Опыт организации и проведения технического обслуживания устройств РЗА за рубежом

Мировой и отечественный опыт эксплуатации и вопросы оптимизации ТО УРЗА рассмотрены в работах [17, 18]. Системы ТО УРЗА отличаются по форме, но по существу у них много общего, так как основная цель ТО – обеспечение надежной работы УРЗА. По мере развития энергетики вводятся в работу новые УРЗА и, в то же время, продолжается эксплуатация УРЗА предыдущих поколений, при ТО которых применялась и соответствующая старая технология проверок (тестирования). При этом даже при её ограниченных возможностях для УРЗА на электромеханической и микроэлектронной элементной базе были разработаны достаточно эффективные тесты, позволяющие относительно объективно оценивать состояние устройств.

С вводом в эксплуатацию новых поколений УРЗА старые методы тестирования оказываются недостаточно эффективны. Часто вообще не удается проверить некоторые функции, особенно сложные алгоритмы, заложенные в устройства, сложную логику схемных решений, но старые методы тестирования широко применяются до сих пор при тестировании новых УРЗА. Это наблюдается в разных странах, методология тестирования меняется мало, потому что существуют сложившиеся традиции, закрепленные в действующих правилах; необходимо продолжать ТО устаревших устройств; отсутствуют современные тестирующие устройства и не хватает квалифицированного персонала.

Сегодня смена поколений УРЗА опережает процесс обновления методов ТО. При оценке надежности УРЗА, независимо от степени их новизны, критерии общие, но технологии отличаются. Сложившиеся методы испытаний предусматривали главным образом статическое тестирование как основу ТО. Возможности современного тестирования позволяют использовать статические методы только для предварительных тестов и применять динамическое тестирование как заключительный этап ТО.

В связи с усложнением техники и технологии требуется соответствующий персонал для их обслуживания, способный в сжатые сроки адаптироваться к изменяющимся условиям. Количество персонала служб РЗА по разным причинам лимитировано, требуются годы для его подготовки и переподготовки, а существующий персонал служб РЗА не всегда готов справляться с возрастающими проблемами.

Для оптимизации процесса ТО УРЗА с целью упрощения, облегчения, рационализации труда персонала проанализируем обычный порядок работ при вводе в эксплуатацию новых УРЗА.

1. Расчет токов короткого замыкания, режимов работы энергосистемы и защищаемого оборудования. Для этого вводится необходимая для расчетов информация: параметры и конфигурация энергосистемы и защищаемого объекта; виды и места повреждений; принципы построения и варианты распределения защит на объекте; возможный набор типов РЗА, проводится оценка правильности выбора типов РЗА. На этом этаперекомендуется применение современных расчетных программ, создающих координированные во времени сценарии изменения конфигурации энергосистемы (каскадное отключение выключателей, переход одних видов КЗ в другие, АПВ и т.д.) и рассчитывающие параметры переходных процессов в заданном формате (например, COMTRADE), которые могут проигрываться (воспроизводиться) тест-инструментами.

2. Расчет уставок осуществляется современными программами с высокой степенью автоматизации, которая включает расчет уставок основных функций (блоков) защиты, следуя их алгоритмам и расчетам и выдачу уставок в виде файлов для загрузки в защиты. При этом рекомендуется уставки (для загрузки их в защиту) выдавать в виде файлов, следуя рекомендациям завода-изготовителя и пользуясь его коммуникационной программой, файлы с выданными уставками сохранять как эталон.

3. Ввод защиты в работу после монтажа (новое включение, реконструкция). На этом этапе оценивается соответствие правильности монтажа существующим требованиям; производится загрузка выданных уставок в защиту и их сохранение. Рекомендуетсяпри всех видах ТО до начала тестирования провести проверку правильности выставления уставок путём их импорта и сравнения их с выданными (эталонными).

4. Подготовка и проведение тестирования. Проводится предварительное статическое с элементами динамики тестирование, при котором поочередно проверяются отдельные функции защит с выводом их соответствующих выходов на специальные контакты «ТЕСТ». При этом допускается изменение или тока, или напряжения, или угла, или частоты – линейно, линейно-импульсно или грубым «двойным поиском» с возможностью точного линейного или пульсирующего изменения параметров в конце этого поиска. Цель тестов – предварительно проверить состояние блока-функции (уставки срабатывания и возврата, характеристик сопротивления, времени и т.д.).

Основные условия тестирования, вводимые в испытательные таблицы:

· информация по выбору конфигурации источников питания тест-инструмента и их подключению к тестируемому устройству;

· стартовые параметры;

· скорость изменения параметров;

· предел изменения параметров;

· допускаемые отклонения и оценка теста «Прошел» или «Не прошел»;

· условия построения характеристик (графика);

· условия формирования отчета и др.

Заключительные динамические испытания, при которых на защиту подаются координированные во времени параметры различных сценариев различных видов КЗ в разных точках энергосистемы:

· предаварийного, аварийного и послеаварийного режимов;

· переход одного вида КЗ в другой;

· циклы успешных или неуспешных АПВ и др.

При этом защита действует на выходные цепи отключения выключателя. Параметры импортируются в испытательные таблицы из расчетной модели энергосистемы. Возможно использование программируемых логических выводов для имитации блок-контактов выключателей и другой информации для ввода в защиту в виде «сухих» контактов или «потенциальных» сигналов.

В статических и динамических тестах в основном используются тест-сигналы правильной синусоидальной формы, искажение которой контролируется (например, при искажении более 2% тест прекращается). Это является необходимым условием статических тестов и стабильности их результатов. Но также возможно использование апериодических составляющих и высших гармоник.

Тестирование с использованием переходных процессов применяется как продолжение динамического тестирования, но с применением условий, более близких к реальным.Их можно программировать или использовать предварительно записанные COMTRADE (или в другом формате) файлы. При этом можно генерировать, воспроизводить высшие гармоники (от постоянной составляющей до 50-кратной основной), апериодические составляющие, качания.

Все предварительно подготовленные тесты по тестированию УРЗА составляют тест-планы, которые хранятся в библиотеке. Процесс тестирования можно вести в двух режимах: запуск индивидуальных тестов и запуск тестирования всех тестов, включенных в тест-план. При этом можно при необходимости останавливать тестирование после проведения группы тестов и потом возобновлять процесс.

Динамические тесты и тесты переходных режимов можно использовать для двусторонних (многосторонних) проверок защит с коммутационным каналом. При этом синхронизация старта испытаний осуществляется с помощью спутников (GPS). Основные рекомендуемые условия:

1.Тестирование должно проводиться на рабочих уставках (без изменения уставок) проверяемых устройств.

2. Использование автоматизированных тест инструментов под управлением их программного обеспечения (например, приведенные операции могут производиться при использовании «Имитатора-модели энергосистемы F 6150» производства Doble Engineering Co., USA).

3. Перед началом испытаний рекомендуется проверить правильность сборки испытательной схемы и конфигурации защиты. Для этого следует подать на защиту номинальные параметры и, пользуясь измерительной функцией защиты, сравнить подаваемые от тест-инструмента и принимаемые защитой напряжения, токи, углы. Проведение указанных операций предотвращает потери времени на анализ и поиск причин получения неудовлетворительных результатов тестов, если изначально испытательная схема собрана неверно, или реле неверно запрограммировано.

4. При проведении ТО следует исключать любые действия, которые могут изменить заданные уставки. Следует запретить изменение уставок без последующего тестирования.

Уровень автоматизации процесса тестирования. Опыт использования поэтапной системы ТО УРЗА отработан и непрерывно совершенствуется. В целом его можно оценить положительно, т.к. охватываются все этапы ТО, необходимые для надежной работы УРЗА. Однако появляются новые методы ТО, объединяющие некоторые этапы ТО в одну программу. Рассмотрим основные моменты такого ТО.

После запуска программы тестирования следуетимпорт уставок тестируемого УРЗА. При этом в основном используется коммуникационная программа завода-изготовителя. Если версия коммуникационной программы и версия защиты не изменялись с момента составления программы, первый шаг сделан. Если были изменения, то процесс останавливается. Нужен аналитик, знакомый с алгоритмами защиты, тонкостями коммуникационной программы для поиска и устранения причин сбоев.

Производится пересчет импортируемых уставок в тест-параметры. Относительно надежно обрабатываются простые функции, с более сложными возможны сбои. Полученные параметры предназначены только для предварительных тестов. Рассчитанные параметры экспортируются в тест-таблицы сразу по завершении пересчета, исправлять их можно уже только в этих таблицах. Если не проверить таблицы до тестирования, то труднее анализировать результаты тестов (при наличии ошибок в этих таблицах). Этим заканчивается подготовительная часть программы.

Запуск всех тестов. Если тест-таблицы были доведены до удовлетворительного состояния, тестирование идет без остановок. В процессе тестирования сравниваются полученные результаты с допустимыми отклонениями и производится оценка теста «Прошел» или «Не прошел». Если тест «Не прошел», то снова требуется анализ.

При эксплуатации программы необходимо контролировать предварительно выставленные уставки перед тестированием. Известно много случаев, когда УРЗА находятся в эксплуатации в течение многих лет с неправильно выставленными уставками, поскольку при наличии десятков вариантов функций, а также сотен вариантов уставок вероятность ошибок достаточно велика.

Динамическое тестирование как основной вид обслуживания. При вводе в работу новых или реконструкции старых УРЗА после предварительных статических тестов требуется провести заключительное динамическое тестирование. При его проведении на защиту подаются различные виды внешних и внутренних повреждений и ненормальных режимов, что теперь не является большой проблемой, и анализируютcя полученные результаты, при необходимости извлекая из защиты нужную информацию. Эта часть тестирования относительно проще, чем та, что уже заложена в программу статических тестов, поскольку не надо думать об отдельных функциях и алгоритмах. На защиту подаются реальные, хорошо известные различные предаварийные и аварийные параметры, которые относительно легко отрабатываются и вводятся в испытательные таблицы (к сожалению, эта информация часто не доступна персоналу СРЗА).

Моделируются также скоординированные во времени различные сценарии аварийных событий, включая изменение конфигурации энергосистемы по ходу событий, качания, токи намагничивания и др. Возможно использование программируемых логических выходов для имитации работы выключателей, посылки сигналов и т.д. Важно иметь гибкую программируемую конфигурацию источников питания, что позволяет тестировать более сложные варианты послеаварийной конфигурации энергосистемы. Применение высокоточных тест-сигналов позволяет производить калибровку локаторов повреждений (ОПМ).

При проведении периодических проверок динамическое тестирование может быть главным и единственным видом испытаний. По времени оно занимает 20 – 25% статического тестирования, необходимость которого при периодических проверках отпадает. Статические испытания дают предварительное представление о калибровке узлов защиты, статических характеристиках и рекомендуются при новом включении или реконструкции. При периодических проверках на них затрачиваются значительные время и силы без особой необходимости. Если при ТО электромеханических защит необходимость статических тестов при периодических проверках ещё можно как-то обосновать, то при ТО современных защит это напрасная трата ресурсов. Кроме того, при проведении многочисленных статических тестов вероятность внесения ошибок при ТО значительно возрастает, а при появлении неисправности она будет выявлена более эффективными динамическими тестами.

Такая оптимизация процесса ТО УРЗА (упрощение, удешевление, удобство, надежность, культура производства, применение передовой техники и технологии) подтверждается опытом эксплуатации УРЗА в разных странах.

Многие энергосистемы используют информацию современных защит для мониторинга и анализа их поведения при внешних и внутренних повреждениях (в зоне или вне зоны действия). Правильное действие УРЗА учитывается как очередное периодическое ТО. Мощным инструментом в процессе послеаварийных расследований является возможность воспроизводства файлов аварийных осциллографов путем проигрывания их записей, записанных в формате COMTRADE. При тестировании защит с коммуникационным каналом синхронизация старта испытаний производится с помощью спутников.

Таким образом, целесообразно отказаться от проведения статического тестирования при всех видах периодических проверок (за исключением некоторых типов электромеханических защит) и применять вместо них динамическое тестирование, мониторинг и анализ поведения УРЗА в процессе их эксплуатации, засчитывать правильную работу УРЗА как периодическую проверку. С технической точки зрения эти предложения достаточно обоснованы, но с законодательной, юридической точки зрения они должны быть узаконены руководством энергосистем, если такой подход к ТО будет принят целесообразным.