ЖУРНАЛ НЕКОММЕРЧЕСКОГО П АРТНЕРСТВА «СОДЕЙСТВИЕ РАЗВИТИЮ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, АВТОМАТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ»
Р Е Л Е Й Н П Я и
н в т о м
3 R 1 1 M TR
н т и з р ш
и я
Н А У Ч Н О - П Р А К Т И Ч Е С К О Е ИЗ Д А Н И Е Д. Медведев: «...правильные приоритеты: инвестиции ... в молодых людей» | Упреждающая функция релейной защиты | О цифровых измерительных органах | Еще раз о влиянии геомагнитных штормов на работу релейной защиты | Как повысить быстродействие АОПЧ | Контроль параметров инвертора в процессе его функционирования | Автоматизация обслуживания и ремонта электрооборудования | Об упрощении токовых направленных защит | Опыт внедрения САПР для шкафов РЗА | К 105-летию великого ученого-электротехника М.М. Ботвинника №0 2 (23) |Май |2016
г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, 3 тел. (8352) 22-01-10, 22-01-30 ekra@ekra.ru, ww w.ekra.ru
СОХРАНЯЯ ЗНЕРГИЮ
Дина щ
научно- производстве енно^Н нно
Новинки серии
РЕТОМ: легки на подъем РЕТОМ-25 компактный и мощный
РЕТОМ-71
серия «КАЛИБР»
РЕТО К/I “71 серии «КАЛИБР»
РЕТОМ-25
тестирование и поверка высокоточных МП защит, счетчиков электроэнергии
проверка первичного и вторичного оборудования
• • • • •
• • • • •
класс точности 0,1 % 6 источников тока (20 А, 250 ВА) б источников напряжения (140 В, 35 ВА) поддержка МЭК 61850 (ч. 8.1) высокая помехозащищенность (ГОСТ Р 51317.6.5-2006, класс А) • вес 16 кг
максимальный выходной ток 200 А максимальное выходное напряжение 250 В максимальная выходная мощность 1400 ВА возможность управления от ПК работа с блоками PET-3000, PET-ВАХ-2000, РЕТОМ-6000, РЕТ-МИКРО • вес 19 кг
Научно-производственное предприятие «Динамика» 428015, г. Чебоксары, ул. Анисимова, 6; тел./факс; (8352) 325200; www.dynamics.com.ru,dynamics@chtts.ru
«Релейная защита и автоматизация» Информационный партнер научно-практическое издание. 18+ Ассоциации «ИнТЭК» №02 (23), 2016 год, май. Периодичность: 4 раза в год. Тираж: 3500 экз., заказ № 164174 Дата выхода в свет: 20.05.2016 Подписной индекс: 43141 (Объединенный каталог «ПРЕССА РОССИИ»). Цена свободная. Печать: ООО «Типография «НН Пресс», 428031, Россия, г. Чебоксары, пр-д Машиностроителей, д. 1с, тел.: 55-70-18, 28-26-00 Учредители журнала: Некоммерческое партнерство «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике», Общество с ограниченной ответственностью «Рекламно-издательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике», Белотелов Алексей Константинович. Издатель: ООО «Рекламно-издательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (ООО «РИЦ «СРЗАУ»). Адрес редакции и издателя: 428003, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр-кт И. Яковлева, 3, www.srzau-ric.ru Учредители издательства: ООО НПП «ЭКРА», ООО «НПП Бреслер», ООО «НПП «Динамика», ЗАО «ОРЗАУМ», Белотелов Алексей Константинович. Редакция: Главный редактор: Белотелов Алексей Константинович, к.т.н., президент НП «СРЗАУ», тел.: 8-903-714-50-93, e-mail: info@srzau-np.ru Выпускающий редактор: Иванова Наталия Анатольевна, тел.: (8352) 226-394, 226-395, e-mail: ina@srzau-ric.ru Дизайн и верстка: Романенко Т.Б., e-mail: design@srzau-ric.ru Состав редакционной коллегии: Антонов Владислав Иванович, к.т.н., ЧГУ им. И.Н. Ульянова; Антонов Дмирий Борисович, к.т.н., ЗАО «РАДИУС Автоматика»; Арцишевский Ян Леонардович, к.т.н., МЭИ (Технический университет); Вайнштейн Роберт Александрович, д.т.н., профессор ТПУ; Ванин Валерий Кузьмич, д.т.н., профессор СПбПУ Петра Великого; Дони Николай Анатольевич, к.т.н., ООО НПП «ЭКРА»; Дорохин Евгений Георгиевич; Журавлев Евгений Константинович, ОАО «Ивэлектроналадка»; Илюшин Павел Владимирович, к.т.н., ЗАО «Техническая инспекция ЕЭС»; Козлов Владимир Николаевич, к.т.н., ООО «НПП Бреслер»; Лачугин Владимир Федорович, к.т.н., ОАО «ЭНИН»; Левиуш Александр Ильич, д.т.н., профессор; Любарский Дмитрий Романович, д.т.н., ОАО «Институт «Энергосетьпроект»; Маргулян Александр Михайлович, ЗАО «НОВИНТЕХ»; Мокеев Алексей Владимирович, д.т.н., САФУ им. М.В. Ломоносова; Нагай Владимир Иванович, д.т.н., профессор, ЮРГПУ им. М.И. Платова; Наумов Владимир Александрович, к.т.н., ООО НПП «ЭКРА»; Орлов Юрий Николаевич, ОАО «Фирма ОРГРЭС»; Пуляев Виктор Иванович, ОАО «ФСК ЕЭС» - заместитель главного редактора; Шевцов Виктор Митрофанович, к.т.н., профессор, член СИГРЭ, ЧГУ им. И.Н. Ульянова; Шуин Владимир Александрович, д.т.н., профессор, ИГЭУ.
ИГЕЖ
Редакция не несет ответственности за достоверность рекламных материалов. Рекламируемая продукция подлежит обязательной сертификации илицензированию. Перепечатка, цитирование и копирование размещенных вжурнале публикаций допускается только со ссылкой на издание. Регистрационное свидетельство ПИ № ФС77-44249 от 15.03.2011 г., выданное Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК.
Уважаемые читатели! Представляю вам очередной номер журнала «РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМА ТИЗАЦИЯ». Новый статус научного изда ния, журнала ВАК, наложил свой отпечаток в виде изменения соотношения практиче ских и научных статей в пользу последних. Обращаю внимание читателей журнала на публикацию о великом шах матисте XX века Михаиле Ботвиннике. Вероятно, для молодого поколения энер гетиков станет открытием, что вся про фессиональная научная деятельность шестого чемпиона мира по шахматам свя зана с энергетикой. Если уделить время для изучения первой страницы журнала, то можно за метить, что в текущем году постепенно обновляется редакционная коллегия жур нала. Нашу дружную команду редакцион ной коллегии пополнил известный специалист-релейщик Николай Анатольевич Дони. Надеюсь, читатели найдут много интересного в наших традиционных ру бриках НАУКА и ПРАКТИКА. Предлагаю вам не обойти вниманием информацию о подготовке таких значимых событий, как Форум «РЕЛАВЭКСПО-2017» и научно практическая конференция «Релейная защита и автоматизация энергосистем. Инновационные технологии релейной защиты, противоаварийной автоматики и автоматизации энергосистем», тради ционно проходящая в рамках междуна родной выставки «Электрические сети России-2016». Уважаемые читатели! Жду от вас новых статей и активного участия в дис куссиях по проблемным вопросам вашей профессиональной деятельности. С уважением и надеждой на плодотворное сотрудничество, Главный редактор Алексей Белотелое
Научно-практическая конференция РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ 7 декабря 2016 года, выставка «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ РОССИИ-2016» ( г. Москва, ВДНХ, павильон №75)
Более подробная информация на сайтах: www.srzau-ric.ru www.srzau-np.ru
ЦЕЛЬ: Обмен мнениями по основным направлениям дальнейшего развития систем релейной защиты и автоматики (РЗА), противоаварийной автоматики (ПА) и систем управления ЕЭС России на основе отечественного и зарубежного опыта внедрения и эксплуатации инновационных технологий в электроэнергетике. ТЕМАТИКА: •Нормативно-техническое и организационное обеспечение разработки, внедрения и эксплуатации интегрированных систем управления. Стандарты МЭК 61850. •Реализация технологий ЦПС. Решения по ЦПС. Вопросы проектирования и внедрения ЦПС. •Концептуальные вопросы развития РЗА. Современные интеллектуальные устройства РЗА. Проектирование и эксплуатация. •Концептуальные вопросы развития ПА. Новые устройства передачи аварийных сигналов и команд (УПАСК). Проектирование и эксплуатация. •Моделирование электроэнергетических систем. Аналитические модели объектов ЭЭС. Применение программных и аппаратных средств в моделировании ЭЭС. •Совершенствование эксплуатации устройств РЗА, ПА и АСУ ТП. Техническое обслуживание. Испытания. Диагностика. ОРГАНИЗАТОРЫ: •НП «СОДЕЙСТВИЕ РАЗВИТИЮ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, АВТОМАТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ». •Ассоциация «ИННОВАЦИОННЫЙ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КЛАСТЕР ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ». •Рекламно-издательский центр «СОДЕЙСТВИЕ РАЗВИТИЮ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, АВТОМАТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ». •Научно-практический журнал «РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ». ЗАЯВКИ НА УЧАСТИЕ в Конференции принимаются до 20 октября 2016 года по электронным адресам: ina@srzau-ric.ru; belotelov@srzau-np .ru. Справки по телефонам: 8 (905) 346-87-55 Иванова Наталия Анатольевна, 8 (903) 714-50-93 Белотелов Алексей Константинович.
СОДЕРЖАНИЕ:
1. События Выставки и конференции: •Дни энергоресурсоэффективности в Татарстане...............................................................................6 • На пути к умной энергетике.................................................................................................................. 7 • ЭНЕРГО-VOLGA-2016 ...............................................................................................................................7 •Для развития энергетики Ю Ф О ............................................................................................................ 8
Электротехнический кластер Чувашии: •Дмитрий Медведев: «В республике выбраны правильные приоритеты: инвестиции в человека, в молодых людей».........................................................................................9
2. Наука Релейная защита: •Смирнов И.Н., Булычев А.В. Упреждающие функции в защите трансформатора Smirnov I.N., Bulychev A.V. Predicting function protection transformer.............................................................................................. 12 • Никитин А.А., Шалимов А.С. Влияние отклонений частоты на характеристики срабатывания цифрового дистанционного органа Nikitin A.A., Shalimov A.S. The impact of frequency deviations on the digital distance element characteristics............................ 16 • Гуревич В.И. Еще раз о влиянии геомагнитных штормов на работу релейной защиты........................................... 19 •Успенский М.И. В ответ на обсуждение..............................................................................................................................21
Автоматика: •Васильев В.В., Осинцев А.А., Бородин Д.Н., Фролова Е.И. Быстродействующая автоматика ограничения повышения частоты Vasilev V.V., Osyntsev A.A., Borodin D.N., Frolova E.I. Fast-acting automatic restriction of frequency increase...........................................................................22
стр.
Автоматизация: • Бурькова Е.В. Программно-аппаратные средства контроля параметров инвертора Burkova E.V. Software and hardware ш ^ га ! of inverter parameters........................................................................... 28 • Горелик Т.Г., Кириенко О.В., Кабанов П.В. Информационная система технического обслуживания и ремонта на базе общей информационной модели Gorelik T.G., Kirienko O.V., Kabanov P.V. Automated information system for equipment maintenance and repair based on common information model ............................................................................................................... 32
3. Практика Релейная защита: • Маруда И.Ф. Токовые защиты нулевой последовательности с избирательными органами зоны повреждения автотрансформаторов 220 кВ................................................................................................................... 38
РЗА: • Шоглев Д.Г., Фурашова О.В. Опыт внедрения САПР Eplan в производство шкафов РЗА серий ШЭ2607 и ШЭ2710........................................................................... 41
4. История •Ученый-электротехник и выдающийся шахматист. К 105-летию со дня рождения М.М. Ботвинника..................................................................................... 47
5. Требования к оформлению статей................................................50
Р.А. Вайнштейн, Е.А. Понамарев, В.А. Наумов, Р.В. Разумов Р.А. Вайнштейн, Е.А. Понамарев, В.А. Наумов, Р.В. Разумов
ПОДПИСКА НА 2-е полугодие 2016 г. (2 номера)
1 500рУб
в т.ч.НДС 10% + пересылка
Екабс Баркане, Диана Жалостиба
ЗАЩ ИТА ОТ РАЗВАЛОВ И САМ ОВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭНЕРГОСИ СТЕМ
ЗАЩИТА ОТ РАЗВАЛОВ И САМОВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМ
СО БЫ ТИ Я
Выставки и конференции
ДНИ ЭНЕРГОРЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ В ТАТАРСТАНЕ С 15 по 17 марта 2016 г. в ВЦ «Казанская ярмарка» прошли 17-я международная специали зированная выставка «Энергетика. Ресурсосбережение» и 16-й международный симпо зиум «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение». В 2015 году выставка и симпозиум бы ли признаны лучшим региональным меро приятием в области ТЭК на 1-м всероссий ском конкурсе «Медиа ТЭК». Организаторами выставки традици онно выступили Министерство промыш ленности и торговли Республики Татарстан (РТ), Центр энергосберегающих техноло гий РТ при Кабинете Министров РТ, Мэрия г. Казани. Это - единственная российская региональная выставка, включенная в про грамму поддержки зарубежных выставок по энергетической тематике Федеральным министерством экономики и технологий ФРГ. Немецкие компании участвовали в со ставе коллективной экспозиции, где пред ставили технологии, системы и оборудова ние для повышения ресурсосбережения, энергоэффективности и экологической безопасности предприятий и др. Экспонентами выставки стали 133 компании из 27 регионов РФ и 9 стран ми ра. Они демонстрировали новинки для
энергетики: в области биоэнергетики и ВИЭ, комплексные решения для повышения ре сурсосбережения, энергоэффективности и экологической безопасности, системы про изводства и распределения электроэнергии и др. Лучшие разработки были отмечены дипломами ежегодного конкурса «Энерго эффективное оборудование и технологии». Среди обладателей дипломов в 2016 году участник НП «СРЗАУ» ООО «Прософт - Систе мы» (г. Екатеринбург) - за контроллер ячейки 6-35 кВ ARIS C304 (диплом III степени). В рамках обширной деловой про граммы прошли научно-технические кон ференции, круглые столы и семинары, бизнес-встречи, посещение центра компе тенций и технологий в области энергосбе режения на базе КГЭУ. 15 марта состоялось заседание вительства РТ «О ходе реализации государ ственной программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в РТ на 2014-2020 годы» по итогам 2015 года
и задачах на 2016 год. В рамках заседания состоялось награждение победителей респу бликанского смотра-конкурса «Ресурсоэффективность. Энергосбережение» среди СМИ по пропаганде госпрограммы энергосбереже ния и повышения энергетической эффектив ности» (предприятия и организации РТ). 16 марта прошли бизнес-встречи главных специалистов предприятий энер гетики РТ, организованные по принципу мэтчмейкинга (matchmaking). Основная цель мероприятия - налаживание перспек тивных партнерских отношений между предприятиями энергетической отрасли РТ и других регионов РФ. 17 марта - «Молодежный день» в формате ток-шоу «Энергоэффективные лю ди - эстафета поколений». Лучшие разра Пра ботки юных рационализаторов и молодых ученых были отмечены дипломами III ре спубликанского молодежного конкурса на учно-технических проектов «Энергоэффек тивность и энергосбережение».
15-я ЮБИЛЕЙНАЯ КАЗАХСТАНСКАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА
ЭНЕРГЕТИКА. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ 2 5-27 октября 2016 Казахстан, Алматы, КЦДС "Атакент" ОРГАНИЗАТОРЫ:
теса Тел.: +7 (727) 2583434; E-mail: power@iteca.kz
О Ф И Ц И А Л Ь Н А Я П О Д Д Е Р Ж КА :
<£ =
LQ.
М аш и ностроени е
SAMRUK ENERGY
Союз Инжиниринговых Республики Казахстан
KEGOC Союз Инженеров-энергетиков Республики Казахстан
www.POWEREXPO.kz
у ^ 1 /г
СОБЫТИЯ
Выставки и конференции
НА ПУТИ К УМНОЙ э н е р г е т и к е 24 и 25 марта в Москве на ВДНХ в павильоне «Электрификация» состоялась IV Бизнесплатформа «Собственная генерация на предприятии: ставка на энергоэффективность, бесперебойность и снижение затрат». Мероприятие вызвало повышенный интерес со стороны представителей про фильных ассоциаций и НП, российских и зарубежных энергетических и сервисных компаний, а также производителей обору дования. Отличительная особенность Биз нес-платформы - сбор теоретиков и практи ков, работающих в сфере распределенной энергетики. На пленарном заседании спикеры об судили перспективы развития энергетиче ской системы Smart Energy. Цифровизация производственных активов и инфраструк тур, появление технологий для локализа ции производственных процессов в месте потребления их продукции, интеллектуаль ное распределенное управление сложны ми производственными системами - это элементы новой промышленной револю ции. Энергетика является наиболее при влекательной областью, где новый технопромышленный уклад может привести к значительному повышению эффективности и формированию новых возможностей для потребителей. Обеспечивается это за счет децентрализации производства энергии,
совмещения ролей производителя и потре бителя, развития индустрии цифровых сер висов, изменения и существенного сокра щения функций регуляторов. Участники констатировали, что при шло время формирования нового консенсу са между потребителями и энергосистемой на основе Smart Energy. Это дает возможно сти для роста эффективности использова ния мощности, снижения потребностей в новых инвестициях, сдерживания роста цен на электроэнергию. На пресс-ланче на тему эффективно сти малой энергетики в кризис участники пришли к выводу, что сегодня арендные ре шения генерирующего оборудования ста новятся всё более актуальными. Их гибкость и мобильность позволяет промышленникам выполнить производственную программу без капитальных вложений в строительство собственных объектов генерации. Обсужда лись вопросы альтернативной энергетики и использования альтернативного топлива в малой распределенной генерации (РГ). Участники мероприятия посетили 5 мастер-классов от ведущих специалистов
отрасли, в рамках которых представители компаний-производителей делились своим опытом внедрения объектов РГ. Функцио нировали зоны переговоров производи телей оборудования и поставщиков услуг для малой и средней генерации. Здесь бы ли представлены образцы генерирующего оборудования на различных видах топлива, сервис и решения по автоматизации гене рирующего оборудования и другое. Новым интересным форматом ста ла площадка «Биржа услуг» для обмена контактами. В завершение состоялась экскурсия на ГТ ТЭЦ «Щелковская», где участники оз накомились с компактным современным энергоцентром и узнали о применяемых технологиях. Среди участников Бизнес-платфор мы были представители таких компаний, как Газпром, Лукойл, TNK BP, Мечел, БПЦ Ин жиниринг, ОДК, Сатурн-Газовые Турбины, General Electric, Цеппелин Пауэр Системс Русланд, МОЭК, Новатэк, Илим и др. Более подробно о Бизнес-платфор ме - на сайтах redenex.com и own-gen.com.
ЭНЕРГО -VOLGA-2016 С успехом завершилось крупнейшее событие в сфере энергетики и электротехники Вол гоградского региона —XIX международная выставка «ЭНЕРГО-VOLGA» и форум «Энер госбережение и энергоэффективность. Волгоград-2016». Выставка объединила более 80 про изводителей и поставщиков оборудова ния из Австрии, Чехии, Беларуси, Москвы, Санкт-Петербурга, Владимирской, Волго градской областей, Екатеринбурга, Казани, Ростова-на-Дону, Чебоксар (ИЦ «Бреслер»). На стендах было представлено большое количество электротехнических изделий для энергетики. Но особый инте рес вызывала импортозамещающая про дукция. Генеральный спонсор выстав ки Engineering Invest IF GmbH (Австрия) представил презентацию «Инвестици онная стратегия компании Engineering Invest IF GmbH в РФ с учётом фактора импортозамещения». В рамках деловой программы про
шли областное совещание «Энергоэффек тивность и энергосбережение как точки роста экономики Волгоградской области. Развитие инфраструктуры региона» и ряд панельных дискуссий. Многие экспоненты провели свои семинары. Во второй день выставки предста вителей научного сообщества волгоград ского региона объединил молодежный студенческий энергофорум. Он стал инте ресным для кадровых отделов предпри ятий, заинтересованных в поиске молодых специалистов разных производственных специальностей. В рамках форума прошел 8-й этап Первого Российского Чемпионата Про фессионального мастерства среди водо
каналов и других предприятий ВКХ и ЖКХ RUSSIAN WATER CUP. Победителем стала команда слесарей волгоградского горводоканала «Магистраль», которая к тому же установила российский рекорд, совершив врезку в водопровод под давлением всего за 4 мин. 31 сек. Для юного поколения прошел кон курс детского рисунка «Энергосберегайка», посвященный бережному использованию и охране природных богатств. Форум посетили более 3000 специ алистов . «ЭНЕРГО-VOLGA-2016» стала ярким деловым событием и внесла свой вклад в развитие энергетического комплекса Вол гоградского региона.
СОБЫТИЯ
Выставки и конференции
ДЛЯ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ ЮФО 2-4 марта в г. Ростов-на-Дону состоялась 19-я ежегодная специализированная выстав ка «Электро-2016. Электротехника и Энергетика». Каждый год в южной столице —горо де Ростове-на-Дону, собираются специалисты электротехнической промышленности и энергетики со всей России и стран ближнего зарубежья, чтобы обменяться опытом, на ладить новые деловые контакты и показать свои достижения. Выставку открыли представите ли Правительства и ТПП Ростовской области: заместитель министра про мышленности и энергетики Ростов ской области Фролов А.В. и советник президента ТПП Ростовской области Скиба Г.И. Ее посетили представители Министерства промышленности Лу ганской области. Экспонентами выставки ста ли и чувашские производители элек трооборудования: АО «НПО «Каскад», ООО «ЧЭТА», ООО НПП «ЭКРА». На пример, НПП «ЭКРА» на своём стен де представило собственные пере довые разработки, среди которых был терминал нового поколения «ЭКРА 217». В этом терминале реализо
вана возможность переноса информа ции на внешний носитель без исполь зования компьютера. На это обратил внимание в ходе своего посещения стенда зам. генерального директора по техническим вопросам - главный инженер ПАО «МРСК Юга», и по окон чании встречи была достигнута дого ворённость об опытной эксплуатации данного терминала для защиты сетей 6-35 кВ в «Ростовэнерго». На выставке было представлено щитовое электрооборудование, ка бельная и светотехническая продук ция, системы освещения, элементы автономных и резервных электростан ций: солнечные батареи, преобразо ватели напряжения, аккумуляторы,
р е л е А чп я з п ш и т н и н в т о м н т м зн и и я
материалы по внедрению систем для экономии электроэнергии на пред приятии. Демонстрировалась также «умная» автоматика, системы автома тизации и электробезопасности, транс форматорные подстанции, низковольт ные автоматические выключатели, электронные компоненты - корпуса для РЭА, кварцевые резонаторы, клем мы и другие комплектующие, инженер ные сети и многое другое. Организаторы надеются, что вы ставка внесет достойный вклад в раз витие энергетического комплекса ЮФО и страны в целом, станет стиму лом для новых деловых контактов и до стижения намеченных целей.
СОБЫТИЯ
Электротехнический кластер Чувашии
ДМИТРИИ МЕДВЕДЕВ: «В РЕСПУБЛИКЕ ВЫБРАНЫ ПРАВИЛЬНЫЕ ПРИОРИТЕТЫ: ИНВЕСТИЦИИ В ЧЕЛОВЕКА, В МОЛОДЫХ ЛЮДЕЙ» Председатель Правительства России Д. Медведев 1 марта 2016 года в ходе своего визита в г. Чебоксары посетил ФГОУ среднего профессионального образования «Чебоксар ский электромеханический колледж» (ЧЭМК).
Председателя Правительства со провождали полномочный представи тель Президента РФ в ПФО М. Бабич, ми нистр труда и социальной защиты РФ М. Топилин, министр образования и науки РФ Д. Ливанов. В ЧЭМК его ознакомили с рабо той Центра технического обучения HTEC HAAS Technical Education Center, который был открыт в 2008 г. при под держке Концерна «Тракторные заводы». В нем обучение по профессии «Опера тор станков с программным управле нием» проходят студенты колледжа, учащиеся профильных классов школ, взрослое население и специалисты по направлениям предприятий республи ки и других субъектов РФ. Студенты адаптируются здесь к ус ловиям производства, которые ждут их после завершения учебного процесса. Преподавание осуществляется опыт ными мастерами и профессиональны ми педагогами, прошедшими курс спе циальной подготовки на HAAS Factory Outlet в Москве. Обучение проходит с помощью модульных технологий, ко торые уже широко и эффективно ис пользуются в мировой практике. В 2008 2015 гг. в центре прошли обучение по рядка 1150 человек.
Д. Медведев также ознакомился с работой Ресурсного центра по подго товке рабочих и специалистов для про изводства и обслуживания высокотех нологичной электроники, открытого на базе ЧЭМК в 2013 году при поддержке ОАО «НПК «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко». На его создание предприятие направи ло свыше 6 млн рублей. Технологиче ская мастерская Ресурсного центра ос нащена участками автоматизированной формовки радиоэлементов, лакировки и ультразвуковой промывки плат, авто матом по зачистке и нарезке проводов, инструментами по наладке и регулиров ке радиоэлектронной техники. Она стала площадкой для проведения Всероссий ской олимпиады профессионального ма стерства по профессии «монтажник ра диоэлектронной аппаратуры». За счёт разработки новых про грамм по мехатронике, спутниковому телевидению, автомобильной электро нике и другим направлениям количе ство подготовленных рабочих кадров в Ресурсном центре ежегодно растет. За период его функционирования повыше ние квалификации по профессиям «Мон тажник радиоэлектронной аппаратуры и приборов», «Регулировщик радиоэлек тронной аппаратуры и приборов», а так же подготовку и переподготовку про шли более 200 человек. Д. Ливанов отметил, что в Чувашии одна из самых эффективных систем про фессионального образования: порядка 55% выпускников девятых классов про должают обучение в техникумах и кол леджах и успешно трудоустраиваются по завершении учебы. Уровень трудоу стройства выпускников ЧЭМК составля ет более 93%.
Высокую оценку ЧЭМК дал и Пре мьер-министр РФ Д. Медведев: «Здесь много полезного сделано». А в хо де личной беседы с Главой Чувашии М. Игнатьевым он подчеркнул: «Я еще раз убедился, что в Чувашии живет уди вительно добрый и трудолюбивый на род. В отсутствие природных богатств в республике выбраны правильные приоритеты: инвестиции в человека, в молодых людей. Одним из ярких при меров с учетом тренда на импортозамещение является успешное развитие электротехнического кластера». ЧЭМК в качестве Чебоксарского электромеханического техникума был основан 3 октября 1944 года. Сегодня это многоуровневая многопрофильная профессиональная образовательная организация, реализующая профессио нальные образовательные программы дополнительного, начального и средне го профессионального образования ба зового и повышенного уровней на базе основного общего и среднего (полного) общего, начального профессионально го образования по очной и дистанцион ной формам обучения. Здесь осущест вляется подготовка рабочих кадров по 5 профессиям, 14 специальностям, бо лее 50 направлениям профподготовки по профилям: информатика и вычис лительная техника, информационная безопасность, электроника, радиотех ника и системы связи, электро- и тепло энергетика, машиностроение и метал лообработка, экономика и управление. В настоящее время в колледже обу чаются около 2500 человек. Студенты имеют возможность за время обучения освоить несколько дополнительных профессий.
СОБЫТИЯ
Электротехнический кластер Чувашии
С 2008 года колледж возглавля ет Алексей Судленков - заслуженный работник профессионального образо вания Чувашской Республики, отлич ник профессионального образования РФ, вице-президент Союза директоров учреждений НПО-СПО РФ, член Союза машиностроителей России. С его при ходом колледж стремительно раз вивается: в обучении используются дистанционные технологии, совершен ствуется информационный образова тельный портал, внедряется профиль ная подготовка в школах, готовится к сертификации система менеджмента качества. В 2008 году ЧЭМК одержал победу в конкурсе инновационных проектов в рамках национального проекта «Обра зование», что позволило получить до полнительное финансирование в сум ме свыше 60 млн рублей и значительно модернизировать учебно-материаль ную базу: открыты Центр подготовки рабочих и специалистов для высоко технологических производств в маши ностроении, Центр подготовки элек тросварщиков и техников сварочного производства, комплекс лабораторий по подготовке специалистов в области электротехники. В октябре 2009 года в колледже прошла Международная научно-прак тическая конференция «Социальное партнерство как фактор становления конкурентоспособного специалиста в учебных заведениях профессиональ ного образования», на которой при сутствовали коллеги из учреждений профобразования России, предприя тия-работодатели, представители вла сти, ученые, зарубежные гости из США, Турции, Анголы и Зимбабве.
ЧЭМК дважды был отмечен золо проекту «Модернизация системы на той медалью «100 лучших ССУЗов Рос чального профессионального и сред сии» по итогам конкурса «Европейское него профессионального образования для подготовки специалистов в области качество» (2006, 2009 гг.). Высокий уровень подготовки энергетики на базе отраслевого Межре и профессионализма педагогическо гионального ресурсного центра». Цена го коллектива в учебном заведении Государственного контракта на выпол подтверждают неоднократные побе нение проекта составила 125 милли ды студентов ЧЭМК на всероссийских онов рублей. Проект был реализован олимпиадах профессионального ма в рамках Федеральной целевой про стерства. Так, например, в 2011 году на граммы развития образования на 2011 базе ФГОУ СПО «Ульяновский электро 2015 годы. Он направлен на поддержку механический техникум» проводил развития объединений образователь ся заключительный этап всероссий ных учреждений профессионального ской олимпиады по специальности образования (кластерный тип) и при «Техническая эксплуатация и обслу ведение содержания и структуры про живание электрического и электроме фессионального образования в соот ханического оборудования» среди об ветствие с потребностями рынка труда. разовательных учреждений среднего Основная цель этого проекта - апроба профессионального образования (СПО). ция и запуск нового процесса обучения В олимпиаде приняли участие 37 сту для подготовки специалистов техни дентов из 22 регионов РФ. Чувашскую ческой направленности в рамках стра Республику представляли победители тегических и приоритетных отраслей Республиканской олимпиады по специ развития промышленности на базе соз альности «Техническая эксплуатация и данного в ЧЭМК Межрегионального ре обслуживание электрического и элек сурсного центра (МРЦ). В ноябре 2011 года колледж про тромеханического оборудования» студенты 4 курса ЧЭМК Кристина Афа вел очередной семинар в рамках про насьева и Артем Бардасов. Олимпиа екта «Модернизация системы началь да проводилась в 3 этапа: компьютер ного профессионального и среднего ное тестирование на знание теории, профессионального образования для практическое задание (решение задач) подготовки специалистов в области и профессиональное задание (сбор энергетики по теме «Реализация сете ка электрической цепи). Важно отме вых программ и отдельных модулей, тить, что К. Афанасьева была един соответствующих технологическим и ственной девушкой, да к тому же она организационно-экономическим усло стала победителем олимпиады, опе виям передовых предприятий и орга редив всех юношей. Второе место низаций энергетики». Семинар был про занял также представитель ЧЭМК - веден на базе НПП «ЭКРА». На нем была дана экспертная оценка разработанным А. Бардасов. проектам организационно-методиче 6 августа 2011 года ЧЭМК был объявлен победителем Открыто ских документов по основным направ го конкурса на выполнение работ по лениям деятельности МРЦ по вопросам
СОБЫТИЯ
Электротехнический кластер Чувашии
развития информационного, маркетин гового и организационно-сервисного взаимодействия учреждений профес сионального образования и предпри ятий энергетики. А чуть позже в ЧЭМК был прове ден Межрегиональный семинар «Соз дание институционального механизма общественно-профессиональной экс пертизы новых образовательных про грамм, внедряемых в сети образова тельных учреждений на базе МРЦ». Его целью являлось представление резуль татов общественно-профессиональной экспертизы сетевых образовательных программ и экспертизы разработанных сетевых образовательных программ со стороны работодателей отрасли, регио нальных органов управления образова нием, учебно-методических объедине ний вузов. На семинаре присутствовали работодатели отрасли, региональные органы управления образованием, го сударственные учреждения, проводя щие экспертизу учебных материалов профессионального образования, пред ставители образовательных учрежде ний - пользователей ресурсами МРЦ, преподаватели специальных дисциплин в области энергетики, электроэнергети ки, общетехнических дисциплин. 4 апреля 2012 года в колледже со стоялась торжественная церемония от крытия сертифицированного учебно го центра «Международный сварщик». В церемонии открытия участвовали специалисты международного уров ня: ведущий аудитор - Хенк Бодт (Henk Bodt), Голландия, председатель рабо чей группы по обучению и квалифика
ции Международного института свар базе ЧЭМК. Документ подписали Глава ки (штаб- квартира - Франция). Аудитор Чувашской Республики М. Игнатьев и - Хориа Даскау (Horia Dascau), Румыния, первый заместитель генерального ди руководитель промышленного депар ректора по технической политике ОАО тамента Румынского института свар «Российские сети» Р. Бердников. На базе ки, которые были приглашены в целях колледжа сторонами обеспечены набор проведения аудиторской проверки и обучение студентов по востребован учебного центра колледжа. А в ноя ным в ПАО «Россети» специальностям, бре этого же года здесь прошел Регио а также профессиональная подготов нальный конкурс профессионального ка и переподготовка специалистов мастерства сварщиков по стандартам ОАО «Россети» и его дочерних компаний. международного движения WorldSkills. С ноября 2012 года колледж яв В 2013 году четверо студентов коллед ляется региональным координаци жа уже представляли Россию на трех онным центром движения WorldSkills конкурсах молодых сварщиков YOUNG Russia, которому предоставлено пра WELDERS' COMPETITIONS в рамках Все во на проведение отборочных регио мирной выставки «СВАРКА, РЕЗКА, нальных соревнований по междуна НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ SCHWEISSEN & родным стандартам. В 2015 году здесь SCHNEIDEN-2013» (Германия). прошел Региональный этап Чемпионата В апреле 2012 года в ЧЭМК про WorldSkills Russia. Участники соревно водился очный тур Всероссийского ваний по компетенциям «Веб-дизайн», конкурса научно-исследовательских «Сетевое и системное администрирова работ учащихся и студенческой моло ние», «Сварочные технологии», «Токар дежи «Научный потенциал-XXI». Кон ные работы на станках с ЧПУ» демон курс проводится Общероссийской стрировали свои профессиональные Общественной Малой академией наук навыки, обменивались опытом и инно «Интеллект будущего» совместно с хи вационными идеями. В этом году на базе ЧЭМК будет мическим факультетом МГУ им. М.В. Ло моносова, Научно-исследовательским создан Межрегиональный центр компе физико-химическим институтом имени тенций в области промышленных и ин женерных технологий по направлению Л.Я. Карпова. «Автоматизация, радиотехника и элек 14 марта 2013 года на базе маши ностроительного техникума прошла троника». Он станет основной площад Республиканская олимпиада по спе кой для подготовки членов националь циальности СПО 140613 «Техническая ной сборной и команд других субъектов эксплуатация и обслуживание элек РФ к участию в конкурсах WorldSkills, в том числе и в мировом чемпионате в трического и электромеханического оборудования» и по профессии НПО Казани в 2019 году. «Электромонтер по ремонту и обслужи ванию электрооборудования», где сту Семенова Н.В. денты ЧЭМК заняли призовые места. 29 марта 2013 года на базе коллед жа работала одна из инновационных площадок Всероссийской научно-прак тической конференции «Компетентностные практики образования и учет индивидуальных достижений». 30 сентября 2013 года было за ключено Соглашение между Кабинетом Министров Чувашии и ОАО «Россий ские сети» о сотрудничестве по разви тию системы профессиональной подго товки и переподготовки специалистов для электроэнергетической отрасли на
НАУКА
Релейная защита УДК 621.316.9
Авторы: Смирнов И.Н., Вологодский государствен ный университет, г. Вологда, Россия,
д.т.н. Булычев А.В., проф., технический директор ООО «НПП Брес лер», г. Чебоксары, Россия. Smirnov I.N, VOlogda State University; VOlogda, Russia, Ph.D. Bulychev A.V., N PP Bresler, Cheboksary, Russia.
УПРЕЖДАЮЩИЕ ФУНКЦИИ В ЗАЩИТЕ ТРАНСФОРМАТОРА PREDICTING FUNCTION PROTECTION TRANSFORMER Аннотация: каждое внезапное возмущение, обусловленное повреждением трансформатора, по вышает риск возникновения аварийной ситуации в электроэнергетической системе. Деформа ции обмоток трансформаторов оказывают существенное влияние на параметры трансформа торов, и изменение параметров может являться признаком повреждения обмоток. Разработан и исследован алгоритм работы защиты силового трансформатора с функцией упреждающего действия. Защита выявляет потенциальные повреждения на ранней стадии развития, что по зволяет выигрывать достаточный запас времени для локализации повреждения трансформа тора без применения экстренного отключения. Алгоритм основан на связи между степенью деформации обмоток и параметрами трансформатора, доступными для контроля средствами релейной защиты.
Ключевые слова: трансформатор, деформация обмоток, релейная защита.
Annotation: cach sudden disturbance caused by damage of the transformer increases the risk of emergency in the electricity system. Deformation of transformer windings has a significant influence on the parameters of transformers, and changing parameters may be a sign of damage to the windings. Developed and researched the algorithm of the power transformer protection function pre-emptive action. Protection identifies potential damage at an early stage of development, which allows to win enough time to locate damaged transformer without the use of the emergency stop. The algorithm is based on the relationship between the degree of deformation of the windings of the transformer and the parameters available for control of relay protection.
Keywords: transformer, winding deformation, relay protection.
02 /Май 2016
При работе силовых трансформаторов в них неизбежно возникают дефекты и, как след ствие развития дефектов, - повреждения. Каждое внезапное возмущение, обусловленное повреж дением трансформатора, повышает риск возник новения аварийной ситуации в электроэнергети ческой системе (ЭЭС). Желательно, чтобы система релейной защиты обеспечивала мгновенное от деление поврежденного трансформатора от ис правной части ЭЭС [1]. В реальных условиях для выявления по вреждения и осуществления коммутаций необ ходим определенный интервал времени. При близить свойства защит, устанавливаемых на трансформаторах, к идеальным в сложившихся условиях можно путем реализации упреждаю щих действий релейной защиты за счет выявле ния потенциальных повреждений на ранней ста дии развития. Цель раннего обнаружения потенциальных повреждений - выиграть достаточный запас вре мени для локализации повреждения без приме нения экстренного отключения. Этого можно до стичь путем сбора и контроля дополнительной информации и формирования предупреждаю щего сигнала в случае выхода контролируемого параметра за пределы допустимых значений. Применительно к диагностике известны частные решения подобной задачи на основе уравнений состояния силового трансформато ра [2, 3]. Связь между степенью деформации обмо РЕЛЕЙНПЯ ЗЯШИТП И ПВТОМНТИЗПЦИЯ
ток и параметрами трансформатора, доступны ми для контроля средствами релейной защиты, определена на основе следующих рассуждений. Деградация конструкций обмоток транс форматоров идет по следующему сценарию: - возникновение осевой остаточной де формации; - радиальные остаточные деформации; - витковые замыкания - конечный итог по тери электродинамической стойкости. Геометрические параметры обмоток во многом определяют сопротивление короткого замыкания трансформатора, поэтому измерение и непрерывный контроль этого сопротивления в процессе эксплуатации открывает возможность осуществлять выявление деформации обмоток. Сопротивление короткого замыкания трансформатора при проектировании и расчете параметров определяется так [4, 6]: х
^ 7 ,9 2 -/ -c a 2 -7i-t/12-ap - ^ - 1 0 " 8
*
I
’
где f - частота сети, ар - ширина приведенного канала рассеяния, кр - коэффициент Роговского (коэффициент приведения идеального поля рас сеяния к реальному), d n - диаметр осевого кана ла между обмотками; I - высота обмотки (осевой размер); со - количество витков. Для трансформаторов мощностью до 10 МВА ширина приведенного канала рассеяния, в слу чае, когда радиальные размеры обмоток и а2 мало отличаются друг от друга, находится в
НАУКА
Релейная защита соответствии со следующим выражением: v Л
Смирнов
Для трансформаторов мощностью более 10 МВА при определении этого параметра надо учитывать средние диаметры обмоток:
Игорь Николаевич Дата рождения: 15.12.1985 г.
d\ia\2 "I"D Cp\ '
В 2008 г. окончил Вологодский
+ А CPI
ав =-
государственный техни ческий университет (ныне Вологодский государствен ный университет), кафедра «Электроснабжение». Сотрудник кафедры «Электроснабжение»
а ,+ а ,
го университета.
й Р = Я 12 + а 2 + а 23 + ~ ^ " >
Начальник строительно ООО «Инвестстрой», г. Вологда.
К
—
где а , а2, аъ - ширина наружной, средней, вну тренней обмоток соответственно; ап, а23- ширина каналов между соответствующи ми обмотками. При мощности трехобмоточного трансфор матора более 10 МВА:
ft
I
q
где k = 1+ ---------- — , m -a p -kp x = lx / 1; lx - разница в высотах обмоток, т = 3. Таким образом, значение сопротивления короткого замыкания трансформатора при лю бом исполнении однозначно связано с геометри ческими параметрами его обмоток, то есть:
где Dcn, DCP2- средние диаметры обмоток. Для трехобмоточных трансформаторов мощностью до 10 МВА этот параметр можно определить так:
Вологодского государственно
монтажного управления
_ 7 ,9 2 - / - ю 2 -n -d 12-ар -кр -10 8 , v
%
= /(1 ) к ’
X K = f ( a l2). Формально чувствительность функции со противления короткого замыкания к изменению геометрических размеров определяется диффе ренциалами
и
dl
к.
dal2
Если принять для (1) следующие постоян ные при осевом смещении обмоток
А1=7,92-f -о? ■n-dl2-aP -\<y*, ^ 1 3 ( а 12 + а 2 + а 23 ) + D Cp \ • ~
+ D cpз •—
^ _ ап + а 1+ а 2 п то
Булычев Александр Витальевич Год рождения: 1956. В 1980 г. окончил Вологодский политехнический институт по специальности «Электро
где ^13 _ ^СРЪ + аз + а23 а2 аЦ. Коэффициент Роговского может быть рас считан по формуле: -1 kp = 1 - ст(1 - е а ),
снабжение». Защитил доктор
государственном техническом университете в 1998 г. по специальности «05.14.02 — электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические систе мы и управление ими». Ученое звание профессора присвоено в 2000 г. Общий стаж работы в вузах составляет 30лет. В настоящее время—технический директор ООО «НПП Бреслер»
*
i
При реальном соотношении параметров -7
скую диссертацию в СанктПетербургском
х к =
4 .(l-Afl-e*)) -----------1-------------- .
где ст =
+ CL, + flU
—----- L— К п-1
Обычно значение кр находится в пределах от 0,93 до 0,98. В реальных трансформаторах витки не всег да распределены равномерно по высоте обмо ток. При наличии регулятора напряжения в части витков обмотки нет тока. Регулировочные витки располагаются, как правило, в средней части об мотки или на конце обмотки. Анализ подобных случаев показал [4], что сопротивление обмоток в таких частных ситуаци ях распределения витков по высоте можно оце нить так: научно-практическое издание
можно принять е^2 = 0. Тогда _ а 1•I— 4 •-4z
к
I2
'
В диапазоне реальных значений параме тров чувствительность функции сопротивления короткого замыкания к изменению геометри ческих размеров представляет собой нелиней ную функцию третьего порядка и неудобна для анализа:
dXK _ 2А1■4 - А1■I ~dT~
Т3
'
Релейная защита
НАУКА
Тогда, приближенно:
Табл. 1. Погрешности определения сопротивления Хтрансформатора Номер ком бинации
П огреш ности по току и напряж ению
SX, %
1
О тсутствую т
0
в , = 2%0,ви = 2 % л , = 2 °
2 3
=2°
5,6
в , =1%о,ви = 1 % Л , = 1 ° , \ , = 1 °
2,8
в, = 0,5 %,ви = 0,5% ,Л, = 0,5° ,Лц = 0,5° ег = 0,2 %0,ви = 0 ,2 % л , = 0,2 °,Х и = 0, ?
4 5
Иначе приращение функции X K (J), соответствующее приращению А/, можно определить как разность меж ду базовой функцией и функцией, учиты вающей приращение:
Аналогично, рассуждая относи тельно приращения радиального разме ра обмотки А а12, можно записать:
1,4 0,24
а не повреждением обмоток трансформатора. Если принять, что при радиальном смещении обмоток
А X к = Х к (я12) —Х к (я 12 + Аа12). Тогда для однотипных трансфор маторов, изготавливаемых по единой технологии, можно определить: АХ,
_ 3Ла122—(Зтг */ —
12
-4 Я 2)Да12
За,22 - За12 + 452а12- В 2п-1 + В.
. (3)
B l = 7 ,9 2 - / - ( o 2 -Jt-rf12-10“8; А Х К = Х К ( 1 ) ~ Х К (1 + А/). & 2= a i + fl2, Тогда относительное изменение сопротивления короткого замыкания при осевом смещении обмоток можно определить так:
то ^ = Д 1 - 3а12+Д2( 1 - а12+Д2 + 71/ f l 12 +
А Х ;к*
АХ„ (2)
A l2( 4 , - / ) + A l ( Z y / - / 2)
(/ +А1)2-(1-4) Выражение (2) применимо для од нотипных трансформаторов, изготов ленных по одинаковой технологии. При определении сопротивления КЗ трансформатора по данным регистра ции аварийных процессов определен диапазон, в котором может находить ся значение сопротивления (табл. 1) [5]. Здесь приняты следующие обозначения: 07 - погрешность измерения модуля то ка, 0^ - погрешность измерения модуля напряжения, X z - погрешность измере ния аргумента тока, - погрешность измерения аргумента напряжения. Учет этого диапазона позволя ет снизить вероятность возможного ошибочного вывода о состоянии обмо ток, когда отклонение значения сопро тивления Х к вызвано методической и инструментальной погрешностями,
»
02 /Май 2016
^ 2
е <*12+В2 у
тс/ -id
Учитывая, что ап + В : яI —7С/ + Br можно принять —-------— о. 7г/
Установленная таким образом связь между геометрическими и электри ческими параметрами активной части трансформатора дает основание полагать, что деформации обмоток силовых транс форматоров могут быть выявлены путем контроля отклонения электрических пара метров от нормы. Реализация рассмотренного ме тода контроля степени деформации об моток трансформатора в защите связа на с определенными особенностями, обусловленными высокими требовани ями к точности измерения сопротив ления короткого замыкания по данным
Рис. 1. Структурная схема устройства для косвенного контроля деформации обмоток трансформатора
РЕЛЕЙНАЯ ЗАШ ИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ
Релейная защита
НАУКА
В о зм у щ е ни е в эн е р го с и с те м е
В вод т ип а т р а н с ф о р м а т о р а ; кол и ч ес тва р е ж и м о в ; ко л и ч е с тва д а н н ы х ре ж им о в
-С
В о зв ра т к в вод у исходны х данных
М етод ы о п р е д е л е н и я па р а м е тр о в т ра нс ф ор м атор ов
С оп ро ти вл е ния м од е л и тр а н с ф о р м а то р а , сту пен ь Р П Н , гр уппа и с хем а с о е д и н е н и я об м о то к
И н с тр у м е н т а л ь н а я и м е т о д и ч е с ка я по гре ш но с ти
в блоке обработки данных (рис. 2). Опре деляются численные значения параме тров схемы замещения трансформато ра. Пороговым элементом эти значения сравниваются с предельно допустимыми значениями. В случае выхода измеренных значений за пределы допусков блоком сигнализации формируется соответству ющий сигнал о наличии в трансформато ре недопустимых деформаций обмоток. Если измеренные значения параметров не выходят за пределы допусков, то блок сигнализации подтверждает нормальное состояние трансформатора. После каждого возмущения и полу чения новых значений параметров схемы замещения трансформатора эти значения заносятся в базу данных и им присваива ется статус текущих значений.
Вы вод и то го в ы х п а р а м е т р о в т р а нсф ор м атор а, п р и н и м а е м ы х д ля б азы д а н н ы х
транП сафроарм меаттроы ра'Ns из^. -- --\I |П арав модетрноым триза нп срфе доыр мд уащтоирха ,рапос члеучт оевнны е Хб™ ны / L
да П ри по в т о р н о м н е с о в п а д е н и и п а р а м е т р о в
-
|
Бл о к у пр е ж д а ю щ е го д е й с т в и я РЗА
к ..
Рис. 2. Схема алгоритма косвенного контроля степени деформации обмоток трансформатора в защите трансформатора
регистрации электрических сигналов. Ос новой алгоритма служит метод определе ния параметров схем замещения силовых трансформаторов, обеспечивающий вы сокую точность, особенно при больших сквозных токах в трансформаторе [5]. На рис. 1 в качестве при мера показана структурная схе ма устройства для контроля дефор мации, построенного на основе контроля сопротивления короткого за мыкания трансформатора. Устройство со держит датчики тока и напряжения, реги стратор сигналов, блок обработки данных, пороговый элемент и блок сигнализации. Входными сигналами служат токи и напряжения всех обмоток контролируе-
мого трансформатора, преобразованные трансформаторами тока ТА и напряжения TV соответственно, и входными преобра зователями (в составе регистратора сиг налов) в сигналы, удобные для обработки средствами цифровой техники. При возникновении возмущения в электроэнергетической системе (напри мер, короткого замыкания в нагрузке Н2) по команде пускового органа регистра тора сигналов осуществляется запись сигналов на интервале времени, соот ветствующем возмущению. С запаздыва нием, необходимым для подготовки этих данных к использованию, происходит пуск программы расчета сопротивлений короткого замыкания трансформатора
научно-практическое издание
Выводы 1. Установлено, что деформация обмоток трансформаторов оказывает су щественное влияние на параметры транс форматоров, и изменение параметров может являться признаком повреждения обмоток. 2. Разработан и исследован алго ритм работы защиты силового транс форматора функцией упреждающего действия. Защита выявляет потенциаль ные повреждения на ранней стадии раз вития, что позволяет выигрывать доста точный запас времени для локализации поврежденного трансформатора без применения экстренного отключения. Алгоритм основан на связи между сте пенью деформации обмоток и параме трами трансформатора, доступными для контроля средствами релейной защиты. Литература:
1. Булычев А.В, Нудельман Г.С. Релейная защита. Совер шенствование за счет упреждающих функций. Новости электротехники. - №4(58). - 2009. - С.30-33. 2. Хренников АЮ, Нестеренко АА. Диагностика силовых трансформаторов.Новостиэлектротехники.-№3(87).-2014г 3. Бутырин П.А., Алпатов М.Е., АлексейчикЛ.В. Способдиа гностикисиловыхтрансформаторов. Патент RU94034034 Н02Н7/04,G01R31/02. 4. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. Учеб. посо биедля вузов. Изд. 4-е, перераб. идоп. - М.: «Энергия». 1976. - 544с.с ил. 5. Смирнов И.Н., Поздеев Н.Д., Бабарушкин В.А., Алюнов А.Н. Математические аспекты определения параметров схем замещения двухобмоточных итрехобмоточньх си ловых трансформаторов. Электро, №1'2011. Научно-тех ническийжурнал. - 2011. - С.18-22. 6. Васютинский С.Б. Расчет и проектированиетрансфор маторов. Учеб. пособие. Л.: ЛПИ. - 1976. - 84 с.
Релейная защита
НАУКА
УДК 621.316.925
Авторы: к.т.н. Никитин А А , ЧГУ им. И.Н. Ульянова,
Шалимов А.С., ООО «НПП «Селект», г. Чебоксары, Россия. Ph.D. Nikitin A.A., Chuvash State University, ShalimovA.S., SPE «Select», Russia.
ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ЧАСТОТЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СРАБАТЫВАНИЯ ЦИФРОВОГО ДИСТАНЦИОННОГО ОРГАНА THE IMPACT OF FREQUENCY DEVIATIONS ON THE DIGITAL DISTANCE ELEMENT CHARACTERISTICS Аннотация: исследуется точность вычисления комплексного сопротивления посредством ал горитма, основанного на решении дифференциального уравнения, описывающего защищае мый объект, в условиях колебания промышленной частоты.
Ключевые слова: дистанционная защита, цифровые измерительные органы, комплексное сопротивление. Annotation: this paper analysis the accuracy of the impedance calculation by the algorithm based on the solution of the differential equation describing the protected power object in conditions of the frequency deviation. Keywords: distance protection, digital measuring elements, impedance.
В современных дистанционных защитах (ДЗ) довольно широкое распространение полу чили цифровые измерительные органы (ЦИО) на основе вычисления «входного» комплекс ного со-противления Z посредством решения уравнений, описывающих параметры схемы и режима электрической системы (ЭС). Данная группа ЦИО ДЗ использует для вычисления па раметров петли повреждения соотношения между мгновенными значениями токов и напря жений, имеющих место при повреждении на вы соковольтной линии (ВЛ) электропередачи [1^3]. Вычисление величины Z в данном ЦИО произ водится без предварительного определения па раметров векторов тока и напряжения (£/ и I ) на основе уравнения короткозамкнутой ВЛ. В простейшем случае, для однолинейной схемы соотношения между напряжением u{t)
и током i{t) ВЛ (рис. 1) в любой момент време ни описываются дифференциальным уравнени ем 1-го порядка: u (t) = R i(t) + L
d i(t)
(1) ~~dT' где R, L - активное сопротивление и индуктив ность линии. Выражению (1) соответствует значение вектора сопротивления Z = R + j X , где X = шL, откуда следует, что величина измеряемого со противления при КЗ зависит от частоты напряжения u{t) = Umsin(a)^ + срм) и тока i(t) = /msin(G)£ + ср.), причём зависимой от ко лебаний частоты является только реактивная со ставляющая замера X { q ) = q X . Следовательно, максимальное искажение дистанционного за мера при изменении частоты происходит при
Hz(q, cpz) 1,05 ■45°
1,0 0 0,95 ^ ^
‘ )
II —
_п о
&
ч
Г
0,90
0,85 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04 1,06 1,08 Рис. 1. Схема замещения короткозамкнутой ВЛ с сосредоточенными параметрами
02 /Май 2016
РЕЛЕЙННЯ ЗНШ ИТН И НВТОМНТИЗНИИЯ
Рис. 2. Фрагмент АЧХ цифрового дистанционного органа
НАУКА
Релейная защита
Никитин Анатолий Афанасьевич Год рождения: 1950. В 1973 г. окончил электро технический факультет ЧГУ им. И. Н. Ульянова. В 1985 г. защитил в УПИ им. С.М. Кирова (г. Свердловск, ныне Екатеринбург) кандидатскую диссертацию на тему «Разработка методов и средств повышения эффективности функционирования релейной защиты мощных преобразо вательных подстанций». Автор более 60 научных и учебно-методических работ и 24 изобретений. Почётный работник высшего профессионального обра зования РФ Профессор кафедры «Электрические и электрон ные аппараты» ЧГУ им. И.Н. Ульянова.
а)
б)
Рис. 3. Полигональные характеристики срабатывания направленной (а) и ненаправленной (б) ступеней ДЗ
строго реактивном замере и не превышает ±10 % при предельно вероятном диапазоне (±5 Гц) отклонения от номинальной частоты электрической системы. Частотные свойства рассматриваемо го алгоритма дистанционного органа имеют следующую особенность, отличающую его от алгоритма ЦИО на основе дискретного пре образования Фурье: при снижении частоты от носительно номинальной (©<(0^ измеряемое сопротивление уменьшается, а при росте ча стоты (©XBj) сопротивление Z увеличивается, значит, и характеристика срабатывания ДЗ рас ширяется. Например, при q = 0,9 ( / = 4 5 Г ц ) характеристика срабатывания ДЗ сужается на 10 % относительно уставки и, соответственно, на 10 % расширяется при q = 1,1 (/ = 5 5 Г ц ). Амплитудно-частотная характеристи ка (АЧХ) дистанционного органа H z(q,q>z) на основе дифференциального уравне ния линии при синусоидальных величи нах напряжения u (t) = t/msin(a)£ + фц) и тока i(t) = I msin((Ot + ф;) определяется выражением:
Шалимов Александр Станиславович Год рождения: 1982 . В 2005 г. окончил электро технический факультет ЧГУ им. И.Н. Ульянова. Магистр техники и тех нологии. Автор более 20 научных работ. Ведущий инженер ООО «НПП «Селект» .
H z (q,(?z ) = V co s2 фz + q 2 sin2 (pz ,
iR - q X c t g ^ lK ^ .j
|
(3)
^ -^уст J
q X - R t g ф2 > 0, если R > 0 ;
(4)
R - qXctgф3 > 0, если R < 0 ; |q X + ( R - q X c t g ^ ) t g ^ \< X
(2)
где (pz = ф а —ф( - аргумент измеряемого сопро тивления Z . Фрагмент частотной характеристики ЦИО ДЗ для диапазона q = 0,9-=-1,1 для трёх значений угла фг (0°, 45° и 90°) показан на рис. 2 (при ф г = 0° АЧХ превращается в пря мую H z(q, 0 °) = 1. Для оценки отклонения параметров срабатывания ДЗ с полигональной харак научно-практическое издание
теристикой в диапазоне изменения угла фг = 0-=-03360° помимо собственно уставок по сопротивлению и R (рис. 3) необходимо учитывать углы наклона ф, и ф3 правой и левой прямых, ограничивающих область срабатыва ния в комплексной плоскости, параметры на правленности (углы наклона ф2 и ф4левой ниж ней и правой верхней частей характеристики), выреза сектора нагрузки и т.д. Тогда условия срабатывания для ненаправленной и направ ленной ступеней ДЗ описываются системами неравенств
где R , X - рассчитываемые активная и ре активная составляющие сопротивления петли КЗ. Характеристика срабатывания направ ленной ступени ДЗ в 4-м квадранте, когда q > 1 (рис. 3, а), имеет несколько меньший на клон, определяемый углом ф2, чем при <7 = 1, и, наоборот, больший, когда q < 1, посколь ку из системы неравенств (4) следует, что q X —Rc\gty2>0. Характеристика срабатывания
Релейная защита
НАУКА
Рис. 4. Экспериментальные характеристики срабатывания
Рис. 5. Экспериментальные характеристики срабатывания ненаправленной
направленной ступени ДЗ
ступени ДЗ
ненаправленной ступени ДЗ расши ряется, когда q > 1 (рис. 3, б), и су жается, когда q < 1 (за исключением участков наклона в 1-м и 3-м квадран тах комплексной плоскости, что, как это следует из условий (3), определя ется активной составляющей замера l^-tfXctgtp jl < R ^ . Экспериментальные исследова ния поведения ЦИО направленной сту пени ДЗ с полигональными характери стиками срабатывания, включённой на разность фазных токов трёхфазной схе мы и соответствующие им междуфазные напряжения, активное сопротивление •^ 1-ф2 и реактивное Х ф1_ф2 = ю£ф1_ф2 петли КЗ которого рассчитывается на основе решения дифференциального уравнения ВЛ для металлического за мыкания между фазами:
Аналогичный результат даёт сня тие характеристики срабатывания для ненаправленной ступени (рис. 5). Результаты исследования поведе ния ЦИО ДЗ в более широком диапазо не изменения частоты представлены в таблице, где Z - расчётное значение модуля сопротивления срабатывания, когда = Ю О ч фг = 90о; измеренное сопротивление модуля Z с'р A z = \I Z ср —Z ср. там \/Z - относиI ср тельная разность расчётного и из меренного значений сопротивления срабатывания. В общем случае при отклонениях частоты для оценки параметра срабаты вания ЦИО ДЗ, реализованного на осно ве дифференциального уравнения ВЛ, можно использовать выражение
z ^
z) = h m ^ zU r2 + x
f,
Гц 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
ZCp, Ом 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,1 15,1 16,15 17,2 18,2
7 ^ср. и з м »
Ом 4,34 5,2 6,12 7,1 8,11 9,1 10,10 11,6 12,08 13,07 14,18 15,25 16,58 17,6 18,64
Az
,%
8,50 4,0 2,0 1,43 1,37 1,11 1,00 5,45 0,67 0,53 0,57 0,99 2,66 2,33 2,42
2 -
“ ф, ( 0 - м ф2 ( 0 = Я ф ,- ф 2 [гф1 ( 0 - гф2 ( 0 ] +
+L;
d \ 0)
d i^ jt )
dt
dt
представлены на рис. 4 (для снятия ха рактеристик срабатывания использова лась испытательная система РЕТОМ-51 производства ООО «НПП «Динамика»). В условиях отклонения частоты в диапазоне от 45 до 55 Гц отклонение па раметра срабатывания по веществен ной оси практически равно нулю, а по мнимой - максимально и достигает ±10 % относительно уставки X .
Выводы 1. Поведение при КЗ измеритель ного органа ДЗ, реализованного на ос нове дифференциального уравнения ВЛ, в условиях отклонения частоты от номинальной, с достаточной точностью может быть оценено по АЧХ, рассчиты ваемой по выражению (2). 2. Частотные свойства ЦИО ДЗ, определяемые его АЧХ, зависят от фа зового сдвига между подводимыми на пряжением и током и не зависят от со отношения их амплитуд (при <pz = 90°). 3. Оценка поведения дистанцион ного органа показывает, что при откло
РЕЛЕЙНАЯ ЗЯШ ИТЯ И ПВТОМ ПТИЗПИИЯ
нении частоты от номинальной на ±10 % максимальная погрешность замера со противления не превышает 10 %. Литература:
1. Шнеерсон Э.М. Дистанционные защиты. - М.: Энергоатомиздат, 1986. 2. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат, 2007. 3. Никитин А.А., Шнеерсон Э.М. Аппараты релейной защиты: Учеб. пособие/А.А. Никитин, Э.М. Шнеерсон. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2008.
НАУКА
Релейная защита
Автор: к.т.н. Гуревич В.И.,
ЕЩЕ РАЗ О ВЛИЯНИИ ГЕОМАГНИТНЫХ ШТОРМОВ НА РАБОТУ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Центральная лаборатория Электрической компании, г. Хайфа, Израиль.
Редакция журнала, учитывая актуальность темы обеспечения надежности функцио нирования энергосистем, решила опубликовать отзыв нашего постоянного автора В.И. Гуревича на статью М.И. Успенского «Влияние геомагнитных штормов на работу релейной защиты» и ответ М.И. Успенского на поставленные в этом отзыве вопросы.
Гуревич Владимир Игоревич Год рождения: 1956. В 1978 г. окончил факультет электрификации Харьков ского национального техн. университета им. П. Василенко. В 1986 г. защитил кандидат скую диссертацию по специ альности «Электрические аппараты». Работал преподавателем Харьковского национального техн. университета им. П. Василенко; глав. инженером и директором Научно-технического предприятия «Инвертор» (г. Харьков). С 2007 г. - экс перт комитета ТС-94 МЭК. В настоящее время - на чальник сектора Центральной лаборатории Электрической компании Израиля.
Тема влияния солнечных бурь и геомаг нитных индуцированных токов (ГИТ) на работу электрооборудования энергосистем не являет ся новой. За последние десять лет этой теме бы ли посвящены сотни публикаций (в основном, на английском языке). Интернет буквально пестрит ссылками на публикации по теме «geomagnetic induced current», в которых подробно обсуждают ся проблемы влияния ГИТ на работу электрообо рудования энергосистем. Имеются, естественно, и публикации на русском языке, описывающие вли яние ГИТ на электрооборудование энергосистем, включая и релейную защиту [1], и силовые транс форматоры [2], а также методы защиты электро оборудования от токов ГИТ. Поэтому в новой статье «Влияние геомагнитных штормов на работу релей ной защиты», опубликованной в 4 номере за 2015 г. журнала «Релейная защита и автоматизация» [3], ожидалось найти какую-то новую информацию по этой теме. К сожалению, это ожидание не оправда лось, поскольку утверждения типа: «геомагнитные штормы ... могут оказать отрицательное воздей ствие...» или «причиной неправильной работы за щиты может быть воздействие ...» ничего нового к знаниям о ГИТ и их влиянию на электрооборудо-
Рис. 2. Зоны интенсивных ГИТ в Северном полушарии. Слева-по данным Goodard Space Flight Center NASA (США), справа - n o данным Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (Италия)
научно-практическое издание
Рис. 1. Сгоревший силовой трансформатор компании Public Service Electric and Gas Company в Нью-Джерси во время солнечной бури в марте 1989 г.
вание не добавили. Более того, в статье, по наше му мнению, содержится ничем не обоснованное и ничем не подтвержденное утверждение об опас ности влияния солнечных бурь на энергосистему России: «Учитывая, что в России более четверти территории относится к Арктике, подверженной влиянию геомагнитных штормов, и перспектив ные планы развития этого региона, включая раз витие электроэнергетики, необходимо принимать во внимание также влияние космоса на энерго системы». Как же автор этой статьи обосновы вает «необходимость принимать во внимание»? А вот как: «Пример погашения системы HydroQuebec в 1989 г. подтверждает необходимость учета такого влияния на функционирование энер госистем». А действительно ли «подтверждает»? Случаи коллапса энергосистемы HydroQuebec в Канаде, когда 6 миллионов человек в те чение 9 часов были без электроэнергии, а также перегорание мощного силового трансформатора компании Public Service Electric and Gas Company в Нью-Джерси на Северо-Востоке США во время солнечной бури в марте 1989 г. (рис. 1) хорошо из вестны [4]. В северной части Финляндии во вре мя солнечных бурь в 2005 и в 2012 годах были за-
НАУКА
Релейная защита
Рис. 4. Простой датчик ГИТ типа GIC-4,
Рис. 5. Устройство ECLIPSE HECTдля
выпускаемый компанией
мониторинга ГИТ, основанное на
Dynamic Ratings
измерении токов в нейтрали силового
Рис. 3. Зоны в Северном и Южном полушариях, наиболее
трансформатора и уровня гармоник,
подверженные влиянию ГИТ (по данным [4], красные области
содержащихся в токе
соответствуют максимальной возможной интенсивности ГИТ
(AdvancedPower Technologies)
для соответствующего полушария)
фиксированы ГИТ в нейтралях силовых трансформаторов с амплитудой до 200 А, в Швеции в 2000 г. был зафиксирован ГИТ с амплитудой около 300 А. В августе 2003 г. в результате воздействия ГИТ на транс форматоры произошел коллапс энерго систем в северной части США и погра ничной части Канады. До недавнего времени все зафик сированные случаи повреждений си ловых трансформаторов происходили лишь в северных широтах в отдельных приполярных регионах (рис. 2). В публикации [5] дополнительно выделены зоны и в Южном полушарии (рис. 3), интенсивность ГИТ в которых на много ниже, чем в северных, но тем не менее они имеют большее значение, чем в других, не выделенных областях. Как видно из рис. 2 и 3, террито рия Российской Федерации не входит в зоны интенсивного влияния ГИТ, не смотря на появляющиеся время от вре мени утверждения об опасности ГИТ в России. Например, одна из четырех ста тей, опубликованных в 2013 году в жур нале «Новости электротехники», с пре тензией на сенсацию, так и называется «Геомагнитные штормы. Угроза нацио нальной безопасности России» [6]. И это при том, что никаких реально зафикси рованных результатов измерений, под тверждающих тезис об опасности высо ких значений ГИТ в России, в этих статьях не приводится. :0
02 /Май 2016
А как же узнать, каких именно значений достигают токи ГИТ в кон кретном регионе и в определенном трансформаторе? Для ответа на этот вопрос суще ствуют два метода: - расчетный, основанный на спе циальном программном модуле; - экспериментальный, основан ный на непосредственном измерении ГИТ в цепях заземления нейтралей сило вых трансформаторов. Естественно, можно использовать и комбинацию этих двух методов. Специальный программный мо дуль для расчета ГИТ под названием PSS®E разработан и свободно продается компанией Siemens [7]. В качестве исход ных данных для расчета ГИТ эта програм ма использует данные о географическом расположении ПС и ЛЭП, сопротивлении системы заземления и свойстве грунтов, сопротивлении и группе соединений трансформаторов, конструкции магнит ной системы трансформаторов. Для непосредственного изме рения токов ГИТ компанией Dynamic Ratings выпускается простой датчик тока GIC-4 [8]. Он выполнен в виде трансфор матора тока с разъемным сердечником, одетым на провод, соединяющим ней траль трансформатора с системой за земления (рис. 4). Этот датчик работает на элементе Холла и содержит специальный фильтр,
реле №пя эяшипя и пвтомнтзяиия
блокирующий токи с частотой выше 3 Гц. Датчики выпускаются на два диапазона максимальных входных токов ГИТ: до 45 А и до 360 А. Они имеют стандартный вы ходной сигнал 4-20 мА, позволяющий ис пользовать их в любой системе регистра ции и мониторинга, передавать сигнал на удаленный диспетчерский пункт. Компанией Advanced Power Technologies выпускается более совер шенное устройство ECLIPSE HECT [9], ко торое, в дополнение к измерению по стоянной составляющей тока в нейтрали трансформатора, измеряет также и уро вень гармоник в токе трансформатора, появляющихся вследствие насыщения сердечника трансформатора токами ГИТ (рис. 5). Помимо собственно датчика ГИТ на основе эффекта Холла в нейтрали си лового трансформатора это устройство содержит небольшой измерительный модуль и два небольших трансформатора тока. Эти дополнительные трансформа торы тока включаются во вторичные це пи стандартных трансформаторов тока, расположенных в проходных изоляторах силовых трансформаторов, и служат для анализа гармонического состава токов вплоть до 7 гармоники. Измерительный модуль можно использовать для преоб разования входных сигналов в стандарт ный сигнал 4-20 мА или настроить на выдачу тревожного сигнала при превы шении током ГИТ или уровнем гармоник заданного порога.
НАУКА
Релейная защита
Вероятно, для оценки опасности ГИТ для объектов ЕЭС России следу ет провести соответствующие расчеты ожидаемых значений ГИТ или измере ния их реальных значений с помощью существующих средств, в соответству ющих регионах России. И лишь в слу чае подтверждения наличия опасности, по результатам расчетов и измерений, поднимать вопрос о необходимости принятия специальных мер по защите электрооборудования от геомагнитных штормов. Автор: к.т.н. Успенский М.И.,
Литература:
1. Гуревич В.И. Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения. - М.: Инфра Инженерия, 2014. - 256 с. 2. Гуревич В.И. Защита оборудования подстанций от электромагнитного импульса. - М.: Инфра-Ин женерия, 2015. - 302 с. 3. Успенский М.И. Влияние геомагнитных штор мов на работу релейной защиты // Релейная за щита иавтоматизация. - 2015. - №4. - С. 26-29. 4. James A. Marusek. Solar Storm Threat Analysis. Impact, 2007, Bloomfield, Indiana 47424. 5. Schulte in den Baumen, H.; Moran, D.; Lenzen, M.; Cairns, I.; Steenge, A. How severe space weather can disrupt global supply chains. - Natural Hazards and Earth System Sciences, volume 14, Issue 10, 2014, pp. 2749-2759.
6. Сушко В.А., Косых Д.А. Геомагнитные штормы. Угроза национальной безопасности России // Новости электротехники. - 2013. - №4. 7. GIC module to analyze geomagnetic disturbances on the grid PSS®E, Siemens Power Technologies International, 09.2013, Siemens AG and Siemens Industry, Inc. 8. GIC-4 - Geomagnetic Induced Current Sensor. Dynamic Ratings, 2015. 9. Hoffman G. ECLIPSE GMD induced Core Saturation Detection. Advanced Power Technologies, LLC, White Paper, 2013. ^ Приглашаем читателей наше го журнала к продолжению дискуссии на затронутую тему.
В ОТВЕТ НА ОБСУЖДЕНИЕ
ИСЭиЭПС КНЦ УрО РАН, г. Сыктывкар, Россия.
Успенский Михаил Игоревич Дата рождения: 09.04.1943. В 1971 г. окончил электроме ханический факультет Ленин градского политехнического института с квалификацией инженер-электрик. В 1984 г
Я искренне благодарен Владимиру Гуревичу за интерес к моей статье. Постараюсь ответить на поставленные им вопросы. Обоснованность внимания к рассматривае мой теме связана с несколькими причинами. Во-первых, до 70-х годов XX века в электро энергетике США и Канады этот вопрос имел чисто теоретический интерес и не привлекал внимания практиков. Более того, только в эти годы в нару шениях режимов увидели влияние геомагнитных штормов. До этого результаты такого влияния спи сывали на другие причины. Во-вторых, именно на Севере при больших расстояниях между поселениями ЛЭП имеют зна чительные протяженности, что способствует воз действию на них геомагнитных штормов. Рост их
там же защитил кандидатскую диссертацию на тему «Защита генератора от внутренних коротких замыканий на базе микроЭВМ». Работал в Пермском наладочном участке Свердловского ПНУ, на Согринской ТЭЦ «Алтайэнерго», доцентом кафедры «Электри фикация и автоматизация с/х» СЛИ - филиала ГОУ ВПО «СПбГЛТА им. С.М. Кирова». В настоящее время ведущий научный сотрудник ИСЭиЭПС КНЦ УрО РАН.
Рис. 1. Изменение нижней границы овала полярных сияний из-за смещения магнитного полюса Земли с 1994 года к 2020 году
загрузки в зимнее время делают их еще более подверженными подобному влиянию. В-третьих, известно, что северный магнит ный полюс смещается от северных берегов Кана ды в сторону полуострова Таймыр [1]. Вместе с ним смещается и зона интенсивности ГИТ (см. рис. 1). Даже на приведенном автором статьи «Еще раз о влиянии геомагнитных штормов на работу ре лейной защиты» рис. 2 видно такое смещение, по скольку левый рисунок создан по данным 1989 го да, а правый, по-видимому, уже для 2000 года. И, в-четвертых, определенно субъективное влияние на появление этой статьи оказало ежегод ное наблюдение зимой Полярного сияния (летом его трудно заметить из-за белых ночей) несмотря на то, что г. Сыктывкар находится на юге Республи ки Коми, а не в современной зоне интенсивных ГИТ, как, например, г. Воркута. В связи с перечисленными выше причинами, я полагаю необходимым обращать пристальное внимание на геомагнитные штормы, чтобы не по вторить ошибок системы Hydro-Quebec. Что касается вопроса об инструменте прак тического выявления ГИТ, я благодарен господину Гуревичу за дополнительную информацию о реаль ных приборах и методах их определения. Конечно же, следует не только измерять, но и прогнозиро вать ожидаемое воздействие геомагнитных штор мов, чтобы не упустить принятие необходимых мер по защите электрооборудования. И в заключение хочу еще раз поблагодарить В.И. Гуревича за обсуждение моей статьи. А доля скептицизма с его стороны бывает полезной, что бы авторов «не заносило в сторону». Л итература:
[1]. http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/data/poles/Rxy научно-практическое издание
НАУКА
Автоматика УДК 621.316.9
Авторы: к.т.н. Васильев В.В., к.т.н. Осинцев А.А., Бородин Д.Н., Фролова Е.И. ЗАО «ИАЭС», НГТУ, г. Новосибирск, Россия.
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ АВТОМАТИКА ОГРАНИЧЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЧАСТОТЫ FAST-ACTING AUTOMATIC RESTRICTION OF FREQUENCY INCREASE Аннотация: в настоящее время широкое применение в электроэнергетике приобретают устройства автоматического ограничения повышения частоты (АОПЧ), устанавлива емые на гидроэлектростанциях. Предлагается повышать быстродействие АОПЧ, при меняя ступени, реагирующие на скорость повышения частоты и отстроенные по прин ципу действия от срабатывания в режимах коротких замыканий во внешней сети.
Ключевые слова: противоаварийная автоматика, автоматика ограничения повышения частоты, скорость повышения частоты, дистанционный орган. Ph.D.Vasilev V.V., Ph.D. Osyntsev A.A., Borodin D.N., Frolova E.I., VJSC «Power System Automation Institute», Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia. Annotation: at present wide application in the power industry are becoming the device for automatic restriction of frequency increase (ARFI), installed at the hydropower plants. It is proposed to improve the performance of ARFI, applying steps responsive to the
Автоматика ограничения повышения часто ты (АОПЧ) предназначена для предотвращения недопустимого повышения частоты в энергоси стеме до уровня, при котором возможно срабаты вание автоматов безопасности турбин ТЭС и АЭС, а также для предотвращения полного останова генерирующего оборудования технологически ми защитами тепловых (ТЭС) и/или атомных (АЭС) электростанций при работе за пределами регули ровочного диапазона. В зависимости от состава электростанций в рассматриваемой части энерго системы АОПЧ выполняет одну или несколько за дач, а именно: • предотвращение повышения частоты до уровня, при котором возможно срабатывание ав томатов безопасности турбин ТЭС; • ограничение длительного повышения ча стоты значением, при котором нагрузка энерго
блоков ТЭС не выходит за пределы регулировоч ного диапазона; •предотвращение кратковременного повы шения частоты в процессе первичного регулиро вания не выше 55 Гц; •ограничение установившегося уровня ча стоты по окончании процесса первичного регули рования не выше 51 Гц. Устройства АОПЧ устанавливаются на элек тростанциях, расположенных в частях энергоси стемы, выделение на изолированную работу ко торых возможно с большим избытком мощности, приводящим к недопустимому повышению часто ты с учетом действия первичного регулирования частоты, и действуют в основном на отключение генераторов (ОГ). Согласно [1], настройка устройств АОПЧ, установленных на ГЭС, должна обеспечи вать их первоочередное действие по отношению
speed of frequency increase and rebuilt according to the principle of actuation in the modes of short circuits in the external network. Keywords: emergency control, automatic restriction of frequency increase, speed of frequency increase, remote authority.
Рис. Та. Изменение частоты на ш инах220 кВ Красноярской ГЭС при избытке мощности
02 /Май 2016
РЕЛЕЙНАЯ ЗПШ ИТП И ЯВТОМ НТИЗНИИЯ
НАУКА
ОШ
Автоматика
Васильев Владимир Владимирович Дата рождения: 28.12.1983 г. В 2007 г. окончил Новоси бирский государственный технический университет (НГТУ) по специальности «РЗ и автоматизация электро энергетических систем». В 2011 г. в НГТУ защитил дис сертацию на тему «Разработка автоматики комплексного аварийного управления на грузкой». Работает главным специалистом по РЗА и ПА в ЗАО «Институт автоматиза ции энергетических систем», а также является ст. преподавателем кафедры Электрических станций в НГТУ
Рис. 1в. Средняя скорость изменения частоты на ш инах220 кВ Красноярской ГЭС после действия АОПЧ
Осинцев Анатолий Анатольевич Дата рождения: 22.11.1986 г. В 2010 г. окончил магистратуру НГТУ по направлению «Автоматика энергосистем». В 2013 г. в НГТУ защитил дис сертацию на тему «Разработка методов и средств повышения устойчивости функциони рования дифференциальной защиты генератора». Работает ст. преподавателем кафедры Электрических станций в НГТУ, а также является ведущим инженером отдела ТАЭС в ЗАО «ИАЭС».
к устройствам АОПЧ, установленным на тепловых или атомных электростанциях. Таким образом, АОПЧ, устанавливаемые на ГЭС, в первую очередь предназначены для предотвращения повышения частоты в первые моменты времени существова ния избытка активной мощности в энергосистеме. Далее рассмотрены вопросы повышения эффективности работы АОПЧ, устанавливаемых на ГЭС, в части быстродействующего ограничения заброса частоты (кратковременного повышения), связанного с возникновением дефицита активной мощности. Устройства АОПЧ в качестве основного па раметра контролируют частоту в энергосистеме. Ступени (очереди) АОПЧ работают при фиксации повышения частоты в контролируемом энергоузле выше заданной уставки с заданной выдержкой вре мени. Выдержки времени предусматриваются для исключения срабатывания устройств АОПЧ при ко ротких замыканиях в сети и в режимах синхронных качаний, а также для согласования ступеней между научно-практическое издание
собой. Такие ступени в основном предназначены для ограничения длительного повышения частоты. Для решения задачи обеспечения эффектив ности действия АОПЧ при возникновении забро сов частоты и больших избытков активной мощ ности целесообразнее использовать ступени по скорости повышения частоты. Такая разгрузка мо жет осуществляться с помощью быстродейству ющих ступеней, реагирующих на начальную ско рость повышения частоты, что позволят отключать генерацию значительно раньше, чем это сделают ступени АОПЧ по отклонению частоты. Использование скорости повышения часто ты для повышения быстродействия и эффектив ности АОПЧ до сих пор сдерживалось отсутствием серийно выпускаемых промышленностью реле, из меряющих скорость изменения частоты. В послед нее время, в связи с бурным развитием цифровой техники, появились микропроцессорные устрой ства локальной противоаварийной автоматики (ПА) с каналами по скорости изменения частоты. 23
НАУКА
Бородин Дмитрий Николаевич Дата рождения: 05.06.1990 г. В 2013 г. получил в НГТУ сте пень магистра по направлению подготовки «Электроэнер гетика и электротехника». Научный руководитель аспирантуры —д.т.н., профессор Лизалек Николай Николаевич. Тема диссертации —«Исследо вание структуры неустойчи вых движений электроэнер гетических систем». Аспирант кафедры Автоматизирован ных электроэнергетических систем (АЭЭС) в НГТУ
Автоматика Приведем несколько примеров аварийных ситуаций, которые могут возникнуть в ОЭС Сиби ри, с повышением частоты. На рис. 1а представ лен график изменения частоты, 1б - средней ско рости изменения частоты при избытке мощности, 1в - средней скорости изменения после действия АОПЧ на шинах 220 кВ Красноярской ГЭС при вы делении Центрального узла Красноярской энер госистемы на изолированную работу с избытком мощности 1600 МВт в режиме летнего минимума нагрузок при максимуме генерации. Частота в данном режиме повышается до величины 54,3 Гц, при которой возможно сра батывание автоматов безопасности турбин ТЭС. Происходит срабатывание ступеней АОПЧ по по вышению частоты (рис. 1а), действующих на от ключение трех генераторов: ГГ-1 в момент време ни t = 2,35 сек., ГГ-3 в момент времени t = 2,5 сек. и ГГ-2 в момент времени t = 5,5 сек. По рис. 1а и 1б видно, что изменение частоты начинается с момента времени t = 1,0 сек., когда и произошло выделение рассматриваемого энергорайона на изолированную работу. На рис. 1б видно, что высокая скорость повышения частоты зафик сирована уже через 0,1 сек. величиной 1,39 Гц/с, а через 0,2 сек . - 2,12 Гц/с. Таким образом, применив ступень АОПЧ по скорости изменения частоты с уставкой 2,0 Гц/с и действием на отключение трех генераторов, можно было бы ограничить время существования и уро вень повышенной частоты.
Ещё одним ярким примером большого по вышения частоты является аварийная ситуация в ОЭС Сибири, когда Саяно-Шушенская ГЭС (СШГЭС) может выделиться на несбалансированный энер горайон с тепловыми электрическими станциями (Абаканская ТЭЦ, Минусинская ТЭЦ, ТЭЦ-1 г. Абакан), для которых повышение частоты вращения турбин допустимо не более чем на 6% (53 Гц) из-за опасно сти повреждения механизмов собственных нужд. На рис. 2 показано изменение частоты на ши нах 500 кВ СШГЭС при выделении ее на несбаланси рованный район в случаях выдачи станцией мощ ности величиной: • 2400 МВт, при этом управления не требуется; • 2800 МВт, от АОПЧ необходимо отклю чить 1 генератор; • 3200 МВт, от АОПЧ необходимо отклю чить 2 генератора; • 3600 МВт, от АОПЧ необходимо отклю чить 3 генератора; • 4200 МВт, от АОПЧ необходимо отклю чить 4 генератора; •4800 МВт или 5000 МВт, от АОПЧ необходимо отключить 5 генераторов. При этом моделировался ранее существующий на объекте принцип функционирования АОПЧ со сле дующей настройкой: •1 ступень: 52 Гц с выдержкой времени 0,2 сек.; •2 ступень: 52,5 Гц с выдержкой времени 0,1 сек.;
[гц] 5 5 .0 -F
5 000J
^ 4ШГ
Фролова /
Екатерина Игоревна
4 20 0 4
ч
/
ЗбООз
Дата рождения: 07.03.1986 г. В 2008 г. окончила НГТУ по
/
/ *
специальности «Релейная
\ \
3 2 0 0 Г ''\ /
защита и автоматизация
; \
/
электроэнергетических си
\
\
2 8 0 0 Т ~ ''''
1/ 1/
стем». Работает ст. преподава телем кафедры Электрических
/ ^ ^ 2 4 0 0 7 /
станций в НГТУ.
\ <
г
Г
/
1/
/ /
Г 12
15
18
21
24
27
31
Рис. 2. Изменение частоты на шинах 500 кВ СШГЭС при различной выдаче мощности и отключении генераторов
РЕЛЕЙНАЯ ЗЯШ ИТЯ И ПВТОМ ПТИЗПИИЯ
Автоматика
НАУКА
Табл. 1. Настройка АОПЧ СШГЭС по повышению частоты Ступень
Табл. 2. Настройка АОПЧ СШГЭС по скорости повышения частоты 4
5
52,4
52,7
Уставка Af/At в зависимости от ч и с а генераторов, Гц/с Ступень ОГ
Частота, Гц Задержка на срабатывание, с. УВ Разреш ение при кол-ве генераторов, не менее, шт.
51,6
52,0
52,2
4 1 ст.
0,3
0,2
0,15
0,12
0,1
ОГ-1
ОГ-2
ОГ-3
О Г-4
ОГ-5
0,17
2 ст.
10 0,11 0,64
3 ст.
0,09
0,08
0,07
0,05
0,53
0,46
0,40
0,36
0,32
0,98
0,84
0,74
0,65
0,58
4 ст. 4
0,06
1,46
1,30
1,17
1,62
1,46
9 5 ст.
Табл. 3. Настройка пускового органа АОПЧ СШГЭС
•3 ступень: 53 Гц без выдержки времени; •4 ступень: 53,5 Гц без выдержки времени; •5 ступень: 54 Гц без выдержки времени. Каждой ступени соответствует от ключение одного генератора с време нем реализации 0,1 сек. Как видно из рис. 2, при загрузке СШГЭС больше 4200 МВт и выделении её на несбалансированный энергорай он, например, в результате действия устройств ликвидации асинхронного режима на прилегающих ЛЭП 500 кВ, устройство АОПЧ, организованное по указанному принципу, не ограничивает заброс частоты выше 53 Гц. С 2012 года на СШГЭС функцио нирует устройство АОПЧ производства ЗАО «Институт автоматизации энерге тических систем» (ЗАО «ИАЭС», г. Ново сибирск) [2], алгоритм которого может работать как с контролем повышения ча стоты в течение определенного времени (см. табл. 1), так и с учетом скорости из менения частоты (см. табл. 2). Характеристики срабатывания ступеней АОПЧ СШГЭС зависят не толь ко от величины уставок, но и от коли чества включенных в сеть генераторов СШГЭС. Номеру каждой ступени АОПЧ соответствует количество отключаемых генераторов (ОГ). Для обоснования применения контроля скорости изменения частоты в АОПЧ СШГЭС проводились специали зированные расчеты, которые показа ли следующее. При мощности станции близкой к максимальной (10 генерато ров в работе) срабатывание 5 ступени АОПЧ при контроле превышения задан ной уставки по частоте с выдержкой вре мени не достаточно (см. рис. 3), т.к. часто та достигает значения 53,27 Гц. Контроль
Параметр
Частота срабатывания, Гц
ПО
Выдержка времени, с.
Действие Ввод в работу
0,2
51,5
1, 2, 3,4 и 5 ступеней
[Г ц ]
5 8 .1
5 6 .3
5 4 .5
5 2 .7
/
5 1 .8 5 0 .9
'0
) 2 О с ь X В р ем я Часто та 670
10
12
14
16
1
2 [С]
—
Рис. 3. Изменение частоты на шинах 500 кВ СШГЭС при выделении 10 генераторов и работе 5 ступени АОПЧ по повышению частоты (максимальная частота 53,27 Гц) [ГЦ ]
5 8 .1
5 6 .3
5 4 .5
5 2 .7
5 0 .9
'0
/
"
/ / 2 О с ь X В р ем я Часто та 670
10
12
14
16
1
2 [С]
—
Рис. 4. Изменение частоты на шинах 500 кВ СШГЭС при выделении 10 генераторов и работе 5 ступени АОПЧ по скорости повышения частоты (максимальная частота 52,93 Гц)
скорости возрастания частоты позволя ет ускорить реализацию 5 ступени АОПЧ и ограничить заброс частоты выше 53 Гц (см. рис. 4, максимальная частота 52,93 Гц). Для отстройки от коротких замы каний в устройстве АОПЧ СШГЭС при меняется пусковой орган (ПО), разрешаю-
научно-практическое издание
щий работу автоматики при превышении уставки по частоте в течение заданной уставки по времени, настройка которого приведена в табл. 3. Выдержка времени ПО имеет следу ющие отрицательные стороны для АОПЧ: • она сравнима с уставками по
НАУКА
Автоматика
времени ступеней АОПЧ по повышению частоты; • задерживает срабатывание сту пеней АОПЧ по скорости повышения частоты; •увеличивает общее время сраба тывания автоматики. Для того чтобы исключить ука занные пусковые условия для АОПЧ и при этом обеспечить максимальное бы стродействие ступеней, работающих по скорости повышения частоты, необ ходимо организовать дополнительный контроль электрических величин объ екта в режиме короткого замыкания. Предлагается реализовать для АОПЧ дистанционный орган, который будет блокировать работу ступеней при ко ротком замыкании в прилегающей сети. Рассмотрим ещё один объект, где установлено устройство АОПЧ (также производства ЗАО «ИАЭС») [3], которое может работать с контролем скорости повышения частоты - Богучанская ГЭС. Схема прилегающей к Богучанской ГЭС сети представлена на рис. 5. Устройства АОПЧ на Богучанской ГЭС выполнены отдельно для сторон 500 кВ и 220 кВ, т.к. существует возмож ность деления станции на несинхронно работающие части. На рис. 6 представлены векторы со противлений замера дистанционного ор гана АОПЧ в различных схемно-режимных условий станции и прилегающей сети при металлических междуфазных КЗ в конце элементов, находящихся в пределах пер вого пояса. Вокруг концов векторов со противлений отображены окружности, радиус которых рассчитывается исходя из требуемого коэффициента чувствитель
Рис. 6. Эллиптическая и полигональная характеристика срабатывания измерительного органа реле сопротивления быстродействующей АОПЧ Z H - область концов векторов сопротивлений нагрузки в доаварийном и послеаварийном режимах; А - эллиптическая характеристика срабатывания реле сопротивления, выбранная исходя из обеспечения чувствительности к КЗ в конце элементов, находящихся в пределах первого пояса; Б - полигональная характеристика измерительного органа реле сопротивления, выбранная аналогично характеристике А; Z yCT - сопротивление срабатывания характеристики А; у'м ч - угол максимальной чувствительности характеристики А; 8 - коэффициент эллиптичности характеристики А
ности к рассматриваемым повреждени ям. Тогда характеристика срабатывания, огибающая необходимые векторы заме ра сопротивлений с учетом соответству ющих им окружностей, обеспечит на дежное срабатывание дистанционного органа с требуемой чувствительностью к КЗ в области действия реле. Стоит от метить, что дистанционный орган здесь подключен на токи и напряжения сторо ны высокого напряжения одного из бло ков «генератор-трансформатор» (каждо го блока) стороны 500 кВ. В таком случае для работы быстродействующей АОПЧ необходимо реализовать 6 параллельно функционирующих дистанционных орга нов (на каждый блок стороны 500 кВ). Как видно из рис. 6, можно четко отличить область коротких замыканий, когда при попадании в неё необходи мо вводить блокировку для ступеней АОПЧ. Опасность срабатывания ступе
РЕЛЕЙНПЯ ЗЯШИТП И ПВТОМНТИЗПЦИЯ
ней АОПЧ по скорости изменения часто ты при коротких замыканиях выявлена также расчетным путём. На рис. 7 пока заны графики изменения частоты для двух характерных режимов, связанных с коротким замыканием, по которым яв но прослеживается появление большой скорости повышения частоты (до 1 Гц/с). Стоит отметить, что обе характе ристики срабатывания (А и Б, рис. 6), вы бранные исходя из обеспечения чув ствительности, позволяют надежно отстроиться от нагрузочного режима. В таком случае приоритет при выборе ха рактеристики дистанционного органа не обходимо отдавать той характеристике, функционирование которой менее ресурсозатратно с точки зрения ра боты микропроцессорной техники. В конкретном рассматриваемом случае предпочтительней использовать эллипти ческую характеристику срабатывания.
НАУКА
Автоматика
ffil
Выводы Разработанное быстродействующее устройство АОПЧ обладает очень важным свойством организации работы ступеней по повышению частоты и скорости изме нения частоты с минимальными выдерж ками времени, отстроенными от корот кого замыкания по принципу действия. В результате повышения быстродействия АОПЧ в аварийных режимах, связанных с недопустимым повышением частоты, су щественно сокращаются убытки при от ключении оборудования ГЭС и в большин стве случаев не допускаются отключения генерации на ТЭС, находящихся в одном выделенном районе с ГЭС. Литература:
Рис. 7. Изменение частоты на шинах 500 кВ Богучанской ГЭС при коротких замыканиях
Таким образом, применяя раз решающий орган реле сопротивления, в АОПЧ можно смело использовать бы стродействующие ступени, реагирую щие на скорость повышения частоты. Выбор уставок ступеней АОПЧ, ре агирующих на скорость повышения ча стоты, производится на основе расчетов режимов электрической сети при моде лировании различных аварийных ситуа
%
ций, связанных с возникновением избыт ка генерируемой мощности и опасного повышения частоты. Это выполняется простым перебором уставок срабаты вания ступеней АОПЧ для выбранных характерных аварий. Для уменьшения эффекта перерегулирования обычно количество ступеней АОПЧ не мень ше числа управляемых генераторов на энергообъекте.
1. ГОСТР55105-2012. Единая энергетическая система и изолированно работающиеэнергосистемы. Оператив но-диспетчерское управление. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Нормы итребования. 2. ЛГП-01/2011-ПА-Т3.изм3. Комплексная реконструк ция ОРУ 500 кВ Саяно-Шушенской ГЭС. Рабочая до кументация. Противоаварийная автоматика. Бланки уставок. ЗАО«ИАЭС». 3. BGP041-01-nA-01.01. Богучанская ГЭС. Проектиро вание, изготовление, поставка и наладка оборудова ния связи с энергосистемой (ПА, АРЧМ, ТМ, ВЧ-связи и ВОЛС). Рабочая документация. Противоаварийная автоматика. Общие технические решения. Таблицы настройкилокальныхустройств ПА. Таблицы настрой ки ЛАПНУ Богучанской ГЭС на пусковой этап 1. ЗАО «ИАЭС». fg]
“БЕЛЭКСПОЦЕНТР” БЕЛГОРОДСКОЙ ТОРГОВО-ПРОМЫШЛЕННОЙ ПАЛАТЫ
(Т)
10- 12 2016 августа XIII межрегиона]
©И®[ЩЯс!
СОВРЕМЕННЫЙ ГОРОД Стройиндустрия Энергетика. Ресурсосбережение Экология Т./ф.: (4722) 58-29-41, 58-29-40, 58-29-48 E-mail: belexpo@mail.ru; www.belexpocentr.ru г. Белгород, ул. Победы, 147 А
НАУКА
Автоматизация УДК 338.24.01
Автор: к.п.н. Бурькова Е.В., Оренбургский государствен ный университет, г. Оренбург, Россия. Ph.D. Burkova E.V., Orenburg state University; Orenburg, Russia. Annotation: the article considers actual problem of hardware control parameters of an inverter implemented in the process of its functioning. Modern inverters are complex electrical devices, they are built on a unified element base, microprocessor control system, designed to power AC circuits responsible consumers of the high voltage. The structure of the inverter and its main modes of operation, controlled settings.
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ИНВЕРТОРА SOFTWARE AND HARDWARE CONTROL OF INVERTER PARAMETERS Аннотация: в статье рассматривается актуальная задача программно-аппаратного контроля параметров инвертора, осуществляемого в процессе его функционирования. Современные инверторы являются сложными электротехническими устройствами, они выполнены на уни фицированной элементной базе с микропроцессорной системой управления, предназначены для питания цепей переменного тока ответственных потребителей высококачественным на пряжением. Приведена структура инвертора и его основные режимы работы, контролируемые параметры. Рассмотрена структурная организация системы управления инвертором с описа нием назначения основных блоков. Для реализации контроля параметров инвертора предло жено устройство сопряжения системы управления инвертором с персональным компьютером, представлены функции аппаратной и программной частей устройства, структурная схема передачи данных. Представлен алгоритм программы микроконтроллера устройства сопряже ния. Реализация предложенных программно-аппаратных средств позволит проводить опера тивный контроль параметров трехфазного инвертора в процессе его эксплуатации на объектах, выводить данные на экран персонального компьютера, отслеживать динамику изменения на пряжения инвертора в режиме реального времени.
Ключевые слова: инвертор, блок внешних интерфейсов, устройство сопряжения, передача данных, структурная схема, алгоритм, программно-аппаратные средства.
The article describes the structural organization of the control system of the inverter with a description of the destination basic blocks. To implement the control parameters of the inverter proposed connection device of a control system of the inverter with a personal computer, the functions of the hardware and software parts of the device, the structural scheme of data transmission. Presents the program algorithm of the microcontroller device. Implementation of the proposed software and hardware would allow for operational control parameters of three-phase inverter in the process of operation on objects, display data on the screen of a personal computer to track the dynamics of changes in voltage of the inverter in real time.
02 /Май 2016
Системы бесперебойного питания стали неотъемлемой частью современной жизни: они обеспечивают непрерывную работу энергоза висимых устройств и оборудования при отсут ствии напряжения питающей сети. Потребители первой категории, такие, как вычислительные комплексы, устройства автоматики, атомные станции, предъявляют высокие требования к ка честву питающей сети переменного тока, и на личие систем бесперебойного питания является обязательным условием их эффективной рабо ты. В составе системы бесперебойного питания функцию преобразования постоянного тока в трехфазный переменный ток с заданными пара метрами выполняет инвертор. Реализация кон троля корректной работы инвертора в процессе функционирования, включая передачу данных на персональный компьютер, является актуаль ной задачей. Инвертор построен как преобразователь постоянного тока в переменный с широтно-им пульсной модуляцией, генерирующий выходной ток синусоидальной формы, со стабилиза цией напряжения в установленных пределах. РЕЛЕЙНПЯ ЗЯШИТП И ПВТОМНТИЗПЦИЯ
Питание инвертора предусматривается от се ти постоянного тока с подключенной аккумуля торной батареей или без нее, переключающее устройство подключается к трехфазной резерв ной сети [1, 3]. Структура инвертора показана на рис. 1. Инвертор должен обеспечивать следую щие режимы питания нагрузки: - приоритетное питание нагрузки от ин вертора с возможностью автоматического пере ключения на питание от резервной сети (режим №1); - приоритетное питание нагрузки от ре зервной сети с возможностью автоматического переключения на питание от инвертора, находя щегося в активном состоянии готовности к ра боте (режим №2); - питание нагрузки по сервисной обвод ной линии (режим №3). По умолчанию инвертор поставляется от регулированным в режиме приоритетного пи тания нагрузки от инвертора (режим №1). В этом режиме инвертор запитан напряжением посто янного тока от аккумуляторной батареи или от
НАУКА
Автоматизация
ЁШ
Keywords: inverter, external interfaces, device pairing, data transmission, block diagram, algorithm, software and hardware.
Рис. 1. Структура инвертора
Бурькова Елена Владимировна Дата рождения: 11.04.1963. В 1985 г. окончила Орен бургский политехнический институт, кафедра «Электри ческие машины», а в 1990 году —МЭИ по специаль ности «Микропроцессорные системы». В 2006 г. защитила кандидатскую диссертацию на тему «Формирование ин формационной компетент ности будущих специалистов в области вычислительной техники» в Оренбургском государственном универ ситете. Доцент кафедры вычисли тельной техники и защиты информации Оренбургского государственного универси тета, кандидат педагогиче ских наук, доцент.
сети постоянного тока. Нагрузка непрерывно питается с выхода инвертора трехфазным пере менным напряжением через инверторное пле чо электронного переключающего устройства (ЭПУ). Выходное напряжение инвертора синхро низируется с напряжением сети резервного вхо да. Время работы инвертора от аккумуляторной батареи (АБ) зависит от емкости АБ и величины подключенной нагрузки. Электронное переклю чающее устройство должно осуществлять пере ключение питания нагрузки с инвертора на ре зервную сеть при следующих событиях: - плановом отключении инвертора опера тором через органы управления; - аварийном отключении инвертора защитами; - при отклонении выходного напряжения инвертора на величину более 5% номинального значения, вызванном неисправностями инвер тора или его перегрузками; - нагрузке инвертора свыше номинально го значения. При реализации режима №3 нагрузка должна получать питание по сервисной обвод ной линии, минуя ЭПУ. Разъединитель Q3 по зволяет осуществлять ручное переключение нагрузки на резервный вход без перебоя в элек тропитании нагрузки. При этом должна обеспе чиваться возможность отключения инвертора и ЭПУ для сервисных целей. Для обеспечения бесперебойного пита ния нагрузки высококачественным напряже нием необходимо контролировать следующие параметры: - напряжение на входе инвертора (PV1); - напряжение на резервном входе (PV2); научно-практическое издание
- напряжение на выходе инвертора (PV3). Контроль данных параметров произво дится с помощью вольтметров и отображается на лицевой панели шкафа инвертора. Задача за ключается в том, чтобы организовать передачу параметров на персональный компьютер (ПК) с возможностью визуализации динамики из менения параметров и сохранения ее в памяти ПК. Для решения этой задачи требуется разра ботать устройство сопряжения инвертора с ПК, выбрать средства передачи данных, провести отладку программного обеспечения. Предло жено использовать блок внешних интерфейсов, который входит в состав системы управления инвертором. Система управления инвертором состо ит из следующих блоков: микропроцессорного блока контроля и управления, блока внешних интерфейсов и блока отображения информации. Микропроцессорный блок контроля и управле ния предназначен для управления силовой ча стью инвертора. У данного блока отсутствуют интерфейсы для отображения текстовой инфор мации, он более сложен, чем другие блоки, вхо дящие в систему управления инвертором. Блок отображения информации служит для вывода информации на жидкокристалли ческий дисплей и для подачи сигналов при по мощи кнопок. Блок отображения информации содержит пленочную клавиатуру и жидкокри сталлический индикатор. Элементы блока ото бражения информации располагаются на двери шкафа инвертора. Блок внешних интерфейсов предназна чен для подключения устройств, расположен ных вне корпуса инвертора. Наличие внешних 29
НАУКА
Автоматизация
Рис. 2. Структурная схема системы управления инвертором
интерфейсов обеспечивает легкость от ладки и вывод результатов. Также блок внешних интерфейсов включает в себя блок сухих контактов, который позво ляет идентифицировать конкретное со стояние при отключении. Структурная схема системы управления инвертором представлена на рис. 2. Важным фактором корректности передачи данных является протокол передачи. Протокол передачи данных набор соглашений интерфейса логи ческого уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сооб щений и обработки ошибок при взаимо действии программного обеспечения разнесенной в пространстве аппара туры, соединенной тем или иным ин терфейсом [2]. Используемый прото кол связи электронных блоков системы управления инвертором включает в себя инициализирующую часть и блок функций: - прием пакета информации; - передача пакета информации; - подтверждение передачи. Для хранения информации ис пользуется карта памяти, в которой вы делены участки по 2048 слов (слово -
целая беззнаковая величина в 2 байта) для каждого из блоков. Каждый блок карты памяти состоит из командной об ласти памяти и области данных. Каждый из блоков с некоторой дискретностью транслирует в CAN свою область дан ных. Передача информации происхо дит по шине CAN, где применяется спо соб низковольтной дифференциальной передачи сигналов - способ передачи электрических сигналов, позволяющий передавать информацию на высоких частотах. Техническими требованиями было определено, что протокол переда чи данных должен поддерживать мультимастерный способ взаимодействия устройств. Поэтому выделяется блок ве дущего - master - который посылает за просы на чтение или запись и ведомого slave - который обрабатывает получен ные запросы. Для реализации функции передачи данных о параметрах инвертора исполь зуется блок внешних интерфейсов. В этом блоке реализованы следующие ин терфейсы: RS-232, RS-422, RS-485. Связь с другими электронными блоками си стемы управления инвертором осущест вляется по шине CAN. Для реализации управления передачей данных о параме трах инвертора используется микрокон-
РЕЛЕЙНАЯ ЗАШ ИТА И АВТОМ АТИЗАЦИЯ
Рис. 3. Структурная схема передачи данных
троллер LPC2387, расположенный на от дельной плате устройства сопряжения. Устройство сопряжения системы управ ления инвертора с персональным ком пьютером реализовано для выполнения функций сбора информации о параме трах инвертора, временного хранения ее и передачи на компьютер, и состоит из аппаратной и программной частей. Структурная схема передачи данных между блоками и ПК показана на рис. 3. Функции программно-аппарат ных средств контроля параметров инвертора: - сопряжение системы управле ния инвертора с компьютером; - временное хранение данных о параметрах инвертора в памяти микроконтроллера; - формирование графиков дина мики изменения параметров на экране ПК; - аварийное программное опо вещение; - загрузка программы для микро контроллера с ПК. Программная часть состоит из программного обеспечения (ПО) ми-
НАУКА
Автоматизация
кроконтроллера и ПО персонального компьютера. ПО персонального ком пьютера позволяет выводить табли цу параметров инвертора на экран, строить временные графики измене ния параметров и осуществлять архи вацию данных. Устройство сопряжения предоставляет возможность загруз ки программы для системы управле ния инвертора с компьютера. Ап паратная часть осуществляет сбор, преобразование и передачу данных на персональный компьютер, реализована на основе микроконтроллера LPC2387 фирмы NXP. Это новое семейство ARM7-микроконтроллеров с широ ким набором внутренней периферии: Ethernet, USB Host/OTG/Client, CAN, RS232, SPI, I2C. Персональный компью тер с установленным ПО подключает ся к преобразователю интерфейсов RS485/RS-422, который, в свою очередь, подключен к высокоскоростному прие мопередатчику ILX485N. Приемопере датчик предназначен для применения в телекоммуникационных системах, соответствующих стандартам RS-422, RS-485 с низкой рассеивающей мощ ностью. От персонального компьюте ра, который подключен через разъ емное соединение MCV 1.5/10-GF-3.5 к устройству сопряжения, идет запрос в блок внешних интерфейсов инвертора на чтение данных с контролирующих устройств (вольтметры), сигнал прохо дит через приемопередатчик ILX485N, далее через быстродействующий изо лированный интерфейс К293ЛП7Р и че рез логическую шину обрабатывается микроконтроллером, через трансивер CAN-интерфейса сигнал обрабатывает ся инвертором. Через устройство со пряжения инициализируется загрузка программного обеспечения в систему управления инвертором, используя за грузчик HEX202. Для работы устройства сопря жения была разработана программа, которая сохраняет и передает данные в компьютер и инициализирует за грузчик. Схема алгоритма программы устройства сопряжения приведена на рис. 4. Программно-аппаратные средства
Рис. 4. Схема алгоритма программы устройства сопряжения
устройства сопряжения были реа лизованы в виде макета на печатной плате. Для отладки программы ми кроконтроллера был использован от ладочный набор фирмы Keil (плата + JTAG-эмулятор) MCB2387 ULINK-ME, ко торый позволяет разрабатывать и те стировать ПО для микроконтроллеров серии NXP LPC2387, а также опреде лить требования к программной и ап паратной частям будущего изделия на этапе макетирования. Проверка рабо тоспособности макета проводилась в лаборатории на испытательном стен де. Следующим этапом работы явля ется проведение испытания макета устройства сопряжения на реальном инверторе. Выводы Реализация предложенных про граммно-аппаратных средств позволит проводить контроль параметров трех фазного инвертора в процессе его экс плуатации на объектах, оперативно вы водить данные на экран персонального
научно-практическое издание
компьютера, анализировать отклоне ния параметров от заданных значений, отслеживать динамику изменения на пряжений, что способствует предот вращению сбоев в работе инвертора и даст возможность прогнозировать ава рийные ситуации. Литература:
1. Васильев А.М. Информационно-измерительная система управления бесперебойным электропитани ем сложного технического объекта // А.М. Васильев, Н.А. Олейников // Научно-технический вестник По волжья. - 2013. - №6. - С. 204-207. 2. Восемь открытых промышленных сетей и Industrial Ethernet [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://asutp.ru/?p=600425. - 2015. 3. Ведомые инверторы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://epa.susu.ac.ru/ assets/files/ PromElectronika/Glava7_Pt.pdf. - 2015. 4. Ланцов В., Эраносян С. Источники бесперебойно го питания. Новый подход к их синтезу // В. Ланцов, С. Эраносян // Силовая электроника. - 2007. - №14. С. 49-54. 5. Шабров С.Е. Система бесперебойного питания и управления силовой нагрузкой // С.Е. Шабров // Ма териалы XIII международной научно-практической конференции «Инновационные направления разви тия АПК и повышение конкурентоспособности пред приятий, отраслей и комплексов» Сборник научных трудов про Ярославль. - 2010. - С. 148-152.
НАУКА
Автоматизация УДК 621.3
Авторы: к.т.н. Горелик Т.Г., Кириенко О.В., Кабанов П.В., ООО «ЭнергопромАвтоматизация», г. Санкт-Петербург, Россия. Ph.D. GorelikT.G., Kirienko O.V., Kabanov P.V., LLC
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА НА БАЗЕ ОБЩЕЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ AUTOMATED INFORMATION SYSTEM FOR EQUIPMENT MAINTENANCE AND REPAIR BASED ON COMMON INFORMATION MODEL
«EnergopromAvtomatizatciya», Saint Petersburg, Russia.
Аннотация: предложена архитектура автоматизированной системы для техническо го обслуживания и ремонта на базе общей информационной модели. Разработан ная архитектура позволяет осуществлять хранение данных, обработку информации и автоматизацию производственных процессов. Приводится описание разработан ного программного обеспечения, использующего указанную архитектуру для авто матизации комплекса работ по обслуживанию и ремонту оборудования.
Ключевые слова: системы автоматизации, стандарты МЭК, общая информационная модель, CIM, техническое обслуживание и ремонт, актив, программное обеспечение. Annotation: system architecture of automated information system for equipment maintenance and repair based on common information model is proposed. Developed system architecture allows storing data, information processing and automation of industrial processes. Software using proposed architecture for automation of maintenance and repair workflow is described.
Keywords: automation system, IEC standards, Common Information Model, CIM, maintenance, asset, software.
Введение В настоящее время все большее внимание уделяется повышению эффективности техниче ского обслуживания энергетического оборудо вания посредством перехода от системы фикса ции действий персонала в бумажных журналах к системе выполнения должностных обязанно стей по заданным алгоритмам с учетом оценки фактического состояния оборудования с хране нием результатов в электронном виде. При пе реходе к цифровому представлению информа ции о техническом обслуживании оборудования целесообразно опираться на международные стандарты по хранению и обмену информаци ей. Наиболее универсальным средством для решения данного круга задач является группа стандартов, посвященная общей информацион ной модели (Common Information Model - CIM) МЭК 61968, МЭК 61970 и МЭК 62325. Вопрос использования общей информа ционной модели для задач электроэнергетики обсуждается довольно давно, но следует отме тить, что применение CIM сводится в основном
Рис. 1. Жизненный цикл оборудования
02 /Май 2016
РЕЛЕЙНПЯ ЗЯШИТП И ПВТОМНТИЗПЦИЯ
к информационному обеспечению модулей рас чета режимов энергосистемы, в то время как внимательное изучение указанных стандартов может значительно расширить представление о CIM и увеличить круг решаемых задач. Например, в МЭК 61968 часть разделов посвящена вопро сам технического обслуживания и ремонта обо рудования (ТОиР), а также организации работ на объектах электроэнергетики: МЭК 61968-4 Ин терфейсы для электронных записей и управле ния активами (англ. Interfaces for Records and Asset management), МЭК 61968-5 Интерфейсы для опе ративного планирования и оптимизации (англ. Interfaces for Operational planning & optimization), МЭК 61968-6 Интерфейсы для технического об служивания и установки оборудования (англ. Interfaces for Maintenance & Construction) и др. В основе общей информационной модели лежит объектно-ориентированный подход: вся информация, хранимая в CIM, представляет со бой набор объектов, имеющих определенные свойства и связи с другими объектами (ассо циации). Перечень свойств и ассоциаций объек та определяется классом объекта. Важным яв ляется понятие наследования, когда один класс (дочерний) наследует свойства и ассоциации другого класса (родительского). С помощью меха низма наследования можно расширять перечень информации, хранимой по объектам данного класса. Каждый объект в CIM идентифицируется с использованием уникального идентификатора
НАУКА
Автоматизация
Рис. 2. Периодическое обслуживание
Горелик Татьяна Григорьевна Дата рождения: 24.03.1964 г. В 1987 г. окончила Ленин градский ордена Ленина Политехнический институт им. М.И. Калинина по специ альности «Электрические системы и сети». В 2000 г. защитила кандидат скую диссертацию по теме «Повышение достоверности информации в автоматизиро ванных системах управления подстанциями постоянного и переменного тока». Член РН К СИГРЭ, эксперт секции «Технологии и обо рудование ПС» НТС ПАО «Россети». Доцент кафедры «Электриче ские станции и автоматиза ция энергетических систем» Санкт-Петербургского государственного Политех нического университета Петра Великого. Автор более 80 публикаций. Технический директор ООО «ЭнергопромАвтоматизация».
RDF ID, который обычно формируется автома тически на основе алгоритмов UUID (стандарт RFC 4122). Дополнительно объекты могут снаб жаться специализированным классификатором с использованием одной из систем классифика ции и кодирования (свойство объекта - mRID). Основным классом для информационных задач технического обслуживания и ремонта является класс Asset (Актив), от которого насле дуются все классы, описывающие объекты, под лежащие техническому обслуживанию и ремонту. Активы Под активами понимается всё материаль ное имущество, включающее в себя первичное силовое оборудование, вторичное электриче ское оборудование, здания и сооружения, транс порт, инструмент и многое другое. В то время как МЭК 61970-301 рассматрива ет компоненты электроэнергетической системы (ЭЭС) на электрическом уровне с помощью класса PowerSystemResource (Ресурс электроэнергети ческой системы), МЭК 61968-11 рассматривает все элементы в виде активов с помощью класса Asset (Актив). Активы, связанные с первичным обору дованием, ссылаются на ресурсы электроэнер гетической системы, таким образом, реализует ся однозначная связь между элементами схемы замещения энергосистемы и объектами, исполь зуемыми при автоматизации производственных процессов. Как видно, понятие актива намно го шире, чем понятие ресурса ЭЭС. Кроме того, МЭК 61970 дает представление лишь об элек трических параметрах и связях оборудования, а МЭК 61968 делает акцент на жизненном цикле оборудования, планировании обслуживания и ремонта, географическом расположении, доку ментировании и отслеживании событий, проис ходящих с оборудованием.
Рис. 3. Обслуживание по состоянию
научно-практическое издание
Жизненный цикл активов Для контроля жизненного цикла активов в CIM определен специальный класс LifecydeDate (Жизненный цикл актива). В течение своего жизнен ного цикла активы проходят через несколько этапов (рис. 1), начиная от производства, установки и закан чивая списанием и демонтажем. С точки зрения ТОиР наибольший интерес представляет этап эксплуатации, когда оборудова ние подвергается мероприятиям технического об служивания и ремонта. Задача информационной системы ТОиР (далее - Система) заключается в по стоянной оценке состояния оборудования и плани ровании технических мероприятий. По мере того, как оборудование стареет, количество и частота фик сируемых неисправностей увеличивается, и Система может принять решение о необходимости демонта жа оборудования. Организация технических мероприятий Существует два принципиально разных подхо да к организации технических мероприятий обору дования: периодическое обслуживание (плановое) и обслуживание по состоянию (событийное). Первый способ (рис. 2) является традицион ным и заключается в проведении облуживания че рез равные промежутки времени по определенной программе. Этот способ был актуален, когда устрой ства не обладали системой самодиагностики и для обнаружения неисправностей приходилось перио дически проверять все их функции. Планирование мероприятий в CIM произво дится с помощью класса WorkTimeSchedule (Распи сание выполнения работ). На современном этапе развития систем мо ниторинга и диагностики оборудования предпо чтительным является обслуживание по состоянию (рис. 3). В этом случае устройства способны самосто ятельно анализировать работоспособность своих функций и сигнализировать об этом. Большим пре имуществом Системы является возможность полу чения диагностической информации напрямую от оборудования и принятия оперативного решения в случае наличия неисправностей. Для регистрации неисправности оборудова ния (класс ActivityRecord (Запись события)) Система использует два способа: • интеграционный шлюз, производящий сбор диагностических сигналов с оборудования по различным протоколам, таким как МЭК 61850,
НАУКА
Автоматизация
СёЗ
Кириенко Олег Владимирович Дата рождения: 08.06.1986 г. Окончил СанктПетербургский государ ственный политехниче ский университет Петра Великого, специализация
Рис. 4. Архитектура NPTPlatform
«Электроэнергетика», имеет академическую степень «Магистр техники и техноло гии». Автор многих научных работ, посвященных стацндарту М ЭК 61850. Руководитель Департамента инновационных разработок ООО «ЭнергопромАвтоматизация».
Кабанов Павел Владимирович Дата рождения: 30.09.1987. В 2010 г. окончил Санкт-Петербургский государственный поли технический университет (СПбГПУ), магистр техни ки и технологии по направ лению «Электроэнергети ка». В 2015 г. прошел курсы повышения квалификации в СПбГПУ по программе «Безопасность строитель ства и качество устройства электрических сетей и линий связи». Руководитель отдела под готовки базы данных ООО «ЭнергопромАвтоматизация».
02 /Май 2016
МЭК 60870-5-104, МЭК 60870 6/TASE.2 (ICCP) (класс UsagePoint (Точка контроля)); • ручной способ регистрации с помощью пер сонала, осуществляющего обслуживание оборудования (класс Incident (Нештатная ситуация)). При наступлении срока проведения плано вого мероприятия или регистрации неисправности формируется заявка на работы (класс WorkTask (За дание на работу)) по наряду, распоряжению или в порядке текущей эксплуатации, являющаяся элек тронным документом и регламентирующая все во просы выполнения работ. Регламентируется состав бригады (класс Crew (Бригада)), место работ (класс WorkLocation (Место работ)), мероприятия по обе спечению безопасного выполнения работ (класс SafetyDocument (Допуск к работе)) и т.д. Обеспе чение безопасного проведения работ зачастую со пряжено с производством переключений комму тационных аппаратов и выставлением плакатов. Для этих операций с CIM также определены специ альные классы, такие как: SwitchingPlan (План пере ключений), OperationTag (Оперативная пометка) и другие. Важным аспектом является вывод оборудо вания из работы. Это может быть как плановое от ключение оборудования для обслуживания, так и аварийное отключение вследствие короткого за мыкания или неправильных действий персонала. Для описания подобных процессов в CIM определен класс Outage (Вывод из работы). После формирования заявки дальнейший рабочий процесс представляется в виде этапов, по следовательность выполнения которых строго ре гламентирована с помощью класса WorkStatusKind (Статус работы). Работа проходит через этапы получения раз решения на работу, подготовки рабочего места, реле №пя эяшигп и пвтомнтзяиия
допуска и т.д. По завершении всех необходимых подготовительных мероприятий бригада получа ет задание и приступает к выполнению работы. Со трудники бригады с помощью мобильного прило жения NPT Mobile делают отметки о текущей стадии выполнения работы: прибытии на место работ, пе рерывах в работе, выявленных и устраненных неис правностях, завершении работ и прочих событиях. Эта информация сразу же попадает в базу данных CIM в виде объектов перечисленных выше классов и позволяет производить детальный контроль выпол нения задания. По завершении задания формируется от чет (класс Work (Отчет о работе)), на основании которого производится автоматический анализ выполнения работ, который используется для де тальной оценки состояния оборудования и возмож ной корректировки планирования последующих мероприятий. Архитектура программного обеспечения Системы Программное обеспечение Системы пред ставляет собой Java Enterprise-приложение под на званием NPT Platform, исполняемое на Сервере приложений. Архитектура NPT Platform изображена на рис. 4. Хранение информации в Системе осущест вляется с использованием базы данных CIM, которая представляет собой СУБД на базе SQL. Связь между приложением и конкретным сервером базы дан ных абстрагирована с использованием ORM (англ. Object-Relational Mapping, рус. объектно-реляцион ное отображение), что позволяет использовать в Си стеме различные СУБД. На данный момент поддер живаются Postgres SQL Server, MS SQL Server, Oracle SQL Server. В базе данных CIM хранится вся инфор мация о профиле CIM (классах, наследовании и ассо-
НАУКА
Автоматизация
циациях), объектах (экземплярах классов), истории изменения объектов с информа цией о пользователях, которые внесли эти изменения. Дополнительно в базе данных CIM могут сохраняться файлы, привязан ные к объектам CIM (или ссылки на доку менты, хранимые в системе электронного документооборота заказчика). Например, при автоматической фиксации отключения линии к объекту могут быть прикреплены осциллограммы аварийных процессов в формате COMTRADE. Файлы также могут применяться для хранения документации (PDF, DWG и др.) по активам. При использо вании модуля управления производствен ными процессами хранение текущего со стояния процессов также осуществляется в базе данных CIM. Автоматизация обработки инфор мации осуществляется с использова нием модуля CIM Script (рис. 5). Систе ма обладает широкими возможностями логической обработки данных. В осно ве модуля логической обработки нахо дится универсальный язык ECMA Script 6 (JavaScript), который позволяет произво дить создание и удаление данных, редак тирование, фильтрацию и многое другое. Скрипты позволяют работать с объектами по событиям, поступающим из других про граммных модулей, например, формиро вать автоматические отчеты о фиксации неисправностей, обрабатывать информа цию, поступающую с мобильных приложе ний персонала, производящего обслужи вание оборудования и прочее. Автоматизация производственных процессов (в том числе планирование ре монтов) осуществляется с использованием модуля BPM (Business Process Management). Его задачей является хранение текущего состояния производственных процессов и формирование событий при переходе от одного состояния в другое. Обработка событий, формируемых в данном модуле, осуществляется с использованием модуля CIM Script. Например, при завершении ос мотра оборудования может быть автома тически запущен процесс анализа состоя ния по данным осмотра и формирования e-mail-рассылки заинтересованным лицам. Создание алгоритмов производственных процессов осуществляется в графическом виде через Web-интерфейс Системы.
Рис. 5. Редактор CIM Script
Организация простых периодиче ских процессов производится с помощью специализированного модуля Schedule. Например, пользователь может заплани ровать какое-либо событие, и Система в нужный момент выдаст напоминающее сообщение или сформирует соответ ствующий объект. Контроль доступа пользователей к Системе, а также контроль внесенных изменений реализуется с помощью мо дуля Security. Аутентификация и автори зация пользователя осуществляется при входе в Систему, при этом поддержива ется интеграция с корпоративными сред ствами контроля учетных записей, такими как Active Directory. На основании ролей (данных авторизации пользователей) про изводится разграничение прав доступа к объектам Системы. Например, может быть ограничен доступ к отдельным де ревьям объектов, самим объектам или их свойствам. Доступ пользователей к Си стеме осуществляется с помощью Web-интерфейса специализированных
Рис. 6. Карточка объекта
научно-практическое издание
приложений, поддерживающих инте грацию с NPT Platform (SCADA Studio, SCADA NPT Expert и SCADA NPT Expert Plus и др.), и мобильного приложения для ОС Android - NPT Mobile. Web-интерфейс (CIM Browser) пред назначен для администрирования Систе мы и просмотра хранящейся в базе данных информации. Информация представлена в виде карточек объектов, где каждая кар точка соответствует одному объекту в CIM (рис. 6). Поля в карточках визуализирова ны в соответствии с типом данных свойств объекта. Свойства объекта в карточке разбиты на группы, где каждая группа со ответствует свойствам класса в порядке наследования классов. Модель данных CIM обладает довольно сложной струк турой, представляющей из себя ориен тированный граф, в котором вершинами выступают объекты, а связями - ассоци ации между объектами. Система позво ляет осуществлять удобную навигацию между объектами с помощью построения деревьев объектов, а также посредством ссылок, использующих уникальный иден-
НАУКА
Автоматизация
тификатор CIM. Выборка информации в древовидной форме осуществляется с использованием CIM Script на стороне сервера Системы. Древовидное пред ставление удобно для разделения ин формации по функциональному при знаку, например, дерево оборудования, дерево персонала, дерево микропро цессорных устройств и т.д. Отображение информации в Webинтерфейсе может быть адаптировано под нужды заказчика с использовани ем Редактора отображения (рис. 7). Ре дактор отображения предоставляет воз можность создания и редактирования пунктов меню, всевозможных элементов интерфейса: полей для ввода данных, кнопок, выпадающих меню, табличных форм, ссылок и многого другого. Для соз дания алгоритмов редактора отображе ния используются универсальные языки HTML, XHTML, SVG и JavaScript. С помощью редактора отображения администратор Системы (или системный интегратор) мо жет создать различные формы отображе ния информации, хранимой в Системе. Примерами использования редак тора отображения являются: • создание расширенной системы фильтрации и поиска оборудования в БД (рис. 8); • отображение информации о годо вых и многолетних графиках техни ческого обслуживания оборудова ния (рис. 9); • визуальное выделение проблемно го оборудования (рис. 10). Помимо создания элементов ин терфейса редактор отображения позво ляет интегрировать данные из сторон них WEB-приложений и САПР. Например, редактор позволяет интегрировать ГИСприложения для отображения геогра фического положения объектов (Yandex Maps, Google Maps и др.). Одним из при меров интеграции с САПР является соз дание интерактивных карт. В Microsoft Visio есть возможность привязки гиперс сылок (в том числе ссылок на карточ ки объектов в Системе) к графическим объектам и сохранения информации в формате SVG. Файл SVG может быть ин тегрирован в Систему с использованием редактора отображения, таким образом, 02 /Май 2016
Рис. 7. Редактор отображения
есть возможность создания интерактив ных карт для навигации по объектам CIM. Принципиальное отличие редакто ра отображения от модуля CIM Script за ключается в том, что CIM Script предназна чен для работы с данными базы данных и выполняется на сервере Системы, тогда как алгоритмы отображения исполняются на стороне клиента. Редактор отображе ния с использованием технологии RESTзапросов может обращаться к модулю CIM Script для получения информации из базы данных CIM. Доступ сторонних приложений к информации, хранимой в БД, осущест вляется с использованием Web-сервисов. Автоматический сбор информации о со стоянии активов осуществляется с ис пользованием стандартного абстрактно го интерфейса JMS, при этом благодаря развитому набору специализированных драйверов поддерживаются различные протоколы передачи данных. С помощью модуля автоматической обработки инфор мации CIMScript на основании заданных ад министратором Системы критериев фор
Рис. 8. Поиск оборудования
РЕЛЕЙНЯЯ ЗНШИТН И НВТОМНТИЗЯИИЯ
мируются новые объекты CIM, которые доступны другим приложениям и поль зователям с помощью Web-интерфейса и Web-сервисов. Например, при поступле нии сигнала об отказе устройства РЗА/АСУ ТП (отсутствии связи с устройством) Систе ма может автоматически сформировать как объект класс ActivityRecord с описани ем возникшей неисправности, так и зада ние на обслуживание данного терминала объект класса WorkTask. Важной особенностью Системы яв ляется наличие мобильного приложения NPT Mobile, которое позволяет информи ровать персонал о поступающих задачах, делать отметки о текущем этапе испол нения работ, мгновенно получать акту альную информацию по оборудованию. Мобильное приложение поддерживает считывание QR-кодов, которые размеща ются на оборудовании в виде маркиро вочных наклеек. При считывании QR-кода с помощью мобильного приложения поль зователь получает доступ к карточке обо рудования, хранимой в Системе, при этом пользователю становится доступна вся
ВНИМАНИЕ
Требования к оформлению статей
УДК
Рубрика журнала: НАЗВАНИЕ СТАТЬИ (стиль ЗАГОЛОВОК 1, на рус. и англ. языках)
Аннотация статьи (на рус. и англ. языках) Ключевые слова (на рус. и англ. языках)
Фамилия И. О. (на рус. и англ. языках) Организация, город, страна ( на рус. и англ. языках) Текст статьи
Редактор: Microsoft Word (с расширением .doc) Переносы слов: без переноса. Расположение страниц: книжное.
Гарнитура шрифта: Times New Roman, Arial Размер шрифта: 11 пт. Формат бумаги: А4.
Список литературы: • не более 15 литературных источников, содержащих материал, использованный автором при написании статьи. Ссылки в тексте даются в квадратных скобках, н-р [1]. Ссылки на неопубликованные работы не допускаются. • оформление согласно ГОСТ 7.1-2003 «Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила оформления». • сокращения отдельных слов и словосочетаний приводятся в соответствии с ГОСТ 7-12-93 «Библиографическая запись. Сокращение слов на русском языке. Общие требования и правила». Сведения об авторе (с фотографией): Фамилия, Имя, Отчество; ученая степень; почетные звания; должность и место работы; дата рождения; год окончания вуза с указанием на званий вуза и кафедры; год и место защиты и тема диссертации; контактный тел. и e-mail. Требования к элементам текстового материала (обязательны ссылки втексте): • редактор: MS Word. • шрифт: 9 пт, заголовок - полужирным. Таблицы могут быть с заголовками ибез. Т р е б о в а н и я к ил л ю стр а ц и я м и р и с у н к а м (обязательны ссылки в тексте): • чертежи: в строгом соответствии с ЕСКД. • режим «Вставка в текст статьи»: Вставка - Объект - Рисунок редактора Microsoft Word. • шрифт подрисуночных подписей: 9 пт. • и л л ю с тр а ц и и п р и с ы л а ть о тд е л ь н ы м и ф айлам и в ф орм атах: • чертежи - .pdf, .ai, .eps; • фото - .tiff, .jpg (300dpi); • Print Screen - .bmp, .jpg (с max качеством). Т р е б о в а н и я к та бл иц а м
Т р е б о в а н и я к ф орм ул ам :
• редактор: MS Equation 3.0 (Вставка - Объект - Создание - MS Equation 3.0). • размеры элементов формул: основной размер - 11 пт, крупный символ - 14 пт, мелкий символ - 11 пт, крупный индекс - 7 пт, мелкий индекс - 5 пт. • гарнитура греческих букв: Symbol. Для остальных букв: Times New Roman. • шрифты: латинские буквы набираются курсивом; обозначения матриц, век торов, операторов - прямым полужирным шрифтом; буквы греческого ал фавита и кириллицы, математические обозначения типа sh, sin, Im, Re, ind, ker, dim, lim, inf, log, max, ехр, const, а также критерии подобия, обозначе ние химических элементов (например, 1од1 = 0; Ре; Bio) - прямым шрифтом. • формулы располагать по центру страницы. Нумерованные формулы разме щать в красной строке, номер формулы ставится у правого края. Нумеруют ся лишь те формулы, на которые имеются ссылки. В математических и хи мических формулах исимволах следует избегать громоздких обозначений. • единицы физических величин: по международной системе единиц СИ.
Возвращение рукописи автору на доработку не означает, что статья принята к печати. После получения исправленного автором текста ру копись вновь рассматривается редколлегией. Исправленный текст автор должен вернуть вместе с первоначальным экземпляром статьи, а также ответами на все замечания. Датой поступления статьи вжурнал считается день получения редакцией окончательного варианта статьи. Записи, помеченные ОРАНЖЕВЫМ цветом, относятся только к оформлению статей в рубрику «Наука», ЧЕРН Ы М цветом в рубрики «Наука» и «Практика».
СПИСОК РЕКЛАМОДАТЕЛЕЙ НОМЕРА:
1. ЕХС, ЗАО.............................................................. 4 стр. обложки 2. Iteca, ТОО........................................................................6 стр. 3. Белэкспо, ООО .............................................................. 27 стр. 4. Динамика, НПП, ООО ...........................................2 стр. обложки 5. Казанская Ярмарка, ОАО....................................................6 стр. 6. Реденекс, ООО ................................................................ 7стр.
РЕЛЕЙНАЯ ЗЯШИТЯ И ПВТОМПТИЗПИИЯ
7. Хабаровская Международная Ярмарка, ООО......................8 стр. 8. Царицынская ярмарка, ВЦ, ООО........................................ 7стр. 9. ЭКРА, ООО, НПП ................................................. 1стр. обложки 10. Экспо-Дон, ООО............................................................. 8 стр. 11. ЭКСПОТРОНИКА, ООО .................................................... 40 стр. 12. ЭнергопромАвтоматизация, ООО .................................... 37 стр.
>
РЕЛАВЭКСПО-2017 Программа ■ Конф еренция: П ленарное заседание, работа по секциям. ■ П осещ ение Чебоксарского электром еха нического колледжа. ■ П осещ ение Ц ентра С ертиф икации, С тандартизации и Испы таний (ЦССИ) Чуваш скойРеспублики. ■ Техническое совещ ание специалистов электросетевого комплекса по вопросам эксплуатации и развития РЗА (в откры том ф ормате). ■ Экскурсии на предприятия Чувашского электротехнического кластера. Организаторы пае
.
^ Н П «С Р ЗА У » НП «СРЗАУ»
Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Театр оперы и балета
IV М ЕЖ ДУНАРО ДНАЯ НАУЧНО -ПРАКТИЧЕСКАЯ КО НФ ЕРЕНЦИЯ
РЕЛ ЕЙ Н А Я ЗА Щ И ТА И А В ТО М А ТИ ЗА Ц И Я Э Л Е КТ Р О Э Н Е Р ГЕ ТИ Ч Е С КИ Х СИ С ТЕМ Р О С С И И -2017 Тематика ■ Разработка, производство, и эксплуатация оборудования РЗА. Отечественное оборудование для современных систем РЗА России. ■ Взаимодействие разработчиков и эксплуатации РЗА. Подготовка и повышение квалификации кадров для электроэнергетики. ■ Создание безопасной отечественной МП-системы РЗА. Проектирование цифровых систем РЗА.
(SJ
П равительство Чувашской Республики
1 8 -2 1 А П РЕ Л Я 2 0 1 7
О ОО «РИЦ «СРЗАУ»
■ Автоматизированные программно-аппаратные комплексы для мониторинга, проверки и обслуживания РЗА. Г 1 П Ч Л Х Ассоциация «ИнТЭК»
■ Технологии реализации «Цифровой подстанции».
При поддержке Q
россе ™
ПАО «Россети»
Щ ПАО «Ф С К ЕЭС»
ф' ПАО «РусГидро»
www.relavexpo.ru
8 (8352) 226-394 ina@srzau-ric.ru
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА Общепромышленное оборудование
КОНТРОЛЬ
ENERGY EQ UIPM EN T
New energy management
ЭМТВК-ГРУПП
www.emtvk.ru
Электромашины. Трансформаторы. Выключатели. Контроллеры.
Москва, 115035, ул. Садовническая, 58, ар. 1, оф. 18; тел./факс: +7 (495) 953-43-14, +7 (495) 951-61-33; эл. почта: info@emtvk.ru