Анализ результатов опытной эксплуатации системы оперативной блокировки безопасности на действующем энергообъекте 

Приводятся наиболее важные результаты опытной эксплуатации новой интеллектуальной системы управления оперативными блокировками. Рассмотрены такие аспекты, как настройка, самодиагностика и надежность средств связи. Отмечены выявленные недостатки системы и пути их устранения. 

Комплекс электротехнического оборудования системы оперативной блокировки безопасности (далее КЭО) является достаточно сложным многоуровневым распределенным техническим устройством (рисунок 1), относящимся к телемеханическим системам, и предназначен для предотвращения ошибок персонала при оперировании разъединителями, заземлителями, короткозамыкателями и другими коммутационными аппаратами [1]. Поэтому надежная и устойчивая работа КЭО в условиях сложной электромагнитной обстановки — важнейший фактор принятия решения о его промышленном использовании. Оценка эксплуатационных характеристик КЭО возможна путем соответствующей организации опытной эксплуатации на действующем объекте энергетики.

Задачами опытной эксплуатации КЭО являются:

  • проверка функционирования КЭО в рабочих условиях применения, особенно локального уровня КЭО;
  • оценка трудоемкости монтажных и пуско-наладочных работ с учетом организационно-разрешительных процедур;
  • проверка работоспособности каналов связи, их помехоустойчивости, покрытия всей территории объекта;
  • определение эффективности системы самодиагностики КЭО;
  • оценка эксплуатационной документации.

Объектом для проведения опытной эксплуатации КЭО выбрано ОРУ- 35кВ ПС №118 «Кубинка» ОАО «Московская объединенная электросетевая компания» Западные электрические сети», при этом  оборудование локального уровня размещалось на территории ОРУ-35 кВ, а АРМ оперативного персонала — в помещении РЩ подстанции.

Проанализируем наиболее важные результаты опытной эксплуатации комплекса электротехнического оборудования.

  Структурная схема КЭО     

Рисунок 1 – Структурная схема КЭО 

Настройка логики управления блокировками 

Наиболее трудоемкой и ответственной процедурой настройки КЭО является формирование набора логических выражений, управляющих оперативными блокировками. Программируемая логика управления блокировками КЭО задается с помощью специально разработанных синтаксических правил, использующих элементы языка Си [2]. Правила следующие:

1) Коммутационные аппараты (КА) обозначаются буквенно-цифровыми идентификаторами в формате ABB.C, где «A» — буква латинского алфавита; BB — десятичный номер от 1 до 99; C — число от 1 до 6, совпадающее с номером канала контролера оперативной блокировки (КОБ), контролирующего данный КА.

2) Идентификаторы интерпретируются, как булевы переменные; причем значение «истина» соответствует замкнутому КА, значение «ложь» — разомкнутому.

Помимо идентификаторов, при составлении логических выражений могут быть использованы символы логических операций: «|» — дизъюнкция, «&» — конъюнкция, «!» — инверсия, а также скобки «(» и «)» для изменения порядка действий.

Если результатом    вычисления    логического    выражения  является «истина»,   значит,    данный    КА   должен   быть    деблокирован,    иначе    — блокировка должна быть включена.

Перечисленные правила не накладывают каких-либо ограничений на структуру логических выражений. По результатам настройки КЭО на действующей подстанции можно заключить, что логические схемы всегда удается подчинить общей структуре, показанной на рисунке 2.

Общая схема, приведенная выше, позволяет соответственно унифицировать структуру логического выражения следующим образом: 

 Общая структура логических схем управления блокировками

Рисунок 2 – Общая структура логических схем управления блокировками 

Отказ от произвольной формы логического выражения и переход к данной унифицированной позволяет упростить алгоритмы интерпретации и вычислений. 

Работоспособность и помехоустойчивость каналов связи в условиях действующего энергообъекта 

Коммуникационная часть КЭО обеспечивает обмен цифровыми пакетами, содержащими команды и данные, между АРМ и  несколькими КОБ. Коммуникационная часть представлена тремя каналами связи: радиоканал 868 МГц / 25 мВт; радиоканал 2,4 ГГц / 100 мВт; PLC-канал 20– 80 кГц  (стандарт  CENELEC).  В  ходе  опытной  эксплуатации подтверждена надежность выбранных цифровых радио-передатчиков. Благодаря ретрансляции сигнала на территории объекта, маломощные передатчики образуют сеть по сотовому принципу, отличающуюся несколькими альтернативными маршрутами передачи сигналов.

Установлено, что условия распространения PLC-сигнала в направлении от КОБ к АРМ неудовлетворительны, поскольку уровень  сигнала оказывается сопоставимым с уровнем чувствительности PLC-модема. В  то же время в обратном направлении уровень сигнала достаточен для уверенного приема. Такая асимметрия условий распространения сигнала объясняется различием устройств питания, входящих в составе АРМ и КОБ. Внутри АРМ в непосредственной близости от точки ввода PLC-сигнала расположен силовой инвертор, обеспечивающий питание сети КОБ. Выходные цепи инвертора с точки зрения удаленного модема представляют собой емкостную нагрузку, подключенную в конце длинной линии, приводящую к эффекту шунтирования PLC-сигнала.

Для преодоления возникшего препятствия в структуру системы питания КЭО требуется ввести сетевой фильтр, выполняющий функцию высокочастотного заградителя, изолирующего с точки зрения PLC-сигнала выходные цепи инвертора от линии связи ( рисунок 3).

 Схема подключения сетевого фильтра

Рисунок 3 – Схема подключения сетевого фильтра 

В соответствии с разработанными ранее рекомендациями [3], cетевой фильтр представляет собой две катушки индуктивности 440 мкГн, включенные последовательно в фазный и нулевой проводники сети   питания 220 В, 50 Гц. Для изготовления катушек использован магнитодиэлектрик марки ТЧ-90 на основе альсифера [2]. Выбор материала продиктован условиями работы, при которых магнитопровод намагничивается током низкой частоты. 

Эффективность системы самодиагностики комплекса 

Самодиагностика КЭО реализована благодаря микропроцессорному управлению ключевыми компонентами. В основе лежит принцип подтверждения    передаваемых    по    PLC-    и    радио-каналам  сообщений, представляющих собой цифровые коды. При этом отказ какого-либо управляющего узла или потеря сообщения не приводят к ложному отключению блокировки, и при этом будут своевременно обнаружены. Безошибочную работу цифровых средств управления и связи вполне можно гарантировать.

Вместе с тем, работоспособность на уровне исполнительных устройств не контролируется средствами самодиагностики. В первую очередь речь идет о цепях питания устройства блокировки оперативных переключений (УБОП), имеющих протяженность несколько метров, притом их повреждение никак не контролируется.

В результате повреждения изоляции кабеля КОБ–УБОП возможно возникновение следующих аварийных ситуаций (рисунок 4).

  1. Пробой между цепью питания +24 В и коммутируемым контактом замка. Повреждение изоляции выявляется лишь в случае, если КОБ предпринимает попытку отключения блокировки, путем замыкания силового ключа S. При этом возникает короткое замыкание; силовой ключ выходит из строя, в то время как блокировка остается включенной.
  2. Пробой между коммутируемым контактом замка и общим проводом. Такое замыкание приводит к постоянному деблокированию коммутационного аппарата, а потому наиболее опасно.
  3. Пробой между цепью питания +24 В и общим проводом. Короткое замыкание вызовет отключение автоматического выключателя внутри КОБ; КОБ прекратит свою работу, перестав реагировать на запросы АРМ; блокировка будет включена из-за прекращения питания замка. 

 Возможные повреждения изоляции кабеля КОБ–УБОП

Рисунок 4 – Возможные повреждения изоляции кабеля КОБ–УБОП 

Предотвращение указанных аварийных ситуаций возможно с помощью контроля состояния УБОП и подходящего к нему кабеля. Рассмотрим пути реализации такого контроля.

  1. Введение обратной связи по положению замка блокировки. Для этого необходимо оснастить УБОП датчиком положения запирающего механизма и передавать сигнал датчика в направлении КОБ. Отметим, что в составе КОБ предусмотрены резервные входы, которые могут быть задействованы для приема сигнала обратной связи. В алгоритм работы КОБ должна быть введена реакция на неразрешенное перемещение запирающего механизма.

Данный подход имеет следующие недостатки. Во-первых, короткое замыкание между контактами замка (2) не выявляется. Во-вторых, современная конструкция УБОП предусматривает  перемещение запирающего механизма только при подсоединении электромагнитного ключа. Таким образом, авария обнаруживается не своевременно, а лишь в момент попытки деблокирования.

  1. Контроль потенциала коммутируемого контакта замка. Контроль осуществляется с помощью мостовой схемы, показанной на рисунке

Короткое замыкание по цепи (1) или (2) сопровождается разбалансом моста. Детектор, обнаруживающий разбаланс, информирует КОБ об аварийной ситуации по дискретной линии связи.

Данная схема обеспечивает своевременную сигнализацию о коротком замыкании как по цепи (1), так и по цепи (2). Однако, в отличие от первого подхода, не сигнализирует о заклинивании замка.

  1. Применение цифрового управления УБОП (рисунок 6). Силовые ключи, коммутирующие питание замков, конструктивно размещаются внутри УБОП. Управление ключами осуществляется локальным процессором, который общается с КОБ по цифровому каналу связи.

Схема контроля состояния изоляции кабеля КОБ–УБОП


Рисунок 5 – Схема контроля состояния изоляции кабеля КОБ–УБОП

 Схема цифрового управления УБОП

Рисунок 6 – Схема цифрового управления УБОП 

Среди преимуществ подхода можно назвать следующие: а) отсутствие протяженных коммутируемых цепей;

б) постоянный контроль целостности кабеля КОБ–УБОП благодаря линии цифровой связи в его составе;

в) возможность контроля положения запирающего механизма при условии оснащения замка соответствующим датчиком;

г) уменьшение числа жил кабеля КОБ–УБОП до 3–4 (две для передачи питания и 1–2 для цифровой связи).

Недостаток состоит в усложнении конструкции УБОП и повышенных требованиях к его исполнению в плане защиты от климатических воздействий, прежде всего, осадков.

Выводы по итогам опытной эксплуатации 

  1. Процедуру настройки логики управления блокировками следует формализовать в соответствии со схемой на рисунке 2 и выражением (1).
  2. Высокое качество работы и достаточная зона покрытия применяемых радио-модулей подтверждены.
  3. Передача сообщений по каналу питания (PLC-каналу) требует включения в состав системы питания высокочастотного заградителя.
  4. Уровень исполнительных устройств контролируется системой самодиагностики в недостаточней степени. Следует модифицировать конструкцию УБОП одним из предложенных способов, используя резервные входы для диагностических сигналов.
  5. В целом работоспособность комплекса подтверждена. Основные технические решения верны и могут быть использованы для промышленной эксплуатации.

Данная работа выполняется в Национальном исследовательском университете «МЭИ» при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

  1. Борисов Р.К., Жуликов С.С., Ковалев Д.И., Кокорин С.А. и др. Состояние оперативной блокировки безопасности на объектах и мероприятия по повышению ее надежности / Электричество, №11, 2014. - С. 17-25.
  2. ISO/IEC 9899:201x. Programming languages — 2011.
  3. Борисов Р.К., Ковалев Д.И., Кокорин С.А., Кочуров О.М. Применение PLC- технологий Yitran в системе управления блокировками безопасности распределительных устройств высокого напряжения / Электричество, №12, 2014. - С. 18-23.
  4. Ферриты и магнитодиэлектрики. Справочник. Под ред. Н. Д. Горбунова, Г. А. Матвеева. — М.: Советское радио, 1968. — 176 с.
Фамилия автора: Р.К. Борисов, С.А. Кокорин, А.Я. Чернокоз, О.М. Кочуров
Год: 2015
Город: Алматы