 часы для сайтов |
Надежность релейной защиты:::Создание и разоблачение мифов
В журнале «Вести в электроэнергетике» [1] помещена очередная статья В.И. Гуревича, в которой он «развеивает» мифы о высокой надеж-ности цифровых устройств релейной защиты, противопоставляя им по настоящему высоконадежные электромеханические и электронные реле защиты.
Начинается статья ссылкой на то что «в 74% случаев причиной тяжелых аварий служат неправильные действия релейной защиты в процессе развития аварии».
Читателю, оценивающему корректность дальнейших рассуждений автора, хотелось бы здесь увидеть информацию о том, какая часть тяжелых аварий в энергосистемах была вызвана неправильными действиями релейной защиты на электромеханических реле, а какая – на цифровых устройствах релейной защиты.
В этом случае можно было бы обоснованно судить о том, какая из видов защит (электромеханическая или микропроцессорная) имеет больший процент неправильных действий.
Но автор вместо этого ограничивается не вызывающей возражений сакраментальной фразой «…от надежности релейной защиты во многом зависит надежность всей энергосистемы», предваряя её словом «поэто-му», и неожиданно переходит от рассмотрения одного из свойств правильности действия релейной защиты к другому -надежности [2] релейной защиты.
Микропроцессорные устройства, как и любые другие технические устройства, могут иметь разную надежность. Однако все микропроцесс-сорные устройства, поставляемые на объекты энергетики, в обязатель-ном порядке должны соответствовать требованиям, установленным в разделе 3.6 руководящего документа [3].
В этом документе установлен такой перечень показателей надежности:
-параметр потока ложных срабатываний устройства в год (при отсутствии требования);
полный средний срок службы устройства. Но об этих показателях во всей статье внимательный читатель не найдет ни слова.
Далее для доказательства своего главного вывода1 автор заявляет : «…все усилия разработчиков были переключены на создание электронных, а затем и микропроцессорных устройств релейной защиты…», объяс
1 «Надежность МУРЗ ниже надежности электромеханических реле и электронных реле на дискретных элементах» ([1], с. 37) няя этим «забвение» разработок новых электромеханических реле защиты. При этом упускается из вида вполне очевидный факт – разработкой электронных и микропроцессорных реле занимались и занимаются специалисты, в большинстве своём далекие от разработки электромеханических реле.
Специалистам понятно, что сначала полупроводниковые, а затем и микропроцессорные устройства привлекли внимание разработчиков новых устройств релейной защиты по вполне понятным и достаточно прозаическим причинамустройства на электромеханических реле не позволяют обеспечить выполнение технических требований, предъявляемых к релейной защите.
Например, широко используемые до сих пор реле частоты типов РЧ-1 и РЧ-2 имеют погрешность срабатывания не менее ± 0, 2 Гц [4]. В то же время, погрешность срабатывания микропроцессорных реле частоты не превышает ± 0, 01 Гц.
Кроме этого, электромеханическое реле не позволяет изменить уставку срабатывания с заданной дискретностью.
Поэтому вполне понятно, что с повышением требований к точности поддержания частоты в энергосистемах самое широкое распространение получили именно микропроцессорные реле [5]
В литературе, см. например книгу [6], можно найти такую характеристику широко распространенных до сих реле типа РТ-40: « Подвеска подвижной системы не рассчитана на длительное пребывание при токе, превышающем ток срабатывания реле и вызывающем вибрацию якоря. В связи с этим использование реле РТ-40 …в цепях, длительно находя-щихся под током, нежелательно, это вызывает повышенный износ кон-тактов»
В то же время современные микропроцессорные устройства, реа-лизующую ту или иную токовую защиту, рассчитаны на длительное про-текание тока, достигающего трёхкратного номинального значения. Про-текание такого тока не приводит к изменению характеристик устройства.
Поэтому, вопреки мнению автора2, переход на микропроцессорные устройства вызван вполне понятными причинами – появлением новых требований, выполнение которых невозможно с помощью электромеханических реле.
Читая статью, постоянно наталкиваешься на разного рода противоречия. Вот так фраза, помещенная несколькими строчками ранее, либо противоречит следующей за ней фразе, либо не имеет к ней никакого отношения.
Например, на с. 29 читаем:
«С одной стороны, находящиеся десятки лет в эксплуатации ЭМЗ3 на сегодняшний день сильно износились и устарели и поэтому вызывают справедливое недовольство обслуживающего персонала. С другой стороны, демонтаж ЭМЗ и переход на микропроцессорные реле защиты на
2 «….причиной полного забвения ЭМЗ (электромеханических защит, прим. моё) и перехода на МУРЗ (микропроцессорное устройство релейной защиты, прим. моё) является не неспособность ЭМЗ выполнять свои функ- ции, а нечто совершенно иное» ([1], с. 29) 3Электромеханические защиты
действующих объектах электроэнергетики связан с необходимостью ин-вестирования значительных денежных средств, причем не только на приобретение МУРЗ4, компьютеров и специального дорогостоящего тестового оборудования, на замену вышедших из строя и не подлежащих ремонту весьма дорогостоящих блоков МУРЗ»
Читателю не сообщают, какое отношение недовольство обслуживающего персонала устаревшими ЭМЗ, имеет к переходу на микропроцессорные реле защиты.
Понятно, что устаревшие ЭМЗ надо менять в любом случае, хотя бы на такие же новые. Но потребителю и в этом случае придётся инвести-ровать денежные средства не только на сами новые ЭМЗ, но и на:
-устройства их проверки (находящиеся в эксплуатации также устарели и не отвечают большинству современных требований к вспомога-тельному оборудованию5);
Для установки новых ЭМЗ, а не выпускающихся без изменения десятилетиями старых ЭМЗ, также придётся изменять схемы, выполнять другие различные работы, неизбежно сопровождающие любые замены элементов электроустановки, не говоря уже о её более или менее существенной модернизации.
Вопреки мнению автора, большинство «блоков МУРЗ» как зарубеж-ного, так и отечественного производства, вполне ремонтопригодно, даже в условиях эксплуатирующей организации, так как многие «блоки МУРЗ» собраны из быстросъемных модулей. Затраты времени на диагностику микропроцессорного устройства защиты и замену в нём неисправного модуля не превышают 2 часов.
Самое важное, что ремонт микропроцессорных устройств защиты методом замены модуля не предусматривает наличия у релейщика профессиональных навыков и умений, необходимых для специалистов по ремонту [7, 8].
Сказав о вызывающих справедливое недовольство персонала ЭМЗ6 и неремонтопригодных по его мнению МУРЗ, автор почемуто пишет: «Значительные капиталовложения потребуются также и на рекон-струкцию системы заземления подстанции…» [1]. Для уточнения предмета разговора приведем цитату из словаря:
4 Микропроцессорные устройства релейной защиты 5 В [5] на с. 423 справедливо написано: «…Да и время подошло к переходу на современную, удобную в пользовании аппаратуру.»
6Электромеханические защиты
Необходимо отметить, что действующие требования к системе заземления электроустановок изложены в [9] и не зависят от отсутствия или наличия тех или иных устройств защиты.
Однако о том, какая именно реконструкция системы заземления подстанции требуется и с какой целью, читатель статьи узнать не может.
Автор, как и многие другие, разделяет миф о необходимости применения для нормального функционирования компьютерной техники, информационных сетей и систем связи отдельного, «чистого» заземления, изолированного от общей системы защитного заземления.
Однако реализация этого мифа является не только ошибочной и приводящей к отказу электронных устройств, но в ряде случаев и опасной для здоровья и жизни людей [10].
Читатель может только предполагать, что автор «намекает» на необходимость выполнения условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики [11], но в самой статье об этом не говорится ни слова.
Согласно принятой практике, большинство современных микро-процессорных устройств рассчитано на работу в электромагнитной обстановке, характерной для большинства электроустановок. Практика показала, что проблемы с электромагнитной совместимостью цифровых устройств возникают прежде всего там, где при монтаже таких устройств не соблюдена технология выполнения заземления оборудования.
Рассмотрим несколько примеров неправильного заземления оборудования, приведшего к ложным срабатываниям устройств.
На рис.1 шкафы с цифровыми устройствами релейной защиты соединены между собой «проводником», тогда как по действующим правилам к контуру заземления должен быть подключен корпус каждого шкафа.
Рис. 1
«Проводник» не оконцован наконечником, а зажим заземления шкафа не подключен к контуру заземления.
На рис. 2 показано, что проводники заземления, отходящие от отдельных устройств, установленных в шкафу релейной защиты, подключены к внутренней шине заземления. Однако сама шина заземления не соединена с контуром заземления электроустановке.
Рис. 2
Шкаф на рис. 3 установлен свободно на бетонный пол и не имеет электрического контакта с металлическим полом. Вместо соединения зажима заземления с контуром заземления, «проводник» (см. рис. 1) соединяет шины заземления шкафов между собой.
Рис. 3
Разные шины заземления шкафа на рис. 4 не подключены раздельно к контуру заземления, а соединены последовательно между собой и с корпусом рядом стоящего шкафа.
Рис. 4
Ничего другого, кроме процитированных выше слов о необходимости значительных затрат на реконструкцию системы заземления в статье нет, так как автор сразу же переходит к определению количества находящихся в эксплуатации устройств.
Пропустим эту часть статьи, как не относящуюся к вопросам надежности и обратимся к мифу 1: «Надежность МУРЗ выше надежности ЭМЗ потому, что МУРЗ не содержит подвижных частей».
Все известные микропроцессорные устройства релейной защиты в качестве исполнительных органов используют либо электромеханические [12] либо твердотельные реле.
Изготовители этих устройств ОТКРЫТО пишут об этом в документации и даже предоставляют потребителю возможность выбрать тип выходных реле [13].
Более того, ни один из разработчиков и производителей не связы-вает надежность микропроцессорных устройств с наличием или отсутствием в них «подвижных частей».
Что же критикует в этой части статьи [1] автор?
Начинает он с интересного утверждения: «Отказы ЭМЗ связывают в литературе, обычно, со старением и повреждением изоляции (истирание, высыхание)…».
Если тезис о старении изоляции, как причине отказов, не вызывает сомнений, то повреждение изоляции в результате её истирания требует пояснений. Читателю было бы интересно узнать, каким образом и какая часть изоляции истирается при работе реле? Истирается настолько, что происходит отказ реле.
В известной литературе по поиску дефектов в реле [14] и ремонту релейной аппаратуры [8] нет ни слова от таком дефекте, как истирание изоляции реле. Но автор, заинтриговав читателя, так ничего об этом и не говорит.
Рассуждая о высыхании изоляции, автор дальше пишет «..Такие дефекты являются характерными для ЭМЗ российского производства и практически не встречаются в реле ведущих западных компаний…»7.
Вопреки мнению автора, процесс высыхания изоляции зависит сов-сем от других причин, рассмотрение которых выходит за рамки данных заметок.
Далее автор ещё раз показывает свою непоследовательность и, нарушая логику рассуждений, внезапно утверждает «Таким образом, говорить о недостаточном механическом ресурсе ЭМЗ, как вида реле, абсолютно необоснованно». Нимало не смущаясь того, что до этого речь шла об истирании и высыхании изоляции.
Внимательный читатель остаётся в недоумении – почему вдруг, совершенно внезапно, речь зашла о механическом ресурсе ЭМЗ?
Дальнейшие рассуждения автора о «лёгкой» судьбе подвижных элементов ЭМЗ, пребывающих в неподвижном состоянии практически весь срок службы, и о «тяжелой» доле электронных компонентов, посто-янно испытывающих воздействие «высокого рабочего напряжения (220250 В), импульсов перенапряжений», исключают возможность скольконибудь серьёзного технического комментария.
В конце этой части заметок нельзя не обратить внимание на то, что вопреки ошибочному мнению автора, существенное, многократное, повышение надежности источников питания, произошедшее именно после замены трансформаторных выпрямителей импульсными высокочастотными преобразователями, почувствовали все потребители бытовой и специальной техники.
Следующую часть статьи, названную «Миф 2», автор предваряет двумя цитатами из работы [15], в которых сначала говорится о большей надежности полупроводниковых реле на дискретных элементах по сравнению с надежностью электромеханических реле, а потом о большей надежности полупроводниковых устройств защиты на основе интегральных микросхем по сравнению с устройствами на дискретных компонентах8.
Не сомневаясь в точность цитирования, внимательный читатель не может не обратить внимания на то, что смысл, вкладываемый автором статьи [15] в эти фразы можно оценить только в контексте.
Вполне возможно, что автор просто хотел подчеркнуть простую и естественную мысль – надежность, как свойство изделия выполнять за-данные функции в течение требуемого интервала при определенных условиях эксплуатации, возрастала при применении в изделии новой элементной базы.
«Рассматривая» приведенные цитаты автор оставляет в стороне известный и неоспоримый факт – электромеханические реле до сих пор
7 Увлеченный разоблачением созданных им мифов, автор не обра-щает внимания на то, что в написанном им тексте подтверждается из-вестная всем специалистам истина процесс высыхания не имеет «наци-ональности» и его можно наблюдать и в изоляции, применяемой в своих реле ведущими западными компаниями.
8 Необходимо отметить, что третий тезис приводится автором без указания источника. Естественно предположить, что третью часть мифа 2 создал автор статьи [1]. Приём уже испытанный им ранее – сначала придумываем миф, а потом его разоблачаем.
применяют в устройствах защиты, выполненных на любой элементной базе. Поэтому нет никаких оснований говорить о якобы существующем заблуждении -«..безусловно большей надежности электронных реле перед электромеханическими».
При любом способе определения надежности изделия тот или иной показатель надёжности электромеханического реле (интенсивность от-казов, средняя наработка на отказ и т.д..) войдет в результирующую оценку надёжности изделия, содержащего это реле.
Подтверждение сказанному внимательный читатель найдет на рис. 2 из статьи [1] (см. рис.5 ниже), где причиной 9,6 % повреждений9 мик--ропроцессорной техники названы «электр. реле»10.
По данным одного из отечественных производителей микропроцессорных устройств релейной защиты претензии к электромеханическим реле составили 5,3 % от общего количества претензий к работе устройств.
Рис. 5. Рисунок 2 из статьи [1]
Необходимо отметить, что почти треть из этих претензий вызвана подачей на размыкающий контакт реле тока, превышающего допустимое значение, т.е. не связана с надежностью электромеханических реле, а вызвана нарушением условий эксплуатации.
Не будем больше комментировать рис. 5, обратим внимание только на то, что объединять транзисторы, диоды, оптроны в одну группу вполне естественно, а вот объединение в одну группу «Межплатных соеди-нений и внешних воздействий» не может не вызвать вопросов.
9 Используемый автором термин требует пояснений. В соответствии с ГОСТ 27.002-89 – Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состоя-ния [3]. Может быть здесь речь идёт об отказе? 10 Автор не даёт расшифровки использованного сокращения. Может быть потому, что рис. 2 опровергает сказанное им ранее?
Утверждая далее, что «Дискретные электронные элементы имеют гораздо более высокую устойчивость к перенапряжениям и другим небла-гоприятным воздействиям, чем интегральные микросхемы», автор не говорит, о каких «других неблагоприятных воздействиях» идёт речь.
Для подтверждения же своего тезиса автор даёт ссылку не на офи-циальные данные изготовителей о надежности тех или иных микросхем и дискретных электронных элементов, а на статью [16].
Далее в статье [1] приведены рассуждения автора о воздействии перенапряжений, не основанные на анализе устройств микропроцессор-ной релейной защиты и действующих требований к ним [3].
Для исключения гальванической связи внутренних цепей устрой-ства с внешними цепями, во входных цепях устройств применяют оптоэлектронные преобразователи [17], а в выходных цепях – электромеха-нические [18] или твердотельные реле11.
Производимые далее автором сравнения надежности интегральных микросхем и электронных устройств только по числу использованных в них элементов не будем комментировать, напомним только, что расчетные методы определения надежности регламентированы стандартом [19], а методы контроля показателей надежности – стандартом [20].
Оригинальная терминология, используемая автором, способствует появлению неожиданных выводов. Например, автор говорит о значительно большей «повреждаемости» всех реле по сравнению с электро-механическими в три раза для реле на электронных элементах и в 50 раз – для микропроцессорных.
Однако определение понятия, обозначенного автором термином «повреждаемость» в статье отсутствует. В технической же литературе этот термин используется для обозначения несколько иного [21].
Обратимся теперь к мифу 3 – «Надежность микропроцессорных устройств выше ….благодаря наличию встроенной самодиагностики».
Для начала хотелось бы привести цитату из руководящего документа [3]:
«Для обеспечения ремонтопригодности микропроцессорного ус-тройства РЗА схемнотехнические решения должны предусматривать:
систему непрерывной диагностики устройства с сообщением о неисправности и информацией о характере отказа (код неисправности) и о месте отказа (тип неисправного модуля)».
Таким образом, руководящий документ однозначно фиксирует назначение системы самодиагностики – повышение ремонтопригодности. И всё. Ни о какой повышенной надежности устройств с системой самодиагностики там речи речи нет.
Кстати, в стандарте [2] к термину «Ремонтопригодность» есть такой комментарий: «Допускается дополнительно к термину «ремонтопригодность» (в узком смысле) применять термины… «приспособленность к диаг-ностированию».
11 Приведенные далее рассуждения о воздействии перенапряжений не основаны на анализе устройств микропроцессорной релейной защиты и действующих требований к ним [3].
Интересно, что рядовые пользователи систем самодиагностики вполне адекватно оценивают назначение такой системы и не приписывают ей свойств повышать надежность электрооборудования12 .
Из приведенных определений однозначно следует, что все дальней-шие рассуждения автора на стр. 31 , 32 и 33 рассматриваемой статьи не имеют никакого отношения к самодиагностике, с помощью которой повы-шают ремонтопригодность. Надежность повышают другими методами и способами.
Более того, прочитав второй заключительный вывод13, поневоле задаёшься вопросом: зачем же автор так много места в статье отвёл разоблачению мифа о самодиагностике, как средстве повышения надежности? Наверное, для того, чтобы написать «Трудно даже себе предста
И что же в результате?
Автор поочередно и вполне успешно разоблачил все придуманные
им мифы. Конечно, такой известный литературный приём (разоблачение созданных мифов) применим и при написании технических статей. Однако было бы желательно при создании и разоблачении техни-ческих мифов опираться на существующую в технике систему понятий. Как говорили раньше - sapienti sat.
Литература
12 См., например, http://faq.ford77.ru/engine/jet/d_hi_1.htm
13
« Встроенная самодиагностика …. не является средством повышения надежности…»
9.Правила устройства электроустановок. Госэнергонадзор России, М.: 1998,608 с.
12 Прогнозирование накопления повреждаемости в металлах в явлении динамического разрешения// Пунин В.Г., Учаев А.Я. и др..
© ЗАХАРОВ О.Г. 2010-2014, правка 2015, 2016::: 2017 ::: 2018 :::правка 2020 :::правка 2022
:::
МОИ САЙТЫ
:::
