SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

МККР-БЗГП – многоканальные контроллеры ресурса устройств защиты от импульсных перенапряжений

В настоящее время подразделениями ОАО «Газпром» реализуется комплексный план мероприятий по оптимизации затрат, одним из элементов которого является предупреждение (предотвращение) выхода оборудования из строя и своевременное выявление защитных устройств, ресурс которых подходит к концу. ЗАО «Хакель Рос», российская компания, предлагающая комплексные решения по молниезащите электротехнического оборудования, средств АСУ ТП и ТМ с 2002 года, занимает лидирующее место в своем сегменте рынка, осуществляя разработку, производство и поставки продукции на объекты ОАО «Газпром» и других крупных нефтегазодобывающих компаний. Статья посвящена новому решению компании – контроллеру, позволяющему определить предаварийное состояние устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), что позволяет заменить устройство, не дожидаясь его отказа.

ЗАО «Хакель Рос», г. Санкт-Петербург

hakel_logo.gif


Описание существующей проблемы. Постановка задачи

Известно, что УЗИП применяется для защиты оборудования от импульсных перенапряжений, возникающих в электрических цепях под воздействием природных явлений (ударов молнии) и техногенных факторов (наводки от ЛЭП, электрофицированного транспорта, объектов промышленности и т. п.). Производимые в настоящее время УЗИП построены на базе элементов двух типов:
- герметичных искровых газонаполненных разрядников;
- полупроводниковых элементов (варисторы, супрессоры и пр.).

За время длительной эксплуатации через УЗИП проходят импульсы перенапряжений различной амплитуды и длительности, что постепенно приводит к деградации (старению) структуры элементов, из которых УЗИП изготовлены, а в дальнейшем – к их выходу из строя. В УЗИП на базе газонаполненных разрядников по мере деградации увеличивается напряжение пробоя до пределов, обусловленных величиной пробоя промежутка между электродами этих же разрядников в воздушной среде. Таким образом, вышедшие из строя УЗИП на основе газоразрядников фактически представляют собой обрыв, при этом функция защиты уже не выполняется. В УЗИП на базе полупроводниковых элементов наблюдается обратная картина: по мере их старения напряжение срабатывания уменьшается и стремится к нулю. Исчерпавший свой ресурс УЗИП на основе полупроводников представляет собой короткое замыкание, приводящее к аварийным ситуациям и блокировке работы защищаемой цепи. Функция защиты также не выполняется.

Распространены и такие случаи, когда представляющий собой короткое замыкание неисправный УЗИП продолжает разрушаться рабочими токами защищаемой цепи до состояния ее обрыва. Подобные процессы наиболее опасны, поскольку, как и в случае с газоразрядниками, вышедшие из строя УЗИП не влияют на работу защищаемого оборудования и могут быть обнаружены только с помощью специальных метрологических средств во время регламентного обслуживания. Опасность заключается в том, что все это время оборудование остается незащищенным.

В настоящее время производители создают различные системы встроенной индикации, сигнализирующей о неисправности элементов УЗИП. Они позволяют фиксировать большую часть отказов УЗИП, но не 100 %. Кроме того, встроенные системы контроля усложняют схему УЗИП, что приводит к удорожанию прибора и снижает его надежность. К тому же подобные системы неэффективны на труднодоступных и необслуживаемых объектах. Чтобы заменить УЗИП, который вышел из строя на удаленном объекте, необходим внеплановый выезд на этот объект обслуживающего персонала, а это – дополнительные затраты.

В настоящее время сложилась ситуация, при которой эффективность работы молниезащиты на объекте напрямую зависит от информации о текущем состоянии УЗИП.
 

Назначение. Основные функции. Эксплуатационные характеристики

Многолетний опыт работы в области защиты оборудования от импульсных перенапряжений позволяет ЗАО «Хакель Рос» выпускать УЗИП с высокими показателями эксплуатационных характеристик, таких как надежность, продолжительность срока службы, эффективность защиты. Но несмотря на все усовершенствования ресурс устройств защиты, особенно в условиях интенсивных перенапряжений, конечен. Специалисты ЗАО «Хакель Рос» разработали и освоили производство многоканального контроллера ресурса устройств защиты от импульсных перенапряжений МККР-БЗГП. Контроллер позволяет определять предаварийное состояние УЗИП, фиксируя проходящие через них импульсы и вычисляя остаточный ресурс каждого контролируемого устройства защиты или группы УЗИП.

МККР-БЗГП был разработан для использования в технических средствах любых отраслей промышленности, но в настоящий момент нашел широкое применение в блоках защиты от грозовых перенапряжений (БЗГП), размещаемых на станциях катодной защиты. Контроллер позволяет регистрировать поступающие по десяти независимым аналоговым каналам данные об импульсах перенапряжений и вычислять в процентах остаточный ресурс УЗИП.

МККР-БЗГП внедряется в систему коррозионного мониторинга станции электрохимической защиты (ЭХЗ) посредством интерфейса RS-485 по протоколу Modbus. Контроллер позволяет вычислять и передавать в систему коррозионного мониторинга следующие данные:
- относительную величину остаточного ресурса УЗИП или группы УЗИП по каждому из 10 независимых аналоговых каналов (в процентах);
- идентификационную карту, содержащую общую информацию о контроллере и подконтрольных ему УЗИП (наименование, тип и пр.).

C помощью МККР-БЗГП система коррозионного мониторинга способна самостоятельно фиксировать время и дату прохождения импульса перенапряжения, приведшего к уменьшению величины остаточного ресурса УЗИП.

В состав МККР-БЗГП (рис. 1) входят:
- БКР-МККР – блок контроллера ресурса;
- ИД-СЛ/ИД-СТ – индуктивные датчики (СЛ – силовой, СТ – слаботочный);
- БИ-МККР – блок индикации.


Ris.1.png

Рис. 1. Функциональная схема МККР-БЗГП

Дополнительно контроллер оборудован десятью цифровыми каналами для подключения к контактам встроенной дистанционной сигнализации, информирующей о выходе УЗИП из строя.

На случай, если нет возможности подключить МККР-БЗГП к системе коррозионного мониторинга, предусмотрен внешний блок индикации (БИ), который может входить в комплект контроллера опционально. На лицевой части блока размещены десять двуцветных светодиодных индикаторов, за каждым из которых закреплен свой номер аналогового канала контроллера. Когда остаточный ресурс подконтрольного УЗИП достигает определенного порогового значения, допустим, 10 %, соответствующий индикатор меняет цвет свечения с зеленого на красный. Основные технические характеристики МККР-БЗГП приведены в таблице, внешний вид блоков показан на рис. 2.

Ris.2.png

Рис. 2. Внешний вид блоков МККР-БЗГП


Таблица. Технические характеристики МККР-БЗГП

Tab.png




Соответствие требованиям нормативных документов 

МККР-БЗГП обеспечивает выполнение требований к контролю состояния УЗИП, изложенных в нормативных документах ОАО «Газпром»:
- «ВТТ к БКУ для установки оборудования ЭХЗ»;
- «ВТТ к автоматическим преобразователям катодной защиты».

В контроллер заложен оригинальный алгоритм вычисления ресурса, созданный с учетом требований нормативных документов на УЗИП. Согласно действующим стандартам, устройства защиты от импульсных перенапряжений по методам испытаний и требованиям к работоспособности подразделяются на две группы:
1. УЗИП для силовых цепей низковольтных электропитающих установок (ЭПУ): ГОСТ Р 51992-2011 (МЭК 61643-1-2007) – «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний».
2. УЗИП для слаботочных информационных цепей (оборудование управления, передачи данных и пр.): ГОСТ Р 54986-2012 (МЭК 61643-21:2009) – «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 21. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в системах телекоммуникации и сигнализации (информационных системах). Требования к работоспособности и методы испытаний».


Аналоги, сравнение

Системы мониторинга состояния УЗИП, существующие на рынке устройств защиты, построены на основе самых разнообразных и даже порой экзотических технологий. Например, для определения факта выхода из строя элемента защиты используются:
- местная визуальная светодиодная индикация;
- механические системы индикации («флажки»), которыми снабжены терморасцепители;
- термопредохранители в гальванически развязанных с УЗИП цепях (контроль цепи на обрыв или короткое замыкание);
- системы контроля тока утечки через элемент защиты на датчиках Холла.

Для передачи информации оператору на диспетчерский пульт или в глобальную систему мониторинга и оповещения применяются:
- контакты дистанционной сигнализации (DS-контакты);
- бесконтактные системы считывания на базе RFID-меток;
- проводные или оптические шины считывания состояния группы УЗИП.

Все эти методы и системы контроля состояния УЗИП имеют свои плюсы и минусы, но все их объединяет один главный недостаток: они позволяют предоставить информацию о состоянии УЗИП лишь в «двоичном коде», по принципу работает / не работает. Ни одна из существующих систем не позволяет показать предаварийное состояние элементов УЗИП. В результате чего выход УЗИП из строя становится неожиданностью для службы эксплуатации, а главное, оборудование на неопределенное время остается без защиты от импульсных перенапряжений.

МККР-БЗГП позволяет отслеживать в процентах величину остаточного ресурса УЗИП в режиме реального времени, точно так же, как все мы отслеживаем уровень заряда аккумуляторной батареи в своих мобильных устройствах, благодаря чему всегда есть возможность своевременно принять соответствующие меры. Неоспоримым достоинством МККР-БЗГП является и то, что система мониторинга на его основе самостоятельна. Другими словами, она не встроена в УЗИП, не зависит от него и не выходит из строя вместе с ним. Такая система не является расходным материалом, как УЗИП, – один раз установил и эксплуатируй!

Выводы. Итоги

На сложных объектах с повышенным уровнем ответственности, на которых тем не менее необходимо оптимизировать затраты, особое значение приобретает система мониторинга грозозащиты, эффективность которой зависит от выбранного алгоритма и комплексного подхода.

Система контроля, построенная на базе МККР-БЗГП, позволяет службам эксплуатации применять аналитические методы управления.

Используя информацию об интенсивности выходов из строя УЗИП и зная, где эти устройства расположены, можно выявлять узкие места на объекте и адресно проводить корректирующие мероприятия. Контроллер можно перепрограммировать, а это позволяет комбинировать типы УЗИП, отслеживая эффективность замен. Накопленная статистика позволяет вырабатывать рекомендации по молниезащите типовых объектов, которые в свою очередь могут быть использованы проектными организациями при реконструкции или новом строительстве.

Нужно понимать, что сигнал о выходе УЗИП из строя по сути бесполезен, более того, его можно косвенно вычислить по обрыву линии, что, как мы уже выяснили, недопустимо. Что выбрать: непрогнозируемое ожидание сигнала о выходе из строя одного из УЗИП, который может и не поступить, или непрерывный мониторинг величины остаточного ресурса? Выбор очевиден – многоканальный контроллер МККР-БЗГП.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(54)_2014

А. Ю. Пашкевич, нач. отд. технического развития,
А. В. Сергеев, зам. начальника инжинирингового центра,
ЗАО «Хакель Рос», г. Санкт-Петербург,
тел.: (812) 244-5915,
e-mail: info@hakel.ru
www.hakel.ru