Что делает релейная защита при срабатывании

Релейная защита и автоматика РЗА

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.
- электромеханическим – устройство состоит из подвижных контактов, которые отключают цепь;
- электронным, который обеспечивает цепь с применением полупроводниковых частей.
- измерительным – производит диагностику показателей;
- логическим – реализует передачу сигналов и команд остальным механизмам.
- 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
- 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
- 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
- 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.

Релейная защита

В электрической части энергосистем могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций линий электропередачи и электроустановок потребителей электроэнергии. Повреждения вызывают появление значительных аварийных токов и сопровождаются глубоким понижением напряжения на шинах электростанций и подстанций. Ток повреждения выделяет большое количество теплоты, которые вызывает сильное разрушение в месте повреждения и опасное нагревание проводов неповрежденных ЛЭП и оборудования, по которым этот ток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы элементов энергосистемы.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи. Для уменьшения разрушений в месте повреждения и обеспечения нормальной работы неповрежденной части энергосистемы необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной части энергосистемы. Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно принять меры к их устранению, а при необходимости отключить оборудование, оказавшееся в недопустимом для него режиме.

Выявление и отключение повреждений следует производить очень быстро — в большинстве в течение сотых и десятых долей секунды, что может быть обеспечено только средствами автоматики. В связи с этим возникла необходимость в создании и применении автоматических устройств, защищающих энергосистему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов. Первоначально в качестве подобной защиты применялись плавкие предохранители. Впоследствии были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи электрических автоматовреле. Такой способ получил название релейной защиты.

Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить поврежденный участок и отключить его от энергосистемы, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.

При возникновении ненормальных режимов РЗ также должна выявлять их и в зависимости от характера нарушения либо отключать оборудование, если возникла опасность его повреждения, либо производить автоматические операции, необходимые для восстановления нормального режима, либо осуществлять сигнализацию оперативному персоналу, который должен принимать меры по ликвидации ненормальности.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем.

Структура РЗ и ее основные элементы

Релейную защиту можно рассматривать как управляющую систему, которая в общем случае получает информацию о токах, напряжениях и состоянии коммутационных элементов в отдельных частях энергосистемы. В результате обработки этой информации РЗ вырабатывает управляющие сигналы для выключателей (команды отключения или включения), а также различные сообщения, позволяющие фиксировать или анализировать процессы, протекающие в энергосистеме, и функционирование самой РЗ.

Каждое устройство РЗ, призванное обнаружить повреждение и дать команду на отключение силового выключателя, имеет три структурные части: измерительную (реагирующую), логическую (оперативную) и управляющую (исполнительную).
- Измерительная часть осуществляет непрерывный контроль за состоянием защищаемого объекта и, реагируя на появление в нем повреждения (или ненормального режима), срабатывает и выдает дискретные сигналы на вход логической части, приводящие ее в действие. В качестве контролируемых величин (входных сигналов) служит в зависимости от вида РЗ ток и/или напряжение защищаемого объекта. Эти величины в установках с рабочим напряжением выше 1000 В подводятся к измерительной части защиты через измерительные трансформаторы тока и напряжения.
- Логическая часть воспринимает дискретные сигналы измерительной части, производит с помощью логических элементов (реле) по заданной программе логические операции и подает выходной сигнал о срабатывании РЗ на управляющую часть.
- Управляющая часть служит для усиления сигнала логической части до значения, необходимого для отключения выключателя и приведения в действие других устройств (поскольку сигналы логической части, особенно при выполнении ее на полупроводниковых элементах, обычно имеют недостаточную мощность) и для размножения сигнала логической части.
Кроме того, в качестве структурной части РЗ следует назвать источник питания — специальный источник стабильного напряжения для приведения в действие элементов логической и управляющей частей, подачи команды на отключение выключателей, а также для питания полупроводниковых элементов измерительной и логической частей.

Устройство РЗ состоит из реле, соединенных между собой по определенной схеме. В практике релестроения используются три типа элементных баз:
- электромеханическая, которая может применяться для реализации всех функциональных частей и органов РЗ в виде электромеханических реле;
- полупроводниковая, которая может использоваться для реализации всех функциональных частей и органов РЗ в виде полупроводниковых элементов, аналоговых и цифровых микросхем;
- микропроцессорная, которая может использоваться для реализации измерительной и логической частей РЗ на базе систем, основным элементом которых являются микропроцессоры.
Основные требования к устройствам РЗ. Виды устройств РЗ

Основными показателями релейной защиты, характеризующими ее функции в энергосистеме, являются чувствительность и селективность. Первая — это свойство РЗ реагировать на возможные повреждения на защищаемом участке и достаточно быстро их отключать, с тем чтобы сохранялась работоспособность как отключенных, так и оставшихся в работе элементов сети; вторая — это свойство РЗ формировать команды отключения только поврежденного участка или минимального числа участков электрической сети вблизи места повреждения, с тем чтобы свести к минимуму недоотпуск электроэнергии потребителям.

Реализация этих функций осуществляется устройствами РЗ, которые должны удовлетворять ряду требований по обеспечению их правильного функционирования в реальных режимах работы энергосистемы. В соответствие со стандартом МЭК 50(448)-1995, неправильное функционирование защиты может выражаться в виде отказа защиты в функционировании или в непредусмотренном функционировании (излишнее действие). С точки зрения правильного функционирования к устройствам РЗ предъявляются следующие требования:
- статическая устойчивость функционирования как способность устройства РЗ сохранять стабильность измерения и обеспечивать точность измерения, характеристики, параметры и настройки, при условии, что эти входные величины являются установившимися; она определяется в основном выполнением требований по точности параметров, характеристик, настроек в заданных диапазонах входных сигналов;
- динамическая устойчивость функционирования, которая характеризует способность устройства РЗ обеспечивать свои функции с учетом переходных процессов, возникающих при коротком замыкании и коммутациях в энергосистеме и самом устройстве РЗ. Требование динамической устойчивости функционирования учитывается при разработке алгоритмов и конструкции устройств РЗ;
- устойчивость к влиянию внешней среды, среди видов воздействий которой — электрические, механические и климатические;
- надежность РЗ, под которой понимается вероятность выполнения ею требуемых функций при заданных условиях в течение заданного промежутка времени. Стандартом МЭК 50(448)-1995 определяются понятия надежности несрабатывания и надежности срабатывания.
Все РЗ делятся на основные и резервные. Основными называются РЗ, обеспечивающие отключение повреждений в пределах защищаемого элемента с требуемыми быстротой и чувствительностью. Резервными называются РЗ, осуществляющие резервирование основной РО в случае ее отказа или вывода из работы и защиту следующего участка в случае отказа его РЗ или выключателя.

По способу обеспечения селективности действия РЗ подразделяются на два вида — с абсолютной селективностью, зона действий которых не выходит за пределы защищаемого объекта, действия выполняются без выдержки времени; и с относительной селективностью, действующие при коротком замыкании как на защищаемом элементе, так и за его пределами, селективность обеспечивается при этом подбором выдержек времени.

Кроме того, по принципу действия измерительных органов, определяющих факт возникновения короткого замыкания и место его нахождения, различают группы РЗ, реагирующие на следующие факторы: увеличение тока, уменьшение сопротивления, появление разности токов по концам защищаемого участка, изменение фаз тока относительно напряжения.

Цифровая релейная защита

Последнее десятилетие характеризуется широким применением в релейной защите цифровой (микропроцессорной) техники. Это обусловлено существенными преимуществами последней по сравнению с электромеханическими и электронными РЗ. В частности, эти преимущества заключаются в следующем:
- повышении аппаратной надежности, массы и габаритов устройств благодаря существенному уменьшению числа используемых блоков и соединений;
- существенном повышении удобства обслуживания и возможности сокращения обслуживающего персонала;
- расширении и улучшении качества защитных функций (чувствительности, селективности, статической и динамической устойчивости функционирования);
- возможности непосредственной регистрации процессов и событий и анализа возникших в энергосистеме повреждений;
- принципиально новых возможностей управления защитой и передачи от нее информации на географически удаленные уровни управления;
- технологичности производства.
Принципы построения и алгоритмы, используемые в цифровой релейной защите (ЦРЗ), во многом отличаются от применяемых в электромеханических и электронных релейных защитах, ввиду существенно различающихся технической основы и способов обработки информации. Входная информация, которую получает ЦРЗ, может в общем случае содержать следующие составляющие: аналоговые сигналы, характеризующие контролируемые величины энергосистемы; входная дискретная информация, в том числе сигналы от коммутационных аппаратов, других устройств РЗ и от обслуживающего персонала; цифровая информация от других устройств РЗ, характеризующая как текущие значения переменного тока, так и логические сигналы, получаемые посредством цифровых коммуникационных интерфейсов; управление настройками и параметрами ЦРЗ, осуществляемое обслуживающим персоналом или системами управления через коммуникационный интерфейс. Выходная информация ЦРЗ может быть представлена следующими пунктами: выходная дискретная информация (логические сигналы к другим защитам и на отключение выключателей); цифровая информация к другим устройствам, характеризующая в общем случае как текущие значения переменного тока, так и логические сигналы, и получаемая посредством цифровых коммуникационных интерфейсов; сообщения различных видов, в том числе логические выходные сигналы и цифровые данные, как то: визуальное наблюдение, запись измеряемых защитой аналоговых величин токов, напряжений, мощности и пр. в нормальном и аварийном режимах; др.

Среди основных структурных элементов ЦЗР можно выделить следующие функциональные блоки:
- аналоговые входы переменного тока, которые служат для ввода сигналов от измерительных трансформаторов тока и напряжения;
- элементы для цифровой обработки сигналов (преобразователи и усилители, микропроцессорный блок);
- дискретные входы, предназначенные для ввода логической информации, которая в дальнейшем используется в программной части для принятия решений;
- дискретные выходы, служащие для целей управления и сигнализации;
- функциональная клавиатура управления, которая предназначена для ввода управляющей информации, такой как: изменение настроек и параметров защиты, ввод (вывод из действия) отдельных функций, ввод команд для управления коммутационными элементами присоединения, др.;
- дисплей — предназначен для чтения сообщений защиты, а также используется как вспомогательное средство при всех операциях, выполняемых с помощью клавиатуры;
- интерфейс обслуживания — представляет собой обычно последовательный порт на лицевой панели защиты и обеспечивает связь между защитой и компьютером;
- системный интерфейс, обеспечивающий связь защиты с системой контроля и управления;
- функциональный интерфейс, который обеспечивает быстрый обмен информацией в общем случае о действиях отдельных функций защиты, сообщениях и состоянии контактов коммутирующих аппаратов с устройством защиты на другом конце защищаемого объекта.
- Противоаварийная автоматика
- Виды управляющих воздействий ПА
РЗиА. Релейная защита и автоматика

Согласно требованием ПТЭ, силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов работы устройствами релейной защиты и электроавтоматики. Устройства РЗА должны быть постоянно включены, кроме устройств, которые должны выводиться из работы в соответствии с назначением и принципом действия, режимом работы энергосистемы и условиями селективности. Устройства аварийной и предупредительной сигнализации должны быть всегда готовы к действию. Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле.

Назначение релейной защиты и электроавтоматики

Как уже говорилось ранее при эксплуатации энергетического оборудования и электрических сетей неизбежны их повреждения и не нормальные режимы. Наиболее опасными являются короткие замыкания, повреждения изоляции и перегрузки. Короткие замыкания возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включения под напряжение заземленного оборудования, отключения разъединителей под нагрузкой) и других причин. В большинстве случаев в месте КЗ возникает электрическая дуга, термическое действие которой приводит к разрушениям токоведущих частей, изоляторов и электрических аппаратов. При КЗ к месту повреждения подходят большие токи (токи КЗ), измеряемые тысячами ампер, которые перегревают неповрежденные токоведущие части и могут вызвать дополнительные повреждения, т. е. развитие аварии. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что может привести к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов. В большинстве случаев развитие аварий может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, действующих на отключение выключателей, и. получивших название релейная защита. При отключении выключателей поврежденного элемента гаснет электрическая дуга в месте КЗ, прекращается прохождение тока КЗ и восстанавливается нормальное напряжение на неповрежденной части электрической установки или сети. Благодаря этому минимизируются, или даже совсем предотвращаются повреждения оборудования, на котором возникло КЗ, а также восстанавливается нормальная работа неповрежденного оборудования. Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения КЗ и быстрое автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети. Кроме повреждений электрического оборудования могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, выделение газа в результате разложения масла в трансформаторе, или понижение уровня масла в его расширителе и др. В указанных случаях нет необходимости немедленного отключения оборудования, так как эти явления не представляют непосредственной опасности для оборудования и могут самоустраниться. Поэтому при нарушении нормального режима работы на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом, как правило, достаточно дать предупредительный сигнал персоналу подстанции. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала и в отдельных случаях на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом производится отключение оборудования, но обязательно с выдержкой времени. Таким образом, вторым назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования, которые могут привести к аварии, и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу, или отключение оборудования с выдержкой времени.
Согласно требованием ПТЭ, силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов работы устройствами релейной защиты и автоматики. Устройства РЗиА должны быть постоянно включены, кроме устройств, которые должны выводиться из работы в соответствии с назначением и принципом действия, режимом работы энергосистемы и условиями селективности. Устройства аварийной и предупредительной сигнализации должны быть всегда готовы к действию. Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле. Историки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским ученым П.Л. Шиллингом в 1830-1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе. Первенство оспаривает известный физик Генри (его именем названа единица индуктивности), который сконструировал реле в 1835 году. В 1837 году аппарат получил применение в телеграфии, в связи с чем и получил название «реле», что в переводе с французского означало «перекладные лошади». В настоящее время термином реле обозначается широкая группа автоматических приборов и устройств, используемых в релейной защите, автоматике, телемеханике, телеграфии, телефонии и других отраслях техники. В отрасли релейной защиты термином реле обычно обозначают автоматически действующее устройство, производящее скачкообразное изменение (так называемое релейное действие) в управляющей системе при заданном изменении контролируемых параметров. Так, например, реле максимального тока при увеличении тока в контролируемой цепи (куда включена токовая обмотка этого реле) до заданного значения, называемого током срабатывания, замыкает своими контактами управляемую цепь. Под устройством релейной защиты подразумевается совокупность реле, приборов и вспомогательных элементов, которые при возникновении повреждений и ненормальных режимов работы оборудования должны действовать на его отключение или на сигнал.

Классификация реле защиты
- Первичные (прямое включение в цепь защищаемого элемента).
- Вторичные (включение через измерительные трансформаторы тока, напряжения).
По исполнению реле бывают:
- Электромеханические, с подвижными элементами и контактными системами.
- Статические, без подвижных элементов и контактов (электронные,
  микропроцессорные).
По назначению реле подразделяются на:
- Измерительные реле (тока, напряжения, сопротивления, мощности, частоты,
  температуры,
  уровня) могут быть максимальные или минимальные.
- Логические реле (промежуточные, двухпозиционные, времени, сигнальные).
Для измерительных реле характерно наличие опорных (образцовых) элементов в виде калиброванных пружин, источников стабильного напряжения, тока и т.п. Они входят в состав реле и воспроизводят заранее установленные значения (называемые уставкой) какой-либо физической величины, с которой сравнивается контролируемая величина. Измерительные реле обладают высокой чувствительностью (воспринимают даже не значительные изменения контролируемого параметра) и имеют высокий коэффициент возврата (отношение величины срабатывания и возврата). Максимальные реле срабатывают при повышении контролируемого параметра, а минимальные – при понижении. Логические реле служат для размножения импульсов, полученных от других реле, усиления этих импульсов и передачи команд другим аппаратам (промежуточные реле), создания выдержек времени между отдельными операциями (реле времени), и для регистрации действия как самих реле, так и других вторичных аппаратов (указательные реле).

По способу воздействия на выключатель:
- Реле прямого действия подвижная система которых механически связана с
  отключающим
  устройством коммутационного аппарата (РТМ, РТВ).
- Реле косвенного действия, которые управляют цепью электромагнита отключения.
Первичные реле подключаются непосредственно к главной электрической цепи. Вторичные реле подключаются к главной электрической цепи через измерительные трансформаторы (тока, напряжения). Выносные реле наиболее часто используют для защиты сетей напряжением выше 1 кВ. Встроенные защиты являются составными частями выключателей или их приводов. Защита, встроенная в автоматический выключатель напряжением до 1 кВ и действующая непосредственно на его отключение, называется расцепителем. Выносные защиты выполняются с помощью отдельных реле. Реле прямого действия действуют
непосредственно на отключение выключателя, так же, как и расцепители автоматов. Реле косвенного действия обеспечивают отключение выключателей путем воздействия на входящие в состав их приводов электромагниты отключения. Таким образом, расцепитель является встроенным первичным реле прямого действия. Вторичными встроенными реле прямого действия являются распространенные реле РТВ и РТМ, встраиваемые в приводы выключателей напряжением 6 – 10 кВ. Реле защиты, например, РТ-40, РН-50, серий РВ, РП являются выносными вторичными реле косвенного действия.

К релейной защите предъявляют следующие требования:
1. Чувствительность, т.е способность реагировать на повреждения в минимальных режимах при наибольших сопротивления до места повреждения. Часто чувствительность характеризуют коэффициентом чувствительности
  Kч = I к min / Iср,
  где Ik min – ток короткого замыкания в минимальном режиме (в наиболее удаленной точке, при учете сопротивления электрической дуги и др.), Iср – ток срабатывания защиты, т.е. ток, при котором измерительные реле производят переключение своих контактов ( срабатывают).
2. Быстродействие, т.е. максимально быстрое отключение поврежденной электрической цепи с целью обеспечения термической стойкости токоведущих частей и электрических аппаратов. Это необходимо для предотвращения возникновения пожаров в электроустановках.
3. Селективность, или избирательность, т.е. способность реагировать на повреждения на защищаемом участке (в зоне действия защиты) и, соответственно, не действовать при повреждениях вне зоны действия. Требование селективности объясняется стремлением свести к минимуму число отключенных потребителей и источников питания при КЗ.
4. Надежность, под которой понимают отсутствие неисправностей релейной аппаратуры, приводящих к отказам в действии (срабатывании) и неправильной работе устройств релейной защиты.
Релейная защита обычно функционирует совместно с электроавтоматикой, включающей в себя:
- автоматический ввод резервного питания (АВР);
- автоматическое повторное включение (АПВ) поврежденного элемента, например, воздушной линии;
- автоматическая частотная разгрузка (АЧР), т.е. автоматическое отключение потребителей при опасном снижении частоты питающего напряжения энергосистемы.
На рис. 9.1 в качестве примера приведена однолинейная схема ТП с выключателем Q1 на стороне высшего напряжения.

На стороне низшего напряжения трансформатора Т1 подключены две радиальные линии W2 и W3. Защита от перенапряжений обеспечивается разрядником F1, ограничивающим перенапряжения, приходящие по линии W1. Ограничение производится до уровня, который выдерживает оборудование ТП. Релейная защита выполнена с помощью реле, расцепителей автомата QА1 и предохранителей F2, F3. На стороне ВН трансформатора Т установлены защиты I>> и I>, действующие на отключение выключателя Q1. Реле этих защит включены во вторичную цепь трансформатора тока ТА1 и реагируют на превышение током некоторых значений.

Значение тока или другой величины, при которых происходит переключение контактов реле, называют параметром срабатывания (в обиходной речи часто используют термин «уставка»). При срабатывании реле подается питание на электромагнит отключения выключателя Q1 (на рисунке не показан) и выключатель отключается. В результате поврежденный элемент (трансформатор) отключается от питающей сети. На стороне НН трансформатора основным аппаратом релейной защиты является предохранитель F2. Он отключает поврежденный участок за счет перегорания плавкой вставки. Отходящая линия W2 защищена с помощью расцепителей I>> и I> и автомата QА1. Указанные расцепители действуют на отключение QА1. Линия W3 защищена предохранителем F3. Рассмотренный пример является условным, так как обычно в ТП на стороне ВН выключатели не устанавливают. Этот пример служит лишь для облегчения понимания основных понятий релейной защиты.
Различают основные, резервные и дополнительные устройства релейной защиты. Основная защита предназначена для действия в пределах всего защищаемого элемента со временем, меньшим, чем у всех остальных защит. Резервная защита должна действовать вместо основной в случае ее отказа или вывода из работы. Резервная защита всегда имеет выдержку времени, т.е. срабатывает медленнее, чем основная защита. Дополнительная защита реагирует не на все повреждения или защищает только часть объекта (которую не может защитить основная защита). Дополнительная защита может не иметь выдержки времени. Различают защиты с абсолютной и относительной селективностью. У защит с абсолютной селективностью имеется четко выраженная зона действия, т.е. участок, на котором при повреждении защита срабатывает. Классическим примером защиты с абсолютной селективностью является продольная дифференциальная защита. На рис. 9.2 приведена в качестве примера упрощенная схема продольной дифференциальной защиты электродвигателя М.

Упрощение состоит в том, что показана цепь только одной фазы В защиты. Можно показать, что если точка КЗ находится между трансформаторами тока ТА1 и ТА2 (точка К2), то дифференциальное реле КА будет срабатывать. Участок цепи между ТА1 и ТА2, включающий в себя обмотку статора электродвигателя М, называется зоной действия защиты. Если же точка КЗ находится вне указанной зоны (точка К1), то защита не срабатывает. Термин «дифференциальная» означает реагирующую на разность чего-либо. В данном случае по реле защиты КА проходит разность токов в начале С2 и конце С5 фазы В обмотки статора М.
Защиты бывают индивидуальными и групповыми. Индивидуальная защита предназначена для действия при повреждении только на одном элементе сети. Групповая защита реагирует на повреждение нескольких элементов сети, например, всех отходящих от РУ линий. Примером групповой защиты является защита минимального напряжения секции или системы шин.

Рис. 9.2. Дифференциальная защита электродвигателя

Различают ближнее и дальнее резервирование. Если резервная релейная защита установлена в той же электроустановке, что и основная, и действует на отключение тех же коммутационных аппаратов, на которые действует основная защита, то ее называют защитой ближнего резервирования. Защита, действующая при повреждении данного элемента на отключение коммутационного аппарата смежного элемента, называется защитой дальнего резервирования.

В качестве примера на рис. 9.3 показана защита двух линий электропередачи W1 и W2 с односторонним питанием от системы С. В начале каждой линии установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2, к которым подключены основные защиты I >> (токовые отсечки ТО1 и ТО2) и резервные максимальные токовые защиты (МТЗ1 и МТЗ2) I > с выдержками времени ?t₁ и ?t₂. МТЗ2 является защитой ближнего резервирования для ТО2. МТЗ1 является защитой ближнего резервирования для ТО1 и дальнего резервирования для ТО2 и МТЗ2. С целью обеспечения дальнего резервирования МТЗ2 защита МТЗ1 должна срабатывать медленнее, чем МТЗ2, т.е. должно выполняться условие ?t₁ > ?t₂. Максимальные токовые защиты используют принцип относительной селективности, т.е. согласуются друг с другом по токам и времени срабатывания. Разность между выдержками времени ?t₁ и ?t₂ называют ступенью селективности. Указанную ступень стремятся сделать минимальной. В современных защитах не удается получить ступень селективности меньше чем 0,3–0,5 с, что объясняется погрешностями реле времени. Меньшая ступень относится к полупроводниковым, а большая – к электромеханическим реле времени.

Рис. 9.3. Принцип дальнего резервирования

Виды релейной защиты

Основные виды релейной защиты:
- Максимальная токовая защита (МТЗ).
- Направленная максимальная токовая защита.
- Газовая защита (ГЗ).
- Дифференциальная защита.
- Дистанционная защита (ДЗ).
- Дистанционная защита с ВЧ-блокировкой.
- Дистанционная защита с блокировкой по оптическому каналу.
- Логическая защита шин (ЛЗШ).
- Дуговая защита.
- Дифференциально-фазная (высокочастотная) защита (ДФЗ)
Принципы действия релейной защиты

Основные принципы действия релейной защиты:
- Максимальная токовая защита (МТЗ).
  Критерием срабатывания является достижение током определённого значения (уставки).
- Направленная максимальная токовая защита.
  Работа направленной МТЗ предусматривает также и контроль направления мощности.
- Газовая защита (ГЗ).
  Предназначена для отключения трансформаторов при возникновении внутренних неисправностей, которым сопутствует газовыделение.
- Дифференциальная защита.
  Применяется в основном для защиты генераторов, трансформаторов и сборных шин, при этом производится сравнение токов на входе в защищаемый элемент и на его выходе, при отличии этих параметров на величину равную или большую уставки, происходит срабатывание защиты.
- Дистанционная защита (ДЗ).
  Срабатывает при уменьшении сопротивления линии, что происходит при возникновении КЗ.
- Дистанционная защита с ВЧ-блокировкой.
  Обычно дистанционная защита с ВЧ-блокировкой выполняется в комплексе с защитой от замыканий на землю. ВЧ-блокировка защит предназначена для ускорения отключения КЗ. Если на защищаемой ВЛ с двух сторон установлены ДЗ и ЗЗ, то КЗ на этой ВЛ обычно отключается 1-3 ступенями этих защит с выдержкой времени примерно от 0 до нескольких секунд. Использование ВЧ-блокировки ДЗ и ЗЗ обеспечивает двухстороннее отключение ВЛ без выдержки времени при любом виде КЗ в любой точке защищаемой ВЛ.
- Дистанционная защита с блокировкой по оптическому каналу.
  Также в настоящее время получили широкое распространение защиты с блокировкой по оптическому кабелю. Они являются достойной альтернативой защитам с ВЧ- блокировкой, т.к. в случае их применения отпадает необходимость обслуживать оборудование ВЧ-присоединения, а также возрастает надёжность работы защит по причине более стабильной работы оптического канала, т.к. оптический канал менее подвержен воздействию электрических помех.
- Логическая защита шин (ЛЗШ).
  Принцип действия логической защиты шин основан на сравнении поведения защит питающих элементов и отходящих фидеров: защита одного из отходящих фидеров запустилась – КЗ на отходящем фидере, не запустилась ни одна из защит отходящих фидеров – КЗ на шинах.
  При коротком замыкании на отходящем фидере пускаются зашиты (срабатывают токовые реле) на этом фидере и на питающих элементах секции (ввод трансформатора или секционный выключатель). При КЗ на отходящем фидере по факту пуска его защиты блокируется отключение питающих элементов без выдержки времени. При КЗ на шинах распредустройства защиты отходящих фидеров не пускаются, и при пуске защиты питающего элемента разрешается ее работа без выдержки времени на отключение.
- Дуговая защита.
  Дуговая защита применяется в основном для защиты от возгорания КРУ и КТП 6,3 и 10,5. Она устанавливается в ячейках присоединений и реагирует на повышенную освещённость с помощью оптических датчиков или на избыточное давление с помощью датчиков давления (клапанов). Дополнительным входным параметром дуговой защиты является срабатывание токовой защиты (контроль по току), он применяется для исключения возможности ложных срабатываний.
- Дифференциально-фазная (высокочастотная) защита (ДФЗ)
  Принцип работы основан на контроле фаз тока на обоих концах линии, в случае, когда фазы тока отличаются на величину равную или большую уставки, происходит срабатывание защиты.
Электроавтоматика

Если назначением релейной защиты является в первую очередь отключение оборудования, то в функции электроавтоматики входит его включение. В чистом виде к электроавтоматике относят автоматическое повторное включение (АПВ) и автоматическое включение резервного питания или механизма (сокращенно автоматический ввод резерва — АВР). Существуют также некоторые виды технологической электроавтоматики, обслуживающиеся персоналом служб РЗА. К ним относят:
- автоматическое регулирование возбуждения генераторов и синхронных двигателей (АРВ);
- автоматика управления выключателем (АУВ);
- устройство резервирования отказов выключателя (УРОВ);
- автоматическое регулирование положения переключателя РПН силового трансформатора (АРНТ);
- автоматическую настройку дугогасящих катушек компенсации емкостного тока замыкания на землю в сети 6-35кВ (АРК);
- автоматическую регулировку батареи статических конденсаторов;
- автоматику охлаждения силовых трансформаторов;
- автоматическую точную синхронизацию генераторов;
- автоматическую самосинхронизацию генераторов;
- автоматический частотный пуск гидрогенераторов (АЧП);
- определение места повреждения линий электропередачи (ОМП).
Кроме этого существует противоаварийная режимная автоматика.
К ней относят:
- автоматическую частотную разгрузку (АЧР);
- автоматическое включение потребителей, отключенных действием АЧР, после восстановления частоты (ЧАПВ);
- автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ);
- дополнительная автоматическая разгрузка по напряжению (ДАРН);
- дополнительная автоматическая разгрузка по току (ДАРТ);
Имеется также противоаварийная системная автоматика: разгрузка электростанций,
предотвращение и прекращение асинхронного режима, предотвращение
недопустимого повышения напряжения в узле, балансировочная автоматика. Такие
устройства размещаются на крупных электростанциях и подстанциях сверхвысокого
напряжения

Основные органы релейной защиты

Устройства релейной защиты состоят, как правило, из таких основных
частей:
- пусковых органов;
- измерительных органов;
- логической части;
- исполнительной части;
- передающей части.
Пусковые органы непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение КЗ и нарушения нормального режима работы. Пусковые органы выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. На измерительные органы возлагается задача определения места и характера повреждения и принятие решения о необходимости действия защиты.
Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе. Логическая часть представляет собой схему, которая запускается пусковыми органами и, сопоставляя последовательность и продолжительность действия измерительных органов, производит отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подает сигналы и производит прочие предусмотренные действия.
Логическая часть состоит в основном из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле. В аналоговых и микропроцессорных устройствах к ним добавляются дискретные входы и индикаторные светодиоды.
Исполнительная часть выполняет действие на отключение (включение) выключателей, или других внешних устройств.
Передающая часть используется в некоторых видах защит. Например, приемопередающая аппаратура ВЧ канала у дифференциально-фазных защит.

Согласно требованием ПТЭ, силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов работы устройствами релейной защиты и электроавтоматики. Устройства РЗА должны быть постоянно включены, кроме устройств, которые должны выводиться из работы в соответствии с назначением и принципом действия, режимом работы энергосистемы и условиями селективности. Устройства аварийной и предупредительной сигнализации должны быть всегда готовы к действию. Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле.

Релейная защита: определение, функции и принципы работы

Знаете ли вы точно, какие функции выполняет релейная защита и какие виды повреждений фиксирует? Об этом и много другом расскажем в данной статье!

Определение понятия Релейная защита

Релейная защита (РЗ) — это важнейший вид электрической автоматики, которая необходима для обеспечения бесперебойной работы энергосистемы, предотвращении повреждения силового оборудования, либо минимизации последствий при повреждениях. РЗ представляет собой комплекс автоматических устройств, которые при аварийной ситуации выявляют неисправный участок и отключают данный элемент от энергосистемы.

Во время работы РЗ постоянно контролирует защищаемые элементы, чтобы своевременно зафиксировать возникшее повреждение (или отклонение в работе энергосистемы) и должным образом отреагировать на случившееся.

При аварийных ситуациях релейная защита должна выявить и выделить неисправный участок, воздействуя на силовые коммутационные аппараты, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания, замыкания на землю и т.д.).

Релейная защита сопряжена с иными видами электрической автоматики, которые позволяют сохранять бесперебойную работы энергосистемы и электроснабжения потребителей.

На данный момент отрасль релейной защиты активно развивается и расширяется, уже сейчас используется микропроцессорная аппаратура и компьютерные программы не только для защиты, но и для комплексного управления оборудованием и системой в целом.

Функции релейной защиты

Главной задачей устройств РЗ является выявление ненормальных и аварийных режимов работы первичного (силового) оборудования, а именно фиксация следующих видов повреждений:
- перегрузка электрооборудования;
- двух и трех-фазных короткие замыкания;
- замыкания на землю, включая двух и трех-фазные;
- внутренние повреждения в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов;
- защита от затянувшегося пуска;
- асинхронный режим работы синхронных двигателей.
Принципы построения релейной защиты

Существует несколько видов реле, каждый из которых соответствует характеристикам электроэнергии (в данном случае – реле тока, напряжения, частоты, мощности и т.д.). Такая система отслеживает несколько показателей, выполняя непрерывное сравнение величин с ранее определенными диапазонами, которые называются уставки.

В том случае, когда контролируемая величина превышает установленную норму, соответствующее реле срабатывает: тем самым осуществляя коммутацию цепи путем переключения контактов. В первую очередь, такие действия касаются подключенной логической части цепи. В соответствии с выполняемыми задачами эта логика настраивается на определенный алгоритм действий, оказывающих влияние на коммутационную аппаратуру. Возникшая неисправность окончательно ликвидируется силовым выключателем, прерывающим питание аварийной схемы. В любой релейной защите и автоматике настройка измерительного органа выполняется с учетом определенной уставки, разграничивающей зону охвата и срабатывания защитных устройств. Сюда может входить только один участков или сразу несколько, состоящих из основного и резервных.

Реакция защиты может проявляться на все повреждения, которые могут возникнуть в защищаемой зоне или только на отдельно взятые отклонения от нормального режима работы.

В связи с этим, защищаемый участок оснащен не одной защитой, а сразу несколькими, дополняющими и резервирующими друг друга. Основные защиты должны воздействовать на все неисправности, возникающие в рабочей зоне или охватывать их значительную часть. Они обеспечивают полную защиту всего участка, находящегося под контролем и должны очень быстро срабатывать при возникновении неисправностей. Все остальные защиты, не подходящие под основные условия, считаются резервными, выполняющими ближнее и дальнее резервирование. В первом случае резервируются основные защиты, работающие в закрепленной зоне. Второй вариант дополняет первый и резервирует смежные рабочие зоны на случай отказа их собственных защит.

Принципы построения схемы защитных устройств

Несмотря на то, что в данный момент рынок предлагает большое количество разнообразных устройств РЗ, базовый алгоритм процессов остается прежним, только модернизируется для каждого конкретного случая. Основные функции защиты демонстрирует структурная схема.

Более подробно ознакомиться со структурной схемой защит и другими органами РЗ можно в нашей статье Основные органы релейной защиты.

Шкафы РЗА

Современные микропроцессорные устройства РЗА выполняют не только свою прямые задачи защиты, но и другие смежные функции. Таким образом, сегодня большое количество устройств можно укомплектовать в одном шкафу, что значительно упрощает монтаж оборудования, непосредственную эксплуатацию, а также значительно освобождает пространство.

Типовые шкафы защиты имеют еще ряд дополнительных преимуществ: так как шкафы выполняются по стандартным схемам, проверенным в эксплуатации, вероятность ошибок в работе значительно снижается, а удобство в наладке и монтаже возрастает. Узнайте еще больше о РЗА и типовых решениях на нашем сайте.

Рубрики
- Без рубрики
- Вакансии
- Новости компании
- Новости энергетики
- Обзоры
- ПО
- Презентации
- Разработка устройств
- РЗА для начинающих
- Статьи по РЗА
Похожие публикации: