Введение

В настоящее время в эксплуатации находится большая номенклатура устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) различных производителей. Для проведения пусконаладочных 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. Особенно остро нехватка специалистов ощущается при вводе в работу цифровых подстанций с поддержкой стандарта МЭК 61850. При реализации стандарта различными производителями возникают проблемы совместимости оборудования и программных модулей, интерфейс взаимодействия этих модулей с пользователем также отличается. Интерфейс не всегда интуитивно понятен, не все настройки выполняются в удобной кодировке, например, при конфигурировании сетевого оборудования может использоваться шестнадцатеричная система счисления и использоваться английский язык. Ошибки могут возникать как на стадии проектирования, так и на этапе наладки и ввода в работу. При отсутствии методик и типовых решений проектант или наладчик выполняет работу исходя из своих умозаключений и опыта.

Процесс наладки, настройки и тестирования устройств РЗА до сих пор не типизирован. Каждый производитель разрабатывает собственные методики проверки и алгоритмы их проведения. Работникам службы эксплуатации необходим большой объем знаний и навыков работы с оборудованием различных производителей, построенных на разных концептуальных принципах. Разные интерфейсы взаимодействия, ручные переключения, изменения прошивок, документации, нормативных актов – все это может привести к ошибкам, связанным с человеческим фактором.

Данная проблема неоднократно поднималась специалистами, но при ее рассмотрении отсутствовал комплексный подход. С внедрением стандарта МЭК 61850 появились новые возможности для ее решения, например, активно ведется работа по типизации шкафов и стандартизации уставок, органов и методик проверок.

В статье рассматриваются основные аспекты влияния человеческого фактора на надежность функционирования устройств РЗА и предлагаются комплексные меры, направленные на предотвращение или уменьшение последствий ошибочных действий персонала.

Причины возникновения ошибок

Ошибки могут возникать на разных этапах: при проектировании устройств РЗА, реконструкции, во время проведения пусконаладочных работ, при техническом обслуживании, организации рабочего места (теснота рабочего помещения, повышенная температура, шум, недостаточная освещенность и т.п.) или в процессе управления персоналом и т.д. В данной статье область рассмотрения сужена до анализа ошибок оперативного и обслуживающего персонала, вызванных техническими аспектами.

Рассмотрим причины возникновения таких ошибок:

  • разнообразие типов и видов оборудования, отсутствие стандартизации и типизации клеммника, и как следствие, необходимость проведения большого количества ручных коммутаций;
  • отсутствие стандартизированных методик проведения испытаний;
  • недостатки в профессиональной подготовке оперативного и обслуживающего персонала;
  • большой объем ручных операций во время проведения проверок;
  • изменение конфигурации оборудования во время проверок и последующее восстановление рабочей схемы с ошибками.

Основные направления, позволяю­щие уменьшить влияние человеческого фактора:

  • цифровизация защит (уменьшение количества переключений), переход на стандарт МЭК 61850;
  • типизация клеммника шкафов, орга­нов защит, уставок, протоколов;
  • стандартизация методик проверок, в которых исключается возможность вне­сения изменений в конфигурацию обо­рудования во время испытаний;
  • автоматизация процесса тестирова­ния – от формирования задания до по­лучения протокола испытаний;
  • исключение возможности ввода дан­ных вручную для исключения недосто­верности результатов и защита самого протокола от подделок;
  • разграничение уровней доступа для исключения ошибок неквалифицированным персоналом;
  • сохранение всех манипуляций в жур­нале событий;
  • использование иных принципов диа­гностики исправности оборудования в работе (самодиагностика и SCADA);
  • обучение персонала.

Рассмотрим данные направления бо­лее подробно.

Цифровизация защит

Цифровизация защит и переход к стандарту МЭК 61850 упрощает подключение устройств РЗА в общую сеть или к проверочному устройству, которое осуществляется всего одним или двумя (при резервировании) кабелями Ethernet. Однако следует учитывать другой аспект – сложность конфигурирования сети и устойчивость ее работы при штормовых воздействиях, в этом случае необходимы дополнительные знания.

Типизация клеммника шкафов, органов защит, уставок, протоколов

Типизация клеммника шкафов обеспечит быстрое и безошибочное подключение проверочного оборудования. Восстановление рабочего подключения также упростится, а значит и уменьшится вероятность ошибок. При типизации уставок защит упростится ввод уставок и параметров. Протоколы испытаний будут формироваться по единому шаблону и легко сравниваться.

Стандартизация методик проверок

Стандартизация методик проверок, в которых исключается возможность внесения изменений в конфигурацию оборудования во время испытаний, решит проблему нерабочего состояния оборудования при последующем вводе в эксплуатацию. При однотипной методике проверки все действия легко автоматизируются, сами проверки становятся проще и не требуют от проверяющего дополнительных знаний и действий в процессе тестирования оборудования различных производителей.

Автоматизация процесса тестирования

Автоматизация процесса тестирования – один из основных способов повышения качества диагностики. Предлагается подход на основе концепции «черного ящика», в роли которого выступает проверяемое оборудование. На входах проверяемого оборудования создаются сигналы, необходимые для поиска требуемого параметра, при этом переконфигурация, перепрограммирование логики, уставок или реле не производится. Выполняются комплексные испытания, на основании которых и выносится решение об исправности оборудования. Важным моментом является организация проверок на рабочих уставках при рабочей конфигурации логики и дискретных входов/выходов. Исключается влияние человеческого фактора, когда система может быть неправильно восстановлена в рабочее состояние после испытаний. Дополнительное преимущество такого подхода – проверка реальной конфигурации, а не искусственно созданной, что также повышает качество выполненных работ.

Возможен вариант, когда оборудование переводится в тестовый режим. В таком случае любые изменения конфигурации безопасны, т.к. они не записываются во временную память и не оказывают влияние на рабочую конфигурацию. Проверки производятся по контрольному выходу, на который в процессе тестирования переназначаются выходы проверяемых органов. По окончании испытаний выполняется выход из тестового режима, и устройство РЗА остается в рабочем состоянии с реальными уставками и параметрами.

Третий вариант возможен при реализации стандарта МЭК 61850, когда допускается одновременное существование рабочей и тестовой конфигураций. В этом случае проверочное оборудование всегда подключено, и никаких дополнительных действий со стороны персонала не требуется. Проверяемое оборудование реагирует на тестовые воздействия с выдачей выходных сигналов с тегом «Тест». Таким образом, тестовые воздействия отделены от рабочих, что позволяет выполнять необходимые проверки в автоматическом режиме (в том числе для энергообъектов без обслуживающего персонала, например, по заданному времени регламентных работ) без вывода оборудования из работы и без необходимости дополнительных коммутаций.

Исключение возможности ввода данных вручную

Исключение возможности ввода данных вручную и автоматическое формирование протокола испытаний также позволит снизить вероятность возникновения ошибок. При этом сам протокол должен быть обеспечен защитой в виде цифровой подписи.

Разграничение уровней доступа

Разграничение уровней доступа к испытательному комплексу исключает ошибки, которые могут быть допущены неквалифицированным персоналом.

Ведение журнала событий

Сохранение всех действий в журнале событий способствует повышению ответственности персонала и дополнительному контролю за состоянием объекта. Все действия персонала, сохраненные в журнале событий, позволяют в дальнейшем идентифицировать изменения в конфигурации, а также определить, когда и кем они были выполнены.

Самодиагностика и SCADA

Использование иных принципов диагностики (самодиагностика и SCADA) позволяет выносить вердикт об исправности оборудования без вывода его из работы. Например, анализ исправности тракта измерения аналоговых каналов токов и напряжений может выполнять SCADA на основе получаемой по MMS информации от каждого шкафа. Информация может сравниваться от разных устройств, подключенных к одному вводу. По такому же принципу можно диагностировать и исправность дискретных входов. Дополнительные возможности появляются при реализации МЭК 61850 за счет использования битов качества. Такая диагностика системы позволяет увеличить интервал между проверками, а сам объем работ значительно сократить и упростить.

Создание сценариев автоматической проверки

По мнению автора, эффективным направлением, позволяющим уменьшить негативное влияние человеческого фактора, является автоматизация и стандартизация процесса тестирования для всего комплекса РЗА. Для запуска и контроля процесса автоматизированных испытаний на местах не требуется высокая квалификация персонала (она необходима при однократной разработке самих сценариев автоматической проверки), также возможен вариант удаленного проведения испытаний.

Для автоматической проверки широкого разнообразия существующих устройств РЗА различных производителей требуется большое количество программных модулей. С целью ускорения процесса автоматизации их тестирования требуются гибкие программные решения. Создание проверочных программ должно осуществляться графическими средствами и не требовать от пользователя навыков владения языками программирования, а высокая скорость их создания должна обеспечиваться за счет простого добавления готовых модулей из соответствующего набора защит или из списка шаблонов, созданных ранее. При проверке нетиповых вариантов функциональной логики новые шаблоны должны создаваться путем несложных манипуляций в графической оболочке, что также применимо и при комплексной проверке устройства или присоединения. Созданные шаблоны могут добавляться в список шаблонов с целью использования в последующих программах.

На рис. 1 показан пример такой оболочки. В программном модуле шкаф имеет древовидную структуру представления. Добавление необходимых органов либо структуры (или части структуры, если необходима небольшая модификация) может осуществляться на основе шаблонов, созданных ранее, либо создаваться на основе типового набора с редактированием необходимых параметров или алгоритмов работы.

Рис. 1. Графический инструмент для создания модуля проверки УРЗА

Для работы со стандартными формами документов в программе имеется возможность задания бланков уставок и редактирования шаблона протокола. Гибкая работа модуля проверки обеспечивается за счет дополнительных возможностей: задания схем подключения, редактирования сообщений, выдаваемых при проведении испытаний, вызова внешних функций для возможности внешнего управления режимами работы проверяемого устройства или считывания с него необходимых результатов для протокола.

При необходимости проверяющий должен иметь возможность подстроить алгоритмы и условия проверок на месте.

С целью исключения возможности действий вне рамок компетенции персонала необходим встроенный механизм разграничения доступа, который на самом нижнем уровне доступа позволяет выполнять только заданный сценарий без редактирования каких-либо параметров.

При отсутствии в списке необходимого шаблона создается универсальный шаблон, параметры которого автоматически пересчитываются на каждом цикле проверки с учетом уставок и характеристик шкафа. Для поиска срабатывания измерительных органов РЗА на основе новых принципов работы в универсальной проверке могут задаваться в том числе и несинусоидальные сигналы. Дополнительным средством для обеспечения гибкой логики является графический способ задания алгоритма поиска. Простой пример приведен на рис. 2.

Рис. 2. Графический способ настройки алгоритма

Одиночный цикл выдачи тестовых воздействий должен задаваться на основе простой последовательности режимов токов, напряжений, углов, частот и т.д. с заданными временами выдачи. На рис. 3 приведен пример возможной реализации. Такая последовательность может редактироваться за счет добавления новых временных интервалов, на каждом из которых любой параметр тестового воздействия может быть связан с уставками или произвольными параметрами (это может быть любое поле из структуры программы или добавленный пользователем произвольный параметр) при помощи редактируемой формулы. На каждом интервале режим формирования сигналов может отличаться от других и выбираться из списка: независимые источники тока и напряжения, выдача файлов COMTRADE, модель энергосистемы, гармонические составляющие, виды КЗ (отдельно для токов и напряжений), комплексное сопротивление в разных вариантах и т.д. Также имеется возможность создания проверок несинусоидальными сигналами, например, построение характеристик измерительных органов релейной защиты при наложении 3-й гармоники. Возможно использование модели трансформатора тока для проверки при различных вариантах насыщения.

Рис. 3. Задание последовательности токов и напряжений

На рис. 4 представлен пример организации сложных циклов с ветвлением и анализом условий. Такая возможность позволяет осуществлять сложные алгоритмические проверки, и, в зависимости от результатов теста, выполнять дополнительные действия.

Рис. 4. Организация циклов и условий в алгоритме поиска 

Необходимые параметры и переменные добавляются пользователем в структуру модуля. При добавлении нового параметра задаются единица измерения, диапазоны, шаг изменения и т.д. К любому из введенных параметров можно «привязать» условия проверок.

Схема соединения создается на начальном этапе сценария проверки для упрощения процедуры подключения к испытательной системе и использования в программе наименований дискретных и аналоговых сигналов, соответствующих клеммнику реального устройства. В программе может быть задано несколько схем подключения, т.к. количество входов/выходов проверочного оборудования может быть недостаточным, или же в методике проверки могут быть представлены различные варианты. На рис. 5 показан пример задания схемы подключения.

Рис. 5. Графический способ задания схемы подключения

Во время проведения испытаний выводится вся необходимая информация: количество тестов (проведенных, оставшихся, с ошибками и т.д.), параметры текущего испытания, состояние проверяемого объекта, результаты проведенных испытаний, а также дополнительные сообщения о необходимых действиях, коммутациях схем и т.д.

По окончании формируется протокол на основе заданного шаблона.

Заключение

Для снижения негативного влияния человеческого фактора при проведении испытаний устройств РЗА предлагается комплекс мероприятий, включающих в себя типизацию и автоматизацию процесса тестирования, реализация которых позволит достичь максимального эффекта. Производителями релейной защиты и крупными энергетическими компаниями уже ведется работа в области типизации. Для автоматизации процесса тестирования в качестве примера приведен графический инструмент разработки «НПП «Динамика» для создания проверок на основе готовых шаблонов, проверенных и подтвержденных на соответствие требованиям стандартов организации. Повышение качества испытаний и последующая надежная работа устройств РЗА достигается заложенными типовыми методиками и их реализацией в программах проверки. Сокращение объема работ, выполняемых вручную, позволит не только ускорить ввод оборудования в эксплуатацию, но и уменьшит вероятность ошибок при проведении сложных испытаний.

Смирнов Ю.Л.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Май 2021

вверх

Вход в личный кабинет

Восстановление доступа

Заказать звонок

Новое сообщение

ООО «НПП «Динамика» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться настоящим сайтом вы соглашаетесь на обработку ваших персональных данных в соответствии с Политикой конфиденциальности . Вы можете запретить сохранение cookie в настройках вашего браузера.