Что такое релейная защита?

Каждое силовое устройство, связанное с электросетями, электростанциями, генераторами и электроустановками должно быть обеспечено необходимой защитой от неисправностей, нарушений, скачков напряжения, токов короткого замыкания (по правилам устройства электроустановок).

Устройства защиты должны:

  • оперативно выявлять и устранять непредвиденные повреждения в электросети, в оборудовании, для поддержания бесперебойной службы остальной энергосистемы;
  • оповещать о неисправности, наличии аварийного состояния через аудиальные и визуальные сигналы (звук, свет).

К таким устройствам защиты относится релейная защита и автоматика (РЗА). Релейная защита обеспечивает постоянное отслеживание состояния элементов энергосистемы и сигнализирует при выявлении расхождения с установленными нормами.

Зачем нужна РЗА

Любой комплекс релейной защиты и автоматики требует проверки и обслуживания. Появление неисправностей и несвоевременная их ликвидация может привести к повреждениям и поломке как элементов сети, так и питаемого электрооборудования.

К неисправностям можно отнести следующие виды аварийных режимов электросети:

  • Уменьшение частоты тока при спонтанном отключении генераторов по причине короткого замыкания или другого аварийного режима, а также отключения межсистемных или внутрисистемных электрических связей.
  • Повышенное напряжение при «перекосе фаз», резком отключении мощной нагрузки или неисправности оборудования.
  • Токовая перегрузка, чрезмерное нагревание изолирующего слоя кабелей и проводников, образование искры в местах контактных соединений.

Устройства РЗА оперативно производят отключение аварийных участков, расцепляя контакты, обесточивая источники энергии, деактивируя выключатели неисправных систем: электрическая дуга гаснет, короткое замыкание прекращается, требуемый уровень показателей электричества остальных участков энергосистемы восстанавливается.

Автоматика релейной защиты и разновидности РЗА

Признаковая типология релейной защиты:

  • Метод подключения может быть:
    • первичным – присоединение устройства к цепи;
    • вторичным – присоединение к трансформатору.
  • Тип исполнения может быть:
    • электромеханическим – устройство состоит из подвижных контактов, которые отключают цепь;
    • электронным, который обеспечивает цепь с применением полупроводниковых частей.
  • Назначение может быть:
    • измерительным – производит диагностику показателей;
    • логическим – реализует передачу сигналов и команд остальным механизмам.
  • Метод работы может быть:
    • прямого действия – связь напрямую с устройством, отвечающим за выполнение отключения механическим путем;
    • косвенного действия – управление электрической цепью происходит с привлечением электромагнита, который обесточивает сеть питания.

Основные виды РЗА:

  • Дистанционная (ДЗ): используется на сложных объектах, где МТЗ не справляется, в случаях, когда ток КЗ сопоставим с током допустимого режима работы защищаемого элемента сети. Этот вид защиты способен вычисли расстояние до участка, где зафиксирован аварийный режим работы и сработать с требуемой выдержкой времени, зависимой от расстояния.

Микропроцессорный терминал РЗА
Микропроцессорный терминал РЗА

  • Дифференциальная токовая защита: на выходе и входе сравниваются показатели токов. Если есть расхождение, превышающее значение уставок (заданных значений) – активируется защита. Данный вид применим для защиты монтажа устройств, таких как генераторы, трансформаторы, шины.
  • Дифференциально-фазная (ДФЗ): производится проверка фаз по краям линии питания. Если есть превышение заданного значения тока, подача электроэнергии прекращается.
  • Защита минимального напряжения: если показатели критического значения снижены, производится отключение электрооборудования. Данный вид подразделяется на групповую и индивидуальную защиты.
    Групповая защита минимального напряжения отключает группу энергопотребителей. Применяется в основном на электростанциях с целью обеспечения надежной деятельности дорогостоящих установок, оборудования, при наличии угроз спонтанного снижения напряжения. Аналогичный принцип работы и у индивидуальной защиты, но отсоединение от сети производится у одного энергопотребителя.
  • Защита максимального напряжения. Создаются по принципу минимальных с теми же измерительными органами, но само реле напряжения настраивается на срабатывание по уставке увеличения, превышающей определенный, допустимый уровень напряжения для работающей схемы.
  • Логическая (ЛЗШ): обеспечивается защита шин. Ее задача – отключить короткое замыкание на шинах РУ за минимально возможное время, ограничивающееся только собственным временем срабатывания электронной части терминала. Обычно это от 0,1 до 0,15 с.

Программируемый логический контроллер
Программируемый логический контроллер

  • Максимальная токовая защита (МТ): включение происходит при достижении максимально определенного значения величины тока, которое было введено при установке.
  • Направленная максимальная токовая защита (МТЗ): помимо настройки тока, производится контроль за показателями направления мощности.

Устройство дистанционной защиты
Устройство дистанционной защиты

Функции автоматики:

  • Автоматическая частотная разгрузка отключает наименее важные энергопотребители в случае снижения частоты тока в сети.
  • Автоматическое повторное включение - применяется на линиях электропередач более 1000 вольт, а также в сборках ТТ, электродвигателей и шин подстанций. Повторно запускает отключенный в результате работы АВР выключатель через указанное время.
  • Автоматический ввод резерва (АВР) – используется для подключения к резервному источнику питания, если на рабочем источнике питания зафиксирован аварийный режим.
  • Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) также применятся для сетей, напряжение которых превышает 1 кВ. Если выключатель поврежденного участка выдаст отказ на отключение, УРОВ отключит следующий, во избежание аварии.

Каждый комплект защиты можно поделить на две части:

  • Реагирующая часть (Измерительные органы) – основная часть, состоящая из элементов, отслеживающих параметры защищаемой сети и передающие сигналы и команды на логическую часть.
  • Логическая часть (Оперативная) – принимает сигналы от измерительной части и если их значения, последовательность, сочетание и прочее активирует заранее запрограммированный алгоритм.
  • Устройство релейной защиты и автоматики: основные элементы РЗА

Устройство релейной защиты и автоматики схематично выглядит следующим образом:

Схема устройства релейной защиты и автоматики

1. Электрический сигнал

2. Блок наблюдения электрических процессов.

Ведущая задача блока – мониторинг устройствами (трансформаторы напряжения и тока, датчики и т.д.) электрических процессов, проходящих в электросистемах. Сигналы выхода для сверки с показателями настроенных значений (уставок) и отклонений предоставляются напрямую блоку логики. Сигналы данного блока могут оцифровываться и передаваться дальше.

3. Блок логики и анализа.

Задача блока – производить сравнение входящих сигналов с предельными значениями уставок. Небольшие несовпадения активируют защиту.

4. Исполнительный блок

Задача блока – переключение цепей электроустановки по конкретной схеме действий с принципом исключения дефектов энергооборудования и удара электрическим током. Данный блок постоянно активен к моментальному поступлению сигналов от блока логики.

5. Сигнальный блок.

Задачи блока – оповещения при аварийной ситуации с использованием специальных сигнальных устройств визуального, звукового и светового уведомления; сохранение данных о происходящих процессах, так как скорость человеческой реакции намного ниже отклика сигнальных приборов оповещения на процессы электроустановок.

Требования к устройствам РЗА

1. Селективность. Если возникает угроза короткого замыкания, релейная защита лишает питания только конкретный участок. Прочие элементы энергосистемы должны непрерывно функционировать.

Требование состоит из двух подпунктов:

  • относительная селективность – максимально-токовая и дистанционная защита;
  • абсолютная селективность (избирательность): охватывает все виды дифференциальных защит. Обнаружить и локализовать участок с неисправностью можно в структуре сети любой сложности.

2. Надежность. РЗА должна следовать своим охранным функциям: обеспечивать бесперебойность реакции на протяжении всего периода использования при любых внешних условиях.

Надежность обслуживания и эксплуатации РЗ рассматривается в трех случаях:

  • в ситуации внутреннего короткого замыкания в рабочей зоне;
  • в ситуации внешнего короткого замыкания за пределами рабочей зоны;
  • в ситуации исправной работы.

Выделяется эксплуатационная и аппаратная надежность устройств.

3. Быстродействие. От скорости реакции на отсоединение аварийного участка или элемента электросети сети зависит устойчивость всей энергосистемы. Промежуток времени обесточивания аварийного участка делится на две составляющих:

  • срабатывание защиты (применяется в ситуации дальнего расположения защиты);
  • действие привода выключателя.

4. Чувствительность. Функция РЗ активно реагировать на любые отклонения от нормального, установленного режима. Типы всевозможных повреждений определяются по минимальному порогу уставок, прибегая к расчетам с коэффициентом 1,5-2.

Эксплуатация и обслуживание устройств РЗА

Обслуживание релейной защиты и автоматики осуществляется оперативным персоналом и включает:

  • проверку правильности расположения переключающих устройств на панелях и шкафах РЗА, крышках испытательных блоков;
  • проверку исправности предохранителей или автоматических выключателей в цепях управления и защит;
  • проверку функциональности устройства релейной защиты по параметрам, имеющимся на аппаратах и панелях (шкафах) устройств внешней сигнализации и приборов;
  • анализ результатов опробования выключателей и иных аппаратов;
  • проверку обменных сигналов высокочастотных защит;
  • проведение измерения контролируемых показателей устройств высокочастотного телеотключения, низкочастотной аппаратуры каналов автоматики, высокочастотной аппаратуры противоаварийной автоматики;
  • проведение измерения напряжения небаланса в защите шин и устройств контроля изоляции вводов;
  • проведение измерения напряжения небаланса в разомкнутом треугольнике трансформатора напряжения;
  • проверку результатов опробования устройств автоматического повторного включения, автоматического включения резерва и фиксирующих приборов;
  • выполнение активации часов автоматических осциллографов и т.д.

Работы в функционирующих электроустановках со сложными связями или требующих управления некоторых периодов работ, производятся по программам, направленным на обслуживание релейной защиты и автоматики. За составление программ отвечают специалисты, отвечающие за обеспечение порядка работ релейной защиты в действующих электроустановках. Программы гарантируют исключение снижения надежности работы электростанций и подстанций, следуют требованиям безопасности персонала, проводящего данные операции.

На все работы по ТО и испытаниям устройств, обслуживание РЗА действующих электроустановок оформляются оперативные заявки.

Какие устройства РЗА производит СВЭЛ

Группа СВЭЛ производит оборудование релейной защиты и автоматики: шкафы релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации с функциями РЗА подстанционного оборудования напряжением 35 кВ.

Изготовление шкафов ШЭ-СВЭЛ проходит в соответствии с Техническими условиями 0ЭТ.606.001 ТУ и в соответствии с требованиями технического регламента Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» (ТР ТС 004/2011).

Функционал шкафа зависит от установленных устройств микропроцессорной защиты и автоматики. Описание логики работы устройств находится в Руководстве по эксплуатации.

Гарантийный срок службы устройств не менее 25 лет. Данный срок указан с условием выполнения требуемых технических процедур обслуживания и замен материалов и комплектующих с меньшим сроком службы.

Преимущества РЗА производства СВЭЛ

Шкафы ШЭ-СВЭЛ имеют массу преимуществ:

  • многофункциональность;
  • простота настройки и эксплуатации;
  • эффективная система самодиагностики;
  • экономичное энергопотребление.

В комплектации объединены несколько типов защиты для электроустановок, регистрация аварийных состояний происходит с точным определением их местоположения в электросети. Установка оборудования для эксплуатации требует минимальных временных затрат.

Сотрудничество с сертифицированным поставщиком – залог четкой и продуктивной работы. Практика показала, что в электроэнергетической отрасли не стоит пренебрегать устройствами релейной защиты и автоматики, это чревато дополнительными расходами и издержками.