Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110kv hà tu thành phố hạ long

Tôi xin cam đoan: bản luận văn tốt nghiệp là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, khảo sát tình hình thực tiễn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

-

BÙI VIỆT THÀNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 220 kV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ – MỞ RỘNG SỐ 1

Chuyên ngành: Điện khí hóa mỏ

Mã số: 60.52.52

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa

HÀ NỘI - 2012

Tôi xin cam đoan: bản luận văn tốt nghiệp là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học

của PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa

Các số liệu, mô hình toán và những kết quả trong luận văn là trung thực, các lựa chọn tính toán chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi bảo vệ và công nhận bởi " Hội đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ kỹ thuật"

Hà Nội, tháng 04 năm 2012

Tác giả luận văn

Bùi Tiến Thành

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa người thầy đã chỉ dẫn và giúp đỡ tận

tình trong suốt quá trình làm luận văn

Ban giám hiệu trường Đại học Mỏ Địa Chất và quý thầy cô khoa kỹ thuật điện, phòng sau đại học đã truyền dạy những kiến thức quý báu trong chương trình cao học và giúp đỡ kinh nghiệm cho luận văn hoàn thành được thuận lợi

Ban giám hiệu trường Cao Đẳng Công nghiệp & Xây dựng, các kỹ

sư công tác tại trạm 110kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long – Quảng Ninh đã cộng tác tạo điều kiện về cơ sở vật chất cho việc học tập khảo sát

Lời cam đoan

8 Cấu trúc của luận văn

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV 4

HÀ TU – THÀNH PHỐ HẠ LONG

1.1 Giới thiệu sơ đồ nguyên lý trạm trạm biến áp 115/38.5/22 KV Hà tu - 4 Thành phố Hạ Long

BIẾN ÁP 115/35/22 KV HÀ TU – THÀNH PHỐ HẠ lONG 14 2.1 Giới thiệu rơle kỹ thuật số của hãng Siemens 14

2.1.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT513 14

2.1.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 26 2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613 30 2.1.2.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 31 2.1.2.4 Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 33 2.1.2.5 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 35 2.1.2.6 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT 39 2.1.2.7 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 40

2.1.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian (I > /51) 42

2.1.3.2 Đặc tính làm việc của rơle và phạm vi chỉnh định 43

2.1.4.5 Chức năng bảo vệ quá dòng điện có thời gian 58

2.2 Giới thiệu rơle kỹ thuật số MICOM.P122C của hãng ALSTOM- Pháp 61 2.2.1 Giới thiệu chung về rơle MICOM.P122C 61

2.3 Giới thiệu rơle kỹ thuật số DLP3** của hãng GE- Mỹ 68 2.3.1 Giới thiệu chung về rơle kỹ thuật số DLP3** của hãng GE- Mỹ 68

2.4.4 Các mođun đầu vào, ra trong bộ 500RIO11 78

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠ LE KÝ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 115/38.5/22 KV HÀ TU - THÀNH PHỐ HẠ LONG 82

3.2.3.1 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp 87

Bảng Nội dung Trang Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía 110kV 6

Bảng 1.3 Chu trình thao tác O– 0,3s – CO – 3min CO – CO – 7

15s – CO

Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của dao cách ly cao áp 8 Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật của máy biến áp 8 Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật của chống sét van 8 Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía 110kV 9

Bảng 1.13 Thông số kỹ thuật của dao cách ly cao áp 10 Bảng 1.14 Thông số kỹ thuật của chống sét van 10 Bảng 1.15 Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía 110kV 11 Bảng 1.16 Thông số kỹ thuật của máy cắt 11

Bảng 2.1 Cài đặt thông số vào rơ le 7UT613 34 Bảng 2.2 Thông số chung của MICOM.P122C 63 Bảng 2.3 Thông số đầu vào/ra MICOM.P122C 64 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của rơle MICOM.P122C 65

Bảng 2.6 Thông số mạch điều khiển của rơle DLP3** 70 Bảng 2.7 Thông số tiếp điểm rơle của DLP3** 70 Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật chung của RIO580 72 Bảng 2.9 Khả năng chống ảnh hưởng ngoài của RIO580 73 Bảng 2.10 Các thử nghiệm độ bền cơ khí đối với rơle RIO580 74 Bảng 2.11 Khối môđun đầu vào/đầu ra 500RER11 75

Bảng 2.15 Môđun đầu ra số 500BOM11, 500BOM12 76 Bảng 2.16 Thông số môđun đầu vào/đầu ra tương tự 500AXM11 77

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của máy biến áp 82 Bảng 3.2 Kết quả tính ngắn mạch ở các phía 82

Bảng 3.4 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 23kV 86 Bảng 3.5 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 35kV 87 Bảng 3.6 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110kV 88 Bảng 3.7 Bảo vệ cực đại ngưỡng cao phía 110kV 89 Bảng 3.8 Các thông số bảo vệ so lệch dọc 91 Bảng 3.9 Cài đặt thông số bảo vệ so lệch dọc 93 Bảng 3.10 Cài đặt thông số cho máy biến áp 94 Bảng 3.11 Cài đặt thông số cho rơle phía110 KV 95 Bảng 3.12 Cài đặt thông số cho rơle phía 35 kV 96

Bảng 3.14 Kết quả tính toán bảo vệ chạm đất 98

Hình Nội dung Trang

Hình 2.2 Đặc tính bảo vệ của rơle 7UT513 17 Hình 2.3 Hình 2.3 Giá trị đặt của rơ le 18 Hình 2.4 Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải nhiệt rơle 7UT513 20 Hình 2.5 Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơ le 7UT513 23 Hình 2.6.a Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất phụ 24

thuộc vào tỉ số dòng điện I0''/I0' Hình 2.6.b Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất phụ 24

thuộc vào góc lệch pha giữa I0'/I0'' Hình 2.6.c Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế 25

Hình 2.8 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 30 Hình 2.9 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 35 Hình 2.10 Đặc tính tác động của rơ le 7UT613 35 Hình 2.11 Đặc tính hãm của rơ le 7UT613 37 Hình 2.12 Nguyên lí bảo vệ chống hạn chế trong 7UT613 39 Hình 2.13 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 40 Hình 2.14 Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơle 7SJ600 44 Hình 2.15 Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải của rơ le 7SJ600 48

Hình 2.17 Đặc tính bảo vệ quá dòng có hướng của rơ le 7SJ600 56 Hình 2.18 Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có trở kháng 56 Hình 2.19 Sơ đồ đấu dây trong mạch điều khiển chiều động cơ 57

Hình 2.21 Đặc tính bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc của 66

rơle Hình2.22 Sơ đồ chức năng giám sát mạch cắt của rơle P122C 67 Hình 3.1 Sơ đồ nối dây rơle 7UT513 cho máy biến áp 3 cuộn 90

dây trung tính máy biến áp nối đất trực tiếp Hình 3.2 Đặc tính khởi động của rơle 7UT513 91

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 110kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long" mang tính bức thiết

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu đánh giá tổng quan về hiện trạng hệ thống rơle bảo vệ

trạm biến áp 110kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long

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

sử dụng ở trong nước và nước ngoài, lựa chọn rơle kỹ thuật số phù hợp bảo vệ

trạm biến áp 110 kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long

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

Tu – Thành phố Hạ Long bằng rơle kỹ thuật số

3 Đối tượng nghiên cứu: Trạm biến áp 110kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long

4 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

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

các trạm biến áp trung gian

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

- Nguyên cứu lý thuyết, kết hợp với thực tiễn 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 110 kV Hà Tu – Thành Phố Hạ Long

- Nghiên cứu lựa chọn rơle kỹ thuật số trạm biến áp 110 kV Hà Tu – Thành Phố Hạ Long

- Tính toán chỉnh định rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110 kV Hà

Tu – Thành Phố Hạ Long

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài nghiên cứu, đánh giá tổng quan về các 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, 50 bảng, 25 hình vẽ và đồ thị được trình bày trong 103 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 PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa, cũng như các ý kiến đóng góp quý báu của cácnhà 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 HÀ TU –

THÀNH PHỐ HẠ LONG 1.1 Giới thiệu sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 115/38.5/23 kV Hà Tu - Thành phố Hạ Long

1.1.1 Sơ lược lịch sử của trạm

Trạm biến áp 115/38,5/23 kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long nằm trong

dự án tổng thể quy hoạch, phát triển lưới điện Thành phố Hạ Long, cũng như lưới điện quốc gia Theo dự báo về nhu cầu phát triển phụ tải do Viện Năng Lượng lập, trong những năm tới, mức độ gia tăng phụ tải tại khu vực Thành phố Hạ Long là rất cao Trạm biến áp 110kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long được xây dựng nhằm mục đích tiếp nhận điện năng phía 110 kV của trạm 220/110kV Hoành Bồ, trực tiếp cung cấp điện cho phụ tải phía 35 kV và phía

22 kV

Trạm biến áp 115/38,5/23 kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long được lấy điện từ trạm 220/110kV Hoành Bồ với 2 tuyến 175 và 176, chiều dài mỗi tuyến là 30 km dùng loại dây AC - 120 Trạm được đưa vào vận hành vào tháng 12 năm 2002

Trạm biến áp 110 kV Hà Tu – Thành phố Hạ Long với công suất đặt 25000kVA, truyền tải công suất đến các hộ tiêu thụ điện

Trạm bao gồm :

- Hệ thống hai thanh cái 110kV làm việc song song

- Hệ thống thanh cái 35kV có dao cách ly liên lạc, làm việc độc lập

- 04 đường dây 35kV :

+ Đường dây 371, 373 đi Trạm cắt Hà Tu

+ Đường dây 375, 377 đi Mỏ than Núi Béo

- 04 đường dây 22 kV :

+ Đường dây 471 đi Hà Phong

+ Đường dây 473, 475 đi Hòn Gai

- 02 đường dây tự dùng TD41, TD42

- Một máy biến áp tự ngẫu 115/38,5/23 kV, công suất 25000 kVA

1.1.2 Các thông số kỹ thuật phía 110 kV của trạm

Những thành tựu đạt được trong lịch sử phát triển ngành công nghiệp điện lực, đặc biệt là trong những năm gần đây, cho phép thiết kế và xây dựng các hệ thống điện lớn, gồm các máy phát điện, máy biến áp có công suất lớn, các đường dây tải điện cao áp và siêu cao áp, với các hệ thống bảo vệ dùng thiết bị kỹ thuật số với nhiều tính ưu việt

- Tích hợp được nhiều chức năng bảo vệ nên kích thước gọn gàng

- Độ tin cậy và độ sẵn sàng cao nhờ giảm được yêu cầu bảo trì các chi tiết cơ khí và trạng thái của rơle luôn được kiểm tra thường xuyên

- Độ chính xác cao

- Công suất tiêu thụ bé » 0,1 VA

- Ngoài chức năng bảo vệ còn có thể thực hiện nhiều chức năng khác:

Đo lường, hiển thị, ghi chép các thông số trong hệ thống

- Dễ dàng liên kết với các thiết bị khác và với mạng thông tin đo lường, điều khiển toàn hệ thống điện

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

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)

Cắt BT (ms)

Cắt nhanh (ms) Thời gian đóng 66 ± 8 56 ± 8 100 ± 8 56 ± 8

Phụ tải (Ω)

Cuộn sơ cấp

Cuộn thứ cấp

Cuộn thứ cấp phụ

115 KGT - 125 115/ 3 100/ 3 100/3 200

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

Mã hiệu

Dòng ổn định (kA) Iđm (kA) Uđm (kV) UCPmax (kV)

U,

kV I, A

Sc, MVA

Ngắn mạch

∆-12

Bảng 1.8: Thông số kỹ thuật của chống sét van

Mã hiệu Uđm (kV) Ucđ (kV) Udư (kV) Khối

lượng (kg)

1T1- VARISTAR

115

1.1.3 Các thông số kỹ thuật phía 35kV của trạm

Bảng 1.9: Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía 35kV

400-600-800A

4

Máy biến điện áp KGT - 125 115/ 3,0.1/ 3,0.1/3

5 Van chống sét 1T1- VARISTAR 115

Bảng 1.10: Thông số kỹ thuật của máy cắt

Áp lực SF6 báo tín hiệu (MPar) 5.2

Áp lực SF6 khoá thao tác (MPar ) 5.0

Bảng 1.11 Thông số kỹ thuật máy biến dòng

Cuộn

sơ cấp

Cuộn thứ cấp

Cuộn thứ cấp phụ

115 Y-0/Y-0/ KGT -

2512521T1 115/ 3 100/ 3 100/3 200

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

Mã hiệu Iđm (kA) Uđm (kV) UCPmax (kV)

SGCDTT-123 1250 123

Bảng 1.14: Thông số kỹ thuật của chống sét van

Mã hiệu Uđm (kV) Ucđ (kV) Udư (kV) Khối lượng (kg)

3EP4054-1PL2 35

1.1.4 Các thông số kỹ thuật phía 22kV của trạm

Bảng 1.15: Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía 22kV

T.gian vận hành, năm

Phụ tải (Ω)

Sơ cấp Thứ cấp

AT4-125 35 2000 5 0,5 1,2

Bảng 1.18 Thông số kỹ thuật máy biến điện áp

Cuộn sơ cấp

Cuộn thứ cấp

Cuộn thứ cấp phụ

- Bảo vệ quá dòng phía 35kV :7SJ531

- Bảo vệ khảng cách : 7SA513, 7SA511,REL511

- Bảo vệ so lệch thanh cái trở kháng thấp: 7SS52

- Bảo vệ chống từ chối tác động của MC: 7SV512 Bảo vệ cắt nhanh chống các dạng ngắn mạch nhiều pha MTO

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

1.2 Đánh giá và nhận xét

1.2.1 Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Đã ứng dụng rơle kỹ thuật số Sepam vào để bảo vệ ngắn mạch và quá tải thay thế cho rơle điện cơ thế hệ cũ Loại rơle kỹ thuật số này có ưu điểm

và nhược điểm như sau:

- Cấu tạo gọn nhẹ, có thể kết nối, điều khiển và giám sát từ xa

- Có khả năng lưu giữ, ghi và thống kê lại các số liệu và sự kiện bất thường, các lỗi và sự cố xẩy ra trong hệ thống điện

- Thường dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho máy biến áp

- Không có chức năng bảo vệ so lệch đối với máy biến áp

1.2.3 Nhận xét

Để đạt được sự đồng nhất trong hệ thống bảo vệ, đảm bảo tính nhanh, nhạy, tin cậy và chính xác trong quá trình làm việc nên dùng rơle kỹ thuật số

có tích hợp nhiều chức năng bảo vệ như bảo vệ quá tải, cực đại và so lệch

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều rơle kỹ thuật số có tích hợp nhiều chức năng bảo vệ đáp ứng được các yêu câu về kỹ thuật Vì vậy nên thay thế rơle PHT565 bằng một loại rơle kỹ thuật số có chức năng bảo vệ so lệch nhằm đảm bảo tính nhanh, nhạy, tin cậy và chính xác

Chương 2:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ CHO TRẠM BIẾN ÁP 115/35/22 KV HÀ TU – THÀNH PHỐ HẠ LONG

2.1 Giới thiệu rơle kỹ thuật số của hãng Siemens

2.1.1 Rơle kỹ thuật số 7UT513

2.1.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT513

Hình 2.1 Rơ le so lệch 7UT513

Rơle 7UT513 là loại rơle số dùng bảo vệ cho máy biến áp 3 cuộn dây, tác động nhanh nhạy và chọn lọc, chống lại các dạng ngắn mạch xảy ra trong phạm vi bảo vệ

Ngoài bảo vệ máy biến áp 3 cuộn dây, rơle còn được sử dụng để bảo

vệ các điểm phân nhánh có 3 nhánh hoặc phần tử có 3 đầu vào Rơle cũng

được sử dụng để bảo vệ chống chạm đất hạn chế cho máy biến áp, kháng điện và máy điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp

Rơle có bộ phận bảo vệ quá dòng có thời gian và bộ phận quá tải nhiệt, có thể bảo vệ quá dòng và quá tải cho các cuộn dây

Một số tính năng hoạt động của rơle:

- Đặc tính làm việc ổn định

- Ổn định với dòng đột biến chứa sóng hài bậc 2

- Ổn định với dòng không cân bằng thoáng qua hoặc lâu dài

- Làm việc tin cậy với thành phần 1 chiều và sự bão hoà của máy biến dòng (BI)

- Có độ ổn định cao đối với các mức độ bão hoà khác nhau của BI

- Tốc độ tác động nhanh đối với dòng sự cố lớn

- Có thể tăng độ nhạy đối với sự cố chạm đất bằng cách hiệu chỉnh dòng thứ tự không

- Thích ứng với các tổ đấu dây của máy biến áp

- Thích ứng với các tỷ số biến đổi của BI với sự khác nhau của dòng danh định

Công suất tiêu thụ: 0,1 VA/pha tương ứng với Idđ = 1A

0,1 VA/pha tương ứng với Idđ = 5A

Khả năng quá tải nhiệt:

100 Idđ trong thời gian £ 1s

20 Idđ trong thời gian £ 10s

4 Idđ trong thời gian lâu dài

Quá tải xung: 250 Iđm trong nửa chu kỳ

· Điện áp thao tác ( điện áp làm việc của rơle ) nguồn một chiều qua bộ chỉnh lưu: 24V ¸ 250V DC

Điện áp danh định (VDC) 24/48 60/110/125 220/250 Phạm vi thay đổi cho phép 19/56 48/144 176/288

· Công suất tiêu thụ: 13 - 22W

· Thời gian phục hồi điện áp khi sự cố mạch một chiều lớn hơn hoặc bằng 50S ở U®m ³ 110 VDC

· Tiếp điểm báo tín hiệu:

Dòng điện tiêu thụ: 2,5mA

- Phạm vi chỉnh định đối với chức năng bảo vệ so lệch MBA

- Cấp 1: ISL >; 0,15 Id đB ¸2IdđB bước chỉnh định 0,01 IdđB

- Cấp 2: ISL >>; 0,5 IdđB ¸20IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB trong đó: IdđB là dòng danh định của máy biến áp

- Tỷ lệ dòng đột biến (Chứa sóng hài bậc 2); 10% ¸ 80% bước chỉnh định 1%

- Tỷ lệ sóng hài bậc cao (bậc 3, 4, 5): 10% ¸ 80% bước chỉnh định 1%

- Thời gian chỉnh định: 0,00S ¸ 60,00s bước chỉnh định 0,01s

- Thời gian phản ưng của rơle: 18ms ¸ 35ms

Đặc tính bảo vệ của rơle được thể hiện trên hình 2.2

Hình 2.2 Đặc tính bảo vệ của rơle 7UT513

Đoạn đặc tính (a), biểu diễn ngưỡng thấp của rơle khi xét đến dòng không cân bằng cố định qua rơle trong chế độ làm việc bình thường

Đoạn đặc tính (b), xét đến dòng không cân bằng do sai số của BI sinh

ra, sự khác nhau của tỷ số biến dòng, sự thay đổi đầu phân áp của máy biến

áp

Vùng hãm bổ xung

Vùng hãm Vùng tác động

Đoạn đặc tính (c), biểu diễn mức hãm cao hơn nhằm đảm bảo cho rơle

làm việc tin cậy trong điều kiện dòng không cân bằng lớn

Đoạn đặc tính (d) biểu diễn ngưỡng cao của bảo vệ Khi dòng so lệch

đạt đến ngưỡng này, bảo vệ sẽ tác động cắt nhanh mà không quan tâm đến

dòng hãm (IH)

- Chức năng hãm sóng hài bậc cao

Dòng so lệch có thể xuất hiện không chỉ bởi sự cố trong máy biến áp

hoặc quá kích thích của máy biến áp mà còn bởi dòng từ hoá xung kích khi

đóng máy biến áp không tải, hoặc máy biến áp quá kích thích Các trường

hợp này được phát hiện bằng cách phân tích các thành phần sóng hài bậc cao

chứa trong chúng Dòng xung kích có thể lớn gấp nhiều lần so với dòng định

mức của máy biến áp và được đặc trưng bởi thành phần hài bậc 2 chứa trong

nó (gấp đôi tần số công nghiệp) hài này thường không có trong trường hợp

sự cố ngắn mạch Bên cạnh sóng hài bậc 2 các thành phần bậc cao khác cùng

xuất hiện Đặc biệt là thành phần hài bậc 5, tăng lên một cách đột ngột khi

máy biến áp bị quá kích thích Các bộ lọc số được dùng để thực hiện phân

tích FURE dòng so lệch (ISL) Khi lượng sóng hài vượt quá giá trị đặt rơle sẽ

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Adjustable e.g

Adjustable 5nd harmonic =

I 5f /I f

I fN

I N TRI

- Hãm bổ sung

Vùng hãm bổ xung nhằm tăng cường độ ổn định của rơle trong trường hợp BI bị bão hoà mạnh do ngắn mạch ngoài Rơle 7UT513 được trang bị thiết bị báo bão hoà, phát hiện sự bão hoà và khởi động hãm bổ sung

Sự bão hoà của BI trong khi ngắn mạch ngoài được phát hiện bởi dòng hãm lớn, dòng hãm này nhanh chóng chuyển điểm làm việc vào vùng hãm bổ sung Khi xuất hiện ngắn mạch trong, điểm làm việc lập tức chuyển đến đặc tính sự cố, thiết bị báo bão hoà thực hiện quyết định này chỉ trong một nửa chu kỳ đầu sau khi sự cố xuất hiện

- Khởi động cắt:

Khi dòng so lệch (DIFF) đạt tới 75% giá trị đặt, bảo vệ khởi động Chương trình thực hiện tự kiểm tra và đo lường vận hành được chuyển về chế độ nền, toàn bộ khả năng tính toán được dùng cho các thuật toán bảo vệ

Để có quyết định phát tín hiệu cắt cần thoả mãn các tiêu chuẩn sau:

- Dòng DIFF tần số công nghiệp cần vượt quá giá trị đã được chỉnh định

- Lượng hài bậc 2 và bậc 5 không vượt quá giá trị đã được đặt

- Tỷ số giữa dòng so lệch (DIFF) và dòng hãm (STAB) thể hiện sự cố bên trong vùng bảo vệ

Trong trường hợp đặc biệt, hai tiêu chuẩn nữa có thể được chấp thuận trước khi tín hiệu cắt được đưa đến rơle cắt

- Quyết định cắt tồn tại suốt thời gian trễ TDIFF (nếu đặt thời gian trễ)

- Không có tín hiệu khoá (Bảo vệ có thể được khoá qua cổng nhị phân)

Nếu cả 5 tiêu chuẩn trên được đáp ứng, các rơle cắt sẽ tác động

Rơle sẽ trở về khi trong 2 chu kỳ khởi động không nhận được tín hiệu dòng so lệch, tức là giá trị so lệch (DIFF) tụt thấp quá 50% giá trị đặt

2.1.1.2 Các chức năng khác

a Bảo vệ quá tải nhiệt

Trong tổ hợp rơle 7UT513 còn có bộ bảo vệ quá tải nhiệt để bảo vệ máy biến áp khỏi bị thiệt hại gây bởi quá tải

Đặc tính thời gian của bảo vệ quá tải

- có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải

(Trên giá trị đặt)

Đặc tính thời gian của bảo vệ quá tải

- có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải (Bằng 90% tải định mức)

Hình 2.4 Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải nhiệt rơle 7UT513

t phút

1000 20

1 I/k.I 5 10

8 1

0 N12

100

20 50

100 200

50

I/k.I

2 0

0.20

0.10

0.05 1

2

0.50 0.30 1

5 10

3

2 1

4 5 5 8 6 10 12 10 N

t phút

t / phút 100

30 50

( / ) 1

/

I k I

I k I l

( / ) 1

/

n

I k I

I k I I k I l

t t

Bộ bảo vệ tính độ tăng nhiệt theo mô hình nhiệt của một vật thể độc lập (Single - body) theo biểu thức:

2

.

1

1

I dt

d

t q t

q

= +

trong đó: q: Độ tăng nhiệt độ tức thời tương ứng nhiệt độ cuối với

dòng điện cao nhất cho phép

t: Hằng số thời gian nhiệt nung nóng cuộn dây máy biến áp

I: Giá trị hiệu dụng của dòng điện tức thời cuộn dây (giá trị cực đại), tương ứng với dòng của cuộn dây có công suất cho phép lớn nhất Imax = K.IN

Sự tăng nhiệt độ được tính toán theo dòng điện pha

Việc tính toán cũng có thể được thực hiện theo pha có tốc độ tăng nhiệt độ cao nhất, giá trị trung bình của độ tăng nhiệt độ pha hoặc pha có dòng điện lớn nhất

Khi nhiệt độ tăng tới mức đặt đầu tiên, đèn báo động cảnh báo sáng báo hiệu phải giảm tải Nếu mức tăng nhiệt đạt tới mức đặt thứ 2, máy biến

áp có thể được cắt khỏi hệ thống Rơle cũng có bộ phận cảnh báo khi quá dòng Cài đặt chức năng bảo vệ quá tải nhiệt: Hệ số quá tải K, hằng số thời gian t, nhiệt độ cảnh báo bằng 90% và nhiệt độ cắt

Hệ số quá tải K = 0,1 ¸ 4, bước chỉnh định 0,01, thường đặt K = 1,1 Hằng số thời gian t = 1 ¸9,999 phút, bước chỉnh định 0,1 phút

Mức tăng nhiệt độ báo động: 0,1 Idđcd ¸ 4Idđcd, bước chỉnh định 0,01Idđcd (Idđcd: dòng điện danh định cuộn dây)

Rơle có hai đặc tính thời gian làm việc (H.2.4): Máy biến áp mang tải trên giá trị đặt:

t = t.Ln

1 ) / (

) / (

2

-N

N

I K I

I K I

Máy biến áp mang tải 90% tải định mức:

t = t.Ln

1 ) / (

) / ( ) / (

I K I

I K I I

K I

b Bảo vệ quá dòng có thời gian

Có thể dùng làm bảo vệ dự phòng cho các cuộn dây máy biến áp với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc

Đặc tính thời gian độc lập có 2 cấp tác động

Cấp I>: I/IdđB = 0,1 ¸ 30, bước chỉnh định 0,01

Thời gian tác động: 0,00s ¸ 32,0s, bước chỉnh định 0,01s

Cấp I>>: I/IdđB = 0,1 ¸ 30, bước chỉnh định 0,01

Thời gian tác động: 0,00s ¸ 32,0s, bước chỉnh định 0,01s

* Đặc tính thời gian phụ thuộc

Có ba họ đường cong đặc tính phụ thuộc (H.2.5)

- Phụ thuộc bình thường (độ dốc chuẩn)

t =

10

1 ) / (

14 , 0

02 , 0

TP I

14 ,

80

2

Tp I

I P - (s)

* Phạm vi chỉnh định đối với đặc tính phụ thuộc

Ip: 0,1 IdđB ¸ 20.IdđB, bước chỉnh định 0,01 IdđB

TP: 0,5s ¸ 32,0s, bước chỉnh định 0,01s

32 16

Đường cong dốc chuẩn

(a)

100

30

0.4 0.3 0.2 0.50

4

40

10

5 4 3

20

50

Tp[s]

0.5 32

6 8 10

I/Ip

20

2 4 8 16

Đường cong cực kỳ dốc (c)

c Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (BVCCĐHC)

Dùng để bảo vệ cuộn dây máy biến áp, máy phát điện, động cơ, kháng điện có trung tính trực tiếp nối đất

Độ nhạy cao với ngắn mạch chạm đất trong vùng bảo vệ

Độ ổn định cao khi xảy ra ngắn mạch chạm đất trong vùng bảo vệ vì dùng phương pháp ổn định bằng cách tính toán độ lớn và góc pha của dòng ngắn mạch

* Giới hạn chỉnh định dòng: 0,05 ¸ 2,00, Bước chỉnh định 0,01

* Góc giới hạn: fLIMITS = (I'0, I''0)

trong đó: I'0 là dòng điện đi qua BI đặt ở dây trung tính nối đất I''0 là dòng điện đi qua BI đặt ở các đầu ra của dây cuốn máy biến áp

* Hệ số hãm dòng điện không cân bằng (K)

K = 10% ¸ 80%; bước chỉnh định 1%

* Thời gian tác động: 0,00S ¸ 60,00s; bước chỉnh định 0,01s

* Thời gian trở về: 0,008 ¸ 60,00s; bước chỉnh định 0,01s

-

0.3

4

- 0.1 0

1

3

2

RE F

I

o I

Vùng khóa.

LIM IT

F

1 3

4

2 3

I o'

RE F

I

Vùng khóa.

F

Hình 2.6.b Đặc tính tác động của bảo

vệ chống chạm đất phụ thuộc vào góc

lệch pha giữa I 0 ' , I 0 ''

* Nguyên lý của BVCCĐHC:

Hình 2.6.c Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế

Bảo vệ so sánh dòng điện đi qua dây nối trung tính (I'0) với tổng dòng điện TTK chạy trong các pha (I''0)

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ:

IREF = ½I'0½ ; ISTAB = 0 hoặc -2 ½I'0½ bảo vệ sẽ tác động

* Trên đây xét trường hợp coi I'0 và I''0 cùng pha nếu ngắn mạch trong vùng bảo vệ hoặc ngược pha nếu ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

* Thực tế do sai số của BI nên phải xét đến góc f (I''0, I'0) Đặc tính tác động của bảo vệ như hình vẽ (hình 2.6.b)

2.1.2 Rơle kỹ thuật số 7UT613

2.1.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613

Hình 2.7 : Rơ le so lệch 7UT613

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 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

Ø 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

· 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

- 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:

· 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, 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

Ø 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: