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
.
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
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
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
Оригинал статьи: Применение современных технологий при эксплуатации РЗА для повышения надежности их функционирования
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.