Bảo vệ rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp 11022kv sơn hải

Tính cấp thiết của Đề tài:  Trạm biến áp là một trong ba thành phần quan trọng không thể thiếu của hệ thống điện;  Trạm biến áp 110/22kV tại thôn Sơn Hải, xã Phước Dinh, huyện Thuận Na

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HOÀNG VIỆT PHƯƠNG

BẢO VỆ RƠLE KỸ THUẬT SỐ CHO TRẠM BIẾN ÁP

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Hoàng Việt Phương

ii

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin trân trọng cám ơn PGS.TS Lê Công Thành đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hướng dẫn cho tôi hoàn thành luận vặn này Ngoài ra tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật điện, khoa Năng lượng trường Đại học Thủy lợi

đã truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điện kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn này

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

MỞ ĐẦU vii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110KV SƠN HẢI 1

1.1 Vị trí, vai trò, lịch sử phát triển 1

1.2 Nguyên lý làm việc 2

1.3 Thông số và các thiết bị chính 5

1.3.1 Thông số thiết bị phía 110kV của trạm 5

1.3.2 Thông số thiết bị phía 22kV của trạm 8

1.4 Kết luận 1 13

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ 14

2.1 Cơ sở rơle kỹ thuật số 14

2.1.1 Giới thiệu chung 14

2.1.2 Cấu trúc phần cứng của rơle kỹ thuật số 16

2.1.3 Giao diện của rơle kỹ thuật số 17

2.1.4 Môi trường làm việc của rơle 18

2.2 Rơle kỹ thuật số của hãng SIEMENS 19

2.2.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT633 19

2.2.2 Rơle số 7SJ621 35

2.3 Rơle kỹ thuật số của hãng ALSTOM – Rơle kỹ thuật số họ MICOM P63x 44

2.3.1 Giới thiệu chung 44

2.3.2 Các thông số kỹ thuật của họ Micom P63x 45

2.3.3 Các chức năng chính của họ rơle Micom P63x 48

2.4 Kết luận 2 56

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG RƠ LE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 110kV SƠN HẢI 58

3.1 Cơ sở bảo vệ rơle trạm biến áp 110kV 58

3.1.1 Các dạng hư hỏng của máy biến áp 58

3.1.2 Các yêu cầu với hệ thống bảo vệ 58

3.1.3 Nguyên lý hoạt động của các loại bảo vệ 60

iv

3.2 Lựa chọn phương thức bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV Sơn Hải 67

3.2.1 Lựa chọn phương thức bảo vệ máy biến áp 67

3.2.2 Lựa chọn phương thức bảo vệ đường dây 69

3.3 Tính toán ngắn mạch 69

3.3.1 Điện kháng các phần tử và sơ đồ thay thế 69

3.3.2 Tính toán ngắn mạch khi TBA nhận điện từ nguồn 110kV Ninh Phước (E1) 71

3.3.3 Tính toán ngắn mạch khi TBA nhận điện từ nguồn 110kV Tháp Chàm (E2) 72

3.3.4 Tính toán ngắn mạch khi TBA nhận điện từ 2 nguồn do 2 TBA 110kV Ninh Phước và 110kV Tháp Chàm cung cấp 74

3.4 Tính toán chỉnh định 79

3.4.1 Những chức năng bảo vệ dùng rơle 7UT633 80

3.4.2 Những chức năng bảo vệ dùng rơle 7SJ621 86

3.4.3 Cài đặt thông số rơle 88

3.5 Kết luận 3 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ nối điện trạm biến áp 5

Hình 2.1 Cấu trúc phần cứng (điển hình) của rơle kỹ thuật số 16

Hình 2.2 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT633 25

Hình 2.3 Nguyên lý bảo vệ so lệch MBA rơle 7UT633 27

Hình 2.4 Đặc tính tác động của rơle 7UT633 28

Hình 2.5 Vùng hãm bổ sung bảo vệ so lệch 30

Hình 2.6 Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT633 32

Hình 2.7 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 34

Hình 2.8 Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621 37

Hình 2.9 Đặc tính dốc bình thường bảo vệ quá dòng có thời gian 39

Hình 2.10 Đặc tính rất dốc thường bảo vệ quá dòng có thời gian 40

Hình 2.11 Đặc tính cực dốc thường bảo vệ quá dòng có thời gian 40

Hình 2.12 Nguyên lý chống hư hỏng máy cắt 42

Hình 2.13 Sơ đồ chức năng của rơle Micom P63x 48

Hình 2.14 Đặc tính cắt của bảo vệ so lệch 51

Hình 2.15 Đặc tính cắt của bảo vệ dòng chạm đất có giới hạn 53

Hình 2.16 Đồ thị biểu diễn đặc tính cắt với θp=0% 55

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm 60

Hình 3.2 Đồ thị vectơ của dòng điện làm việc và dòng điện hãm khi có ngắn mạch ngoài và trong vùng bảo vệ……… 60

Hình 3.3 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm………61

Hình 3.4 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của MBA 3 cuộn dây………… ………….62

Hình 3.5 Nơi đặt rơle khí và cấu tạo rơle khí ……… …… 64

Hình 3.6 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp……… 68

Hình 3.7 Sơ đồ tính toán ngắn mạch 71

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán ngắn mạch 73

Hình 3.9 Sơ đồ tính toán ngắn mạch 75

Hình 3.10 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm 82

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Ví dụ minh hoạt cài đặt rơle hãng Siemens 26

Bảng 2.2 Ví dụ minh họa cài đặt rơle 7SJ621 44

Bảng 2.3 Các chức năng bảo vệ của rơle Micom P63x………45

Bảng 3.1 Dòng điện ngắn mạch qua các máy biến dòng……… 72

Bảng 3.2 Dòng điện ngắn mạch qua các máy biến dòng……… 74

Bảng 3.3 Dòng điện ngắn mạch qua các máy biến dòng……… 77

Bảng 3.4 Bảng kết quả tính toán ngắn mạch 78

Bảng 3.5 Bảng tính toán ngắn mạch sau quy đổi 79

Bảng 3.6 Các thông số kỹ thuật của máy biến áp 79

Bảng 3.7 Kết quả tính toán ngắn mạch ở các phía 79

Bảng 3.8 Cài đặt thông số máy biến áp 88

Bảng 3.9 Cài đặt thông số cho rơle phía 110kV 89

Bảng 3.10 Cài đặt thông số cho rơle phía 22kV 90

vii

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

 Trạm biến áp là một trong ba thành phần quan trọng không thể thiếu của hệ thống điện;

 Trạm biến áp 110/22kV tại thôn Sơn Hải, xã Phước Dinh, huyện Thuận Nam, tỉnh Ninh Thuận có vai trò cấp điện cho công tác thi công xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 tại thôn Sơn Hải, các công trình xây dựng lân cận và đảm bảo năng lượng cho sự phát triển kinh tế-xã hội của địa phương;

 Hệ thống bảo vệ rơle quyết định đến sự hoạt động an toàn ổn định của trạm biến áp

và lưới điện khu vực;

 Hiện nay công trình trạm biến áp nói trên đã được đưa vào vận hành từ giữa năm

2017 Chính vì thế đề tài nghiên cứu về hệ thống bảo vệ rơle của trạm là vô cùng cần thiết để làm cơ sở cho sự đánh giá, so sánh với hệ thống bảo vệ hiện thời đang sử dụng trong trạm và có khả năng ứng dụng vào thực tiễn trong trường hợp cần thay thế hệ thống bảo vệ rơle mới do hệ thống hiện thời hoạt động không ổn định hoặc không đáp ứng được các yêu cầu vận hành thực tế

 Tính toán, lựa chọn, chỉnh định các rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp nói trên

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Trạm biến áp 110kV tại thôn Sơn Hải, xã Phước Dinh, huyện Thuận Nam, tỉnh Ninh Thuận

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

 Thu thập phân tích số liệu;

5 Cấu trúc của luận văn

Gồm 03 chương với các nội dung về: Giới thiệu về trạm biến áp 110kV Sơn Hải, Nghiên cứu tổng quan về rơle kỹ thuật số và Nghiên cứu thiết kế hệ thống rơle kỹ thuật số bảo

vệ cho trạm biến áp 110kV Sơn Hải Ngoài ra sau khi hoàn thành nội dung chính, phần Kết luận và kiến nghị cho toàn bộ luận văn sẽ được đưa ra

Hệ thống cấp điện phục vụ thi công NMĐHN Ninh Thuận 1 gồm 2 hạng mục: đường dây 110kV và trạm biến áp 110/22kV-25MVA Trong giai đoạn này, để đáp ứng công suất tiêu thụ yêu cầu, trạm biến áp sẽ lắp đặt 01 máy biến áp 110/22kV-25 MVA Mục đích của trạm biến áp là cung cấp điện phục vụ quá trình thi công xây dựng NMĐHN

và cấp điện cho các phụ tải trong khu vực lân cận Trong giai đoạn sau (sau khi hoàn thành công tác xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 1) sẽ tùy theo yêu cầu thực tế để xem xét việc lắp đặt thêm 01 máy biến áp

Công tác thiết kế công trình hệ thống cấp điện phục vụ thi công NMĐHN Ninh Thuận

1 được tổ chức thực hiện bắt đầu từ năm 2012 và được phê duyệt trong năm 2014 Các công tác thi công xây dựng công trình (đường dây 110kV và trạm biến áp 110/22kV-25MVA) được tiến hành từ đầu năm 2015 và hoàn thành, bàn giao đưa vào sử dụng từ giữa năm 2017

Vị trí trạm biến áp: Phía Đông giáp với tuyến đường ven biển (cách tuyến đường 31m) Các phía Bắc, phía Nam và phía Tây giáp với khu vực đồi núi trồng cây nem và bụi rậm Cách thành phố Phan Rang – Tháp Chàm khoảng 15km về phía Đông-Nam

Toàn bộ mặt bằng trạm với diện tích 4371 m2 được chia làm 2 khu vực chính: sân phân phối 110kV và khu vực nhà điều khiển - phân phối

Sân phân phối 110kV được thiết kế xây dựng với 03 nhịp 10m để có thể lắp đặt 02 ngăn đường dây 110kV như sau:

+ Ngăn E01: Ngăn đường dây 110kV đến TBA 110kV Ninh Phước;

2

+ Ngăn E02: Ngăn đường dây 110kV đến TBA 110kV Tháp Chàm

Nhà điều khiển - phân phối có kích thước 10,4m x 21,6m (diện tích: 224,64m2), 1 tầng

và được bố trí các phòng như sau:

+ Phòng điều khiển: trong đó bố trí các tủ bảng điều khiển, bảo vệ, tủ AC, DC và các thiết bị cho hệ thống viễn thông Phòng này luôn có nhân viên trực vận hành

+ Phòng ắc quy: trong đó bố trí 01 bộ ắc quy 220VDC-120Ah/5h

+ Phòng phân phối: trong đó bố trí các tủ phân phối 22kV cung cấp cho các phụ tải khu vực

+ Ngoài ra còn có các phòng như: phòng trưởng trạm, kho và khu vệ sinh

Do có chủ trương của Quốc hội về việc dừng đầu tư xây dựng các NMĐHN tại tỉnh Ninh Thuận (nghị quyết số 31/2016/QH14 ngày 22/11/2016) nên sau khi hoàn thành xây dựng vào giữa năm 2017, công trình đường dây 110kV và trạm biến áp 110kV đã được bàn giao lại cho Công ty lưới điện cao thế miền Nam thuộc Tổng công ty Điện lực miền Nam vận hành để cung cấp điện cho phụ tải khu vực, phục vụ sự phát triển kinh tế

xã hội của địa phương

1.2 Nguyên lý làm việc

Trạm được cấp điện bởi tuyến đường dây 110kV mạch kép (ACSR-300/39) dài 13,6 km

có điểm đầu được đấu nối tại cột xây dựng mới trong khoảng cột 64-65 của đường dây 110kV Ninh Phước-Tháp Chàm (hiện có) về đến điểm cuối tại thanh cái 110kV của TBA 110kV

HTPP 110kV được bố trí về phía Tây của trạm để nhận điện từ các đường dây 110kV

đấu nối với đường dây 110kV Tháp Chàm – Ninh Phước (hiện có)

Số lộ ra ở các cấp điện áp:

 Phía 110kV: TBA 110kV được cấp điện từ đường dây mạch kép Để đảm bảo vận hành an toàn cho lưới điện hiện có, đường dây mạch kép này cắt đôi đường dây 110kV Tháp Chàm – Ninh Phước tại điểm đấu nối nằm giữa khoảng cột 64-65 đường dây Tháp Chàm - Ninh Phước (hiện có) Như vậy TBA có 02 lộ đường dây 110kV

3

 Phía 22kV: TBA có 04 lộ xuất tuyến 22kV để cấp điện cho 04 đường dây 22kV và

01 ngăn lộ tổng MBA, 01 ngăn phân đoạn Các đường dây 22kV sẽ đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải yêu cầu

Sơ đồ nối điện chính:

 Phía 110kV: Trong giai đoạn đầu này sử dụng sơ đồ “Chữ H thiếu” gồm 02 ngăn đường dây, 01 ngăn lộ tổng MBA được lắp đặt ngoài trời

 Phía 22kV: Sử dụng sơ đồ 01 hệ thống thanh cái Trong giai đoạn đầu này lắp đặt

01 tủ lộ tổng MBA, 04 tủ ngăn xuất tuyến, 01 tủ MBA tự dùng và 01 tủ máy biến điện

áp đo lường HTPP 22kV sử dụng các tủ phân phối trọn bộ 22kV lắp đặt trong nhà

Hệ thống điều khiển – bảo vệ:

 Hệ thống điều khiển, rơle bảo vệ, tự động, đo lường, báo động của TBA 110 kV được trang bị cho các phần tử sau:

+ Điện thao tác xoay chiều 380/220V;

+ Điện thao tác một chiều 220V;

+ Dòng điện thứ cấp của các biến dòng có giá trị định mức 1A;

+ Điện áp thứ cấp của các máy biến điện áp có giá trị định mức 110/√𝟑 V

Hệ thống điện tự dùng:

 Hệ thống nối đất sử dụng hệ thống cọc – thanh và các giếng tiếp địa Cọc tiếp địa

sử dụng cọc thép mạ đồng phi 22, dài 5m; dây tiếp địa sử dụng dây thép mạ đồng phi 12;

 Chống sét đánh trực tiếp sử dụng các kim thu sét bố trí trên các cột cổng thanh cái

và cột chống sét độc lập;

 Chống sét lan truyền sử dụng các chống sét van lắp đặt tại các đầu vào và ra của MBA lực

5

Hình 1.1 Sơ đồ nối điện trạm biến áp

1.3 Thông số và các thiết bị chính

1.3.1 Thông số thiết bị phía 110kV của trạm

1.3.1.1 Máy biến áp 110/22kV-25MVA

- Kiểu : 3 pha, 2 cuộn dây có điều chỉnh điện áp

dưới tải, lắp đặt ngoài trời, có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải (OLTC) ở phía 110kV

- Công suất định mức : 25MVA

6

- Tỷ số biến đổi : 1159x1,78%/23 kV

- Nhiệt độ giới hạn cuộn dây : 600C

- Nhiệt độ giới hạn dầu : 550C

- Điện áp ngắn mạch của MBA : UN = 10,3%

1.3.1.2 Máy biến áp tự dùng 22/0,4kV-100kVA

- Điện áp định mức của thiết bị : 123kV

- CO - 3min– CO

- Tổng thời gian cắt :  70ms

- Tổng thời gian đóng :  100ms

- Tự động đóng lặp lại : 3 pha

7

- Chiều dài dòng rò trên cách điện : 31mm/kV

1.3.1.4 Dao cách ly 110kV

- Kiểu : Ngoài trời, 3 cực, cắt giữa tâm, 2 trụ sứ

quay với một (hai) lưỡi tiếp đất

+ Cuộn 1 (cho bảo vệ)

+ Cuộn 2 (cho đo lường)

+ Cuộn 3 (cho đo lường)

+ Cuộn 4 (cho bảo vệ)

+ Cuộn 5 (cho bảo vệ)

: 5P20 : 0,5 : 0,5 : 5P20 : 5P20

- Dòng quá tải định mức : 1,2 x 800 A

- Dòng ngắn mạch định mức : 25 kA/3s

- Giới hạn nhiệt độ của cuộn dây : 60oC

1.3.1.6 Máy biến điện áp 110kV

- Điện áp định mức : 123 kV

- Cấp chính xác:

+ Cuộn 1 (cho đo lường)

+ Cuộn 2 (cho đo lường)

+ Cuộn 3 (cho bảo vệ)

: 0,5 : 0,5 : 3P

- Công suất định mức : 3x25VA

1.3.1.7 Chống sét van 110kV

đấu nối giữa pha và đất

đấu nối giữa pha và đất

: 220V AC

(ii) Biến dòng điện

- Số cuộn dây thứ cấp : 02

- Tỷ số dòng : 1.600-1.800-2.000/1/1A

10

(iii) Biến điện áp

(iv) Dao tiếp địa

- Khả năng chịu dòng ngắn mạch: : 25kA/1s

(v) Đo lường

- Đồng hồ số đa chức năng đo : A, MW, MVAR, MWh, MVARh: lắp

đặt tại tủ điều khiển MBA tương ứng (vi) Rơle bảo vệ

- Rơ le cắt và khóa : lắp tại tủ bảo vệ MBA tương ứng

- Rơ le giám sát mạch cắt máy cắt : lắp tại tủ bảo vệ MBA tương ứng

- Bảo vệ quá dòng lộ tổng : lắp tại tủ bảo vệ MBA tương ứng

(vii) Thiết bị điều khiển

- Hệ thống điều khiển máy cắt lộ tổng 22kV được thực hiện tại bảng điều khiển đặt tại phòng điều khiển

- Các khóa điều khiển & chỉ thị cho máy cắt & dao tiếp địa tại tủ lộ tổng 22kV được lắp đặt mặt trước tủ lộ tổng theo sơ đồ nổi (sơ đồ mimic)

(viii) Ngăn đấu nối cáp

- Cần thiết phải trang bị ngăn đấu cáp bao gồm tấm luồn cáp đã được khoan lỗ và lắp các tấm đệm đủ dùng cho 9 sợi cáp đồng 22kV, cách điện XLPE, tiết diện 500mm2

- Trang bị một bộ 03 kẹp cực (mỗi bộ cho 1 pha) dùng để đấu nối 9 sợi cáp đồng 22kV, cách điện XLPE, tiết diện 500mm2, 3 sợi/pha

c) Tủ máy cắt xuất tuyến 22kV

(i) Máy cắt

(ii) Biến dòng điện

(iii) Dao tiếp địa

- Khả năng chịu dòng ngắn mạch : 25kA/1s

(iv) Đo lường

- Đồng hồ số đa chức năng đo: A, MW, MVAR, MWh, MVARh

(v) Rơle bảo vệ

- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng bao gồm các chức năng chính sau:

+ Bảo vệ quá dòng 3 pha & quá dòng chạm đất (F50/F51, F50/F51N);

+ Bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số (F81);

+ Bảo vệ chống sự từ chối tác động của máy cắt (F50BF);

+ Chức năng đóng lặp lại (F79);

+ Chức năng cắt và khoá mạch cắt (F86);

+ Chức năng giám sát mạch cắt máy cắt (F74)

12

+ Chức năng ghi sự cố (FR)

(vi) Thiết bị điều khiển

- Hệ thống điều khiển máy cắt xuất tuyến 22kV được thực hiện tại tủ xuất tuyến

- Các khóa điều khiển & chỉ thị cho máy cắt & dao tiếp địa tại tủ xuất tuyến 22kV được lắp đặt mặt trước theo sơ đồ nổi (sơ đồ mimic)

(vii) Ngăn đấu nối cáp

- Cần thiết phải trang bị ngăn đấu cáp bao gồm tấm luồn cáp đã được khoan lỗ và lắp các tấm đệm đủ dùng cho 3 sợi cáp đồng 22kV, cách điện XLPE, tiết diện 240mm2

- Trang bị một bộ 03 kẹp cực (mỗi bộ cho 1 pha) dùng để đấu nối 3 sợi cáp đồng 22kV, cách điện XLPE, tiết diện 240mm2, 1 sợi/pha

Dao tiếp địa thanh cái

- Khả năng chịu dòng ngắn mạch : 25kA/1s

Đo lường

- Trang bị đồng hồ đo điện áp: V - cl.1 kèm khóa lựa chọn

Thiết bị điều khiển

- Các chỉ thị cho dao tiếp địa tại tủ máy biến điện áp 22kV được lắp đặt mặt trước

tủ biến điện áp theo sơ đồ nổi (sơ đồ mimic)

13

1.4 Kết luận 1

Với thiết kế đã được tối ưu và quy mô công suất như trên, trạm biến áp 110kV Sơn Hải

sẽ là nguồn cung cấp điện quan trọng cho các phụ tải trong huyện Thuận Nam cũng như các khu vực lân cận, góp phần quan trọng vào việc phát triển kinh tế-xã hội của huyện Thuận Nam nói riêng và tỉnh Ninh Thuận nói chung Trang thiết bị của trạm được đầu

tư mới hoàn toàn và đều là những trang thiết bị hiện đại, đã được thử nghiệm theo đúng quy trình trước khi đưa vào vận hành và đảm bảo đáp ứng tất cả các yêu cầu kỹ thuật hiện hành Do tính chất quan trọng của trạm nên cần phải có những yêu cầu cao cho hệ thống bảo vệ rơle Vì vậy để duy trì sự vận hành an toàn và ổn định lâu dài của trạm cần thiết phải có một hệ thống bảo vệ rơle với các phương thức và rơle phù hợp

14

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ 2.1 Cơ sở rơle kỹ thuật số

2.1.1 Giới thiệu chung

Rơle là một trong những thiết bị quan trọng trong số các thiết bị tự động hoá dùng trong ngành điện Rơle có nhiệm vụ bảo vệ các phần tử của hệ thống điện trong các điều kiện làm việc không bình thường bằng cách cô lập các sự cố một cách nhanh chóng thông qua các thiết bị đóng cắt Trước đây các rơle bảo vệ trong hệ thống điện chủ yếu sử dụng các rơle điện cơ Trong quá trình sử dụng các rơle điện cơ này có một số nhược điểm sau:

 Chi phí sử dụng cao: bao gồm chi phí để duy trì điều kiện làm việc (chiếm diện tích lớn…), chi phí kiểm tra, chỉnh định lại các thông số bảo vệ với tần suất lớn, do đó ảnh hưởng đến việc cung cấp điện liên tục gây thiệt hại về kinh tế;

 Độ nhạy và độ chính xác không cao, dễ bị ảnh hưởng của nhiễu loạn bên ngoài do phương thức truyền và xử lý tín hiệu tương tự;

 Các phần tử được bảo vệ được nối cứng nên khả năng thay đổi cấu hình cũng như các tham số bảo vệ không linh hoạt;

 Khả năng cung cấp thông tin về hệ thống điện trong chế độ làm việc bình thường và khi sự cố không cao (không có bản ghi thông tin sự cố, vị trí sự cố…) nên khó xác định nguyên nhân và vị trí sự cố một cách chính xác;

 Tốc độ phát hiện và cách ly sự cố chưa cao làm ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định của hệ thống (hệ số trở về thấp, thời gian trễ lớn )

Để khắc phục các nhược điểm này, người ta sử dụng các rơle số một cách đồng bộ được tích hợp nhiều tính năng, các rơle số ngày càng được cải tiến và khắc phục được hầu hết các hạn chế của rơle điện–cơ Những ưu điểm lớn của rơle số là:

 Tích hợp được nhiều tính năng vào một bộ bảo vệ như tự động đóng lại, kết hợp với các bảo vệ phía sau (như cầu chì, máy cắt, recloser,…) có kích thước nhỏ gọn, giảm diện tích phòng máy, tiết kiệm chi phí;

15

 Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ Ví dụ có thể chọn các đặc tuyến bảo vệ quá dòng với thời gian phụ thuộc có các độ nghiêng khác nhau sao cho phù hợp với đối tượng bảo vệ;

 Độ tin cậy cao, chính xác và độ sẵn sàng cao, giảm được tần suất thí nghiệm định kỳ (thời gian thí nghiệm định kỳ từ 3 đến 6 năm), do vậy cung cấp điện được ổn định và liên tục;

 Công suất tiêu thụ nhỏ: khoảng 0,2VA (rơle cơ là 10VA);

 Thực hiện các chức năng đo lường, hiển thị các thông số của hệ thống ở chế độ làm việc bình thường và lưu giữ các dữ liệu cần thiết khi sự cố giúp cho việc phân tích, tìm nguyên nhân sự cố được chính xác và thuận tiện hơn;

 Dễ dàng lấy được thông tin của rơle và cài đặt lại thông qua cổng giao tiếp của rơle (được thiết kế theo quy chuẩn quốc tế) với máy tính Dễ dàng liên kết với các thiết bị bảo vệ khácvà với mạng lưới thông tin đo lường như hệ thống SCADA…

Từ bộ nhớ của rơle số có thể nhận được các thông tin sau:

 Khoảng cách đến điểm sự cố;

 Dòng và áp của sự cố;

 Thông số chỉ định, các đại lượng chỉnh định;

 Thông số phụ tải (P, Q, U, I, f)

Bên cạnh những ưu điểm trên rơle số cũng có một số nhược điểm đó là:

 Giá thành khá cao đòi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt các rơle;

 Đòi hỏi người chỉnh định và vận hành có một trình độ cao;

 Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sửa chữa và nâng cấp thiết bị

16

2.1.2 Cấu trúc phần cứng của rơle kỹ thuật số

Hình 2.1 Cấu trúc phần cứng (điển hình) của rơle kỹ thuật số Điện áp đầu vào hoặc dòng điện đầu vào của rơle được lấy qua các máy biến dòng điện

(TI) và máy biến điện áp (TU) từ đối tượng bảo vệ Lưu ý tín hiệu tương tự chỉ chuyển

sang tín hiệu số đối với điện áp nên đối với các tín hiệu dòng điện thì trước tiên phải

biến đổi nó sang điện áp theo nhiều cách Ví dụ: cho dòng điện chạy qua một điện trở

có giá trị xác định và lấy điện áp trên hai đầu của điện trở đó để biểu diễn dòng điện

Sau đó các tín hiệu này được lọc bằng bộ lọc giải mã

Hoạt động của rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ TI, TU sau khi được biến đổi thành tín hiệu

phù hợp Các tín hiệu đã được biến đổi này được đưa vào bộ chọn kênh Bộ xử lý trung

tâm sẽ gửi tín hiệu đi mở kênh mong muốn Đầu ra của bộ chọn kênh đưa vào bộ biến

đổi tương tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và đưa vào bộ vi

xử lý Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thông qua bộ lấy và giữ mẫu (S/H)

Vì các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) thường rất đắt nên khi thiết kế người ta cố

gắng tinh giản chỉ sử dụng một bộ ADC trong một rơle số, chính vì lý do đó mà trong

bộ vi xử lý có đặt một bộ dồn kênh (multiplexer) để lựa chọn các tín hiệu cần thiết cung

cấp cho đầu vào các bộ ADC Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng 25s nên phải

17

duy trì tín hiệu tương tự ở đầu vào của ADC trong suốt quá trình chuyển đổi từ tương

tự sang số Điều này được thực hiện bằng bộ khuyếch đại duy trì và lấy mẫu S/H Tín hiệu đầu ra của bộ ADC bây giờ có thể biến đổi tùy ý bởi bộ vi xử lý Nhìn chung trong một rơle số người ta sử dụng nhiều bộ vi xử lý để thực hiện các chức năng khác nhau (ví dụ bộ vi xử lý TMS320 để thực hiện thuật toán của rơle, bộ vi xử lý 80186 để thực hiện các phép toán logic) Bộ vi xử lý được đưa vào chế độ làm việc theo chương trình được cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM, đây là bộ nhớ không thay đổi được và không

bị mất dữ liệu khi bị mất nguồn Nó so sánh thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ EEPROM (bộ nhớ chỉ đọc, lập trình điện và xóa được bằng điện) Các phép tính trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM

Modul nguồn làm nhiệm vụ biến đổi nguồn một chiều thành nhiều nguồn một chiều có cấp điện áp khác nhau để cung cấp cho các chức năng khác nhau của rơle Đây là bộ biến đổi DC/DC với đầu vào lấy từ acquy, hoặc bộ nguồn chỉnh lưu lấy điện từ lưới điện

tự dùng của trạm Vì nguồn cung cấp từ ắcquy thường không ổn định trong khi rơle số lại rất nhạy đối với sự thăng giáng của điện áp nên trong nội bộ rơle số đã được tích hợp một nguồn DC phụ có giá trị biến đổi với phạm vi ± 5 V hoặc ± 1 V nhằm ổn định nguồn cung cấp cho rơle số

2.1.3 Giao diện của rơle kỹ thuật số

Truyền dữ liệu (communication) là điều cần thiết vì ba lý do sau đây:

 Để dễ dàng cho việc cài đặt các chương trình vào bên trong role;

 Rơle phải trao đổi dữ liệu với các bộ phận đo lường ở xa;

 Rơle phải phát ra tín hiệu đi cắt (Trip) và tín hiệu báo động (Alarm) khi có sự cố Không giống các rơle điện cơ và các loại rơle tĩnh khác, rơle số hầu như không cần phải hiệu chỉnh Việc cài đặt thường thực hiện bằng các chương trình phần mềm từ một máy tính cá nhân hay được tích hợp trong rơle Vì lý do đó mà một số loại giao diện đã được

sử dụng để người dùng trao đổi dữ liệu với rơle

18

 Loại 1: Loại này phổ biến đối với các loại rơle số hiện đại có màn hình tinh thể lỏng (LCD) và bàn phím lắp ở mặt trước của rơle Để nhập các giá trị cài đặt, người sử dụng phải ấn các phím để hiển thị và thay đổi các giá trị số xuất hiện trên màn hình

 Loại 2: Sử dụng màn hình hiển thị thông thường nối đến rơle số thông qua cổng nối tiếp Loại giao diện này thường thấy ở các trạm biến áp (để hiển thị sơ đồ vận hành) hoặc được sử dụng trong sơ đồ kết nối với rơle tại trạm qua modem từ trung tâm điều khiển ở xa để lấy dữ liệu hay cài đặt lại thông số

Yêu cầu đối với rơle số là phải có phương pháp phát ra tín hiệu đi cắt và tín hiệu báo động thích hợp Vì các tín hiệu này có dạng mã nhị phân (Binary) cho nên bộ vi xử lý dễ dàng giải mã các địa chỉ Điều này được thực hiện bởi khối tín hiệu đầu ra (Digital output) trong hình 2.1 Mặc dù công nghệ số đã được áp dụng trong bảo vệ rơle nhưng các tín hiệu cắt và báo động vẫn phải là các tín hiệu tương tự để đưa đến các rơle điện

cơ thực hiện mệnh lệnh

2.1.4 Môi trường làm việc của rơle

Trạm biến áp là môi trường điện từ nguy hiểm đối với rơle kỹ thuật số vì nó nằm gần các đường dây cao áp, dao cách ly và máy cắt Khi có sự cố hay đóng cắt xảy ra điều cần thiết là không cho nhiễu bên ngoài xâm nhập vào rơle làm ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của nó Những nhiễu tác động không mong muốn này gọi là tác hại điện từ EMI (electromagnetic intefrence)

Có hai nguyên nhân sinh ra EMI trong trạm biến áp là:

 Do thao tác đóng cắt đường dây hay xung sét truyền từ ngoài đường dây làm nhiễu tín hiệu điện áp đầu vào của rơle;

 Do sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện hoặc sóng radio

Vì bộ vi xử lý làm việc với tốc độ cao nên rơle số dễ bị ảnh hưởng của EMI Vì vậy điều bắt buộc khi chế tạo rơle số là nó phải có tính tương hợp điện từ EMC (Electromagnetic compatibility) Để rơle số đáp ứng được EMC phải áp dụng các biện pháp thích nghi Các rơle điện cơ không chịu ảnh hưởng của EMC, do đó việc dùng rơle số cũng gặp những trở ngại nhất định bên cạnh những ưu điểm của nó

19

2.2 Rơle kỹ thuật số của hãng SIEMENS

2.2.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT633

2.2.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT633

Rơle số 7UT633 được sử dụng để bảo vệ chính cho máy biến áp 3 cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu ở tất cả các cấp điện áp Rơle này cũng có thể dùng để bảo vệ cho các loại máy điện quay như máy phát điện, động cơ, các đường dây ngắn hoặc các thanh cái

cỡ nhỏ (có từ 3-5 lộ ra) Các chức năng khác được tích hợp trong rơle 7UT633 làm nhiệm vụ dự phòng như bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, chống hư hỏng máy cắt Bằng cách phối hợp các chức năng tích hợp trong 7UT633 ta có thể đưa

ra phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một

rơle Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiên đại ngày nay

a) Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT633

 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp: Đây là chức năng bảo vệ chính của rơle

7UT633

+ Đặc tính tác động có hãm của rơle;

+ Có khả năng ổn định đối với quá trình quá độ gây ra bởi các hiện tượng quá kích thích máy biến áp bằng cách sử dụng các sóng hài bậc cao, chủ yếu là bậc 3 và bậc 5; + Có khả năng ổn định đối với các dòng xung kích dựa vào các sóng hài bậc hai; + Không phản ứng với thành phần một chiều và bão hoà máy biến dòng;

+ Ngắt với tốc độ cao và tức thời đối với dòng sự cố lớn

 Bảo vệ so lệch cho máy phát điện, động cơ điện, đường dây ngắn hoặc thanh góp cỡ

nhỏ

 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF)

 Bảo vệ so lệch trở kháng cao

 Bảo vệ chống chạm vỏ cho máy biến áp

 Bảo vệ chống mất cân bằng tải

 Bảo vệ quá dòng đối với dòng chạm đất

20

 Bảo vệ quá dòng pha

 Bảo vệ quá tải theo nguyên lí hình ảnh nhiệt

 Bảo vệ quá kích thích

 Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

 Ngoài ra rơle 7UT633 còn có các chức năng sau:

+ Đóng cắt trực tiếp từ bên ngoài: Rơle nhận tín hiệu từ ngoài đưa vào thông qua các đầu vào nhị phân Sau khi xử lí thông tin, rơle sẽ có tín hiệu phản hồi đến các đầu ra, các đèn LED;

+ Cung cấp các công cụ thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle;

+ Cho phép người dùng xác định các hàm logic phục vụ cho các phương thức bảo vệ;

+ Chức năng theo dõi, giám sát:

 Liên tục tự giám sát các mạch đo lường bên trong, nguồn điện của rơle, các phần cứng và phần mềm tính toán của rơle với độ tin cậy cao;

 Liên tục đo lường, tính toán và hiển thị các đại lượng vận hành lên màn hình hiển thị (LCD) mặt trước rơle;

 Ghi lại, lưu giữ các số liệu, các sự cố và hiển thị chúng lên màn hình hoặc truyền

dữ liệu đến các trung tâm điều khiển thông qua các cổng giao tiếp;

 Giám sát mạch tác động ngắt

b) Khả năng truyền thông, kết nối của rơle 7UT633

Với nhu cầu ngày càng cao trong việc điều khiển và tự động hoá hệ thống điện, các rơle

số ngày nay phải đáp ứng tốt vấn đề truyền thông và đa kết nối Rơle 7UT633 đã thoả mãn các yêu cầu trên, nó có các cổng giao tiếp sau:

 Cổng giao tiếp với máy tính tại trạm (Local PC): Cổng giao tiếp này được đặt ở mặt trước của rơle, hỗ trợ chuẩn truyền tin công nghiệp RS232 Kết nối qua cổng giao tiếp này cho phép ta truy cập nhanh tới rơle thông qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 cài đặt trên máy tính, do đó ta có thể dễ dàng chỉnh định các thông số, chức năng cũng như các

21

dữ liệu có trong rơle Điều này đặc biệt thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle

trước khi đưa vào sử dụng;

 Cổng giao tiếp dịch vụ: Cổng kết nối này được đặt phía sau của rơle, sử dụng chuẩn truyền tin công nghiệp RS485, do đó có thể điều khiển tập trung một số bộ bảo vệ rơle bằng phần mềm DIGSI 4 Với chuẩn RS485, việc điều khiển vận hành rơle từ xa có thể thực hiện thông qua MODEM cho phép nhanh chóng phát hiện xử lí sự cố từ xa Với phương án kết nối bằng cáp quang theo cấu trúc hình sao có thể thực hiện việc thao tác tập trung Đối với mạng kết nối quay số, rơle hoạt động như một Web-server nhỏ và gửi thông tin đi dưới dạng các trang siêu liên kết văn bản đến các trình duyệt chuẩn có trên

máy tính;

 Cổng giao tiếp hệ thống: Cổng này cũng được đặt phía sau của rơle, hỗ trợ chuẩn giao tiếp hệ thống của IEC 60870-5-103 Đây là chuẩn giao thức truyền tin quốc tế có hiệu quả tốt trong lĩnh vực truyền thông bảo vệ hệ thống điện Giao thức này được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất và được ứng dụng trên toàn thế giới Thiết bị được nối qua cáp điện hoặc cáp quang đến hệ thống bảo vệ và điều khiển trạm như SINAULT LAS hoặc SICAM qua giao diện này Cổng kết nối này cũng hỗ trợ các giao thức khác như

PROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, MOSBUS và DNP3.0

2.2.1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT633

a) Mạch đầu vào

Dòng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A (có thể lựa chọn được)

Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz (có thể lựa chọn được)

Công suất tiêu thụ đối với các đầu vào:

- Với Iđm= 1A  0,3 VA;

- Với Iđm= 5A  0,55 VA;

- Với Iđm= 0,1A  1 mVA;

- Đầu vào nhạy  0,55 VA

Khả năng quá tải về dòng:

22

- Theo nhiệt độ (trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép: 4.Iđm; Dòng trong 10s: 30.Iđm; Dòng trong 1s: 100.Iđm;

- Theo giá trị dòng xung kích: 250.Iđm trong ½ chu kì

Khả năng quá tải về dòng điện cho đầu vào chống chạm đất có độ nhạy cao:

- Theo nhiệt độ (trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép: 15A; Dòng trong 10s: 100A; Dòng trong 1s: 300A;

- Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong ½ chu kì

Điện áp cung cấp định mức:

- Điện áp một chiều: 24 đến 48V; 60 đến 125V; 110 đến 250V

- Điện áp xoay chiều: 115V (f=50/60Hz); 230V

Khoảng cho phép: - 20%  +20% (DC);  15% (AC)

Công suất tiêu thụ: 5  7 W

b) Đầu vào nhị phân

Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh báo

Khả năng đóng cắt: Đóng: 1000W/VA; Cắt: 30 W/VA; Cắt với tải là điện trở: 40W; Cắt với tải là L/R  50ms: 25W

Điện áp đóng cắt: 250V

23

Dòng đóng cắt cho phép: 30A cho 0,5s; 5A không hạn chế thời gian

d) Đèn tín hiệu LED

1 đèn màu xanh báo rơle đã sẵn sàng làm việc

1 đèn màu đỏ báo sự cố xảy ra trong rơle

14 đèn màu đỏ khác phân định tình trạng làm việc của rơle

2.2.1.3 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7UT633

Rơle 7UT633 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bit

Thực hiện xử lý hoàn toàn tín hiệu số từ đo lường, lấy mẫu và số hoá các đại lượng đầu vào tương tự đến việc xử lý tính toán và tạo các lệnh, các tín hiệu đầu ra

Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bên trong của 7UT633 với các mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do cách sắp xếp đầu vào tương tự của các bộ chuyển đổi, các đầu vào, đầu ra nhị phân, các bộ chuyển đổi DC/AC hoặc AC/DC

Hoạt động đơn giản, sử dụng panel điều khiển tích hợp hoặc máy tính cá nhân sử dụng phần mềm DIGSI

Đầu vào tương tự AI truyền tín hiệu dòng và áp nhận được từ các thiết bị biến dòng, biến điện áp sau đó lọc, tạo ngưỡng tín hiệu cung cấp cho quá trình xử lý tiếp theo Rơle 7UT633 có 12 đầu vào dòng điện và 4 đầu vào điện áp Tín hiệu tương tự sẽ được đưa đến khối khuếch đại đầu vào IA Khối IA làm nhiệm vụ khuếch đại, lọc tín hiệu để phù hợp với tốc độ và băng thông của khối chuyển đổi số tương tự AD

Khối AD gồm 1 bộ dồn kênh, 1 bộ chuyển đổi số tương tự và các modul nhớ dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số sau đó truyền tín hiệu sang khối vi xử lý (C)

Khối vi xử lý chính là bộ vi xử lý 32 bit thực hiện các thao tác sau:

 Lọc và chuẩn hoá các đại lượng đo Ví dụ: xử lý các đại lượng sao cho phù hợp với

tổ đấu dây của máy biến áp, phù hợp với tỷ số biến đổi của máy biến dòng;

 Liên tục giám sát các đại lượng đo, các giá trị đặt cho từng bảo vệ;

24

 Hình thành các đại lượng so lệch và hãm;

 Phân tích tần số của các dòng điện pha và dòng điện hãm;

 Tính toán các dòng điện hiệu dụng phục vụ cho bảo vệ, quá tải, liên tục theo dõi sự tăng nhiệt độ của đối tượng bảo vệ;

 Kiểm soát các giá trị giới hạn và thứ tự thời gian;

 Xử lý tín hiệu cho các chức năng logic và các chức năng logic do người sử dụng xác định;

 Quyết định và đưa ra lệnh cắt;

 Lưu giữ và đưa ra các thông số sự cố phục vụ cho việc tính toán và phân tích sự cố;

 Thực hiện các chức năng quản lý khác như ghi dữ liệu, đồng hồ thời gian thực, giao tiếp truyền thông

Tiếp đó thông tin sẽ được đưa đến khối khuếch đại tín hiệu đầu ra OA và truyền đến các thiết bị bên ngoài

Output relays user

Time synchronization

Serial service interface

Front serial operarating interface

Additional serial interface

Serial System interface

7 8 9 5

3

1 2 0

ENTER ESC

To PC

To SCADA

e.g.radio clock

eg.RTD-box

Binary inputs, programmable

AD

Bảng 2.1 Ví dụ minh hoạt cài đặt rơle hãng Siemens

105

3 phase Transformer

1 phase Transformer Autotransformer Generator/Motor

Enable

Enable Bật chức năng bảo vệ

quá tải nhiệt

2.2.1.5 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp

a) Phối hợp các đại lượng đo lường

Các phía của máy biến áp đều đặt máy biến dòng, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như

tỉ số biến đổi, tổ nối dây, sự điều chỉnh điện áp của máy biến áp, dòng điện định mức, sai số, sự bão hoà của máy biến dòng Do vậy để tiện so sánh dòng điện thứ cấp máy biến dòng ở các phía máy biến áp thì phải biến đổi chúng về cùng một phía, chẳng hạn phía sơ cấp

27

Hình 2.3 Nguyên lý bảo vệ so lệch MBA rơle 7UT633 Việc phối hợp giữa các đại lượng đo lường ở các phía được thực hiện một cách thuần tuý toán học như sau:

     I m k K I n (2.1) Trong đó: - Im là ma trận dòng điện đã được biến đổi (IA, IB, IC);

- k là hệ số;

- K là ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dây máy biến áp;

- In là ma trận dòng điện pha (IL1, IL2, IL3)

b) So sánh các đại lượng đo lường:

Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây, xử lí dòng thứ tự không, các đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ dòng trong các pha

IA, IB và IC, bộ vi xử lí sẽ so sánh về mặt trị số:

ISL =

3 2

I  

IH =

1

I +

2

I + 3

I

(2.2)

Ở đây I1, I2, I3 là dòng điện cuộn cao áp, trung áp và hạ áp máy biến áp

Có hai trường hợp sự cố xảy ra:

 Trường hợp sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ hoặc ở chế độ làm việc bình thường Khi đó I1 ngược chiều với I2, I3 và I1 = I2 + I3

Đối tượng được bảo vệ

87/I

IT1+IT2

28

ISL= I1I2I3 =0

IH =∑Ii =2.

1

I

 Trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ, nguồn cung cấp từ phía cao áp nên:

ISL=

3 2

I   =

1

I (I2=I3=0)

IH =

1

I +

2

I +

3

1

Hình 2.4 Đặc tính tác động của rơle 7UT633 (theo tài liệu SIPROTEC –Differential

Protection 7UT6 (ver 4.0) - Manual)

Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm các đoạn:

29

 Đoạn a: Biểu thị giá trị dòng điện khởi động ngưỡng thấp IDIFF> của bảo vệ (địa chỉ 1221), với mỗi máy biến áp xem như hằng số Dòng điện này phụ thuộc dòng điện từ hoá máy biến áp;

 Đoạn b: Đoạn đặc tính có kể đến sai số biến đổi của máy biến dòng và sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp Đoạn b có độ dốc SLOPE 1 (địa chỉ 1241) với điểm bắt đầu là BASE POINT 1 (địa chỉ 1242);

 Đoạn c: Đoạn đặc tính có tính đến chức năng khoá bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bão hoà không giống nhau ở các máy biến dòng Đoạn c có độ dốc SLOPE 2 (địa chỉ 1243) với điểm bắt đầu BASE POINT 2 (địa chỉ 1244);

 Đoạn d: Là giá trị dòng điện khởi động ngưỡng cao IDIFF>> của bảo vệ (địa chỉ 1231) Khi dòng điện so lệch ISL vượt quá ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tác động không có thời gian mà không quan tâm đến dòng điện hãm IH và các sóng hài dùng để hãm bảo vệ Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động Các dòng điện

ISL và IH được biểu diễn trên trục toạ độ theo hệ tương đối định mức Nếu toạ độ điểm hoạt động (ISL, IH) xuất hiện gần đặc tính sự cố sẽ xảy ra tác động

d) Vùng hãm bổ xung:

Đây là vùng hãm khi máy biến dòng bão hoà Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ,

ở thời điểm ban đầu dòng điện ngắn mạch lớn làm cho máy biến dòng bão hoà mạnh Hằng số thời gian của hệ thống dài, hiện tượng này không xuất hiện khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ Các giá trị đo được bị biến dạng được nhận ra trong cả thành phần

so lệch cũng như thành phần hãm Hiện tượng bão hoà máy biến dòng dẫn đến dòng điện so lệch đạt trị số khá lớn, đặc biệt khi màn hình hiển thị thông thường (VDU) mức

độ bão hoà của các máy biến dòng là khác nhau Trong thời gian đó nếu điểm hoạt động (IH, ISL) rơi vào vùng tác động thì bảo vệ sẽ tác động nhầm Rơle 7UT633 cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tượng bão hoà và sẽ tạo ra vùng hãm bổ xung Sự bão hoà của máy biến dòng trong suốt thời gian xảy ra ngắn mạch ngoài được phát hiện bởi trị

số dòng hãm có giá trị lớn hơn Trị số này sẽ di chuyển điểm hoạt động đến vùng hãm

bổ sung giới hạn bởi đoạn đặc tính b và trục IH

30

Hình 2.5 Vùng hãm bổ sung (theo tài liệu SIPROTEC –Differential Protection 7UT6

(ver 4.0) - Manual)

Từ hình vẽ ta thấy:

Tại điểm bắt đầu xảy ra sự cố A, dòng sự cố tăng nhanh sẽ tạo nên thành phần hãm lớn

TI lập tức bị bão hoà (B) Thành phần so lệch được tạo thành và thành phần hãm giảm xuống kết quả là điểm hoạt động (ISL, IH) có thể chuyển dịch sang vùng tác động (C) Ngược lại, khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch đủ lớn, điểm hoạt động ngay lập tức dịch chuyển dọc theo đường đặc tính sự cố Hiện tượng bão hoà máy biến dòng được phát hiện ngay trong ¼ chu kỳ đầu xảy ra sự cố, khi sự cố ngoài vùng bảo vệ được xác định Bảo vệ so lệch sẽ bị khoá với lượng thời gian có thể điều chỉnh được Lệnh khoá được giải trừ ngay khi điểm hoạt động chuyển sang đường đặc tính sự cố Điều này cho phép phân tích chính xác các sự cố liên quan đến máy biến áp Bảo vệ so lệch làm việc chính xác và tin cậy ngay cả khi TI bão hoà

Vùng hãm bổ sung có thể hoạt động độc lập cho mỗi pha được xác định bằng việc chỉnh định các thông số, chúng được sử dụng để hãm pha bị sự cố hoặc các pha khác hay còn gọi là chức năng khoá chéo

Chức năng hãm theo các sóng hài:

31

 Khi đóng cắt máy biến áp không tải hoặc kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện

có thể xuất hiện dòng điện từ hoá đột biến Dòng đột biến này có thể lớn gấp nhiều lần

Iđm và có thể tạo thành dòng điện so lệch Dòng điện này cũng xuất hiện khi đóng máy biến áp làm việc song song với máy biến áp đang vận hành hoặc quá kích thích máy biến áp

 Phân tích thành phần đột biến này, ta thấy có một thành phần đáng kể sóng hài bậc hai, thành phần này không xuất hiện trong dòng ngắn mạch Do đó người ta tách thành phần hài bậc hai ra để phục vụ cho mục đích hãm bảo vệ so lệch Nếu thành phần hài bậc hai vượt quá ngưỡng đã chọn, thiết bị bảo vệ sẽ bị khoá lại

 Bên cạnh sóng hài bậc hai, các thành phần sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn

để phục vụ cho mục đích hãm như: thành phần hài bậc bốn thường được phát hiện khi

có sự cố không đồng bộ, thành phần hài bậc ba và năm thường xuất hiện khi máy biến

áp quá kích thích Hài bậc ba thường bị triệt tiêu trong máy biến áp có cuộn tam giác nên hài bậc năm thường được sử dụng hơn Bộ lọc kĩ thuật số phân tích các sóng vào thành chuỗi Fourier và khi thành phần nào đó vượt quá giá trị cài đặt, bảo vệ sẽ gửi tín hiệu tới các khối chức năng để khoá hay trễ

Tuy nhiên bảo vệ so lệch vẫn làm việc đúng khi máy biến áp đóng vào một pha bị sự

cố, dòng đột biến có thể xuất hiện trong pha bình thường Đây gọi là chức năng khoá chéo

2.2.1.6 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT633

Đây chính là bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không Chức năng REF dùng phát hiện sự

cố trong máy biến áp lực có trung điểm nối đất Vùng bảo vệ là vùng giữa máy biến dòng đặt ở dây trung tính và tổ máy biến dòng nối theo sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp

a) Nguyên lí làm việc của REF trong rơle 7UT633

Bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF sẽ so sánh dạng sóng cơ bản của dòng điện trong dây trung tính (ISP) và dạng sóng cơ bản của dòng điện thứ tự không tổng ba pha