Релейная защита и автоматика РЗА

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.

МПУ БМРЗ-152

• 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 защита шин (ЛЗШ): обеспечивает защиту 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

• Максимальная токовая защита (МТЗ): токовая защита с выдержкой по времени, работа которой происходит при превышении силы тока на защищаемом участке значения тока уставки с выдержкой по времени. Токовая уставка – значение величины тока, при превышении которого происходит срабатывание защиты.
• Направленная максимальная токовая защита (МТЗ): помимо настройки тока, производится контроль за показателями направления мощности.

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:

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.