С целью определения проблематики в части аварийности в АО «ННК» выполнен анализ действующей схемы электроснабжения и статистики аварийных отключений. За 2020–2024 гг. произошли 73 аварийных отключения во внешних и собственных сетях. В собственных сетях компании зафиксировано 45 аварийных отключений, из них:
в сети 110 кВ — 6, в сети 6 кВ — 34 и в сетях до 1 кВ — 5. Таким образом выявлено, что наименьшей надежностью обладают электрические сети 0,4–6 кВ, для которых требуются разработка и внедрение мероприятий на повышение их надежности.

Основным потребителем электроэнергии в АО «ННК» являются электродвигатели 0,4–6 кВ, применяемые для насосов, вентиляторов, компрессоров (турбокомпрессоров). Система электроснабжения для электродвигателей состоит из основного электрооборудования: понижающих трансформаторов, кабельных линий, автоматических выключателей, частотных преобразователей.

Поврежденное или отключенное электрооборудование за 2020–2024 гг.
в сети 0,4–6 кВ:
1. Кабельные линии — 24 отключения.
2. Электродвигатели — 5 отключений.
3. Автоматические выключатели — 3 отключения.
4. Трансформаторы — 2 отключения.
5. Иное оборудование в распределительных устройствах 0,4–6 кВ, такие как частотные преобразователи, устройства автоматики, — 5 отключений.

В результате анализа актов внутренних расследований происшествий и причин аварийных отключений выявлено, что значительная часть аварийных отключений (табл. 1)
на начальной стадии развития происходила из-за перегрева контактных соединений, связанного с ослаблением соединения, или проблематики диэлектрика из-за старения изоляции. Например, произошло аварийное отключение, связанное с перегревом контактных соединений на частотном преобразователе (рис. 1) для электродвигателя 0,4 кВ.

На основании проведенного анализа выявлены проблемные зоны в системе электроснабжения 0,4–6 кВ, при этом частыми местами происшествий являются шкафы распределительных устройств с автоматическими выключателями, частотными преобразователями, кабельными вводами. Большая часть аварийных отключений начинается с перегрева контактных соединений [1], которые при оперативном диагностировании дефекта на ранней стадии развития возможно было предотвратить.

В компании для оценки технического состояния без вывода в ремонт применяются визуальный и тепловизионный контроль [2, 3] в распределительных устройствах с периодичностью не реже 1 раза в год. При этом выполняется осмотр только доступных узлов и элементов оборудования.

Методика [2] оценки состояния контактов тепловизионным контролем предполагает следующую последовательность действий:
1. Измерение температуры нагрева КС (Т_раб).
2. Определение превышения температуры ΔТ_раб — разность между измеренной температурой нагрева (Т_раб) и температурой окружающего воздуха (Т_возд).
3. Определение избыточной температуры — превышение измеренной температуры контролируемого узла над температурой аналогичных узлов других фаз, находящихся в одинаковых условиях.
4. Измерение силы тока в цепи (I_раб) и определение соотношения к номинальному току I_ном.

Предельные значения температуры нагрева [2], превышение которых влечет к перегреву контактных соединений и нарушению диэлектрических свойств изоляции, приведены в таблице 2.

Для контактов и болтовых КС нормативами следует пользоваться при токах нагрузки
от 0,6 до 1 I_ном после соответствующего пересчета. Пересчет превышения измеренного значения температуры к нормированному осуществляется по формуле (1):

где ΔТ_ном — соответствующее превышение температуры, °С, при I_ном; ΔТ_раб — превышение температуры, °С, измеренное при I_раб; I_раб — рабочий ток нагрузки электрооборудования в момент измерения, А; I_ном — номинальный ток нагрузки электрооборудования, А.

Тепловизионный контроль электрооборудования и токоведущих частей проводится при токах нагрузки 0,3 I_ном и выше.
Для контактов, болтовых КС при токах нагрузки (0,3–0,6) I_ном оценка их состояния проводится по избыточной температуре. В качестве норматива используется значение температуры, пересчитанное на 0,5 I_ном.
Для пересчета используется соотношение (2):

где ΔТ0,5 — соответствующее превышение температуры, °С, при 0,5 I_ном; ΔТ_раб — превышение температуры, С°, измеренное при I_раб; I_раб — рабочий ток нагрузки электрооборудования в момент измерения, А; I_ном — номинальный ток нагрузки электрооборудования, А.

Если полученное при расчете значение температуры меньше измеренного, то для анализа состояния КС принимается измеренное значение.

При оценке состояния контактов, болтовых КС по избыточной температуре и токе нагрузки 0,5 I_ном различают следующие ступени неисправности:
• избыточная температура от 0,00 до 5,00 °С — оборудование исправно;
• избыточная температура в диапазоне от 5,01 до 10,00 °С — начальная степень неисправности;
• избыточная температура в диапазоне от 10 до 30 °С — развившийся дефект;
• избыточная температура более 30 °С — аварийный дефект.

В связи с нормированием на объектах компании выполнения работ по тепловизионному контролю один раз год, при нагрузках меньше 0,6 I_ном применяемая методика [2] не обладает необходимой точностью определения неисправностей и выявления дефекта на начальной стадии развития.

Согласно выявленной проблематике выполнен поиск новых решений по непрерывному и дистанционному контролю состояния контактных соединений и возможности анализа времени сопутствующих перегреву событий в сети.
По результатам предварительной технико-экономической оценки в заявке на опытно-промышленные испытания (ОПИ) была рассчитана положительная экономическая эффективность применения на объектах АО «ННК» новой технологии — тепловизионного реле защиты (ТР) для контроля температуры контактных соединений.

ТР выполняет анализ температуры каждого пикселя тепловизионной матрицы и фиксирует недопустимый нагрев объекта (рис. 2, 3) при превышении допустимой температуры с задержкой срабатывания. При выявлении перегрева формируется выходной триггерный сигнал «Превышение допустимой температуры», который может быть назначен на выходное реле и передан в систему автоматизированного управления.

Основные факторы выбора технологии для проведения ОПИ при сравнении с другими аналогичными технологиями:
• дистанционный контроль состояния контактных соединений с выводом информации о температуре и сигнализации при перегреве на автоматизированное рабочее место оператора;
• капитальные и ежегодные операционные расходы на технологию;
• количество защищаемых элементов и их контактных соединений.

С целью проверки и подтверждения работоспособности и конструктивной надежности ТР
разработана программа ОПИ, в которой установлены основные и дополнительные критерии оценки эффективности:
1. Подтверждение возможности выполнения монтажных и пуско-наладочных работ ТР персоналом (без специальной подготовки).
2. Отсутствие отказов ТР за период ОПИ.
3. Отсутствие технологических нарушений по причине перегрева в зоне контроля системы ТР.
4. Отсутствие аварийных отключений по причине неисправности испытываемого ТР или ошибочной сигнализации о превышении температуры за период ОПИ.
5. Обеспечение передачи данных, обработки и визуализации на автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора.
6. Точность измерения температуры ТР.
7. Факт срабатывания ТР при превышении допустимой температуры в зоне контроля — дополнительный критерий.

Для испытаний осуществлен выбор трех объектов по следующим критериям: объекты с наибольшим потенциальным ущербом в зависимости от времени устранения аварии и объекты с наибольшим потенциальным ущербом в зависимости от материально технических затрат на восстановление электроснабжения и работоспособности оборудования.

Схема подключения ТР [4] представлена на рисунке 4. ТР от автомата 220В получает питание, при срабатывании 1-й ступени реле в ячейке включается сигнальная лампочка (HLR1), которую возможно отключить кнопкой сброса SB. Факт срабатывания реле фиксируется в программном обеспечении на компьютере и в журнале реле. Контакты срабатывания 2-й ступени не задействованы, так как автоматическое отключение оборудования в рамках программы ОПИ не предусмотрено.

Монтаж трех ТР [4] выполнен в шкафах РУ (рис. 5) с февраля 2024 года по июнь 2025 персоналом АО «ННК» на трех объектах по мере вывода оборудования в ремонт:
ТР № 4167 — 26.02.2024, ТР № 4178 — 31.05.2024, ТР № 4208 — 20.06.2024.

В процессе монтажа ТР выполнялась оценка технологичности операций монтажа. Пуско-наладка ТР выполнена с выполнением активации реле, синхронизации по времени.

Настройка уставок ТР в соответствии [4] выполнялась на месте в распределительном устройстве с помощью смартфона (рис. 5) и мобильного приложения:
1-я ступень — температура срабатывания 90 °С, время задержки срабатывания ТР 60 секунд.
2-я ступень — температура срабатывания 70 °С, время задержки срабатывания ТР 300 секунд.

Проверен факт срабатывания реле (рис. 6) при температуре уставки 25 °С и сигнализации факта срабатывания на лампочку. При попадании в зону контроля реле источника тепла более 25 °С реле сработало (замыкание на «сухой» контакт), сигнальная лампа включилась.

Выполнена проверка связи (передачи данных) ТР с автоматизированного рабочего места оператора и при подключении (рис. 5) на месте в распределительном устройстве с помощью смартфона по Bluetooth. После проверки срабатывания в ТР № 4167 со смартфона выполнен просмотр журнала записи срабатывания с № 1 по № 18 (рис. 6).

После монтажа ТР проводились замеры температуры с помощью пирометра, по результатам проверки расхождений больше 5 % с показаниями реле не выявлено.
Выполнено подключение ТР № 4178 к компьютеру согласно схеме на рисунке 4. Проверена работа программного обеспечения в части изменения уставок, ввода информации по объекту и просмотра журнала событий в ТР на компьютере (рис. 7, 8).

При выполнении работ 25.10.2024 г. по замене насоса Н3 и шкафа управления на П/СТ-45 демонтирован ТР № 4167. Повторный монтаж ТР № 4167 выполнен
в П/СТ-45 09.06.2025, замечания при повторном монтаже и эксплуатации ТР не выявлены.

В ходе ОПИ проводились периодические осмотры реле (сведены в таблицу 3)
с фото-, видеофиксацией и проверкой температуры контактов с помощью пирометра, по результатам проверки расхождений больше 5 % с показаниями реле не зафиксировано. Критерий № 6 «Точность измерения температуры ТР» — достигнут.

Фактических (рабочих) срабатываний ТР при превышении температуры не зафиксировано по состоянию на 09.09.2025 г. Все срабатывания реле вызваны искусственно при проверке или настройке в работу.

Дополнительно в рамках ОПИ [4] выявлены следующие технические особенности испытываемого решения:
• ТР формирует журнал срабатываний по количеству срабатываний пикселей матрицы, таким образом одно срабатывание реле записывается множественными событиями в количестве от 18 до 34 шт. При этом журнал в ТР на 400 записей, и появление нового события вызывает удаление наиболее старой записи; в случае если не подключен ПК, информация о срабатывании не сохраняется.
• ТР, при необходимости, возможно демонтировать и повторно устанавливать в другое место контроля без повреждения оборудования и реле.
• ТР формирует отчетный журнал событий, но отсутствует возможность выгрузить данные с ПК или по Bluetooth с ТР в любой другой формат (Excel, Word) для хранения и обработки информации.