Независимое резервирование защит силовых трансформаторов

В распределительных электрических сетях 35 – 110 кВ защита силовых трансформаторов является основным звеном обеспечения надежности электроснабжения. В Российской Федерации, в силу различных причин, количество крупномасштабных аварий, связанных с силовыми трансформаторами, продолжает оставаться на стабильно высоком уровне и по прогнозам специалистов без принятия соответствующих мер будет возрастать. Как правило, последствия этих аварий носят чрезвычайный характер по материальным убыткам и социальным последствиям. Сохранение такой ситуации в дальнейшем повлечет невозможность поддержания нормального уровня функционирования отросли и ее развития, обеспечения надежного и качественного снабжения потребителей электрической энергией в текущий и перспективный период.

(Из материалов «круглого стола» Комитета Государственной Думы по энергетике на тему "Законодательное обеспечение надежности и безопасности электроэнергетических систем и объектов электроэнергетики" от 10 марта 2016 г.).

За последние 3 года в интернет-сеть попали описания, в том числе и видео, более чем 90 аварий, связанных с силовыми трансформаторами 110 кВ. Практически все попавшие в интернет аварии, имели значительные экономические и социальные последствия. Такие аварии сопровождались ведомственными расследованиями с участием в них представителей органов государственной власти.

На новых и реконструированных станциях и подстанциях с современными средствами РЗА, если они не оборудованы дополнительными средствами защиты, также происходят крупные аварии с повреждением и возгоранием силовых трансформаторов.

Примером одной из таких аварий является авария произошедшая 22 августа 2014 в г. Волгограде на п/с «Алюминиевая», ОАО «ФСК ЕЭС», во время которой произошел крупномасштабный пожар на трансформаторе.

В 2012 году в рамках инвестиционной программы ОАО «ФСК ЕЭС» проводилась комплексная реконструкция этой подстанции с полной заменой трансформаторного оборудования и заменой средств релейной защиты. Объем капиталовложений свыше $119 млн.

Повторная авария на этой же подстанции произошла 28 апреля 2016 г. Во время аварии произошел взрыв одного из трансформаторов с последующим его возгоранием.

Подобные аварии продолжаются и по настоящее время: 05 Июля 2017 в г. Мурманске и 06 Июля 2017 в г. Томске

В тоже время, учитывая то, что на нынешнем этапе развития цифровых технологий к необходимости обеспечения технологической безопасности добавляется и необходимость обеспечения кибербезопасности. В полной мере киберугрозы касаются и инфраструктуры ТЭК. Ее объекты все чаще становятся мишенью для совершения диверсий, промышленного шпионажа и террористических актов во многих странах. По мере растущей цифровизации экономики и общества в целом, киберуязвимость объектов электроэнергетики будет стремительно расти. (См. дополнительно "Обеспечение кибербезопасности (СО РАН)"

Для обеспечения надежного электроснабжения и обеспечения безопасности объектов электроэнергетики на действующих, реконструируемых и строящихся объектах необходимо использовать дополнительное специализированное оборудование, внедрение которого потребует дополнительных финансовых затрат. Однако безопасность - как раз та сфера, где имеет смысл заплатить за предотвращение угрозы, а не за устранение ее последствий.

В настоящее время самым эффективным дополнительным оборудованием является независимая резервная защита силового трансформатора типа ПУМА3431 (из серии Приборов и Устройств Микропроцессорных Адаптивных), которая обеспечивает функции ближнего резервирования защит силовых трансформаторов на станциях и подстанциях 35-110 кВ при технологических нарушениях и в условиях террористических и кибератак.

По техническим и организационным причинам дальнее резервирование является неприемлемым в ряде случаев и неэффективным в большинстве других случаев (линии с отпайками, трансформаторы малой мощности и т.д.). В таких случаях применение ближнего резервирования единственная возможность обеспечить безопасность объектов электроэнергетики и соблюсти требования действующих нормативных документов и отраслевых рекомендаций.

Требования по ближнему резервированию изложены в "Рекомендациях по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35–750 кВ" (Приказ Министерства энергетики Российской Федерации № 288 от 30 июня 2003 года), в "Положении ОАО «Россети» о единой технической политике в электросетевом комплексе" (приложение № 1 к протоколу Правления ОАО «Россети» № 138 от 23.10.2013), и в "Концепции развития релейной защиты и автоматики электро-сетевого комплекса ПАО «Россети» " (приложение № 1 к протоколу Правления ОАО «Россети» № 356пр от 22.06.2015).

Независимая резервная защита трансформатора ПУМА3431 предназначена для предотвращения развития аварий на станциях и подстанциях, вызванных нарушениями технологических режимов при которых основное защитное оборудование по разным причинам не обеспечило своевременное отключение силового трансформатора.

Как правило, следствием развития указанных аварий являются возгорания, взрывы и выход из строя, как самого силового трансформатора, так и остального силового станционного оборудования, в том числе и на низкой стороне.

Как правило, причинами нарушения технологических режимов являются короткие замыкания, как на самой станции или подстанции, так и в распределительной сети на низкой стороне, вызванные физической неисправностью силового оборудования, повреждениями этого оборудования, воздействием неблагоприятных климатических факторов, а так же преднамеренными неправомерными (террористическими) действиями не подконтрольных лиц.

Как правило, причинами отказа защитного оборудования являются: неисправность самого защитного оборудования, неисправность или повреждение во время аварии вторичных подстанционных цепей обеспечивающих работу этого оборудования (например цепей питания), ошибки и противоправные действия персонала и т. д.

Документальную детализацию по независимому резервированию защит силовых трансформаторов 35, 110 кВ заинтересованные организации могут получить по Запросу.

Независимая резервная защита трансформатора ПУМА3431 была разработана и освоена в серийном производстве по решению Министерства энергетики Республики Беларусь после крупномасштабной аварии в 1997 в г. Минске на ПС110/10 «Фаниполь». В настоящее время практически все силовые трансформаторы 110/10 кВ, в том числе и ведомственные, оснащены указанным оборудованием и за период с 2000 года по настоящее время в РБ не было ни одной аварии, связанной с силовыми трансформаторами.

Независимая резервная защита трансформатора ПУМА3431 не имеет прямых аналогов отечественных (РФ) и зарубежных производителей средств релейной защиты. Отдельные попытки производителей РФ внедрять оборудование ближнего резервирования не получили дальнейшего продолжения и носили разовый характер. Предлагаемое ими оборудование по своим техническим характеристикам не обеспечивало гарантированную защиту силового трансформатора при технологических нарушениях связанных с его аварийными перегрузками и не обеспечивало свою независимость от общих подстанционных цепей, что также исключало гарантированную защиту трансформатора.

Независимая резервная защита трансформатора ПУМА3431 имеет длительный положительный опыт эксплуатации на объектах электроэнергетики РБ (более 17 лет). В РФ защиты так же внедрены, имеют длительный положительный опыт эксплуатации (более 13 лет) и в настоящее время продолжают внедряться на объектах ПАО «МРСК Центра», ПАО «Ленэнерго», ПАО «Кубаньэнерго» в том числе и на олимпийских объектах, а также на объектах ОАО «Оборонэнерго».

Независимая защита трансформатора ПУМА3431 в 2015 году внесена в «Реестр инновационных решений ПАО «Россети», и соответствии с ним рекомендована к внедрению на объектах электроэнергетики без ограничений.

Независимая резервная защита трансформатора ПУМА3431 предназначена для ближнего резервирования защит силовых трансформаторов с напряжением 35-220 кВ, оборудованных со стороны источника питания выключателем или разъединителем.

Защита срабатывает в случае короткого замыкания на подстанции с отказом коммутационной аппаратуры или релейной защиты, при потере оперативного тока или другим причинам, связанным с необходимостью резервного отключения трансформатора. Защита является адаптивной, что позволяет учитывать состояние оборудования и особенности его включения. Защита выполнена с применением микропроцессорных средств. Защита предусматривает наружную установку около агрегатного шкафа силового трансформатора и может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от – 40° до +55°С Для эксплуатации в северных регионах с температурой окружающего воздуха до – 60°С Шкафы оборудованы активной системой подогрева.

Основные особенности:

• Использование встроенных трансформаторов тока, как для питания защиты, так и для заряда накопительных конденсаторов, являющихся источником оперативного тока.
• Отстройка по потреблению тока на время работы штатных защит.
• Отсутствие перегрузки токовых цепей в дежурных и аварийных режимах.
• Максимальный длительный рабочий ток 20 А.
• Предварительный заряд конденсатора при небольших, до 0,8 А, нагрузочных режимах.
• Задание и контроль уровня потребления тока в дежурном режиме при заряде конденсатора.
• Малое время готовности и действия защиты при включении трансформатора на короткое замыкание или при повреждениях трансформатора в режиме малых нагрузок.
• Многократное независимое воздействие на коммутационный аппарат.
• Задание уставкой напряжения на конденсаторе позволяет контролировать состояние механизма коммутационного аппарата.
• Функция УРОВ при отсутствии оперативного тока за счет независимого воздействия устройства на отключение одного или двух выключателей, на включение короткозамыкателя, а при необходимости - на отключение отделителя трансформатора.
• Наружная установка устройства непосредственно у ящика зажимов токовых цепей, т.е. с минимальными кабельными связями.
• Контроль цепи катушки отключения
• Набор сервисных функций обеспечивает объективный анализ работы устройств РЗА при аварийных отключениях трансформатора.

См. дополнительно ПУМА3431 Общее описание.

Эксплуатационная документация предоставляется по официальному запросу заинтересованных организаций или по запросу заинтересованных лиц.