Основы эксплуатации релейной защиты и автоматики

ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ 
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ 
И АВТОМАТИКИ

Е.Г. ДОРОХИН

Москва
ИНФРА-М
2024

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 621.316.925(075.8)
ББК 31.277.1я73
 
Д69

ISBN 978-5-16-019509-4 (print)
ISBN 978-5-16-112130-6 (online)
© Дорохин Е.Г., 2023

Дорохин Е.Г.
Д69  
Основы эксплуатации релейной защиты и автоматики : учебное пособие / Е.Г. Дорохин. —  Москва : ИНФРА-М, 2024. —  410 с. —  (Высшее 
образование). — DOI 10.12737/2125174.
ISBN 978-5-16-019509-4 (print)
ISBN 978-5-16-112130-6 (online)
Учебное пособие содержит краткое описание наиболее распространенных устройств релейной защиты, автоматики, элемен тов вторичной коммутации и порядка их оперативного обслуживания.
Предназначено для оперативного персо нала электростанций, подстанций, оперативно- выездных бригад электрических сетей, занятого эксплуатацией электрооборудования, для диспетчеров объединенной диспетчерской службы электросетей и регио нальных диспетчерских управлений, 
работников служб релейной защиты и автоматики различного уровня 
и технических руководителей соответствующих организаций.

УДК 621.316.925(075.8)
ББК 31.277.1я73

Предисловие

Надежность и устойчивость работы Единой электроэнергетической системы России в целом, объединенных и регио нальных 
энергетических систем в значительной мере зависит как от технического состояния устройств и систем релейной защиты и автоматики 
(РЗА), так и от эффективности управления ими. Первая составляющая обеспечивается службами РЗА (СРЗА) и сервисными организациями, выполняющими наладку и техническое обслуживание 
устройств релейной защиты и электроавтоматики. Этой составляющей была посвящена первая книга из серии «Основы эксплуатации релейной защиты и автоматики» —  «Техническое обслуживание устройств релейной защиты». Вторую составляющую, которой 
посвящено настоящее учебное пособие, обеспечивают работники 
оперативно- диспетчерских служб различного уровня, от персо нала 
оперативно- выездных бригад электрических сетей до диспетчеров 
Центрального диспетчерского управления ЕЭС России.
В отличие от работников СРЗА им приходится работать 
с большим объемом информации самого различного характера: поддержание режимов работы энергосистемы в целом и отдельных ее 
элемен тов, организация переключений в электрических сетях, организация безопасного выполнения работ на оборудовании и т.п. В этом 
потоке информации очень большую долю составляют вопросы, связанные с релейной защитой. Работники служб РЗА могут и должны 
разбираться в любых, в том числе наиболее сложных, особенностях 
работы устройств релейной защиты и автоматики, анализировать 
правильность их работы. Работники же оперативно- диспетчерских 
служб за короткое время должны выявить причины правильной или 
неправильной работы или неисправности этих устройств, принять 
меры по устранению возможной неисправности в пределах своей 
компетенции и организовать работу элемен тов энергосистемы таким 
образом, чтобы минимизировать риск для энергосистемы, связанный 
с не исправностью того или иного устройства.
Одна из задач нашего пособия —  помочь работникам оперативно- 
диспетчерских служб разобраться в принципах выполнения ряда 
устройств РЗА, общих требованиях к их оперативному обслуживанию и конкретных вопросах оперативного обслуживания отдельных наиболее распространенных устройств.
Вторая задача —  помочь найти общий язык работникам СРЗА 
и ОДС различного уровня. Зачастую работники СРЗА и ОДС, 
ОДС верхнего уровня и оперативный персо нал на объектах говорят 

на разных языках. То, что первым кажется очевидным и элементарным, для вторых иногда является довольно сложной проблемой.
В немалой степени появлению этой книги способствовало 
участие автора в проведении курсов для оперативно- диспетчерского 
персо нала нижнего уровня (электромонтеры ОВБ, дежурные подстанций, диспетчера РЭС), а также для резерва главных инженеров 
сетевых предприятий, проводимых УЦ «Кубаньэнерго».
В основу книги положены инструкции по эксплуатации РЗА 
для дежурных диспетчеров Кубанского РДУ, в разработке которых 
пришлось участвовать автору, и субъектов энергетики Кубанской 
энергосистемы. Использованы материалы, предоставленные сотрудниками ОДУ Юга и РДУ смежных энергосистем. Все рекомендации, 
приведенные в учебном пособии, основаны на требованиях нормативных докумен тов, хотя и не всегда соответствуют им дословно.
Благодарю сотрудников НПП ЭКРА и «Радиус —  Автоматика» 
за помощь в работе над книгой. Большое спасибо Е.А. Кирковой 
(МЭС Центра, ПС «Белый Раст»), предоставившей немало ценных 
материалов, соответствующих теме книги и использованных здесь 
в максимальном объеме. И естественно, особая признательность — 
моей жене Дорохиной Т.Н., с которой совместно мы написали две 
первые книги, за методическую помощь в работе над рядом разделов и моральную поддержку в работе над книгой в целом.
Некоторые из разделов настоящего пособия проходили предварительную проработку на сайте http://rzdoro.narod.ru. На этом же 
сайте, а также на вновь созданном сайте http://dororz.ru по мере 
возможности будет вестись работа над продолжением книги и корректировка выявленных ошибок. На этих же ресурсах размещаются 
корректированные версии первой книги из серии «Основы эксплуатации релейной защиты и автоматики» —  «Техническое обслуживание устройств релейной защиты». Надеюсь на поддержку 
читателей в работе над ошибками.
Буду признателен за конструктивную критику и предложения 
по форме и содержанию книги. С предложениями и замечаниями 
обращайтесь по адресам: rzdoro@yandex.ru, doroeg@rambler.ru.
Перепечатка книги и ее воспроизведение в любом виде без согласования с автором не допускаются. Особое обращение —  к владельцам интернет- ресурсов. Со многими из вас у меня сложились 
нормальные деловые отношения, и нам удалось достичь взаимопонимания на стадии популяризации первой книги из этой серии. Естественна потребность довести популярную книгу до максимального 
числа читателей, но прошу не публиковать ее копии без предварительного согласования.

Введение

Надежная и бесперебойная работа энергетических систем и их 
элемен тов обеспечивается при помощи большого комплекса автоматических устройств.
В целом термином Релейная защита и автоматика (РЗА) 
обозначаются релейная защита, сетевая автоматика, противоаварийная автоматика, режимная автоматика, регистраторы аварийных событий и процессов, устройства передачи аварийных сигналов и команд.
Релейная защита —  совокупность устройств, предназначенных 
для автоматического выявления коротких замыканий, замыканий 
на землю и других недопустимых режимов работы ЛЭП и оборудования, которые могут привести к их повреждению; отключения 
поврежденных и ликвидации недопустимых режимов работы ЛЭП 
и оборудования с помощью выключателей и других коммутационных аппаратов, подачи команд и (или) сигналов. Устройства 
релейной защиты обеспечивают быстрое отключение элемен тов 
электрических сетей и других электроустановок при возникновении коротких замыканий и других ненормальных режимов. Описанию и порядку оперативного обслуживания устройств релейной 
защиты посвящено большинство разделов настоящего пособия.
Сетевая автоматика —  совокупность устройств, реализующих 
функции автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического ввода резерва (АВР).
Описание и порядок оперативного обслуживания этих устройств 
приведены в разделе «Устройства сетевой автоматики».
Противоаварийная автоматика (ПА) —  совокупность автоматических устройств, предназначенных для выявления, предотвращения развития и ликвидации аварийного режима энергосистемы. 
Предназначена для сохранения устойчивой работы энергосистемы 
в предаварийных, аварийных и послеаварийных режимах системы. 
Включает в себя следующие устройства и комплексы:
 
– Автоматика предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ)
 
– Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР)
 
– Автоматика ограничения снижения частоты (АОСЧ) или автоматическая частотная разгрузка (АЧР)
 
– Автоматика ограничения повышения частоты (АОПЧ)
 
– Автоматика ограничения снижения напряжения (АОСН 
или АСН)

– Автоматика ограничения повышения напряжения (АОПН)
 
– Делительная автоматика (ДА)
Описание некоторых из этих устройств будет приведено в разделе «Противоаварийная автоматика».
Режимная автоматика (РА) —  совокупность устройств, 
предназначенных для регулирования параметров режима энергосистемы (частоты электрического тока, напряжения, активной 
и реактивной мощности). Обеспечивает поддержание в заданных 
пределах напряжения и частоты в системе в нормальном режиме. 
Наиболее распространенные устройства режимной автоматики:
 
– Автоматика регулирования частоты и активной мощности 
(АРЧМ)
 
– Автоматика регулирования возбуждения (АРВ)
 
– Автоматика регулирования напряжения (АРН)
 
– Групповая автоматика регулирования активной мощности 
(ГРАМ)
Прочая или технологическая автоматика включает в себя 
автоматику:
 
– Охлаждения оборудования
 
– Компрессорной
 
– Аккумуляторной
Регистраторы аварийных событий и процессов —  устройства, 
регистрирующие аварийные события и процессы в энергосистеме (регистраторы аварийных событий, регистраторы системы мониторинга 
переходных процессов, устройства определения места повреждения).
В связи с ограниченным объемом настоящего пособия устройства 
режимной автоматики и регистраторы аварийных событий и процессов в нем не рассматриваются.
Структура настоящего пособия сходна с первой книгой из этой 
серии [20]. Разными стилями выделены общеобразовательные материалы, практические вопросы оперативного обслуживания РЗА 
и вопросы безопасности.

 Знак опасности. Им отмечены момен ты, представляющие опасность для оборудования или угрозу для Вашей 
жизни, а также необходимые меры безопасности. Будьте 
осторожны. Сгоревший трансформатор можно восстановить 
или купить новый, жизнь человеческую ничем не заменишь.
В настоящем пособии использованы некоторые термины, 
имеющие неполное соответствие с общепринятыми. Так, например:
Персо нал СРЗА —  это персо нал служб релейной защиты и автоматики электрических сетей, АО Энерго, РДУ (ОДУ), ЭТЛ элект

ростанций, имеющий право в пределах, предусмотренных должностной инструкцией:
 
– самостоятельно выполнять техническое обслуживание 
устройств РЗА;
 
– устранять дефекты;
 
– принимать решение о возможности ввода в работу и необходимости вывода из работы отдельных устройств РЗА;
 
– давать указания или рекомендации оперативно-диспетчерскому персо налу в части РЗА независимо от конкретных 
прав и обязанностей.
Оперативный персо нал —  находящийся на смене дежурный 
персо нал подстанций, электроцехов электростанций, персо нал 
ОВБ, имеющий право оперативного обслуживания основного оборудования и устройств РЗА, а также персо нал РЗА, наделенный 
правами оперативно- ремонтного персо нала.
Диспетчер —  находящийся на смене дежурный диспетчер РДУ 
(ОДУ), электрических сетей, РЭС, дежурный инженер электростанции, в диспетчерском или оперативном управлении (ведении) которого находятся устройства РЗА и оборудование, с ними связанное.
Технический руководитель —  главный инженер электрических 
сетей, электростанции или главный диспетчер РДУ (ОДУ), несущий 
ответственность за надежную работу оборудования соответствующего предприятия или системы в целом, имеющий право принимать решения по наиболее ответственным техническим вопросам.

Глава 1. 

СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ И ПЕРВИЧНЫЕ 
СХЕМЫ ПОДСТАНЦИЙ

Релейная защита и автоматика являются неотъемлемой частью 
энергосистемы, по это му рассматривать работу их необходимо 
в комплексе с основным оборудованием и другими элементами 
окружающей сети. В дальнейшем информация об устройствах РЗА 
будет приводиться на примере участка электрической сети 110 кВ 
с элементами сети 220 кВ, изображенного на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема участка электросети

На рассматриваемом участке электросети расположены:
 
– распредустройство 110 кВ электростанции (ГРЭС);
 
– подстанция 220/110 кВ Северная;
 
– подстанции 110 кВ Северо- Восточная, Восточная, Юго- 
Восточная, Заводская, Пригородная, Южная, Центральная, 
Дачная, Новая.
К шинам низкого напряжения ПС Пригородная подключена 
блок-станция.

Все перечисленные объекты (ГРЭС, блок-станция и подстанции) являются объектами энергетики.
Подстанции связаны линиями электропередачи. В дальнейшем 
будем их называть по наименованиям подстанций, которые они 
связывают без учета отпаек. Линию, которая связывает ГРЭС и ПС 
Восточная, будем называть ВЛ-110 ГРЭС —  Восточная в тех случаях, когда речь идет об устройствах РЗА этой линии со стороны 
ГРЭС, или Восточная —  ГРЭС при рассмотрении устройств РЗА 
на ПС Восточная.
Оборудование более низкого напряжения не показано за исключением генераторов на ГРЭС и блок-станции, подключенной к ПС 
Пригородная.
Рассмотрим наиболее распространенные первичные схемы 
распределительных устройств. Заземляющие ножи, разрядники 
и другие элемен ты, не участвующие в работе РЗА, не показаны.
Распределительные устройства (РУ) напряжением 6–35 кВ 
чаще всего выполняются по схеме две секции (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема РУ 10 кВ «две секции»

При выводе в ремонт питающего трансформатора все потребители, подключенные к соответствующей секции, могут быть запитаны от второго трансформатора включением секционного выключателя СВ-10. При выводе в ремонт секции или выключателя 
отходящей линии потребители должны быть запитаны от альтернативного источника.
В некоторых случаях используется более простая схема (одна 
секция).
Далее рассмотрим схемы распредустройств 110 кВ и первичные 
схемы подстанций в целом.

Простейшую схему имеют однотрансформаторные подстанции 
Заводская и Дачная (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема тупиковой подстанции Дачная

Подстанция Заводская питается от ПС Юго- Восточная по выделенной линии и является тупиковой. Подстанция Дачная подключена отпайкой к транзитной линии ГРЭС —  Восточная. Эти 
подстанции могут не иметь выключателей на стороне высокого напряжения, вместо них устанавливаются короткозамыкатель КЗ и отделитель ОД. На стороне низкого напряжения имеется одна секция 
шин, на двухтрансформаторной подстанции —  две. При повреждении 
любого элемента подстанции (трансформатор, ошиновка высокого 
или низкого напряжения, распредустройство низкого напряжения) 
или питающей линии оказываются обесточенными все потребители.
Подстанция Новая отличается от этих подстанций тем, что 
на ней имеются два трансформатора, один из которых подключен 
отпайкой к ВЛ-110 Южная —  Центральная, второй —  к ВЛ-110 
Южная —  Юго- Восточная. Со стороны высокого напряжения имеется ремонтная перемычка, разомкнутая в нормальном режиме, 
но позволяющая запитать оба трансформатора при выводе в ремонт 
одной из линий.
Более сложную, но и более надежную схему «мостика» имеют 
подстанции Центральная, Восточная, Пригородная. Схема ПС Восточная приведена на рис. 1.4.