Аварии по вине РЗА: как не допустить остановку производства в 2026 году

Релейная защита и автоматика (РЗА) — комплекс технических средств и систем, предназначенных для непрерывного контроля состояния элементов электроэнергетической системы (линий электропередачи, трансформаторов, генераторов, шин, электродвигателей и других устройств). 

В отсутствии релейной защиты и автоматики невозможно быстрое и автоматическое выявление повреждений или ненормальных режимов работы (например, коротких замыканий, перегрузок, межвитковых замыканий, снижения или повышения напряжения, частоты и т. д.). Также без РЗА в условиях многоструктурности электроэнергетической системы предприятий становится невозможным оперативное принятие мер для предотвращения развития аварии и восстановления нормального функционирования всей системы.

Ввиду того, что релейная защита и автоматика включает в себя два взаимосвязанных компонента, то при рассмотрении вопроса о степени надежности РЗА для предотвращения возникновения аварийных ситуаций, важно установить степень корректной работы каждого из них.

Релейная защита в составе РЗА — система, которая обнаруживает аварийные или ненормальные режимы и формирует команду на отключение поврежденного элемента от остальной части сети с помощью выключателей. Это позволяет сделать локализацию повреждения и сохранить работоспособность исправных участков энергосистемы.

Автоматика в составе РЗА — устройства, которые выполняют операции для восстановления нормального режима работы после аварии. К ним относятся:

1. система автоматического повторного включения (АПВ) — после отключения защитой автоматически включает выключатель с целью быстрого восстановления электроснабжения без участия оперативного персонала для сокращения времени перерыва в подаче электроэнергии и сохранения надежности работы всей энергосистемы;
2. система автоматического включения (ввода) резерва (АВР) — переключает нагрузку на резервные источники питания при сбоях или отключениях основного источника для сохранения бесперебойной работы оборудования и минимизирования времени простоя;
3. система автоматической частотной разгрузки (АЧР) — производит отключение части нагрузки при снижении частоты в сети при аварийной нехватке активной мощности для предотвращения каскадного отключения и обеспечивает ее последующее восстановление. 

Сложившаяся у специалистов “АртЭнергоСтрой” практика реализации проектов по реконструкции релейной защиты и автоматики показывает, что в возникновении подавляющего числа сбоев ключевую роль играют технические проблемы и неполадки:

• износ изоляции, компонентов реле, контрольных кабелей; 
• дефекты изготовления или монтажа оборудования, влияние которых проявилось в процессе эксплуатации с течением времени; 
• неисправности трансформаторов тока/напряжения, цепей оперативного тока; 
• сбои программного обеспечения, ошибки в алгоритмах работы; 
• нарушения в работе измерительных цепей, сетевых коллизий при использовании цифровых технологий (например, SV-потоков); 
• неудовлетворительная электромагнитная обстановка. 

Износ изоляции, компонентов реле и контрольных кабелей как причина сбоев работы релейной защиты и автоматики (РЗА) 

Подобные факторы возникают под воздействием различных физических, химических и механических процессов, которые развиваются во время эксплуатации. Эти процессы могут приводить к снижению надежности работы устройств и требуют регулярного технического обслуживания для своевременного выявления и устранения дефектов. 

Стоит отметить, что возникновение аварийных ситуаций, вызванных сбоями в работе релейной защиты и автоматики, периодически происходит вследствии превышения допустимых сроков службы частей системы. Например, СТО 34.01-4.1-011-2020 устанавливает нормативные сроки службы для контрольных кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией: не менее 20 лет для проложенных на улице и не менее 25 лет для проложенных в помещении (ГОСТ 1508). Однако ввиду того, что их фактическое состояние напрямую зависит от условий эксплуатации, возникает необходимость периодического контроля состояния изоляции, даже при условии ненаступления нормативных сроков. А если время подходит - то эта задача приобретает особую актуальность. По нашей практике предприятия часто игнорируют эту необходимость. Что влечет, к сожалению, к возникновению аварийных ситуаций. 

Дефекты изготовления оборудования как причина сбоев работы релейной защиты и автоматики (РЗА)

На этапе производства компонентов РЗА могут возникнуть недостатки, которые сложно выявить, пока оборудование не столкнется с критической пиковой нагрузкой. 

Примерами таких дефектов служат:

1. витковые замыкания и обрывы обмоток в реле, трансформаторах тока или напряжения, вызванные ошибками при намотке, использованием некачественных материалов или нарушением технологии производства; 
2. дефекты паек и соединений, вызванные нарушением технологических процессов или использованием некачественных припоев; 
3. повреждения изоляции (трещины, высыхание, нарушение целостности изоляционных материалов) вследствии использования некачественных изоляционных материалов или нарушения технологических процессов при их нанесении;
4. дефекты печатных плат в микропроцессорных РЗА (некачественные материалы, нарушения при монтаже компонентов, микротрещины); 
5. неисправности электронных транзисторов, стабилитронов, конденсаторов вследствии брака при производстве или нарушения условий хранения; 
6. коррозия металлических частей из-за некачественных антикоррозионных покрытий или недостаточности толщины слоя при их нанесении; 
7. дефекты разъемов и соединителей.

Практика показывает, что такие дефекты сложно выявляются при приемке оборудования. Но проявляются в процессе эксплуатации, когда оборудование подвергается пиковым нагрузкам. Решением здесь выступает использование оборудования от проверенных производителей, чей опыт работы позволяет даже в текущих условиях перебоя поставок комплектующих, находить оптимальные решения, позволяющие сохранить качество производимого оборудования и поддерживать его работоспособность в течение всего периода обслуживания и эксплуатации. 

Дефекты монтажа как причина сбоев работы релейной защиты и автоматики (РЗА)

Ошибки, допущенные при установке и подключении оборудования, - критичный фактор, который можно соотнести с уровнем профессионализма. Современное оборудование РЗА уже давно является высокотехнологичным, требующим не просто неуклонного соблюдения технологии установки, но и навыков по корректной регулировке механизмов на месте, в условиях будущей эксплуатации. 

 К возможным ошибкам при установке и подключении относятся:

• ненадежное присоединение проводников к рядам зажимов (слабый контакт, неправильное крепление);
• надрезы проводников в местах разделки; 
• нарушение регулировок контактов и механизмов (неправильная настройка реле, разъединителей и т. д.);
• ошибки в схеме вторичной коммутации (неправильное подключение цепей, несоответствие проектной документации);
• неправильная установка или повреждение изоляторов, шин, кабелей (например, нарушение целостности изоляции при монтаже);
• ошибки при монтаже трансформаторов тока, напряжения и других вспомогательных элементов;
• нарушение требований к заземлению и экранированию, что может приводить к помехам в работе.

Скрытые дефекты монтажа иногда не выявляются при приёмке и в процессе эксплуатации до первого серьезного нагрузочного режима или аварии. Однако сократить до минимума возникновение подобных ситуаций можно, обратившись к специалистам с многолетним стажем работы и опытом реализации проектов по установке высокотехнологичного современного оборудования. 

Неисправности трансформаторов тока/напряжения, цепей оперативного тока как причина сбоев работы релейной защиты и автоматики (РЗА)

При такого рода неисправностях возникают ложные срабатывания, отказы защиты или нарушения селективности. В свою очередь, энергосистема предприятия подвергается риску снижения надежности и безопасности. 

В переходных режимах (например, при коротких замыканиях) апериодическая составляющая тока короткого замыкания (КЗ) может привести к насыщению сердечника трансформатора тока, особенно если она совпадает с направлением остаточного магнитного потока. Это вызывает искажение вторичного тока — возникают токовая и фазовая погрешности. В качестве последствий здесь могут выступать:

• задержка срабатывания устройств РЗА;
• ложное действие или отказ защиты;
• увеличение токов небаланса в дифференциальных защитах, что может привести к их неверной работе.

Межвитковые замыкания в трансформаторах тока приводят к снижению изоляции и изменению характеристик трансформации. Они делятся на два вида: полное замыкание двух/нескольких витков, или замыкание двух/нескольких параллельных проводников, принадлежащих разным виткам. Это может вызвать неправильную работу защит, зависящих от точности измерения тока. 

Повреждение изоляции — также частая причина выхода из строя трансформаторов тока. Оно возникает из-за частичных разрядов, перегрева, увлажнения или воздействия частотных перенапряжений. Пробой изоляции может привести к коротким замыканиям и выходу оборудования из строя. 

Некорректный коэффициент трансформации или несоответствие трансформаторов тока параметрам защищаемой цепи (например, использование трансформаторов тока с недостаточной мощностью вторичной нагрузки) приводит к погрешностям в измерениях. Это особенно критично при близких коротких замыканиях, когда нагрузка на трансформаторы тока возрастает. 

Если говорить о неисправностях трансформаторов напряжения (ТН), то здесь пробой изоляции — одна из наиболее частых причин выхода из строя оборудования. Это может произойти вследствии частичных разрядов, перегрева или воздействия перенапряжений. При пробое изоляции первичной обмотки на корпус или во вторичные цепи в них появится высоковольтный потенциал, что опасно для оборудования и персонала. 

Короткие замыкания между обмотками в трансформаторах напряжения могут возникнуть при отсутствии должного внимания при работе персонала в действующих цепях напряжения. Это приводит к отключению защитных автоматических выключателей, питающих цепи РЗА, и возможному ложному срабатыванию защит или отказу их работы при реальных неисправностях. 

Проблемы с цепями оперативного тока, такие как перебои в питании от системы оперативного постоянного тока (СОПТ), могут привести к отказу устройств релейной защиты и автоматики. В качестве примера можно привести снижение емкости аккумуляторов или нарушение селективности защитных устройств в СОПТ, потенциально способное вызвать провалы напряжения и неправильную работу оборудования-потребителя электроэнергии. 

Повреждение индивидуальных блоков питания, зарядных устройств конденсаторов и самих конденсаторов в цепи отключения выключателя, отделителя, короткозамыкателя выводит из работы все устройства РЗА, питающиеся от этих блоков. 

Сбои программного обеспечения, ошибки в алгоритмах работы как причина сбоев работы релейной защиты и автоматики (РЗА)

Важной особенностью современных РЗА и одновременно причиной возникновения сбоев в ее работе является усложнение специфики этих систем. Сегодня это уже не просто набор реле, а многокомпонентное микропроцессорное устройство.

В связи с этим в контексте возникновения аварийных ситуаций, связанных с релейной защитой и автоматикой, важное значение приобретает корректная работа программного обеспечения и алгоритмов срабатывания. 

К возможным причинам сбоев программного обеспечения относятся:

1. ошибки на этапе проектирования, когда при разработке алгоритмов не были учтены все необходимые входные данные (например, особые режимы работы сети или нетипичные условия эксплуатации оборудования), что затем, в реальных условиях, может вызвать некорректную работу программы;
2. ошибки кодирования, такие как некорректные математические операции или некорректные условия логических выражений, способные приводить к сбоям при каждом запуске соответствующего модуля;
3. неактуальность версии программного обеспечения (ПО) (моральное старение, когда стандарты и требования не менялись) и использование версий ПО, не адаптированных к текущим условиям эксплуатации или не учитывающих последние изменения в стандартах и требованиях (ввиду достаточно частого обновления требований к оборудованию и ПО, этот пункт является актуальным для большинства предприятий);
4. конфликты при взаимодействии систем, которые  возникают при использовании оборудования от разных производителей вследствие несовместимости программных модулей и интерфейсов. 

Ошибки в алгоритмах функционирования также приводят к сбоям в работе релейной защиты и автоматики. Здесь можно говорить о:

• некорректной реализации логических условий, когда входящие сигналы от трансформаторов тока или напряжения обрабатываются с ошибками;
• ошибках квантования и апертурных погрешностях в аналого-цифровых преобразователях (АЦП), когда ограниченное разрешение и флуктуации времени взятия отсчетов могут искажать входные сигналы, что влияет на точность работы алгоритмов; 
• недостаточной адаптации алгоритмов к реальным условиям эксплуатации оборудования, когда алгоритмы могут быть рассчитаны на идеализированные условия, неучитывающие переходные процессы, шумы, нелинейности в элементах цепи;
• ошибках в настройке параметров (уставок), когда даже при корректном алгоритме неправильные уставки (например, пороги срабатывания) приведут к некорректной работе релейной защиты и автоматики. 

Нарушения в работе измерительных цепей, сетевых коллизий при использовании цифровых технологий (например, SV-потоков) как причина сбоев работы релейной защиты и автоматики (РЗА) 

Ввиду важности измерительных цепей для целей передачи и преобразования электрических сигналов (токов и напряжений) от первичного звена энергосистемы к измерительным органам устройств РЗА, необходимо рассмотреть основные элементы цепей, которые могут подвергнуться сбоям в работе и негативно повлиять на состояние электрооборудования:

1. трансформаторы тока и размыкание вторичных цепей в них - в этом случае при прохождении тока по первичной обмотке и разомкнутой вторичной цепи во вторичной обмотке возникает высокая электродвижущая сила (ЭДС), достигающая нескольких киловольт, что может привести к пробою изоляции вторичных цепей;
2. измерительные трансформаторы и их перегрузка - здесь при превышении нагрузки на вторичные цепи трансформаторов тока и трансформаторов напряжения возникает увеличение погрешности измерений, что приводит к искажению показаний;
3. провода и нарушение их изоляции приводит к коротким замыканиям, утечкам тока, в итоге искажаются входные сигналы в РЗА.

Сетевые коллизии при использовании системы непрерывного потока цифровых данных (SV-потоки, англ. Sampled Values — выборочные значения) влияют на алгоритмы обработки информации и могут стать причиной сбоев из-за:

• конфликтов в локальной вычислительной сети (ЛВС), когда данные передаются одновременно несколькими устройствами или возникают ошибки в работе коммутаторов;
• нарушения синхронизации времени, когда возникает несоответствие глобального времени и времени в SV-потоках, что приводит к искажению информации;
• потери и задержки пакетов данных, когда они не поступают вовремя или теряются;
• перемешивание пакетов данных, когда нарушается последовательность их доставки и возникает некорректная интерпретация измерений;
• неисправности устройств, формирующих данные SV-потоков.

Эти сбои приводят к неопределенности в обработке данных, угловым погрешностям измерений, некорректным срабатываниям защит и задержке их срабатывания.

Неудовлетворительная электромагнитная обстановка как причина сбоев работы релейной защиты и автоматики (РЗА) 

Электромагнитные помехи (естественные и искусственные) могут воздействовать на чувствительные компоненты устройств РЗА и приводить к их некорректной работе. Помехи могут проникать:

1. через распределенную емкость между цепями устройства и электрической сетью;
2. за счет магнитных связей с токовыми цепями;
3. через заземляющие контуры, образованные общим заземляющим проводом для различных цепей;
4. кондуктивным путем - через изменение изоляции;
5. из питающей сети;
6. через электромагнитное излучение от внешних источников.

В качестве последствий здесь, как и в случаях, описанных выше, могут выступить ложные срабатывания, отказы срабатываний в случае возникновения аварийных ситуаций, задержки срабатывания, нарушения целостности данных в микропроцессорных системах. 

Надежная работа РЗА сегодня уже не опция, а обязательное условие безопасной и бесперебойной эксплуатации энергосистемы. Игнорирование факторов износа, дефектов монтажа, цифровых и электромагнитных помех ведет к росту аварийности, простоям и финансовым потерям.

Современные требования к энергосистемам (рост доли цифровых технологий, ужесточение стандартов безопасности) делают особенно актуальным переход к решениям, обеспечивающим:

• повышенную устойчивость к внешним воздействиям;
• высокую точность измерений и синхронизации;
• гибкость настройки и обновления ПО;
• прозрачность диагностики и мониторинга.

Обеспечение этих характеристик требует комплексного подхода — от тщательного проектирования и выбора оборудования до регулярного контроля его состояния. Только так можно гарантировать, что РЗА выполнит свою ключевую функцию: защитит энергосистему от аварий и обеспечит непрерывность электроснабжения потребителей. 

Примеры проектов “АртЭнергоСтрой”, включавших работы с релейной защитой и автоматикой:
1. Автоматизация и цифровизация ВЛ 6–10 кВ на базе вакуумных реклоузеров мини-АЭС с датчиками тока и напряжения для ООО «Нудел Продукт» (Макаронная фабрика FILLINI)
2. SMART-ретрофит ячеек распределительного устройства 10 кВ ТП Элеватор ОАО «ПКХП» г.Пенза
3. Внедрение автоматизации с установкой частотно-регулируемых преобразователей на НСВ Сурский водозабор (ООО «Горводоканал»)