События • Конференция

СИСТЕМЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ
Направления развития обсуждали в городе на Неве

Подготовил Александр Булычев,
д.т.н., профессор, заместитель генерального директора ОАО «ВНИИР» по науке, г. Чебоксары

Международная конференция «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем» состоялась в Санкт-Петербурге с 30 мая по 3 июня 2011 года. Конференция прошла под патронатом СО ЕЭС, ФСК ЕЭС, Российского национального комитета СИГРЭ и ВНИИР, при поддержке Минэнерго РФ.

В конференции приняли участие специалисты более 100 компаний из 17 стран, представляющие структуры управления электроэнергетических систем, научные коллективы, фирмы, разрабатывающие и производящие средства релейной защиты и автоматики (РЗА), и другие заинтересованные организации. В работе форума участвовали почетный генеральный секретарь СИГРЭ Ж. Коваль и заместитель председателя Исследовательского комитета В5 (релейная защита) Й. Патриота де Сикейра.

Тематика выступлений участников конференции охватывала все наиболее актуальные направления совершенствования РЗА электрических систем. По научному содержанию 89 запланированных докладов были сгруппированы в секции под названиями: «Современные системы РЗА. Идеология построения и концептуальные вопросы развития», «Опыт применения и вопросы развития WAMS и WACS», «Современные тенденции развития систем противоаварийного и режимного управления», «Вопросы управления и защиты, связанные с развитием Smart Grid высокого и сверхвысокого напряжения», «Опыт реализации и проблемы внедрения стандарта МЭК 61850».

Особую значимость задачам эксплуатации микропроцессорных средств релейной защиты и автоматики придал семинар «Обслуживание систем РЗА, выполненных на основе стандарта МЭК 61850, с акцентом на надежность», проведенный в первый день работы конференции. Таким образом, был сделан успешный шаг к систематизации разрозненных пока еще показателей, характеризующих техническое совершенство и надежность стремительно развивающихся микропроцессорных средств релейной защиты. В основе методики систематизации – полный анализ возможных сбоев и их инженерно-экономические последствия.

Следует отметить, что в публикуемом сегодня обзоре приведена только часть докладов, которые касались релейной защиты. О выступлениях, связанных с темой автоматизации электроэнергетических систем, будет рассказано в следующем номере журнала.

Пленарное заседание

На пленарном заседании представители СИГРЭ и российских электроэнергетических компаний выступили с обзорными и концептуальными докладами.

Й. Патриота де Сикейра (Бразилия) в своем выступлении обозначил направления деятельности Всемирной организации СИГРЭ в целом и отдельно Исследовательского комитета В5, конкретные задачи научно-исследовательского характера, которые необходимо решать специалистам по РЗА в ближайшем будущем в связи с интенсивным применением распределенной генерации, гибких систем переменного тока, вставок постоянного тока, изменением информационного обеспечения средств РЗА.

Деятельность Российского исследовательского комитета В5 СИГРЭ была освещена в докладе его руководителя Г.С. Нудельмана (ВНИИР, Россия). Он отметил обострение проблемы подготовки кадров для отечественной релейной защиты и внес предложения о возможных путях решения этой многогранной, затрагивающей все сферы релейной защиты, проблемы. В докладе отмечены и другие аспекты развития релейной защиты, вселяющие оптимизм. Так, национальный комитет В5 активно работает по развитию интереса к релейной защите у молодежи, проводит семинары и публикует материалы для студентов, магистров, аспирантов и преподавателей под общим названием «Релейная защита и автоматика будущего десятилетия».

В.И. Пуляев (ФСК ЕЭС, Россия) изложил общие требования к РЗА Единой национальной электроэнергетической системы России с позиций накопленного опыта эксплуатации и с учетом тенденций развития. Он отметил, что значительная доля сбоев релейной защиты приходится на микропроцессорные устройства (примерно 23% из всех случаев), которые составляют всего около 10% от общего количества устройств защиты. Это, безусловно, один из важнейших факторов, определяющих необходимость повышения надежности микропроцессорных средств релейной защиты.

В выступлении А.В. Жукова (СО ЕЭС, Россия) были всесторонне освещены процессы развития технологий векторной регистрации параметров для противоаварийного и режимного управления электрическими режимами электроэнергетических систем.

Современные системы РЗА. Идеология построения и концептуальные вопросы развития

А. Апостолов (OMICRON Electronics, США) в своем докладе дал анализ традиционной централизованной и вновь разрабатываемой распределенной дифференциальной защиты шин, реализуемой на основе информационных шин процесса и станции по стандарту МЭК 61850, показал принципы и особенности новых схем защиты шин.

З. Гаич, Й. Менезес (ABB SA Products, Швеция), Д. Тришич, М. Читакович (PD Drinsko-Limske HPP, Bajina Bašta, Сербия) изложили особенности построения защит, устанавливаемых на обращаемых электрических машинах гидроаккумулирующей станции. Были рассмотрены режимы, которые послужили основой для разработки требований к защитам: работа блока в режиме генератора; работа блока в режиме насоса; пуск в режиме насоса с возвратом энергии в сеть; электрическое торможение синхронной машины в режиме насоса и в режиме генератора. Показаны возможные варианты реализации интегрированной защиты.

Т.Г. Климова и А.И. Расщепляев (МЭИ (ТУ), Россия) рассмотрели проблемы цифровой обработки сигналов для целей релейной защиты, которые сегодня заняли важное место в тематике научных исследований. Их актуальность неоспорима, а решения требуются настоятельно и неординарные. В докладе были показаны возможности применения вейвлет-преобразования для решения задач фильтрации в релейной защите, рассмотрены примеры применения этого преобразования для определения параметров отдельных гармонических и апериодических составляющих сигналов в переходных режимах.

А.Л. Куликов, А.Н. Клюкин (филиал ФСК ЕЭС – Нижегородское ПМЭС, Россия) продемонстрировали возможности совершенствования средств релейной защиты за счет применения статистических данных и, в частности, предложили методику повышения чувствительности токовых защит.

Ю.Я. Лямец (ЧувГУ, Россия), Г.С. Нудельман (ВНИИР, Россия), Ю.В. Романов, М.В. Мартынов, П.И. Воронов (ИЦ «Бреслер», Россия) в развитие своего неординарного подхода к решению задач релейной защиты рассказали о необходимости использования для выявления повреждений всей доступной информации. Они показали возможные эффекты от использования свойств интеллектуальных систем (распознавания процессов, адаптации, обучения), сделав акцент на обучение, итогом которого может стать задание областей срабатывания и блокировки, т.е. определение параметров срабатывания.

М.Ш. Мисриханов, А.Л. Куликов, А.А. Петрухин, А.С. Свечников (ФСК ЕЭС, Россия) рассмотрели научно обоснованный вариант построения системы мониторинга ЛЭП с применением групп устройств автоматических локационных искателей. Наглядную картину состояния линий электропередачи, несомненно полезную при поиске повреждений, предлагается получить путем анализа реакции контролируемого объекта на тестовые сигналы в специальном измерительно-вычислительном комплексе.

В.И. Нагай, А.В. Украинцев, В.В. Нагай, С.В. Сарры, Г.Н. Чмыхалов (ЮРГТУ, Россия) привели обоснованные аргументы в пользу необходимости упреждающего выявления развивающихся дефектов, которые могут привести к повреждениям. Также они предложили варианты исполнения защит, которые могут обладать свойством упреждающего действия, устанавливаемых на объектах электроэнергетических систем разных классов напряжений.

З. Гаич, Й. Менезес (ABB SA Products, Швеция), Т. Мьос (E-CO Vannkraft AS, Норвегия), А. Волден, Л. Элзет, А. Графтас (ABB AS, Норвегия) показали результаты анализа возможностей дифференциального принципа применительно к нетрадиционному блоку «генератор – трансформатор» с секционированной обмоткой гидроаккумулирующих электростанций. Своеобразие подхода обусловлено тем, что схемы соединения обмоток статора синхронной машины изменяются при переходе из режима генератора в режим двигателя. В итоге было показано элегантное решение с использованием современного цифрового терминала, обеспечивающего возможность переключения токов в защите программным способом.

Ст. Вичев (Technical University, Болгария), В. Габровски (Rocon Research Center, Болгария) рассмотрели вопросы замыканий на землю в изолированных и компенсированных сетях среднего напряжения и их идентификации с помощью цифровых защитных реле. Представлены примеры успешной реализации селективной защиты от однофазных замыканий на землю, основанной на алгоритмах гармонического анализа токов и напряжений. Особое внимание уделено исследованию работоспособности и совершенствованию алгоритмов действия в условиях перемежающихся и нестационарных замыканий на землю.

В.А. Шуин, О.А. Сарбеева, Е.С. Шагурина (ИЭИ, Россия) в своем выступлении проанализировали информативность интегральных параметров электрических величин, характерных для однофазных замыканий на землю. На основе оценок значений этих параметров и сопоставления их с граничными значениями, по мнению авторов, можно построить достаточно чувствительную селективную защиту от однофазных замыканий на землю.

В.К. Ванин, М.Г. Попов, С.О. Попов (СПбГПУ, Россия) рассмотрели вопросы повышения чувствительности и быстродействия средств защиты и противоаварийного управления силовых трансформаторов, а также показали результаты исследований переходных процессов в трансформаторах, полученных на основе трехфазных моделей, учитывающих фактическую конструкцию магнитопроводов. Эти результаты положены в основу предложенных авторами методов формирования рабочего и тормозного сигналов дифференциальной защиты трансформатора.

И.В. Нагай (ЮРГТУ, Россия) привел научно обоснованные аргументы для решения задачи обеспечения функций дальнего резервирования релейной защиты трансформаторов в условиях продольно-поперечной несимметрии. Установка дополнительной токовой защиты на трансформаторах ответвительных и проходных подстанций и адаптивной (учитывающей предшествующие режимы) – на линиях магистрального типа, по мнению докладчика, поможет надежно выявлять опасные режимы множественной продольно-поперечной несимметрии на радиальных линиях с ответвительными подстанциями (полностью доклад читайте здесь – Прим. ред.).

В.А. Ефремов и С.В. Иванов (ИЦ «Бреслер», Россия), Д.В. Шабанов (ФСК ЕЭС, Россия) рассказали о предлагаемых типовых технических решениях для релейной защиты применительно к линиям электропередачи. Они представили достаточно полный набор проблем: во-первых, необходимо обеспечение совместимости с защитами предыдущих поколений; во-вторых, требуется ограничение функций, реализуемых одним физическим устройством релейной защиты (основные, резервные, автоматика, управление и др.); в-третьих, необходимо выполнение условий структурной надежности (раздельные источники входных сигналов, питание и др.). Таким образом, по мнению авторов, можно обеспечить повышение степени технического совершенства и надежности микропроцессорных систем релейной защиты.

Г.С. Нудельман, О.А. Онисова, А.А. Наволочный (ВНИИР, Россия) предложили эффективный путь совершенствования систем РЗА за счет нового подхода к моделированию процессов в электроэнергетических системах для целей релейной защиты и автоматики. Моделирование в среде программно-аппаратного комплекса RTDS позволяет использовать не только математические модели объектов, но и цифровые устройства. Причем цифровые устройства (а не их модели) полноценно функционируют в среде RTDS: получают входные сигналы, срабатывают, воздействуют на выключатели и другие средства управления, меняя конфигурацию и режимы модели. Таким образом достигается эффект приближения устройств РЗА к реальным условиям эксплуатации, благодаря этому создаются наилучшие условия для проверки устройств и обучения персонала.

Опыт реализации и проблемы внедрения стандарта МЭК 61850

Х. Карденас, И. Ойангурен, И. Гарсес (GE Digital Energy, Испания) рассказали о пилотных подстанциях, работающих по протоколу МЭК 61850, и об успешной попытке использовать шину процесса для непосредственной связи с коммутационными и измерительными устройствами подстанции. Система защиты с шиной процесса проработала, как дублирующая основную систему защиты, без сбоев более одного года и остается в работе с параметрами, не уступающими параметрам традиционной системы. Причем, как отметили авторы, в период наблюдения было зафиксировано много внешних коротких замыканий, что позволяет оценивать лишь свойства защит не срабатывать при внешних повреждениях.

Х. Давиджак, Т. Дюфор, Х. Энглерт (Siemens AG, Германия) прокомментировали различия между первой и второй редакцией стандарта МЭК 61850, изложили свою версию мотивации поддержки новой редакции. На основе обсуждения примеров применения они определили требования к коммуникационным сервисам, моделированию данных и возможностям инжиниринга.

Х.-И. Херрманн и Г. Стейнберг (Siemens AG, Energy Automation, Германия) показали, что ожидается от интеллектуального устройства релейной защиты, выполненного в соответствии со стандартом МЭК 61850. Очевидно, что, кроме основных функций защиты, такое устройство в соответствии со стандартом может выполнять функции управления и интерфейса сбора информации о технологическом процессе. Широкая функциональная область и разнообразные требования в отношении информации – всё это, по мнению авторов доклада, требует дополнительных мер по обеспечению управления этой информацией, надежности и безопасности.

Б.С. Зайцев, Н.М. Александров (НПП «Динамика», Россия), проанализировав ситуацию в российских электроэнергетических системах, связанную с внедрением современных микропроцессорных устройств релейной защиты, поддерживающих стандарт МЭК 61850, выделили проблемы, касающиеся проверки этих устройств. Во-первых, нужно определить, какие функции защит должны проверяться внешними средствами, а какие внутренним тестированием. Во-вторых, должна ли входить в сферу проверок сеть Ethernet? В-третьих, какая степень отчуждения проверяемого устройства от системы допустима при проверках? Авторы доклада отметили, что эти и другие проблемы пока находятся на стадии решения.

Управление энергосистемами будущего

В формате круглого стола состоялось обсуждение будущего РЗА, тенденций и планов развития в ближайшее время. Акцент был сделан на теме smart grid, или интеллектуальной сети будущего: как строятся сети, которые соответствуют термину «интеллектуальные», каким должно быть первичное силовое оборудование, какие режимы работы ожидаются и, соответственно, как развивать системы управления?

Применение в электроэнергетических системах генераторов небольшой мощности, распределенных по электрическим сетям, элементов с переменными параметрами типа FACTS (Flexible AC Transmission System), вставок постоянного тока, элементов с нелинейными характеристиками и другого нового оборудования приводит к появлению проблем научного характера. Это в свою очередь дает основание для предположений, дискуссий, прогнозов и разработок по новейшей теме теории релейной защиты.

Также специалисты отметили, что новые цифровые системы релейной защиты пока еще уступают по надежности традиционным и в этом направлении предстоит много работы. Особенно важна защищенность микропроцессорных систем от внешних помех, т.к. наиболее ответственные периоды работы защит совпадают по времени с интенсивными переходными процессами в электроэнергетической системе. Действительно, при коротких замыканиях, когда релейная защита должна работать безошибочно и с наибольшей точностью, электромагнитная обстановка значительно ухудшается и возрастает вероятность сбоев в любых физических каналах связи. Таким образом, электромагнитную совместимость можно признать одним из приоритетных факторов, требующих исследования.

И всё же объективные преимущества новых цифровых систем релейной защиты и автоматики состоят в их, по сути, решающих, неисчерпаемых интеллектуальных возможностях. Поэтому проблемы реализации защит применительно к обновляющимся электроэнергетическим системам, несомненно, будут преодолены.

Конференция продолжила традицию собираться каждые два года для обсуждения наиболее важных проблем автоматизации энергетики. Круг рассматриваемых вопросов расширяется с каждой встречей. Повышается роль системного подхода к решению задач РЗА. Отчасти это происходит под влиянием новых технологий и стандартов, таких как МЭК 61850. Накопленный опыт внедрения микропроцессорной техники выражается в конкретных требованиях к новым устройствам защиты и автоматики с учетом особенностей последующего процесса обслуживания. По отдельным вопросам возникает интерес к объединению усилий различных предприятий отрасли в рамках рабочих групп Исследовательского комитета B5 CIGRE по релейной защите. Есть основания надеяться на еще более плодотворную работу конференции в будущем.