Шкаф РЗА представляет собой низковольтное комплектное устройство, в котором собраны терминалы релейной защиты, вторичная коммутация, испытательные блоки и ряды зажимов одного или нескольких присоединений подстанции. Завод производитель собирает и проверяет шкаф целиком, на объекте остается установить его и подключить внешние кабели.
В отрасли встречаются названия шкаф релейной защиты, шкаф релейной защиты и автоматики, ШРЗА, шкаф защиты и автоматики. Речь идет об одном классе оборудования. Типовые исполнения для объектов ПАО «ФСК ЕЭС» носят собственные обозначения: ШЭТ и ОЭТ.
ШЭТ расшифровывается как шкаф электротехнический типовой, ОЭТ — отсек электротехнический типовой. Шкафы ШЭТ устанавливают в помещении (релейный щит, щит управления), отсеки ОЭТ входят в состав ячеек КРУ 6–35 кВ.
Разберем состав шкафа, систему типизации, требования к конструкции и порядок замены панелей на шкафы при модернизации.
Шкаф РЗА, терминал и панель: разграничение понятий
Три слова обозначают разные уровни сборки, и в технических заданиях их путают.
Терминал объединяет измерительные органы, логику и выходные цепи в одном корпусе, состав устройства разобран в статье о микропроцессорных терминалах релейной защиты.
Шкаф добавляет к терминалу дополнительное оборудование: испытательные блоки для проверки без разрыва токовых цепей, ряды зажимов, автоматические выключатели цепей питания, промежуточные реле, аппаратуру сигнализации, кабельные вводы и зажимы для заземления экранов.
Панель представляет собой открытую конструкцию релейного щита с реле и аппаратурой присоединения. Панели ставили при электромеханической базе, когда защиты одного присоединения занимали конструкцию целиком. Микропроцессорный терминал вмещает тот же объем в небольшой корпус и аппаратуру стали закрывать оболочкой со степенью защиты.
Что входит в шкаф РЗА
Изображение 1. Шкаф РЗА ЭСТРА-ШЗТ-221, общий вид.
Типовые требования ФСК описывают состав через перечень аппаратуры. Для отсека защиты отходящей линии 6–35 кВ типа ОЭТ 121.01-1 он выглядит так:
| Элемент | Назначение |
|---|---|
| Микропроцессорное ИЭУ | Защиты присоединения, автоматика управления выключателем, регистрация аварийных событий |
| Периферийный блок ЗДЗ | Прием сигналов от датчиков дуги в отсеках ячейки |
| Измерительный преобразователь | Измерение тока, напряжения и мощности с передачей на верхний уровень |
| Ряды зажимов | Подключение внешних цепей тока, напряжения, оперативных и информационных |
| Испытательные блоки | Проверка защит без разрыва вторичных цепей трансформаторов тока |
Реальная комплектация шире перечня стандарта. В шкафу ЭСТРА-ШЗТ-221 помимо терминалов стоят автоматические выключатели, устройство защиты от импульсных перенапряжений, переключатели оперативного ввода и вывода функций, сигнальные реле, лампы сигнализации и промежуточные реле.
Отдельно нормируются вводы оперативного постоянного тока: в типовом отсеке их пять, по одному на оперативные цепи и ИЭУ, дуговую защиту, сигнализацию, приводы выкатного элемента и заземляющих ножей, освещение. Раздельное питание нужно, чтобы отключение цепей привода при работах не снимало питание с защит.
Типовые шкафы ШЭТ и релейные отсеки ОЭТ
Одинаковые по функциям шкафы разных заводов имели разные схемы внешних подключений, состав сигналов и компоновку, что осложняло эксплуатацию. В 2019 году ПАО «ФСК ЕЭС» утвердило пакет из 22 стандартов организации с типовыми решениями по шкафам РЗА и АСУ ТП. Стандарт на шкафы ШЭТ и отсеки ОЭТ 6–35 кВ для архитектуры II типа введен приказом от 26.12.2019 № 473.
Стандарт задает типизацию внешних электрических и информационных интерфейсов, требования к конструкции и минимально необходимый функциональный состав. Требований к внутренней логике защит он не предъявляет, алгоритмы остаются зоной ответственности завода-изготовителя.
Как читается шифр типового шкафа
Каждому типовому НКУ присваивают идентификационный шифр вида ОЭТ ХХХ.ХХ-Х-ХХХХ. Разряды читаются слева направо:
| Позиция | Что кодирует |
|---|---|
| 1-я цифра | Класс напряжения первичного оборудования: 0 – все, 1 – изолированная, компенсированная, высокоомная резистивная, комбинированная, 2 – низкоомная резистивная |
| 2-я цифра | Оборудование: 1 – трансформатор, 2 – отходящее присоединение, 3 – ввод, 4 – секция шин, 5 – секционный выключатель, 6 – ТН |
| 3-я цифра | Автоматика управления выключателем: 0 – нет, 1 – есть |
| После точки | Функциональное исполнение внутри группы, 0–99 |
| После дефиса | Архитектура ПС: 0 – I типа, 1 – II типа |
| Буквы | Идентификатор производителя |
Шифр ОЭТ 121.01-1 читается так: сеть с изолированной или компенсированной нейтралью, отходящее присоединение, с автоматикой управления выключателем, первое исполнение, архитектура II типа. У шкафов ШЭТ первая цифра кодирует класс напряжения первичного оборудования, остальная логика совпадает.
Три архитектуры построения подстанции
Цифра архитектуры в шифре определяет, по каким каналам шкаф обменивается сигналами со смежными устройствами.
| Архитектура | Дискретные сигналы между устройствами | Аналоговые сигналы от измерительных устройств | Обмен с верхним уровнем |
|---|---|---|---|
| I типа | Контрольный кабель | Контрольный кабель | MMS |
| II типа | GOOSE | Контрольный кабель | MMS |
| III типа | GOOSE | Sampled Values | MMS |
Архитектура II типа занимает промежуточное положение: контрольные кабели остаются в цепях тока и напряжения, а межшкафные дискретные связи переходят на GOOSE. Часть кабельных связей между шкафами уходит, схема подключения к трансформаторам тока остается привычной.
Типовые отсеки РЗА 6–35 кВ
Стандарт для архитектуры II типа описывает восемь исполнений отсеков ОЭТ:
| Код ОЭТ | Присоединение | Минимальный состав функций |
|---|---|---|
| 031.01-1 | Вводной выключатель 6–35 кВ | МТЗ/U, ЛЗШ, ЗОП, токовый контроль ЗДЗ, УРОВ, АУВ, АПВ, РАС |
| 031.02-1 | Вводной выключатель с ПАС | То же плюс два ПАС трансформаторов тока и ПАС ТН ввода |
| 121.01-1 | Отходящая линия, изолированная или компенсированная нейтраль | ДЗ, МФТО, МТЗ/U, НЗОЗЗ, ГСОЗЗ, ЗОП, УРОВ, АПВ, АУВ, РАС, БНН |
| 221.01-1 | Отходящая линия, низкоомная резистивная нейтраль | ДЗ, МФТО, МТЗ/U, ТЗНП, ЗОП, УРОВ, АПВ, АУВ, РАС |
| 121.02-1 | Фидер к ТСН, ДГР, ТМП | МФТО, МТЗ/U, НЗОЗЗ, ГСОЗЗ, ЗОП, ГЗ, ТЗ, ЗП, УРОВ, АУВ, РАС |
| 221.02-1 | Фидер к ТСН, низкоомная резистивная нейтраль | МФТО, МТЗ/U, ТЗНП, ЗОП, ГЗ, ТЗ, ЗП, УРОВ, АУВ, РАС |
| 051.01-1 | Секционный выключатель 6–35 кВ | МТЗ/U, ЛЗШ, ЗОП, УРОВ, токовый контроль ЗДЗ, АУВ, АВР, ВНР, РАС |
| 060.01-1 | Трансформатор напряжения 6–35 кВ | ЗМН, СЗЗ, КНН, БНН, РАС |
Во всех восьми исполнениях предусмотрен контроллер присоединения (КП). Указанный в таблице набор функций стандарт задает как минимально необходимый, и он, как правило, реализуется в одном физическом устройстве.
Состав отсеков разделен по режиму заземления нейтрали: в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью применяют направленную защиту от однофазных замыканий на землю и групповую селективную сигнализацию, в сетях с низкоомным резистором их место занимает токовая защита нулевой последовательности. Замена одного отсека на другой без пересмотра режима нейтрали оставляет защиту от замыканий на землю без нужной чувствительности.
Требования к конструкции шкафа РЗА
Конструктивные требования стандарта выглядят мелочами, но определяют, сколько времени займут наладка и обслуживание.
Габариты и обслуживание. Типовой размер шкафа для архитектуры II типа составляет 800×600×2200 мм (ширина, глубина, высота, включая цоколь 200 мм). Аппаратуру располагают на монтажной панели без поворотной рамы, шкаф выполняют с двусторонним обслуживанием. Доступ к задней стороне панели идет через заднюю дверь.
Отказ от поворотной рамы и обзорная дверь относятся к архитектуре II типа. Вне требований ФСК действуют другие решения: шкафы ЭСТРА-ШЗТ по умолчанию идут с металлической дверью и не поворотной рамой, а обзорная дверь и двустороннее обслуживание заказываются опцией (РЭ ЭСТРА-ШЗТ-221, п. 1.3.1 и приложение А). Поворотная рама дает доступ к обратной стороне монтажной панели, когда шкаф стоит вплотную к стене.
Двери. Переднюю дверь делают обзорной из прозрачного материала. Заднюю дверь, как правило, выполняют двухстворчатой. Устройство может контролировать состояние обеих дверей и формировать сигнал «Дверь шкафа открыта».
Ряды зажимов. Зажимы располагают на внутренних боковинах шкафа, полезная высота ряда от уровня пола ограничена диапазоном 300–2100 мм. Для оперативных цепей применяют пружинные клеммы с разборной перемычкой. Ряды токовых цепей выполняют с учетом транзита: один кабель от трансформаторов тока идет на несколько шкафов.
Ввод кабелей. Кабели вводят снизу шкафа через вводы с зажимным механизмом, экраны заземляют зажимами ЭМС. Резиновые сальники с вырезанным в них отверстием под кабель стандарт прямо запрещает.
Рисунок 1. Крепление кабеля в шкафу ЭСТРА-ШЗТ-221.
Маркировка. На переднюю дверь и монтажную панель ставят табличку по ГОСТ 12969 и ГОСТ 12971. Помимо текста на нее наносят QR-код с шифром шкафа, основными функциями устройства, номинальными током, частотой и напряжением, напряжением оперативного тока и датой выпуска.
Сигнализация. С фасадной стороны ставят общешкафную светодиодную лампу желтого свечения, которая загорается при срабатывании или неисправности устройства. На двери релейного отсека ячейки КРУ добавляют лампы положения выключателя: красную «Выключатель включен» и зеленую «Выключатель отключен».
К самому устройству стандарт предъявляет отдельные требования: не менее четырех групп уставок с доступом к их смене по паролю, осциллограммы в формате COMTRADE версии не ниже 2013 года, поддержка режимов «test» и «blocked» корпоративного профиля МЭК 61850.
Требования к оболочке задает ГОСТ IEC 61439 как к низковольтному комплектному устройству: степень защиты по ГОСТ 14254, климатическое исполнение по ГОСТ 15150, степень загрязнения окружающей среды.
Замена панелей на шкафы при модернизации
Порядок замены устройств РЗА при техническом перевооружении описан в РД 153-34.0-35.648-01. Документ рекомендует держать на предприятии пересматриваемый перечень подлежащих замене устройств, где очередность определяют срок эксплуатации, тип защищаемого оборудования и последствия отказа или ложной работы.
Внедрению микропроцессорных устройств должны предшествовать специальные испытания для оценки электромагнитной обстановки на энергообъекте: при проектировании заземляющих устройств старых подстанций вопросы электромагнитной совместимости не учитывались. Панель с электромеханическими реле переносила уровень помех, при котором микропроцессорное устройство работать не будет, и результат испытаний ЭМО задает объем мероприятий по заземлению и экранированию.
Практическая сторона замены разобрана в материале о ретрофите ячеек 6–35 кВ.
Шкафы РЗА производства ЭСТРА
НПП «ЭСТРА» выпускает шкафы РЗА для объектов 6–110 кВ на базе собственных микропроцессорных терминалов. Шкаф собирают под конкретный объект: согласование схемы, подбор комплектующих, сборка, проверка, шеф-наладка.
| Группа | Исполнения | Терминалы в составе |
|---|---|---|
| Защита и автоматика силовых трансформаторов | ЭСТРА-ШЗТ, ЭСТРА-ШЗТ-РН, ЭСТРА-ШЗТ-ВВ, ЭСТРА-ШАРКТ | ЭСТРА-ДЗТ, ЭСТРА-АРКТ |
| Защита присоединений 6–35 кВ | ЭСТРА-ШЗЛ, ЭСТРА-ШВВ, ЭСТРА-ШСВ, ЭСТРА-ШВС, ЭСТРА-ШТН, ЭСТРА-ШСВ-ТН | До четырех терминалов серии МКЗП-МИКРО 2.0 |
| Централизованная защита от ОЗЗ | ЭСТРА-ШЗЗП-И, ЭСТРА-ШЗЗП-К | МКЗЗП-6-35 |
Характеристики серии: климатическое исполнение УХЛ4 по ГОСТ 15150, рабочая температура −20…+45 °C, степень защиты оболочки IP55, номинальный вторичный ток 5 А, номинальное междуфазное напряжение 100 В, оперативное питание ~/= 220 В. Сейсмостойкость до 9 баллов по шкале MSK-64, степень загрязнения 1 по ГОСТ Р 51321.1. Обслуживание одностороннее или двустороннее, ввод кабелей снизу или сверху, цоколь 100 или 200 мм. Связь с АСУ ТП по RS-485 с MODBUS RTU, Ethernet с MODBUS TCP и МЭК 60870-5-104.
Число терминалов задает исполнение. Шкаф ЭСТРА-ШЗТ-221 несет два комплекта на терминалах ЭСТРА-ДЗТ, основную защиту двухобмоточного трансформатора и резервные защиты с автоматикой управления выключателем, при регулировании коэффициента трансформации добавляется третий терминал ЭСТРА-АРКТ.
Нормативная база: ТУ 27.12.31-190-23566247-2025. Средний срок службы не менее 25 лет, средняя наработка на отказ сменного элемента не менее 125 000 ч.
Конструктивное исполнение задают в бланке заказа. Там же выбирают дополнительные блоки питания: ЭСТРА-БК с конденсаторным накопителем для питания дискретных входов, ЭСТРА-БПК для бесперебойного питания терминалов и приводов, БПТ-ДШ с питанием от цепей тока и выходами дешунтирования.
Источники
- СТО 56947007-33.040.20.297-2019. Типовые шкафы ШЭТ и ОЭТ 6-35 кВ. Архитектура II типа. Стандарт организации ПАО «ФСК ЕЭС». Утвержден и введен в действие приказом ПАО «ФСК ЕЭС» от 26.12.2019 № 473.
- РД 153-34.0-35.648-01. Методические указания по модернизации устройств релейной защиты и автоматики на энергообъектах.
- ГОСТ IEC 61439-1. Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1. Общие правила.
- ГОСТ Р 55190-2012 (МЭК 62271-200:2003). Устройства комплектные распределительные в металлической оболочке (КРУ) на номинальное напряжение до 35 кВ. Общие технические условия.
- Руководство по эксплуатации шкафа защиты и автоматики двухобмоточного трансформатора ЭСТРА-ШЗТ-221. 27.12.31-180-23566247, версия 1.02 от 05.02.2025. НПП «ЭСТРА».
- ТУ 27.12.31-190-23566247-2025. Шкафы релейной защиты и автоматики.
- ГОСТ Р 51321.1-2007 (МЭК 60439-1:2004). Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1. Устройства, испытанные полностью или частично. Общие технические требования и методы испытаний.