Védelmi és relé útmutató: Relék kiválasztása, beállítása és tesztelése

Mit véd valójában egy védelmi relé

A védelmi relé a döntéshozó: méri az áramot/feszültséget (és néha a frekvenciát, a teljesítményt, az impedanciát, a harmonikusokat), logikát alkalmaz, és kioldja a megszakítót, ha a körülmények sérülésveszélyt vagy biztonsági veszélyt jeleznek. A gyakorlati védelemben és relé kialakításban Ön védi:

• Berendezések: transzformátorok, motorok, generátorok, kábelek, gyűjtősínek és betáplálók.
• Rendszerstabilitás: megakadályozza a lépcsőzetes kioldásokat a hibák során.
• Emberek és létesítmények: az ívvillanás időtartamának korlátozása és a nem biztonságos érintési lehetőségek.

Hasznos mentális modell a „védelmi zónák”. Minden eszköznek rendelkeznie kell egy világosan meghatározott határvonallal és egy elsődleges továbbítási sémával, biztonsági mentési védelemmel felfelé. A cél az, hogy az elsődleges relé először kapcsoljon ki; a tartalék csak akkor kapcsol le, ha az elsődleges védelem vagy a megszakító meghibásodik.

A leggyakrabban használt alapvető reléfunkciók

A modern numerikus relék számos funkciót valósítanak meg egyetlen készülékben. A következőkben a védelmi és reléalkalmazások gyakori építőelemei találhatók, valamint azok, amelyekben jók:

Ha sok ipari és kereskedelmi rendszerhez kiindulópontra van szüksége, a jól koordinált időgörbékkel rendelkező kombinált fázis-túláram-földzárlat-csomag gyakran a legköltséghatékonyabb alapvonal – akkor adjon hozzá differenciál-, ívvillanáscsökkentő vagy kommunikációs rendszereket, ahol a kockázat és a kritikusság indokolja.

A védelmi rendszer kialakítása: zónák, szelektivitás és biztonsági mentés

A gyakorlati védelmi és relé filozófiának három kérdésre kell válaszolnia minden hibatípusra vonatkozóan: „Ki lép ki először?”, „Milyen gyorsan?” és „Ki támogatja, ha ez nem sikerül?” A klasszikus hierarchia a következő:

• Elsődleges védelem: lefedi a legkisebb zónát és a leggyorsabban kiold.
• Helyi biztonsági mentés: a megszakító hiba logikája kioldja az upstream megszakítókat, ha a helyi megszakító nem törli.
• Távoli biztonsági mentés: felfelé irányuló relé késleltetett túláram/távolság, amely törli a hibát, ha a helyi sémák meghibásodnak.

A koordinációs mozgásteret meg kell terveznie

Az idő szerinti túláram-koordinációhoz a mérnökök általában olyan koordinációs időintervallumot céloznak meg, amely lefedi a relé működési idejének toleranciáját, a megszakító törlési idejét és a CT/relé tranziens hatásait. Sok terepi beállításnál praktikus kezdő tartomány 0,2-0,4 másodperc a downstream és a upstream eszközök között azonos hibaáram szinten (beállítás a megszakító sebessége és a relé típusa alapján).

Egy gyors „zónahatár” ellenőrzés

A beállítások véglegesítése előtt ellenőrizze, hogy az egyes zónahatárok fizikailag értelmesek-e: a CT helyeinek, a megszakítók pozícióinak és a leválasztásoknak egybe kell esnie. Sok hibás művelet fordul elő, amikor a rajzok egy határvonalat mutatnak, de a CT vezetékek vagy megszakítók egy másikat valósítanak meg.

Műszertranszformátorok és kábelezés: A rejtett hibapont

A védelem és a relé teljesítményét a mérési lánc korlátozza. Ha a relé soha nem „látja” megfelelően a hibát, akkor semmilyen finom beállítás nem menti meg.

Áramváltók (CT): pontosság vs telítettség

A CT-telítettség késleltetheti vagy torzíthatja az áramot nagy hibák esetén, különösen a differenciál és a nagy sebességű elemek esetében. A gyakorlati enyhítések a következők:

• Olyan CT osztályokat használjon, amelyek megfelelnek a védelmi feladatnak és a várható hibaáramnak (beleértve az egyenáramú eltolást is).
• Tartsa alacsonyan a másodlagos terhelést: rövid lefutások, megfelelő vezetékméret, tömör végződések.
• Érvényesítse a polaritást és az arányt minden CT-n; egyetlen fordított CT leküzdheti a differenciális védelmet.

Feszültségtranszformátorok (VT-k/PT-k): biztosítékok és potenciálvesztési logika

A VT biztosíték meghibásodása feszültségcsökkenést vagy távolsági hibákat utánozhat. Használjon potenciálvesztési felügyeletet, ahol lehetséges, és győződjön meg arról, hogy a VT másodlagos fixálási gyakorlata megfelel a rendszer elvárásainak. Ha a relé feszültségpolarizációt használ, ellenőrizze, hogyan viselkedik VT veszteség esetén, hogy ne hozzon létre holtteret vagy zavaró kioldási állapotot.

Gyakorlati szabály: ha megmagyarázhatatlan műveleteket lát, a beállítások módosítása előtt ellenőrizze a CT/VT kábelezést, a terhelést, a polaritást és a földelést. Sok vizsgálatban a kiváltó ok az kábelezés vagy műszertranszformátor viselkedése , nem maga a védőelem.

Gyakorlati relébeállítási munkafolyamat egy működő példával

Az alábbiakban egy praktikus munkafolyamat található, amellyel a betápláló túláramvédelmet kérheti. Nem helyettesíti a teljes koordinációs vizsgálatot, de megelőzi a leggyakoribb hibákat.

Lépésről lépésre munkafolyamat

1. Gyűjtse össze a rendszeradatokat: egyvonalas, transzformátor impedancia, vezetékméretek, megszakítók típusai, CT arányok és földelési mód.
2. Számítsa ki a terhelési és bekapcsolási elvárásokat: maximális igény, motorindítások, transzformátor feszültség.
3. Számítsa ki a hibaszinteket a kulcsbuszoknál (minimális és maximum): tartalmazza a forrásváltozatokat és a motor hozzájárulását, ha lehetséges.
4. Válassza ki a védelmi elemeket: fázis OC, földzárlat, pillanatnyi, szükség esetén irányított.
5. Koordinálja az időgörbéket a folyásiránytól a felfelé irányuló irányból szándékos margóval (ne „szemmel” zárja a metszéspontokat).
6. Érvényesítés a védelmi célok ellen: normál terhelésnél nincs kioldás, szükséges időn belüli hiba esetén, megfelelő tartalék működés.
7. Dokumentáljon minden feltételezést és indoklást, hogy a jövőbeli változások koherensek maradjanak.

Kidolgozott példa (tipikus számok)

Vegyünk egy 480 V-os adagolót 300 A teljes terhelési árammal és 600:5 CT-aránnyal. Egy általános kiindulási megközelítés a következő:

• Fázisidő túláramfelvétel közel 1,25× várható maximális terhelés (a kellemetlen kioldások elkerülése érdekében), majd állítsa be a motorindításokhoz és a diverzitáshoz.
• Azonnali elem beállítva a maximális downstream átmenő hiba fölé (a szelektivitás megőrzése érdekében), vagy letiltva, ahol a szelektivitás kritikus.
• Az alacsony szintű földelési hibák észlelésére választott földzárlat-érzékelő a földelési rendszer tiszteletben tartása mellett; ellenállás-földelt rendszerek esetében ez lényegesen alacsonyabb lehet, mint a fázisszedőknél.

Számos létesítményben az ívvillanás teljesítményének javítása kevésbé függ a hangszedők csökkentésétől, hanem inkább a gyorsabb logika használatától a karbantartás során (például a karbantartási mód bemenetén), miközben a normál koordináció sértetlen marad. A védhető eredmény a következő: gyors, ha emberek vannak kitéve, szelektív, amikor az üzem működik .

Modern védelmi relék: logikai, kommunikációs és IEC 61850

A védelmi és közvetítő rendszerek egyre gyakrabban használnak kommunikációs rendszereket a sebesség és a szelektivitás javítására. A gyakori minták közé tartozik a megengedő kioldás, a blokkoló sémák és az átviteli kioldás. Az IEC 61850 szabványos adatmodelleket és nagy sebességű üzenetküldést tesz lehetővé (például GOOSE), amelyek számos kivitelben helyettesíthetik a vezetékes reteszeléseket.

Ahol a kommunikáció a leginkább segít

• Vonalvédelem: gyorsabb törlés megengedő sémákkal a tiszta időbeosztáshoz képest.
• Busz- és megszakítóhiba-koordináció: determinisztikus logika és továbbfejlesztett eseményjelentés.
• Működési láthatóság: az oszcillográfia és az eseménynaplók csökkentik a hibaelhárítási időt a kioldások után.

Kiber- és konfigurációvezérlés (nem kötelező)

Mivel a modern relék programozható végpontok, a konfigurációvezérlés a megbízhatóság része. Kezelje a beállítási fájlokat és a kommunikációs leképezéseket ellenőrzött melléktermékekként: tartsa fenn a verzióelőzményeket, korlátozza a hozzáférést, és tesztelje a változtatásokat. Erős működési gyakorlat az, hogy szakértői értékelést írnak elő minden olyan változtatás esetében, amely megváltoztathatja a kioldási logikát.

Tesztelés és üzembe helyezés: Hogyan néz ki a „jó” a terepen?

A védelmi és relérendszer csak annyira jó, mint az üzembe helyezése. A numerikus relék gazdag diagnosztikát biztosítanak, de még mindig bizonyítania kell a végpontok közötti kioldási útvonalat: érzékelés → logika → kimeneti érintkezők → megszakító kioldó tekercs → megszakító törlése.

Üzembe helyezési ellenőrző lista (gyakorlati)

• CT polaritás, arány és fázisellenőrzés; másodlagos földelés ellenőrizve és dokumentálva.
• VT polaritás és helyes fázis-fázis / fázis-semleges leképezés; potenciálvesztési logika ellenőrizve.
• Kioldóáramkör ellenőrzése: kioldótekercs folytonossága, egyenáramú táplálás, felügyeleti riasztások és helyes kimeneti érintkező-leképezés.
• Másodlagos befecskendezési tesztek: hangszedők, időgörbék és a beállításokkal ellenőrzött irány viselkedés.
• Végpontok közötti tesztek a kommunikációval segített kioldásokhoz, ahol használatosak (beleértve a hibamentes viselkedést kommunikációvesztés esetén).
• Az eseményrekord rögzítése ellenőrizve: zavarrekordok, időszinkronizálás és helyes állomáselnevezés.

Gyakorlati elfogadási feltétel, hogy a mért kioldási idő (relé működésű kimeneti megszakító törlése) összhangban legyen a tervezési feltételezésekkel. Számos alkalmazás esetében egy „azonnali” védelmi művelet nagyságrendileg várható néhány teljesítmény-frekvencia ciklus relé döntéshez plusz megszakító törléshez, de a pontos célnak meg kell egyeznie a megszakító és koordinációs tervvel.

Hibaelhárítás Hibaelhárítás: Gyors gyökér-oki izolálás

Amikor egy relé váratlanul kiold, a kiváltó ok elkülönítésének leggyorsabb módja egy olyan fegyelmezett szekvencia, amely elválasztja „amit a relé mért” és „amit a rendszer tapasztalt”. Először használja a közvetítő eseményjelentéseket és az oszcillográfiát; gyakran megbízhatóbbak, mint az utólag megfogalmazott feltételezések.

Nagy hozamú kérdések megválaszolandó

• Melyik elemet állította (pl. OC idő, pillanatnyi, differenciál, feszültségcsökkenés)?
• Valódi hibajelet mutatnak a hullámformák (áram nagysága, fáziseltolódás, negatív sorrend, maradékáram)?
• A relé megfelelően polarizált (VT jelen, megfelelő fázisleképezés) a működéskor?
• Lehetséges, hogy a CT telítettség vagy vezetékezési hiba magyarázza a méréseket (lapos felső áram, nem illesztett fázisáramok)?
• Valóban kinyílt a megszakító, vagy tapasztalt megszakító meghibásodási forgatókönyvet?

Gyakori példa: differenciálkioldás a transzformátor feszültség alá helyezésekor, amikor a bekapcsolás-visszatartás le van tiltva vagy rosszul van konfigurálva. Egy másik gyakori probléma a hibás maradék vezetékek vagy egy laza CT másodlagos csatlakozás által okozott földzárlati „csillapítás”. Mindkét esetben a beállítások módosítása önmagában kockázatos, hacsak nem erősíti meg a mérési lánc helyességét.

A megfelelő relé kiválasztása a munkához

A védelmi relé kiválasztását a hibatípusoknak, a kritikusságnak és a karbantarthatóságnak kell vezérelnie – nem csak a funkciók számát. Használja az alábbi kritériumokat, hogy elkerülje a túlvásárlást vagy ami még rosszabb, az alulvédelmet.

A gyakorlatban számító kiválasztási kritériumok

• Szükséges védelmi funkciók: tartalmazza a jövőbeni bővítést (további adagolók, DG, nyakkendőtörők).
• Bemenetek/kimenetek: kioldó tekercsek, megszakító állapota, reteszelések, karbantartási mód, riasztások.
• Kommunikáció: SCADA protokoll támogatás, IEC 61850 igények, időszinkronizálási módszer.
• Eseményrekordok: hullámforma rögzítési mélysége, triggerek és egyszerű visszakeresés.
• Működési karbantarthatóság: a szoftver elérhetőségének beállítása, a sablontámogatás és a képzési lábnyom.

A legtöbb projekt gyakorlati eredménynyilatkozata a következő: szabványosítsa a relécsaládokat és a beállítási sablonokat, ahol csak lehetséges . A szabványosítás csökkenti a tervezési időt, leegyszerűsíti a tartalékokat, és javítja az incidensre adott válaszokat, mivel a technikusok felismerik a mintákat az eseményjelentésekben és a logikában.