Vodič za zaštitu i relej: odabir, postavljanje i testiranje releja

Što zaštitni relej zapravo štiti

Zaštitni relej donosi odluke: mjeri struju/napon (a ponekad i frekvenciju, snagu, impedanciju, harmonike), primjenjuje logiku i izdaje okidanje prekidača kada uvjeti ukazuju na opasnost od oštećenja ili sigurnosnu opasnost. U praktičnom dizajnu zaštite i releja, vi štitite:

• Oprema: transformatori, motori, generatori, kablovi, sabirnice i vodovi.
• Stabilnost sustava: sprječavanje kaskadnih isključenja tijekom kvarova.
• Ljudi i objekti: ograničenje trajanja bljeska luka i nesigurni potencijali dodira.

Koristan mentalni model su “zone zaštite”. Svaka imovina treba imati jasno definiranu granicu i primarnu relejnu shemu, s rezervnom zaštitom uzvodno. Cilj je da se prvi aktivira primarni relej; rezervni se aktivira samo ako primarna zaštita ili prekidač otkaže.

Osnovne funkcije releja koje ćete najčešće koristiti

Moderni numerički releji implementiraju mnoge funkcije u jednom uređaju. Sljedeći su uobičajeni sastavni dijelovi u aplikacijama zaštite i releja, zajedno s onim u čemu su dobri:

Ako trebate početnu točku za mnoge industrijske i komercijalne sustave, kombinirani fazni nadstrujni paket zemljospoja s dobro koordiniranim vremenskim krivuljama često je najisplativija osnovna linija—tada dodajte diferencijalne sheme, sheme za smanjenje bljeska luka ili sheme potpomognute komunikacijom gdje to opravdavaju rizik i kritičnost.

Projektiranje sheme zaštite: zone, selektivnost i sigurnosna kopija

Praktična filozofija zaštite i releja trebala bi odgovoriti na tri pitanja za svaku vrstu kvara: "Tko se prvi aktivira?", "Koliko brzo?", i "Tko ga podupire ako ne uspije?" Klasična hijerarhija je:

• Primarna zaštita: pokriva najmanju zonu i najbrže se aktivira.
• Lokalna sigurnosna kopija: logika kvara prekidača isključuje uzvodne prekidače ako se lokalni prekidač ne isprazni.
• Daljinsko sigurnosno kopiranje: uzvodni relej s vremenskim odgodom nadstruje/udaljenosti koji uklanja kvar ako lokalne sheme zakažu.

Margina koordinacije koju biste trebali planirati

Za vremenski stupnjevanu prekostrujnu koordinaciju, inženjeri obično ciljaju vremenski interval koordinacije koji pokriva toleranciju radnog vremena releja, vrijeme isključivanja prekidača i prijelazne učinke CT/releja. U mnogim postavkama na terenu, praktičan početni raspon je 0,2–0,4 sekunde između nizvodnih i uzvodnih uređaja na istoj razini struje kvara (prilagodite na temelju brzine prekidača i vrste releja).

Brza provjera "granice zone".

Prije finaliziranja postavki, provjerite je li granica svake zone fizički značajna: lokacije CT-a, pozicije prekidača i prekida moraju biti usklađeni. Do mnogih pogrešnih operacija dolazi kada crteži pokazuju jednu granicu, ali CT ožičenje ili sklop prekidača implementiraju drugu.

Instrumentalni transformatori i ožičenje: Skrivena točka kvara

Rad zaštite i releja ograničen je mjernim lancem. Ako relej nikada ne "vidi" grešku ispravno, nikakve finoće postavki neće vas spasiti.

Strujni transformatori (CT): točnost u odnosu na zasićenje

Zasićenje CT-a može odgoditi ili izobličiti struju tijekom velikih kvarova, posebno za diferencijalne elemente i elemente velike brzine. Praktična ublažavanja uključuju:

• Koristite CT klase prikladne za rad zaštite i predviđenu struju kvara (uključujući DC pomak).
• Održavajte nisko opterećenje sekundara: kratke staze, ispravna veličina vodiča, čvrsti završeci.
• Potvrdite polaritet i omjer na svakom CT-u; jedan obrnuti CT može uništiti diferencijalnu zaštitu.

Naponski transformatori (VT/PT): spajanje i logika gubitka potencijala

Kvar VT osigurača može oponašati nedostatke napona ili kvarove udaljenosti. Upotrijebite nadzor gubitka potencijala gdje je to moguće i osigurajte da prakse VT sekundarnog osigurača odgovaraju očekivanjima vaše sheme. Ako vaš relej koristi polarizaciju napona, provjerite kako se ponaša pod gubitkom VT kako ne biste stvorili mrtvu točku ili neugodno stanje prekida.

Praktično pravilo: ako vidite neobjašnjive operacije, provjerite CT/VT ožičenje, opterećenje, polaritet i uzemljenje prije nego što promijenite postavke. U mnogim istraživanjima glavni uzrok je ponašanje ožičenja ili mjernog transformatora , a ne sam zaštitni element.

Praktičan radni tijek postavki releja s razrađenim primjerom

Ispod je praktični tijek rada koji možete primijeniti za prekostrujnu zaštitu napojnog voda. Nije zamjena za studiju pune koordinacije, ali sprječava najčešće pogreške.

Tijek rada korak po korak

1. Prikupite podatke o sustavu: jednolinijski, impedancija transformatora, veličine vodiča, tipovi prekidača, CT omjeri i metoda uzemljenja.
2. Izračunajte očekivano opterećenje i udar: maksimalna potražnja, pokretanje motora, napajanje transformatora.
3. Izračunajte razine kvarova na ključnim sabirnicama (minimalne i maksimalne): uključite varijacije izvora i doprinos motora gdje je primjenjivo.
4. Odaberite elemente zaštite: faza OC, zemljospoj, trenutna, usmjerena ako je potrebno.
5. Koordinirajte vremenske krivulje od nizvodno do uzvodno s namjernom marginom (nemojte "očnom jabučicom" zatvoriti sjecišta).
6. Provjera prema zaštitnim ciljevima: bez okidanja pri normalnom opterećenju, okidanja zbog kvarova unutar potrebnog vremena, ispravan rezervni rad.
7. Dokumentirajte svaku pretpostavku i obrazloženje postavke kako bi buduće promjene ostale koherentne.

Primjer rada (tipični brojevi)

Razmotrite dovod od 480 V sa strujom punog opterećenja od 300 A i CT omjerom od 600:5. Uobičajen početni pristup je:

• Fazno vrijeme prekostrujnog preuzimanja blizu 1,25 × očekivano maksimalno opterećenje (kako bi se izbjegla neugodna putovanja), zatim podesite za pokretanje motora i raznolikost.
• Trenutačni element postavljen iznad maksimalnog nizvodnog prolaza (radi očuvanja selektivnosti) ili onemogućen tamo gdje je selektivnost kritična.
• Prihvatnik kvara na zemlji odabran za detekciju niskih kvarova na zemlji uz poštivanje sustava uzemljenja; za otporno uzemljene sustave, to može biti znatno niže od faznih preuzimanja.

U mnogim postrojenjima, poboljšanje performansi bljeska luka manje se oslanja na snižavanje dizanja, a više na korištenje brže logike tijekom održavanja (na primjer, unos načina održavanja), dok se normalna koordinacija održava netaknutom. Obranjiv ishod je: brzo kada su ljudi izloženi, selektivno kada postrojenje radi .

Moderni zaštitni releji: logika, komunikacije i IEC 61850

Zaštitni i relejni sustavi sve više koriste komunikacijski potpomognute sheme za poboljšanje brzine i selektivnosti. Uobičajeni obrasci uključuju dopušteno okidanje, sheme blokiranja i prijenosno okidanje. IEC 61850 omogućuje standardizirane podatkovne modele i brzu razmjenu poruka (na primjer, GOOSE) koji mogu zamijeniti ožičene blokade u mnogim dizajnima.

Gdje komunikacija najviše pomaže

• Zaštita linije: brže čišćenje s permisivnim shemama u usporedbi s čistim vremenskim ocjenjivanjem.
• Koordinacija kvara sabirnice i prekidača: deterministička logika i poboljšano izvješćivanje o događajima.
• Operativna vidljivost: oscilografija i zapisi događaja smanjuju vrijeme rješavanja problema nakon prekida.

Cyber kontrola i kontrola konfiguracije (nije obavezno)

Budući da su moderni releji programibilne krajnje točke, kontrola konfiguracije dio je pouzdanosti. Tretirajte datoteke postavki i komunikacijska mapiranja kao kontrolirane artefakte: održavajte povijest verzija, ograničite pristup i potvrdite promjene kroz proces testiranja. Čvrsta operativna praksa je zahtijevati stručni pregled za svaku promjenu koja bi mogla promijeniti logiku okidanja.

Ispitivanje i puštanje u pogon: kako "dobro" izgleda na terenu

Shema zaštite i releja dobra je onoliko koliko je dobra i njezino puštanje u pogon. Numerički releji pružaju bogatu dijagnostiku, ali još uvijek trebate dokazati put okidanja od kraja do kraja: senzor → logika → izlazni kontakti → zavojnica za okidanje → čišćenje prekidača.

Kontrolni popis za puštanje u rad (praktično)

• CT provjera polariteta, omjera i faze; sekundarno uzemljenje provjereno i dokumentirano.
• VT polaritet i ispravno mapiranje faza-faza/faza-neutrala; logika gubitka potencijala provjerena.
• Provjera okidačkog kruga: kontinuitet okidačkog svitka, istosmjerno napajanje, nadzorni alarmi i ispravno mapiranje izlaznih kontakata.
• Testovi sekundarnog ubrizgavanja: podizanja, vremenske krivulje i usmjereno ponašanje potvrđeno prema postavkama.
• End-to-end testovi za putovanja potpomognuta komunikacijom tamo gdje su se koristili (uključujući sigurno ponašanje pri gubitku komunikacije).
• Potvrđeno snimanje zapisa događaja: zapisi o smetnjama, vremenska sinkronizacija i ispravno imenovanje stanica.

Praktični kriterij prihvatljivosti je da je izmjereno vrijeme okidanja (isključivanje izlaznog prekidača rada releja) u skladu s pretpostavkama dizajna. Za mnoge primjene očekuje se da će "trenutačna" radnja zaštite biti reda veličine nekoliko ciklusa snage-frekvencije za odluku o releju plus uklanjanje prekidača, ali točan cilj mora odgovarati planu prekidača i koordinacije.

Rješavanje problema s pogrešnim radom: Brza izolacija glavnog uzroka

Kada se relej neočekivano aktivira, najbrži način za izolaciju osnovnog uzroka je korištenje discipliniranog niza koji odvaja "ono što je relej izmjerio" od "što je sustav iskusio". Prvo koristite izvješća o događajima releja i oscilografiju; često su pouzdaniji od pretpostavki donesenih naknadno.

Visokoučinkovita pitanja na koja treba odgovoriti

• Koji je element potvrđen (npr. vrijeme OC, trenutni, diferencijalni, podnapon)?
• Pokazuju li valni oblici stvarni potpis kvara (jačina struje, fazni pomak, negativni slijed, zaostala struja)?
• Je li relej bio ispravno polariziran (VT prisutan, ispravno mapiranje faza) u vrijeme rada?
• Može li zasićenje CT-a ili pogreška u ožičenju objasniti mjerenja (struja s ravnim vrhom, neusklađene fazne struje)?
• Je li se prekidač doista otvorio ili ste doživjeli scenarij kvara prekidača?

Uobičajen primjer: diferencijalna isključenja pri napajanju transformatora kada je ograničenje naleta onemogućeno ili pogrešno konfigurirano. Još jedan čest problem je "brbljanje" kod greške uzemljenja uzrokovano neispravnim preostalim ožičenjem ili labavom sekundarnom vezom CT-a. U oba slučaja, same promjene postavki su rizične osim ako ne potvrdite da je mjerni lanac ispravan.

Odabir pravog releja za posao

Odabir zaštitnog releja trebao bi biti vođen vrstama grešaka, kritičnošću i mogućnošću održavanja—a ne samo brojem značajki. Upotrijebite kriterije u nastavku kako biste izbjegli pretjeranu kupnju ili, još gore, nedovoljnu zaštitu.

Kriteriji odabira koji su važni u praksi

• Potrebne zaštitne funkcije: uključuju buduća proširenja (dodatni dodavači, DG, prekidači).
• Ulazi/izlazi: okidački svici, status prekidača, blokade, način održavanja, alarmi.
• Komunikacije: podrška za SCADA protokol, potrebe IEC 61850, metoda sinkronizacije vremena.
• Zapisi događaja: dubina snimanja valnog oblika, okidači i jednostavnost pronalaska.
• Mogućnost operativnog održavanja: postavljanje dostupnosti softvera, podrška za predložak i obuka.

Izjava o praktičnom ishodu za većinu projekata je: standardizirati obitelji releja i postaviti predloške gdje god je to moguće . Standardizacija smanjuje vrijeme inženjeringa, pojednostavljuje rezervne dijelove i poboljšava odgovor na incidente jer tehničari prepoznaju obrasce u izvješćima o događajima i logici.