Резервирование релейных защит производится для увеличения надежности всего комплекса РЗА на подстанции, а надежность, как известно, — одно из четырех основных требований к релейной защите.

Резервирование защит повышает живучесть всей энергосистемы и является одним из самых эффективных средств для уменьшения повреждений при коротких замыканиях и сохранения надежности потребителей.

Прежде чем разбираться с тем, что такое ближнее и дальнее резервирование давайте сначала обсудим в каких случаях защита может отказать? Таких ситуаций достаточно много, но основные из них приведены ниже

Основные причины отказа релейной защиты

• Отказ аппаратной или программной (для цифровых терминалов) части релейной защиты
• Отказ привода выключателя присоединения или обрыв его цепей управления
• Повреждение токовых цепей от трансформатора тока к релейной защите
• Повреждение цепей напряжения от трансформатора напряжения к релейной защите
• Потеря напряжения оперативного тока на подстанции

Каким образом мы может устранить короткое замыкание на нашем присоединении если произошло одно из этих событий? Ответ – мы должны выполнить резервирование защит и выключателя нашего присоединения. Давайте разбираться как это делается.

Дальнее резервирование

Вы знали, что любая защита в сети имеет резервирование, даже если она единственная на присоединении? Поверьте, это так. И делается это при помощи дальнего резервирования.

Любую нижестоящую защиту резервирует вышестоящая, обычно установленная на смежной подстанции

Защита фидера 1 на ПС-1 осуществляет дальнее резервирование защит ввода и СВ и, частично, защит отходящих линий РТП-1. Для этого защита фидера 1 должна иметь достаточную чувствительность к коротким замыканиям на смежном участке, что регламентируется ПУЭ (п.п. 3.2.15 и 3.2.25)

При замыкании на шинах 10 кВ РТП-1, и отказе защит ввода защита фидера 1, на ПС-1, с выдержкой времени отключит фидер и устранит короткое замыкание.

При этом ни одна из пяти основных причин отказа защит на РТП-1 не может повлиять на защиту фидера 1 ПС-1 потому, что защиты установлены на разных подстанциях. Таким образом мы имеем полноценное резервирование!

Главное преимущество дальнего резервирования в том, что не нужно тратить средства на дополнительные релейные защиты – резервирование осуществляется вышестоящими защитами, которые помимо своего участка защищают еще и смежный.

Справедливости ради стоит отметить, что защиты на одном объекте так же осуществляют дальнее резервирование нижестоящих присоединений, например, защиты ввода и СВ РТП-1 резервируют защиты отходящих линий. Однако, при этом они могут одновременно отказать, например, из-за потери напряжения оперативного тока.

То же самое можно сказать и о дистанционных и токовых направленных защит, установленных на одной подстанции или станции. Неисправность трансформатора напряжения или его цепей может привести к нарушению принципа дальнего резервирования смежных защит (ввода и линии, СВ и линии), установленных на одной секции.

Таким образом, защиты, установленные на одном объекте, не всегда могут осуществлять полноценное дальнее резервирование, как это выполняется для смежных защит на разных объектах. Это, однако, не отменяет необходимость иметь достаточную чувствительность защит при КЗ на смежном участке, что проверяется соответствующим расчетом

При всех преимуществах дальнее резервирование имеет и недостатки. Вот основные их них:

• Отключение слишком большого числа потребителей при сложных первичных схемах подстанции и наличии на одной линии нескольких отпаечных подстанций (обычно характерно для классов напряжения 110-220 кВ и выше)
• Сравнительно большое время отключения короткого замыкания по сравнению с непосредственными защитами присоединения. Например, токовая отсечка линии 10 кВ отключает близкое КЗ практически без выдержки времени, а защита ввода, осуществляющая дальнее резервирование – 1-2 с.
• Не всегда получается обеспечить достаточную чувствительность вышестоящих защит для осуществления дальнего резервирования, особенно для протяженных и разветвленных сетей

В связи с этим для ответственных присоединений применяется ближнее резервирование релейных защит.

Ближнее резервирование

Ближнее резервирование предполагает установку дополнительных комплектов защит, на ответственных присоединениях. Обычно эти комплекты выполнены на других принципах работы нежели основные защиты.

Когда вы слышите про основную и резервную защиту трансформатора или линии, то речь идет именно о ближнем резервировании.

Например, ближнее резервирование трансформатора 40 МВА осуществляется максимальной токовой защитой с пуском по напряжению. Данная защита резервирует основные защиты трансформатора, такие как дифференциальная (ДЗТ, ДТО) и газовая.

Для линии 220 кВ ближнее резервирование осуществляется комплектом ступенчатых защит – дистанционной и ТЗНП. В качестве основной защиты могут быть ДЗЛ, ДФЗ или защита с ВЧ-блокировкой.

По сути вы не просто добавляете еще один комплект защит, но и делаете так, чтобы это комплект работал на другом принципе.

Дифференциальная защита линии (ДЗЛ) не зависит от цепей напряжения, но зависит от канала связи (обычно ВОЛС). При это дистанционная защита и ТЗНП зависят от цепей напряжения, но им для работы не нужен канал связи. Вот это и есть ближнее резервирование.

Ближнее резервирование лишено недостатков дальнего резервирование, а именно:

• отключает свой участок при отказе основной защиты, без излишнего действия;
• отключает присоединение с выдержками времени меньшими, чем защиты дальнего резервирования;
• всегда имеют достаточную чувствительность потому, что имеет ту же основную зону срабатывания, что и основная защита, в отличии от защит дальнего резервирования, которые резервируют защиты при КЗ в смежной зоне (работают со сниженной чувствительностью)

При этом, чтобы устранить влияние всех пяти основных причин отказа защит комплекты ближнего резервирования должны удовлетворять следующим условиям:

• Должны быть реализованы на разных аппаратах (на разных терминалах для цифровых защит и на разных панелях для электромеханических)
• Иметь независимые от основных защит цепи отключения на свой выключатель
• Иметь независимые от основных защит токовые цепи (от разных трансформаторов тока или от разных вторичных обмоток одного ТТ)
• Иметь разные принципы работы с основными защитами присоединения
• Получать питание от разных секций шкафа оперативного тока на подстанции

При выполнении всех этих требований мы получим полноценное ближнее резервирование защит присоединения.

Единственный недостаток ближнего резервирования защит – это цена, которая увеличивает не только стоимость системы РЗА, но и таких элементов как трансформаторы тока и силовые выключатели.

Когда применяется дальнее и ближнее резервирование?

Дальнее резервирование должно применяется абсолютно во всех случаях, для любого класса напряжения и любого присоединения.

В ПУЭ 3.2.17 приведены случаи, когда дальнее резервирование может не применяться, но все они сводятся к тому, что его можно не применять если не хватает чувствительности защит, т.е. когда его применение просто невозможно в данной конкретной сети. В этом случае необходимо применять ближнее резервирование.

Ближнее резервирование применяется не всегда, из-за высокой стоимости комплексного решения.

Помимо случая недостаточной чувствительности защит, осуществляющих дальнее резервирование, его применяют для наиболее ответственных присоединений:

• Генераторы среднего напряжения мощностью 1 МВт и выше
• Двигатели среднего напряжения мощностью 5 МВт и выше
• Трансформаторы мощностью 6,3 МВА и выше
• Шины напряжением 35-110 кВ и выше
• Линии напряжением 110-220 кВ и выше
• Другие элементы сети высокого напряжения (БСК, УШР и т.д.)

Стоит отметить, что если на присоединении установлен комплект ближнего резервирования основных защит, то этот же самый комплект может осуществляет и дальнее резервирование нижестоящих защит. Это связано с тем, что в качестве комплектов ближнего резервирования обычно используются ступенчатые защиты.

Какие виды релейных защит могут осуществлять дальнее и ближнее резервирование?

Из вышесказанного понятно, что дальнее резервирование осуществляют только ступенчатые защиты, с относительной селективностью – максимальные токовые (МТЗ) и дистанционные.

Токовая отсечка не может осуществлять дальнее резервирование потому, что по принципу настройки не захватывает смежный элемент.

Защиты с абсолютной селективностью (дифференциальные, дифференциально-фазные, с логической селективностью и т.д.) не могут осуществлять дальнее резервирование по принципу действия. Невозможность осуществления дальнего резервирования смежных защит – одно из самых больших недостатков защит с абсолютной селективностью.

Ближнее резервирование могут осуществлять любые релейные защиты, но обычно его также выполняют ступенчатые защиты.

Защиты с абсолютной селективностью (ДЗТ, ДЗЛ, ДФЗ, ДЗШ и т.д.) осуществляют ближнее резервирование только если на присоединении, по требованиям, установлены две основные защиты, например, когда речь идет о защите шин КРУЭ или защите АТ мощностью 80 МВт и выше.

Резервирование при отказе выключателя

Даже если вы установите три комплекта защит на присоединение, с выполнением всех необходимых требований, неисправный выключатель не позволит вам устранить короткое замыкание подобными системами ближнего резервирования.

Поэтому к дополнительным комплектам защит добавляется еще одна система ближнего резервирования – УРОВ.

Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) предназначено для отключения смежных выключателей, питающих присоединение, при отказе собственного выключателя. Обычно УРОВ отключает присоединение быстрее, чем защиты дальнего резервирования, что улучшает условия работы энергосистемы.

К УРОВ мы обязательно вернемся в наших будущих статьях.

Зачем это нужно знать релейщику?

Если вы хотите стать специалистом, то должны понимать основные термины и определения в релейной защите. Иначе не сможете нормально общаться с релейщиками, не сможете прочитать ТЗ или разобрать готовый проект.

Понятия дальнего и ближнего резервирования являются одними из основополагающих в релейной защите и тесно связаны с понятиями основной и резервной защиты присоединения. Об этом поговорим в следующий раз