Любой аппарат является генератором помех и одновременно их потребителем. Особенно это касается новейших средств релейной защиты и автоматики (РЗА) на микропроцессорной основе. Поэтому сегодня в российских энергосистемах, постепенно переходящих на цифровое оборудование, остро встала проблема электромагнитной совместимости (ЭМС).Болезненная для электротехники тема
Испокон веков самой больной темой в электротехнике является проблема электромагнитной совместимости. Именно ЭМС определяет, могут ли два различных электрических устройства работать рядом, не выдавая мешающих друг другу сигналов. Считается, что эта задача не имеет принципиального решения и абсолютная электромагнитная совместимость недостижима, поскольку все источники, генерирующие помехи, учесть невозможно. Перенапряжения, удары молнии, статическое электричество, переходные процессы производственных механизмов, — вот только начало списка весомых причин генерации помех, мешающих работе приборов.
Но, если раньше источники помех наносили учитываемый вред, то сейчас от подобных воздействий, к примеру, релейная защита и автоматика, могут срабатывать ложно и даже cгореть.
По сути, проблему ЭМС спровоцировало наше вполне справедливое желание технически перевооружиться и перейти в области релейной защиты и автоматики, равно как и прочего низковольтного оборудования, на цифровые устройства, совмещающие несколько функций в одном аппарате. Если электрический прибор двадцатилетней давности решал только одну задачу коммутации, то современные устройства призваны выполнять сразу несколько функций управления. Увеличение сложности электроаппаратуры привело к тому, что электрические цепи стали чувствительны к любым наводкам.
Именно поэтому особое внимание этому вопросу уделяют релейщики. В мае нынешнего года прошла XV научно-техническая конференция «Релейная защита и автоматика энергосистем», которая, в частности, была посвящена проблеме ЭМС.
Источники помех
Из материалов конференции следует, что и в других энергосистемах статистика примерно такая же, как в «Мосэнерго». К примеру, одним из основных направлений работы кафедры «Эксплуатация, наладка электротехнического оборудования электрических станций и сетей» Новосибирского филиала ПЭИпк является повышение квалификации специалистов по наладке и эксплуатации микроэлектронных и микропроцессорных защит. В лабораториях кафедры представлены устройства релейной защиты отечественных и иностранных разработчиков и производителей: «Шнайдер Электрик», «Элтехника», НТЦ «Механотроника», «АББ Автоматизация» и других. В учебном процессе широко используется опыт участия специалистов кафедры в процессе наладки устройств РЗА на предприятиях ОАО «Новосибирскэнерго». В течение трех лет, с 1999 по 2001 год, в Новосибирской энергосистеме произошло 23264 срабатывания релейной защиты, в 100 случаях это были ложные отключения. Причем часть неисправностей была характерна для аппаратуры с незначительным сроком эксплуатации.
Импульсные помехи от удара молнии, плановые и аварийные коммутации, короткие замыкания, высокочастотные поля от радиопередающих устройств, сварочные аппараты, бытовые электроприборы и даже синтетические ковровые покрытия могут привести к неправильному функционированию МП-защит.
Так, из-за ложного срабатывания микропроцессорных устройств на одной из ТЭЦ «Мос-энерго» больше двух лет не применялись защиты фирмы «Сименс». На подстанции той же энергосистемы при ударе молнии произошло повреждение устройств РЗА, поскольку молниезащита на отечественных энергообъектах проектируется без учета требований ЭМС. На Костромской ГРЭС сбои в работе микропроцессорных устройств спровоцировало… синтетическое ковровое покрытие. Учитывая, что от верных срабатываний релейной защиты зависит стабильная работа всей энергосистемы, описанные случаи это не просто досадные ЧП, а проблема, которая требует немедленного решения.
Сегодня в российских энергосистемах РЗА на микропроцессорной основе составляют лишь несколько процентов от всего аналогичного оборудования. Дальнейшее широкое использование защит на новейшей элементной базе требует обследования по всем видам электромагнитных возмущений и соответствующей реконструкции объектов. Это непростая задача, т.к. индуктивное, кондуктивное и климатическое влияние на МП-устройства, соответствующие виды и объемы работ должны быть определены индивидуально для каждой энергосистемы.
Алгоритм решения
Итак, помехи возникают, как только встает вопрос о рационализации числа ряда и умножения числа функций. В современных реле, автоматических выключателях, пускателях, контакторах, которые и сами по себе являются источниками помех, сигналы настолько слабые, что любая помеха их сбивает. Первыми на эту проблему обратили внимание за рубежом. Традиционно за решение задачи ЭМС взялись немцы. Еще известная своей непогрешимой точностью австрийская фирма Пауль Герц выпускала измерительные приборы, на которых непременно указывалось, как надо ставить устройство по отношению к действующим полям и к сети. Сегодня традицию на гораздо более высоком уровне продолжила группа компаний «Moeller», единственная фирма, инициирующая на практике работу по оценке электромагнитной обстановки (ЭМО) и выработке устойчивости низковольтного электрооборудования (НЭО) к воздействию электромагнитных возмущений. Маленькие, слаботочные реле EASY этого производителя недосягаемы для помех. Их можно безболезненно ставить рядом с основным силовым оборудованием.
Успех зарубежных разработчиков сложился из долгого экспериментального времени и большого числа опытов, поскольку их промышленный испытательный центр TL Bonn, работающий как независимая структура, даже аккредитован в области ЭМС. Что касается подробностей решения проблемы ЭМС, то их можно отнести к секретам иностранной фирмы.
В России этой проблемой так-же серьезно занимаются, но теоретически, имея под рукой лишь штатное оборудование отечественных производителей. О промышленных испытательных центрах мы можем только мечтать, и все же определенные успехи есть.
В Московском энергетическом институте создана и уже более пяти лет действует инициативная группа по выявлению всех возможных источников помех в электрических системах. Группу возглавил профессор В.П. Булеков. В электроэнергетике он продолжил дело известного советского ученого А.Д. Князева, который в свое время занимался проблемой ЭМС в радиотехнике. Впервые составлена классификация электро-магнитных помех, для каждой из которых предложен способ нейтрализации. Установка помехоустойчивого прибора лишь часть проблемы. ЭМС – это двойная задача. С одной стороны, надо привести в норму электромагнитную обстановку, сделав ее стандартной и допустимой. С другой стороны, необходимо ставить приборы, которые соответствовали бы параметрам данной ЭМО.
Почему появляются источники генерации электромагнитных возмущений? Что надо делать с аппаратурой, попадающей в поле их действия? Как уменьшить амплитуду возмущений, чтобы их действие было только сигнальным и не приносило вреда? Таких вопросов до профессора Булекова в России никто не ставил. Для их решения был предложен алгоритм. Его первый пункт – анализ системы, выявление элемента, создающего волны и приводящего нужную аппаратуру в «панику», а так-же возможные пути нейтрализации этого источника. Следующий шаг – точное измерение амплитуды выявленных помех, или оценка электромагнитной обстановки (ЭМО). И, наконец, необходимость сравнения полученных измерений с допустимыми значениями.
Техническое перевооружение и реконструкция на энергообъектах предполагают оснащение новейшими цифровыми средствами релейной защиты, в то же время широкое использование защит на микропроцессорной основе привело к тому, что остро встал вопрос обеспечения ЭМС, а значит, снижения риска тяжелых системных аварий. Непредсказуемые последствия в электроэнергетике недопустимы, поэтому приведенный выше алгоритм можно дополнить еще одним пунктом: о финансировании работы по решению проблемы ЭМС в России и разумном использовании импортной аппаратуры там, где к надежности предъявляются повышенные требования. Автор: Дина Друбич
Источник: газета «Энергетика и промышленность России», №12 (28), декабрь 2002 года
