Защита оборудования подстанций от электромагнитного импульса

В. И. Гуревич






ЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИЙ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА

Учебное пособие 2-е издание











Москва Вологда Инфра-Инженерия 2023

  УДК621.316.925
  ББК31.27-05
       Г95







        Гуревич, В. И.
   Г95 Защита оборудования подстанций от электромагнитного импульса : учебное пособие / В. И. Гуревич. - 2-е изд. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. -304 с. : ил., табл.
           ISBN978-5-9729-1358-9

           Рассмотрены практические аспекты защиты электрооборудования подстанций на примере микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ) и силовых трансформаторов от разрушительного воздействия электромагнитного импульса высотного ядерного взрыва и других видов преднамеренных электромагнитных деструктивных воздействий, оборудование для производства которых интенсивно разрабатывают и совершенствуют в последние годы. Предложены различные технические решения и организационные мероприятия, направленные на повышение живучести подстанций.
           Для студентов электроэнергетических специальностей. Может быть полезно специалистам, занимающимся эксплуатацией электрооборудования на подстанциях, проектировщикам, производителям МУРЗ, руководителям отрасли, а также преподавателям, аспирантам.

УДК 621.316.925
ББК31.27-05








   ISBN 978-5-9729-1358-9 © Гуревич В. И., 2023
                         © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

            АВТОР



   Владимир Игоревич Гуревич - родился в г. Харькове (Украина) в 1956 г. В 1978 г. окончил факультет электрификации Харьковского национального технического университета им. П.Василенко по специальности «Электроснабжение с.х.». С 1980 по 1983 г. учился в аспирантуре. В 1986 г. защитил кандидатскую диссертацию в Национальном техническом университете «Харьковский политехнический институт» по специальности «Электрические аппараты».
   Работал преподавателем, и.о. доцента Харьковского национального технического университета им. П. Василенко,

главным инженером и директором Научно-технического предприятия «Ин-вентор» (г. Харьков). Руководил несколькими проектами по разработке новых видов аппаратуры, выполняемых по заказам Министерств оборонных отраслей промышленности СССР, после распада СССР занимался разработкой и организацией производства устройств автоматики для электроэнергетики. В настоящее время работает в Электрической компании Израиля в должности ведущего инженера-специалиста, начальника сектора Центральной электрической лаборатории.
   С 2006 г. Почетный профессор Харьковского национального технического университета им. П. Василенко. С 2007 г. эксперт комитета ТС-94 Международной электротехнической комиссии (МЭК).
   В.И. Гуревич автор 13 книг (6 из которых изданы в США), свыше 120 изобретений и свыше 190 научно-технических статей.


   В издательстве «Инфра-Инженерия» вышли следующие книги автора:
   -   Микропроцессорные реле защиты. Устройство, проблемы, перспективы, 2011, 336 с.
   -    Устройства электропитания релейной защиты: проблемы и решения, 2013, 228 с.
   -    Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения, 2014, 256 с.

   ООО НПП «ЭКТА» - научно-производственное предприятие «полного цикла», созданное в 1991 году российскими специалистами-релейщиками в г. Чебоксары и функционирующее без участия иностранного капитала. Предприятие специализируется на выпуске наукоемких комплектных устройств релейной защиты, автоматики и управления на новейшей микропроцессорной элементной базе, адаптированных к применению в составе систем АСУ ТП.
   Деятельность ООО НПП «ЭКРА» включает в себя:
   -  научно-исследовательские и опытно-конструкторскиеразработки;
   -  проектныеработы;
   -  производство;
   -  заводские испытания;
   -  шеф-наладку на объекте;
   -  обучение;
   -  гарантийное и сервисное обслуживание.
   Предприятие выпускает на собственной производственной базе:
   -    микропроцессорные комплектные устройства защиты генераторов, трансформаторов и блоков генератор-трансформатор любых мощностей для электростанций;
   -    микропроцессорные комплектные устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) подстанционного оборудования 6-750кВ;
   -  противоаварийная автоматика;
   -  цифровые аварийные осциллографы;
   -  программно-технический комплекс (ПТК) для АСУ ТП подстанций;
   -  системы оперативного постоянного тока;
   -  щиты собственных нужд;
   -  низковольтные комплектные устройства (НКУ);
   -    устройства плавного пуска и регулирования скорости двигателей напряжением 3-15 кВмощностью до17 МВт;
   -  преобразователи частоты для двигателей 3-10 кВ;
   -    статический возбудитель для синхронных двигателей мощностью до 12,5 МВт;
   -  оборудование ВЧ связи.
   Система менеджмента качества НПП «ЭКРА» сертифицирована на соответствие международному стандарту ISO 9001:2008. Выпускаемые предприятием устройства аттестованы для применения на энергообъектах ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «РусГидро», ОАО «Концерн «Росэнергоатом», ОАО «Газпром», АК «Транснефть».
   НПП «ЭКРА» аккредитовано Федеральной Службой по экологическому, технологическому и атомному надзору на право конструирования и изготовления оборудования для объектов атомной энергетики по 4-му и 3-му классу

безопасности. Более 500 шкафов микропроцессорных устройств РЗА, а также низковольтных комплектных устройств установлены на 10-ти атомных станциях нашей страны. Спектр выпускаемой продукции и предоставляемых предприятием услуг для объектов атомной энергетики постоянно расширяется.

   Особенности применения оборудования НПП «ЭКРА»:
   1.    Все имеющиеся решения на базе устройств НПП «ЭКРА» в части РЗА и ПА электрических станций и подстанций классов напряжения от 6 до 750кВ позволяют заменить практически 100% соответствующих устройств зарубежных производителей.
   2.    Применяемые НПП «ЭКРА» решения в части РЗА полностью отвечают отечественной идеологии построения комплекса РЗА электрических станций и подстанций, что позволяет обслуживающему персоналу подстанции легко адаптироваться при переходе с устаревших панелей защит на современные микропроцессорные. При использовании устройств РЗА зарубежных производителей необходимо провести большую работу по адаптации имеющегося технического решения под отечественные нужды, что приводит к увеличению сроков, стоимости и конечной надежности комплекса РЗА (в случае ошибок при конфигурации устройств).
   3.    Выпускаемая на НПП «ЭКРА» продукция по своему функционалу и надежности не уступает продукции ведущих мировых производителей релейной защиты и автоматики, однако имеет более низкую стоимость по сравнению с аналогичным оборудованием зарубежных производителей.
   4.    Все серийно производимые устройства РЗА 6-750кВ соответствуют требованиям стандарта МЭК61850. Устройствами поддерживаются протоколы связи согласно части стандарта МЭК 61850-8-1.
   5.    Для подстанций нового поколения, так называемых «Цифровых подстанций», имеются специализированные исполнения терминалов с поддержкой стандарта МЭК61850-9-2ЕЕ. Данные решения внедрены и проходят опытную эксплуатацию на ПС 220кВ «Чистополь» (Республика Татарстан, ОАО «Сетевая компания), ПС 220кВ «Венец» (Чувашская Республика, ОАО «ФСК ЕЭС»), Нижегородской ГЭС (ОАО «РусГидро»).
   6.    Обновление программного обеспечения производится более оперативно, чем у зарубежных производителей. При этом новое программное обеспечение изначально написано для русскоязычных пользователей, что минимизирует ошибки при пользовании программным продуктом.
   7.    Специалистами НПП «ЭКРА» осуществляется круглосуточная техническая поддержка. В случае применения импортного оборудования вопросы с заводом-изготовителем зачастую приходится решать на иностранном языке.

   8.    Имеется широкая сеть сервисных центров на всей территории России. Ремонт оборудования осуществляется в срок до 24 часов. При использовании оборудования зарубежных производителей сроки обслуживания и ремонта значительно увеличиваются.
   Предприятие вкладывает значительные средства в расширение и обновление производства. Производственные площади составляют более 25 ООО кв. метров, включая собственное производство металлоконструкций с оборудованием по металлообработке, гибке и лазерной резке, гальваническому и порошковому покрытиям. Имеющийся производственный потенциал позволяет выпускать около 4 тысяч шкафов в год. В связи с ежегодно возрастающими объёмами выпускаемой продукции, в 2011 году началось строительство нового производственного комплекса. В июне 2014 года состоялся торжественный пуск первой очереди многофункционального производственного комплекса, рассчитанного на выпуск 2000 шкафов НКУ и 200 единиц преобразователей частоты в год. Весь производственный комплекс позволит выпускать до 7000 шкафов релейной защиты, 4000 шкафов НКУ и 300 преобразователей. Запуск второй и третьей очередей планируется в 2015 и 2016 годах, соответственно.
   Открыты региональные представительства: ООО «ЭКРА-Центр» (г. Москва), ООО «ЭКРА-Сибирь» (г. Красноярск), ООО «ЭКРА-Восток» (г. Хабаровск), ООО «ЭКРА-Юг» (г. Пятигорск), ООО «ЭКРА-Северо-Запад» (г. Санкт-Петербург), ООО «ЭКРА-Урал» (г. Екатеринбург), ТОО «ЭКРА Казахстан» (г. Алматы), «EKRA-ASIA» (г. Ташкент), «ЭКРА-Туркмен» (г. Ашхабад).
   Продукцией НПП «ЭКРА» оснащено более 320 электростанций, 1800 подстанций классов напряжений 35-110-220 кВ, 177 подстанций класса напряжения 330-750 кВ и энергообъектов других отраслей промышленности. Оборудование НПП «ЭКРА» установлено в России и 10-ти зарубежных странах: Афганистан, Бангладеш, Вьетнам, Грузия, Ирак, Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан, Узбекистан, Украина.
   НПП «ЭКРА» готово предоставить потребителям широкий спектр оборудования собственного производства, отвечающего всем современным требованиям.

Адрес: Россия, 428003, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, д. 3
Телефон/факс: (8352) 22-01-10, 22-01-30 (автосекретарь) web: http://www.ekra.ru e-mail: ekra@ekra.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ


      Еще каких-нибудь 20 лет тому назад упоминание об электромагнитном импульсе ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ) можно было встретить в русскоязычной литературе лишь в брошюрках по гражданской обороне. Причем, именно краткое упоминание и не более того. Поэтому и воспринимается этот импульс как нечто весьма экзотическое и малопонятное. Военные, конечно, были хорошо осведомлены об этом эффекте ЯВ, но все сведения на эту тему тщательно засекречивали. В то время это было вполне оправдано, учитывая с какими техническими сложностями и материальными затратами эти сведения добывались. Однако в результате такой политики гражданские специалисты в различных отраслях техники до недавнего времени понятия не имели (а некоторые и до сих пор не имеют) об этом явлении и опасности, которую оно представляет.
      Между тем, современные тенденции развития техники, заключающиеся в расширяющемся повсеместном применении микроэлектроники, микропроцессоров, компьютеров, быстром росте производительности микропроцессоров, сопровождающемся резким увеличением количества микротранзисторов, приходящихся на единицу объема, снижением рабочих напряжений и уровней изоляции между внутренними элементами и слоями в кристалле, привели к резкому возрастанию уязвимости современной техники к ЭМИ ЯВ, с одной стороны, и к стимулированию интереса военных к использованию ЭМИ ЯВ в качестве самостоятельного и очень эффективного вида оружия - с другой. Если ранее этот поражающий фактор ЯВ интересовал военных лишь с точки зрения надежного поражения электронных систем самолетов и ракет противника силами противовоздушной обороны (боевые части многих ракет различных систем ПВО, даже небольшой дальности снабжались ядерными зарядами), то теперь пришло понимание того, что ЭМИ ЯВ является идеальным нелетальным оружием, позволяющем при подрыве ядерного заряда на большой высоте вывести из строя практически всю инфраструктуру противника без массового убийства людей. Это настолько воодушевило военных, что они заказали разработку специального ядерного заряда с усиленным эффектом электромагнитного импульса - так называемого «супер-ЭМИ». Параллельно, ускоренными темпами началась разработка чисто электромагнитного оружия, в котором мощное электромагнитное излучение, поражающее современные микроэлектронные и микропроцессорные системы, формируется неядерными средствами. Электромагнитные бомбы, снаряды, гранаты, ракеты с электромагнитными боеголовками, передвижные установки на колесном и гусеничном ходу, обеспечивающие мощное направленное излучение, поражающее электронику на большом расстоянии - все это уже давно не фантастика, а реалии нашего времени. С сожалением можно констатировать, что эти реалии по-прежнему остаются без достаточного внимания

4

Защита оборудования подстанций от электромагнитного импульса

   специалистов во многих областях техники, в частности, в области электроэнергетики. А ведь электроэнергетика - это основа инфраструктуры страны, без которой не возможно функционирование ни водоснабжения, ни связи, ни других важнейших систем жизнеобеспечения.
      В ряде предыдущих статей и книг автора обращалось внимание специалистов на актуальность этой проблемы в связи с возрастанием опасности разрушения электроэнергетической системы такими видами оружия. В данной книге сделан упор на практические рекомендации по защите электрооборудования подстанций от преднамеренных электромагнитных деструктивных воздействий, включая ЭМИ ЯВ.
      Следует особо отметить, что защита электрооборудования подстанций (да и других объектов электроэнергетики) от таких воздействий - проблема не только самих энергетиков, но и промышленности, производящей микроэлектронную и микропроцессорную аппаратуру для энергетики. Поэтому рекомендации, приведенные в книге, предназначены не только для персонала, занимающегося эксплуатацией электрооборудования, но также и для производителей такого оборудования, в первую очередь микропроцессорных устройств релейной защиты, специалистов проектных организаций, руководителей электроэнергетической отрасли, а также преподавателей, аспирантов и студентов электроэнергетических специальностей вузов.
      Только совместными усилиями специалистов можно предотвратить надвигающуюся опасность.

      Отзывы на книгу просьба направлять автору по адресу: vladimir.gurevich@gmail.com

Автор


5

      Защита оборудования подстанций от электромагнитного импульса

1, ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ


        1.1. Философия технического прогресса

         Рационально планируемое развитие техники все чаще приводит к иррациональным последствиям, и техника выступает в сознании человека не как нейтральное средство для удовлетворения его потребностей, а как самостоятельная цель, отчужденная сила.

/докт. фил. наук, проф. Попкова Н. В./

      Что такое технический прогресс? Философская энциклопедия дает такое определение:

         «Технический прогресс — взаимообусловленное, взаимости-мулирующее развитие науки и техники. Понятие было введено в 20 в. в контексте обоснования, использующего потребительное отношение к природе, и традиционной научно-инженерной картины мира. Цель технического прогресса определяется как удовлетворение постоянно растущих потребностей человека; способ удовлетворения этих потребностей — реализация достижений естественных наук и техники».

      Действительно, как пишет докт. фил. наук, проф. Попкова Н.В. в своей статье «Философия техники» [1], технологические инновации вводились людьми для улучшения жизни и удовлетворения потребностей: эту задачу техногенная среда выполняет, давая возможность все увеличивающемуся населению Земли получать материальные предпосылки существования. Но в последние годы все полнее проявляются другие последствия технологического роста: подавление собственно биологических и гуманитарных сторон жизни человека, вытеснение их техногенными качествами и закономерностями. Это вызывает двойственную оценку роли техногенной среды: ранее преобладавшую позитивную и набирающую вес негативную. Основная проблема заключается в трудностях управления техногенной средой, в невозможности контролировать ее развитие или хотя бы прогнозировать ее реакцию на внедрение оче

6

1. Технический прогресс и его последствия

  редных инноваций. Выявление на всех этапах технической деятельности непредсказуемых и нежелательных ее результатов показывает: техногенная среда всегда находилась отчасти вне контроля создающего ее человечества, а значит, обладала автономностью.
      Таким образом, далеко не всегда развитие техники направлено на «удовлетворение постоянно растущих потребностей человека», причем по нашим наблюдениям, такое свойство технический прогресс начал приобретать лишь во второй половине 20-го века.
      В одном старом научно-фантастическом романе был представлен занятный сюжет, развитие которого началось с довольно невинной вещи: необычного ночного звонка на все телефоны всем жителям планеты Земля. Этим звонком всем людям Земли возвестил о своем рождении Глобальный Разум. Оказалось, что на каком-то этапе развития количественный рост компьютеров перерос в новое качество: миллионы компьютеров, объединенных в общую сеть и управляющих всем и вся на планете Земля, вдруг осознали себя как единое целое, способное к самовоспроизводству посредством автоматизированных заводов и роботов, включенных в ту же сеть, а также к защите с помощью компьютеризированных систем вооружения, рассчитанных на уничтожение человека. С точки зрения Глобального Разума человечество было ничем иным, как рудиментом, балластом, пожирающим ресурсы планеты. Дальнейшее развитие сюжета читатели могут предугадать сами.
      Компьютерами с сетевым подключением уже сегодня управляются практически все виды современных промышленных производств, системы управления водоснабжением и электроснабжением, системы телекоммуникации и связи. В технической, а не в фантастической литературе появились термины: «разумная электрическая сеть» (Smart Grid), релейная защита с «искусственным интеллектом» (Artificial Intelligence). В технической, а не в фантастической литературе рассматриваются сегодня вопросы создания «умного жилища» (Smart House), в котором даже холодильник будет сам оценивать запасы хранящихся в нем продуктов, и на основе анализа их потребления будет составлять заказ и отсылать его по сети в ближайший супермаркет. Сегодня микропроцессоры можно найти уже где угодно, даже в крышке унитаза.
      Человечество семимильными шагами движется к созданию непредсказуемого Глобального Разума, предугаданного в старом фан-

7