Наладка (настройка) устройств релейной защиты (РЗА)

Устройства релейной защиты РЗА

В настоящее время термином «реле» обозначается широкая группа автоматических приборов и устройств, используемых в релейной защите, автоматике, телемеханике, телефонии и других отраслях техники. Еще в конце XIXвека появились первые плавкие предохранители, которые затем сменила электромеханическая и статическая (аналоговая) релейная защита. В нашей стране с начала 1990-хх годов такие устройства постепенно заменяются цифровыми. На данный момент большая часть устройств релейной защиты в России еще принадлежит к технике прошлых поколений, но на новых объектах или после реконструкции в подавляющем большинстве случаев ставится только цифровая релейная защита.

Качественные цифровые устройства релейной защиты выпускаются как отечественным производителем, так и зарубежными компаниями. Из устройств российского производства можно отметить несколько:

блок микропроцессорной релейной защиты «БМРЗ» («Механотроника» г. Санкт-Петербург);
«ШЭ» («Экра» г. Чебоксары);
«Сириус» («Радиус» г. Зеленоград).

Устройства релейной защиты зарубежного производства:

«Silirotec» («Siemens»);
«Seliam» («Schneider Electric»);
«SliAC», «REF» («ABB»).

Грамотная наладка релейной защиты также требует соответствующего оснащения, такого как отечественные РЕТОМ-11, РЕТОМ-21, РЕТОМ-51, РЕТОМ-61, или зарубежных аналогов. Важно, чтобы наладку релейной защиты проводили только квалифицированные специалисты, имеющие опыт работы, и умеющие качественно и в сроки выполнить эту серьёзную задачу.

Причины и последствия неисправностей РЗА

Нормируемые значения и периодичность проверок, требования к релейной защите, основные методы наладки РЗ, примеры расчета перечислены и описаны в нормативных документах: РД «Инструкции по проверке устройств релейной защиты», ПТЭЭП, ПУЭ 7-е изд. Гл.1.8., методические пособия, справочники по устройствам РЗ. Они определяют, что прежде чем электроустановка будет допущена к эксплуатации, необходимо провести пусконаладочные работы, а для оборудования до 1000В необходимы приемосдаточные испытания. Короткие замыкания, повреждения изоляции и перегрузки возникают из-за ряда причин, некоторые из них не поддаются прогнозированию – это действия персонала, пробой или отслоение изоляции, обрыв проводов из-за природных явлений или антропогенных воздействия, включение заземленного оборудования под напряжение и так далее. Для того, чтобы минимизировать последствия таких ситуаций и требуется наладка релейной защиты после монтажа и и проверка релейной защиты в эксплуатации.

Для того, чтобы понять принцип настройки релейной защиты, необходимо знать, что происходит во время короткого замыкания. Обычно к месту короткого замыкания подходят большие токи в десятки тысяч ампер в течение очень малого времени. Они вызывают не только пробой, но и сильный нагрев и перегрев токоведущих частей. В этом случае возможно возгорание изоляции и возникновение пожара электроустановки. Наладка релейной защиты позволяет автоматически отключить часть энергосистемы с тем, чтобы обесточить поврежденную в результате аварийной ситуации часть электроустановки либо участок сети. Правильно настроенная релейная защита своевременным срабатыванием сокращает последствия аварии, а также падение напряжения в остальной сети, остановку электродвигателей и генераторов, подключенных параллельно, повреждение технологического оборудования.

Автоматические выключатели 0,4кВ тоже относятся к релейной защите, при приемосдаточных испытаниях проверяются их характеристики по перегрузке ( с выдержкой времени) и отсечке ( мгновенно или с минимальной выдержкой времени). Срабатывание аппаратов защиты до 0,4кВ позволяет быстро отключить поврежденный участок сети и предотвратить аварию без участия персонала: в момент прекращения подачи тока электрическая дуга гаснет, и остальная часть электросети работает в штатном режиме. Это, в свою очередь, предотвращает сбои в работе основного оборудования, его порчу и остановку производства. Потери предприятия при правильной наладке релейной защиты минимизируются.

Короткие замыкания – самые часто встречающиеся проблемы энергосистем, поскольку имеют множество различных причин. Также, производя наладку релейной защиты, необходимо учитывать, что возможны следующие ситуации:

замыкание на землю фазы в сети с изолированной нейтралью;
перегрузка;
понижение уровня масла в расширителе трансформатора;
выделение газа в результате разложения масла в трансформатор и так далее.

Согласно требованием ПТЭЭП: «силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов работы устройствами РЗА 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». Таким образом, можно сделать вывод, что вторым назначением системы релейной защиты является выявление нарушений режима работы электрооборудования и сигнализация об этом персоналу, находящемуся на удалении – в случаях, если персонал присутствует, отключение с помощью налаженной релейной защиты также производится, но с задержкой времени, что дает возможность использовать человеческий фактор.

Конфигурирование ЛВС и системы обеспечения единого времени

Мы объединили процедуры конфигурирования ЛВС и СОЕВ в один раздел, поскольку в данном проекте некоторые коммутаторы использовались в качестве гроссмейстерских часов PTP. Также требовалось конфигурирование коммутаторов с точки зрения протокола PTP. Никаких особенностей конфигурирования СОЕВ по сравнением с децентрализованными архитектурами с применением протокола Sampled Values не было. Однако конфигурирование коммутаторов Ethernet имело определенную специфику. В первую очередь, количество потоков Sampled Values (например, в проекте №2 их было 192) потребовало определенных мероприятий, поскольку сеть 100 Мбит/с не способна обеспечить передачу такого объёма данных. Более того, если этот трафик не будет отфильтрован и будет перенаправлятся коммутатором на конечное устройство (устройство РЗА, ПАС, ПДС и др.), то это в большинстве случаев будет приводить к отказу в обслуживании со стороны ИЭУ, приводя к тому что последнее не будет способно участвовать в информационном обмене. С другой стороны, сервера ISAS, оснащённые высокопроизводительными коммуникационными интерфейсами с пропускной способностью 40 Гб/с, и архитектура программного обеспечения ISAS позволяют принимать значительное количество по потоков Sampled Values через один коммуникационный интерфейс. Таким образом, в данном проекте коммутаторы выступили своего рода диодами, которые пропускали трафик исключительно на порт, к которому был подключён сервер. Технически это было достигнуто путём задания уникального значения тега VLAN ID для каждого исходящего потока Sampled Values и включения соответствующих портов коммутатора в эти VLAN, а также включением порта коммутатора, к которому было подключено серверное оборудование во все созданные VLAN. Единственной проблемой при реализации такой схемы стал мониторинг и диагностика потоков Sampled Values. Объём трафика Sampled Values в сторону серверного оборудования был настолько велик, что было абсолютно невозможно контролировать его используя какое-либо программное обеспечение, установленное на обычном ПК. Испытательная установка, которую мы попробовали использовать, также не справилась с задачей — она просто теряла кадры Sampled Values. Для решения задачи мониторинга и диагностики потоков Sampled Values мы вновь использовали комплекс Теквел Парк, справляющийся с задачей одновременной обработки до 100 потоков Sampled Values. Это позволило сэкономить время на физических переподключениях в ЛВС и на переконфигурировании сетевого оборудования в рамках пуско-наладочных работ.

Наладка устройств релейной защиты и автоматики

Нормативные документы устанавливают, что «наладка устройств релейной защиты и автоматики проводится подготовленными сотрудниками из числа электротехнического персонала, имеющими квалификацию и опыт работы. Работа осуществляется по утвержденным руководителем предприятия методикам. Испытательное оборудование и средства измерений, которыми выполняются работы, должны иметь аттестаты испытаний и свидетельства о поверке».

На крупном предприятии в службе главного энергетика существуют участки или группы релейной защиты, автоматики и телеизмерений. Если на предприятии такой службы нет, наладкой релейной защиты занимается специализированная организация, имеющая в штате лицензированную электролабораторию. Оперативный персонал должен проверять РЗА согласно составленному графику, путем визуального осмотра и считывания информации с блоков релейной защиты. Если сигналы о неисправностях, авариях или ошибки поступают регулярно, то проверки и наладка релейной защиты должны проводиться регулярно; в отсутствие такой возможности, вызываются сторонние оперативные выездные бригады электролабораторий.

Результаты осмотра заносятся в журнал релейной защиты и карты РЗА. В них должны отражаться все работы, выполненные за прошедший после последнего осмотра период, изменения в уставках, схемах, устройствах РЗА, введенных вновь или выведенных из работы, Также производятся записи в оперативном журнале. Фиксируются все изменения в электрических принципиальных схемах вторичной коммутации ячеек. Отсутствие исполнительной документаций на устройства РЗ, карт уставок в службе главного энергетика является серьезным нарушением требований законодательства и НД в области энергетики и влечет наказание или крупные штрафы. В эксплуатации у потребителя персонал проводит настройку релейной защиты согласно ПТЭЭП: «проводится проверка на исправность аварийной и предупредительной сигнализации, сигнализации положения выключателей, наличие напряжения на шинах оперативного тока, всех источников постоянного и переменного тока и режим работы подзарядных устройств». В настройку релейной защиты входит также проверка сопротивления изоляции цепей оперативного тока, наличие оперативного тока, исправность предохранителей, исправность источников АВР, исправность цепей управления выключателями, цепей сигнализации а также управления коммутационными аппаратами. Важно также проверить «правильность положения автоматических выключателей, рубильников и других коммутационных аппаратов в схеме АВР и соответствие их положений первичной схеме. По установленным измерительным приборам контролируют исправность цепей трансформаторов напряжения, предохранителей».

Нормативные документы также дают перечень неисправностей РЗА, которые персонал может исправить самостоятельно. Это:

Включение автоматических выключателей или замена плавких вставок в цепях ТН или питания устройств релейной защиты.
Вывод из работы всех устройств РЗА при обрыве цепей отключения выключателя или другого коммутационного аппарата, с последующим выполнением диспетчером мероприятий, предусмотренных для присоединения, полностью отключенного от релейной защиты;
Определение места повреждения при появлении в цепях оперативного тока замыкания на землю;
Отключение устройств, действующих на автоматическое включение выключателя, при повреждении выпрямителей, питающих цепи включения электромагнитных приводов.

Нормативные документы

Нормативные документы, в соответствии с требованиями которым проводится настройка релейной защиты:

ПУЭ 7-е издание раздел 1, гл. 1.8 « Нормы приемосдаточных испытаний»
РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»
Проектная документация на аппаратуру и блоки релейной защиты.
ПТЭЭП
РД 34.35.302-90. «Типовая инструкция по организации и производству работ в устройствах релейной защиты и электроавтоматики электростанций и подстанций».
РД 153-34.0-35.617-2001 «Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110-750кВ»
Э.С.Мусаэлян «Справочник по наладке ЭО ЭС и ПС. Аппаратура вторичных цепей»
Чернобровов Н.В. «Релейная защита»
Какуевицкий Л.И. Крутицкий А.Ю. «Справочник. Реле защиты и автоматики»
Методики проверки устройтсв РЗиА

Конфигурация системы ISAS

Как уже было отмечено ранее, ISAS практически полностью настраивается с использованием файла SCD, что очень удобно для инженеров, знающих и разбирающихся в языке SCL и моделях данных по стандарту МЭК 61850. Каждая функция, реализуемая ISAS представлена определенным логическим узлом и все взаимодействия между функциями (включая коммуникации между функциями внутри одного физического устройства) описываются объектами данных InRef логических узлов, принимающих данные. Основным недостатком конфигурирования ISAS стало отсутствие законченного инструментального ПО для настройки. При этом конфигурационные файлы SCL ПТК ISAS предусматривают использование проприетарного синтаксиса, что препятствовало использованию системных конфигураторов сторонних производителей. Таким образом, вся конфигурация была создана вручную (к счастью, в нашем распоряжении был пример уже реализованного проекта, который мы использовали в качестве шаблона). Инженеры, которые хотя бы раз пробовали создавать или редактировать файл конфигурации системы SCD, могут представить масштаб проблемы: финальный файл SCD для проекта насчитывал более 470 000 строк (см. Рис. 5).

Рис. 5. Конфигурационный файл SCD для системы ISAS.

Мы думаем, что перечисленные проблемы конфигурирования являются временными и будут разрешены в ближайшем будущем. По крайней мере, устранение проприетарного синтаксиса позволит использовать сторонние системные конфигураторы, что облегчит задачу конфигурирования системы в целом. Другим значимым аспектом, относящимся к работе с конфигурационными файлами, является управление ими. Поскольку файл SCD становится единственным контейнером конфигурации целой подстанции, он требует особого внимания. В нашем случае мы приняли решение управлять файлом конфигурации по аналогии с исходными файлами в программировании, сохраняя все версии и отслеживая отличия между ними. Мы ощутили все плюсы данного подхода, когда заказчик, внеся изменения в конфигурацию, развернул систему, используя устаревший файл SCD (который хранился на USB-флешке). Указанное привело к существенной деградации системы. Для решения задачи версионирования файлов SCD мы использовали систему Теквел Парк собственной разработки. Данная система позволяет анализировать файл SCL и представлять отличия одной версии файла от другой. Как уже было отмечено ранее, файл SCD на 99% обеспечивает конфигурирования системы ISAS. Однако оставшийся 1% также очень важен и включает в себя назначение серверных ресурсов, что играет значительную роль в обеспечение надежности функционирования системы. Назначение ресурсов должно быть выполнено наиболее оптимальным образом, обеспечивая работу программного обеспечения без прерываний и временных задержек. В нашем случае мы определяли назначение виртуальных ИЭУ на ядра процессора вручную. Мы убеждены в том, что при серийной реализации назначение ресурсов может выполняться автоматически при условии наличия данных по требуемым ресурсам для каждого логического узла, реализуемого на внутри ИЭУ.