Рекомендации по модернизации, реконструкции и замене длительно эксплуатирующихся устройств релейной защиты и электроавтоматики энергосистем РД 153-34.0-35.648-01 (утв. РАО "ЕЭС России" 28 августа 2001 г.)

Дата введения - 1 декабря 2001 г.
Введено впервые

Введение

В настоящее время в энергосистемах России в эксплуатации находится более 1,5 млн устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА). Подавляющую часть этих устройств составляют электромеханические устройства. Около 12 лет назад началось внедрение в эксплуатацию микроэлектронных и около пяти лет - микропроцессорных устройств РЗА. Доля их пока еще невелика и составляет на начало 2000 г. около 1,2%.

Более одной трети эксплуатируемых устройств РЗА физически и морально устарело и требует замены.

Недостаточное финансирование на реконструкцию и замену приводит к постоянному увеличению количества устаревших устройств. Анализ статистических данных показывает рост количества случаев неправильной работы устройств РЗА из-за старения. Вместе с тем каких-либо отраслевых документов по вопросам реконструкции и замены устаревших устройств в настоящее время нет.

Настоящие Рекомендации предназначены для помощи энергосистемам в реконструкции и замене устройств РЗА, выработавших ресурс или морально устаревших. В разработке Рекомендаций приняли участие специалисты ОАО "ЧЭАЗ" Г.П. Варганов, А.А. Климов и Р.З. Розенблюм, частично использованы материалы доклада К.М. Добродеева (Нижегородскэнергосетьпроект) на совещании руководящего персонала служб РЗА энергосистем ОЭС Средней Волги и МЭС Волги в октябре 1999 г., а также отзывы ряда организаций по первой редакции Рекомендаций.

1 Существующее положение

Ориентировочные оценки по выборочному обследованию ряда энергосистем показывают, что около 10% всех устройств эксплуатируется более 35 лет, 20% - 25-30 лет, 50% - 15-25 лет и 20% - менее 15 лет. По данным годовых отчетов энергосистем за 1999 г. наибольший процент устройств РЗА, проработавших 25 лет и более, имеют следующие энергосистемы: Амурэнерго - 54%, Белгородэнерго - 40%, Комиэнерго - 60%, Красноярскэнерго - 40%, Курганэнерго - 46%, Саратовэнерго - 39%, Сахалинэнерго - 45%, Татэнерго - 35%. На некоторых электростанциях количество устройств, проработавших 25 лет и более, достигает 100% (Черепетская ГРЭС и др.).

В среднем в настоящее время в энергосистемах в эксплуатации находится более 35% электромеханических устройств, которые эксплуатируются не менее 25 лет, превысив более чем в два раза средний срок службы 12 лет, установленный техническими условиями на электромеханические устройства и релейную аппаратуру (приложение А). При этом значительно превышены и установленные действующими стандартами средние сроки службы контрольных и радиочастотных (ВЧ) кабелей - 20 лет для контрольных кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией, проложенных на улице, и 25 лет - в помещении (ГОСТ 1508-78); для ВЧ кабелей - 13-15 лет в зависимости от марки кабеля (ГОСТ 11326.0-78).

Как показывает опыт эксплуатации, фактический средний срок службы электромеханических устройств составляет примерно 25 лет. Это подтверждается, в частности, практически постоянным процентом правильной работы устройств РЗА в течение многих лет.

Подавляющая часть микроэлектронных устройств пока еще не выработала установленный средний срок службы - 12 лет. Из-за отсутствия достаточного опыта более длительной эксплуатации этих устройств предлагается после 12 лет эксплуатации провести техническое обследование состояния устройства, совмещенное с очередным профилактическим восстановлением, по результатам которого можно будет определить допустимость продления срока эксплуатации на последующие 3 года. Следующее продление срока еще на 3 года допустимо при положительных результатах очередного технического обследования. До накопления опыта эксплуатации предлагается считать допустимым продление срока службы этих устройств до 18 лет.

Значительное превышение фактического срока службы электромеханических устройств над установленными техническими условиями может быть объяснено двумя основными причинами. Во-первых, средний срок службы устанавливается изготовителем с учетом срока службы комплектующих изделий и возможной работы устройства при оговоренных в ТУ предельных значениях климатических и механических внешних воздействий. Устройства РЗА в большинстве своем обычно эксплуатируются в более легких условиях. Во-вторых, принятая система технического обслуживания дает возможность при проведении периодических проверок выявлять и устранять путем регулировки, ремонта или замены отдельных электромеханических, полупроводниковых или электронных элементов возникшие к моменту проведения проверки отказы устройства, предотвращая переход их в отказы функционирования при возникновении требования к срабатыванию. Так, например, в Ростовэнерго в 1998 г. произошло 87 случаев неправильных действий устройств РЗА, а при техническом обслуживании в том же году выявлено и устранено 68 дефектов, которые могли привести к отказам. В Иркутскэнерго в том же году произошло 60 неправильных действий, а выявлено и устранено при техническом обслуживании 162 дефекта. В Карелэнерго в 1999 г. выявлено при техническом обслуживании 26 дефектов при 27 случаях неправильной работы.

Хотя по статистической отчетности процент случаев неправильной работы устройств РЗА остается из года в год практически на одном уровне, энергосистемы отмечают, что поддержание в работоспособном состоянии электромеханических устройств, проработавших 25 лет и более, обеспечивается за счет повышения затрат на их техническое обслуживание из-за необходимости проведения дополнительных регулировок, ремонта или замены отдельных реле и другой аппаратуры, контрольных и высокочастотных кабелей. По мере имеющихся возможностей производится и замена выработавших ресурс и устаревших устройств РЗА, аппаратуры ВЧ каналов, контрольных кабелей.

Однако замена устройств РЗА и их элементов происходит в энергосистемах в настоящее время в недостаточном объеме из-за отсутствия необходимого финансирования. Вопрос замены устройств РЗА, выработавших срок службы, будет обостряться с каждым годом, если уже сейчас не начать их планомерную замену или реконструкцию. Тем более, что наблюдается рост доли случаев неправильной работы устройств из-за старения в общем количестве случаев неправильной работы, не связанных с действиями или ошибками эксплуатационного персонала, персонала проектных или наладочных организаций и с любыми внешними воздействиями. Так, если доля этих случаев за 1993-1998 гг. составила в среднем 9,7%, то в 1999 г. - 11%.

На основе годовых отчетов энергосистем за 1998-1999 гг. составлен перечень связанных со старением характерных дефектов и неисправностей аппаратуры и устройств РЗА, вызвавших неправильную работу устройств или обнаруженных при их техническом обслуживании (приложение Б). Приведенный перечень является далеко не полным, так как большая часть устраняемых дефектов в отчеты не попадает.

В целях обоснования и облегчения планирования реконструкции или замены устройств РЗА, превысивших средний срок службы, ОРГРЭС совместно с ЧЭАЗ разработаны основные критерии для замены физически или морально устаревших устройств РЗА и рекомендации по их реконструкции и замене.

2 Основные критерии, определяющие необходимость замены устройств РЗА, выработавших срок службы или морально устаревших

2.1 Техническое перевооружение энергообъекта или его части - замена защищаемого основного оборудования (генератора, трансформатора, выключателей и др.), внедрение АСУ ТП (необходима установка как минимум одного микропроцессорного устройства на каждом присоединении).

2.2 Несоответствие технических характеристик или функциональных возможностей устройства требованиям к селективности, быстродействию, чувствительности, резервированию при действующих или предусматриваемых в ближайшей перспективе схемах или режимах работы энергообъекта или прилегающей сети.

2.3 Невозможность восстановления требуемых характеристик устройства при проведении технического обслуживания.

2.4 Эксплуатация электромеханического устройства более 25 лет, микроэлектронного - более 12 лет (или 15-18 лет при подтверждении техническим обследованием удовлетворительного состояния устройства).

2.5 Фактический износ значительной части аппаратов электромеханического устройства до состояния, требующего их замены; значительное превышение большей частью аппаратов количества срабатываний, нормируемых НД.

2.6 Неудовлетворительное состояние изоляции контрольных кабелей, монтажных проводов по механической (высыхание, трещины, хрупкость) или электрической прочности или по уровню сопротивления изоляции; существенные изменения внешнего вида значительной части монтажных проводов устройства, катушек, изоляционных трубок и т.д.

2.7 Рост количества случаев изменения характеристик и (или) повреждений элементов устройства, выявленных при проведении технического обслуживания и при анализе случаев неправильной работы.

2.8 Рост относительного числа отказов функционирования (процента неправильной работы устройства).

2.9 Прекращение выпуска устройств и запасных частей к ним.

3 Исходные условия, основные проблемы и направление технического перевооружения устройств РЗА

В настоящее время определяющим исходным условием технического перевооружения устройств РЗА следует считать наличие в эксплуатации 35%, или 500 тыс. устаревших устройств, подлежащих реконструкции или замене. При этом их количество увеличивается с каждым годом, так как замена выработавших ресурс и устаревших устройств происходит в недостаточном объеме из-за ограниченных финансовых возможностей эксплуатирующих организаций.

Основным направлением технического перевооружения устройств РЗА в энергетике должно являться внедрение микропроцессорных устройств, обладающих существенными преимуществами перед электромеханическими и микроэлектронными аналогами.

Однако из-за финансовых ограничений, высокой стоимости микропроцессорных устройств, особенно импортных, большого количества подлежащих замене устройств в течение ряда лет наряду с внедрением микропроцессорных устройств взамен устаревших нельзя будет исключить применение для их замены или модернизации выпускаемых в настоящее время электромеханических и микроэлектронных устройств и аппаратуры.

Кроме того, опыт внедрения импортных микропроцессорных устройств РЗА показывает, что отличие в технической идеологии этих устройств от принятой в России, невысокое качество перевода технической документации, ошибки в тексте и схемах функций вызывают определенные трудности при их внедрении и требуют в ряде случаев внесения изменений в их конфигурацию.

В последнее время разработаны, серийно выпускаются и внедряются в энергосистемах отечественные микропроцессорные устройства для присоединений 6-35 кВ, например, серии БМРЗ (НТЦ "Механотроника"), серии "Сириус" и "Орион" (НПФ "Радиус"). Совместным предприятием "АББ Реле-Чебоксары" для этих присоединений выпускаются устройства серии SPAC-800. В НПП "ЭКРА" разработан и принят приемочной комиссией шкаф ШЭ2607 с терминалами БЭ2704 версий 010 и 020 (резервные защиты линий 110-220 кВ); первая партия этих шкафов уже находится в эксплуатации. Ведется разработка терминалов основных защит линий и защит трансформаторов 110-220 кВ. Разработка и выпуск терминалов устройств РЗА присоединений 500-750 кВ предусмотрена в НПП "ЭКРА" на ближайшую перспективу.

Отечественные микропроцессорные устройства реализуют принятую в России техническую идеологию в области релейной защиты и значительно дешевле импортных, что облегчает их внедрение и обеспечивает снижение затрат на перевооружение энергообъектов. При необходимости замены устройств РЗА присоединений 330-500 кВ, основных защит линий и защит трансформаторов 110-220 кВ до появления соответствующих отечественных микропроцессорных устройств могут быть использованы имеющие экспертное заключение микропроцессорные устройства иностранных фирм (АББ, Сименс, Альстом и др.) или отечественные электромеханические или микроэлектронные устройства.

Целесообразно на каждом предприятии иметь периодически пересматриваемый перечень подлежащих замене устройств РЗА в порядке очередности замены с учетом срока их эксплуатации, защищаемого оборудования, возможных последствий отказа или ложной работы, наличия отечественных микроэлектронных аналогов и др.

Внедрение микропроцессорных устройств РЗА требует как повышения квалификации релейного персонала, так и оснащения служб РЗА современными автоматизированными устройствами для их технического обслуживания, такими, например, как "Ретом" НПП "Динамика", УАП НПП "ЭКРА", "Уран" НПФ "Радиус".

Следует отметить, что внедрению микропроцессорных устройств должны предшествовать специальные испытания для оценки электромагнитной обстановки (ЭМО) на энергообъекте и проведения при необходимости мероприятий, обеспечивающих ее совместимость с уровнем помехозащищенности устройств. Необходимость таких испытаний вызывается тем, что до последнего времени при проектировании энергообъектов, в частности, их заземляющих устройств вопросы электромагнитной совместимости не учитывались. Достаточно большое число случаев в эксплуатации выхода из строя элементов микроэлектронных устройств и элементов электроники электромеханических устройств РЗА, по всей видимости, объясняется в значительной степени тем, что при их внедрении оценка ЭМО, как правило, не проводилась. Поэтому оценку ЭМО целесообразно провести также и на тех энергообъектах, где внедрены микроэлектронные устройства, особенно учитывая предстоящее внедрение микропроцессорных устройств.

4 Рекомендации по модернизации, реконструкции и замене устройств РЗА, выработавших установленный срок службы

4.1 При техническом перевооружении основного оборудования объекта или его части должна производиться замена всех выработавших срок службы устройств РЗА этого оборудования, включая кабели вторичных цепей, а также тех устройств, состояние которых соответствует хотя бы одному из критериев пп. 2.2-2.9.

4.2 При техническом перевооружении по п. 4.1 следует, как правило, применять микропроцессорные устройства РЗА преимущественно отечественного производства необходимого качества.

4.3 Для замены устройств РЗА присоединений 330-500 кВ, генераторов, основных защит линий и защит трансформаторов 110-220 кВ до появления соответствующих отечественных микропроцессорных устройств могут быть использованы имеющие экспертное заключение микропроцессорные устройства иностранных фирм (АББ, Сименс, Альстом и др.) или в отдельных случаях однотипные с заменяемыми отечественные электромеханические или микроэлектронные устройства (приложение В).

4.4 При решении вопроса очередности перевооружения устройств РЗА целесообразно наряду с другими факторами учитывать наличие отечественных микропроцессорных аналогов.

4.5 Замена устройств РЗА на объектах, где предусматривается техническое перевооружение основного оборудования, должна быть предусмотрена проектом перевооружения с учетом срока эксплуатации и фактического состояния устройств.

4.6 На энергообъектах, где техническое перевооружение основного оборудования не предусматривается в ближайшие годы, а состояние устройств требует замены, в условиях ограниченного финансирования целесообразно рассмотреть вопрос об их замене на однотипные электромеханические или микроэлектронные устройства. В устройствах, находящихся в относительно удовлетворительном состоянии, с целью продления срока службы следует при необходимости заменить наименее надежные блоки, реле, кабели или другие элементы устройств.

Первый заместитель начальника

А.П. Ливинский