматически в электронном виде.

При проведении этих испытаний используется имеющаяся иерархическая структура проверки (рис. 2), выбирается проверяемое устройство (шкаф) с ЦРЗА и собирается схема подключения испытательного устройства к тестируемому ЦРЗА. Далее из всего объема тестов выбирается необходимый объем проверок и запускается тестовая программа. В необходимых случаях, согласно указаниям программы, обеспечиваются ручные переключения, например, переключения ключей и оперативных накладок проверяемого шкафа с ЦРЗА.

Программная оболочка простейших моделей ВЛ для приемных испытаний Рис. 10. Программная оболочка простейших моделей ВЛ для приемных испытаний

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные элементы автоматизации пуско-наладочных и приемных испытаний, а также технического обслуживания комплектных устройств с ЦРЗА позволяют существенно повысить качество работ и уменьшить вероятность отказов, вызываемых ошибками вследствие влияния «человеческого фактора». Естественно, при подготовке программного обеспечения проверки конкретных объектов потребуется «инжиниринг», заключающейся в привязке базовых программ к конкретному объекту. Однако, учитывая сложность ЦРЗА и ответственность решаемых задач, применение средств автоматизации при обслуживании ЦРЗА не имеет альтернативы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Э.М. Шнеерсон. Цифровая релейная защита. Москва: Энергоатомиздат, 2007.
2. Э.М. Шнеерсон. Проектирование и эксплуатация — ключевые вопросы современной
релейной защиты. Релейщик, № 1. 2009.

МНЕНИЕ
Орлов Ю.Н. Орлов Ю. Н. Заместитель начальника Центра инжиниринга электрооборудования филиала ОАО «Инженерный центр ЕЭС» — «Фирма ОРГРЭС»

Тема статьи, безусловно, актуальная и соответствует перспективному направлению по совершенствованию методов проверки устройств РЗА. Вместе с тем, по статье имеется ряд вопросов и предложений.

Предлагаемые в статье проверки устройств РЗА рекомендуются к выполнению при пуско-наладочных работах на энергообъектах и при дальнейшем их техническом обслуживании. При этом объемы проверок как бы идут в дополнение к работам, выполняемым в соответствии с действующими в отрасли РД 153-34.0-35.6172001 («Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110-750 кВ»). В тоже время, подготовка программ проверки требует определенного финансирования, что в некоторых случаях, может привести к повышению стоимости пуско-наладочных работ.

Авторы статьи говорят о сокращении времени на проверку устройств РЗА. Но ведь предлагаемые проверки — только часть всех работ. Следовало бы это оценить в трудозатратах в общем объеме работ по наладке (например, в сравнении с методом при использовании при наладке тех же установок «Ретом» и ручном методе проверки функций). Хотелось бы иметь также сведения по имеющемуся опыту практического внедрения предлагаемых методов проверки устройств РЗА и отзывах наладочного и эксплуатационного персонала об их эффективности (ведь сборка схемы для проверки проводится также вручную и требует определенного опыта).

В свете предлагаемых проверок продолжает оставаться вопрос оптимизации методов и объемов тестирования, закладываемых разработчиками и изготовителями в выпускаемые устройства РЗА. Очевидно также, что в настоящее время требуется разработка и обсуждение «Общих технических требований к устройствам (установкам) для автоматизированной проверки устройств РЗА», а также подготовка новой редакции указанных выше Правил с детализацией Раздела 5 «Объемы работ при техническом обслуживании микропроцессорных устройств РЗА».

Выскажите своё мнение

Перейти к верхней панели