Ghid de protecție și relee: selectarea, setarea și testarea releelor

Ce protejează de fapt un releu de protecție

Un releu de protecție este factorul de decizie: măsoară curentul/tensiunea (și uneori frecvența, puterea, impedanța, armonicile), aplică logica și declanșează o declanșare a unui întrerupător atunci când condițiile indică risc de deteriorare sau pericol de siguranță. În protecția practică și proiectarea releului, protejați:

• Echipamente: transformatoare, motoare, generatoare, cabluri, bare colectoare și alimentatoare.
• Stabilitatea sistemului: prevenirea declanșărilor în cascadă în timpul defecțiunilor.
• Oameni și facilități: limitarea duratei fulgerului și potențialelor de atingere nesigure.

Un model mental util este „zonele de protecție”. Fiecare activ ar trebui să aibă o limită clar definită și o schemă de releu primară, cu protecție de rezervă în amonte. Scopul este ca releul primar să declanșeze primul; backupul se declanșează numai dacă protecția primară sau întrerupătorul eșuează.

Funcții de bază ale releului pe care le veți folosi cel mai des

Releele numerice moderne implementează multe funcții într-un singur dispozitiv. Următoarele sunt elemente de bază obișnuite în aplicațiile de protecție și relee, împreună cu ceea ce sunt buni:

Dacă aveți nevoie de un punct de plecare pentru multe sisteme industriale și comerciale, un pachet combinat de defect de supracurent de fază cu curbe de timp bine coordonate este adesea cea mai rentabilă linie de bază - apoi adăugați scheme diferențiale, de reducere a fulgerului arcului sau asistate de comunicații acolo unde riscul și criticitatea justifică acest lucru.

Proiectarea schemei de protecție: zone, selectivitate și backup

O filozofie practică de protecție și releu ar trebui să răspundă la trei întrebări pentru fiecare tip de defecțiune: „Cine declanșează primul?”, „Cât de repede?” și „Cine face backup dacă eșuează?” Ierarhia clasică este:

• Protecție primară: acoperă cea mai mică zonă și se declanșează cel mai repede.
• Backup local: logica de defecțiune a întreruptorului declanșează întreruptoarele din amonte dacă întrerupătorul local nu se eliberează.
• Backup de la distanță: supracurent/distanță cu întârziere în timp a releului din amonte care elimină defecțiunea dacă schemele locale eșuează.

Marja de coordonare pe care ar trebui să o planificați

Pentru coordonarea la supracurent gradată în timp, inginerii vizează în mod obișnuit un interval de timp de coordonare care acoperă toleranța timpului de funcționare a releului, timpul de curățare a întreruptorului și efectele tranzitorii CT/releu. În multe setări de teren, un interval practic de pornire este 0,2–0,4 secunde între dispozitivele din aval și din amonte la același nivel de curent de defect (reglați în funcție de viteza întreruptorului și tipul de releu).

O verificare rapidă a „limitei zonei”.

Înainte de a finaliza setările, verificați că fiecare graniță de zonă este semnificativă din punct de vedere fizic: locațiile CT, pozițiile întrerupătoarelor și deconectările trebuie să se alinieze. Multe operațiuni greșite apar atunci când desenele arată o limită, dar cablarea CT sau linia întrerupătoarelor implementează alta.

Transformatoare de instrumente și cablare: punctul de defecțiune ascuns

Protecția și performanțele releului sunt limitate de lanțul de măsurare. Dacă releul nu „vede” niciodată defecțiunea corect, nici o cantitate de finețe a setărilor nu vă va salva.

Transformatoare de curent (TC): precizie vs saturație

Saturația CT poate întârzia sau distorsiona curentul în timpul defecțiunilor mari, în special pentru elementele diferențiale și de mare viteză. Atenuările practice includ:

• Utilizați clase CT adecvate pentru serviciul de protecție și curentul de defect anticipat (inclusiv offset DC).
• Mențineți sarcina secundară scăzută: curse scurte, dimensiunea corectă a conductorului, terminații solide.
• Validați polaritatea și raportul pe fiecare CT; un singur CT inversat poate învinge protecția diferențială.

Transformatoare de tensiune (T/T): logica de fuziune și pierdere de potențial

Defecțiunea siguranței VT poate imita subtensiune sau defecțiuni de distanță. Folosiți supravegherea pierderii potențialului acolo unde este disponibilă și asigurați-vă că practicile de fuziune secundară VT corespund așteptărilor schemei dvs. Dacă releul dvs. folosește polarizare de tensiune, confirmați cum se comportă în cazul pierderii VT, astfel încât să nu creați un punct mort sau o stare de declanșare neplăcută.

O regulă practică: dacă observați operațiuni inexplicabile, verificați cablarea CT/VT, sarcina, polaritatea și împământarea înainte de a modifica setările. În multe investigații, cauza principală este comportamentul cablajului sau al transformatorului instrumentului , nu elementul de protecție în sine.

Un flux de lucru practic pentru setările releului cu un exemplu lucrat

Mai jos este un flux de lucru practic pe care îl puteți aplica pentru protecția la supracurent al alimentatorului. Nu este un substitut pentru un studiu de coordonare completă, dar previne cele mai frecvente erori.

Flux de lucru pas cu pas

1. Colectați date de sistem: o singură linie, impedanța transformatorului, dimensiunile conductorilor, tipurile de întrerupătoare, rapoartele CT și metoda de împământare.
2. Calculați așteptările de sarcină și de pornire: cerere maximă, pornirea motorului, alimentarea transformatorului.
3. Calculați nivelurile de defecțiune la magistralele cheie (minim și maxim): includeți variațiile sursei și contribuția motorului, acolo unde este cazul.
4. Selectați elementele de protecție: fază OC, defect la pământ, instantaneu, direcțional dacă este necesar.
5. Coordonați curbele de timp din aval în amonte cu o marjă deliberată (nu închideți „globul ocular” intersecțiile).
6. Validați împotriva obiectivelor de protecție: fără declanșare la sarcină normală, declanșare în cazul defecțiunilor în timpul necesar, funcționare corectă de rezervă.
7. Documentați fiecare ipoteză și stabilirea rațiunii, astfel încât schimbările viitoare să rămână coerente.

Exemplu lucrat (numerele tipice)

Luați în considerare un alimentator de 480 V cu un curent de sarcină completă de 300 A și un raport CT de 600:5. O abordare de pornire comună este:

• Aproape de preluare a supracurentului în timpul fazei 1,25× sarcina maximă așteptată (pentru a evita declanșările neplăcute), apoi reglați pentru pornirea motorului și diversitatea.
• Element instantaneu setat peste defectul maxim în aval (pentru a păstra selectivitatea) sau dezactivat acolo unde selectivitatea este critică.
• Preluare defect de pământ aleasă pentru a detecta defecțiunile la pământ de nivel scăzut respectând sistemul de împământare; pentru sistemele cu împământare prin rezistență, acest lucru poate fi substanțial mai mic decât pickup-urile de fază.

În multe facilități, îmbunătățirea performanței arcului electric se bazează mai puțin pe scăderea pickup-urilor și mai mult pe utilizarea unei logici mai rapide în timpul întreținerii (de exemplu, o intrare în modul de întreținere), menținând în același timp coordonarea normală intactă. Rezultatul defensabil este: rapid când oamenii sunt expuși, selectiv când instalația funcționează .

Relee de protecție moderne: logică, comunicații și IEC 61850

Sistemele de protecție și releu folosesc din ce în ce mai mult scheme asistate de comunicații pentru a îmbunătăți viteza și selectivitatea. Tiparele comune includ declanșarea permisivă, schemele de blocare și călătoria de transfer. IEC 61850 permite modele de date standardizate și mesagerie de mare viteză (de exemplu, GOOSE) care pot înlocui interblocările cu fir în multe modele.

Unde comunicațiile ajută cel mai mult

• Protecția liniei: curățare mai rapidă cu scheme permisive în comparație cu gradarea pură în timp.
• Coordonarea defecțiunilor magistralei și întreruptorului: logică deterministă și raportare îmbunătățită a evenimentelor.
• Vizibilitatea operațională: oscilografia și jurnalele de evenimente reduc timpul de depanare după călătorii.

Controlul cibernetic și al configurației (neopțional)

Deoarece releele moderne sunt puncte finale programabile, controlul configurației face parte din fiabilitate. Tratați fișierele de setare și mapările de comunicare ca artefacte controlate: mențineți istoricul versiunilor, restricționați accesul și validați modificările printr-un proces de testare. O practică operațională puternică este de a solicita o evaluare inter pares pentru orice modificare care ar putea modifica logica de declanșare.

Testare și punere în funcțiune: Cum arată „Bine” pe teren

O schemă de protecție și releu este la fel de bună ca punerea în funcțiune. Releele numerice oferă diagnostice bogate, dar trebuie totuși să dovediți calea de declanșare de la capăt la capăt: detecție → logică → contacte de ieșire → bobină de declanșare întrerupător → ștergere întrerupător.

Lista de verificare a punerii în funcțiune (practică)

• verificarea polarității, raportului și fazării CT; împământarea secundară verificată și documentată.
• Polaritatea TV și maparea corectă fază-fază / fază-neutru; logica pierderii potențialului verificată.
• Verificarea circuitului de declanșare: continuitatea bobinei de declanșare, alimentarea DC, alarme de supraveghere și maparea corectă a contactelor de ieșire.
• Teste de injecție secundară: pickup-uri, curbe de timp și comportament direcțional validate în funcție de setări.
• Teste end-to-end pentru călătoriile asistate de comunicații, acolo unde sunt utilizate (inclusiv comportament de siguranță la pierderea comunicațiilor).
• Captură de înregistrare a evenimentelor verificată: înregistrări de perturbări, sincronizare de timp și denumire corectă a postului.

Un criteriu practic de acceptare este acela că timpul de declanșare măsurat (decuplarea întreruptorului de ieșire cu funcționarea releului) este în concordanță cu ipotezele de proiectare. Pentru multe aplicații, este de așteptat ca o operațiune de protecție „instantanee” să fie de ordinul câteva cicluri de putere-frecvență pentru decizia releului plus curățarea întreruptorului, dar ținta exactă trebuie să se potrivească cu întrerupătorul și planul de coordonare.

Depanarea operațiunilor greșite: Izolarea rapidă a cauzei principale

Când un releu se declanșează în mod neașteptat, cel mai rapid mod de a izola cauza principală este utilizarea unei secvențe disciplinate care separă „ceea ce a măsurat releul” de „ceea ce a experimentat sistemul”. Utilizați mai întâi rapoartele de evenimente și oscilografia; ele sunt adesea mai de încredere decât ipotezele făcute ulterior.

Întrebări cu randament ridicat la care să răspunzi

• Ce element afirmat (de exemplu, timp OC, instantaneu, diferențial, subtensiune)?
• Formele de undă arată o semnătură reală de defecțiune (mărimea curentului, defazarea, secvența negativă, curent rezidual)?
• Releul era polarizat corect (TV prezent, maparea corectă a fazelor) în momentul funcționării?
• Ar putea saturația CT sau eroarea de cablare să explice măsurătorile (curent cu vârf plat, curenți de fază nepotriviți)?
• S-a deschis efectiv întrerupătorul sau ați experimentat un scenariu de defecțiune a întreruptorului?

Un exemplu obișnuit: declanșări diferențiale la alimentarea transformatorului atunci când limitarea la pornire este dezactivată sau configurată greșit. O altă problemă frecventă este „furcănirea la masă” cauzată de cablarea reziduală incorectă sau de o conexiune secundară CT slăbită. În ambele cazuri, doar modificările setărilor sunt riscante, dacă nu confirmați că lanțul de măsurare este corect.

Alegerea releului potrivit pentru lucrare

Selectarea unui releu de protecție ar trebui să fie determinată de tipurile de defecțiuni, de criticitate și de mentenanță – nu doar de numărul de caracteristici. Utilizați criteriile de mai jos pentru a evita supracumpărarea sau, mai rău, subprotecția.

Criterii de selecție care contează în practică

• Funcțiile de protecție necesare: includ extinderea viitoare (alimentatoare suplimentare, DG, întrerupătoare de legătură).
• Intrări/ieșiri: bobine de declanșare, stare întrerupător, interblocări, mod întreținere, alarme.
• Comunicații: suport pentru protocol SCADA, necesități IEC 61850, metoda de sincronizare a timpului.
• Înregistrări de evenimente: adâncimea de captare a formei de undă, declanșatoare și ușurința de recuperare.
• Menținerea operațională: stabilirea disponibilității software-ului, suport pentru șabloane și amprenta antrenamentului.

O declarație practică a rezultatelor pentru majoritatea proiectelor este: standardizați familiile de relee și stabiliți șabloane ori de câte ori este posibil . Standardizarea reduce timpul de inginerie, simplifică piesele de schimb și îmbunătățește răspunsul la incident, deoarece tehnicienii recunosc modele în rapoartele de evenimente și în logica.