Реле в устройствах релейной защиты и автоматики

История реле защиты началась более 110 лет назад.  С 1901 года появляются индукционные реле тока, построенные на базе индукционных измерительных механизмов, предложенных и разработанных также М.О. Доливо-Добровольским [1]. Тогда шведской фирмой ASEA было разработано индукционное дисковое реле типа RJ, которое в практически неизменной форме с успехом используется и сейчас, слегка измененный аналог которого РТ-80, РТ-90 выпускается Чебоксарским электроаппаратным заводом (АО «ЧЭАЗ») до сих пор [2]. Дальнейшее историческое развитие и распространение реле защиты приведено на рисунке 1. Развитие реле защиты на основе электронных компонентов началось с 1940 года [3].  Второе поколение реле защиты - электронные реле не содержали подвижных элементов, поэтому получили название «статические». Статические (полупроводниковые) реле выгодно отличаются от электромеханических реле меньшими габаритами, точностью и скоростью реагирования. Наибольшее распространение статических реле получили в защите энергосистем. На самом пике популярности статических реле появились цифровые технологии и вместе с ними третье поколение реле защиты – цифровые реле. Первые цифровые реле, предлагаемые для практического применения, появились в 1979 году, и уже в конце 1980-х годов на рынке появились многофункциональные цифровые (микропроцессорные) реле.

Дальнейшее развитие цифровых технологий привело появлению микропроцессорных устройств. Эти устройства значительно снизили стоимость продукции и монтажа и превратили микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) в мощные инструменты на современных подстанциях.

Появление новых поколений реле, обладающих очевидными преимуществами, не может полностью заменить реле предыдущих поколений. Основным недостатком новых поколений реле является чувствительность к электромагнитным возмущениям и меньший срок службы. Выбор реле для конкретного применения осуществляется на основе анализа комплексных характеристик реле, приведенных в таблице 1 [3].

Таблица 1 – Сравнительный анализ реле защиты различных поколений

В настоящее время на модернизируемых и вновь строящихся объектах ПАО «Россети» широко внедряются микропроцессорные средства релейной защиты и автоматики (РЗА). В соответствии с утвержденной «Концепцией развития релейной защиты и автоматики электросетевого комплекса» 2015 года [4] определены следующие требования к реализации релейной защиты на подстанциях:

• на строящихся и модернизируемых подстанциях релейная защита должна быть построена на микропроцессорных устройствах РЗА;
• на эксплуатируемых подстанциях замена электромеханических и статических реле защиты осуществляется на аналогичные только при условии потери работоспособности реле.

Таким образом, можно констатировать о произошедшем разделении реле защиты на две большие группы:

1. Реле защиты, предназначенные для применения в схемах защиты и автоматики энергетических систем. Данная группа реле замещается микропроцессорными устройствами;
2. Реле защиты, предназначенные для применения в схемах управления, распределения, автоматики и телемеханики для защиты электрооборудования, электрических приборов и автоматизации процессов. Данная группа реле динамично развивается, и в классификации ведущих зарубежных производителей получила наименование «реле контроля».

Следует отметить, что на большинстве объектов ПАО «Россети» по-прежнему эксплуатируются главным образом электромеханические устройства РЗА, которые составляют более 75% от общего количества устройств. В период с 2012 по 2014 года силами АО «ЧЭАЗ» в инициативном порядке была проведена работа по оценке надежности и работоспособности электромеханических устройств РЗА, выпущенных АО «ЧЭАЗ» в предыдущие годы и находящиеся в эксплуатации у энергокомпаний Единой Энергетической Системы России (ЕЭС РФ). Было определено, что подавляющее количество таких устройств (свыше 60%) отработали более 25 лет, а более 35 лет отработали порядка 35%. При этом, темпы полной замены традиционных электромеханических на современные микропроцессорные устройства РЗА оценивались в 25-30 лет. Сегодня, в условиях пандемии, темпы замены еще более замедлились. Количество электромеханических устройств РЗА, находящийся в эксплуатации более 25 лет превысило 70%, при этом более 50% эксплуатируются уже более 35 лет. Принимая во внимание, что техническими условиями на электромеханические устройства РЗА АО «ЧЭАЗ» установлен средний срок службы 12 лет, существенное превышение данного срока неизбежно ведет к значительному снижению надежности работы объектов ПАО «Россети».

Процентное соотношение случаев правильной работы устройств РЗА от общего количества (99,8%) свидетельствует об обеспечении достаточной надежности работы РЗА. Однако процент случаев неправильного срабатывания по причине старения устройств составляет недопустимо большую долю (34%) от общего числа неправильных срабатываний.

В связи с имеющейся тенденцией к росту неправильной работы устройств РЗА по причине старения оборудования, необходимо плановое обновление устройств РЗА. Обновление устройств технически осуществимо путем замены реле, находящихся в эксплуатации с превышением нормативного срока службы. Наличие в стране серийного производства реле защиты способствует не только сохранению надежной работы объектов ПАО «Россети», но и обеспечивает энергобезопасность страны.  АО «ЧЭАЗ» - основной производитель реле защиты, понимая важность указанного обстоятельства, поддерживает серийное производство практически 100% номенклатуры реле (таблица 2), входящих в состав устройств РЗА, находящихся в эксплуатации.

Таблица 2 – Электромеханические и статические реле АО «ЧЭАЗ»

МИХАЙЛОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ - кандидат технических наук, начальник отдела технического маркетинга АО «Чебоксарский электроаппаратный завод», старший преподаватель кафедры электрических и электронных аппаратов ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова», АО «Чебоксарский электроаппаратный завод», Россия, Чебоксары.

Список литературы

1. Матвеев И.В. История релейной защиты и автоматики в отечественной науке. ГОУ ВПО «Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://rza.org.ua/article/read/Istoriya-releynoy-zashchiti-i-avtomatiki-v-otechestvennoy-nauke_11.html.
2. Варганов Г.П. История обновления аппаратуры РЗА на ЧЭАЗ – это история развития РЗА в электроэнергетике страны. Журнал Энергия, Чебоксары, 2011, № 1, с.18-24. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.cheaz.ru/press/magazine/.
3. Abdelkader Abdelmoumene, Hamid Bentarzi. A review on protective relays’ developments and trends. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.scielo.org.za/pdf/jesa/v25n2/10.pdf/.
4. Концепция развития релейной защиты и автоматики электросетевого комплекса, 2015 год. [Электронный ресурс]. Режим доступа:  https://www.te.ru/suppliers/RZA_conception.pdf.