Релейная защита от перенапряжений

Когда слышишь про релейную защиту от перенапряжений, многие сразу думают про молниезащиту — но это лишь часть истории. На деле, основная сложность в том, чтобы отличить реальную аварию от кратковременных скачков, которые система должна 'проглотить'. У нас в практике был случай на подстанции 110 кВ, где защита срабатывала ложно из-за коммутационных перенапряжений от вакуумных выключателей. Пришлось пересматривать уставки по времени срабатывания, потому что стандартные настройки не учитывали специфику сети с длинными кабельными линиями.

Типичные ошибки в настройках защиты

Чаще всего ошибаются с выбором типа реле. Например, ставят обычные максимальные реле напряжения там, где нужны реле с выдержкой времени и контролем производной. Помню, на объекте в Ленобласти после грозы вышло из строя три трансформатора — потому что защита реагировала только на абсолютное значение напряжения, не учитывая скорость его нарастания.

Ещё момент — многие забывают про температурную компенсацию. Реле старого типа, особенно электромеханические, зимой могут срабатывать с задержкой до 15% от номинального времени. Проверяли на подстанции с оборудованием советского образца — при -25°C защита от перенапряжений срабатывала только при 1.3Uном вместо положенных 1.15Uном.

Сейчас многие переходят на микропроцессорные терминалы, но и там есть нюансы. Например, в устройствах серии Релейная защита от Siemens есть функция обнаружения дуговых перенапряжений, но её нужно отдельно активировать и настроить под параметры конкретной сети. Мы как-то ставили такие на ветровой электростанции — без тонкой настройки они давали ложные срабатывания при резких изменениях нагрузки.

Практические кейсы с оборудованием

Работая с компанией ООО Юэцин Сутун Электрооборудование, приходилось адаптировать их защитные панели под российские условия. Их релейные блоки серии ST-RELAY initially плохо работали при низких температурах — пришлось совместно дорабатывать схемы обогрева и выбирать другие типы реле. Сейчас их оборудование неплохо показывает себя в Крыму, где часты грозовые перенапряжения.

Интересный случай был на объекте в Сочи, где мы монтировали щиты управления с защитой от перенапряжений. Казалось бы, стандартная задача — но местные грозы создавали импульсы с фронтом менее 1 мкс, что не улавливали штатные датчики. Пришлось ставить дополнительные быстродействующие ограничители перенапряжений и менять алгоритм обработки сигнала в микропроцессорных терминалах.

Кстати, на сайте https://www.sutong.ru есть технические спецификации их релейной защиты — но в реальности всегда приходится делать поправку на местные условия. Например, их стандартные настройки для сетей 6 кВ не всегда подходят для российских сетей 10 кВ, где другой уровень изоляции и емкостные токи.

Особенности работы в сложных сетях

С кабельными линиями 35 кВ и выше защита от перенапряжений требует особого подхода. Волновые процессы там могут создавать стоячие волны с перенапряжениями до 4Uном — обычные реле просто не успевают среагировать. Приходится комбинировать быстродействующие разрядники с релейной защитой, выставляя уставки с учетом времени пробега волны по кабелю.

На одной из подстанций в Сибири столкнулись с проблемой резонансных перенапряжений в сети 6 кВ. Защита срабатывала случайным образом, пока не поняли, что виноваты гармоники от частотных преобразователей. Пришлось ставить фильтры высших гармоник и перенастраивать реле на контроль действующего значения напряжения вместо амплитудного.

Ещё запомнился случай с ветровой электростанцией — там защита от перенапряжений должна учитывать не только атмосферные явления, но и коммутации генераторов. Стандартные решения не подходили, потому что скачки напряжения при подключении/отключении ветроагрегатов достигали 1.8Uном за доли секунды.

Взаимодействие с другими системами защиты

Никогда не настраивайте защиту от перенапряжений изолированно — она должна работать в комплексе с АПВ и защитой от пониженного напряжения. Был печальный опыт, когда после срабатывания защиты от перенапряжений автоматика включала линию обратно без проверки состояния оборудования — результат: повторный пробой и выход из строя силового трансформатора.

Сейчас стараемся всегда интегрировать системы через общие шины данных. Например, в современных терминалах Релейная защита типа РЗА-СП можно настроить обмен информацией с противоаварийной автоматикой — если защита от перенапряжений сработала более двух раз за короткий промежуток, блокируется АПВ и отправляется сигнал на отключение участка.

Особенно важно это для объектов с собственной генерацией. На одной котельной были частые ложные срабатывания защиты — оказалось, регуляторы возбуждения генераторов создавали высокочастотные помехи. Решили установить реле с цифровыми фильтрами и увеличили выдержку времени срабатывания до 0.5 секунды.

Перспективы развития защиты

Сейчас всё больше переходим на адаптивные системы защиты, которые могут менять уставки в зависимости от режима работы сети. Например, при грозе увеличивается чувствительность, а в нормальном режиме — повышается порог срабатывания чтобы избежать ложных отключений. Такие решения уже тестируем на объектах ООО Юэцин Сутун Электрооборудование — их оборудование позволяет реализовать подобную логику.

Интересное направление — использование искусственного интеллекта для прогнозирования перенапряжений. Пока это на стадии экспериментов, но уже есть системы, которые по данным метеостанций и состоянию сети могут предсказать вероятность грозовых перенапряжений за 10-15 минут.

Лично я считаю, что будущее за гибридными системами, где традиционная релейная защита сочетается с быстродействующими полупроводниковыми ключами. Это позволяет снизить время срабатывания до микросекунд — но пока такие решения дороги и сложны в обслуживании. Хотя на критически важных объектах они уже оправдывают себя.