ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU RƠLE SỐ REG216 VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ BẢO VỆ MÁY PHÁT CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG BA HẠ

LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn khoa học công nghệ hiện đại được ứng dụng rộng rãi vào quá trình sản xuất Công nghiệp thì ngành Điện cũng phải đi trước một bước trong việc tiếp cận với nền khoa học tiên tiến đó. Bởi năng lượng điện là “nguồn lực” đầu tiên cho những ngành sản xuất khác. Với vai trò là “nguồn lực” trong giai đoạn đất nước đổi mới và mở cửa, nền kinh tế phát triển nhanh đã và đang đặt ra những yêu cầu cấp bách về chất lượng dòng điện. Điều này được đáp ứng bởi việc ứng dụng các thiết bị tự động hoá trong hệ thống điện. Quá trình ứng dụng rộng rãi những thiết bị kỹ thuật số thay thế dần những những thiết bị điện cơ thông dụng trước đây là một bước đổi mới về công nghệ trong việc bảo vệ và hiện đại hoá quá trình vận hành, quản lý. Rơle bảo vệ là phần tử quan trọng trong hệ thống các thiết bị tự động hoá này. Dựa trên yêu cầu thực tế đó, cho nên quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và trang bị kiến thức lý thuyết và ứng dụng các thiết bị rơle số là cần thiết cho mỗi kỹ sư Kỹ Thuật Điện. Như vậy, việc “Tìm hiểu rơle số REG216 và ứng dụng để bảo vệ máy phát của Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ” sẽ đáp ứng một phần trong toàn bộ nhu cầu lớn hiện nay. Nội dung đề tài gồm: Chương 1: Trình bày tổng quan về Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ, thông số các thiết bị điện chính và hệ thống bảo vệ rơle của tổ máy chính. Chương 2: Tìm hiểu về các sự cố chính và các dạng bảo vệ thường dùng để bảo vệ máy phát điện. Chương 3: Giới thiệu đặc điểm, cấu trúc và các ứng dụng của rơle số REG216 của hãng ABB sản xuất và phần mềm ứng dụng CAP 2316 đi kèm rơle. Chương 4: Tính toán, cài đặt các thông số cho rơle số REG216 để bảo vệ máy phát của Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ. Qua quá trình học tập và nghiên cứu ở Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà Nẵng, em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo đã tận tình dạy bảo và trang bị những kiến thức cần thiết làm hành trang cho em bước vào đời. Kính cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Võ Như Tiến trong quá trình thực hiện đề tài này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực hiện, song đề tài chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong được sự chỉ bảo thêm của các Thầy, Cô giáo và sự đóng góp ý kiến của các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

I NHIỆM VỤ

TÌM HIỂU RƠLE SỐ REG216 VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ BẢO VỆ

MÁY PHÁT CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG BA HẠ

II SỐ LIỆU

Lấy tại Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ

III NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI

- Chương 1: Tổng quan về Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ

- Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

- Chương 3: Tổng quan về rơle số REG216 và phần mềm CAP 2/316

- Chương 4: Tính toán, cài đặt các thông số cho rơle số REG216 để bảo vệ

máy phát

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS VÕ NHƯ TIẾN

IV THỜI GIAN THỰC HIỆN

- Ngày giao nhiệm vụ: 20/2/2011

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN DUYỆT

THÔNG QUA BỘ MÔN SINH VIÊN THỰC HIỆN

MỤC LỤC

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG BA HẠ 1

1.1 Các hạng mục công trình chính của Nhà máy 1

1.2 Sơ đồ điện của Nhà máy 3

1.2.1 Phần điện trong nhà vận hành 3

1.2.2 Phần điện trong trạm phân phối 220kV 6

1.3 Hệ thống bảo vệ rơle của tổ máy chính trong Nhà máy 6

1.3.1 Sơ đồ đầu vào tương tự của rơle RJ1A và RJ1B 6

1.3.2 Các chức năng bảo vệ có trong sơ đồ 7

Chương 2 CÁC BẢO VỆ CHÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 9

2.1 Các sự cố chính trong máy phát điện 9

2.1.1 Các dạng hư hỏng 9

2.1.2 Các tình trạng làm việc không bình thường 9

2.2 Các bảo vệ thường dùng cho máy phát điện 9

2.2.1 Bảo vệ so lệch dọc (87G) 10

2.2.2 Bảo vệ so lệch ngang (87G-N) 13

2.2.3 Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây Stator (64S) 14

2.2.4 Bảo vệ quá điện áp (59) 18

2.2.5 Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải 19

2.2.6 Bảo vệ chống mất kích từ (40) 22

2.2.7 Bảo vệ chống mất đồng bộ (78) 24

2.2.8 Bảo vệ chống luồng công suất ngược (32) 26

Chương 3 TỔNG QUAN VỀ RƠLE REG216 VÀ PHẦN MỀM CAP 2/316 28

3.1 Rơle số REG216 28

3.1.1 Đặc điểm 28

3.1.2 Cấu trúc 29

3.1.3 Các ứng dụng 43

3.1.4 Cài đặt chức năng 45

3.2 Phần mềm CAP 2/316 50

3.2.1 Đặc điểm 50

3.2.3 Tính năng kiểm tra và tự giám sát 52

Chương 4 TÍNH TOÁN, CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CHO RƠLE SỐ REG216 ĐỂ BẢO VỆ MÁY PHÁT 54

4.1 Bảo vệ so lệch dọc (87) 54

4.2 Bảo vệ kích từ 59

4.2.1 Bảo vệ quá kích từ (24) 59

4.2.2 Bảo vệ mất kích từ (40) 61

4.3 Bảo vệ chạm đất stator 100% (64S) 64

4.4 Bảo vệ quá điện áp (59) và thấp điện áp (27) 67

4.5 Bảo vệ quá tần số và thấp tần số (81) 69

4.6 Bảo vệ dòng điện 70

4.6.1 Bảo vệ quá dòng-thấp áp (51.27) 70

4.6.2 Bảo vệ dòng thứ tự nghịch (46) 75

4.7 Bảo vệ tổng trở thấp (21) 78

4.8 Bảo vệ chống trượt cực từ (78) 80

4.9 Bảo vệ chống luồng công suất ngược (32) 84

4.10 Bảo vệ quá tải đối xứng (49S) 86

Kết luận chung 90

Phụ lục 91

Tài liệu tham khảo 92

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn khoa học công nghệ hiện đại được ứng dụng rộng rãi vào quá trình sản xuất Công nghiệp thì ngành Điện cũng phải đi trước một bước trong việc tiếp cận với nền khoa học tiên tiến đó Bởi năng lượng điện là “nguồn lực” đầu tiên cho những ngành sản xuất khác

Với vai trò là “nguồn lực” trong giai đoạn đất nước đổi mới và mở cửa, nền kinh tế phát triển nhanh đã và đang đặt ra những yêu cầu cấp bách về chất lượng dòng điện Điều này được đáp ứng bởi việc ứng dụng các thiết bị tự động hoá trong hệ thống điện Quá trình ứng dụng rộng rãi những thiết bị kỹ thuật số thay thế dần những những thiết bị điện cơ thông dụng trước đây là một bước đổi mới về công nghệ trong việc bảo vệ và hiện đại hoá quá trình vận hành, quản lý Rơle bảo vệ là phần tử quan trọng trong hệ thống các thiết bị tự động hoá này

Dựa trên yêu cầu thực tế đó, cho nên quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và trang

bị kiến thức lý thuyết và ứng dụng các thiết bị rơle số là cần thiết cho mỗi kỹ sư Kỹ

Thuật Điện Như vậy, việc “Tìm hiểu rơle số REG216 và ứng dụng để bảo vệ máy

phát của Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ” sẽ đáp ứng một phần trong toàn bộ nhu

cầu lớn hiện nay Nội dung đề tài gồm:

Chương 1: Trình bày tổng quan về Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ, thông số các thiết bị điện chính và hệ thống bảo vệ rơle của tổ máy chính

Chương 2: Tìm hiểu về các sự cố chính và các dạng bảo vệ thường dùng để bảo vệ máy phát điện

Chương 3: Giới thiệu đặc điểm, cấu trúc và các ứng dụng của rơle số REG216 của hãng ABB sản xuất và phần mềm ứng dụng CAP 2/316 đi kèm rơle

Chương 4: Tính toán, cài đặt các thông số cho rơle số REG216 để bảo vệ máy phát của Nhà máy Thủy điện Sông Ba Hạ

Qua quá trình học tập và nghiên cứu ở Trường Đại học Bách khoa - Đại học

Đà Nẵng, em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo đã tận tình dạy bảo và trang

bị những kiến thức cần thiết làm hành trang cho em bước vào đời Kính cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Võ Như Tiến trong quá trình thực hiện đề tài này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực hiện, song đề tài chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong được sự chỉ bảo thêm của các Thầy, Cô giáo và sự đóng góp ý kiến của các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Ngô Minh Thi

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

SÔNG BA HẠ

1.1 Các hạng mục công trình chính của nhà máy

Nhà máy Thuỷ điện Sông Ba Hạ nằm ở bậc thang cuối cùng trên sông Ba - là một trong những thủy điện lớn nhất của miền Trung, được quy hoạch trên địa bàn 15

xã miền núi thuộc hai huyện Sông Hinh (tỉnh Phú Yên) và huyện Krông Ba (tỉnh Gia Lai) Công trình được xây dựng nằm cách thành phố Phú Yên chừng 70km về phía Tây, đi theo quốc lộ 25

Nhà máy Thủy điện sông Ba Hạ có hai tổ máy với công suất 220MW, sản lượng điện trung bình 825 triệu KWh/năm, với tổng mức đầu tư là 4,275 tỷ đồng

Đập chính trên công trình Thuỷ điện Sông Ba Hạ cao 45,5m, dài 1357m, đáy đập rộng 212m với khối lượng đất đắp lên đến 2 triệu mét khối Dung tích toàn bộ của

hồ chứa là 395 triệu m3 nước

Hai tuyến ống áp lực chảy vào tua-bin thủy lực, đường kính mỗi ống 7,5m bằng thép dày 4cm, dài 992m tại chênh cột nước 64,3m Tất cả các công trình thủy công, cửa van, thiết bị đóng mở, tuyến áp lực đều do Tổng Công ty Cơ điện & Xây dựng công nghiệp - Thủy lợi thi công, chế tạo và lắp đặt

Nhiệm vụ của dự án là ngoài việc phát điện cung cấp cho lưới điện Quốc gia, Thuỷ điện Sông Ba Hạ còn tham gia cắt giảm lũ cho vùng đồng bằng tỉnh Phú Yên thuộc hạ du sông Ba, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế xã hội khu vực

Nhà máy có các hạng mục công trình chính sau:

- Hồ chứa: nhiệm vụ chính là tích nước dự trữ năng lượng để chạy máy và tạo ra nguồn nước phục vụ cho công nghiệp, nông nghiệp, dân sinh ở khu vực lân cận Ngoài ra nó còn giúp chủ động điều tiết lũ, có khả năng làm chậm và giảm lũ cho hạ lưu sông

Chương 1: Tổng quan về nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ

- Đập tràn: nhiệm vụ chính là xả nước cho phía hạ lưu, chủ động điều tiết lũ

và để giữ nước cho hồ chứa ở mực nước dâng bình thường 105m để bảo vệ hệ thống đập chính, cửa nhận nước

- Kênh dẫn nước: nhiệm vụ chính là dẫn nước từ hồ chứa qua cửa nhận nước,

đi vào đường ống áp lực rồi làm quay tuabin, chạy máy phát điện

- Cửa nhận nước: nằm ở cuối kênh dẫn nước nhưng ở đầu đường ống áp lực Nhiệm vụ chính là để đóng mở nước cho đường ống áp lực để nạp nước, làm kín tháo cạn đường hầm Tại cửa nhận nước có lưới chắn rác, có tác dụng ngăn chặn không cho rác đi vào đường ống áp lực, để đảm bảo an toàn cho tuabin

- Đường ống áp lực: nhiệm vụ chính là tạo áp lực nước trước khi vào tuabin

- Nhà vận hành: là nơi để vận hành, điều khiển toàn bộ hệ thống thiết bị, hệ thống điều khiển, giám sát như: tuabin, máy phát điện, hệ thống kích từ, hệ thống nước làm mát, các hệ thống khác liên quan …

- Trạm phân phối ngoài trời 220 kV: nhiệm vụ chính là truyền tải công suất

từ nhà máy vào hệ thống điện quốc gia

 Sơ đồ tổng quan mặt bằng Đập tràn-Kênh dẫn-Nhà máy

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan mặt bằng Đập tràn-Kênh dẫn-Nhà máy

1.2 Sơ đồ điện của nhà máy (bản vẽ kèm theo)

Sơ đồ điện của nhà máy gồm hai phần chính:

 Phần điện trong nhà vận hành gồm: máy phát, hệ thống kích từ, hệ thống điện tự dùng, máy biến áp chính, máy cắt đầu cực máy phát và các thiết bị khác

 Phần điện của trạm phân phối 220kV gồm: các hệ thống thanh cái, máy cắt, dao cách ly, chống sét van, máy biến dòng, máy biến điện áp…

1.2.1 Phần điện trong nhà vận hành

a Bộ máy phát – máy biến áp chính – máy cắt đầu cực máy phát

- Đặc điểm: máy phát tạo ra điện áp cấp 13.8kV, qua máy biến áp tăng áp chính, điện áp tăng lên cấp 220kV và hòa vào lưới điện quốc gia

- Các thiết bị trong sơ đồ điện:

+ Máy biến điện áp: 1VT (TUH11, TUH21), 2VT (TUH12, TUH22) và 3VT (TU9T1, TU9T2)

11 0 3

8

Chương 1: Tổng quan về nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ

Thứ tự Thông số Điện áp cao Điện áp thấp

- Đặc điểm: Hệ thống kích từ (HTKT) của máy phát thực hiện các chức năng

tự động điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát trong chế độ phát, tự động điều chỉnh công suất phản kháng trong chế độ bù, đảm bảo sự ổn định của máy phát và chất lượng điện năng

- Thông số kích từ định mức:

+ Điện áp: 335 V

+ Dòng điện: 1315 A

+ Công suất phản kháng phát Q (trong chế độ bù): +90.65 MVAr

+ Công suất phản kháng nhận Q (trong chế độ bù): -116.5 MVAr

- Các thiết bị trong sơ đồ điện:

+ Máy biến áp kích từ: Etr1 (TE1) và Etr2 (TE2)

+ Tủ chỉnh lưu cầu ba pha: SCR1 và SCR2

+ Máy cắt kích từ: FCB1 và FCB2

+ Máy biến dòng: 13CT, 14CT

- Thông số máy biến áp kích từ dùng để tính toán bảo vệ rơle:

Thứ tự Thông số Điện áp cao Điện áp thấp

1 Công suất định mức 1480kVA 1480 kVA

 Hệ thống cấp điện áp máy phát 13.8kV: có chức năng là nhận điện từ thanh

cái cấp điện áp máy phát của hai tổ máy H1 và H2 để cung cấp cho hệ thống điện tự dùng nhà máy

+ Nhánh 1: nhận điện từ H1 qua MC 941 kèm DCL 941-1; DNĐ 941-38, cung cấp điện cho thanh cái C61

+ Nhánh 2: nhận điện từ H2 qua MC 942 kèm DCL 942-2; DNĐ 942-38, cung cấp điện cho thanh cái C62

 Hệ thống phân phối trung áp cấp 22kV: có chức năng là cung cấp cho các

hệ thống thiết bị của tự dùng nhà máy, cửa nhận nước, đập tràn

+ Sơ đồ gồm một đường dây thuộc lưới địa phương 22kV, thông qua MC

441, cầu chì tự rơi FCO1, FCO2 qua 3 MBA: TD3, TD4, TD5 để cung cấp cho các thanh cái tương ứng: C63, C64, C65

 Hệ thống tự dùng nhà máy cấp 0.4kV: có chức năng là nhận điện từ H1, H2

hoặc từ lưới địa phương 22kV, hoặc từ máy phát Diezel 1000kVA để cung cấp cho toàn bộ thiết bị trong nhà máy

- Thông số máy biến áp tự dùng (Atr) để tính toán bảo vệ rơle:

Thứ tự Thông số Điện áp cao Điện áp thấp

Chương 1: Tổng quan về nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ

6 Dòng sơ cấp định mức

1.2.2 Phần điện trong trạm phân phối 220kV

- Đặc điểm: Trạm phân phối (TPP) 220kV có nhiệm vụ truyền tải công suất

từ nhà máy vào hệ thống điện quốc gia

Trạm được thiết kế theo kiểu ngoài trời, không có nhà điều khiển và được đặt tại cao trình 60m với kích thước mặt bằng 104 x 52 m, cách nhà máy khoảng 75m về phía thượng lưu Điểu khiển trạm được thực hiện từ phòng điều khiển trung tâm Đấu nối từ máy biến áp tăng áp đến trạm 220kV bằng hai mạch đường dây trên không

- Sơ đồ nối điện:

TPP 220kV được thiết kế theo sơ đồ tứ giác với 4 máy cắt bố trí thành hai dãy, bốn thanh cái TC21, TC22, TC23, TC24 Các xuất tuyến vào ra bao gồm:

+ Hai lộ vào trạm xuất phát từ các máy biến áp tăng áp phía nhà máy + Hai lộ đấu vào lưới điện quốc gia: ĐZ 272 đến Tuy Hòa 1 và ĐZ 273 đến Tuy Hòa 2

- Thông số trạm phân phối 220kV để tính toán bảo vệ rơle:

1.3 Hệ thống bảo vệ rơle của tổ máy chính trong nhà máy

Bảo vệ tổ máy chính trong nhà máy gồm các các bảo vệ cho: máy phát, máy biến áp chính, máy biến áp kích từ và máy biến áp tự dùng

Rơle sử dụng để bảo vệ tổ máy chính là rơle REG216 của hãng ABB sản xuất

Hệ thống rơle gồm hai rơle bảo vệ chính RJ1A và RJ1B dùng để bảo vệ tổ máy chính khi bị sự cố

Ngoài ra, còn có rơle phụ REX 010/011 (RJ1D) dùng cho chức năng bảo vệ chống chạm đất stator và rotor của máy phát Bộ REX 010 là bộ kích thích và bộ REX

011 là máy biến áp kích thích Rơle phụ này có thể ứng dụng cho tất cả các hệ thống nối đất máy phát thông thường và hệ thống kích từ

1.3.1 Sơ đồ đầu vào tương tự của rơle RJ1A và RJ1B

(Hai bản vẽ của RJ1A và hai bản vẽ của RJ1B)

Giải thích các ký hiệu trong sơ đồ:

Thứ tự Ký hiệu Tên

6 Switchyard Trạm phân phối 220kV

1.3.2 Các chức năng bảo vệ có trong sơ đồ

Chương 1: Tổng quan về nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ

Thứ tự Ký hiệu Chức năng bảo vệ

- Máy biến áp tự dùng:

Thứ tự Ký hiệu Chức năng bảo vệ

1 51ATr Quá dòng có thời gian

2 50NATr Quá dòng trung tính

CHƯƠNG 2

CÁC BẢO VỆ CHÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN

Máy phát điện (MFĐ) là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện (HTĐ), sự làm việc tin cậy của các MFĐ có ý nghĩa quyết định đến độ tin cậy của HTĐ Vì vậy, đối với MFĐ đặc biệt là các máy có công suất lớn, người ta đặt nhiều loại bảo vệ khác nhau để phòng ngừa tất cả các loại sự cố và các chế độ làm việc không bình thường xảy ra bên trong các cuộn dây cũng như bên ngoài MFĐ

Để thiết kế tính toán các bảo vệ cần thiết cho máy phát, chúng ta phải biết các dạng hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường của MFĐ

2.1 Các sự cố chính trong máy phát điện

2.1.1 Các dạng hư hỏng

- Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn stator (1)

- Chạm chập giữa các vòng dây trong cùng 1 pha (đối với các MFĐ có cuộn dây kép) (2)

- Chạm đất 1 pha trong cuộn dây stator (3)

2.1.2 Các tình trạng làm việc không bình thường

- Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải (4)

- Điện áp đầu cực máy phát tăng cao do mất tải đột ngột hoặc khi cắt ngắn mạch ngoài (5)

Ngoài ra, trong máy phát điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường khác như: Tải không đối xứng, mất kích từ, mất đồng bộ, tần số thấp, máy phát làm việc

ở chế độ động cơ

2.2 Các bảo vệ thường dùng cho máy phát điện

Tuỳ theo chủng loại của máy phát (thuỷ điện, nhiệt điện, tuabin khí, thuỷ điện tích năng ), công suất của máy phát, vai trò của máy phát và sơ đồ nối dây của nhà máy điện với các phần tử khác trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

Hiện nay không có phương thức bảo vệ tiêu chuẩn đối với MFĐ cũng như đối với các thiết bị điện khác Tuỳ theo quan điểm của người sử dụng đối với các yêu cầu về

độ tin cậy, mức độ dự phòng, độ nhạy mà chúng ta lựa chọn số lượng và chủng loại rơle trong hệ thống bảo vệ

Đối với các MFĐ công suất lớn, xu thế hiện nay là lắp đặt hai hệ thống bảo vệ độc lập nhau với nguồn điện thao tác riêng, mỗi hệ thống bao gồm một bảo vệ chính và một số bảo vệ dự phòng có thể thực hiện đầy đủ các chức năng bảo vệ cho máy phát

Để bảo vệ cho MFĐ chống lại các dạng sự cố nêu ở phần 2.1.1, người ta thường dùng các loại bảo vệ sau:

- Bảo vệ so lệch dọc (1)

- Bảo vệ so lệch ngang (2)

- Bảo vệ chống chạm đất một điểm cuộn dây stator (3)

- Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải (4)

- Bảo vệ chống điện áp đầu cực máy phát tăng cao cho sự cố (5)

Ngoài ra có thể dùng: bảo vệ quá kích từ, mất kích từ, bảo vệ tần số cao và thấp, bảo vệ chống mất đồng bộ, bảo vệ chống luồng công suất ngược

2.2.1 Bảo vệ so lệch dọc (87G)

Ngắn mạch trong cuộn dây stato hoặc ở đầu cực máy phát sẽ sinh ra dòng ngắn mạch rất lớn Dòng ngắn mạch có thể gây quá nhiệt dẫn đến hư hỏng cách điện Các lực từ cùng với các dòng này có thể làm biến dạng cuộn dây, trục và khớp nối cơ khí

Các rơle so lệch máy phát sẽ đưa tín hiệu đến máy cắt đầu cực máy phát và tác động cắt nhanh sự cố trong vùng bảo vệ

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc máy phát

Vùng tác động của bảo vệ là vùng giới hạn giữa các máy biến dòng nối ở hai đầu máy phát

 Ở chế độ hoạt động bình thường hoặc ngắn mạch ngoài

Dòng vào cuộn làm việc và cuộn hãm như hình vẽ dưới đây:

Hình 2.2: Dòng qua rơle so lệch khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

I là dòng sơ cấp, dòng thứ cấp và dòng từ hóa của máy biến dòng 2

+ I R' ,I R'' là dòng qua cuộn hãm thứ nhất và thứ hai

Dòng qua cuộn làm việc là hiệu hai dòng I’R và IR’’ vì chúng có chiều ngược nhau, do đó giá trị dòng điện qua cuộn làm việc rất nhỏ (chính là hiệu của hai dòng từ hóa máy biến dòng)

0

' '' '' '

Dòng qua cuộn hãm bằng tổng hai dòng I’R và IR’’ vì chúng cùng chiều nhau,

do đó tổng dòng qua cuộn hãm có giá trị lớn

' ''

'

R R

Từ (2-1) và (2-2), ta thấy: I H  I OP Do đó, bảo vệ sẽ không tác động ở chế độ làm việc bình thường hoặc sự cố ngoài vùng bảo vệ

 Khi xảy ra sự cố chạm chập trong vùng bảo vệ

Dòng vào cuộn làm việc và cuộn hãm như hình sẽ dưới đây:

Hình 2.3: Dòng điện qua rơle so lệch khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ

Dòng qua cuộn làm việc là tổng hai dòng I’R và IR’’ vì chúng cùng chiều nhau,

do đó giá trị dòng điện qua cuộn làm việc lớn

   ' ''

22 21 '' '

e e R

R

Dòng qua cuộn hãm bằng hiệu hai dòng I’R và IR’’ vì chúng ngược chiều nhau,

do đó tổng dòng qua cuộn hãm có giá trị rất nhỏ

0

' '' '' '

Từ (2-3) và (2-4), ta thấy: I OP  I H Do đó, bảo vệ sẽ tác động khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ

2.2.2 Bảo vệ so lệch ngang (87G-N)

a Sơ đồ hoạt động

Các vòng dây của máy phát chập nhau thường do nguyên nhân hư hỏng cách điện của dây quấn Có thể xảy ra chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một nhánh (cuộn dây đơn) hoặc giữa các vòng dây thuộc hai nhánh khác nhau trong cùng một pha, dòng điện trong các vòng dây bị chạm chập có thể đạt đến trị số rất lớn

Đối với máy phát điện mà cuộn dây stator là cuộn dây kép, khi có một số vòng dây chạm nhau sức điện động cảm ứng trong hai nhánh sẽ khác nhau tạo nên dòng điện cân bằng chạy quẩn trong các mạch vòng sự cố và đốt nóng cuộn dây có thể gây

ra hư hỏng nghiêm trọng Trong nhiều trường hợp khi xảy ra chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha nhưng bảo vệ so lệch dọc không thể phát hiện được, vì vậy cần phải đặt bảo vệ so lệch ngang để chống dạng sự cố này

Hình 2.4: a) Bảo vệ nguyên lý so lệch ngang có hãm; b) Đặc tính khởi động

Đối với máy phát công suất vừa và nhỏ chỉ có cuộn dây đơn, lúc đó chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha thường kèm theo chạm vỏ, nên bảo vệ chống chạm đất tác động (trường hợp này không cần đặt bảo vệ so lệch ngang)

Với máy phát công suất lớn, cuộn dây stator làm bằng thanh dẫn và được quấn kép, đầu ra các nhánh đưa ra ngoài nên việc bảo vệ so lệch ngang tương đối dễ dàng

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

b Nguyên lý làm việc

Trong chế độ làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài, sức điện động trong các nhánh cuộn dây stator bằng nhau nên I1T = I2T Khi đó:

T T

T

KCB T

T LV

→ IH > ILV nên bảo vệ không tác động

Khi xảy ra chạm chập giữa các vòng dây của hai nhánh khác nhau cùng một pha, giả thiết ở chế độ máy phát chưa mang tải, ta có: I1T = -I2T

KCB T

T

T T

T LV

→ ILV > IH nên rơle tác động cắt máy cắt đầu cực máy phát

2.2.3 Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây Stator

Mạng điện áp máy phát thường làm việc với trung tính cách điện với đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang nên dòng chạm đất không lớn lắm Tuy vậy, sự cố một điểm cuộn dây stator chạm lõi từ lại thường xảy ra, dẫn đến đốt cháy cách điện cuộn dây và lan rộng ra các cuộn dây bên cạnh gây ngắn mạch nhiều pha Vì vậy, cần phải đặt bảo vệ chống chạm đất một điểm cuộn dây stator

Xét sơ đồ mạng điện trung tính máy phát cách đất

jX

E I

jX

E I

jX

E I

Hình 2.5: Sơ đồ trung tính cách đất với các điện dung song song chế độ bình thường

 Chế độ sự cố chạm đất một pha

Hình 2.6: Sơ đồ trung tính cách đất với các điện dung song song chế độ sự cố

Khi có sự cố pha A chạm đất, do đó điện áp pha A bằng 0, còn điện áp hai pha còn lại tăng lên bằng điện áp dây (tức là tăng 3lần), đồng thời góc giữa hai pha B và

C thay đổi từ 1200 xuống còn 600 Kết quả, dòng sự cố chạm đất (I cf) bằng tổng hai dòng ở hai pha B và C (I  b I c)

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

Dòng điện ở mỗi pha B và C là:

c

n b

jX

E I

jX

E I

(2-13)

Do đó, dòng sự cố chạm đất là:

c n c

n c

b cf

X

E jX

E I

+ C là điện dung của mỗi pha so với đất

+ En là điện áp pha của máy phát

Nếu dòng chạm đất lớn cần phải đặt cuộn dập hồ quang (CDHQ), theo quy định của một số nước, CDHQ cần phải đặt khi:

vệ cần phải tác động cắt máy phát Phần lớn sự cố cuộn dây stator là chạm đất một pha

vì các cuộn dây cách điện nằm trong các rãnh lõi thép Để giới hạn dòng chạm đất trung tính máy phát thường nối đất qua một tổng trở Các phương pháp nối đất trung tính được trình bày trong hình 2.7

Nếu tổng trở trung tính đủ lớn dòng chạm đất có thể giới hạn nhỏ hơn dòng điện định mức máy phát Không có công thức tổng quát nào cho giá trị tối ưu của tổng trở giới hạn dòng

Nếu tổng trở trung tính quá cao, dòng chạm đất bé làm cho rơle không tác động Ngoài ra điện trở quá lớn sẽ xuất hiện hiện tượng cộng hưởng quá độ giữa các cuộn dây với đất và đường dây kết nối

Để tránh hiện tượng này khi tính chọn điện trở trung tính cực đại dựa dựa vào dung dẫn giữa 3 cuộn dây stator máy phát, thường yêu cầu:

R

3

Hình 2.7: Các phương án nối đất trung tính máy phát

 Phương án a: Trung tính nối đất qua điện trở cao Rđ (hình 2.7a) để giới hạn

dòng chạm đất nhỏ hơn 25A Một phương án khác cũng nối đất qua điện trở thấp cho phép dòng chạm đất có thể đạt đến 1500A

 Phương án b: Trung tính nối đất qua điện kháng (KĐ) có kháng trở bé (hình

2.7b), với phương án này cho phép dòng chạm đất lớn hơn khi dùng phương án a, giá trị dòng chạm đất khoảng (25÷100)% dòng ngắn mạch 3 pha

 Phương án c: Trung tính nối đất qua máy biến áp BA (hình 2.7c), điện áp

của cuộn sơ MBA bằng điện áp máy phát, điện áp của cuộn thứ MBA khoảng 120V hay 240V:

- Đối với sơ đồ có thanh góp cấp điện áp máy phát khi I

cf > 5 (A) cần phải cắt máy phát

- Đối với sơ đồ nối bộ MF-MBA thường I

cf < 5 (A) chỉ cần đặt bảo vệ đơn giản hơn để báo tín hiệu chạm đất stator mà không cần cắt máy phát

2.2.4 Bảo vệ chống quá điện áp (59)

Điện áp ở đầu cực máy phát có thể tăng cao quá mức cho phép khi có trục trặc

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

Khi mất tải đột ngột, điện áp ở đầu cực các máy phát thuỷ điện có thể đạt đến 200% trị số danh định là do hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quay của turbine nước

có quán tính lớn và khả năng vượt tốc của rotor máy phát cao hơn nhiều so với máy phát tuabin hơi

Ở các máy phát nhiệt điện (tuabin hơi hoặc tuabin khí) các bộ điều tốc làm việc với tốc độ cao, có quán tính bé hơn nên có thể khống chế mức vượt tốc thấp hơn, ngoài ra các tuabin khi hoặc hơi còn được trang bị các van STOP đóng nguồn năng lượng đưa vào tuabin trong vòng vài ms khi mức vượt tốc cao hơn mức chỉnh định

Mặt khác, các máy phát thuỷ điện nằm xa trung tâm phụ tải và bình thường phải làm việc với các mức điện áp đầu cực cao hơn điện áp danh định để bù lại điện áp giáng trên hệ thống truyền tải, khi mất tải đột ngột mức điện áp lại càng tăng cao

Quá điện áp ở đầu cực máy phát có thể gây tác hại cho cách điện của cuộn dây, các thiết bị đấu nối ở đầu cực máy phát, còn đối với các máy phát làm việc hợp

bộ với MBA sẽ làm bão hoà mạch từ của MBA tăng áp, kéo theo nhiều tác dụng xấu

Hình 2.8: Bảo vệ quá điện áp hai cấp đầu cực máy phát

Bảo vệ chống quá điện áp ở đầu cực máy phát thường có hai cấp (hình 2.8):

- Cấp 1 (59I ) với điện áp khởi động: UKĐ59I = 1,1UđmF (điện áp định mức MFĐ) Cấp 1 làm việc có thời gian và tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh kích từ

để giảm kích từ của máy phát

- Cấp 2 (59II) với điện áp khởi động: UKĐ59II = (1,3÷1,5)UđmF Cấp 2 làm việc tức thời, tác động cắt MC ở đầu cực máy phát và tự động diệt từ trường của máy phát

2.2.5 Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải

Mục đích đặt bảo vệ:

- Chống ngắn mạch trên các phần tử kề (thanh góp máy phát, máy biến áp, ) nếu bảo vệ của các phần tử này không làm việc

- Chống quá tải do hệ thống cắt giảm một số nguồn cung cấp

- Làm dự trữ cho BVSLD máy phát điện

Để thực hiện bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải ta có thể sử dụng các phương thức bảo vệ sau:

a Bảo vệ quá dòng thấp áp (Imax -U min )

Với các máy phát bé và trung bình, người ta thường sử dụng bảo vệ quá dòng điện có khoá điện áp thấp (hình 2.9) Bảo vệ thường có 2 cấp thời gian:

- Cấp 1 (2

I

) tác động cắt MC ở đầu cực máy phát (nếu nối với thanh góp điện áp máy phát) hoặc MC của bộ MF-MBA Cấp 1 được phối hợp với thời gian tác động của bảo vệ dự phòng của đường dây và MBA

- Cấp 2 (2

II

) tác động dừng máy phát nếu sau khi cắt MC đầu cực máy phát (có thanh góp điện áp máy phát) hoặc đầu hợp bộ (MF-MBA) mà dòng sự cố vẫn tồn tại (tức là sự cố xảy ra bên trong hợp bộ hoặc máy phát)

Khóa điện áp thấp cho phép phân biệt ngắn mạch với quá tải và cho phép bảo

vệ làm việc chắc chắn khi máy phát được kích từ bằng chỉnh lưu lấy điện từ đầu cực máy phát Trong trường hợp này dòng ngắn mạch sẽ suy giảm nhanh chóng khi xảy ra ngắn mạch tại đầu cực máy phát

Trong một số sơ đồ người ta còn dùng biện pháp đảm bảo cho bảo vệ tác động chắc chắn là chỉ lấy tín hiệu điện áp thấp sau khi rơle dòng điện đã trở về do sự suy giảm dòng ngắn mạch

Dòng điện khởi động của rơle quá dòng 50 (khi bảo vệ quá dòng có khoá điện

áp thấp 27):

max

tv BI

at

K n

K

với Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất qua cuộn thứ cấp của BI

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

Hình 2.9: Bảo vệ quá dòng điện có khóa điện áp thấp

b Bảo vệ dòng thứ tự nghịch

Dòng điện thứ tự nghịch có thể xuất hiện trong cuộn dây stator máy phát khi xảy ra đứt dây (hoặc hở mạch một pha), khi phụ tải không đối xứng hoặc ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống

Quá tải không đối xứng nguy hiểm hơn quá tải đối xứng rất nhiều vì nó tạo nên từ thông thứ tự nghịch φ2 biến thiên với vận tốc 2ω gấp hai lần tốc độ của rotor, làm cảm ứng trên thân rotor dòng điện lớn đốt nóng rotor và máy phát

Dòng thứ tự nghịch I2 càng lớn thì thời gian cho phép tồn tại càng bé, vì vậy bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch có thời gian tác động t phụ thuộc tỉ lệ nghịch với dòng I2:

2 2

2 2 1

K I

I

K t

- α là hằng số đối với từng loại rơle cụ thể

- I2cp: dòng thứ tự nghịch cho phép vận hành lâu dài, nó phụ thuộc vào chủng loại máy phát, công suất và hệ thống làm mát của cuộn dây rotor

- IđmF: dòng điện định mức của máy phát

Hình 2.10: Bảo vệ dòng thứ tự nghịch cho máy phát

Bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc tỷ lệ nghịch theo quan hệ t = f(I2) (hình a) và đặc tính thời gian độc lập hai cấp (hình b): cấp 1 cảnh báo và cấp 2 cắt máy cắt

Hình 2.11: a) Đặc tính thời gian phụ thuộc; b) Đặc tính thời gian độc lập hai cấp

2.2.6 Bảo vệ chống mất kích từ

Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra mất kích từ do hư hỏng trong mạch kích thích (do ngắn mạch hoặc hở mạch), hư hỏng trong hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, thao tác sai của nhân viên vận hành Khi máy phát bị mất kích từ

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

thường dẫn đến mất đồng bộ ở stator và rotor Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên cuộn rotor nguy hiểm cho cách điện cuộn dây

Ở chế độ vận hành bình thường, máy phát điện đồng bộ làm việc với sức điện động E cao hơn điện áp đầu cực máy phát UF (chế độ quá kích thích, đưa công suất phản kháng Q vào hệ thống, Q > 0)

Khi máy phát làm việc ở chế độ thiếu kích thích hoặc mất kích thích, sức điện động E thấp hơn điện áp UF, máy phát nhận công suất phản kháng từ hệ thống (Q < 0)

Như vậy khi mất kích từ, tổng trở đo được đầu cực máy phát sẽ thay đổi từ Zpt

(tổng trở phụ tải nhìn từ phía máy phát) nằm ở góc phần tư thứ nhất trên mặt phẳng tổng trở phức sang ZF (tổng trở của máy phát nhìn từ đầu cực của nó trong chế độ Q < 0) nằm ở góc phần tư thứ tư trên mặt phẳng tổng trở phức

Hình 2.12: a) Thay đổi hướng công suất Q; b) Thay đổi tổng trở đo được ở cực máy

phát; c) Giới hạn thay đổi của công suất máy

Khi xảy ra mất kích từ, điện kháng của máy phát sẽ thay đổi từ trị số Xd (điện kháng đồng bộ) đến trị số X’d (điện kháng quá độ) và có tính chất dung kháng Vì vậy

để phát hiện mất kích từ ở máy phát điện, chúng ta có thể sử dụng một rơle điện kháng cực tiểu có X’d < Xkđ < Xd với đặc tính vòng tròn có tâm nằm trên trục -jX của mặt phẳng tổng trở phưc

Đặc tính khởi động của rơle điện kháng cực tiểu hình 2.12b có thể nhận được

từ sơ đồ nguyên lý hình 2.13a

Tín hiệu đầu vào của rơle là điện áp dây Ubc lấy ở đầu cực máy phát và dòng điện pha Ib, Ic lấy ở các pha tương ứng Điện áp sơ cấp UBC được đưa qua biến áp trung gian BUG sao cho điện thứ cấp có thể lấy ra các đại lượng a.UBC và b.UBC (với b > a) tương ứng với các điểm A và B trên đặc tính điện kháng khởi động ở hình 2.12b

Hình 2.13: a) Sơ đồ bảo vệ chống mất kích từ dùng rơle điện kháng cực tiểu;

b) Đồ thị vectơ; c) Dạng sóng của các đại lượng

Khi mất kích từ, dòng điện chạy vào máy phát mang tính chất dung và vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 900 Hiệu dòng điện các pha B và C thông qua biến dòng cảm kháng BIG tạo nên điện áp phía thứ cấp UD vượt trước dòng điện IBC

một góc 900 Như vậy góc lệch pha giữa hai véctơ điện áp UD và UBC là 1800

Điện áp đưa vào các bộ biến đổi dạng sóng (hình sin sang hình chữ nhật) S1 và

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

D

BC U U a U

1

2

Hậu quả của việc mất đồng bộ gây nên sự dao động công suất trong hệ thống

có thể làm mất ổn định kéo theo sự tan rã hệ thống điện, ngoài ra nó còn tạo ra các ứng suất cơ nguy hiểm trên một số phần tử của máy phát Để phát hiện sự cố này có thể sử dụng nguyên lý đo tổng trở đầu cực máy phát

Trên hình 2.14 trình bày đặc tính biến thiên của mút véctơ tổng trở đo được trên đầu cực máy phát trong quá trình sự cố và xảy ra dao động điện trong hệ thống Ở chế độ vận hành bình thường, mút véctơ tổng trở nằm ở vị trí điểm A

Hình 2.14: Hành trình của vectơ tổng trở Z khi xảy ra sự cố và dao động

Khi xảy ra ngắn mạch, mút véctơ dịch chuyển từ A đến B, sau khi bảo vệ cắt ngắn mạch véctơ tổng trở nhảy từ B sang C và nếu xảy ra dao động, mút véctơ ở chu

kì đầu tiên sẽ dịch chuyển theo quĩ đạo 2 Hành vi này của véctơ tổng trở khi có dao động điện có thể được phát hiện bằng một rơle với đặc tính khởi động như trên hình 2.15a

Hình 2.15a là đặc tính khởi động có dạng hình elíp hoặc thấu kính 1 và dạng điện kháng 2 kết hợp với nhau theo nguyên lý “và” Khi có dao động nếu quỹ đạo của mút véctơ Z đi vào miền khởi đoọng ở điểm M và ra khỏi miền khởi động ở điểm N dưới đặc tuyến 2 (hình 2.15a) có nghĩa là tâm dao động (tâm điện) nằm trong miền tổng trở của bộ MF-MBA, bảo vệ sẽ tác động cắt máy phát ngay trong chu kì dao động đầu tiên

Hình 2.15: a) Đặc tính khởi động hình thấu kính để phát hiện dao động điện;

b) Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống trượt cực từ

Nếu tâm dao động nằm ở phía hệ thống quỹ đạo của mút véctơ Z sẽ nằm cao hơn đặc tuyến 2, khi ấy bảo vệ sẽ tác động cắt sau một số chu kì định trước Trên hình 2.15b trình bày sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống trượt cực từ, bảo vệ gồm bộ phận đo khoảng cách với đặc tuyến thấu kính 1 kết hợp với bộ phận hạn chế theo điện kháng 2

để giới hạn miền tác động từ phía hệ thống, bộ phận đếm chu kì dao động 3 để cắt máy phát khi số chu kì đạt trị số đặt trước

Ở phía cao áp của MBA có đặt thêm bộ phận định hướng công suất 4 thực

Chương 2: Các bảo vệ chính của máy phát điện

Thay vì đặc tuyến tổng trở kết hợp 1 và 2 trên hình 2.15a người ta có thể sử dụng đặc tuyến hình chữ nhật như trên hình 2.16a để phát hiện dao động điện

Hình 2.16: a) Đặc tính khởi động hình chữ nhật để phát hiện dao động điện; b) Quan hệ giữa mức quá tải và thời gian quá tải cho phép của cuộn dây MF

2.2.8 Bảo vệ chống luồng công suất ngược

Công suất sẽ đổi chiều từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp năng lượng cho Tuabin (dầu, khí, hơi nước hoặc dòng nước ) bị gián đoạn Khi đó máy phát điện sẽ làm việc như một động cơ tiêu thụ công suất từ hệ thống Nguy hiểm của chế độ này đối với các máy phát nhiệt điện là Tuabin sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén lượng hơi thừa trong Tuabin làm cho cánh Tuabin có thể phát nóng quá mức cho phép Đối với các máy phát điezen chế độ này có thể làm nổ máy

Để bảo vệ chống chế độ công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công suất tác dụng của máy phát Yêu cầu rơle hướng công suất phải có độ nhạy cao để phát hiện được luồng công suất ngược với trị số khá bé (thường chỉ bù đắp lại tổn thất cơ của máy phát trong chế độ này) Với các máy phát điện Tuabin hơi, công suất khởi động ΔP bằng:

hai cấp tác động: cấp 1 với thời gian khoảng (2 ÷ 5)s sau khi van STOP khẩn cấp làm việc và cấp thứ 2 với thời gian cắt máy khoảng vài chục giây không qua tiếp điểm của van STOP (hình 2.17)

Hình 2.17: Sơ đồ bảo vệ chống công suất ngược

Chương 3: Tổng quan về rơle số REG216 và phần mềm CAP 2/316

Rơle số REG216 và hệ thống tích hợp liên quan được dùng cho hệ thống bảo

vệ máy phát điện đa chức năng và khối máy phát - máy biến áp

Một số chức năng bảo vệ khác nhau có trong phần mềm ứng dụng và được lưu trữ cố định trong hệ thống rơle REG216 Các chức năng cần thiết để bảo vệ một thiết

bị cụ thể được chọn, kích hoạt và cài đặt riêng biệt Một chức năng bảo vệ đặc biệt có thể được sử dụng nhiều lần trong sơ đồ bảo vệ khác nhau Các tín hiệu như sự phân công ngắt, báo hiệu… và các tín hiệu logic tới các đầu vào và đầu ra đều được xác định bởi việc cấu hình phần mềm phù hợp

Các phần cứng của hệ thống có cấu trúc mô-đun Một số thiết bị điện tử và các

bộ vào ra I/O được cài đặt Ví dụ, để tăng số lượng các chức năng bảo vệ hoặc các mục đích dự phòng, có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của thiết bị đặc biệt

Do được thiết kế mô-đun kèm theo khả năng lựa chọn bảo vệ và các chức năng khác nên rơle số REG216 có thể phù hợp cho việc bảo vệ máy phát điện cỡ nhỏ, vừa và lớn cũng như động cơ lớn, máy biến áp, máy động lực… Các bộ phận điều khiển của REG216 có thể thực hiện thu thập dữ liệu và kiểm soát, giám sát chức năng trong các trạm biến áp trung thế, cao thế

Dưới đây là các đặc điểm nổi bật của rơle số REG216:

- Mô-đun phần cứng

- Các chức năng bảo vệ có lựa chọn

- Hỗ trợ cài đặt với máy tính

- Xử lý tín hiệu số đầy đủ

- Tự giám sát liên tục của phần cứng

- Các thủ tục kiểm tra định kỳ được thực hiện bằng phần mềm

- Thiết lập các thông số và cài đặt việc ghi lại bằng máy tính

- Hiển thị sự kiện, sự xác nhận và bản in

+ 216NG61/62/63 : nguồn cung cấp phụ (Bộ chuyển đổi DC/DC)

+ 216VC62a : Bộ xử lý trung tâm

+ 216EA61 : Bộ đầu vào I/P tương tự (bộ chuyển đổi A/D)

+ 216AB61 : Bộ đầu ra O/P nhị phân

+ 216DB61 : Bộ đầu vào I/P nhị phân và bộ ngắt

+ WU, WI : máy biến dòng (VT), máy biến áp (CT)

+ W1…W12 : đầu vào của VT và CT

+ UB : nguồn một chiều phụ

+ X…M : đo lường đầu vào

+ X… : nguồn phụ và tín hiệu

+ X20,21 : 25 chân cáp kết nối tiêu chuẩn

+ X22 : 15 chân cáp kết nối tiêu chuẩn

+ X10…13 : 20 chân cáp kết nối

+ 1) : 25 lõi cáp tiêu chuẩn 0.25mm

+ 2) : đầu dây đơn 1.5mm

Chương 3: Tổng quan về rơle số REG216 và phần mềm CAP 2/316

Các hệ thống chính của máy biến dòng (CT) và máy biến điện áp (VT) nối trực tiếp tới bộ biến áp đầu vào 216GW61 Các tín hiệu đầu vào đo lường giảm xuống đến mức độ thích hợp cho việc xử lý bởi các mạch điện tử (tín hiệu tương tự) và được truyền thông qua hệ thống cáp tới bộ 216EA61

Các tín hiệu đo được từ hệ thống sơ cấp, sẽ được so sánh liên tục bởi bộ xử lý 216VC62a dựa trên các cài đặt của những chức năng bảo vệ Nếu một chức năng bảo vệ được chọn, tín hiệu tương ứng hoặc lệnh ngắt được truyền thông qua các bus B448C tới

bộ O/P 216AB61 tương ứng Việc cấp phát các tín hiệu và lệnh ngắt tại bộ O/P của các chức năng bảo vệ tới các kênh khác nhau của các bộ đầu vào 216AB61 hoặc của bộ ngắt

và tín hiệu I/P 216DB61 cũng được xác định do phần mềm cài đặt trong các bộ xử lý 216VC62a

Các tín hiệu đầu ra từ các bộ 216AB61 (kênh tín hiệu) và bộ 216DB61 (kênh ngắt) điều khiển các rơle phụ K1 K16 của bộ rơle O/P 216GA61 hoặc bộ rơle ngắt 216GA62 Các rơle phụ được nối với thiết bị đầu cuối để đưa tín hiệu ra bên ngoài và mạch ngắt

Các tín hiệu đầu vào bên ngoài nối tới bảo vệ nhằm hỗ trợ các rơle phụ K1 K16 trong bộ rơle I/P 216GE61 Các điểm tiếp xúc tự do của K1 K16 truyền các tín hiệu từ bên ngoài tới bộ 216DB61 và sau đó đến bus B448C Với cấu hình thích hợp của phần mềm trong bộ xử lý 216VC62a, các tín hiệu bên ngoài có thể được phân tới các chức năng bảo vệ khác nhau Ví dụ: sự kết hợp logic (lồng vào nhau và ngăn chặn) với tín hiệu ngắt hay cho các kênh ngắt 1 8

Mạch ngắt 1 8 có thể được hỗ trợ trực tiếp bởi tất cả hoặc chỉ một số kênh I/P 1 10(K1 K10) của bộ 216GE61 thông qua ma trận đi-ốt (ngắt logic) của 216GA62 Bộ

dự phòng dùng trong một số kênh 9 16 (K9 K16) của bộ 216GE61 cũng được sử dụng

để giám sát mạch ngắt bên ngoài 1 8 thay cho nối với bên ngoài

Để cung cấp cho các bộ điện tử, bảo vệ phải được nối với một nguồn DC phụ bên ngoài Các nguồn DC phụ là các bộ 216NG61, 216NG62 hay 216NG63 (bộ chuyển đổi DC/DC ) giảm từ điện áp nguồn pin xuống đến 24V và tạo ra cách điện giữa điện áp đầu vào và đầu ra Nguồn 24 V phân phối cho các bộ được lắp trong giá thiết bị thông qua bus song song B448C Bộ nguồn 216NG61, 216NG62 hoặc 216NG63 cũng cung cấp cho các mạch điện tử trên bộ I/O Một giá thiết bị 216MB66 có thể được trang bị

Chương 3: Tổng quan về rơle số REG216 và phần mềm CAP 2/316

với chỉ một hoặc hai bộ nguồn dự phòng DC phụ 216NG6, 216NG62 hoặc 216NG63 Bộ

dự phòng có thể được nối tới nguồn pin giống hoặc khác nhau

Tất cả các cấu hình phần mềm (gồm lựa chọn, thiết lập chức năng bảo vệ) và nhiệm vụ của tín hiệu tới đầu vào và đầu ra, được thực hiện thông qua cổng giao diện nối tiếp RS-423 trên bộ vi xử lý 216VC62a Các vị trí nối tương ứng là 25 chân lỗ X2 trên mặt trước của bộ xử lý, ở đó máy tính cá nhân cũng được kết nối

b Phần cứng

 Vị trí giá thiết bị loại 216MBx

Hình 3.2: Vị trí của các bộ điện tử trong giá thiết bị loại 216MBx

Hình 3.2 trình bày về sự sắp xếp của các bộ điện tử trong giá thiết bị Các giá đỡ thiết bị được chia thành 21 ngăn Ngăn 1-3 và 19-21 luôn được sử dụng cho nguồn DC phụ 216NG61, 216NG62 hoặc 216NG63 Theo nguyên tắc, các bộ điện tử có thể nằm trong bất kỳ ngăn chính từ ngăn 4 đến ngăn 18 (gồm 216VC62a là bộ xử lý trung tâm, 216EA61 là bộ đầu vào tương tự, 216AB61 là bộ đầu ra nhị phân, 216DB61 là bộ đầu vào nhị phân và bộ ngắt), được kết nối qua hệ thống cáp cài đặt tương ứng

 Nguồn cung cấp phụ

Một hệ thống giá thiết bị 216MB6 được trang bị với một hoặc hai nguồn dự phòng DC phụ (bộ chuyển đổi DC/DC ) Tất cả các bộ điện tử và các mô-đun I/O được thiết kế để hoạt động với nguồn DC phụ dự phòng Miễn là một trong hai nguồn 24V có sẵn và các hoạt động của tất cả các chức năng được bảo đảm Các bus song song B448C

có hai nguồn DC dự phòng theo các đường cung cấp USA và USB Các bộ 216NG6 cung cấp nguồn DC cho các mô-đun I/O Điện áp UP phụ tương ứng (24 V)/ZP (0V) được phân phối cho mô-đun I/O thông qua một khối thiết bị đầu cuối

Chú thích hình 3.3:

+ USA, USB : dây nguồn phụ 24V DC

+ ZD : dây trở lại nguồn phụ 0V

+ SML : dây cảnh báo bình thường “khuyết điểm hệ thống”

+ CK : dây cảnh báo stand-by “stand-by”

+ Red : mạch “ dự phòng” (nối tới mạch dự phòng 216NG6)

+ F100 : cầu chì : 216NG61 6.3A

+ K100 : rơle tín hiệu phụ “hư hỏng 24V”

+ UP : dây nguồn phụ cho mo-đun I/O 24V

+ ZP : dây trở lại nguồn phụ cho mo-đun I/O 0V

Giá 216MB66 với 1 bộ nguồn cung cấp phụ loại 216NG6: Đầu cắm A và B

đều phải được cắm vào

- Loại 216NG6 cung cấp cho cả hai nguồn phụ USA và USB trên B448C

- Các mô-đun I/O có một nguồn cung cấp duy nhất

Giá 216MB66 với 2 bộ nguồn cung cấp phụ loại 216NG6.: Đầu cắm A và B

trên tất cả các bộ 216NG6 phải được cắm vào

- Dây nguồn USA và USB được cấp riêng bởi hai bộ dự phòng 216NG6

- Các mô-đun I/O được cấp riêng bởi hai bộ dự phòng 216NG6

Nó cũng có thể sử dụng cho bộ 216NG6 thứ nhất để cấp cho các bus song song, các bộ điện tử và sử dụng cho bộ 216NG6 thứ hai để cung cấp mô-đun I/O Trong trường hợp này:

- Đầu cắm A và B trên bộ 216NG6 thứ nhất phải được cắm vào

- Đầu cắm A và B trên 216NG6 thứ hai phải được rút ra

Bộ nguồn cung cấp DC 216NG6 giảm điện áp pin UB sang 24 VDC và tạo ra sự cách điện giữa I/P và O/P Tùy thuộc vào điện áp pin UB mà ta có các loại được cài đặt như sau:

- 216NG61: với UB = 48/60 VDC ± 25%

- 216NG62: với UB = 110/125 VDC ± 25%

- 216NG63: với UB = 220/250 VDC ± 25%

Chương 3: Tổng quan về rơle số REG216 và phần mềm CAP 2/316

 Các bus song song và các bộ điện tử

Các bộ điện tử được thiết kế và đặt trong một giá đỡ thiết bị với kích thước tiêu chuẩn 19 inch, 6U (1U= 44,45mm) Một giá thiết bị loại này được chia thành 21 ngăn tiêu chuẩn Việc trao đổi dữ liệu thông qua các bus song song B448C được kiểm soát và giám sát bởi tất cả các bộ có sẵn

Hệ thống bảo vệ dựa trên một bus dữ liệu với xử lý tín hiệu kỹ thuật số cho hầu hết các chức năng, tín hiệu điều kiện, đầu vào tương tự và số, xử lý và chuyển đổi A/D, đầu ra tín hiệu

Các thành phần của hệ thống gồm:

- Bộ xử lý 216VC62a (hình 3.4):

Tất cả các chức năng logic và bảo vệ đều được lưu như là thư viện mô-đun phần mềm trong bộ vi xử lý 216VC62a Các cài đặt cho các chức năng hoạt động và cấu hình của bảo vệ, ví dụ như phân công tín hiệu I/P và O/P, cũng được lưu trong bộ này

Bộ 216VC62a được dùng như là bộ vi xử lý và giao diện nối tới bus IBB trong

hệ thống giám sát SMS và hệ thống tự động Các giao thức giao tiếp có giá trị là:

+ Phần mềm ứng dụng trên Flash EPROM

+ Hoạt động dữ liệu trên RAM

+ Cài đặt trên Flash EPROM không thay đổi

+ Kết nối bằng cổng RS-423 cho hoạt động máy tính

+ Kết nối tới trạm điều khiển với sự chuyển tiếp thông tin

+ Khóa thời gian đồng bộ cho việc ghi thời gian các sự kiện

+ Sự kiện không đổi và bộ nhớ sự cố

+ Yêu cầu không gian: hai ngăn