релейная защита распределительных устройств

Когда говорят про релейную защиту распределительных устройств, многие сразу представляют себе красивые логические схемы в софте типа ?РЗА-Эксперт? или каталоги с времятоковыми характеристиками. А на деле часто упираешься в то, что в старом щите 1980-х годов постройки просто физически нет места, чтобы аккуратно разместить эти современные терминалы. Или наладчик, который всю жизнь работал с электромеханическими реле РТ-40, смотрит на экран микропроцессорного блока как на инопланетный корабль. Вот это и есть та самая точка, где теория защиты встречается с реальностью распределительных устройств — часто неидеальной, стеснённой и капризной.

Не только уставки: физическое воплощение защиты

Собственно, сама релейная защита начинается не с расчётов. Она начинается с осмотра шкафа. Ржавеют ли шинки вторичных цепей? Как проложены контрольные кабели — отдельно от силовых или всё в одном лотке? Помню один случай на подстанции 6 кВ, где ложные срабатывания защиты от междуфазных КЗ происходили… во время дождя. Оказалось, что при монтаже лет двадцать назад кабель цепей тока от трансформаторов ТТ шёл в том же кабельном канале, что и силовые линии, а изоляция со временем подсохла. Влага становилась проводящей средой, наводила помехи. Пришлось полностью перекладывать вторичные цепи. И это при том, что уставки на бумаге были безупречны.

Или другой аспект — питание самих устройств релейной защиты. Казалось бы, мелочь. Но если в щите управления стоит один общий источник оперативного тока на всю защиту и автоматику, а его аккумуляторная батарея уже отработала свой срок, то в момент глубокой посадки напряжения при КЗ может не хватить мощности на отключение выключателя. Видел такое на одном из предприятий химической промышленности. Микропроцессорные терминалы просто ?погасли? при глубоком снижении напряжения в сети, не выдав команду. Хорошо, что сработала резервная защита на соседнем присоединении. После этого заказчик, кстати, обратился в компанию Уси Лунцзюнь Электрик (ООО) — они как раз занимаются комплексным обследованием и модернизацией таких систем. На их сайте https://www.longjunpower-epct.ru можно найти примеры, как подходят к замене не просто устройств, а всей инфраструктуры оперативного тока, что критично для надёжности.

Поэтому мой первый принцип: защита не живёт в чертежах. Она живёт в конкретном распределительном устройстве, со всей его историей, грязью, температурными перепадами и человеческим фактором монтажа. Прежде чем что-то программировать, нужно понять эту среду обитания.

Микропроцессор против электромеханики: не война, а преемственность

Сейчас, конечно, тренд — повсеместная замена старых панелей на цифровые терминалы. И это правильно: больше функций, самодиагностика, связь по IEC 61850. Но здесь кроется ловушка для проектировщика. Часто берут цифровой блок, например, для защиты линии, и тупо ?переносят? в него уставки от старого аналогового реле. А потенциал-то не используется. Например, в современных устройствах можно гибко настроить логику работы нескольких ступеней защиты с блокировками по току или напряжению, реализовать АПВ с контролем синхронизма — то, что на реле старого типа требовало десятков дополнительных промежуточных реле и сложной разводки.

Но и обратная сторона есть. Электромеханическое реле, например, РТ-80 или РНТ-565, — это по сути аналоговое вычислительное устройство. Его время срабатывания зависит от многих факторов, но оно обладает определённой ?инерционностью?, которая в некоторых случаях сглаживает кратковременные броски, не являющиеся КЗ. Цифровой терминал, делающий выборки с высокой частотой, может среагировать на такой бросок как на начало короткого замыкания. Поэтому при переходе на цифру важно не просто перенести уставки, а заново проанализировать режимы сети, возможные переходные процессы (пуск мощных двигателей, включение трансформаторов) и уже под них настраивать фильтры и задержки в терминале. Иногда даже приходится искусственно ?замедлять? цифровую защиту, чтобы она не была излишне ?нервной?.

В этом контексте опыт таких организаций, как упомянутая Компания Уси Лунцзюнь Электрик (ООО), чей предшественник был связан с оборонной промышленностью, часто оказывается ценным. Подход, отточенный на объектах с высокими требованиями к надёжности (а филиал завода 9759-го завода НОАК говорит сам за себя), учит не гнаться за ?навороченностью?, а добиваться отказоустойчивости системы в целом. Иногда это значит оставить простую, но проверенную резервную электромеханическую ступень, даже когда основная защита — цифровая.

Токовые трансформаторы: слабое звено системы

Можно поставить самый дорогой и умный терминал релейной защиты, но если токовые трансформаторы (ТТ) работают в насыщении, вся система слепа. Это, наверное, одна из самых частых проблем в старых распределительных устройствах. Расчёт ТТ на предмет насыщения при КЗ — это обязательный пункт, который, увы, часто пропускают. Особенно когда модернизируют защиту, но оставляют старые трансформаторы тока.

Был у меня показательный случай на ГПП металлургического завода. Установили новые дифференциальные блоки для защиты силовых трансформаторов. При пуске одного из трансформаторов после ремонта защита мгновенно сработала, хотя кз не было. Долго искали причину. Оказалось, что ТТ на стороне 6 кВ имели класс точности 10Р, но расчётный коэффициент насыщения был близок к пределу. А в момент включения трансформатора возникал огромный броск тока намагничивания, несимметричный по фазам. ТТ одной фазы ушли в глубокое насыщение, исказили сигнал, и дифференциальный орган ?увидел? внутреннее повреждение. Пришлось менять ТТ на более стойкие к насыщению (с большим значением номинального предела точности) и дополнительно настраивать блокировку защиты от бросков намагничивания в самом терминале.

Это к вопросу о системном подходе. Нельзя рассматривать защиту отдельно от первичного оборудования и измерительных трансформаторов. Комплексный аудит, который предлагают некоторые подрядчики, как раз на это и направлен. Посмотреть не только на панели, но и на то, что стоит в ячейках.

Цифровая связь и ?человеческий? интерфейс

Современные распределительные устройства всё чаще проектируют с цифровым обменом данными между интеллектуальными устройствами (IED) и АСУ ТП. Протоколы типа МЭК 61850 — это прекрасно. Они позволяют избавиться от горы медных проводов для сигнализации и управления, заменив их одним оптоволоконным кабелем. Но здесь возникает новый пласт проблем — проблемы настройки и обслуживания.

Инженеру, привыкшему к понятным контактам реле и перемычкам на клеммниках, теперь нужно разбираться в SCL-файлах (файлах конфигурации подстанции), в логических узлах (Logical Nodes) и GOOSE-сообщениях. Ошибка в настройке этих сообщений может привести к тому, что, например, команда на блокировку АВР от защиты одного фидера просто не дойдёт до устройства другого. А это уже прямая угроза безопасности.

Поэтому внедрение цифровых систем — это всегда параллельное обучение персонала. И важно, чтобы сами устройства имели не только мощный функционал, но и понятный, интуитивный интерфейс для местного обслуживания. Чтобы в аварийной ситуации, когда верхний уровень АСУ ТП ?лежит?, дежурный электромонтёр мог с кнопок на фронтальной панели терминала считать аварийные осциллограммы, посмотреть последние события и понять, что произошло. Излишняя ?заумность? интерфейса в ущерб простоте базовых операций — это бич многих современных решений.

Резервирование: сколько достаточно?

Вопрос резервирования устройств релейной защиты — это всегда поиск баланса между надёжностью и стоимостью. Принцип ?N+1? для ответственных присоединений (например, секционных выключателей, силовых трансформаторов) уже стал стандартом де-факто. Но что резервировать? Полностью независимый второй комплект защиты с своими ТТ, цепями оперативного тока и даже выключателем? Или достаточно резервирования на уровне логики внутри одного терминала (два независимых процессорных ядра, две группы уставок)?

На мой взгляд, для большинства распределительных устройств напряжением 6-10 кВ на промышленных предприятиях оптимален подход с основным цифровым терминалом, выполняющим все функции, и максимально простой резервной защитой (например, токовой отсечкой на независимом реле прямого действия, типа РТМ или даже старого доброго РТ-40), подключённой к тем же ТТ, но к отдельной независимой секции аккумуляторной батареи. Это даёт защиту и от отказа микропроцессорной части, и от проблем с общим источником питания.

Один из самых неудачных проектов, который я видел, как раз провалился из-за ложной экономии на резервировании. Поставили один современный терминал на каждую ячейку 10 кВ, но запитали все их от одного мощного инвертора. При повреждении в самом инверторе вся защита на секции вышла из строя. Пришлось срочно монтировать аварийные щиты с классическими электромеханическими реле. Теперь, глядя на проекты, всегда задаю вопрос: ?А что будет, если это устройство/источник питания полностью откажет?? Ответ ?ничего? — не принимается.

Вместо заключения: защита как живой организм

Так что же такое релейная защита распределительных устройств в моём понимании? Это не набор приборов в шкафу. Это система, которая должна расти и адаптироваться вместе с самой подстанцией. Меняется нагрузка — нужно корректировать уставки. Стареют кабельные линии — возможно, стоит пересмотреть чувствительность защит от замыканий на землю. Появляются новые генераторы (солнечные электростанции, когенерация) — необходимо анализировать их влияние на токи КЗ и направления потоков мощности.

Поэтому лучшая защита — это не та, что собрана по последнему слову техники, а та, за которой есть постоянное техническое наблюдение и которая обслуживается грамотными специалистами, понимающими не только кнопки на панели, но и физику процессов в сети. И компании, которые приходят на объект не просто ?поставить коробку?, а провести полный цикл работ — от аудита и проектирования до монтажа, наладки и обучения персонала, — именно они создают по-настоящему работоспособные системы. Как, например, Компания Уси Лунцзюнь Электрик (ООО), которая с самого начала, с момента своего основания на базе филиала оборонного завода, вероятно, впитала этот принцип: ответственность за объект не заканчивается подписанием акта сдачи-приёмки. В конечном счёте, надёжность распределительного устройства определяется надёжностью самого слабого звена в цепи — а этим звеном часто оказывается не железо, а организация его обслуживания.