ПНСТ: не исключается или недопустимо

Как бы банально это ни звучало, в наше время научный и технологический прогресс развивается в геометрической прогрессии. Его стремительное развитие не только решает насущные проблемы, но порой и создаёт новые трудности, которые оказываются даже сложнее предыдущих. Вот и развитие быстродействующих релейных защит (далее – РЗ), в какой-то мере, пошло по такому же пути: в процессе внедрения всё более современных видов начали учащаться случаи неселективного их срабатывания в переходных режимах короткого замыкания (далее – КЗ). Возникшая проблема существенным образом начала сказываться на надёжности электроснабжения потребителей.

До недавнего времени в России трансформаторы тока, работающие с релейной защитой, регламентировались только стандартом ГОСТ 7746 «Трансформаторы тока. Общие технические условия». При разработке положений данного документа, начиная с издания 2001 года, за базис были взяты стандарты международной электротехнической комиссии МЭК (IEC), на момент последнего издания – серия стандартов IEC 61869. Следует отметить, что имелись и альтернативные видения нормирования защитных трансформаторов тока, описанные в стандартах Британского института стандартов (BSI) и Американского национального института стандартов (ANSI). Все упомянутые выше организации устанавливали параметры защитных обмоток немного по-разному. Но не будем углубляться в суть этих различий.

В ГОСТ 7746 в роли защитных трансформаторов тока представлены трансформаторы класса точности Р. Данный класс трансформаторов рассчитан на реализацию защиты в установившихся аварийных режимах. Конструктивно трансформаторы этого класса не имеют воздушного зазора, что приводит к большой остаточной намагниченности, кроме того, полная погрешность данных трансформаторов не учитывает апериодическую составляющую, возникающую в момент переходного тока КЗ.

Что касается зарубежных стандартов, то в них внимание к вышеупомянутым техническим особенностям уделялось уже давно. Взять, к примеру, IEC 61869-2 «Трансформаторы измерительные. Часть 2. Дополнительные требования к трансформаторам тока», в котором установлены требования к трансформаторам тока для защиты в переходных режимах, а также выдвинуты требования к остаточной намагниченности.

Путь же, который избрали мы, полагая, что защитные обмотки должны быть только класса Р, повлёк за собой событие, последствия которого привлекли взгляды широкой аудитории. 04 ноября 2014 года была зафиксирована неправильная (излишняя) работа устройств РЗ при возникновении КЗ в открытом распределительном устройстве (ОРУ) 500 кВ Ростовской АЭС. Возникла аварийная ситуация, которая привела к отделению части объединенной энергетической системы (ОЭС) Юга от единой энергетической системы (ЕЭС) России и обесточению более 2000 МВт потребителей действием противоаварийной автоматики. Для определения причин неправильной работы РЗ была создана рабочая группа в составе:

АО «СО ЕЭС», АО «Концерн Росэнергоатом», ПАО «Россети», ПАО «ФСК ЕЭС», ПАО «РусГидро», ВНИИАЭС, АО ИК «АСЭ», ООО НПП «ЭКРА», ООО «Сименс», фирма «Trench Germany GmbH», ООО «Эльмаш», ОАО «ВНИИР». В результате было установлено, что причиной неправильной (излишней) работы устройств РЗ стало насыщение трансформатора тока SAS 550 апериодической составляющей тока КЗ и наличие остаточного намагничивания его сердечника.

Из вышеизложенного стало ясно, что нормативная база в виде стандарта ГОСТ 7746 не в полной мере может удовлетворить потребности РЗ. Судя по отчетам, представленным на дальнейших заседаниях, которые имеются в открытом доступе, РЗ подверглись серьёзным испытаниям, в результате чего были задействованы немалые ресурсы. Что касается трансформаторов, решение проблемы было на поверхности. На «поверхности» страниц стандарта

IEC 618692-2. Требовалось грамотно перенять зарубежный опыт коллег и сделать легитимными необходимые защитные обмотки, описанные далее по тексту данной публикации.

Забегая вперёд, отметим, что на момент мая 2020 года данная работа проделана не в полной мере и требует ещё немало усилий. В марте 2016 года вступил в действие официальный перевод стандарта IEC 61869-2-2012, получивший название ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 «Трансформаторы измерительные. Часть 2. Дополнительные требования к трансформаторам тока». Но это не решило проблемы - использовать идентичный перевод данного документа в качестве национального стандарта было бы крайне неверно. Причин для этого множество. Вот некоторые из них:

1. Неточность, а местами даже ошибочность перевода, что в корне меняет смысл написанного. Приведем пример двух противоречивых моментов перевода:

2. Отсутствие какой-либо гармонизации положений IEC 61869-2-2012 с уже имеющейся нормативной базой, регламентирующей требования к трансформаторам тока. Внутренний рынок России адаптирован к совсем иным маркировочным сокращениям, набору испытаний и т.д.;

3. Невозможность работы с ссылочными документами по тексту стандарта, так как некоторые из них не имеют адаптированных технических переводов на русский язык.

4. Отсутствие перечня испытаний, необходимых и достаточных для утверждения типа, что для нас, как для специализирующейся на данном виде работ испытательной лаборатории, имеет немалую важность.

Следующий шаг, который был сделан в сторону создания «идеального» стандарта для трансформаторов тока – разработка и введение в действие предварительного национального стандарта Российской Федерации ПНСТ 283-2018 «Трансформаторы измерительные. Часть 2. Технические условия на трансформаторы тока».

Для начала обсуждения и сравнительного анализа имеющейся на данный момент нормативной базы проведём небольшой экскурс в классификацию защитных обмоток трансформаторов тока. Все имеющиеся обмотки для защиты описаны в ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 и имеют следующую классификацию (ставший уже классическим класс точности Р опущен в данном перечне):

- PR - трансформатор с низким значением индуктивного сопротивления, для которого известны вторичная характеристика намагничивания, сопротивление вторичной обмотки, сопротивление вторичной нагрузки и витковый коэффициент трансформации, а также учтены характеристики защитных устройств, с которыми он будет использоваться;

- PX - трансформатор с лимитированным коэффициентом остаточной магнитной индукции, для которого известны вторичная характеристика намагничивания, сопротивление вторичной обмотки, сопротивление вторичной нагрузки и витковый коэффициент трансформации, а также учтены характеристики защитных устройств, с которыми он будет использоваться;

- PXR - трансформатор с лимитированным коэффициентом остаточной магнитной индукции, для которого известны вторичная характеристика намагничивания, сопротивление вторичной обмотки, сопротивление вторичной нагрузки и витковый коэффициент трансформации, а также учтены характеристики защитных устройств, с которыми он будет использоваться. Наличие воздушного зазора в сердечнике допустимо;

- TPX - защитный трансформатор тока без ограничения коэффициента остаточной магнитной индукции, для которого насыщение в случае возникновения токов короткого замыкания нормируется пиковым значением погрешности в переходном режиме;

- TPY - защитный трансформатор тока с лимитированным коэффициентом остаточной магнитной индукции, для которого насыщение в случае возникновения токов короткого замыкания нормировано пиковым значением погрешности в переходном режиме. Сердечник данных трансформаторов конструктивно имеет воздушный зазор;

- TPZ - защитный трансформатор тока с нормированной вторичной постоянной времени, для которого насыщение в случае возникновения токов короткого замыкания нормировано пиковым значением составляющей переменной погрешности. Сердечник данных трансформаторов линеаризованный.

В итоге мы имеем четыре класса точности P, PR, PX, PXR, нормируемые для установившихся аварийных режимов, два из которых (PR, PXR) имеют ограничения по остаточной намагниченности, а также три класса точности TPX, TPY, TPZ для переходных процессов при аварийных режимах.

В то же время ПНСТ 283-2018 предлагает четыре класса точности защитных обмоток: P, PR - для установившегося режима и TPY, TPZ - для переходных процессов. Причины отсутствия упоминания в стандарте остальных существующих защитных обмоток для нас остается загадкой. Хотелось бы оговориться заранее, что вопросы, касающиеся нормативных документов, мы рассматриваем исключительно с точки зрения лаборатории, занимающейся испытаниями в целях утверждения типа. Можно допустить, что необходимость данного ограничения классификации следует из каких-то технических аспектов, которые видны при большей компетентности в данном вопросе.

Но относительно недавно мы столкнулись лицом к лицу с данными трансформаторами тока «нового поколения». Зарубежные производители массово начали обращаться с потребностью законного использования на рынке Российской Федерации вышеупомянутых обмоток. И в сложившейся ситуации ПНСТ 283-2018 оказался не в полной мере подходящим стандартом для данного рода мероприятий. Коротко говоря, указанных в ПНСТ 283-2018 классов точности обмоток не всегда хватает. Как пример – обмотка TPX, отсутствующая в документе. Но на этом проблемы ПНСТ 283-2018 не заканчиваются. Рассмотрим некоторые из них.

Для начала обратимся к разделу «Основные параметры». Фраза «Устанавливают в стандартах на трансформаторы конкретных типов» - тезисная для всего раздела. И опять же круг замыкается на стандарте ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015, но с добавившимися трудностями, вызванными различием перевода, сокращений и обозначений. Появляется ещё больше разногласий и противоречий. Следующий раздел, который мы затронем, - «Технические требования», а именно пункт «Метрологические характеристики». В таблице 6 для обмоток TPY, TPZ нормируется полная погрешность при номинальной предельной кратности. Но в

ГОСТ Р МЭК 61865-2015, а, следовательно, и в IEC 61869-2-2012 нормирование полной погрешности при номинальной предельной кратности, как и самого ряда номинальной предельной кратности для обмоток защиты при переходных режимах, отсутствует. Следом перейдём к разделу B.2, а именно методологию испытаний, связанных с определением погрешности в переходных режимах прямым методом. Как раз в этом разделе фигурирует использование отсутствующих параметров, описанных выше. Также следует упомянуть и техническую трудность реализации прямого метода на практике. В связи с этим ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 наряду с прямым предполагает и косвенный метод определения данных параметров. К слову, опыт, который смогли передать нам иностранные изготовители трансформаторов в процессе проведения испытаний, основывается только на косвенном методе. Да, согласимся, что косвенные методы - это не панацея, и к ним всегда есть вопросы, но принять их во внимание стоит.

В заключении хотим кратко подвести итог всего вышесказанного. Техническая нужда рынка, описанная в данной статье, развивается очень стремительно, но темп подготовки нормативной базы существенно отстаёт. Производители защитных трансформаторов тока «принуждают» нас, как испытательную лабораторию, находить решения из сложившейся ситуации. Возникающие трудности нас нисколько не пугают, так как они только помогают нам в повышении нашей компетентности. Единственное, чего мы боимся – отсутствие единства измерений! Нерегламентированный подход к испытаниям в целях утверждения типа трансформаторов тока «нового поколения» вносит значительную неопределённость в точность этих испытаний. Остаётся надеяться, что в скором времени настанет момент, когда данная статья потеряет свою актуальность.