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.

Рисунок 1 – Историческое развитие реле защиты
|
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].
Тип реле / Характеристика
|
Электромеханическое
|
Полупроводниковое
|
Цифровое
|
Точность и чувствительность
|
Хорошая
|
Очень хорошая
|
Отличная
|
Срок службы
|
Длинная
|
Короткая
|
Короткая
|
Неправильное срабатывание
|
Практически
невозможно
|
Возможно
|
Возможно
|
Надежность
|
Высокая
|
Хорошая
|
Умеренная
|
Возможность распознавания
|
Низкий уровень
|
Хороший уровень
|
Отличный уровень
|
Многофункциональность
|
Нет
|
Ограниченный
|
Да
|
Передача данных
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Дистанционное управление
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Невосприимчивость к электромагнитным возмущениям
|
Высокая
|
Низкая
|
Очень низкая
|
Настройка параметров
|
Трудная
|
Легкая
|
Очень легкая
|
Диапазон настроек
|
Ограниченный
|
Широкий
|
Очень широкий
|
Самодиагностика
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Архивирование событий
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Размер
|
Громоздкий
|
Малый
|
Компактный
|
Визуальная индикация
|
Подвижные части
|
Светодиод
|
Дисплей
|
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:
- Реле защиты, предназначенные для применения в схемах защиты и автоматики энергетических систем. Данная группа реле замещается микропроцессорными устройствами;
- 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.
Вид реле
|
Серия (тип) реле
|
электромеханическое реле
|
статическое реле
|
Реле максимального тока
|
РТ-40; РТ-140;
РТ-80; РТ-90;
РТ-40/Р; РТ-40/1Д; РТ-40/Ф
|
РСТ-11М
|
Реле тока дифференциальные
|
ДЗТ-11;
РНТ-565;566;567
|
РСТ-23;
РСТ-15
|
Реле тока с повышенной чувствительностью
|
-
|
РТЗ-51.01;
РТЗ-50
|
Реле тока обратной последовательности
|
-
|
РТФ-8;
РТФ-9
|
Реле напряжения
|
РН-51; РН-151;
РН-53; РН-153;
РН-54; РН-154;
РН-58;
РН-73; РН-74
|
РСН-14; РСН-15;
РСН-14М; РСН-15М;
РСН-16; РСН-17;
РСН-16М; РСН-17М;
РСН-11; РСН-12; РСН-18
|
Реле напряжения нулевой последовательности
|
РНН-57
|
-
|
Реле напряжения обратной, прямой последовательности
|
РНФ-1М
|
РСН-13
|
Реле сдвига фаз
|
РН-55
|
РСНФ-12
|
Реле контроля изоляции
|
-
|
РКИ
|
Реле времени
|
РВ-100; РВ-200
|
РСВ-160; РСВ-255; РСВ-260;
РСВ-01;
РВ-01; РВ-03;
РСВ-13; РСВ-14
|
Реле промежуточные
|
РП-16; РП-17
РП-16М; РП-17М
РП-23; РП-25
РП-220; РП-230
РП-321; РП-340; РП-360
|
-
|
Реле промежуточные двухпозиционные
|
РП-8; РП-9;
РП-11; РП-12;
РП-11М; РП-12М
|
-
|
Реле промежуточные с выдержкой времени
|
РП-18; РП-18В;
РП-18М;
РП-250
|
-
|
Реле повторного включения
|
РПВ-58
|
РПВ-01;
РПВ-02; РПВ-02М;
РПВ-258
|
Реле мощности
|
-
|
РМ-11; РМ-12;
РМОП-2-1;
РСМ-13
|
Реле частоты
|
-
|
РСГ-11
|
Реле разности частот
|
-
|
РГР-11
|
Реле указательные
|
РУ 21; РУ 21-1
|
-
|
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
- 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.
- 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/.
- 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/.
- Концепция развития релейной защиты и автоматики электросетевого комплекса, 2015 год. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.te.ru/suppliers/RZA_conception.pdf.