Логика ЦРЗА и цепей вторичной коммутации

3 октября 2011 в 14:00

Цепи вторичной коммутации цифровых устройств РЗА (ЦРЗА) представляют собой продолжение внутренних логических схем этих устройств. Внутренняя логика и внешние связи – это единое целое. Нарушения логики терминала или вторичной коммутации приводят к отказам РЗА. Поэтому разработчику схем вторичной коммутации необходимо четко представлять работу алгоритмов РЗА, логику их взаимодействия между собой и через дискретные входы-выходы с внешними цепями.

Алексей Юрьевич Емельянцев и Сергей Петрович Петров обращают внимание на проблему, остро вставшую в последние годы, когда за разработку логики терминалов РЗА берутся неквалифицированные компании либо для релейной защиты используются непредназначенные для этого устройства.

Опасности непрофессиональных решений

В России прошлого века большое внимание уделялось типизации технических решений по релейной защите и противоаварийной автоматике. Типовые решения для массового применения были разработаны ведущими российскими специалистами проектных институтов, ими пользовались все проектные институты и заводы-изготовители электротехнического оборудования. Любые изменения в этих решениях допускались только после тщательной их отработки специалистами и оформлялись в виде противоаварийных или эксплуатационных циркуляров.

Сами устройства РЗА допускались к применению только после соответствующих испытаний и прохождения опытной эксплуатации, что обеспечило высокую надежность их работы на электростанциях и в электрических сетях.

Из-за введения рыночной экономики и реформ, проведенных РАО «ЕЭС России», энергетика страны переживает не лучшие времена (фактически разваливается). Разобщенность энергетических предприятий в условиях отсутствия внятной централизованной политики приводит к снижению технических требований к продукции для энергетики.

Практика показала, что во многих случаях при использовании ЦРЗА прежний российский опыт не учитывается. Зачастую применяются неадаптированные к российским условиям цифровые терминалы зарубежных фирм. В погоне за прибылью за разработку логики терминалов берутся компании, не имеющие никакого практического опыта и нужной квалификации.

Кроме того, некоторые заводы, производящие ячейки и панели РЗА, с целью экономии самостоятельно разрабатывают схемы вторичной коммутации и даже сами программируют ЦРЗА. Приведем несколько примеров без указания конкретных предприятий, так как уже упоминалось, что проблема начинает носить массовый характер.

1. Одна из российских компаний крупного холдинга разработала схемы вторичной коммутации ячеек 10 кВ и самостоятельно запрограммировала логику ЦРЗА типа Siprotec фирмы Siemens. Терминалы после лабораторных испытаний в нашей организации были признаны неработоспособными. После чего пришлось:
   • разрабатывать новую внутреннюю логику ЦРЗА под уже произведенные ячейки;
   • вносить изменения в цепи вторичной коммутации РУ;
   • перепрограммировать терминалы;
   • проводить лабораторные испытания терминалов.
2. Нашими специалистами были разработаны логические схемы для свободно программируемых ЦРЗА типа SEPAM 80 Schneider Electric. Однако один из российских производителей ячеек купил не запрограммированные фирмой терминалы, для ускорения процесса изготовления «упростил» логические схемы и поручил их программирование сторонней фирме, не обладающей необходимым техническим потенциалом. В результате схемы были запрограммированы неправильно, поэтому, к примеру, при КЗ на отходящем фидере 10 кВ отключалась секция шин 10 кВ.
3. В ОАО «Газпром» на ПС 10/0,4 кВ для защиты питающих вводов 0,4 кВ используется ЦРЗА типа БМРЗ-0,4 (программируется на заводе-изготовителе). В последние годы поступило достаточно большое количество рекламаций в адрес производителя. Однако анализ этих рекламаций показал, что неправильная работа автоматики в большинстве случаев – результат ошибок, допущенных при проектировании цепей вторичной коммутации заводами-производителями ячеек.

О программируемых контроллерах (ПЛК)

Из-за неспособности самостоятельно разрабатывать схемы вторичной коммутации многие заводы стали применять в качестве устройств РЗА на объектах энергетики свободно программируемые контроллеры, изначально предназначенные для решения задач по автоматизации промышленных производств. В защиту такого подхода выдвигаются следующие аргументы:

1. возможность использования свободно программируемой логики ПЛК и гибкая аппаратная конфигурация;
2. возможность замены поврежденной части контроллера (например, модуля ввода дискретных сигналов);
3. низкая стоимость ПЛК по сравнению с ЦРЗА.

Однако специалисты-релейщики могут найти возражения:

1. Свободно программируемая логика и гибкая аппаратная конфигурация привели к разнотипности программных и проектных решений. Из-за этого эксплуатационный персонал вынужден перепрограммировать алгоритмы защит и автоматики поставляемых контроллеров. Типовые, отработанные годами решения по применению контроллеров на энергетических объектах отсутствуют, а сбой в работе устройства может привести к катастрофическим последствиям.
2. Возможность замены поврежденной части, несомненно, является достоинством ПЛК, но никак не может оправдать массу его недостатков. Следует отметить, что многие устройства ЦРЗА также обладают возможностью модульной замены.
3. Стоимость ПЛК и ЦРЗА отличается незначительно. Например, ПЛК Simatic S7-400 фирмы Siemens с набором необходимых модулей на границе с Германией стоит около € 6000, а устройство ЦРЗА Siprotec этой же компании – около € 7000. При расчете стоимости системы в целом, дополнительно необходимо учитывать требующиеся многочисленные внешние устройства. Хотя некоторые простые и дешевые варианты ПЛК и в такой полной конфигурации могут оказаться дешевле ЦРЗА, но соотношение цена/качество явно не в их пользу. Применение ЦРЗА позволяет кардинально уменьшить число отдельных устройств РЗА и отказаться от их технического обслуживания.

Сравнение аппаратной части ПЛК и ЦРЗА

Табл. 1 иллюстрирует разницу между ПЛК и ЦРЗА при их применении для защиты КТП со стороны 0,4 кВ с двумя вводными выключателями, секционным и двумя генераторными выключателями.

Сравнение оказывается не в пользу ПЛК. Например, при использовании ПЛК приходится отказаться от алгоритмов дальнего резервирования и блокирования МТЗ при пуске и самозапуске электродвигателей, которые давно и успешно используются в БМРЗ-0,4. Не решены проблемы электромагнитной совместимости, поскольку ПЛК имеет неэкранированный пластмассовый корпус. Наличие металлического корпуса у ЦРЗА значительно повышает его помехоустойчивость.

На практике применяются ПЛК с модулями ввода дискретных сигналов на постоянное напряжение 24 В. С одной стороны, это удобно, так как в большинстве случаев это же напряжение необходимо и для блоков питания ПЛК. С другой стороны, наличие встроенного блока питания с входным напряжением 24 В в каждом центральном процессоре ПЛК снижает надежность системы в целом, поскольку возникают проблемы коммутирования цепей входных сигналов.

Например, применяемые в настоящее время малогабаритные электромеханические реле имеют минимальную коммутируемую мощность 300 мВт, т.е. при напряжении 24 В должен протекать ток не менее 12,5 мА. В то время как входной ток дискретных входов составляет 3–5 мА, надежность контактирования не обеспечена. При применении постоянного напряжения 220 В и протекании тока 3 мА, мощность на контактах даже при пониженном оперативном напряжении составит Р = 0,8 · 220 · 3 = 528 мВт, что больше минимально коммутируемой мощности 300 мВт. Следовательно, надежность работы контактов при повышенном напряжении будет обеспечена.

Выводы

1. Необходимо осудить практику, когда заводы, выпускающие КРУ, с целью сбыта продукции стали браться за несвойственные им задачи разработки логики терминалов, схем вторичной коммутации и даже за выпуск рабочих проектов.
2. Применение ПЛК в качестве устройств РЗА на энергетических объектах недопустимо. ПЛК могут применяться только в системах измерения и сбора данных и только при наличии сертификата Госстандарта России.
3. Необходимо вернуться к практике качественных единых межведомственных стандартов и требований к решениям, предъявляемым на объектах электроэнергетики.