Электронная защита от токов короткого замыкания и автоматика в распределительных устройствах 6–10 кВ тяговых и трансформаторных подстанций

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

С.М. КУЗНЕЦОВ

ЭЛЕКТРОННАЯ ЗАЩИТА

ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

И АВТОМАТИКА В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

УСТРОЙСТВАХ 6–10 кВ ТЯГОВЫХ

И ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2010

УДК 621.33 (075.8)

К 891

Рецензенты:

д-р физ.-мат. наук, профессор С.М. Корабельников,

д-р техн. наук, профессор Е.Г. Порсев

Кузнецов С.М.

К 891
Электронная защита от токов короткого замыкания и автоматика

в распределительных устройствах 6–10 кВ тяговых и трансформаторных подстанций : учеб. пособие / С.М. Кузнецов. – Новосибирск : 
Изд-во НГТУ, 2010. – 104 с.

ISBN 978-5-7782-1453-8

Посвящается сорокалетию кафедры электротехнических

комплексов (Электрического транспорта) НГТУ

Работа подготовлена на кафедре электротехнических комплексов

Изложены способы защиты систем электроснабжения устройств электро
технических комплексов: тяговых и трансформаторных (понизительных) 
подстанций напряжением 6–10 кВ от перегрузок и коротких замыканий. Рассмотрен наиболее широко используемый на железнодорожном транспорте и в 
нефтегазовых объектах вариант электронной защиты и автоматики (АСУ 
нижнего уровня). Приведены технические характеристики, методики расчета 
и настройки уставок токовых защит. Рассмотрены примеры многоступенчатых и многопараметрических защит, дана оценка надежности их работы и 
предложения по дальнейшему совершенствованию. Приведены описания лабораторных работ, задания, методика выполнения и вопросы итогового контроля.

Учебное пособие рекомендуется для самостоятельной и аудиторной рабо
ты студентов, обучающихся на дневной, заочной и дистанционной формах 
подготовки специалистов направления 140606 «Электрический транспорт» и 
220301 «Автоматизация технологических процессов и производств в нефтегазовой отрасли», а также при выполнении курсового и дипломного проектирования. Оно может быть полезно магистрантам и инженерам, работающим в 
области электроснабжения электрического транспорта.

УДК 621.33 (075.8)

ISBN 978-5-7782-1453-8
© Кузнецов С.М., 2010
© Новосибирский государственный 

технический университет, 2010 

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТАХ

1.1. ПЕРИОДИЧНОСТЬ И ОБЪЕМЫ ПРОВЕРКИ УСТРОЙСТВ 

РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

Надежность работы устройств релейной защиты и автоматики

(РЗ и А) во многом определяется качеством проверки их характеристик 
в условиях эксплуатации на распределительных и тяговых подстанциях. Такие проверки проводятся регулярно: полная проверка при вводе 
в эксплуатацию и затем через год, частичная проверка на следующий 
год после ввода и снова через год. Объем работ определяется регламентом [3, табл. 7] электроустановок потребителей или ведомственными инструкциями. Далее электромеханические устройства будем 
кратко называть РЗ и А, а цифровые – БМРЗ. Например, в соответствии с инструкцией ЦЭ/39 30.06.92 ОАО РЖД РФ устанавливаются 
следующие виды технического обслуживания БМРЗ:

проверка при первом включении;
периодические осмотры;
периодическое опробование;
профилактический контроль;
профилактическое восстановление.

В процессе эксплуатации может проводиться неплановое обслужи
вание:

внеочередная проверка;
послеаварийная проверка.

Виды, объем и периодичность работ соответствуют правилам 

технического обслуживания микропроцессорных блоков релейной 
защиты.

Проверка при первом включении производится:

при включении вновь смонтированных блоков, цепей и аппара
туры управления и сигнализации;

при реконструкции управления и сигнализации, связанной с ус
тановкой новой дополнительной аппаратуры или переделкой находящейся в работе аппаратуры, или прокладкой новых вторичных цепей.

Если монтаж и наладка БМРЗ выполняла сторонняя организация, 

то включение новых и реконструированных устройств без приемки их 
в эксплуатацию представителями эксплуатирующей организации запрещается.

При периодических осмотрах проверяют:

состояние аппаратуры и цепей электромеханических РЗ и А, 

БМРЗ, клеммных сборок, испытательных блоков;

наличие на панелях надписей, указывающих их назначение;
наличие бирок на кабелях и проводах и надписей на них;
нагрев блоков питания;
соответствие положения накладок режиму работы защит;
целостность предохранителей.

При периодическом опробовании выполняют:

контрольные испытания защит с переводом переключателей 

действия защит на сигнал;

проверку действия защит от кнопки контроля защит;
для фидеров СЦБ – проверку перехода сигнальных точек и уст
ройств СЦБ на резервное питание с предварительным снятием фидера 
СЦБ на смежной подстанции с АВР.

Осмотр микропроцессорных блоков релейной защиты с периодиче
ским опробованием проводят один раз в месяц.

Профилактический контроль – это периодическая проверка работо
способности БМРЗ для выявления и устранения внезапных отказов.

Первый профилактический контроль после включения устройства в

эксплуатацию проводят с целью выявления и устранения приработочных отказов, появляющихся в начальный период эксплуатации.

Профилактическое восстановление – это периодическое устранение 

последствий износа и старения заменой или восстановлением его элементов для предотвращения возникновений постепенных отказов.

Внеочередные проверки проводят при частичных изменениях 

схем или реконструкции устройств, восстановлении цепей, нарушенных в связи с ремонтом основного оборудования, а также при необходимости изменения уставок или характеристик реле и устройств.

Послеаварийные проверки выполняют после каждого случая от
каза функционирования устройства, а также в случаях неясного его 
поведения во время аварии или нарушения нормального режима работы (табл. 1).

Т а б л и ц а  1

Виды и объем технического обслуживания электронных (БМРЗ)

и электромеханических (РЗ и А) устройств

Перечень работ 
технического обслуживания БМРЗ

Объем работ

Проверки 
при но
вом 

включе
нии

Первый 

профилактический 

контроль

Профилактиче
ское 

восстановле
ние

Частич
ное 

профилактиче
ское 

восстановле
ние

Профилактический 
контроль

Периодическое 
опробование

Механические проверки

Подготовительные работы
+
+
+
+
+
+

Внешний осмотр
+
+
+
–
+
–

Проверка соответствия проекту 
смонтированных 
устройств

+
+
+
+
–
–

Электрические проверки

Предварительная 
проверка заданных уставок

–
+
+
+
–
–

Проверка сопротивления изоляции

+
–
–
–
–
–

Измерение и испытание изоляции 
устройств в полной схеме

+
+
+
+
+
–

Проверка взаимодействия проверяемого устройства с другими 
устройствами

+
+
–
–
–
–

Проверка устройства рабочим током и напряжением

+
+
–
–
–
–

Подготовка
к включению
+
+
+
+
+
+

Для выполнения проверок используют специальные приборы, ко
торые генерируют токи и (или) напряжения, необходимые для настройки уставок и режимов работы (РЗ и А). Учитывая сложность проверки и наличие большого числа (РЗ и А) в электроустановках, их 
проверку выполняет персонал с квалификационной группой 5 (работа 
в цепях тока) и 3 (прочие работы).

В условиях эксплуатации наладку и проверку электронных уст
ройств защиты в зависимости от технических возможностей и объемов 
работ выполняют с помощью блоков СКП-3М или с помощью релетомографа и компьютера [1].

Рис. 1. Схема подключения устройства CКП-3м для проверки защит

В пособии изложено испытание электронной защиты типа БМРЗ–

100–хх на подстанции и в лабораторных условиях с помощью cтенда 
комплексной проверки СКП-3М (рис. 1). 

1.2. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВЕРКИ ЗАЩИТ

1.2.1. НАЗНАЧЕНИЕ

Стенд комплексной проверки защит (далее – блок СКП-3М) [2] 

предназначен для изучения и демонстрации функций микропроцессорной релейной защиты, в том числе блок позволяет имитировать состояние выключателя, т. е. выдавать сигнал о том, что выключатель 
находится в отключенном или включенном состоянии, а также о том, 
произошел отказ или выключатель работает в нормальном режиме. 
Для проверки функций релейной защиты блок имеет регулятор переменного тока IАВ, ВС и 3I0, а также регулятор переменного напряжения 
UAB, BC и 3U0.

1.2.2. УСТРОЙСТВО БЛОКА CКП-3М

На лицевой панели блока СКП-3М (приложение 3, рис. П3.1) уста
новлены:

тумблеры «1» – «8» для подачи дискретных сигналов;
единичные индикаторы «1» – «8», VD–14…VD21 отображающие 

состояние дискретных входов;

единичные индикаторы состояния выключателя «ВКЛ» и 

«ОТКЛ»;

сетевой выключатель «СЕТЬ»;
переключатель состояния выключателя «НОРМА-0-ОТКАЗ»;
переключатель для изменения состояния выключателя «ВКЛ-0
ОТКЛ»;

регулятор переменного тока «I~»
регулятор переменного тока «3I0»;
регулятор переменного напряжения «U~»
регулятор переменного напряжения «3U0»;
переключатель «0°» или «180°», инвертирующий фазу «3U0».

На задней панели установлены клеммные соединители, которые 

служат для подключения к источникам переменного тока входных и 
выходных дискретных сигналов; сигналов «РПО», «РПВ», «ВКЛ» и 

«ОТКЛ», кроме того, на ХТЗ «1» выведены сигналы «Повтор ВКЛ» и 
«Повтор ОТКЛ», дублирующие состояние выключателя, и клеммный 
соединитель ХТ4 «4 ОБЩ» для подключения общих проводников дискретных сигналов входов и выходов блока БМРЗ;

1.2.3. УКАЗАНИЯ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

Персонал, привлекаемый к проведению работ, должен соблюдать 

«Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» 
и «Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) 
при эксплуатации электроустановок» ПОТ Р М-016-2001; РД 153-34.003.150-00 и иметь квалификационную группу по электробезопасности 
не ниже 3.

При использовании стенда совместно с другими приборами каж
дый заземляемый прибор должен быть присоединен к заземляющему 
устройству отдельно.

1) Замену любого элемента, в том числе и предохранителей, произ
водить только при отключенном от сети шнуре питания стенда.

2) ЗАПРЕЩАЕТСЯ ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ СТЕНДЕ КАСАТЬСЯ 

ЛЮБЫХ КОНТАКТОВ КЛЕММНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ.

1.2.4. ПОДГОТОВКА ИЗДЕЛИЯ К РАБОТЕ

1. Перед началом работы следует выполнить следующие операции:

произвести внешний осмотр стенда, проверить на отсутствие ме
ханических повреждений;

проверить вращение ручек всех регуляторов;
проверить заземление корпуса стенда с помощью болта защит
ного заземления, находящегося задней стенке;

переключатель «СЕТЬ» установить в положение «ОТКЛ»;
ручки всех регуляторов установить в крайнее положение против 

часовой стрелки;

включить тумблер «СЕТЬ».

2. Внешние подключения к стенду осуществляются с помощью 

клеммных соединителей, расположеных на задней панели стенда.

3. Подключение дискретных входов и выходов осуществляется 

жгутами, входящими в комплект БМРЗ.

Подключение аналоговых сигналов (U > 3U0, Iabc и 3I0) произво
диться отдельными монтажными проводами. Для цепей Iдвс и 3I0 длина 
провода – не более 1,2 м сечением 2,5 мм2.

4. Схема электрическая подключения приведена в приложении А2 

работы [2].

Примечание. Подключения СКП-3M к БМРЗ–100 выполняют при про
верке на подстанции. В лабораторных условиях необходимые соединения 
можно выполнять постоянно.

1.2.5. ПОРЯДОК РАБОТЫ

1. Подключить БМРЗ к стенду в соответствии с электрической 

схемой подключения (рис. 1). 

2. Включить в сеть БМРЗ. Включить стенд тумблером «СЕТЬ». 

При этом загорается один из индикаторов «ВКЛ» или «ОТКЛ» имитатора выключателя, сигнализирующий о включении стенда.

3. Проверить дискретные входы БМРЗ посредством подачи сигна
лов тумблерами «Г – 8» (приложение 5, рис. П5.1).

4. Для проверки работы управлением выключателя установить 

тумблер «НОРМА - ОТКАЗ» в положение «НОРМА» и, включая и выключая выключатель с пульта БМРЗ, убедиться в срабатывании выключателя.

5. Проверку работы БМРЗ при отказе выключателя выполнять в 

следующем порядке:

установить тумблер «НОРМА-0-ОТКАЗ» в положение «ОТКАЗ».

При любом положении выключателя на лицевой панели БМРЗ должны 
мигать индикаторы «ВКЛ» и «ОТКЛ», что соответствует неопределенному состоянию выключателя;

установить 
тумблер 
«НОРМА-0-ОТКАЗ» 
в 
положение 

«НОРМА». Включить с пульта БМРЗ имитатор выключателя. На БМРЗ 
должен загореться индикатор «ВКЛ». Перевести тумблер выключателя 
в положение «ОТКЛ». На БМРЗ должен загореться индикатор 
«ОТКЛ»;

выключить с пульта БМРЗ имитатор выключателя. На БМРЗ 

должен загореться индикатор «ОТКЛ». Перевести тумблер выключателя в положение «ОТКЛ» и, удерживая тумблер в этом положении, 
включить с пульта БМРЗ имитатор выключателя. Индикатор «ВКЛ» 
БМРЗ не должен загораться;

включить с пульта БМРЗ имитатор выключателя. На БМРЗ дол
жен загореться индикатор «ВКЛ». Перевести тумблер выключателя в 
положение «ВКЛ» и, удерживая тумблер в этом положении, выклю

чить с пульта БМРЗ имитатор выключателя. Индикатор «ОТКЛ» БМРЗ 
не должен загораться.

6. Проверку аналоговых цепей выполнять при включенном выклю
чателе подачей сигналов регуляторами токов и напряжений «I»,«I′», 
«U», и «3U0».Меняя положение тумблера «0° – 180°», убедиться в смене фазы 3U0, для чего необходимо войти в меню БМРЗ «ПАРАМЕТРЫ 
СЕТИ», нажимая кнопку «I» или «I′» найти строку с отображением 
направления мощности Р0 и значений 3U0 и 3I0. В зависимости от положения тумблера «0°–180°» БМРЗ сигнализирует о прямом (Р0 – 1) 
или обратном (Р0 – 1 ) направлении мощности. При этом обязательно
должны быть заданы сигналы «3U0» и «3I0».

1.2.6. ПРОВЕРКА РАБОТЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

1. Установить тумблер «НОРМА-0-ОТКАЗ» в положение «НОРМА» 

(рис. П5.1). Переключая тумблер выключателя, по индикаторам «ВКЛ» 
и «ОТКЛ» убедиться, что происходит изменение положения выключателя. При этом, подключая поочередно вольтметр В7-22А к контактам 
4–5 и 5–6 соединителя «1», убедиться в наличии сигналов «РПО» и 
«РПВ» в соответствии с табл. 2.

Т а б л и ц а  2

Соответствие положения выключателя и сигналов «РПО» и «РПВ»

Положение
выключателя
Сигнал
Контакты
U, В

ВКЛ
РПВ
5 – 6
+220

ВКЛ
РПО
4 – 5
0

ОТКЛ
РПВ
5 – 6
0

Поочередно устанавливая перемычки между контактами 7–8 и 8–9 

соединителя «1», убедиться в срабатывании выключателя: 7–8 – сигнал 
«ВКЛ», 8–9 – сигнал «ОТКЛ».

Включить выключатель и подключить вольтметр в режиме измере
ния сопротивления поочередно к контактам 1–2 и 2–3 соединителя «1». 
Контакты 1–2 должны быть замкнуты, а 2–3 – разомкнуты.

Выключить выключатель. Контакты 1–2 должны быть разомкнуты, 

а 2–3 – замкнуты.

2. Установить 
тумблер 
«НОРМА-0-ОТКАЗ» 
в 
положение 

«ОТКАЗ». Подключая поочередно вольтметр В7-22А к контактам 4–5 
и 5–6 соединителя «1» и, меняя положение выключателя, убедиться в 
одновременном присутствии сигналов «РПО» и «РПВ».