Наводченко Д.О.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ *
Аннотация:
в статье анализируются аспекты уязвимости интеллектуальных выключателей к электромагнитным импульсам, особое внимание уделяется воздействию на цифровые компоненты: микропроцессоры, интерфейсы обмена данными и системы синхронизации. Рассмотрены основные риски - ложные срабатывания защит, нарушение передачи данных и сбои синхронизации. Предложены комплексные решения по обеспечению электромагнитной совместимости, включая аппаратную защиту и алгоритмические методы.
Ключевые слова:
интеллектуальные выключатели, электромагнитные помехи, обеспечение совместимости, помехоустойчивость
В рамках динамичной цифровизации электроэнергетической отрасли, внедрение интеллектуальных выключателей на объектах электроэнергетики является одним из перспективных направлений. Эти устройства сочетают функции силовой коммутации с цифровым управлением и мониторингом и позволяют существенно повысить надежность, быстродействие и точность работы систем защиты и автоматики.Однако внедрение и эксплуатация интеллектуальных выключателей на объектах энергетики требует обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС) в условиях интенсивных электромагнитных воздействий, характерных для оборудования подстанций. Поэтому целью настоящего исследования является разработка комплексного подхода к обеспечению ЭМС интеллектуальных выключателей, включающего анализ источников электромагнитных помех на подстанциях, оценку уязвимости цифровых компонентов интеллектуального выключателя, а также предложение и методов защиты чувствительного к ЭМС оборудования.Практическая значимость работы заключается в создании инженерных рекомендаций, позволяющих обеспечить надежную работу интеллектуальных выключателей в условиях интенсивных электромагнитных воздействий, характерных для высоковольтных подстанций. Необходимо исследовать меры обеспечения устойчивой работы микропроцессорных систем управления, измерительных цепей, цифровых интерфейсов связи, систем питания и синхронизации.Перейдем к анализу источников электромагнитных помех на подстанциях. Современные подстанции представляют собой сложные технические комплексы, где оборудование высокого и низкого напряжения взаимодействует через разветвленные кабельные сети. Как свидетельствуют исследования [1], основными источниками электромагнитных помех являются: коммутационные процессы в силовых цепях (до 85% всех помех), грозовые разряды (до 10%), а также электростатический разряд и радиочастотные наводки. Особую опасность представляют наносекундные импульсные помехи с, возникающие при отключении токов короткого замыкания, они способны проникать во вторичные цепи через емкостные связи и измерительные трансформаторы.Анализ электромагнитной обстановки (ЭМО) показывает, что помехи на подстанциях имеют сложный вероятностный характер. Регулярные помехи (составляют до 70% случаев, к ним относятся коммутационные перенапряжения и гармонические искажения) относительно легко прогнозируются. Однако значительную проблему представляют случайно возникающие помехи - импульсы от грозовых разрядов или резонансные явления. Их сложно учитывать при проектных расчетах из-за их стохастической природы. Существующие методики оценки ЭМО не учитывают комплексное взаимодействие различных источников помех и их влияние на чувствительное электронное оборудование.Для комплексного анализа помех требуется сочетание расчетных и инструментальных методов. Наиболее эффективным подходом, по мнению автора данной статьи, является натурное моделирование переходных процессов при приемо-сдаточных испытаниях, когда на шины подается пониженное напряжение (сотни вольт) и фиксируются амплитудно-частотные характеристики помех во вторичных цепях. Однако, безусловно, этот метод не позволяет полностью оценить спорадические воздействия, что обуславливает необходимость создания систем постоянного мониторинга ЭМО с датчиками различных типов - для контроля как импульсных перенапряжений, так и электромагнитных полей в реальном времени.Как говорилось ранее, интеллектуальный выключатель представляет собой сложную систему, включающую силовые коммутационные элементы, цифровые блоки управления, датчики и системы связи. Каждый из этих компонентов обладает специфической уязвимостью к электромагнитным импульсам, что может привести к нарушению его работы. Рассмотрим основные риски по элементам:Со стороны систем управления необходимо учесть риски сбоев в работе процессора и памяти. Высокочастотные ЭМИ могут вызывать "зависание" программного обеспечения, сброс контроллера или искажение данных в оперативной памяти. Кроме того, импульсные помехи в цепях управления (например, отключение/включение выключателя) могут приводить к ложным срабатываниям или блокировке команд.С точки зрения цифровых интерфейсов связи необходимо учитывать возможные импульсные наводки в медных линиях (например, экранированных витых парах), т.к. они могут вызывать потерю или повреждение данных, что критично для GOOSE-сообщений и синхронизации. Также возможны сбои оптоволоконных трансиверов: несмотря на устойчивость оптоволокна, электронные компоненты (SFP-модули) чувствительны к ЭМИ, что может нарушить передачу SV-данных. Наконец, при нарушениях синхронизации, задержки или пропадание синхросигналов ведут к ошибкам в дифференциальной защите и регистрации аварийных событий.На стороне измерительных органов также возможно влияние ЭМИ. Они могут создавать наводки через емкостные связи, приводя к искажению сигналов, что критично для быстродействующих защит (например, дифференциальной или дистанционной).Помимо вышеперечисленного, под воздействием ЭМИ возможны ложные срабатывания силовых ключей, блокировка выключателя, разряды по цепям заземления, сбои импульсных источников питания [3].Таким образом, для возможности внедрения на реальных объектах энергетики интеллектуальных выключателей, необходимо формирование и последующая стандартизация защитных мер. Для обеспечения надежной работы интеллектуальных выключателей необходимо применять многоуровневую защиту. Для этого комплексно должны быть реализованы следующие мероприятия: экранирование и гальваническая развязка критичных цепей, фильтрация помех в цепях питания и связи, резервирование цифровых каналов, активный мониторинг ЭМО с датчиками перенапряжений и помех. Без таких мер даже кратковременный ЭМИ может вызвать катастрофический отказ системы защиты и автоматики. Реализация фильтров помех, а также расчетные методы мониторинга ЭМО могут подразумевать применение систем искусственного интеллекта, машинного обучения, алгоритмов нечеткой логики.Проведенный анализ демонстрирует, что интеллектуальные выключатели, несмотря на их преимущества в области цифровизации и автоматизации энергосистем, обладают значительной уязвимостью к электромагнитным импульсам (ЭМИ) различной природы. Ключевые риски связаны с нарушением работы микропроцессорных компонентов, искажением в работе цифровых интерфейсов связи (GOOSE/SV), сбоями в системах синхронизации, а также деградацией точности измерительных цепей (ОТТ, ТН, катушки Роговского).Для минимизации указанных рисков рекомендовано применять аппаратные меры (такие, как экранирование кабельных трасс, установка фильтров помех, ограничителей перенапряжения), программно-алгоритмические методы, а также системный мониторинг электромагнитной обстановки. Реализация предложенных мер позволит обеспечить соответствие интеллектуальных выключателей требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) в условиях жестких промышленных помех, характерных для высоковольтных подстанций.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Наводченко Д.О. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 2137 - 2142. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23541 (дата обращения: 12.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+