В настоящее время в эксплуатации находится широкая номенклатура устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) различных производителей. Для проведения пуско-наладочных работ и периодического обслуживания в течение всего их жизненного цикла требуются высококвалифицированные специалисты, обладающие большим объемом знаний и опытом работы в области релейной защиты, сетевых технологий, АСУ и т.д. Поскольку процесс наладки, настройки и тестирования устройств РЗА, построенных на разных концептуальных принципах, не типизирован, не исключены ошибки, связанные с человеческим фактором.
Основным направлением, позволяющим уменьшить влияние человеческого фактора при проверке шкафов РЗА любой архитектуры, является автоматизация процесса тестирования, которая подразумевает:
Специалисты НПП «Динамика» предлагают новый подход к созданию автоматических сценариев проверки любых типов защит, который учитывает вышеперечисленные аспекты. Согласно данному подходу весь процесс создания сценариев выполняется визуально на основе готовой базы модулей, обеспечивающих автоматическое тестирование как отдельных реле и функций РЗА (РТ, РН, РЧ, РС, РМ), так и комплексов защит (КСЗ, ДФЗ, ДЗТ и др.), что значительно упрощает и ускоряет проведение тестирования, повышает его качество и снижает вероятность возникновения ошибок.
Данный подход реализован в программе «Генератор проверок», которая является частью универсального программного обеспечения комплексов РЕТОМ-71/61/51, входящего в комплект поставки [1]. С ее помощью пользователь, не имеющий навыков программирования, может быстро создавать полноценные сценарии автоматической проверки конкретного оборудования с оформлением протокола испытаний.
Разработка сценария предусматривает:
Программные модули «Генератора проверок» имеют гибкую структуру настроек, а редактируемый протокол проверок позволяет подстроиться под любые требования пользователя.
Внешний вид программы приведен на рис. 1.
Рис. 1. Окно программы «Генератор проверок»
Разработка сценария начинается с задания объекта испытания во вкладке «Уставки» (рис. 2). Он представляет собой иерархическую структуру (объект, подстанция, присоединение, шкаф, терминал) и отображается в виде дерева проверок. Конечным пунктом в структуре являются:
Рис. 2. Структура проверяемого объекта
Рассмотрим группы защит более подробно.
«Группа РТ» (токовая защита) состоит из одной или нескольких ступеней проверки реле тока с независимой или зависимой время-токовой характеристикой. В группе РТ можно в автоматическом режиме сформировать проверки направленных токовых защит и многоступенчатых токовых защит в составе терминалов и шкафов, которые могут выполняться на разных частотах. Во время проверок определяются следующие параметры реле: ток срабатывания и возврата, коэффициент возврата, время срабатывания и возврата, время-токовая характеристика. Кроме этого, в эту группу может быть встроена проверка функций логики защиты: ускорение, УРОВ, АПВ.
«Группа РС» (реле сопротивления) состоит из одной или нескольких ступеней проверки реле сопротивления и дистанционных защит (с полигональной, круговой и треугольной характеристиками) при различных видах коротких замыканий (КЗ) с возможностью определения: угла максимальной чувствительности, тока точной работы, зоны работы дистанционной защиты, наклона сторон характеристики, времени срабатывания и возврата.
«Группа РМ» (реле мощности) состоит из одной или нескольких групп проверок реле мощности на различной элементной базе, а также разрешающих и блокирующих органов направления мощности в составе многоступенчатых защит шкафов и терминалов, с возможностью построения вольтамперной характеристики и определения: угла максимальной чувствительности, мощности срабатывания и возврата, срабатывания и возврата по напряжению и току, времени срабатывания.
«Группа РН» (реле напряжения) состоит из одной или нескольких ступеней проверки функций РЗА и противоаварийной автоматики, реагирующих на изменение напряжения (ЗМН, ЗПН, АОСН, АОПН) при различных видах КЗ, с возможностью определения: напряжения срабатывания и возврата, времени срабатывания и возврата.
«Группа РЧ» (реле частоты) состоит из одной или нескольких ступеней проверки функций РЗА, реагирующих на изменение частоты напряжения, с возможностью определения: частоты срабатывания и возврата, времени срабатывания и возврата. Также в эту группу входят проверки реле частоты, контролирующих скорость изменения частоты.
«Группа логики» предусмотрена для проведения универсальных проверок, определения временных параметров, комплексных проверок реле сопротивления и пользовательских проверок в структуре объекта испытаний. Данная группа состоит из нескольких модулей, которые будут рассмотрены ниже.
Модуль «Универсальная проверка» реализован на основе программы «Генератор последовательностей», также входящей в состав универсального ПО РЕТОМ-71/61/51. Данный модуль предназначен для тестирования логических схем работы РЗА (АПВ, УРОВ, АВР) и сложных защит, где требуется последовательная выдача нескольких режимов. В каждом режиме пользователь может задать определенный вид КЗ, значения тока и напряжения в симметричных составляющих, сложный сигнал, представляющий собой сумму гармоник, или воспроизвести процесс из Comtrade-файла, а также настроить изменения состояния дискретных выходов. Режимы переключаются по установленному времени или по условию изменения состояния дискретных входов, которые могут задаваться для каждой последовательности.
Модуль «Пользовательская проверка» позволяет создавать тесты, выполняемые другими испытательными комплексами (например, проверка изоляции с помощью прибора РЕТОМ-6000), с последующим вводом в «Генератор проверок» результатов испытаний, которые затем интегрируются в единый протокол.
«Модуль внешней проверки» состоит из двух внутренних модулей:
После создания структуры проверяемого объекта необходимо задать уставки и параметры тестирования для общей группы защит, а также для каждой ступени и проверки в отдельности.
Уставки для группы защит включают в себя: номинальные значения трансформаторов тока и напряжения, рабочие диапазоны, параметры выключателя, погрешности, используемые дискретные входы и выходы РЕТОМ. Также для каждой ступени в программе дополнительно отображаются уставки и конфигурация проверяемой защиты и выдержки времени. При редактировании общих параметров группы автоматически изменяются параметры каждой ступени.
После ввода уставок в соответствующем разделе задаются условия проверок (рис.3), причем эти условия можно менять как для группы в целом, так и для каждой отдельной проверки. К условиям проверок можно отнести: количество проверок, вывод подсказок о возможных коммутациях и переключениях, время выдачи предварительного режима и время паузы, настройка дискретных сигналов и т. д.
Для упрощенного восприятия в программе реализована возможность отображения сокращенного перечня заданных настроек. На рис. 3 показан пример отображения полного перечня параметров проверки, на рис. 4 – только требуемых.
Рис. 3. Задание условий проверок
Рис. 4. Пример сокращенного перечня настроек
Далее перейдем в раздел «Проверки», где в табличной форме отображаются все защиты и группы защит с тестами (рис. 5). В процессе проверки таблица автоматически заполняется результатами и графиками. Любой из тестов можно выбрать отдельно, что дает возможность подстроить защиту и выполнить тест заново. На основе этих таблиц формируется протокол с результатами проверок, который можно редактировать или использовать как шаблон.
Рис. 5. Вкладка «Проверки»
В разделе «Схемы» отображается общая схема подключения каналов тока, напряжения, дискретных входов и выходов РЕТОМ-71/61/51 к проверяемому устройству РЗА (рис. 6). Встроенный модуль «Менеджер схем» позволяет создать или добавить несколько схем подключения в виде рисунка или в текстовом (табличном) формате.
а) б)
Рис. 6. Пример отображения схем подключения:
а) в графическом виде; б) в табличном виде
С целью обеспечения защиты от несанкционированного доступа к программе испытаний, разграничения прав пользователей, и как следствие уменьшения вероятности ошибок и аварийных ситуаций, в «Генераторе проверок» предусмотрен модуль «Менеджер доступа». При его активации вход в программную оболочку осуществляется только по логину и паролю. Режим доступа к системе может быть подстроен непосредственно на месте эксплуатации оборудования. Новые пользователи с настраиваемым уровнем доступа добавляются администратором. У пользователя может быть полный доступ или доступ к просмотру архивов и результатов испытаний без возможности работы с комплексом РЕТОМ.
В качестве примера рассмотрим создание автоматической программы проверки микропроцессорного терминала БМРЗ-152-КСЗ-01 производства НТЦ «Механотроника», предназначенного для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации присоединений напряжением 6-35 кВ [2].
Создадим сценарий тестирования токовых защит с уставками, приведенными в таблице 1.
Таблица 1. Уставки токовых защит | ||
Название | Ток срабатывания (Icp),А | Время срабатывания (Tcp),с |
Токовая отсечка 1 ступень | 15 | 0 |
Токовая отсечка 2 ступень | 12 | 0,3 |
МТЗ 1 ступень | 8 | 0,5 |
МТЗ 2 ступень | 5 | 1 |
Также проверим часть функций автоматики и управления выключателем: УРОВ и несколько циклов АПВ с уставками, приведенными в таблице 2.
Таблица 2. Уставки автоматики | |
Название | Время срабатывания (Tcp),с |
АПВ 1 цикл | 1 |
АПВ 2 цикл | 1 |
УРОВ | 1,5 |
Терминал содержит следующие функции защиты и автоматики:
В программе «Генератор проверок» во вкладке «Уставки» создаем объект испытаний: Подстанция→Шкаф→Терминал, и в настройках отображения переименовываем его на свое усмотрение (например, Подстанция «Новая» →Ячейка 3 пос. Светлый→БМРЗ-152-КСЗ).
После создания объекта испытаний автоматически отображается «Группа защит», в которую добавляем интересующую нас группу РТ и четыре ступени: ТО 1, ТО 2, МТЗ 1, МТЗ 2. Выделяя каждую защиту, вносим уставки, параметры защиты, назначаем дискретные входы, выходы РЕТОМ (рис. 7).
Рис. 7. Задание уставок токовых защит
Для проверки защиты при различных видах повреждений в настройках режимов добавляем виды КЗ, при которых будут проводиться тесты (рис. 8). В программе предусмотрены все возможные виды коротких замыканий: фазные, межфазные, обратной и нулевой последовательности.
Рис. 8. Настройка условий проверки
При импорте или вводе уставок параметры условий проверки рассчитываются автоматически. Если требуется изменить параметры, необходимо снять их программную «блокировку» и ввести новые значения, иначе они будут приняты по умолчанию.
Для проверки АПВ и УРОВ необходимо создать ряд режимов генерируемых воздействий, которые будут воспроизводиться последовательно друг за другом, и переключаться по истечению заданного времени режима и/или по условию. Для этого в «Группе логики» создаем «Универсальную проверку», которая добавляется во вкладке «Условия проверок», переименовываем на «АПВ», «УРОВ» и открываем «Настройки». Запускается программный модуль «Генератор последовательностей» (рис. 9), с помощью которого создаем сценарий тестирования терминала.
Рис. 9. Универсальная проверка
В открывшемся окне создаем режимы:
В процессе создания последовательности все режимы и переключения дискретных выходов отображаются на осциллограмме, а после проверки на ней также будут отражены срабатывания дискретных входов.
Рис. 10. Осциллограмма проверки 2-ух циклов АПВ и УРОВ
«Универсальную проверку» можно запустить как отдельно от основной проверки, так и совместно.
После создания сценария переходим во вкладку «Проверки», выбираем все тесты и запускаем испытание. Состояние процесса отображается в отдельном окне «Статус проверок», а результаты заносятся в протокол испытаний, которые можно посмотреть в этой же вкладке (рис.11) либо открыть в отдельном окне (рис.12).
Рис. 11. Результаты тестирования
Рис. 12. Протокол испытаний
Временные затраты, необходимые на создание алгоритма проверки и на сам процесс тестирования, приведены в табл. 3 (данные указаны без учета времени подключения к устройству РЗА). Как видно из таблицы, тестирование с помощью программы «Генератор проверок» в разы сокращает время работ. При этом сценарий проверки можно создавать заранее, до получения допуска к проведению испытаний. Также при последующей эксплуатации нет необходимости создавать сценарий заново, его можно сохранить и использовать повторно.
Таблица 3. Оценка времени проведения испытаний | |||||
Количество тестов | Создание алгоритма проверки МТЗ, ТО, мин | Создание алгоритма проверки АПВ, УРОВ, мин | Длительность проверки, мин | Общее время | |
Ручной режим | 113 | - | - | 180 | 180 |
Генератор проверок | 113 | 15 | 15 | 10 | 40 |
Использование программного модуля «Генератор проверок» позволяет автоматизировать процесс тестирования устройств РЗА, значительно сократить трудозатраты и время проведения работ. Особенно это важно при проверке множества однотипных защит на подстанции или распределительном пункте. В этом случае для каждой защиты в имеющуюся программу достаточно внести только уставки проверяемого терминала, в остальном она остается неизменной. При необходимости проведения испытаний нетиповых защит для каждого устройства можно создать собственную программу проверок, модифицируя уже готовые сценарии, что занимает значительно меньше времени в сравнении с проверкой в ручном режиме. В результате, сокращение объема работ, выполняемых вручную, позволит не только ускорить ввод оборудования в эксплуатацию, но и значительно снизит вероятность ошибок при проведении сложных испытаний.
В дальнейшем автоматизация процесса испытаний с применением программы «Генератор проверок» будет повышаться с учётом типизации комплексов РЗА в эксплуатации, использования в интеллектуальных электронных устройствах возможностей протокола МЭК 61850 (SCL, MMS, Report) для автоматического импорта уставок из конфигурационных файлов, проверки параметров срабатывания по генерируемым отчётам и т.д.
Морозов Д.В., Мохов Н.А.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Май 2021