 |
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ РЕЛЕ ЗАЩИТЫ
НЕОБХОДИМ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ
В последних номерах нашего журнала («Новости ЭлектроТехники» № 6(36) 2005, № 1(37) 2006) специалисты в области релейной защиты обсуждали достоинства и недостатки микропроцессорных терминалов релейной защиты, проблемы их внедрения и перспективы использования. Причем, если автор из Израиля Владимир Гуревич высказывался о цифровых терминалах довольно пессимистично, то мнения российских специалистов-релейщиков оказались гораздо оптимистичнее.
Как считает Алексей Иванович Шалин, при обсуждении остались в тени некоторые важные аспекты рассматриваемой проблемы. Речь идет о назначении и основных показателях эффективности и надежности релейной защиты, без анализа которых дискуссия была бы неполной.
Алексей Шалин, д.т.н., профессор кафедры электрических станций Новосибирского государственного технического университета
Целью обсуждения в журнале [1, 2] темы активного внедрения микропроцессорных защит, как представляется, является осмысление опыта применения в эксплуатации цифровых терминалов, взвешенный, без перекоса как в сторону чрезмерной критики, так и в сторону неоправданного восхваления, анализ ситуации и выработка рекомендаций по устранению выявленных недостатков.
Безусловно, возможность дистанционного изменения уставок, записи аварийных процессов, удобства настройки, возможность построения более совершенных алгоритмов и т.д. являются полезными и важными свойствами устройств защиты. Однако это – не главные факторы, влияющие на эффективность работы релейной защиты (РЗ).
В соответствии с [3] все свойства релейной защиты делятся на техническое совершенство (включающее в себя селективность и устойчивость функционирования) и надежность функционирования.
С точки зрения надежности [4] основной функцией защиты является снижение ущерба при авариях в энергосистеме. Релейная защита, отключая поврежденный участок, уменьшает глубину аварии, не дает ей развиться на окружающие элементы энергосистемы. Защита, обладающая высоким техническим совершенством и надежностью, может значительно повысить безотказность и эффективность функционирования энергосистемы. Ненадежная защита может сама стать источником аварии и нанести системе большой ущерб.
Требования к защите и причины отказов
К защите от коротких замыканий (КЗ) предъявляются следующие основные требования:
- не срабатывать при отсутствии КЗ в системе;
- не срабатывать при повреждениях вне зоны защиты;
- срабатывать при повреждениях на защищаемом объекте.
В отдельных случаях перечисленные требования нарушаются, и тогда говорят, что защита отказывает в функционировании, т.е. проявляется фактор случайности и неопределенности в её работе. Возможны следующие основные виды отказов в функционировании:
- ложные срабатывания (при отсутствии КЗ в системе);
- излишние срабатывания (при повреждениях вне зоны защиты);
- отказы в срабатывании (при повреждениях на защищаемом объекте).
Элементы случайности и неопределенности в работе защиты могут появляться в результате разных факторов, которые принято делить на две группы:
- проявляющиеся в исправной и правильно настроенной защите;
- возникающие при появлении неисправностей или неправильной настройке.
При неправильных действиях защиты обычно требуется определить их причину. Чаще всего отказы в функционировании РЗ возникают из-за:
- технического несовершенства (в тех случаях, когда в процессе эксплуатации произошло такое неблагоприятное сочетание событий, на которое защита в принципе не рассчитана);
- неблагоприятных внешних условий, вызвавших неправильные действия защиты;
- ошибок проектировщиков или обслуживающего персонала;
- возникновения неисправностей в схеме защиты.
Процент отказов
Процент неправильных действий, величина которого обычно используется для оценки эффективности и надежности устройств релейной защиты, в России определяют следующим образом:
 , (1)
где WИ – параметр потока излишних срабатываний (в простейшем случае – количество излишних срабатываний за год);
WЛ – параметр потока ложных срабатываний;
WО – параметр потока отказов в срабатывании релейной защиты;
WС – параметр потока заявок на срабатывание (т.е. количество повреждений защищаемого объекта в год).
Следует отметить, что, как в России, так и в развитых странах Запада, переход на современную элементную базу, связанный, как правило, с усложнением схемы и конструкции устройств и панелей РЗ, сопровождался существенным увеличением количества отказов в функционировании.
В соответствии с данными [5, 6], на Западе в конце прошлого века процент неправильных действий устройств релейной защиты в зависимости от конструктивного исполнения составлял:
- на электромеханических реле – 0,1% (в России – 0,4–0,6%);
- на базе интегральных микросхем – 0,3% (в России для различных шкафов и панелей – 2,3–10%);
- на базе микропроцессоров – 5% (в последние годы в России [7, 8] появились первые, хотя и не очень представительные, данные по проценту неправильных действий таких устройств – 1,4%. Видимо, путем частых автоматических диагностических проверок, период между которыми в ряде случаев приближается к нескольким часам, удалось предотвратить переход большинства дефектов в аварии).
Процент отказа некоторых микропроцессорных терминалов отечественного производства достигает 5% [9], что в 10 раз превышает аналогичную величину для панелей на электромеханических реле.
Из приведенных цифр очевидно, что статистические данные подтверждают факт существенного снижения эффективности и надежности при переходе в России от защит, выполненных на электромеханических реле, к микропроцессорным терминалам. С другой стороны, показатели надежности статических реле еще хуже. Таким образом, оценка ситуации зависит от точки отсчета.
По-прежнему порядка 60% отказов в функционировании устройств РЗ в России связано с ошибками персонала [7, 8]. В то же время отсутствуют публикации, посвященные анализу причин и видов таких ошибок, построению методов и средств, повышающих надежность работы персонала.
На Западе эту задачу решают достаточно просто: не допускают персонал обслуживающих энергообъекты служб к релейной защите. Настройки и проверки устройств РЗ ведут специально обученные представители фирм-изготовителей. В результате в этих странах примерно вдвое меньше численность персонала служб релейной защиты электротехнических лабораторий и соответственно меньше количество отказов в функционировании РЗ.
Дублирование защит
Большинство специалистов сходятся во мнении, что неизбежный переход на микропроцессорную элементную базу РЗ в России будет связан с большими трудностями. Например, в [10] перечисляются следующие основные причины, затрудняющие такой переход:
- отсутствие квалифицированного обслуживающего персонала;
- низкая надежность устройств РЗ на микропроцессорах;
- высокая стоимость;
- плохая электромагнитная совместимость с теми условиями, которые реально существуют на большинстве подстанций, и т.д.
Там же сказано: «В российских условиях проще снести подстанции бульдозером и на их месте построить новые. Можно привести пример Казахстана. Они получили иностранный кредит и вы-брали концепцию чистого поля вплоть до того, что будут строиться новые подстанции параллельно с действующими». В качестве временной меры в работе предлагается, устанавливая новые микропроцессорные комплекты РЗ, дублировать их российскими электромеханическими аппаратами.
Такая пессимистическая рекомендация вызывает обоснованные сомнения специалистов в том, как именно предлагается выполнять дублирование. Выше отмечалось, что имеются три основные разновидности отказов релейной защиты: ложные срабатывания, излишние срабатывания и отказы в срабатывании. В [4] показано, что улучшение одного из аспектов надежности (например, уменьшение отказов в срабатывании, как это в большинстве случаев и происходит на практике), как правило, ведет к ухудшению другого аспекта (увеличению количества ложных и излишних срабатываний). Так каким же образом дублировать комплекты микропроцессорных защит?
Сам процент неправильных действий D,%, определяемый в соответствии с выражением (1), также не дает возможности проанализировать различные аспекты надежности и выработать рекомендации по оптимальной структуре защиты и алгоритмам взаимодействия панелей применительно к конкретным защищаемым объектам. В D,% все аспекты надежности как бы перемешаны друг с другом, их невозможно разделить.
Массовое внедрение микропроцессорных терминалов в эксплуатацию, на мой взгляд, невозможно без детального анализа их эффективности и надежности. Вместе с тем в России в течение нескольких последних десятилетий такие работы практически не финансировались. Те наработки, которые были сделаны, не в состоянии адекватно отразить особенности микропроцессорных защит.
Например, широко распространено мнение о том, что в принципе необходимого уровня надежности защиты можно добиться путем резервирования, т.е. одновременного использования двух или трех одинаковых комплектов защиты, действующих на отключение защищаемого объекта по алгоритму И, ИЛИ или «2 из 3». В действительности это не так. Рассмотрим причины, мешающие этому.
| 
|
