Контроль цепей отключения (TCS) и контроль замыкания: Схемы, тестирование, распространенные неприятные отключения

Реле защиты обнаруживает неисправность за 20 миллисекунд. Оно посылает команду отключения. Автоматический выключатель ничего не делает.

Этот сценарий, когда цепь отключения выходит из строя без звука, относится к наиболее опасным условиям в распределительных устройствах среднего напряжения. Неисправность сохраняется, оборудование получает повреждения дугой, и то, что должно было быть обычной защитой, превращается в серьезное расследование инцидента.

Контроль цепи отключения предотвращает такой исход. Непрерывно проверяя целостность каждого компонента между реле защиты и катушкой отключения, TCS превращает скрытые неисправности в видимые сигналы тревоги. Оборванный провод, проржавевшая клемма, неисправная обмотка катушки - любая разомкнутая цепь вызывает сигнал тревоги за несколько дней или недель до того, как неисправность проверит систему защиты.

Контроль цепи замыкания применяет идентичные принципы к цепи замыкания выключателя, обеспечивая надежное выполнение последовательности восстановления и автоматического размыкания.

В этом руководстве рассматриваются три основные архитектуры схем TCS, приводятся пошаговые процедуры тестирования для ввода в эксплуатацию и технического обслуживания, а также систематические методы устранения неисправностей, связанных с неприятными сигналами тревоги, от которых страдают многие установки. Понимание этих схем контроля является основополагающим для обеспечения надежной защиты для вакуумный выключатель установки и другие распределительные устройства среднего напряжения.

Что на самом деле контролирует контроль цепи отключения?

Контроль цепи отключения непрерывно контролирует весь путь от источника постоянного тока до катушки отключения, немедленно подавая сигнал тревоги при отказе любого последовательного компонента. Такое упреждающее обнаружение предотвращает катастрофический сценарий, когда реле защиты срабатывает правильно, но выключатель так и не получает команду на отключение.

Ток контроля - обычно 20-50 мА постоянного тока - протекает через всю цепь отключения без срабатывания выключателя. Этот ток остается значительно ниже порога срабатывания катушки отключения, который для большинства выключателей среднего напряжения составляет 100-200 мА. Когда любой элемент размыкается, ток контроля падает до нуля и реле TCS подает сигнал тревоги.

Компоненты, находящиеся под постоянным контролем, включают:

• Напряжение питания постоянного тока и предохранители
• Выходные контакты реле защиты
• Соединительная проводка и клеммные блоки
• Вспомогательные контакты (52a и 52b)
• Непрерывность обмотки катушки отключения

Полевые данные, полученные при вводе в эксплуатацию промышленных подстанций, показывают, что на долю отказов заделки проводов приходится примерно 35-40% обнаруженных неисправностей цепей отключения. Термоциклирование, вибрация от соседнего оборудования и попадание влаги ускоряют деградацию соединений. Современные реле TCS обеспечивают регистрацию неисправностей с временной отметкой на Руководящие принципы IEEE PSRC, Это позволяет командам технического обслуживания соотнести сигналы тревоги по надзору с условиями окружающей среды.

Объяснение трех типов схем TCS

Выбор схемы зависит от степени критичности, наличия вспомогательных контактов, а также от того, используется ли в установке дискретное реле или встроенная числовая защита.

Базовая схема с использованием контакта 52a

Простейшая конфигурация контролирует цепь отключения только при замкнутом выключателе. Резистор контроля подключается последовательно с катушкой отключения, и ток протекает через нормально разомкнутый вспомогательный контакт 52a.

Пример выбора резистора для системы 110 В постоянного тока:

• Сопротивление катушки отключения: 30Ω
• Целевой ток контроля: 3 мА
• Необходимое полное сопротивление: 110 В ÷ 0,003 А = 36,667 Ом
• Контрольный резистор: 36,667Ω - 30Ω ≈ 36,6 kΩ
• Выбрано стандартное значение: 39 кОм, минимум 2 Вт

Критическое ограничение: когда выключатель размыкается, контакт 52a размыкается и контроль прекращается. Неисправность цепи отключения, возникшая при разомкнутом выключателе, остается необнаруженной до следующего цикла замыкания-размыкания.

Двухэлементная схема с использованием контактов 52a и 52b

Такая конфигурация обеспечивает непрерывный контроль независимо от положения выключателя. В схеме используется как нормально разомкнутый контакт 52a, так и нормально замкнутый контакт 52b для поддержания пути контроля в обоих состояниях.

• Прерыватель ЗАКРЫТ: ток наблюдения протекает по пути 52a
• Прерыватель разомкнут: ток наблюдения протекает через канал 52b
• Во время перехода: кратковременное перекрытие или разрыв в зависимости от времени контакта

Двухэлементная схема обнаруживает неисправности вспомогательных контактов, которые пропускают одноэлементные схемы. Если контакт 52b не замыкается при размыкании выключателя, ток контроля падает и включается аварийный сигнал. Эта схема является стандартной практикой для критических фидеров и выключателей класса передачи.

Встроенная система TCS в числовых реле защиты

Современные реле, соответствующие стандарту IEC 61850, включают TCS в качестве стандартной функции. Вместо того чтобы подавать ток контроля через внешнее реле, устройство защиты контролирует напряжение цепи отключения через оптоизолированные входы.

Рабочие характеристики:

• Пороговое напряжение: обычно 70-80% от номинального постоянного тока
• Время отклика: 50-200 мс (регулируемое)
• Цифровые отчеты о состоянии для SCADA
• Возможность самодиагностики

Внешнее реле контроля не требуется, что сокращает количество проводов в панели и потенциальных точек отказа.

[Expert Insight: Scheme Selection in Practice]

• Для распределительных фидеров 11 кВ с автоматическим размыканием двухэлементные схемы оправдывают дополнительные затраты на вспомогательные контакты
• В проектах модернизации часто используются базовые схемы из-за ограниченной доступности вспомогательных контактов на старых выключателях
• Встроенная система TCS устраняет проблемы, связанные с тепловыделением резистора наблюдения в установках с высокой температурой окружающей среды
• Всегда проверяйте время перекрытия вспомогательных контактов, прежде чем указывать двухэлементные схемы.

Чем мониторинг по замкнутому кругу отличается от TCS

Контроль замыкания использует идентичную архитектуру схемы, но контролирует путь к замыкающей катушке, а не к катушке отключения. Критическое различие заключается во взаимодействии с противопомповым реле.

Антипомповые цепи предотвращают повторные попытки замыкания, если команда замыкания остается поданной после замыкания выключателя. Контакт реле антинасоса размыкается после инициирования замыкания, разрывая цепь катушки замыкания. Эта нормальная защитная функция может вызвать неприятные сигналы тревоги, если контроль цепи замыкания реагирует до того, как антинасосное реле сбрасывается.

Решение: Настройте контроль с задержкой сброса на 2-5 секунд после операций закрытия. Эта задержка позволяет контактам реле защиты от перекачки вернуться в нормальное состояние, прежде чем контроль повторно оценит целостность цепи.

Сбои в цепях замыкания замедляют процесс восстановления и ставят под угрозу схемы автоматического размыкания. Несмотря на меньшую критичность по сравнению с отказами цепей отключения, контроль замыкания становится необходимым для фидеров, обслуживающих больницы, центры обработки данных или непрерывные технологические процессы, где скорость восстановления напрямую влияет на работу.

Пошаговая процедура тестирования TCS

Ввод в эксплуатацию и периодическое техническое обслуживание требуют систематической проверки того, что TCS обнаруживает неисправности в каждой потенциальной точке отказа. Тестирование должно подтвердить как генерацию сигнала тревоги в условиях неисправности, так и отсутствие помех для реальных операций отключения.

Тестирование внешних реле TCS

Процедура:

1. Изолируйте цепь отключения от выходов реле защиты, чтобы предотвратить случайное отключение во время тестирования
2. Подайте номинальное постоянное напряжение на цепь контроля
3. Убедитесь, что реле TCS отвечает, указывая на здоровый статус
4. Создайте разомкнутую цепь на клеммах катушки отключения - убедитесь, что сигнал тревоги включается в течение 2 секунд
5. Восстановите соединение, затем создайте разомкнутую цепь на клеммах вспомогательных контактов - проверьте сигнал тревоги.
6. Восстановите, затем снимите предохранитель постоянного тока - проверьте сигнализацию
7. Восстановите полную целостность цепи и убедитесь, что реле TCS сбрасывается в течение 1 секунды
8. Проведите 5 полных циклов замыкания выключателя и убедитесь в отсутствии тревожных сигналов

Тестирование интегрированного реле TCS

1. Войдите в режим тестирования реле через переднюю панель или программный интерфейс (при этом блокируется утверждение выхода отключения)
2. Запуск функции самодиагностики TCS
3. Сравните отображаемое напряжение цепи отключения с измеренным напряжением питания постоянного тока - примите, если оно находится в пределах ±5%
4. Подайте переменный источник постоянного тока и постепенно снижайте напряжение
5. Запишите напряжение, при котором срабатывает сигнализация пониженного напряжения, - сравните с настройкой реле (обычно номинальное напряжение 70-80%).
6. Выйдите из режима тестирования и подтвердите восстановление нормальной работы защиты

Сводка критериев приемлемости:

• Время срабатывания сигнализации: < 2 секунды с момента прерывания цепи
• Время сброса сигнала тревоги: < 1 секунда с момента восстановления цепи
• Количество ложных срабатываний во время рабочих циклов: ноль

Устранение распространенных неприятных сигналов тревоги TCS

Неприятные сигналы тревоги подрывают доверие оператора и приводят к усталости от тревог - опасному состоянию, когда законные сигналы тревоги игнорируются. Систематическое устранение неисправностей устраняет ложные срабатывания, сохраняя при этом подлинный контроль.

Отскок вспомогательного контакта во время работы выключателя

Симптом: Мгновенный сигнал тревоги TCS во время операций отключения или закрытия, сбрасывается в течение 1-2 секунд.

Причина: Механические вспомогательные контакты демонстрируют дребезг при переходе из одного состояния в другое. Если контакт 52a размыкается до замыкания контакта 52b во время операции отключения, возникает кратковременный разрыв контроля.

Исправления:

• Добавьте задержку отбрасывания к реле TCS: 50-100 мс устраняют сигналы тревоги, вызванные отскоком
• Отрегулируйте время кулачка вспомогательного контакта, если он регулируется механически
• При покупке новых выключателей указывайте перекрывающиеся контакты (make before break).
• Установите RC-шумоподавитель через катушку реле TCS, чтобы замедлить реакцию на падение напряжения

Неисправности заземления системы постоянного тока

Симптом: Периодические сигналы тревоги TCS, которые коррелируют с коммутационными операциями в других местах системы постоянного тока.

Причина: Необнаруженные замыкания на землю в незаземленных системах постоянного тока создают скрытые токовые пути, которые влияют на уровни напряжения наблюдения при переключении других цепей.

Исправления:

• Выполните проверку сопротивления изоляции системы постоянного тока - цель не менее 1 MΩ на землю
• Проверьте работу реле обнаружения замыкания на землю постоянного тока
• Систематически изолируйте цепи, чтобы найти источник неисправности
• Устраните неисправность изоляции и проведите повторные испытания перед возвращением в эксплуатацию

Недостаточный надзор Текущий

Симптом: Реле TCS не отвечает на запросы или пропадает при незначительных колебаниях напряжения постоянного тока.

Причина: Слишком высокое значение контролирующего резистора, что приводит к неполноценному срабатыванию.

Исправления:

• Измерьте фактический ток наблюдения - он должен превышать ток срабатывания реле минимум на 20%
• Пересчитайте значение резистора с учетом отклонения сопротивления катушки отключения
• Учитывайте увеличение сопротивления катушки отключения при повышенных температурах (сопротивление меди увеличивается на ~0,4% на °C)
• Замените реле TCS, если порог срабатывания отклонился от заданного значения

ЭМИ от коммутационных переходных процессов

Симптом: TCS подает сигналы тревоги во время переключений в других местах подстанции, не соотнося их с положением выключателей или неисправностями в системе постоянного тока.

Причина: Электромагнитные помехи от коммутационных переходных процессов попадают в проводку наблюдения.

Исправления:

• Перенаправьте кабели наблюдения в сторону от силовых кабелей и шинных каналов
• Прокладывайте экранированную витую пару с экраном, заземленным только на одном конце
• Добавьте подавление переходных процессов (MOV или TVS-диод) на входные клеммы реле TCS
• Убедитесь, что разделение кабелей управления соответствует стандартам установки [VERIFY STANDARD: IEC 61439-2 cable segregation requirements].

[Экспертный взгляд: краткое описание поиска неисправностей в полевых условиях]

• Носите с собой зажимной миллиамперметр - измерение фактического тока наблюдения позволяет сразу определить предельные условия наводки
• Прерывистые сигналы тревоги часто коррелируют с температурой; проверьте соотношение утренних и дневных сигналов тревоги
• Перед заменой компонентов аккуратно сгибайте кабели в местах заделки, контролируя состояние TCS - это позволяет выявить неплотные соединения быстрее, чем проверка изоляции
• Документируйте каждое расследование неприятных сигналов тревоги; при анализе нескольких событий возникают закономерности, которые не учитываются при анализе одного события.

Указание вакуумных выключателей с готовностью TCS

В новых установках должны быть указаны вспомогательные контакты и характеристики катушек, которые обеспечивают надежную работу TCS с момента ввода в эксплуатацию и до окончания срока службы.

Требования к вспомогательным контактам:

• Количество: минимум 2 НО + 2 НЗ, предназначенные для цепей контроля
• Номинал: 5A непрерывно при переключении на постоянный ток
• Операция: перекрытие (make-before-break) предпочтительна для двухэлементных схем
• Материал контактов: серебряный сплав или позолота для надежного переключения при низких токах

Характеристики катушек отключения и закрытия:

• Номинальное напряжение: система постоянного тока (110 В DC или 220 В DC)
• Рабочий диапазон: 70-110% номинальное напряжение согласно IEC 62271-100
• Допуск на сопротивление: ±10% при контрольной температуре 20°C
• Требование к заводской табличке: значение сопротивления катушки должно быть указано для расчетов по надзору

Требования к интеграции:

• Установки числовых реле: укажите включенную функцию TCS с передачей сигнала тревоги в SCADA
• Установка внешних реле TCS: укажите модель реле, время срабатывания/размыкания и номинал тревожного контакта

XBRELE вакуумные выключатели поставляются с конфигурациями вспомогательных контактов, совместимыми с TCS. Свяжитесь с нашей технической группой, чтобы обсудить требования к схеме наблюдения для вашего конкретного применения.

Полевой опыт: Уроки ввода в эксплуатацию TCS

Ввод в эксплуатацию десятков схем TCS на распределительных и промышленных подстанциях позволил выявить закономерности, которые редко отражаются в документации.

Соединения клеммных колодок выходят из строя чаще, чем кабельные линии. Вибрационная среда вокруг автоматических выключателей ослабляет обжимку ферул в течение 3-5 лет. При вводе в эксплуатацию проверьте момент затяжки каждой заделки и запишите базовые значения. Повторите проверку во время первого ежегодного цикла технического обслуживания.

Время срабатывания вспомогательных контактов у разных производителей выключателей разное. Некоторые выключатели демонстрируют разрыв 10-15 мс между размыканием 52a и замыканием 52b во время операций отключения. Проверьте фактическое время при вводе в эксплуатацию и отрегулируйте задержку отключения реле TCS соответствующим образом.

Базовая документация позволяет избежать задержек при устранении неисправностей в будущем. Записывайте величину тока наблюдения, время срабатывания/отключения реле TCS и напряжение цепи отключения при вводе в эксплуатацию. Когда спустя годы появляются тревожные сигналы, сравнение текущих значений с базовыми сразу же выявляет ухудшение.

Отдельно маркируйте кабели цепей контроля. Стандартной синей или серой маркировки кабелей управления недостаточно. Используйте уникальные кабельные бирки или цветную термоусадку для идентификации цепей контроля во время будущего обслуживания, когда чертежи могут быть недоступны.

Включать статус TCS в плановые проверки. Добавьте проверку светодиода сигнализации TCS в ежемесячный контрольный список обхода подстанции. Постоянно горящий светодиодный индикатор тревоги, который операторы научились игнорировать, указывает как на неисправность цепи, так и на процедурный сбой.

Понимание вакуумный выключатель технология и компоненты распределительного устройства что TCS защищает, обеспечивает важный контекст для разработки комплексной системы надзора.

Заключение

Контроль цепей отключения превращает скрытые неисправности в действенные средства технического обслуживания. Инвестиции в правильное проектирование схемы TCS, тщательное тестирование при вводе в эксплуатацию и систематическое устранение неприятных аварийных сигналов приносят дивиденды за счет повышения надежности защиты и снижения ущерба от повреждений.

Основные выводы:

1. Выберите двухэлементную или интегрированную TCS для критически важных фидеров, где важен непрерывный контроль
2. Проверьте каждый компонент серии при вводе в эксплуатацию - каждую клеммную колодку, каждый вспомогательный контакт
3. Немедленно устраняйте неприятные сигналы тревоги; усталость от тревог ставит под угрозу всю философию защиты.

Системы защиты существуют для того, чтобы срабатывать, когда неисправности требуют действий. TCS обеспечивает их работу.

Внешняя ссылка: МЭК 62271-106 - Стандарт IEC 62271-106 для контакторов переменного тока

Часто задаваемые вопросы

В: Что вызывает сигнал тревоги при контроле цепи отключения?

О: Сигнал тревоги TCS включается, когда ток контроля падает ниже порога срабатывания реле, что указывает на обрыв цепи в любом месте пути отключения, включая обрыв проводов, неисправные обмотки катушки, разомкнутые вспомогательные контакты или пропадание напряжения питания постоянного тока.

Вопрос: Какой ток наблюдения протекает через типичную цепь TCS?

О: Ток контроля обычно составляет 20-50 мА постоянного тока, что обеспечивает надежное срабатывание реле, оставаясь при этом значительно ниже порога в 100-200 мА, необходимого для работы большинства катушек отключения среднего напряжения.

В: Может ли контроль цепи отключения обнаружить поврежденную, но не вышедшую из строя катушку отключения?

О: TCS немедленно обнаруживает полное размыкание цепи, но не может надежно определить частичную деградацию катушки; тренд величины тока наблюдения с течением времени и сравнение с базовыми значениями при вводе в эксплуатацию помогает выявить постепенное изменение сопротивления до полного отказа.

В: Почему во время работы прерывателя TCS кратковременно подает сигнал тревоги, а затем сбрасывается?

О: Кратковременные сигналы тревоги во время работы обычно возникают из-за дребезга вспомогательных контактов или разрывов синхронизации в двухэлементных схемах; добавление задержки выпадения 50-100 мс к реле TCS отфильтровывает эти переходные процессы без ущерба для обнаружения истинных неисправностей.

Вопрос: В чем разница между контролем цепи отключения и контролем катушки отключения?

О: Контроль катушки отключения измеряет сопротивление или тепловое состояние катушки, в то время как TCS контролирует всю цепь, включая источник постоянного тока, проводку, вспомогательные контакты и катушку, обеспечивая более широкий охват потенциальных точек отказа.

В: Как часто следует проверять системы контроля цепей отключения?

A: Проверьте функциональность TCS во время первоначального ввода в эксплуатацию с помощью комплексной проверки по каждой точке, а затем во время регулярного технического обслуживания системы защиты с интервалом 2-4 года; задокументируйте все результаты испытаний и сравните с базовыми значениями.

В: Устраняют ли современные реле защиты необходимость во внешних реле TCS?

О: Большинство числовых реле, соответствующих стандарту IEC 61850, имеют встроенную функцию TCS, которая контролирует напряжение в цепи отключения через оптоизолированные входы, что позволяет отказаться от внешних реле контроля и соответствующей проводки в новых установках, обеспечивая при этом эквивалентную возможность обнаружения.