Виды релейной защиты: назначение, устройство, требования, схемы

Понятие релейной защиты и автоматики (РЗиА)

Правила технической эксплуатации и электроустановок (ПУЭ, ПТЭ) регламентируют применение релейных видов защиты. Эти агрегаты, а точнее комплексы специальных элементов, часто сочетаются с автоматикой, поэтому их сокращают до РЗиА (и это тоже аббревиатура без «и» или РЗ).

Согласно стандартам ПТЭ силовые агрегаты и линии в электроустановках — электростанциях, подстанциях, сетях электроснабжения — защищают от коротких замыканий (коротких замыканий), нештатных режимов, узлов релейной защиты и автоматики от перегрузок.

Такие устройства интегрируются в конструкции, входят в их состав (закладываются на стадии проектирования), реже монтируются к ним отдельно. По правилам они должны находиться в постоянной готовности (ожидании), за исключением списанных по особенностям их задач, принципу построения, режимам работы силовых установок, требованиям селективности (избирательности).

Сигнальные узлы (оповещение и оповещение о развитии аварии) также должны быть всегда готовы к включению.

Где применяется

РЗиА устанавливается на электростанциях, генераторах, на всех электроустановках, на аналогичных общемощных устройствах, то есть сфера применения не ограничена, если по проекту требуется релейная защита.

Для чего применяется РЗиА

Поясним, что такое релейная защита более конкретно, и опишем ее назначение. При использовании электрооборудования, сетей всегда есть риск повреждения, неправильного режима, зачастую их невозможно избежать или такие условия характерны для работы электростанции. Наиболее критичными являются перегрузки и короткие замыкания.

Причины: поломка, повреждение изолирующих частей, поломка, ошибки рабочих, например, отключение узлов под нагрузкой, неправильная подача напряжения на заземленные конструкции.

Короткое замыкание на участке, где оно произошло, провоцирует возникновение электрической дуги, термическое воздействие которой приводит, как правило, к необратимому разрушению токоведущих элементов, изолирующих деталей и электрических устройств в целом (реже, но таких случаи очень распространены).

В этом случае на поврежденный сегмент подаются высокие токи короткого замыкания в тысячи ампер. Это почти мгновенный нагрев, в течение нескольких секунд элементы нагреваются. Термические процессы также наносят ущерб полезным площадям, возникает неисправность, возникает пожар.

На присоединенных магистралях, объектах параметры электроэнергии сильно снижены, что вызывает остановку электродвигателей, критически нарушается функция параллельно задействованных конструкций, генерирующих агрегатов.

В описанных ситуациях важно немедленно остановить развитие последствий, обычно этого достаточно для полного предотвращения несчастных случаев. Указанное достигается оперативным отключением опасной части электростанции, сети — автоустройствами, срабатывающими на размыкание контактов, отключение. Это релейная защита, она же РЗ или РЗиА.

Задачи РЗ

РЗ отключает в конструкции автоматические выключатели при неисправности, при этом электрическая дуга гаснет или даже не успевает возникнуть. Поток амперных замыканий прекращается сразу, параллельно на полезной части электростанции или в сети восстанавливаются нормальные значения электроэнергии.

Сведено к минимуму, исключено повреждение оборудования при коротком замыкании, нормализуется режим работы оборудования.

Задания:

• выявляет место короткого замыкания, место пробоя;
• обеспечивает быстрое автоматическое отключение, отделяет оборудование с небезопасным фактором, опасный участок от рабочих конструкций, сетей;
• решает проблему и сообщает о ней, предупреждает о возможности аварии;
• создает задержку перед деактивацией, если это необходимо.

Особенности

Возможны и другие нарушения работы силовой установки: перегрузки, короткие замыкания разного рода, образование газовых масс в трансформаторах, уменьшение там объема масла и т.д.не быть необходимым. Обычно, если на электростанции есть регулярное техническое обслуживание, специалистам достаточно сделать им уведомление. В остальных случаях достаточно выключить, но с паузой.

Реле РЗ представляют собой узлы, узлы с автоматическим принципом изменения характеристического периодического типа («релейное действие», скачок) с установленным преобразованием (модификацией) наблюдаемых свойств.

Проще говоря, при фиксации нарушений параметров силовой установки РЗ производит обесточивание, размыкает контакты. Пример: реле при критическом увеличении силы тока на контролируемой цепи (туда подключена токовая обмотка) до установленной отметки разъединяет соединения.

Блок РЗ представляет собой взаимодействующую систему реле и узлов автоматических вспомогательных блоков, отключающих оборудование при его повреждении, при нештатных режимах.

Принципы построения релейной защиты

Назначение РЗ и основные требования к защитным функциям

В электрической части энергосистем возможны повреждения и нештатные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций линий электропередач и электроустановок электропотребителей. Повреждение вызывает появление значительных аварийных токов и сопровождается глубоким падением напряжения на шинах электростанций и подстанций.

Ток замыкания выделяет большое количество тепла, вызывая сильные разрушения в месте повреждения и опасный нагрев проводников неповрежденных линий электропередач и оборудования, через которое проходит этот ток. Понижение напряжения нарушает нормальную работу электропотребителей и стабильность параллельной работы элементов энергосистемы.

Ненормальные условия обычно приводят к отклонениям напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При снижении частоты и напряжения возникает риск нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока грозит выходом из строя оборудования и линий электропередач.

Для уменьшения повреждений в месте повреждения и обеспечения нормальной работы неповрежденной части энергосистемы необходимо как можно быстрее выявить и отделить место повреждения от неповрежденной части энергосистемы.

Опасные последствия аномальных режимов можно также предотвратить, если своевременно принять меры по их устранению, а при необходимости отключить оборудование, находящееся в недопустимом для него режиме.

Выявление и купирование повреждений должно производиться очень быстро — в большинстве случаев за сотые и десятые доли секунды, чего можно добиться только с помощью автоматики. В связи с этим возникла необходимость создания и применения автоматических устройств, защищающих энергосистему и ее элементы от опасных последствий аварий и нештатных режимов.

Первоначально в качестве такой защиты использовались предохранители. Впоследствии были созданы защитные устройства, выполненные с помощью электрических автоматических реле. Этот метод называется релейной защитой.

Релейная защита (РЗ) непрерывно контролирует состояние всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и нештатных режимов. В случае повреждения РУ должен выявить поврежденный участок и отключить его от энергосистемы, включив специальные автоматические выключатели, предназначенные для размыкания токов замыкания.

При возникновении нештатных режимов РУ также должен их обнаруживать и в зависимости от характера нарушения либо выключать оборудование, если есть риск его повреждения, либо выполнять автоматические действия, необходимые для восстановления нормального режима, либо сигнализировать оперативному персоналу , который должен принять меры для устранения аномалии.

Структура РЗ и ее основные элементы

Релейную защиту можно рассматривать как систему управления, которая в целом получает информацию о токах, напряжениях и состоянии коммутационных элементов в определенных частях энергосистемы.

В результате обработки этой информации РУ вырабатывает сигналы управления выключателями (команды выключения или включения), а также различные сообщения, позволяющие фиксировать или анализировать процессы, происходящие в энергосистеме, и функционирование самого РУ.

Каждое устройство релейной защиты, предназначенное для обнаружения повреждений и выдачи команды на отключение выключателя, имеет три конструктивные части: измерительную (реактивную), логическую (оперативную) и управляющую (исполнительную).

• Измерительная часть непрерывно следит за состоянием защищаемого объекта и реагирует на появление в нем повреждения (или нештатного режима), срабатывая и подавая на вход логической части дискретные сигналы, активирующие его.

В зависимости от типа релейной защиты в качестве контролируемых величин (входных сигналов) выступают ток и/или напряжение защищаемого объекта. Эти значения в установках с рабочим напряжением выше 1000 В подаются на измерительную часть защиты через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

• Логическая часть воспринимает дискретные сигналы на измерительную часть, выполняет логические операции с помощью логических элементов (реле) по заданной программе и подает выходной сигнал о срабатывании релейной защиты на управляющую часть.
• Управляющая часть служит для усиления сигнала логической части до величины, необходимой для выключения выключателя и включения других устройств (поскольку сигналы логической части, особенно при выполнении на полупроводниковых элементах, обычно имеют недостаточную мощность) и для умножения сигнал логической части.

Кроме того, в качестве конструктивной части релейной защиты следует назвать источник питания — специальный источник стабильного напряжения для активации элементов логической части и частей управления, подачи команды на отключение выключателей, а также на включение на полупроводниковых элементах в измерительной и логической частях.

Блок РЗ состоит из реле, соединенных между собой по определенной схеме. В практике релейного строительства применяются три типа элементных баз:

• электромеханические, с помощью которых можно реализовать все функциональные части и устройства релейной защиты в виде электромеханических реле;
• полупроводниковые, которые могут быть использованы для реализации всех функциональных частей и органов релейной защиты в виде полупроводниковых элементов, аналоговых и цифровых микросхем;
• микропроцессорные, которые могут быть использованы для реализации измерительной и логической частей релейной защиты 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.

Во-первых, это способность релейной защиты реагировать на возможные повреждения в защищаемой зоне и достаточно быстро отключать их для поддержания работы как отключенных, так и оставшихся элементов сети; второе — свойство РП формировать команды на отключение только поврежденного участка или минимального количества участков электрической сети вблизи места повреждения с целью минимизации недоотпуска электроэнергии потребителям.

Реализация этих функций осуществляется устройствами релейной защиты, которые должны соответствовать ряду требований, обеспечивающих их корректное функционирование в реальных режимах работы энергосистемы.

В соответствии со стандартом IEC 50(448)-1995 неисправность защиты может быть выражена как отказ защиты во время работы или при аварийном срабатывании (избыточное действие). С точки зрения правильного функционирования к устройствам релейной защиты предъявляются следующие требования:

• статическая стабильность работы как способность устройства релейной защиты сохранять стабильность измерений и обеспечивать точность измерений, характеристики, параметры и настройки при условии стабильности этих входных величин; в основном определяется выполнением требований к точности параметров, характеристик, настроек в заданных диапазонах входных сигналов;
• динамическая устойчивость работы, характеризующая способность устройства релейной защиты обеспечивать свои функции с учетом переходных процессов, возникающих при коротких замыканиях и переключениях в энергосистеме и самого устройства релейной защиты.

Требование динамической функциональной устойчивости учитывается при разработке алгоритмов и конструировании устройств релейной защиты;

• устойчивость к воздействию внешней среды, среди видов воздействия электрические, механические и климатические;
• надежность rP, под которой понимается вероятность того, что он будет выполнять требуемые функции в заданных условиях в течение заданного периода времени. Стандарт IEC 50(448)-1995 определяет термины неэксплуатационная надежность и эксплуатационная надежность.

Все РП делятся на основные и резервные. Наиболее важными из них называются релейные защиты, которые обеспечивают нарушение отключения в защищаемом элементе с необходимой скоростью и чувствительностью.

Резервными реле называют резервные реле, обеспечивающие резервирование основного РО при выходе его из строя или выходе из строя и защиту соседней секции при выходе из строя релейного реле или выключателя.

По способу обеспечения селективности действия релейной защиты делятся на два типа — с абсолютной селективностью, если зона действия не выходит за пределы защищаемого объекта, действия выполняются без выдержки времени; и с относительной селективностью, действующей при КЗ как на защищаемом элементе, так и вне его, селективность обеспечивается выбором временных выдержек.

Кроме того, по принципу действия измерительных элементов, определяющих возникновение короткого замыкания и его местонахождение, выделяют группы релейной защиты, реагирующие на следующие факторы: увеличение тока, уменьшение сопротивления, появление разности токов на концах защищаемого участка, изменение фаз тока относительно напряжения.

Цифровая релейная защита

Последнее десятилетие характеризуется широким использованием цифровой (микропроцессорной) техники в релейной защите. Это связано со значительными преимуществами последних по сравнению с электромеханической и электронной релейной защитой. В частности, эти преимущества заключаются в следующем:

• увеличение аппаратной надежности, массы и габаритов устройств за счет значительного сокращения количества используемых блоков и соединений;
• значительное повышение ремонтопригодности и возможность сокращения обслуживающего персонала;
• расширение и улучшение качества функций защиты (чувствительность, избирательность, статическая и динамическая функциональная устойчивость);
• возможность непосредственной регистрации процессов и событий и анализа повреждений, произошедших в энергосистеме;
• принципиально новые возможности управления защитой и передачи информации от нее на территориально удаленные уровни управления;
• технологичность.

Принципы построения и алгоритмы, применяемые в цифровой релейной защите (ЦРЗ), во многом отличаются от применяемых в электромеханической и электронной релейной защите, что обусловлено существенно иными техническими основами и методами обработки информации.

Входная информация, получаемая РДЦ, в общем случае может содержать следующие составляющие: аналоговые сигналы, характеризующие контролируемые параметры энергосистемы; ввод дискретной информации, в том числе сигналов от коммутационных аппаратов, других устройств релейной защиты и от обслуживающего персонала;

цифровая информация от других устройств релейной защиты, характеризующая как текущие значения переменного тока, так и логические сигналы, поступающие по цифровым интерфейсам связи; управление настройками и параметрами РКР, осуществляемое обслуживающим персоналом или системами управления через коммуникационный интерфейс.

Выходная информация ДРК может быть представлена ​​следующими элементами: выходная дискретная информация (логические сигналы на другие защиты и на отключение автоматических выключателей); цифровая информация к другим устройствам, в общем случае характеризующая как текущие значения переменного тока и логических сигналов, так и получаемая через цифровые интерфейсы связи; сообщения различного типа, включающие в себя логические выходные сигналы и цифровые данные, например: визуальное наблюдение, запись аналоговых значений токов, напряжений, токов и т.п., измеряемых защитой в нормальных и аварийных режимах; второй

Среди важнейших структурных элементов ДКР можно выделить следующие функциональные блоки:

• аналоговые входы переменного тока, которые используются для ввода сигналов от измерительных трансформаторов тока и напряжения;
• элементы цифровой обработки сигналов (преобразователи и усилители, микропроцессорный блок);
• дискретные входы, предназначенные для ввода логической информации, которая в дальнейшем используется в программной части принятия решений;
• дискретные выходы для управления и сигнализации;
• функциональная клавиатура управления, которая предназначена для ввода управляющей информации, например: изменения уставок и параметров защиты, ввода (отключения) отдельных функций, ввода команд управления соединительными элементами связи и т д.;
• дисплей – предназначен для чтения сообщений защиты, а также используется как вспомогательный инструмент при всех операциях, выполняемых с помощью клавиатуры;
• сервисный интерфейс — обычно последовательный порт на передней панели защиты и обеспечивает связь между защитой и компьютером;
• системный интерфейс, обеспечивающий связь защиты с системой контроля и управления;
• функциональный интерфейс, обеспечивающий в общем случае быстрый обмен информацией о действиях отдельных функций защиты, сообщениях и состоянии контактов коммутационных аппаратов с устройством защиты на другом конце защищаемого объекта.

Виды

Сначала отдельно опишем логическую защиту для шин, сокращенно ЛЗШ. Принцип: сравнивает состояние защиты питающих частей и отходящих фидеров (обрыв кабеля). Проверка алгоритма: защита на одном из последних отключилась, значит на нем короткое замыкание; на них вообще не завелась — КЗ на элементах шинопровода.

В случае короткого замыкания на отводе срабатывают защиты (токовые расцепители) на нем и на токовых узлах секции (вводах ТТ, сегментных выключателях).

Кроме того, во время нисходящего потока отключение питающих частей блокируется без паузы. При КЗ на шинных частях распределительной цепи релейная защита на выводах не срабатывает, а при ее срабатывании на питающих узлах разрешается без задержки.

Другие виды релейной защиты:

Вид	Описание
Максимальный ток (МТ)	Коэффициент срабатывания — определение количества ампер (уставки).
Направленный макс. (МТЗ)	Также контролирует направление силы.
Газ (ГЗ)	Для отключения ТТ, ТН при внутренних поломках, сопровождающихся газообразованием.
Дифференциал	На генераторных узлах, ТН, ТТ, шинах. Токи сравниваются на входе в охраняемое сооружение и на выходе, система фиксирует разницу, и при нарушении предельных рамок настройки срабатывает.
Дистанционное управление (ДЗ)	Он активируется, когда сопротивление уменьшается, что характерно для короткого замыкания.
Дистанционное измерение с блокировкой ВЧ	Вместе с РЗ от замыканий на землю (ЗЗ). Для более быстрого отключения в случае короткого замыкания. При наличии на обслуживаемой ВЛ с входом и выходом. ДЗ и ЗЗ, то КЗ на такой линии деактивируется по умолчанию 1-3 уровнями этой системы с паузой от 0 до нескольких секунд. А блокировка ВЧ ДЗ и ЗЗ создает двухстороннее отключение секции без перерыва при всех возможных КЗ во всех местах.
ДЗ с блокировкой по оптокабелю	Качественная замена предыдущей версии. Отпадает необходимость в обслуживании радиочастотного оборудования, повышается надежность, поскольку оптические приборы более стабильны и менее подвержены помехам.
Поклон	Для предотвращения воспламенения КРУ, КТП 6.3 и 10.5. Устанавливается в местах подключения, реагирует на увеличение освещенности с помощью оптических датчиков, а также на избыточное давление с помощью датчиков (клапанов) этого параметра. Возможна реакция на текущую защиту (ее контроль), которая используется для исключения ложных срабатываний.
Дифференциальная фаза (DPZ)	Она высокочастотная. Принцип заключается в контроле фаз и срабатывании, когда количество ампер на них нарушает настройку.

 

Автоматика

Электроавтомат, в отличие от РЗ, не только выключает оборудование, но и включает его. Во-первых, это автоматические переключатели: повторного (АП) и резерва хода (АВР).

Также есть варианты с персональным управлением аппаратурой релейной защиты, это автоматика:

• регулировка включения генераторов, синхронных двигателей (АРВ);
• для выключателей (АУВ), для резервирования их неисправностей (УРОВ);
• контроль положений переключателей ТТ (АРНТ);
• установить дугогасящие катушки (ДУГ), статические конденсаторы;
• охлаждение трансформатора;
• настройка (синхронизация) генераторов;
• частотный запуск гидрогенераторов (AFP);
• выявление мест с неисправностями на цепях (ОМП).

Чрезвычайное происшествие:

• режим:
  • частотная разгрузка (AFR)
  • активация отключенных систем AFR (CHAPS);
  • автоматическое регулирование частоты и эффективной мощности (АРЧМ);
  • автоматическое снятие стресса (DARN); по течению (DART);
• системные (на особо мощных электростанциях, электростанциях):
  • разгрузка;
  • исключение асинхронности, повышения напряжения;
  • балансировка.

Устройство

Рассмотрим устройство в процессе описания работы РЗА:

Имя	Функция
Блок мониторинга	Отслеживание электрических процессов. Параметры измеряются с помощью ТН/ТТ и устройств с аналогичными функциями. Выходные импульсы могут подаваться непосредственно в логическую часть для сравнения с заданными пользователем отклонениями от заданных значений (нормальными значениями). Помимо импульсов могут быть предварительно сохраненные сообщения в цифровом виде.
Логическая часть	Сравнивает полученные импульсы с заданными значениями. Определяется несоответствие, принимается решение о командах на включение защиты.
Исполнительное устройство	Постоянно в состоянии готовности принять команду от логической части. Коммутирует цепи электростанции по заданному алгоритму для предотвращения поломок оборудования и скачков напряжения.
Сигнальный узел	Сам пользователь не может адекватно контролировать сверхбыстрые процессы в ЭД своими органами чувств. Для сохранения данных о происходящих процессах используются сигнальные устройства (в случае изображения, звука, света), которые также фиксируют историю в памяти. После использования таких устройств их устанавливают в исходное положение вручную. Система позволяет сохранять данные обо всех действиях.

 

Требования к РЗиА

Требования к релейной защите исчерпывающе указаны в ПУЭ (Р. 3 гл. 3.2), а также в ряде руководств — дублировать их в статье нет смысла. Обобщим их таким образом, чтобы читатель мог сориентироваться, на что обратить внимание, быстро найти и уточнить их в указанных источниках.

Выполнением каких принципов обеспечивается работоспособность

Нарушение работы средств релейной защиты и автоматики из-за неправильного подбора, монтажа, несоблюдения норм:

• ложные срабатывания при исправном ЭД и сети;
• ненужные активации, например, когда активация исполнительных блоков чрезмерна;
• повреждение конструкции РЗ.

ПУЭ и связанные с ним нормативные акты предъявляют требования, исключающие вышеперечисленное (в части проектирования, монтажа, настройки и запуска, технического обслуживания):

• соответствие классам, уровням надежности;
• чувствительность;
• скорость работы;
• селективность — обеспечивает правильную последовательность уровней срабатывания защиты. Этот параметр тесно связан с двумя предыдущими.

Надежность

Он определяется следующими характеристиками:

• надежный;
• соблюдение количества рабочих циклов, установленных при создании РП;
• ремонтопригодность;
• долговечность, долговечность. Она должна быть гарантирована изготовителем, проектировщиком в соответствии с техническими условиями (которые должны быть согласованы с ГОСТами, ПУЭ) изделий. Товар должен иметь паспорт и сертификат.

Каждая позиция имеет свою оценку, указанную в технической документации, в проекте, утвержденном в соответствии с нормативными документами.

Различают 3 положения по надежности при обслуживании и срабатывании релейной защиты при срабатывании: при внутреннем КЗ на рабочих местах, вне их пределов, когда работает без сбоев. Надежность может быть 2 видов: эксплуатационная и аппаратная.

Чувствительность

Требования к релейной защите и релейной защите в первую очередь связаны с функциональными настройками, так как определение пороговых значений, нарушение уставок означает наличие у релейной защиты определенной чувствительности.

Необходимо правильно определить, чем опасна предполагаемая степень нарушения режима, перегрузки, и подобрать для нее соответственно настроенный вариант релейной защиты.

Существует уравнение для чувствительности (численное значение) при возникновении короткого замыкания. Используется специальная характеристика — Кч, коэффициент.

Кч = Iкз мин/Iкз

Расчет: отношение между минимальным током короткого замыкания рабочего участка и величиной тока включения. РП нормально работает при Iсз < Iкз мин. Наиболее оптимальная чувствительность (коэффициент) 1,5–2.

Быстродействие

Скорость релаксации имеет 2 составляющие:

• активация защитных алгоритмов командой на указанный ниже узел;
• активация работы автоматического выключателя.

Время срабатывания регулируется в диапазоне мин.-макс значений в зависимости от характеристик устройства релейной защиты, используемых элементов. Задержка срабатывания создается введением специальных реле с возможностью настройки, эта опция используется для большинства внешних защит.

Реле, расположенные ближе к месту возникновения проблемы, к охраняемой зоне, настраиваются на меньший интервал времени срабатывания или используются без него.

Селективность

Другое название этого свойства — селективность. Опция позволяет определить место повреждения в цепях любой сложности.

Генератор вырабатывает и отдает электроэнергию потребителям в сегментах 1-3 (каждый со своей защитой). В случае короткого замыкания на блоке потребителя через 3 интервала ток протекает через все узлы релейной защиты, начиная от источника энергии.

В таких условиях целесообразно отключить цепь неисправного сегмента, например, электродвигателя, а остальные полезные потребители оставить задействованными. Для этого можно произвести настройки РЗ для каждого контура. Обычно такие особенности определяются на этапе проектирования.

Защита 5 в 3 сегменте должна раньше обнаруживать токи КЗ и быстрее срабатывать, отключая поврежденные сегменты от цепей. Поэтому значения настроек текущего времени уменьшаются на каждом интервале от генератора к потребителю. Принцип: чем дальше от места пробоя, тем ниже чувствительность.

Таким образом одновременно реализуется резервирование с учетом возможности эффективной защиты при выходе из строя некоторых устройств, в том числе систем релейной защиты нижнего уровня.

Описанная схема означает, что в случае пробоя защиты 5 в самом сегменте 3 при аварии должны срабатывать устройства защиты 3 или 4 в промежутке 2. А эти секции, в свою очередь, защищены узлами защиты сегмента 1.

Нюансы управления

Релейная защита выполняется отдельным блоком, представляет собой самостоятельную схему, несмотря на то, что часто интегрируется в конструкцию самой силовой установки. Такие узлы входят в состав обычных комплексов, составляющих систему противоаварийного управления энергосистемой, где все узлы связаны между собой и реализуют объединенные задачи.

Схема

Существует чрезвычайно большое количество вариантов, комбинаций, мест размещения релейной защиты в сети и на электростанциях. Также есть стандартизированные варианты, оригинальные шаблоны — принципиальные схемы. Но независимо от его сложности любой рисунок можно понять, только научившись его читать. Этот навык необходим для работы с РЗиА.

По важности и сложности «принципы» комплектов РЗА уступают только конструкции всей системы электрооборудования. В любом случае при разработке или тестировании готовых схем потребуются хотя бы минимальные навыки в электротехнике. Иногда даже специалистам сложно разобраться в схеме релейной защиты на элементарном вводе трансформаторов 10 кВ, не говоря уже вообще о подстанции 110/10 кВ.

Подумайте о технике, которая упрощает понимание рисунков. Описанный ниже метод является стандартным и распространенным, на качество анализа он не влияет.

Разбивка схемы на части

Вся схема крайне сложна для восприятия, поэтому условно разделена на отдельные разделы и анализируется отдельно.

Рассмотрим РЗиА с клеммами на микропроцессорах, разделим чертеж на 10 позиций:

• объяснительная;
• цепи:
  • измерения (ток, напряжения);
  • механизм переключения;
  • задействованное (рабочее) питание, в том числе питание терминала;
  • будильники;
  • выходные, включая автомобили и резервы;
  • АСУ;
  • вспомогательное оборудование (отопление, свет, розетки и т.д.);
• список элементов, может быть отдельным;
• параметризация указана в таблицах и логических схемах. Они также могут выделяться индивидуально.

Не каждый набор РП содержит все 10 позиций, но отсутствие некоторых необходимо обосновать, а если этого сделать нельзя, то в схеме есть ошибка.

Этот метод является своеобразным чек-листом, системой анализа. Полученные результаты можно зафиксировать в списке галочкой напротив пунктов и передать исполнителю перед планированием.

Пример проверки: отсутствие цепи привода в ТН 10 кВ (позиция 2 в «цепной» части списка) обосновывается тем, что ячейка последней без выключателя, и это логично. Если нет ответа на заданный вопрос, например, почему нет данных параметризации ввода 10 кВ в РП, это ошибка, особенно для терминалов с гибкой логикой.

Типичные неисправности схемы:

• в силовых цепях — неправильная полярность при подключении ТТ к клемме;
• схемы привода — взвод (готов к активации). Может быть неправильное закрытие, открытость. Необходимо проверить сравнение с терминальным алгоритмом;
• цепи оперативного питания — клавиши управления, режим управления (МУ/ДУ);
• цепи дуговой защиты, генерирующие конструкции, особенно подвержены таким сложным ошибкам.

Пример разбивки схемы и прочтения

Для пояснения мы взяли популярный пример из интернета, к нему в сети тоже есть видео материал. Схему покажем по частям (соединены в горизонтальной плоскости), так как она довольно большая.

Чертеж релейной защиты с электромеханическими реле, выключателем ВВТЭЛ Тавридаэлектрик (без клеммы, это не цифровая конструкция на микропроцессорах) линии 10 кВ на ПС 110/10 кВ:

Схема доступна в сети, для ее открытия нужны специальные программы для рисования. Затем мы выделяем и показываем части.

Работа с логическими схемами РЗА

С появлением микропроцессорных терминалов и контроллеров в жизнь энергетиков вошли логические схемы. Это наиболее точное описание принципов работы современных релейных защит, когда многие элементы заменены на принципиальной схеме «черным ящиком”.

Если вы хотите работать инженером по реле, вам необходимо уметь читать логические схемы, а также принципиальные схемы. Хочу сказать больше — если вы имеете дело с микропроцессорной защитой и автоматикой, принципиальная схема не имеет смысла без логической. Одно является необходимым продолжением другого.

К счастью, научиться читать логические схемы довольно легко, особенно если вы раньше работали с «электромеханикой». Это связано с тем, что логические вентили можно заменить небольшими лестничными диаграммами, которые может прочитать любой ретранслятор.

Сегодня мы поговорим о том, как это сделать.

Итак, рассмотрим пять наиболее распространенных логических элементов, создадим их эквивалентные схемы на общих контактах и ​​катушках реле, а затем рассмотрим пример преобразования большой логической схемы в электромеханическую.

Наличие сигнала на определенном участке логической схемы обозначается как «1», а его отсутствие — как «0». Для контактной цепи реле аналогия будет следующей: «1» — наличие рабочего напряжения на участке цепи (например, на катушке реле), а «0» — отсутствие напряжения.

В обычных схемах рабочее напряжение подается на часть схемы с помощью контакта (реле, ключа, вспомогательного контакта и т д.) Это означает, что логические элементы можно заменить контактами, соединенными определенным образом. Давай сделаем это.

Наиболее распространенными элементами, которые вы найдете в любой логической схеме, являются «ИЛИ», «И», «НЕ», «ТРИГГЕР» и «ТАЙМЕР». Пороговые элементы (сравнение с уставкой) для простоты пока трогать не будем.

Логическое сложение «ИЛИ»

Правило «ИЛИ»: если на одном или обоих входах есть логическая «1», то на выходе также появится «1».

Для пояснения приведем Таблицу 1, где в первом и втором столбцах указаны значения входных сигналов, а в третьем — значение выходных. Как видите, если есть хотя бы один входной сигнал, мы получаем выходной сигнал.

Какому расположению контактов реле это соответствует? Разумеется, параллельное соединение контактов (см рис. 1). В этом случае контакты имитируют наличие/отсутствие входного сигнала, а катушка реле — выходного сигнала.

Вместо катушки можно подключить следующий элемент, если наш элемент «ИЛИ» не последний.

Следует отметить, что элемент «ИЛИ» может иметь 2 и более входных сигнала (неограниченно).

Читайте также: Регулятор напряжения 220в: схемы на тиристоре, транзисторе, симисторе

Логическое умножение «И»

Правило работы «И»: на выходе будет «1», только если на обоих входах логическая «1», в противном случае на выходе всегда будет «0».

Элемент «И» соответствует последовательному соединению контактов — см рис. 2

Логическая инверсия «НЕ»

Правило работы «НЕ»: если на входе «1», на выходе будет «0», и наоборот. Инверсия инвертирует сигнал.

Зависимости входного и выходного сигналов приведены в таблице. 3

Для элемента «НЕ» построить схему контактов реле сложнее, чем для первых двух. Здесь требуется использовать промежуточное реле Х, с нормально замкнутым контактом — см схему на рис. 3.

Когда контакт А замыкается, контакт Х размыкается и обесточивает катушку С. И наоборот. Таким образом, мы получили эквивалентную схему контактов реле для инверсии.

RS-триггер

Триггер представляет собой элементарную ячейку памяти, т.е этот элемент запоминает значение выходного сигнала даже при исчезновении входного.

Правила работы «RS-триггера»:

Когда на входе S появится логическая «1», на выходе T появится «1», но только при наличии логического «0» на входе R (нет сигнала). Если сигнал на входе S исчезнет, ​​сигнал на выходе T останется равным «1», т.е триггер запомнит состояние. Сигнал на выходе T будет сброшен только тогда, когда мы подадим «1» на вход R.

Вход R сбрасывает состояние триггера, т.е когда он равен «1», то на выходе T всегда «0», независимо от сигнала на входе S.

Вы также можете сказать, что триггер «запитывается» от S и «сбрасывается» от R, а вход R является приоритетным.

В таблице 4 приведены зависимости сигналов на входах и выходах триггера. Обратите внимание, что если оба входа триггера равны «0», мы не будем знать состояние на выходе. Для этого нужно проанализировать предыдущие воздействия.

Схема замены триггера показана на рис. 4. Эффект памяти достигается за счет использования замыкающей цепи промежуточного реле. При замыкании контакта А промежуточное реле Y одним из контактов воздействует на выходное реле С, а другим начинает работать. В этом случае реле Y остается активированным даже при размыкании контакта А.

Сброс приоритетного расцепителя осуществляется размыкающим контактом B (R), который последовательно соединен с катушкой реле Y.

Таймер

Таймер соответствует схеме с реле времени на рис. 5. Думаю, здесь нет необходимости в подробных пояснениях.

Укрупненные схемы замещения

Если логическая схема состоит из нескольких элементов, то схему контактов реле можно записывать последовательно, включая эквивалентные схемы.

На рис. 6 представлена ​​эквивалентная схема для последовательно соединенных элементов «ИЛИ» и «НЕ»

Построение комплексной схемы замещения

Ниже представлен видеоролик, показывающий пример построения эквивалентной схемы для относительно большой логической схемы.