Автоматизация проверки сложных устройств РЗиА: настоящее и будущее

В настоящее время российские и зарубежные производители выпускают широкий перечень микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (МП РЗиА), имеющих гибкую систему программного управления, что позволяет адаптировать их для конкретных задач. Это является причиной появления большого разнообразия типоисполнений систем РЗиА. Отсутствие методических инструкций по их проверке, слабая документальная база, недостаточная квалификация персонала приводят к большим временным затратам и высокой вероятности возникновения ошибок как в процессе тестирования устройств РЗиА, так и при эксплуатации, и, как следствие, к возможному ложному срабатыванию защиты. Техническое обслуживание сложных МП РЗиА с помощью диагностических приборов предыдущего поколения и с применением традиционных методов не только требует больших временных затрат, но и вызывает определенные трудности. Сложность разделения схемы защиты на отдельные элементы, небольшое количество контрольных точек ограничивают области тестового покрытия простыми методами и заставляют подходить к проверкам уже с учетом взаимодействия разных элементов защиты. Таким образом, возникает необходимость в проведении углубленного анализа работы терминала. Проверочные устройства предыдущего поколения не позволяют осуществить такой анализ.

НПП «Динамика» уделяет пристальное внимание вопросам повышения эффективности и достоверности проверки устройств РЗА. Для тестирования сложных систем РЗиА предлагаются испытательные комплексы РЕТОМ-51 и РЕТОМ-61, которые работают совместно с программным обеспечением, включающим в себя более 80 программ управления разного уровня автоматизации. Эти комплексы позволяют выполнить любой анализ работы РЗиА, а с помощью прямых измерений – автоматически определить параметры срабатывания любых измерительных органов. Полноценная имитация аварийных режимов дает возможность проверять терминал как «черный ящик», т.е. устройство с неизвестным содержимым, с минимальным его перепрограммированием. Кроме того, большое количество каналов тока устройств РЕТОМ-51/61 дает уникальную возможность повторного воспроизведения реальной аварии.

Комплексы РЕТОМ-51/61 позволяют проводить углубленный анализ функционирования органов защиты. Однако ввиду отсутствия соответствующих методических указаний специалисты служб РзиА вынуждены проводить диагностику современных защит в соответствии с устаревшими методиками, которые предполагают только проверку уставок. Современные же методы испытаний в первую очередь должны предусматривать проверку функционирования защиты, и только потом – проверку уставок.

В качестве примера рассмотрим проверку блокировки дистанционной защиты от качаний (БК). В данном органе определение аварийной ситуации производится путем измерения токов прямой и обратной последовательности, вычисляется скорость изменения этого тока, и при превышении определенного порога выдается сигнал разрешения на срабатывание защиты. В настоящее время действуют методики, которые ориентированы на использование однофазных диагностических устройств. По этой методике проверка работы блокировки проводится путем многократного измерения тока срабатывания по всем типам короткого замыкания, внося определенные изменения в схему ее работы. По измеренным данным в конце вычисляются уставки. Это достаточно трудоемкий процесс, который не обеспечивает высокой точности, а главное, не позволяет полностью проверить ее функционирование.

Повышение эффективности диагностики современных устройств РЗиА неразрывно связано и с внедрением автоматизации в процесс тестирования, благодаря которой значительно увеличивается объем проверок, сокращается время тестирования и заметно упрощается сам процесс. Условно можно выделить три уровня автоматизации, связанные с уменьшением объемов, во-первых рутинной ручной работы управления источниками тока и напряжения, во-вторых, работы по переключению проводов к защите при различных проверках, в-третьих, работы по управлению защитой в процессе тестирования.

Первый уровень автоматизации предполагает проверку в автоматическом режиме отдельных функционально законченных элементов, из которых состоит терминал. При этом используются типовые или универсальные методы измерения параметров, позволяющие проверить эти элементы в составе любого устройства РЗА.

Например, при проверке всех ступеней токовой защиты нулевой последовательности (ТЗНП) измеряются уставки тока, время срабатывания и время возврата, вычисляется коэффициент возврата. Для выполнения данной проверки в автоматическом режиме в программе управления требуется заранее задать необходимые условия проверки. Во время работы терминал необходимо перенастраивать, чтобы исключить влияние других функций защиты на результаты проверки конкретного режима ТЗНП. Следовательно, для полной проверки ТЗНП требуется выполнить несколько тестов в зависимости от имеющихся режимов: стандартный режим, действие с оперативным ускорением, действие с ускорением при включении выключателя, с ускорением от параллельной линии и т.д. (рис.1)

Рис.1 Проверка ТЗНП

Достоинствами первого уровня являются простота и универсальность, возможность применения для проверки любого терминала, оперативная оценка результатов, использование всего нескольких входов или выходов. Однако необходимость по-отдельности проверять все элементы защиты и их режимы работы занимает достаточно много времени и требует от персонала глубоких знаний по управлению терминалом. Для повышения эффективности проверки в рамках данного уровня рекомендуется использовать программу «Генератор тестов» (входит в стандартный пакет программ комплексов РЕТОМ-51/61), позволяющую задавать определенную последовательность проверок, при необходимости редактировать шаблон протокола в соответствии требованиями пользователя, а также сохранять настройки в архиве.

Второй уровень предполагает подход к проверке устройств РЗиА как к единому программно-аппаратному комплексу. Он реализован в ряде специализированных автоматических программах (более 40 программ) комплексов РЕТОМ-51/61 для тестирования наиболее распространенных защит известных производителей. Для проверки терминала в программу необходимо ввести его параметры, которая в зависимости от его конфигурации и уставок предлагает оптимальную схему испытания и управляет действиями оператора в процессе проверки. В результате формируется готовый протокол, аналогичный протоколу изготовителя устройств РЗиА.

Подобные программы могут создаваться производителями устройств РЗиА самостоятельно с помощью программы «РЕТОМ-мастер», С ее помощью квалифицированный пользователь может написать проверочные программы на любом из высокоуровневых языков программирования (С/С++, Delphi, Visiual Basic, VBA), поддерживающих COM-объекты, например, из приложений, написанных в Microsoft Excel на языке VBA.

Это достаточно высокий уровень автоматизации, но он имеет ряд особенностей:

1. Наличие большого количества исполнений терминалов и их непрерывный процесс модернизации является причиной постоянного совершенствования программного обеспечения, в связи с этим потребитель вынужден часто выполнять его обновление.
2. Данный уровень в основном ориентирован на контроль состояния накладок и уставок, в то время как функционирование и взаимодействие элементов защиты могут остаться непроверенными.
3. Из-за невозможности получить текущую логическую схему защиты, данный подход неприменим для систем с гибкой логикой, а используется только для устройств с заранее описанной и неизменной логической частью.
4. При данном подходе применяется слабая методологическая база, определяющая объем, порядок и способы проведения испытательных работ.
5. На этом уровне не исключено влияние человеческого фактора, поскольку отсутствует механизм программного управления, и в процессе проверки требуется самостоятельно изменять настройки терминала.
6. Отсутствуют средства автоматической проверки параметров защиты на соответствие с проектной документацией.
7. Проверочные программы морально устаревают при обновлении прошивки в терминалах.

С дальнейшим развитием микропроцессорных технологий в релейной защите приобретет актуальность следующий уровень автоматизации, при котором будут учитываться не только уставки и накладки, но и схемы защиты в целом, в том числе и программируемая логика, а также взаимодействие нескольких терминалов.

Однако, из-за ограниченного доступа к информации терминала, в особенности ее логической части схемы, в настоящее время создание программы, которая бы в автоматическом режиме самостоятельно анализировала терминал любой сложности, определяла объем проверок и создавала рабочие тесты, не представляется возможным.

В сложившейся ситуации возможен путь, близкий к третьему уровню: наличие удобного инструмента, с помощью которого все производители устройств РЗиА смогут самостоятельно создавать программы автоматических проверок для своих защит и в дальнейшем передавать их заказчикам. Таким образом, вместо одной универсальной программы будет разработано большое количество различных программ для всех типов защит. Они будут поставляться вместе с обновлением прошивок, и, следовательно, всегда будут актуальными.

Разработка данных программ представляет интерес, как для заказчиков, так и для самих производителей устройств РЗиА, которые в настоящее время вынуждены проводить тестирование собственных изделий в ручном режиме, либо используя первый уровень автоматизации, что влечет за собой большие временные затраты.

Мы предлагаем разделить инструмент на сценарий проверки и исполнительную часть. Такое разделение позволит разработчикам систематизировать проверки, создать библиотеку, быстро составлять сценарий из готовых модулей, а пользователям ¬– значительно упростить работу, поскольку все программы будут однотипны.

Созданные сценарии позволят оперативно управлять проверяемым терминалом в соответствии с рекомендациями самих производителей, тем самым значительно снизится риск выхода защиты из строя вследствие некорректных действий проверяющего. Производитель также оговаривает объем, последовательность тестов и формат протокола, что при дальнейших проверках позволит уменьшить разногласия между разработчиком, наладчиком и эксплуатирующей организацией.

Диагностическое устройство на основании имеющегося сценария выполняет проверку уставок, накладок, функционирования и взаимодействия защит, собирает полученные данные в единый протокол и выдает заключение об эксплуатационной готовности защиты. При этом все эти действия выполняются с минимальным участием человека.

В настоящее время мы ведем работу над созданием такого инструмента. Однако, для его внедрения необходимо согласования с производителями устройств РЗиА стандартов по описанию сценариев, методов и алгоритмов проверки различных органов защит и логики, протоколов связи с терминалами, форматов уставок и протоколов и т.д. Только совместные усилия и тесное сотрудничество позволят достичь успеха в автоматизации процесса тестирования устройств РЗиА.

Обобщая вышеизложенное, следует отметить, что для обеспечения безотказной работы устройств РЗиА в настоящее время назрела острая необходимость формирования нового подхода к их проверке путем создания новых стандартов и руководящих документов. Это позволит в полной мере использовать возможности существующего современного проверочного оборудования и значительно повысить эффективность проверки систем РЗА любого уровня сложности.