"Новости Электротехники"Невнимание к проблеме ЭМС может обернуться катастрофой

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №6(12) 2001


	Невнимание к проблеме ЭМС может обернуться катастрофой Устройства релейной защиты и автоматики (УРЗиА) являются основным элементом энергообъекта, обеспечивающим его надежную работу. Многолетний анализ годовых отчетов ЦСЗ «Мосэнерго» и других энергосистем позволяет выделить три основные причины сбоев в работе УРЗиА: неправильные действия персонала, неисправность УРЗиА и недостаточная электромагнитная совместимость (ЭМС). Руслан Борисов, генеральный директор НПФ «ЭЛНАП», г. Москва Результат недостаточной ЭМС - физическое разрушение Неправильная работа УРЗиА по причине недостаточной ЭМС, по данным «Мосэнерго», составляет до 10% от всех случаев ложной работы и касается в основном только УРЗиА на микроэлектронной (МЭ) и микропроцессорной (МП) элементной базе. Столь высокий процент случаев неправильной работы по причине недостаточной ЭМС вызван тем, что чувствительность к электромагнитным помехам УРЗиА на МЭ и МП элементной базе на несколько порядков выше, чем у их традиционных электромеханических аналогов, т.е. проблема ЭМС носит физический характер. Для нарушения работы электромеханического реле требуется энергия 10-3 джоуля, а для нарушения работы интегральных микросхем требуется 10-7 джоуля. Разница составляет 4 порядка или 10000 раз. Для разрушения электромеханического реле требуется энергия в 1 джоуль, а для разрушения интегральных микросхем требуется энергия в 10-2 джоуля. Поскольку помехи, имеющие меньшую энергию, возникают чаще помех, имеющих большую энергию, наиболее частой реакцией УРЗиА на МЭ и МП элементной базе на воздействие электромагнитных помех будет не разрушение устройства, а нарушение его работы или кратковременный сбой в работе с последующим восстановлением функций. Микропроцессоры требуют обязательной ЭМС В то же время мировая и отечественная практика свидетельствует, что будущее за УРЗиА на МП элементной базе. Процесс замены электромеханических и МЭ УРЗиА на МП необратим, и если не уделять внимание проблеме ЭМС, то полная замена на УРЗиА со столь высоким процентом неправильной работы грозит обернуться катастрофой. Чтобы этого не произошло, необходимо организованное и продуманное управление набравшим силу процессом перехода на МП УРЗиА, в том числе и решение проблем обеспечения ЭМС для МП УРЗиА. Электромагнитные помехи на энергообъектах проявляются наиболее часто в виде высокочастотных импульсов. Высокочастотные импульсы и сопутствующие им перена-пряжения присутствуют в любой электроустановке, а также и в окружающей среде этой электроустановки как физический процесс, связанный с работой самой электроустановки. Помехоустойчивость УРЗиА на МЭ и МП базе является одной из технических характеристик таких УРЗиА, такой же характеристикой, как и все остальные. Необходимо обеспечить ЭМС МП УРЗиА на энергообъекте, т.е. спроектировать энергообъект таким образом, чтобы уровень помех, приходящих на МП УРЗиА, не превышал допустимый для них. Практика подтверждает... В практике ОАО «Мосэнерго» накопилось уже достаточно подтверждений существования электромагнитных помех и их негативного влияния на работу МЭ и МП УРЗиА. Пожалуй, наиболее наглядно это показывает опыт включения МП защит фирмы «SIEMENS» на ТЭЦ-12 ОАО «Мос-энерго» по проекту, выполненному институтом «Атомэнергопроект». При проектировании никак не были учтены требования ЭМС. Вследствие помех только за период с августа по декабрь 1999 года зарегистрировано более 400 ложных информационных сигналов по дискретным и аналоговым входам. И это далеко не полная информация. Вот еще один пример: на одной из ПС ОАО «Мосэнерго» при коммутации элегазовым разъединителем 110 кВ ложно сработала дифференциальная защита трансформатора с реле ДЗТ-21 из-за пробоя транзистора в реле. В документации на реле ДЗТ-21 отсутствуют сведения о какой-либо проверке реле на ЭМС. И большое количество таких неиспытанных реле сейчас находится в эксплуатации. Можно привести еще много подобных примеров. Как же с этим бороться? Мировая практика показывает, что проблему обеспечения ЭМС УРЗиА на МЭ и МП элементной базе необходимо решать комплексно. Требования ЭМС должны учитываться фирмами-производителями УРЗиА при разработке устройств, проектировщиками при выполнении проектов, монтажниками при реализации проектов и эксплуатационниками при приемке энергообъекта. Кроме этого, должен осуществляться контроль соблюдения требований ЭМС в течение всего срока жизни энергообъекта. Но прежде всего необходимо, чтобы УРЗиА было испытано на воздействие электромагнитных помех. Т.е. только зная, какие уровни электромагнитных воздействий не нарушают нормальную работу УРЗиА, можно обеспечить соответствующую электромагнитную обстановку на энергообъекте. В зарубежной практике такие испытания проводят не только для УРЗиА, но и для первичного оборудования электроустановок и вообще для всех устройств, начиная от игрушек, в которых используется электричество. Первичное оборудование электроустановок проверяется на допустимый уровень генерации (излучения) помех. ПУЭ и ПЭЭП забыли об ЭМС В настоящее время в отечественной практике такое комплексное решение проблем ЭМС отсутствует. В ПУЭ, ПЭЭП и в других нормативно-технических материалах, действующих сегодня в энергетике, отсутствует даже упоминание об электромагнитной совместимости. Надо учесть, что последнее 6-е издание ПУЭ датируется 1985 годом (т.е. это документ 15-летней давности). К сожалению, на сегодня новое издание ПУЭ не выпущено. В него предполагается включить раздел по ЭМС. Но каким будет этот раздел и насколько он будет соответствовать мировому уровню, может показать только время и новое издание ПУЭ. В ГОСТах и технических условиях на первичное оборудование отсутствуют технические требования на излучение помех. Определенные шаги в решении вопросов ЭМС в последнее время делает Росстандарт. Им издаются новые ГОСТы, являющиеся повторением стандартов МЭК, направленные на обеспечение ЭМС. Ряд документов выпущен РАО «ЕЭС России» - это РД 34.20.116-93 «Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех», утвержденные Департаментом науки и техники 29.06.1993, РД 153-34.0-20.525-00 «Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок», введенные в действие с 01.09.2000. Это только первые шаги в создании отечественной нормативной базы в области ЭМС. Для достижения зарубежного уровня в области ЭМС предстоит не только создать нормативную базу в виде ГОСТов и других нормативных материалов, но и заставить ее работать. Т. е. научно-исследовательские, проектные и эксплуатирующие организации должны не только знать нормативные материалы, но и уметь их выполнять. В существующих типовых проектах, на основании которых выполняются реальные проекты внедрения УРЗиА и вторичной коммутации, не учтены требования ЭМС. Новые типовые проекты, в которых были бы учтены требования ЭМС, никто не разрабатывает. Проектные организации в настоящее время не могут создавать проекты с учетом требований ЭМС, т.к. отсутствует необходимая для этого нормативно-техническая и методическая база, нет программ для выполнения расчетных оценок при проектировании. Инженерные методики могут решить проблему ЭМС Для решения проблемы ЭМС необходимо разработать и широко внедрить инженерные методики, которые сможет быстро освоить и свободно применять проектный и экс-плуатационный персонал на местах. По нашему мнению, необходимо в первую очередь решить следующие вопросы: 1. Добиться, чтобы ни одно новое устройство не устанавливалось на энергообъектах России без испытаний на помехоустойчивость по ГОСТ 29280-92 (МЭК 1000-4-91) в полном объеме. 2. Обеспечить включение пункта ЭМС в проекты. 3. Разработать компьютерные программные комплексы для учета требований ЭМС при проектировании и в эксплуатации. 4. Учитывать требования ЭМС при разработке и внедрении оборудования первичной коммутации и при проектировании не использовать аппаратуру первичной коммутации, генерирующую электромагнитные помехи с уровнем, превосходящим требования МЭК. 5. Решить вопрос обеспечения эксплуатационного персонала энергосистем аппаратурой для контроля ЭМС на энергообъекте и методиками ее применения. Необратимый процесс внедрения МП защит требует выполнения предложенного плана работ в самые сжатые сроки. Разработанные программы и типовые работы необходимы проектным организациям для обеспечения ЭМС на строящихся и проектируемых энергообъектах. Аппаратура необходима эксплуатации для контроля уровня помех на конкретном энергообъекте. Благодаря этому все работы по ЭМС должен выполнять персонал, проектирующий и эксплуатирующий УРЗиА. А это, в свою очередь, даст возможность решить проблему ЭМС МП и МЭ УРЗиА в энергетике России. О проблемах недостаточной электромагнитной совместимости в России заговорили совсем недавно. Но уже с начала 2001 года в стране введены несколько десятков новых стандартов, предусматривающих обязательную проверку и сертификацию электротехнической продукции на устойчивость к помехам и уровни создания помех (см. «Новости ЭлектроТехники» № 3 (9), 2001). Автор приведенного выше материала считает проблему ЭМС глобальной и требующей решения уже сегодня. А как часто на практике встречаются неисправности электрооборудования, связанные с недостаточной ЭМС, и какие именно? Кто должен взяться за комплексное решение этой проблемы? Вот какие мнения существуют на этот счет. В РАО «ЕЭС России» должны подумать о специальных методиках *Юрий Алимов, к. т. н., технический директор научно-производственного предприятия «ЭКРА» (г. Чебоксары):* – Проблеме электромагнитной совместимости устройств электроавтоматики, регулирования и защит электрических станций и подстанций столько же лет, сколько электроэнергетическим установкам. Во времена, когда о полупроводниковых приборах знали только в исследовательских лабораториях, а для целей защиты использовали исключительно электромеханические реле, были неоднократные случаи выхода их из строя. Для предотвращения повреждений электромеханические реле постоянно совершенствовались, в частности, увеличивались напряжения испытаний электрической прочности изоляции (сейчас 2 кВ частотой 50 Гц в течение 1 минуты), причем введены были также нормы испытаний импульсным напряжением (5 кВ; 1,2/50 мкс). Имеются международные (МЭК) и соответствующие отечественные стандарты на воздействие перенапряжений и помех. Вопросы ЭМС отражены в общих технических требованиях к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем РАО «ЕЭС России» (РД 34.35.310-97). Выпускаемые устройства защиты и автоматики испытываются на соответствие этим требованиям и стандартам. Иногда излишне «сгущаются краски» по проблеме ЭМС микроэлектронных и микропроцессорных устройств. Действительно, сами элементы микроэлектронной и микропроцессорной техники принципиально более чувствительны к различным видам перенапряжений и помех. Однако вследствие обязательного применения высоковольтных гальванических развязок и других постоянно совершенствующихся методов ЭМС устройств защиты и автоматики вполне обеспечивается. При грамотном проектировании энергообъекта в целом, даже при использовании существующих нормативных документов и рекомендаций, проблема ЭМС достаточно надежно решается. Проблема в том, что для постановки проектирования ЭМС на энергообъектах на «поток» в РАО «ЕЭС России» должны быть выпущены специальные инженерные методики, упрощающие проектирование новых энергообъектов, обследование и реконструкцию существующих. О необходимости выпуска таких методик в последние 10 лет неоднократно отмечалось в решениях технических совещаний специалистов по релейной защите проектных организаций, эксплуатации и предприятий-изготовителей. Однако «воз и ныне там». Плохие контуры заземления - основа проблем с ЭМС Валентин Лопухов, заместитель начальника центральной службы релейной защиты и автоматики ГУП «ПЭО Татэнерго»: – В свое время на одной из наших крупных подстанций 500 кВ в Бугульме случались всевозможные неприятности, происхождение которых долгое время нам не удавалось определить. Допустим, при близком однофазном коротком замыкании вдруг «выпадал» блинкер защиты, совершенно не имеющей к этому короткому замыканию никакого отношения. Или срабатывал отсечной клапан трансформатора, который тоже с этим никак не связан. Еще на группе выходных реле в одной из катушек мы обнаружили множественный разрыв. Но как в катушке могло получиться хотя бы два разрыва? Ведь после первого же обрыва катушка попросту должна перестать работать, по ней ток не потечет. Причем эта катушка находилась в выходном реле несработавшей защиты. После консультаций со специалистами главной версией стала связь с кратковременными перенапряжениями, которые попадали на эту катушку. Перенапряжения импульсно прикладывались к обмотке, повреждая ее в местах пайки или соединений. Причем вполне возможно, что измерялись они киловольтами и место уже существующего пробоя пробивалось еще и еще раз. Как выяснилось, эти перенапряжения были связаны с плохими контурами заземления. Это и есть главная проблема ЭМС. Плохое заземление на подстанции создает не только высокие остаточные напряжения, но и даже достаточно большое шаговое напряжение. С точки зрения релейной защиты сейчас начинают возникать неприятности, которых раньше, применяя электромеханические реле, мы не имели. С появлением микропроцессоров, которые имеют малое напряжение повреждения, проблема плохих контуров заземления обострилась. Даже с финансовой точки зрения. Допустим, сгорели три недорогих катушки реле, мы новые поставили. А если сгорит микропроцессорное устройство стоимостью десятки тысяч долларов? О проблеме ЭМС, думаю, знают специалисты проектных институтов. Когда проектируется подстанция, закладываются и необходимые контуры заземления. Но вся беда в том, что при строительстве и монтаже многое не выполняется. Были случаи, когда даже на новых подстанциях монтажники не прокладывали контуры между какими-то точками. Проконтролировать же их работу достаточно сложно. Ведь замеры сопротивления контура проводятся, как правило, уже после прокладки контрольных кабелей, имеющих броню и экранирующие оплетки, которые значительно изменяют измеренное значение. Если все проложено и смонтировано так, как положено, то проблема недостаточной электромагнитной совместимости на новых объектах не должна возникать. Сложнее с уже работающим оборудованием. В процессе длительной эксплуатации металлические части ржавеют, приходят в негодность. Должен быть контур, а на самом деле - одна труха, уже не выполняющая заземляющие функции. Эта проблема сейчас волнует нас в первую очередь. Одна из причин недостаточной ЭМС – отсутствие экрана Александр Ермишкин, начальник службы релейной защиты и автоматики Московской кабельной сети АО «Мосэнерго»: – Конечно, с проблемой электромагнитной совместимости мы знакомы. Но, к счастью, только в теории. Никаких аварий или неправильной работы устройств релейной защиты и автоматики в Московской кабельной сети по причине недостаточной ЭМС не было. Однако мы прекрасно осознаем, что это может случиться. Прежде чем внедрять у себя новые реле, мы требуем у производителей сертификаты, в которых должно быть указано, что защиты прошли все необходимые испытания на ЭМС. Без этого о применении устройств не может быть и речи. Главная проблема недостаточной ЭМС в том, что зачастую при монтаже используются неэкранированные или неправильно заземленные провода. Соединительные провода между реле идут через магнитные поля. Те монтажные провода, которые расположены в ячейках, как правило, уже экранированы. В тех случаях, когда мы ведем монтаж своими силами и при соединении ячеек используем провод, не имеющий никакого экрана, то, конечно, рискуем. Ведь может быть наводка на проводах. Решать проблему ЭМС нужно на более серьезном уровне - в научно-исследовательских институтах, в РАО «ЕЭС России», в Минтопэнерго. Мы - эксплуатационная организация и провести исследования и вынести какое-то решение не в силах. С внедрением же все большего количества микропроцессорных релейных защит в России проблема недостаточной электромагнитной совместимости будет обостряться. Конечно, общее число микропроцессорных УРЗиА, по сравнению с аналоговыми, очень небольшое. Во всяком случае, у нас в Москве. Распределительных подстанций с цифровыми защитами в МКС сейчас двадцать с небольшим, в то время как всего у нас РП порядка тысячи. Произвести революцию и быстро заменить старые защиты на микропроцессорные не получится. На это потребуются десятки лет. Другое дело, что многие новые распределительные пункты оснащаются современными цифровыми защитами. И решать проблему ЭМС необходимо по-новому.