Nghiên cứu ứng dụng rơ le kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110 kv nhà máy nhiệt điện mông dương 1

PHẠM VĂN TIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG 1... Vì vậy đề tài "Nghiên cứu ứng dụng rơ le kỹ thuật số bảo vệ trạm biến á

PHẠM VĂN TIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG 1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015

PHẠM VĂN TIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG 1

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi Các số liệu,kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội,ngày 15 tháng 10 năm 2015

Tác giả luận văn

Phạm Văn Tiệp

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 3

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG 1 3

1.1 Sơ lược lịch sử của trạm 3

1.2 Các thông số phía 110 kV của trạm 4

1.3 Các thông số kỹ thuật phía 10,5 kV của trạm 7

1.4 Các thiết bị bảo vệ trạm 9

Ch-¬ng 2:GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI RƠ LE KỸ THUẬT SỐ ĐANG SỬ DỤNG TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 11

2.1 Rơle kỹ thuật số 7UT613 11

2.1.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 11

2.1.2 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613 14

2.1.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 15

2.1.4 Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 18

2.1.5 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 19

2.1.6 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT 23

2.1.7 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 23

2.1.8 Chức năng bảo vệ chống quá tải 24

2.1.9 Đánh giá rơle kỹ thuật số 7UT613 25

2.2 R¬le kü thuËt sè REG316*4 cña h·ng ABB- Thôy §iÓn 25

2.2.1 Giíi thiÖu kh¸i qu¸t chung vÒ r¬le REG316*4 25

2.2.2 C¸c th«ng sè kü thuËt cña r¬le REG316*4 26

2.2.3 Chøc n¨ng b¶o vÖ cña r¬le REG316*4 28

2.3.1 Giới thiệu về rơle bảo vệ quá dòng 7SJ62 40

2.3.2 Các thông số kỹ thuật của rơle 7SJ62 40

2.3.3 Các chức năng đầy đủ 42

2.3.4 Nguyên lý hoạt động 45

2.3.5 Các rơ le đầu ra lệnh và tín hiệu 48

2.3.6 Bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập ( 50 và 50N) 48

2.3.7 Bảo vệ quá dòng thời gian phụ thuộc 49

2.4 Giíi thiÖu r¬le kü thuËt sè MICOM cña h·ng ALSTOM- Ph¸p 51

2.4.1 Giíi thiÖu vÒ r¬le MICOM.P122C 51

2.4.2 Giíi thiÖu hä r¬le kü thuËt sè MICOM P63X (P631; P632; P63X: P634) cña h·ng ALTOM: 56

2.5 Rơle bảo vệ quá dòng số 7SJ64 62

2.5.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ64 62

2.5.2 Các thông số kỹ thuật của rơle 7SJ64** 62

2.5.3 Các chức năng của 7SJ64 65

2.5.4 Đặc điểm cấu trúc của 7SJ64 68

2.5.5 Chức năng bảo vệ quá dòng điện có thời gian 69

2.5.6 Đánh giá rơle 7SJ64 72

2.6 Lựa chọn rơle kỹ thuật số 73

Chương 3:TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠ LE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG 1 74

3.1 Bảo vệ quá tải máy biến áp (MBA) 75

3.1.1 Phía 110kV 75

3.1.2 Phía 10kV 75

3.2 Bảo vệ quá dòng 77

3.3 Bảo vệ so lệch dọc 80

3.3.1 Xõy dựng đặc tớnh bảo vệ so lệch dọc 82

3.3.2 Kiểm tra sự làm việc và độ nhạy của bảo vệ 84

3.4 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế, I0 /(87N) 87

3.5.Khúa súng hài 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

PHỤ LỤC 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Bảng 1.1 Thụng số kỹ thuật của cỏc thiết bị điện phớa 110kV 4

Bảng 1.2 Thụng số kỹ thuật của mỏy cắt 5

Bảng 1.3 Chu trỡnh thao tỏc O– 0,3s – CO – 3min CO – CO – 15s – C 5

Bảng 1.4 Thụng số kỹ thuật mỏy biến dũng 5

Bảng 1.5 Thụng số kỹ thuật mỏy biến điện ỏp 6

Bảng 1.6 Thụng số kỹ thuật của dao cỏch ly cao ỏp 6

Bảng 1.7 Thụng số kỹ thuật của mỏy biến ỏp 6

Bảng 1.8 Thụng số kỹ thuật của chống sột van 7

Bảng 1.9 Thụng số kỹ thuật của cỏc thiết bị điện phớa 10,5kV 7

Bảng 1.10 Thụng số kỹ thuật của mỏy cắt 8

Bảng 1.11 Thụng số kỹ thuật mỏy biến dũng 8

Bảng 1.12 Thụng số kỹ thuật mỏy biến điện ỏp 8

Bảng 1.13 Thụng số kỹ thuật của dao cỏch ly cao ỏp 9

Bảng 1.14 Thụng số kỹ thuật của chống sột van 9

- Bảo vệ so lệch cho mỏy phỏt điện, động cơ điện, đường dõy ngắn hoặc thanh gúp cỡ nhỏ 12

Bảng 2.1 Cài đặt thụng số rơle 7UT613 18

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của rơle REG316*4 26

Bảng 2.3 Thông số bảo vệ quá nhiệt của rơle REG316*4 28

Bảng 2.4 Thông số bảo vệ quá dòng có thời gian xác định 29

Bảng 2.5 Thông số bảo vệ quá dòng có h-ớng 29

Bảng 2.6 Thông số bảo vệ so lệch máy phát của REG316*4 30

Bảng 2.7 Thông số bảo vệ so lệch máy biến áp của REG316*4 31

Bảng 2.8 Thông số bảo vệ qúa dòng cắt nhanh của REG316*4 31

Bảng 2.9 Thông số bảo vệ quá dòng có kiểm soát áp thấp 32

Bảng 2.12 Thông số bảo vệ dòng mất cân bằng pha 34

Bảng 2.13 Thông số bảo vệ qúa áp của REG316*4 34

Bảng 2.14 Thông số bảo vệ chống mất kích từ của REG316*4 35

Bảng 2.15 Thông số bảo vệ quá tải Stator của REG316*4 36

Bảng 2.16 Thông số bảo vệ qúa kích từ của REG316*4 38

Bảng 2.17 Thông số kỹ thuật của rơle MICOM.P122C 51

Bảng 3.1 Cỏc thụng số kỹ thuật của mỏy biến ỏp\ 74

Bảng 3.2 Kết quả tớnh ngắn mạch ở cỏc phớa 74

Bảng 3.3 Cài đặt nhiệt độ ở cỏc phớa 76

Bảng 3.4 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phớa 10,5kV 77

Bảng 3.6 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phớa 110kV 78

Bảng 3.7 Bảo vệ cực đại ngưỡng cao phớa 110kV 79

Bảng 3.8 Cỏc thụng số bảo vệ so lệch dọc 80

Bảng 3.9 Cài đặt giá trị vào rơle 7UT613 86

Bảng 3.10 Kết quả tớnh toỏn bảo vệ chạm đất 88

Bảng 3.11 Cài đặt thụng số cho mỏy biến ỏp 88

Bảng 3.12 Cài đặt thụng số cho rơle phớa 110 kV 89

Bảng 3.13 Cài đặt thụng số cho rơle phớa 10,5 kV 90

Hỡnh 2.1 : Rơle so lệch 7UT 613 11

Hỡnh 2.2: Cấu trỳc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 16

Hỡnh 2 3 Nguyờn lớ bảo vệ so lệch dũng điện trong rơle 7UT613 19

Hỡnh 2.4 Đặc tớnh tỏc động của rơle 7UT613 20

Hỡnh 2.5 Đặc tớnh hóm của rơle 7UT613 21

Hỡnh 2.6 Nguyờn lớ bảo vệ chống hạn chế trong 7UT613 23

Hỡnh 2.7 Đặc tớnh tỏc động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 23

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý các khối của rơle REG316*4 26

Hình 2.9: Đặc tính bảo vệ chống mất kích từ 35

Hình 2.10: Đặc tính bảo vệ quá tải stator của REG316*4 35

Hình 2.11: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối thêm điện trở trong mạch máy phát dùng rơle số REG316*4 36

Hình 2.12: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối thêm biến điện áp ở trung tính máy phát dùng rơle số REG316*4 37

Hình 2.13: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối thêm biến điện áp ở đầu cực máy phát dùng rơle số REG316*4 37

Hình 2.14: Sơ đồ bảo vệ cuộn rotor chống chạm đất có nối thêm điện trở trong mạch 38

Hình 2.15: Bảo vệ mất cân bằng điện áp của REG316*4 39

Hình 2.16: Đặc tính bảo vệ qúa dòng có thời gian phụ thuộc của rơle P122C 54

Hình 2.17: Sơ đồ chức năng giám sát mạch cắt của rơle P122C 55

Hình 2.18 Sơ đồ đặc tính tác động bảo vệ so lệch họ rơle P63X 59

Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất 60

Hỡnh 2.20 Biểu đồ chức năng của 7SJ64 67

Hình 2.23: Sơ đồ đấu dây trong mạch điều khiển chiều động cơ 68 Hình 2.24 Cấu trúc phần cứng của 7SJ64 70 Hình 2.25 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng 71 Hình 3.1 Sơ đồ nối dây rơle 7UT613 cho máy biến áp 3 cuộn dây trung tính máy biến áp nối đất trực tiếp 81 Hình 3.2 Đường đặc tính làm việc của rơle 7UT613 84

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Điện năng là nguồn năng lượng rất quan trọng đối với cuộc sống con người, được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Khi thiết kế

và vận hành hệ thống điện bất kỳ cần phải quan tâm đến khả năng phát sinh

hư hỏng và tình trạng làm việc bình thường của nó Để đảm bảo cho lưới điện vận hành an toàn, ổn định thì không thể thiếu các thiết bị bảo vệ và tự động hoá Hệ thống rơle bảo vệ có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố, phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống, khắc phục chế độ làm việc không bình thường, hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống

Vì vậy đề tài "Nghiên cứu ứng dụng rơ le kỹ thuật số bảo vệ trạm

biến áp 110 kV nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1" mang tính cấp thiết, có

ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu, đánh giá tổng quan về hiện trạng hệ thống rơle bảo vệ trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1

- Nghiên cứu, đánh giá tổng quan về các loại rơle kỹ thuật số hiện đang

sử dụng ở trong nước và ngoài nước, lựa chọn rơle kỹ thuật số phù hợp bảo vệ trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1

- Tính toán, chỉnh định các hình thức bảo vệ trạm biến áp 110kV nhà

3 Đối tượng nghiên cứu

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan các chức năng bảo vệ của rơle kỹ thuật số trong trạm biến áp

- Tính toán chỉnh định và cài đặt các rơle kỹ thuật số nhằm đảm bảo an toàn khi vận hành trạm biến áp

5 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập và thống kê số liệu, nghiên cứu đánh giá tổng quan về hiện trạng hệ thống rơle bảo vệ trong trạm

- Nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với phương tiện công cụ hiện đại để tính toán chỉnh định và xây dựng đặc tính bảo vệ

6 Nội dung nghiên cứu

- Giới thiệu tổng quan về trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1

- Nghiên cứu lựa chọn rơle kỹ thuật số trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1

- Tính toán chỉnh định rơle kỹ thuật số bảo vệtrạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài nghiên cứu, đánh giá tổng quan vềcác loại rơle kỹ thuật số hiện đang sử dụng ở trong nước và nước ngoài, lựa chọn và tính toán chỉnh định rơle kỹ thuật số phù hợp với điều kiện thực tế, làm tài liệu để tham khảo cho các kỹ thuật viên và sinh viên ngành cơ điện

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 3 chương, 44 bảng,27 hình vẽ và đồ thị được trình bày trong

104 trang

Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Điện khí hóa, Trường Đại học Mỏ

- Địa chất Trong quá trình thực hiện tác giả nhận được sự tận tình chỉ bảo của

TS Bùi Đình Thanh, cũng như các ý kiến đóng góp quý báu của các nhà khoa học trong lĩnh vực Điện khí hoá, các cán bộ giảng dạy của Bộ môn Điện khí hoá Tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, các quí thầy,

cô, các bạn bè, đồng nghiệp

Tác giả xin chân thành cám ơn!

Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG 1

1.1 Sơ lược lịch sử của trạm

Để đáp ứng quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2006 – 2015

và nhu cầu phát triển kinh tế xã hội khu vực Đông Bắc, nhiệm vụ cung cấp điện cho khu vực hết sức quan trọng.Vì vậy ngày 22 tháng 10 năm 2011 tập đoàn điện lực Việt Nam phối hợp với ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ninh đã khởi công xây dựng nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1 tại tổ 8 phường Mông Dương thành phố Cẩm Phả tỉnh Quảng Ninh Đến ngày 06 tháng 01 năm

2015 tổ máy số 1 của nhà máy đã hòa điện lần đầu thành công vào lưới điện

nhiệt điện Mông Dương 1 được bố trí một trạm phân phối 110 kV để nhận điện từ lưới về cung cấp điện tự dùng phục vụ cho chạy thử, khởi động tổ máy

Trạm phân phối 110 kV gồm một hệ thống 2 thanh cái, bố trí máy cắt theo

sơ đồ 2 thanh cái có máy cắt liên lạc với 5 ngăn gồm:

- Ngăn 1: Nối từ thanh cái C11 qua máy cắt 131 đến máy biến áp 110/10,5

kV cấp điện tự dùng cho nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1

- Ngăn 2: Nối từ thanh cái C11 đến thanh cái C12 thông qua máy cắt liên lạc MC 112

- Ngăn 3: Nối từ đường dây 110 kV số 1 Tiên Yên – Mông Dương qua máy cắt 171 đến thanh cái C11, lấy điện về sân phân phối 110 kV

- Ngăn 4: Nối từ đường dây 110 kV số 2 Tiên Yên – Mông Dương qua máy cắt 172 đến thanh cái C12, lấy điện về sân phân phối 110 kV

- Ngăn 5: Nối từ thanh cái C12 qua máy cắt 132 đến máy biến áp 110/10,5

kV cấp điện tự dùng cho nhà máy nhiệt điện Mông Dương 2

- Thanh cái của trạm 110 kV là các dây dẫn nhôm lõi thép tăng cường, một pha Toàn bộ thanh cái và dây dẫn trong trạm 110 kV sử dụng dây ACSR 300/39 riêng đường 2 lộ đường dây từ Tiên Yên- Mông Dương về sử dụng dây ACSR 185/29

- Các thanh cái được treo trên hệ thống sứ chuỗi cách điện và treo trên các dầm thép

- Nối đất thanh cái có 2 điểm là trên cầu dao cách ly 2 phía của máy cắt

112 (má nối với thanh cái)

1.2 Các thông số phía 110 kV của trạm

Một máy biến áp 3 pha và các thiết bị phía 110 kV được đặt ngoài trời Thông số kỹ thuật của máy biến áp và các thiết bị điện phía cao áp được giới thiệu trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía 110kV

ST

100MVA – 110kV

115/10,5/10,5

502,04/2749,28/2749,28

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của máy cắt

Bảng 1.3 Chu trình thao tác O– 0,3s – CO – 3min CO – CO – 15s – C

Thời gian thao tác

(ms)

Cắt BT (ms)

Cắt nhanh (ms)

Phụ tải (Ω)

Ilđđ (kA)

Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật máy biến điện áp

Cấp

điện

áp

Thông số BU Loại BU

định mức (VA)

Cuộn sơ cấp

Cuộn thứ cấp

Cuộn thứ cấp phụ

Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của dao cách ly cao áp

Mã hiệu

Dòng ổn định (kA)

Sc, MV

A

Tổn thất ngắn mạch (kW)

Tổn thất không tải (kW)

Y0/

Y0/

11-

∆-12

Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật của chống sét van

(kg) 3EP4 096-2PF31-

1.3 Các thông số kỹ thuật phía 10,5 kV của trạm

Hệ thống 10,5kV được cấp nguồn từ điện áp của lưới điện quốc gia là 110kV Từ lưới 110kV điện áp được đưa đến máy biến áp tự dùng nhà máy

có công suất 100/50/50 MVA, cấp điện áp 115/10,5/10,5kV; ONAN/ONAF

để giảm điện áp xuống 10,5kV cấp nguồn cho 2 thanh cái C91, C92 qua MC

931 và 932.Thông số kỹ thuật của trạm như sau:

Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía 10,5kV

,0.01/3

Bảng 1.10 Thông số kỹ thuật của máy cắt

Bảng 1.11 Thông số kỹ thuật máy biến dòng

Loại BI Uđm

(kV)

Dòng điện định mức

Cấp chính xác

Phụ tải (Ω)

UCPmax(kV)

Cuộn

sơ cấp

Cuộn thứ cấp

Cuộn thứ cấp phụ

Bảng 1.13 Thông số kỹ thuật của dao cách ly cao áp

a) Bảo vệ so lệch cuộn dây máy biến áp, gồm:

- Bảo vệ so lệch MBA (87ST): Bảo vệ toàn bộ cuộn dây Cao/Hạ áp, các thanh nối đầu ra phía 110 kV và 10,5kV

- Bảo vệ chống chạm đất hạn chế cuộn dây MBA (64REF): Bảo vệ toàn

bộ cuộn dây Cao/Hạ áp khỏi sự cố chạm đất

b) Bảo vệ quá dòng pha có thời gian phụ thuộc (51ST): Chống ngắn mạch cuộn dây 110kV; 10,5 kV, các thiết bị trong vùng bảo vệ (Vùng bảo vệ đảm bảo chống đƣợc ngắn mạch ngoài) và bảo vệ quá tải cuộn dây 110kV, 10,5 kV

e) Bảo vệ dùng rơ le hơi và dòng dầu cho thùng dầu chính, thùng dầu ngăn điều chỉnh điện áp của MBA(63B): Chống các dạng hư hỏng nội bộ bên trong MBA

f) Bảo vệ nhiệt độ dầu máy biến áp tăng cao(49Q)

g) Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây Cao/Hạ áp tăng cao(49W)

h) Bảo vệ chống quá áp suất gây phá hỏng thùng dầu(63P)

i) Bảo vệ mất dòng dầu trong hệ thống làm mát(71Q): Nhằm ngăn chặn các hư hỏng MBA do mất dầu trong thùng dầu (do nứt, vỡ trong hệ thống dầu), do không có dầu làm mát tuần hoàn

Do tính chất quan trọng của trạm biến áp này cũng như do công suất của các máy biến áp lớn nên yêu cầu về hệ thống bảo vệ rơle là rất cao Vì vậy cần lựa chọn một phương thức bảo vệ và các rơle thích hợp để đảm bảo

an toàn trong vận hành trạm biến áp

Ch-¬ng 2

Giíi thiÖu mét sè lo¹i r¬le kü thuËt sè ®ang

sö dông trong n-íc vµ ngoµi n-íc

2.1 Rơle kỹ thuật số 7UT613

2.1.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613

Hình 2.1 : Rơle so lệch 7UT 613

Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, 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 7UT613 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 7UT613

có thể đưa ra phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế đối với đối tượng cần bảo vệ khi chỉ cần sử dụng một rơle Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiện đại ngày nay

Đặc điểm của rơle 7UT613

- Rơle 7UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bít

- Thực hiện xử lý hoàn toàn tín hiệu số từ đo lường, lấy mẫu, 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 li hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bên trong của 7UT613 với các mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do các 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

 Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613

- Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp:

Đây là chức năng bảo vệ chính của rơle 7UT613

quá kích thích máy biến áp bằng cách sử dụng các sóng hài bậc cao, chủ yếu là bậc 3 và bậc 5

bậc hai

 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

- Bảo vệ quá dòng một 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 7UT613 còn có các chức năng sau:

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…

thức bảo vệ

- Chức năng theo dõi, giám sát:

các phần cứng, phần mềm tính toán của rơle với độ tin cậy cao

hình hiển thị (LCD) mặt trước rơle

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

 Khả năng truyền thông, kết nối của rơle 7UT613

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 7UT613 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 truy cập nhanh tới rơle thông qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 cài đặt trên máy tính, do đó có thể dễ dàng chỉnh định các thông số, chức năng cũng như các dữ liệu có trong rơle Điều nay 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 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, DNP3.0

2.1.2 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613

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 7UT613 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 bít 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

- 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

Tiếp đó thông tin sẽ được đưa đến khối khuếch đại tín hiệu đầu ra OA và truyền

đến các thiết bị bên ngoài

2.1.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613

+ Với Iđm= 1A  0.3 VA

+ Với Iđm= 5A  0.55 VA

+ Với Iđm= 0.1A  1 mVA

- Khả năng quá tải về dòng:

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

Dòng trong 1s: 100.Iđm

Hình 2.2: Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613

+ Theo giá trị dòng xung kích: 250Iđmtrong1/2 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

230V

- Công suất tiêu thụ : 5  7 W

* Đầu vào nhị phân

- Dòng đóng cắt cho phép: 30A cho 0,5s

5A không hạn chế thời gian

* 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

2.1.4 Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613

Việc cài đặt và chỉnh định các thông số, các chức năng bảo vệ trong rơle 7UT613 đƣợc thực hiện theo hai cách sau:

Bảng 2.1 Cài đặt thông số rơle 7UT613

Bật chức năng bảo vệ quá tải nhiệt

2.1.5 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613

Đảm bảo so lệch tác động chắc chắn khi có sự cố bên ngoài ta cần

chỉnh định các trị số tác động cho phù hợp với yêu cầu cụ thể Rơle 7UT613 được sử dụng có đường đặc tính tác động cho chức năng bảo vệ so lệch thoả mãn các yêu cầu bảo vệ

Hình 2 3 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613

- 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 0,25 (địa chỉ 1241) với điểm bắt đầu là BASE POINT 0,25 (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 0,5 (địa chỉ 1243) với điểm bắt đầu BASE POINT 2,5 (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

15 30 14 29 13 28

S2 S1

sóng hài dùng để hãm bảo vệ Qua hình vẽ nhận 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

Hình 2.4 Đặc tính tác động của rơle 7UT613

Vùng hãm bổ sung:

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 mức độ bão hoà của các máy biến dòng là khác nhau Tại thời gian đó nếu điểm hoạt động (IH, ISL) rơi vào vùng tác động thì bảo vệ sẽ tác động nhầm Rơle 7UT613 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

I DIFF

I N I

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 (khác với 7UT513)

Hình 2.5 Đặc tính hãm của rơle 7UT613

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 1/4 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 BI bão hoà

IREST N

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

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

2.1.6 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT

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

* Nguyên lí làm việc của REF trong rơle 7UT613

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

Hình 2.6 Nguyên lí bảo vệ chống hạn chế trong 7UT613

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

2.1.7 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613

Rơle 7UT613 cung cấp đầy đủ các loại bảo vệ quá dòng nhƣ:

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ

- Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ

- Bảo vệ quá dòng có thời gian, đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc

- Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian, đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc

Loại bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không có đặc tính thời gian phụ thuộc của 7UT613 có thể hoạt động theo các chuẩn đường cong của IEC, ANSI và IEEE hoặc theo đường cong do người dùng tự thiết lập

2.1.8 Chức năng bảo vệ chống quá tải

Rơle 7UT613 cung cấp hai phương pháp bảo vệ chống quá tải:

- Phương pháp sử dụng nguyên lí hình ảnh nhiệt theo tiêu chuẩn IEC 60255-8 Đây là phương pháp cổ điển, dễ cài đặt

- Phương pháp tính toán theo nhiệt độ điểm nóng và tỉ lệ già hoá theo tiêu chuẩn IEC 60354 Người sử dụng có thể đặt đến 12 điểm đo trong đối tượng được bảo vệ qua 1 hoặc 2 hộp RTD (Resistance Temperature Detector) nối với nhau RTD-box 7XV566 được sử dụng để thu nhiệt độ của điểm lớn nhất Nó chuyển giá trị nhiệt độ sang tín hiệu số và gửi chúng đến cổng hiển thị.Thiết bị tính toán nhiệt độ của điểm nóng từ những dữ liệu này và chỉnh định đặc tính tỉ lệ Khi ngưỡng đặt của nhiệt độ bị vượt quá, tín hiệu ngắt hoặc cảnh báo sẽ được phát ra Phương pháp này đòi hỏi phải có thông tin đầy đủ về đối tượng được bảo vệ: đặc tính nhiệt của đối tượng, phương thức làm mát

Ngoài chức năng theo chế độ nhiệt như trên, rơle 7UT613 còn chống quá tải theo dòng, tức là khi dòng điện đạt đến ngưỡng cảnh báo thì tín hiệu cảnh báo cũng được đưa ra cho dù độ tăng nhiệt độ  chưa đạt tới các ngưỡng cảnh báo và cắt

Chức năng chống quá tải có thể được khoá trong trường hợp cần thiết thông qua đầu vào nhị phân

2.1.9 Đỏnh giỏ rơle kỹ thuật số 7UT613

Hệ thống sử lý 32 bớt, xử lý tớn hiệu số tất cả cỏc quỏ trỡnh từ đo lường

và điều khiển, biến đổi tớn hiệu tương tự sang tớn hiệu số phỏt tớn hiệu cho đầu

ra và phỏt lệnh cho mỏy cắt

Thớch hợp với bảo vệ mỏy biến ỏp, động cơ, mỏy phỏt, thanh cỏi và những phõn nhỏnh chớnh

Cú khả năng chống lại sự cố mỏy biến dũng trong quỏ trỡnh quỏ độ và

ổn định với cỏc ảnh hưởng bờn ngoài khỏc

Liờn tục đo lường, tớnh toỏn cỏc đại lượng vận hành và hiển thị chỳng trờn màn hỡnh Và đặc biệt được trang bị cỏc hỡnh thức bảo vệ sau:

Bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp (87T)

Bảo vệ so lệch mỏy phỏt và động cơ điện (87G, 87M)

Bảo vệ thanh cỏi cú nhiều lộ đấu (tối đa 7 nhỏnh) (87B)

Bảo vệ quỏ dũng pha, dũng thứ tự khụng cú thời gian độc lập và phụ thuộc Bảo vệ quỏ dũng chạm đất cú thời gian (51N)

Bảo vệ quỏ nhiệt (49)

Bảo vệ chống chạm đất bờn trong cuộn dõy mỏy biến ỏp (87N)

Đo lường dũng điện sơ cấp ở cỏc pha, đo dũng điện thứ tự khụng thụng qua điểm trung tớnh mỏy biến ỏp nối đất

2.2 Rơle kỹ thuật số REG316*4của hãng ABB- Thụy Điển

2.2.1 Giới thiệu khái quát chung về rơle REG316*4

Đa chức năng, nhiều ứng dụng thực tiễn trong hệ thống điện, th-ờng dùng trong bảo vệ máy phát, có thể tùy lựa chọn các chức năng bảo vệ hoặc khoá bảo vệ, có menu trợ giúp từ phần mềm riêng, phần mềm này có giao diện

sử dụng rất tiện ích trong WINDOWS - CAP 2/316 Bộ xử lý tín hiệu số ghi và giám sát tự động tình trạng hoạt động của các thiết bị

Đầu vào của REG316*4 thu thập tín hiệu t-ơng tự, đó là những biến đầu vào nh- dòng và áp nhận đ-ợc từ phía thứ cấp của biến dòng, tiếp theo chuyển

đổi tín hiệu sang số, qua khâu xử lý tín hiệu số và đ-a tín hiệu tại đầu ra

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý các khối của rơle REG316*4

2.2.2 Các thông số kỹ thuật của rơle REG316*4

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của rơle REG316*4

316DB61 hoặc 316DB62 với 2 th-ờng

Mức chịu quá tải của tiếp điểm nếu:

Xử lý tín hiệu

đầu ra

Công suất cắt 3300W (ở 110 VDC)

Khả năng cắt đối với L/R = 40ms dòng cắt cho một tiếp điểm

Dòng cắt cho 2 tiếp điểm cùng loại

Các tiếp điểm tín hiệu

(316DB61, 316DB62 và 316DB63); 1 tiếp điểm cho rơle tín hiệu, mỗi cọc đấu

Mức duy trì chịu quá tải của tiếp điểm tín hiệu nếu

Dòng cắt đối với L/R = 40ms

Ng-ời sử dụng có thể quy định số tiếp điểm dành cho báo tín hiệu, hoặc dành cho điều khiển tác động tuỳ thuộc vào chức năng bảo vệ

Số l-ợng đầu vào phụ thuộc theo loại rơle, lớn nhất có 9 đầu vào t-ơng tự

Mức độ chịu của dòng quá tải

Công suất tiêu thụ ở mỗi pha

Với các đầu vào là dòng điện < 0,1 VA với IN = 1A

< 0,1 VA với IN = 1A

Cầu chì cho cuộn biến điện áp

đầu vào

Loại Z tiêu chuẩn DIN/VDEO660

2.2.3 Chức năng bảo vệ của rơle REG316*4

1 Chức năng bảo vệ quá nhiệt (49)

Đặc tr-ng: lấy giá trị lớn nhất ở 1 pha trong 3 pha của đối t-ợng bảo vệ

Bảng 2.3 Thông số bảo vệ quá nhiệt của rơle REG316*4

2 Chức năng bảo vệ quá dòng có thời gian xác định

Đặc tr-ng: Lấy giá trị của dòng một pha hoặc 3 pha trong hệ thống, ngăn dòng xung kích sóng hài bậc 2

Bảng 2.4 Thông số bảo vệ quá dòng có thời gian xác định

0,01Iđm

3 Chức năng bảo vệ quá dòng có h-ớng với thời gian xác định (67)

Đặc tr-ng: Đại l-ợng đo 3 pha Khử nhiễu của thành phần nguồn một chiều và thành phần tần số cao Đặc tính thời gian đ-ợc xác định Nhớ mức

điện áp tại 2 chu kỳ tr-ớc khi xẩy ra sự cố

Sai số đối với mức đặt tác động (fN)  5% hoặc  0,02%Iđm

Ng-ỡng đặt reset > 94%

Sai số về thông số góc (0,94 ữ

Ghi nhớ thông số điện áp tr-ớc sự cố < 0,005 của UN

Sai số của góc đo đối với điện áp nhớ  200

Sự phụ thuộc tần số đối với góc đo

Thời gian phản hồi lớn nhất không

4.Chức năng bảo vệ so lệch máy phát (87G)

Đặc tr-ng: Bảo vệ 3 pha máy phát, thích hợp bảo vệ so lệch dòng Độ

ổn định cao kể cả khi xẩy ra sự cố ngoài và biến dòng bão hòa

Bảng 2.6 Thông số bảo vệ so lệch máy phát của REG316*4

Đặt thông số g (mức nhậy của dòng so lệch

min)

0,1 tới 0,5 Iđm, nấc dịch 0,05Iđm

5.Chức năng bảo vệ so lệch đối với máy biến áp (87T)

Đặc tr-ng: Bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây và máy biến áp 3 cuộn dây,

sử dụng so lệch dòng, độ ổn định cao kể cả khi sự cố ngắn mạch xẩy ra ngoài vùng bảo vệ và biến dòng bão hòa, có thể để hoặc khoá sóng hài bậc 2