راهنمای حفاظت و رله: انتخاب، تنظیم و تست رله ها

آنچه که یک رله حفاظتی واقعاً از آن محافظت می کند

رله حفاظتی تصمیم‌گیرنده است: جریان/ولتاژ (و گاهی اوقات فرکانس، توان، امپدانس، هارمونیک‌ها) را اندازه‌گیری می‌کند، منطق را اعمال می‌کند و زمانی که شرایط خطر آسیب یا خطر ایمنی را نشان می‌دهد، به یک قطع کننده مدار سفر می‌کند. در طراحی عملی حفاظت و رله، شما محافظت می کنید:

• تجهیزات: ترانسفورماتور، موتور، ژنراتور، کابل، شینه و فیدر.
• پایداری سیستم: جلوگیری از سفرهای آبشاری در هنگام خطا.
• افراد و امکانات: محدود کردن مدت زمان فلاش قوس و پتانسیل لمس ناامن.

یک مدل ذهنی مفید «مناطق حفاظتی» است. هر دارایی باید دارای یک مرز مشخص و یک طرح رله اولیه با حفاظت پشتیبان در بالادست باشد. هدف این است که رله اولیه ابتدا حرکت کند. نسخه پشتیبان تنها در صورتی فعال می شود که حفاظت اولیه یا بریکر از کار بیفتد.

عملکردهای رله هسته ای که اغلب از آنها استفاده خواهید کرد

رله های عددی مدرن بسیاری از عملکردها را در یک دستگاه اجرا می کنند. موارد زیر بلوک های ساختمانی متداول در کاربردهای حفاظتی و رله و مواردی هستند که در آنها خوب هستند:

اگر برای بسیاری از سیستم‌های صنعتی و تجاری به یک نقطه شروع نیاز دارید، یک بسته خطای زمین اضافه جریان فاز ترکیبی با منحنی‌های زمانی به خوبی هماهنگ‌شده اغلب مقرون‌به‌صرفه‌ترین خط پایه است – سپس طرح‌های دیفرانسیل، کاهش فلاش قوس الکتریکی، یا طرح‌های به کمک ارتباطات را که ریسک و بحرانی بودن آن را توجیه می‌کند، اضافه کنید.

طراحی طرح حفاظت: مناطق، انتخاب پذیری و پشتیبان گیری

یک فلسفه حفاظتی و رله عملی باید به سه سوال برای هر نوع خطا پاسخ دهد: "چه کسی اول راه می افتد؟"، "چقدر سریع؟"، و "چه کسی آن را پشتیبان می کند در صورت شکست؟" سلسله مراتب کلاسیک عبارت است از:

• حفاظت اولیه: کوچکترین منطقه را پوشش می دهد و سریعترین حرکت را انجام می دهد.
• پشتیبان گیری محلی: منطق خرابی شکن، قطع کننده های بالادست را در صورت پاک نشدن لوکال قطع می کند.
• پشتیبان گیری از راه دور: رله بالادست جریان اضافه/فاصله با تأخیر زمانی که در صورت شکست طرح های محلی، خطا را برطرف می کند.

حاشیه هماهنگی که باید برای آن برنامه ریزی کنید

برای هماهنگی جریان اضافه با درجه بندی زمانی، مهندسان معمولاً یک بازه زمانی هماهنگی را هدف قرار می دهند که تحمل زمان عملکرد رله، زمان پاکسازی قطع کننده و اثرات گذرا CT/رله را پوشش می دهد. در بسیاری از تنظیمات میدانی، محدوده شروع عملی است 0.2-0.4 ثانیه بین دستگاه های پایین دست و بالادست در یک سطح جریان خطا (تنظیم بر اساس سرعت شکن و نوع رله).

یک بررسی سریع "مرز منطقه".

قبل از نهایی کردن تنظیمات، بررسی کنید که مرز هر منطقه از نظر فیزیکی معنادار است: مکان‌های CT، موقعیت‌های شکن و قطع‌کننده‌ها باید همسو باشند. بسیاری از اشتباهات زمانی رخ می‌دهند که نقشه‌ها یک مرز را نشان می‌دهند اما سیم‌کشی CT یا خط شکن مرز دیگری را اجرا می‌کند.

ترانسفورماتورهای ابزار و سیم کشی: نقطه خرابی پنهان

عملکرد حفاظت و رله توسط زنجیره اندازه گیری محدود می شود. اگر رله هرگز عیب را به درستی «نبیند»، هیچ مقدار ظرافت تنظیمات شما را نجات نخواهد داد.

ترانسفورماتورهای جریان (CTs): دقت در مقابل اشباع

اشباع CT می تواند جریان را در هنگام خطاهای زیاد، به ویژه برای عناصر دیفرانسیل و سرعت بالا، به تاخیر بیاندازد یا مخدوش کند. کاهش های عملی عبارتند از:

• از کلاس های CT مناسب برای وظیفه حفاظتی و جریان خطای پیش بینی شده (از جمله افست DC) استفاده کنید.
• بار ثانویه را کم نگه دارید: مسیرهای کوتاه، اندازه هادی صحیح، انتهای جامد.
• قطبیت و نسبت را در هر CT تأیید کنید. یک CT معکوس می تواند حفاظت دیفرانسیل را شکست دهد.

ترانسفورماتورهای ولتاژ (VTs/PTs): ذوب و منطق از دست دادن پتانسیل

خرابی فیوز VT می تواند خطای ولتاژ پایین یا فاصله را تقلید کند. در صورت امکان از نظارت از دست دادن پتانسیل استفاده کنید و اطمینان حاصل کنید که روش های فیوزینگ ثانویه VT با انتظارات طرح شما مطابقت دارند. اگر رله شما از پلاریزاسیون ولتاژ استفاده می کند، نحوه عملکرد آن در شرایط افت VT را تأیید کنید تا نقطه کور یا شرایط سفر مزاحم ایجاد نکنید.

یک قانون عملی: اگر عملیات غیرقابل توضیحی مشاهده می کنید، سیم کشی CT/VT، بار، قطبیت و زمین را قبل از تغییر تنظیمات بررسی کنید. در بسیاری از تحقیقات، علت اصلی این است رفتار ترانسفورماتور سیم کشی یا ابزار ، نه خود عنصر حفاظتی.

گردش کار تنظیمات رله عملی با یک مثال کار شده

در زیر یک گردش کار عملی وجود دارد که می توانید برای حفاظت از جریان اضافه فیدر اعمال کنید. این جایگزینی برای مطالعه هماهنگی کامل نیست، اما از رایج ترین خطاها جلوگیری می کند.

گردش کار گام به گام

1. جمع آوری داده های سیستم: یک خط، امپدانس ترانسفورماتور، اندازه هادی، انواع شکن، نسبت CT، و روش زمین.
2. محاسبه بار و انتظارات هجومی: حداکثر تقاضا، راه اندازی موتور، انرژی ترانسفورماتور.
3. محاسبه سطوح خطا در گذرگاه های کلیدی (حداقل و حداکثر): شامل تغییرات منبع و سهم موتور در صورت لزوم.
4. عناصر حفاظتی را انتخاب کنید: فاز OC، خطای زمین، آنی، در صورت نیاز جهت دار.
5. منحنی های زمان را از پایین دست به بالادست با یک حاشیه عمدی هماهنگ کنید (تقاطع ها را "کاه چشم" نبندید).
6. اعتبارسنجی در برابر اهداف حفاظتی: عدم سفر در بار معمولی، خطا در زمان مورد نیاز، عملیات پشتیبان گیری صحیح.
7. هر فرض و منطق تنظیم را مستند کنید تا تغییرات آتی منسجم باقی بماند.

نمونه کار شده (اعداد معمولی)

یک فیدر 480 ولت با جریان بار کامل 300 A و نسبت CT 600:5 را در نظر بگیرید. یک رویکرد شروع رایج این است:

• زمان فاز دریافت اضافه جریان نزدیک است 1.25× حداکثر بار مورد انتظار (برای جلوگیری از سفرهای مزاحم)، سپس برای استارت و تنوع موتور تنظیم کنید.
• عنصر آنی بالاتر از حداکثر خطای پایین دست تنظیم می شود (برای حفظ گزینش پذیری)، یا غیرفعال می شود که گزینش پذیری حیاتی است.
• پیکاپ خطای زمین برای تشخیص خطاهای سطح پایین زمین و در عین حال رعایت سیستم اتصال به زمین انتخاب شده است. برای سیستم های مبتنی بر مقاومت، این ممکن است به طور قابل توجهی کمتر از پیکاپ های فاز باشد.

در بسیاری از امکانات، بهبود عملکرد فلاش قوس کمتر به پایین آوردن پیکاپ‌ها و بیشتر به استفاده از منطق سریع‌تر در حین تعمیر و نگهداری (مثلاً ورودی حالت تعمیر و نگهداری) و در عین حال دست نخورده نگه داشتن هماهنگی عادی متکی است. نتیجه قابل دفاع این است: زمانی که افراد در معرض دید قرار می گیرند سریع، هنگامی که کارخانه در حال کار است، انتخابی است .

رله های حفاظتی مدرن: منطق، ارتباطات و IEC 61850

سیستم‌های حفاظت و رله به طور فزاینده‌ای از طرح‌های به کمک ارتباطات برای بهبود سرعت و گزینش‌پذیری استفاده می‌کنند. الگوهای متداول عبارتند از تردد مجاز، طرح های مسدود کردن، و سفر انتقال. IEC 61850 مدل‌های داده استاندارد شده و پیام‌رسانی با سرعت بالا (به عنوان مثال GOOSE) را قادر می‌سازد که می‌توانند جایگزین قفل‌های سیم‌کشی شده در بسیاری از طرح‌ها شوند.

جایی که ارتباطات بیشتر کمک می کند

• حفاظت از خط: پاکسازی سریعتر با طرح های مجاز در مقایسه با درجه بندی زمان خالص.
• هماهنگی خرابی اتوبوس و شکن: منطق قطعی و گزارش رویداد بهبود یافته
• دید عملیاتی: اسیلوگرافی و گزارش رویدادها زمان عیب یابی پس از سفر را کاهش می دهد.

کنترل سایبری و پیکربندی (غیر اختیاری)

از آنجا که رله های مدرن نقاط پایانی قابل برنامه ریزی هستند، کنترل پیکربندی بخشی از قابلیت اطمینان است. فایل‌های تنظیمات و نگاشت‌های ارتباطی را به‌عنوان مصنوعات کنترل‌شده در نظر بگیرید: تاریخچه نسخه را حفظ کنید، دسترسی را محدود کنید و تغییرات را از طریق یک فرآیند آزمایشی تأیید کنید. یک روش عملیاتی قوی این است که برای هر تغییری که می‌تواند منطق ترک را تغییر دهد، نیاز به بررسی همتا باشد.

تست و راه اندازی: آنچه "خوب" در این زمینه به نظر می رسد

یک طرح حفاظت و رله فقط به اندازه راه اندازی آن خوب است. رله‌های عددی عیب‌یابی غنی ارائه می‌کنند، اما همچنان باید مسیر سفر انتها به انتها را ثابت کنید: سنجش ← منطق ← کنتاکت‌های خروجی ← سیم پیچ قطع کن ← پاکسازی قطع کننده.

چک لیست راه اندازی (عملی)

• قطبیت CT، نسبت، و تایید فازی. زمین ثانویه بررسی و مستند شده است.
• قطبیت VT و نقشه برداری صحیح فاز به فاز / فاز به خنثی؛ منطق از دست دادن پتانسیل تأیید شد.
• تأیید مدار سفر: تداوم سیم پیچ، منبع DC، آلارم نظارت و نقشه برداری صحیح تماس خروجی.
• تست‌های تزریق ثانویه: پیکاپ‌ها، منحنی‌های زمان، و رفتار جهت‌دهی که در برابر تنظیمات تایید شده‌اند.
• آزمایش‌های سرتاسری برای سفرهای به کمک ارتباطات در جایی که استفاده می‌شود (از جمله رفتار ایمن در هنگام از دست دادن ارتباطات).
• ثبت رویداد تأیید شد: سوابق اختلال، همگام‌سازی زمان، و نام‌گذاری صحیح ایستگاه.

یک معیار پذیرش عملی این است که زمان سفر اندازه‌گیری شده (پاکسازی قطع کننده خروجی عملکرد رله) با مفروضات طراحی سازگار باشد. برای بسیاری از کاربردها، انتظار می‌رود که یک عملیات حفاظتی «آنی» در دستور کار قرار گیرد چند چرخه توان فرکانس برای تصمیم گیری رله به علاوه پاکسازی شکن، اما هدف دقیق باید با برنامه شکن و هماهنگی مطابقت داشته باشد.

عیب یابی اشتباهات: جداسازی سریع علت ریشه

هنگامی که یک رله به طور غیرمنتظره خاموش می شود، سریع ترین راه برای جداسازی علت اصلی استفاده از یک توالی منظم است که «آنچه رله اندازه گیری کرده است» را از «آنچه سیستم تجربه کرده است» جدا می کند. ابتدا از گزارش رویداد رله و اسیلوگرافی استفاده کنید. آنها اغلب قابل اعتمادتر از مفروضاتی هستند که بعد از واقعیت ساخته می شوند.

سوالات پربازده برای پاسخ

• کدام عنصر ادعا شده است (به عنوان مثال، زمان OC، لحظه ای، دیفرانسیل، ولتاژ کم)؟
• آیا شکل موج یک علامت خطای واقعی (میزان جریان، تغییر فاز، دنباله منفی، جریان باقیمانده) را نشان می دهد؟
• آیا رله در زمان کار به درستی پلاریزه شده بود (وجود VT، نقشه برداری صحیح فاز)؟
• آیا اشباع CT یا خطای سیم‌کشی می‌تواند اندازه‌گیری‌ها را توضیح دهد (جریان سطح صاف، جریان‌های فاز نامتناسب)؟
• آیا بریکر واقعا باز شد یا سناریوی خرابی بریکر را تجربه کردید؟

یک مثال متداول: حرکت های دیفرانسیل در انرژی ترانسفورماتور زمانی که مهار هجومی غیرفعال یا اشتباه پیکربندی شده است. یکی دیگر از مشکلات رایج، خطای زمین "پیکاپ چتر" است که ناشی از سیم کشی نادرست باقیمانده یا اتصال ثانویه CT شل است. در هر دو مورد، تغییرات تنظیمات به تنهایی خطرناک است مگر اینکه زنجیره اندازه گیری صحیح را تأیید کنید.

انتخاب رله مناسب برای کار

انتخاب یک رله حفاظتی باید بر اساس انواع خطا، بحرانی بودن و قابلیت نگهداری باشد - نه فقط تعداد ویژگی ها. برای جلوگیری از خرید بیش از حد یا بدتر از آن، از معیارهای زیر استفاده کنید.

معیارهای انتخاب که در عمل اهمیت دارند

• عملکردهای حفاظتی مورد نیاز: شامل توسعه آینده (فیدرهای اضافی، DG، کراوات شکن).
• ورودی ها/خروجی ها: سیم پیچ ها، وضعیت شکن، اینترلاک ها، حالت تعمیر و نگهداری، آلارم ها.
• ارتباطات: پشتیبانی از پروتکل SCADA، نیازهای IEC 61850، روش همگام سازی زمان.
• رکوردهای رویداد: عمق ثبت شکل موج، محرک ها و سهولت بازیابی.
• قابلیت نگهداری عملیاتی: تنظیم در دسترس بودن نرم افزار، پشتیبانی قالب و ردپای آموزشی.

یک بیانیه نتیجه عملی برای اکثر پروژه ها این است: خانواده های رله و تنظیم الگوها را در هر جا که امکان پذیر باشد استاندارد کنید . استانداردسازی زمان مهندسی را کاهش می‌دهد، لوازم یدکی را ساده می‌کند، و واکنش حادثه را بهبود می‌بخشد زیرا تکنسین‌ها الگوها را در گزارش‌های رویداد و منطق تشخیص می‌دهند.