Цифрови релейни защити

Много електроразпределителни дружества и производители на електрическа енергия днес вече са сменили или предвиждат да подменят своите остарели електромеханични релета с ново поколение цифрови релейни защити. В крайна сметка, ако възникне повреда, тези нови устройства осигуряват възможно най-добрата защита за електрическите системи, оборудването и хората.

Въпреки че е добре известен фактът, че цифровите релейни защити предлагат множество предимства в сравнение с електромеханичните, включително изключителна защита на системата заедно с ползи по отношение на разходите и ефективността, много от тези преимущества и възможности на базираните на микропроцесорно управление релета невинаги се реализират по редица причини.

В някои от случаите комуналните дружества не са запознати добре с важността и ползите, свързани с персонализираната релейна логика, особено предвид факта, че тази опция стана възможна отскоро. В други ситуации проектантите и инсталиращите техници може да не са запознати с възможностите на релейните защити или с това как да програмират устройствата правилно.

Дори когато операторите персонализират логиката на защитата, ако програмирането не е завършено правилно, това може да доведе до широк спектър проблеми в системата, включително повтарящи се и ненужни изключвания.

Каквато и да е причината за неуспешното персонализиране на логиката и настройките, резултатът е един и същ: стойността на релейните защити е снижена. Още по-лошо е, че електрическите системи и активи могат да претърпят сериозни щети в случай на повреда.

Персонализиране на настройките

Очевидно отговорът за постигане на най-голяма възвръщаемост на инвестицията в цифрови релейни защити е да се положат усилия за правилно персонализиране на настройките и логиката им. Истината е, че повечето устройства се доставят предварително програмирани със зададени от производителя настройки на логиката, които веднага осигуряват базова защита на системата.

Тези настройки по подразбиране обаче е много малко вероятно да са идеалните за специфичните изисквания за защита на оператора. Освен това предварително програмираните настройки са ограничени само до част от потенциалните възможности на всяка релейна защита.

Отделните електронни устройства предлагат буквално стотици настройки, които могат да се конфигурират и които могат да бъдат персонализирани така, че да осигурят максимална защита на системата и разширена функционалност. Някои от интегрираните програмируеми възможности включват регистриране на събития, подобрена комуникация, намаляване на случаите на възникване на дъги, мониторинг на системата и непрекъснато самонаблюдение.

При толкова много опции за избор може да е малко трудно да се реши откъде да се започне. Но инженер с опит в защитата и внедряването може да помогне. Добре обученият и знаещ партньор е от съществено значение за разбирането на уникалните изисквания на всеки проект на електроразпределителните дружества и при определяне на специфичните възможности, функции и конфигурация на релейната защита за постигане на оптимална ефективност.

Нуждите от конфигурация на всеки оператор са уникални. Съществуват обаче редица функции и възможности на базираните на микропроцесорно управление релета, които почти винаги подобряват схемите на защита и добавят стойност към релейната система. Сред тези функции са вече споменатите възможности за ограничаване на възникването на дъги, настройки за блокиране, регистриране на събития и защита на генераторите.

Статистиката сочи, че възникването на електрическа дъга е причина за поне един фатален инцидент всеки ден, а опасността при експозиция се увеличава вследствие на по-голямото енергопотребление, както и на повишените системни напрежения и възможността от поява на токове на утечка.

Един от начините електроразпределителните дружества да подобрят защитата срещу дъги и да намалят възможността за нараняване на работник или повреда на оборудване е да се използва съответната функция, с която разполагат много от цифровите релейни защити. Тя позволява незабавна реакция на възникването на дъга чрез засичане на характерната комбинация от допълнителна светлина и ток.

В местата, където съществува потенциален риск от възникване на електрическа дъга, внедряващият инженер може да програмира логиката на релейните защити да прекъсне незабавно веригата, ако бъдат установени определени условия. За още по-добра защита могат също да бъдат активирани възможностите за самостоятелно тестване на съвременните електронни устройства и за други компоненти като прекъсвачи, изключващи намотки и токови трансформатори. Това помага да се гарантира, че статусът на цялата система за ограничаване на опасността от възникване на електрически дъги е добър.

Системите за защита, които използват електромеханични устройства, често разчитат на изключващи релета, които да предотвратят автоматичното или дистанционното повторно включване на прекъсвачи и трансформатори. Това е важно, тъй като автоматичното повторно включване на прекъсвач без първо да се установи причината за изключването може да доведе до пренебрегване на голям проблем в системата.

Например блокиращото реле може да предпази оператора от неумишлено повторно включване в заземена верига, което може да доведе до значителни неизправности и престой, повреда на системата и възникване на електрическа дъга. С цифровите защити функцията на блокиращите устройства може да бъде прехвърлена в релейната логика. Блокировката може да се конфигурира да изисква от оператор ръчно задействане на защитата и потвърждаване на причината за повредата преди повторната настройка на блокировката и затварянето на прекъсвача.

Това дава на операторите най-добра възможност да определят причината за изключването и да предприемат корективни действия, като осигурява и допълнително ниво на защита срещу потенциална грешка на оператора.

Познанията за това точно какво се е случило и какви са били условията преди повредата могат да са от огромна помощ за установяване на основната причина за възникналата неизправност. Цифровите релейни защити могат по същество да служат за “очи и уши”, предоставяйки на персонала безценна информация при поискване.

Всяко базирано на микропроцесорно управление устройство за релейна защита се предлага с интегрирана функция за регистриране на събития, която може да записва и поставя времеви маркер на информацията с милисекунди точност. Инженерът по внедряване може да помогне да се определи кои елементи трябва да се регистрират в случай на повреда и след това да програмира регистратора на събития да събира съответната информация, например за последователност на изключване, време, през което прекъсвачът е бил отворен, къде е възникнала повредата, естество на неизправността, условия преди възникването й и вълновите форми от следенето на качеството на електроенергията.

Най-добрите практики изискват инженерът да структурира високоскоростното събиране на данни за изключвания, отклонения в напрежението или токовете с цел да се подпомогне анализирането на събития при бъдещи изключвания. Освен това трябва да се обмисли и записване на действията на оператора от регистратора на събития. Често в напрегнати моменти е трудно да се запомни точната последователност на събития като потвърждаване на изключване, отваряне, затваряне или синхронизиране на прекъсвача.

Наличието на запис с времеви маркери на тези дейности е безценно при възстановяване на събития, които са се случили преди, по време на или след възникване на повредата.

В много електроразпределителни дружества генераторите са сред най-скъпите активи в инсталацията, което прави защитата им критично важна. Базираните на микропроцесорно управление релета предлагат максимална защита за генераторите, помагайки да се предотвратят нежеланите изключвания.

Една правилно програмирана цифрова релейна защита може действително да осигури по-добро предпазване на генератора, отколкото множество електромеханични устройства. При много обновявания само едно или две електронни устройства за релейна защита могат да заместят 20 или повече електромеханични.
В допълнение, новото поколение релейни защити са значително по-чувствителни от техните предшественици. Те правят много по-точно разграничение между повреди в зоната на защита и такива извън нея, увеличавайки стабилността на мрежата.

Отвъд индивидуалните настройки на защитите

Въз основа на специфичните изисквания на комуналното дружество инженерът по внедряването вероятно ще програмира четирите настройки, описани по-горе заедно с много други възможни настройки на устройствата, които могат да подобрят и подкрепят уникалната схема на защита на електрическата система на оператора.

Освен това инженерът може да работи заедно с проектанта на системите за защита и управление на дружеството, за да се възползва от редица други предимства, характерни за базираните на микропроцесорно управление релета. Те включват мултифункционалните възможности на защитите, възможността за самонаблюдение и тестване, както и капацитета за събиране големи обеми данни.

Съвременните цифрови релейни защити от ново поколение могат да правят много повече от това да осигуряват предпазване на електрическата система. Те могат да извършват широк спектър функции, включително автоматизация, измерване и дистанционно управление.

Когато проектантът използва тези възможности, множество компоненти на електрическата система могат да бъдат елиминирани от комутационното табло, включително спомагателни релета, връзки, таймери, прекъсвачи, устройства за следене на изключващи намотки и блокиращи устройства.

Това опростяване на комутационното табло пести време и средства. То също така свежда до минимум допълнителните потенциални точки на повреда или слабости в системата. Прехвърлянето на функциите към релейните защити позволява редуциране на броя компоненти, които могат да се повредят, и в резултат на това надеждността на системата автоматично се увеличава.

Едно от най-големите предимства на цифровите релейни защити е, че те включват функции за автономно тестване, с помощта на които се осъществява непрекъснат мониторинг на устройството, всичките му входове, изходи и логиката.

Когато устройствата са програмирани с възможности за автоматизация, дистанционно управление и други системни компоненти, както е описано по-горе, функциите за автономен тест могат да се използват за защита на цялата електрическа система. Това може значително да подобри надеждността и достъпността на системата, а и да окаже положително влияние върху поддръжката и постигането на съответствие с регулаторните изисквания.

В резултат от опростяването на системата и намаляването на компонентите необходимостта от поддръжка намалява. Освен това цифровите релейни защити могат самостоятелно да извършват голяма част от рутинната и изискваща време поддръжка, включително изпълнението на редица тестови процедури, задължителни по различни стандарти.

Опитните инженери по защита и внедряване могат специално да програмират устройствата автоматично да изпълняват необходимите и определени от производителя дейности по поддръжка като непрекъснато наблюдение на вътрешното състояние на постояннотоковите вериги и тези на изключващите намотки, проверка на състоянието на уредите на трансформаторите и дори следене за износването на прекъсвачите.

Защитите автоматично и непрекъснато изпълняват тези проверки и тестови процедури, докато системата работи, намалявайки необходимостта от планови прекъсвания и натоварване на персонала по поддръжката.

Цифровите релейни защити събират голяма част от данните за електрическата система на операторите. Един от начините да се получи достъп до тези данни е да се програмира комуникационен процесор, който да работи заедно със защитите за обединяване и концентриране на информацията в използваеми масиви.

Комуникационният процесор може да интерпретира данните и да ги направи достъпни за операторите в полезен формат. Наличието на голямо количество ценни данни може драматично да подобри процесите по управление, вземане на решения и отстраняване на неизправности.

Тъй като комуникационният процесор обикновено се доставя без настройки, знанията и опитът на инженера по внедряване са критични за използване на предимствата на такъв инструмент. Необходимо е да се изградят персонализирана за изискванията на потребителя логика и логически решения за процесора, да се програмира събирането на данни от свързаните релейни защити и да се осигури разпределянето на данните към операторите.