Применение современных технологий при эксплуатации РЗА для повышения надежности их функционирования

Page 1
background image

Page 2
background image

120

р

е

л

е

й

н

а

я

 з

а

щ

и

т

а

 и

 а

в

т

о

м

а

т

и

к

а

релейная защита и автоматика

Применение 
современных технологий 
при эксплуатации 
РЗА для повышения 
надежности их 
функционирования

Гвоздев

 

Д

.

Б

.,

к.т.н., доцент, 

Первый заместитель 

генерального 

директора — Главный 

инженер компании 

«Россети Московский 

регион»

Грибков

 

М

.

А

.,

директор Департамента 

релейной защиты 

и режимной автоматики 

электрических сетей 

компании «Россети 

Московский регион»

Романов

 

Ю

.

В

.,

к.т.н., ведущий эксперт

АО «РТСофт» 

Рыбаков

 

А

.

К

.,

начальник отдела 

алгоритмического 

обеспечения 

ООО «РТСофт-СГ»

Н

енадежные  устройства  релейной  защиты 

сами  становятся  источниками  возникнове-

ния  или  развития  аварии.  Поэтому  глав-

ным свойством любого РЗА всегда являет-

ся  надежность  их  функционирования.  Анализ  [1,  2]

показывает,  что  возможностями  повышения  надеж-

ности РЗА, которые уже находятся в эксплуатации, 

являются: 

1)  контроль исправности модулей с использовани-

ем  диагностических  средств  (как  внешних,  так 

и встроенных); 

2)  минимум вмешательства обслуживающего пер-

сонала в работу РЗА (минимизация «человече-

ского фактора»);

3)  определение  оптимального  периода  и  объема 

технического обслуживания, приоритизация ра-

бот и выбор момента проведения обслуживания.

Интеллектуальные микропроцессорные устрой-

ства  РЗА  являются  более  технически  совершен-

ными и более сложными в сравнении с электроме-

ханическими и микроэлектронными. Это обуслов-

лено  усложнением  не  только  аппаратной  части 

(новые компоненты, технологии изготовления), но 

и наличием внутреннего программного обеспече-

ния,  которое  управляет  работой  самого  устрой-

ства и при этом может собирать диагностическую 

информацию  о  его  состоянии  (самодиагностика). 

При этом следует учитывать, что сложность всег-

да  растет  быстрее,  чем  надежность.  Таким  обра-

зом,  как  показывает  опыт  и  исследования  [3–6], 

повышение  надежности  функционирования  МП 

РЗА  зависит,  в  первую  очередь,  от  правильной 

и качественной эксплуатации устройств с исполь-

Мировые

 

тенденции

 

к

 

повышению

 

надежности

 

в

 

высоковольт

-

ных

 

электрических

 

сетях

 

вместе

 

с

 

повышением

 

операционной

 

эффективности

 

при

 

их

 

эксплуатации

 

привели

 

к

 

росту

 

числа

 

ис

-

следований

 

и

 

созданию

 

новых

 

технологий

 

и

 

направлений

 

для

 

цифровой

 

подстанции

Существенное

 

влияние

 

на

 

надежность

 

в

 

электрических

 

сетях

 

оказывает

 

система

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

основной

 

функцией

 

которой

 

является

 

снижение

 

ущерба

 

при

 

авариях

.


Page 3
background image

121

зованием оптимальной стратегии технического об-

служивания.

Очевидным  решением  в  повышении  качества 

эксплуатации  и  наблюдаемости  за  МП  РЗА  с  ми-

нимизацией ручных и лишних операций является 

использование цифровых технологий и внедрение 

систем  автоматизации  процессов  непрерывного 

ситуативного  мониторинга  и  анализа  правильно-

сти  функционирования  РЗА,  чтобы  своевремен-

но  выявлять  неисправности  и  ошибки  в  работе. 

Это,  с  одной  стороны,  позволяет  снизить  риски 

и предотвратить ущербы от неправильных сраба-

тываний  (недоотпуск  электроэнергии,  нарушение 

технологического  процесса,  повреждение  основ-

ного оборудования), а с другой — оптимизировать 

операционные затраты компаний за счет перехода 

к  эксплуатации  энергообъектов  без  постоянного 

присутствия персонала и осуществить переход от 

планового технического обслуживания к обслужи-

ванию РЗА по фактическому состоянию (сокращая 

объемы и время выполнения работ при ТО и уве-

личивая интервалы без выезда персонала на объ-

ект).  В  Приказе  Минэнерго  России  от  13.07.2020 

№ 555 [7] возможность обслуживания РЗА по со-

стоянию и необходимость использования автома-

тизированного мониторинга РЗА уже сегодня про-

писана в явном виде.

ПРЕДПОСЫЛКИ

В  ходе  строительства  новых  объектов  электро-

энергетики  и  модернизации  существующих  с  за-

меной  устаревших  типовых  электромеханических 

и микроэлектронных защит увеличивается парк ис-

пользуемых МП РЗА разных производителей, моде-

лей и версий. 

По  данным  аналитического  агентства  Trans pa-

rency  Market  Research  на  глобальном  рынке  вы-

сокотехнологичных  микропроцессорных  РЗА  на-

блюдались  продажи  ~11  млн  единиц  в  2018  году, 

которые  по  прогнозам  увеличатся  к  2027  году  до 

~23 млн единиц, составляя рост в среднем на ~9% 

в течение прогнозируемого периода [8]. К примеру, 

за последние 15 лет количество устройств МП РЗА 

на объектах ЕНЭС в России разных типов, версий 

и  производителей  увеличилось  на  18%  в  общем 

числе устройств.

Поскольку каждый производитель РЗА придер-

живается  своего  вектора  развития  программной 

и аппаратной платформы, усложняя конструкцию, 

расширяя  набор  функций  и  совершенствуя  алго-

ритмы  работы,  то,  соответственно,  возрастает 

сложность  в  их  использовании.  Из-за  этого  воз-

растают  требования  к  квалификации  специали-

стов и требования к эксплуатации самих МП РЗА. 

Увеличивается  нагрузка  на  персонал  служб  по 

контролю, анализу работы и обслуживанию РЗА — 

«человеческий фактор». Все это в итоге влияет на 

надежность  работы  самой  системы  релейной  за-

щиты, следовательно, всего первичного оборудо-

вания и энергосистемы в целом. 

Увеличение  штатной  численности  персонала 

не может быть решением в данной проблеме, по-

этому  требуется  использование  новых  подходов, 

инструментов  и  современных  технологий  в  авто-

матизации рабочих процессов служб РЗА, которые 

позволят  оптимизировать  их  работу.  Это  являет-

ся залогом сохранения и повышения надежности 

в  энергосистеме  и  вместе  с  этим  позволит  без 

ущербов снижать операционные затраты. Исходя 

из  этого,  можно  сделать  вывод  о  том,  что  акту-

альным  направлением  становится  исследование 

и  разработка  таких  систем  автоматизированного 

мониторинга и анализа РЗА.

ОБЗОР

 

РЕШЕНИЙ

Большая часть работ по исследованиям надежно-

сти РЗА и поиску оптимальных решений ее повыше-

ния  носят  теоретический  или  экспериментальный 

характер.  За  последние  двадцать  лет  активного 

внедрения МП РЗА, несмотря на их техническое со-

вершенствование,  контроль  исправности  продол-

жает осуществляться визуальной оценкой по месту: 

при обходах, в ходе разбора аварийного нарушения 

или при проведении планового технического обслу-

живания. При наличии АСУТП используются мини-

мальные возможности: сбор обобщенных сигналов 

аварийной  и  предупредительной  сигнализации 

РЗА,  автоматическое  скачивание  файлов  осцил-

лограмм. Решения по автоматизации контроля ис-

правности и анализа работы РЗА, которые встреча-

ются  при  обзоре  рынка,  обладают  функционалом, 

который  решает  частные  проблемы.  Однако  весь 

этот опыт и решения позволили развивать и совер-

шенствовать технологию. 

Наиболее  интересным  является  практический 

опыт  испанской  энергетической  компании  IBER-

DROLA  SA,  являющейся  производителем  и  по-

ставщиком  электроэнергии,  которая  в  2012  году 

разработала  и  внедрила  систему  «SINAI»  [9]  для 

фиксации, обработки и анализа аварийных событий 

в  электрических  распределительных  сетях  45  кВ 

и выше с формированием оперативного отчета по 

событию. В результате использования системы для 

выявления ошибок работы РЗА за шесть лет уда-

лось  сократить  число  отключений  трансформато-

ров из-за неправильной работы РЗА на 43%.

Большим шагом в этом направлении стала мето-

дическая работа, которую провело ПАО «Россети» 

и в 2018 году выпустило стандарт организации СТО 

34.01-4.1-007-2018 «Технические требования к авто-

матизированному мониторингу устройств РЗА, в том 

числе  работающих  по  стандарту  МЭК  61850»  [10]. 

В  нем  определяется    автоматизированный  мони-

торинг микропроцессорных устройств РЗА, являю-

щийся  неотъемлемой  частью  процессов  техниче-

ского обслуживания по состоянию устройств РЗА, 

и описаны основные функции и алгоритмы работы 

системы:

1.  Удаленный непрерывный мониторинг исправно-

сти МП РЗА по:

 

– сигналам  аппаратной  и  программной  внут-

ренней самодиагностики;

 

– сигналам перезагрузок и отключения питания 

оперативных цепей;

 

– аналоговым сигналам цепей измерения тока 

и напряжения;

 1 (64) 2021


Page 4
background image

122

 

– сигналам  нарушения  информационного  об-

мена;

 

– сигналам  неисправности  каналов  связи  для 

защит и каналообразующей аппаратуры;

 

– контролю изменений в активной конфигурации 

и  параметрах  настройки  РЗА  с  выявлением 

несоответствий задания на конфигурирование;

 

– контролю  изменений  положения  переключа-

ющих устройств в шкафу РЗА с выявлением 

несоответствий задания оперативного поло-

жения.

2.  Анализ функционирования защит:

 

– сбор и обработка данных по аварийным собы-

тиям;

 

– локализация места и вида повреждения обо-

рудования  с  программным  определением 

расстояния до места повреждения на ЛЭП;

 

– оценка правильности пусков и срабатываний 

защит  с  использованием  технологии  «циф-

ровых  двойников»  РЗА  при  моделировании 

аварийных  режимов  и  анализом  поведения 

защит.

3.  Оперативное оповещение пользователей и фор-

мирование  протоколов  мониторинга  и  анализа 

функционирования РЗА.

Уже  в  2019  году  в  рамках  научно-исследова-

тельских работ ПАО «ФСК ЕЭС» были разработа-

ны и внедрены на нескольких подстанциях 220 кВ 

автоматизированные  системы  мониторинга  РЗА 

с указанным функционалом.

РАЗВИТИЕ

 

ТЕХНОЛОГИИ

 

ДЛЯ

 

ПОВЫШЕНИЯ

 

НАДЕЖНОСТИ

 

РЗА

В  соответствии  со  стандартом  ПАО  «Россети»  [5] 

комплексный  показатель  аппаратной  надежности 

МП РЗА определяется в целом коэффициентом го-

товности  устройства 

k

г

  (ГОСТ  27-301.  Надежность 

в технике):

 

k

г

 = 1 / (1 + 

ав

), 

(1)

который учитывает 

ав

 — среднегодовую длитель-

ность восстановления работы РЗА при выявлении 

неисправности.

Наиболее  общим  показателем  надежности  яв-

ляется  уже  коэффициент  технического  использо-

вания, характеризующий среднюю долю календар-

ного времени, в течение которого устройство РЗА 

должно безотказно выполнять свои функции:

 

k

Т.И.

 = (1 – 

пл

) · 

k

г

(2)

где 

пл

  —  среднегодовая  длительность  планово-

профилактических работ с устройством РЗА [2]. 

Таким образом в процессе эксплуатации надеж-

ность  РЗА  во  многом  будет  зависеть  от  длитель-

ности  работ  по  техническому  обслуживанию  и  от 

времени восстановления работы РЗА после неис-

правности.  Надо  учесть,  что  в  длительность  вос-

становления РЗА входит и время на обнаружение 

или выявление самой неисправности, и определе-

ние мер по устранению.

С другой стороны, в соответствии с Приказом Мин-

энерго России от 08.02.2019 № 80 [11] оценка эксплу-

атационной надежности РЗА численно определяется 

R

 — показателем общей надежности устройств РЗА, 

который зависит только от числа правильных и не-

правильных  срабатываний  защиты.  И  этот  показа-

тель является уже фактом, величину которого нельзя 

оперативно определить и на нее повлиять. 

Таким образом наблюдается две проблемы в на-

дежности  РЗА,  которые  требуют  практического  ре-

шения:

 

– повысить  ее  за  счет  сокращения  длительности 

восстановления  работы  РЗА  и  планово-профи-

лактических работ;

 

– объективно и своевременно ее оценивать.

Для этих целей предложено использовать техно-

логию и систему автоматизированного мониторинга 

и анализа функционирования РЗА, которая обладает 

всеми необходимыми входными данными. 

Первая проблема решается переходом на техни-

ческое обслуживание по состоянию с сокращением 

объемов проверок и, следовательно, временем вы-

вода  РЗА.  Также  непрерывный  автоматический  мо-

ниторинг  исправности  РЗА  позволит  своевременно 

обнаружить  неисправность,  скрытый  дефект  или 

ошибку работы, что в общем сократит время на об-

наружение  проблемы  для  начала  восстановления 

работы защиты.

Для решения второй проблемы в рамках НИОКР 

в  ПАО  «Россети  Московский  регион»  был  впервые 

разработан  алгоритм  расчета  индекса  готовности 

для каждого устройства РЗА на основе результатов 

мониторинга  и  анализа  функционирования.  Индекс 

обобщает  все  факторы,  влияющие  на  надежность 

МП РЗА, для оперативной оценки (рисунок 1). 

В расчете индекса учитывается около 29 параме-

тров, которые разделены по группам:

1)  срок службы и текущая наработка;

2)  действующие собственные неисправности;

3)  история собственных закрытых неисправностей;

4)  неисправности серии устройств;

5)  факты  неправильной  работы,  причины  которых 

не устранены.

Каждый  параметр  в  группе  имеет  свой  весовой 

коэффициент  влияния  на  индекс.  Коэффициенты 

могут корректироваться в процессе использования.

Использование  индекса  позволяет  компании  оп-

тимизировать и приоритизировать работы по техни-

ческому обслуживанию, ремонту и замене устройств. 

Апробация алгоритмов расчета индекса на пилотных 

подстанциях  позволит  скорректировать  методиче-

скую базу ПАО «Россети» при изменении стратегии 

технического обслуживания РЗА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как показывает проведенный обзор, за последние не-

сколько  лет  технология  автоматизированного  мони-

Рис

. 1. 

Пример

 

оперативного

 

отображения

 

оценки

 

РЗА

 

в

 

системе

 

мониторинга

 

и

 

анализа

 

функционирования

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА 

И АВТОМАТИКА


Page 5
background image

123

ЛИТЕРАТУРА
1.  Шалин А.И. Надежность и диагно-

стика  релейной  защиты.  Новоси-

бирск,: Изд-во НГТУ, 2002. 384 с.

2.  Непомнящий В.А. Надежность обо-

рудования  энергосистем.  М.:  Из-

дательство  журнала  «ЭЛЕКТРО -

ЭНЕРГИЯ.  Передача  и  распреде-

ление», 2013. 196 с.

3.  Александров В.Ф. Анализ эффек-

тивности систем технического об-

служивания устройств РЗА и пути 

их  совершенствования  /  Тезисы 

докладов всесоюзного совещания 

«Повышение надежности противо-

аварийного  управления  ОЭС». 

Рига: Изд-во РПИ, 1986. С. 14–16.

4.  Смирнова  Э.П.  Влияние  профи-

лактического  контроля  на  резуль-

тирующую  надежность  релейной 

защиты  //  Электричество,  1968, 

№ 4. С. 10–15.

5.  СТО  34.01-4.1-008-2018.  Микро-

процессорные  устройства  релей-

ной  защиты  и  автоматики.  Ме-

тодические  указания  по  расчету 

надежности.  Стандарт  организа-

ции  ПАО  «Россети».  Дата  введе-

ния:  28.04.2018.  URL:  http://docs.

cntd.ru/document/557649893.

6.  Under E.A. Protection System Main-

tenance  Program  Choices  –  TBM, 

CBM, and PBM. Quanta Technology, 

LLC, Pittsburgh. Western Protective 

Relay Conference – October 2014. 

7.  Приказ  Министерства  энергети-

ки  РФ  от  13.07.2020  №  555  «Об 

утверж дении  Правил  техническо-

го обслуживания устройств и ком -

плексов  релейной  защиты  и  ав-

томатики  и  внесении  изменений

в  требования  к  обеспечению  на-

дежности  электроэнергетических

систем, надежности и безопаснос-

ти  объектов  электроэнергетики

и  энергопринимающих  установок 

«Правила  организации  техниче-

ского обслуживания и ремонта объ-

ектов электроэнергетики», утверж-

денные  приказом  Минэнерго  Рос-

сии от 25 октября 2017 г. № 1013

(зарегистрировано в Минюсте Рос-

сии  23.10.2020  №  60538).  URL: 

http://publication.pravo.gov.ru/Docu-

ment/View/0001202010230026.

8.  Отчет об исследовании рынка ре-

лейной  защиты  на  сайте:  URL: 

https://www.trans pa ren cy mar ket re-

search.com/protection-relays-mar-

ket.html.

9.  Отчет о результатах внедрения си-

стемы  SINAI  на  сайте,  посвящен-

ном  цифровой  подстанции:  http://

digitalsubstation.com/wp-content/

uploads/2017/10/09.-IEC-61850-

Europe-2017-David-MacDonald_-

Iberdrola.pdf.

торинга  РЗА  становится  все  более  востребованной. 

Развитие в этом направлении позволит повысить эф-

фективность и надежность эксплуатации МП РЗА.

В  дальнейшем  промышленное  внедрение  и  ис-

пользование  систем  удаленного  автоматизирован-

ного  мониторинга  устройств  МП  РЗА  на  объектах 

ПАО «Россети» и у других субъектов позволит повы-

сить  наблюдаемость  за  состоянием  оборудования, 

осуществить переход на техническое обслуживание 

устройств РЗА по их фактическому состоянию, отка-

заться от ряда работ, что в итоге приведет к сокра-

щению эксплуатационных затрат и позволит снизить 

нагрузку  на  персонал.  Внедрение  технологии  авто-

матизированного мониторинга РЗА и использование 

методов объективной оценки состояния оборудова-

ния — это следующий необходимый шаг к цифрови-

зации  российской  электроэнергетики  и  повышению 

ее надежности.  

На правах рекламы

 1 (64) 2021


Читать онлайн

Мировые тенденции к повышению надежности в высоковольтных электрических сетях вместе с повышением операционной эффективности при их эксплуатации привели к росту числа исследований и созданию новых технологий и направлений для цифровой подстанции. Существенное влияние на надежность в электрических сетях оказывает система релейной защиты и автоматики, основной функцией которой является снижение ущерба при авариях.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Превентивное управление нагрузкой в сетях 0,4 кВ в целях предотвращения возникновения аварийных ситуаций

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Релейная защита и автоматика
Удинцев Д.Н. Милованов П.К. Зуев А.И.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(68), сентябрь-октябрь 2021

Внедрение цифрового дистанционного управления оборудованием и МП устройствами РЗА на подстанциях 110–220 кВ ПАО «Россети Московский регион»

Релейная защита и автоматика
Гвоздев Д.Б. Грибков М.А. Бороздин А.А. Рыбаков А.К.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»