Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110kv sơn tây thành phố hà nội

Thông số kỹ thuật của máy biến điện ápU đm kV Cấp Cuộn thứ cấp phụ Công suất cực đại VA Bảo vệ so lệch 7UT513: Làm việc theo nguyên tắc so sánh dòng điện ở đầu ra và đầu vào của phần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HỒNG TIẾN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV SƠN TÂY - THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2012

NGUYỄN HỒNG TIẾN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV SƠN TÂY - THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành: Điện khí hóa mỏ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả trong luận văn là chính xác, trung thực và chưa từng công bố trong công trình nào khác

Hà Nội, tháng 10 năm 2012

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Tiến

MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN TÂY– THÀNH PHỐ HÀ NỘI 3

1.1 Giới thiệu sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110/35/10 kV Sơn Tây – Thành phố Hà Nội 3

1.1.1 Sơ lược lịch sử về trạm 3

1.1.2 Các thiết bị phía 110 kV của trạm 3

1.1.3 Các thiết bị phía 35kV của trạm 6

1.1.4 Các thiết bị phía 10kV 7

1.1.5 Các thiết bị bảo vệ trong trạm 8

1.2 Nhận xét 9

CHƯƠNG 2-NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠ LE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 110KV SƠN TÂY – THÀNH PHỐ HÀ NỘI 10

2.1 Giới thiệu rơle kỹ thuật số của hãng Siemens 10

2.1.1 Rơle kỹ thuật số 7UT513 10

2.1.2 Rơle kỹ thuật số 7UT613 20

2.1.3 Bảo vệ quá dòng 7SJ600 34

2.1.4 Rơle hợp bộ quá dòng số 7SJ64 40

2.2 Giới thiệu rơle kỹ thuật số MICOM.P122C của hãng ALSTOM- Pháp 50

2.2.1 Giới thiệu chung về rơle MICOM.P122C 50

2.2.2 Ký hiệu chung MICOM P122C 50

2.2.3 Thông số kỹ thuật của MICOM.P122C 51

2.2.4 Chức năng của rơle MICOM.P122C 54

2.2.5 Đánh giá rơle MICOM.P122C 55

2.3 Giới thiệu họ rơle kỹ thuật số MICOM P63X (P631; P632; P63X: P634) của hãng ALTOM 56

2.3.1 Giới thiệu chung về họ Rơle kỹ thuật số P63X 56

2.3.2 Cấu trúc của Rơle P63X 56

2.3.3 Sơ đồ đấu nối củaP63X 57

2.3.4 Các thông số kỹ thuật củaP63X 57

2.3.5 Chức năng của bảo vệ so lệch 59

2.4 Lựa chọn rơle kỹ thuật số 63

CHƯƠNG 3-TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠ LE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110/35/10KV SƠN TÂY - TP HÀ NỘI 64

3.1 Tính toán ngắn mạch 64

3.2 Tính toán chỉnh định 65

3.2.1 Những chức năng bảo vệ dùng rơle 7UT613 65

3.2.2 Bảo vệ quá tải máy biến áp 67

3.2.3 Bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp 69

3.2.4 Bảo vệ quá dòng ngưỡng cao 72

3.2.5 Bảo vệ so lệch máy biến áp 76

3.3 Khóa sóng hài 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 85

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy cắt 5

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của máy biến dòng 5

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy của biến điện áp 5

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của dao cách ly 5

Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của máy biến áp 5

Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của chống sét van 6

Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật của máy cắt 6

Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật của máy biến dòng 6

Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật của máy biến điện áp 7

Bảng 1.10 Thông số kỹ thuật của dao cách ly 7

Bảng 1.11 Thông số kỹ thuật của chống sét van PBC-35 7

Bảng 1.12 Thông số kỹ thuật của máy cắt 7

Bảng 1.13 Thông số kỹ thuật của máy biến dòng 7

Bảng 1.14 Thông số kỹ thuật của máy biến điện áp 8

Bảng 2.1 Cài đặt thông số vào rơle 7UT613 27

Bảng 2.2 Thông số chung của MICOM.P122C 51

Bảng 2.3 Thông số đầu vào/ra MICOM.P122C 52

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của rơle MICOM.P122C 53

Bảng 3.1 Kết quả tính toán ngắn mạch ở các phía của máy biến áp 64

Bảng 3.2 Các thông số cài đặt cho máy biến áp 66

Bảng 3.3 Kết quả tính toán của bảo vệ quá tải máy biến áp 68

Bảng 3.4 Kết quả tính toán của bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 10kV 70

Bảng 3.5 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 35kV 71

Bảng 3.6 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110kV 72

Bảng 3.7 Bảo vệ cực đại ngưỡng cao phía 110kV 72

Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả tính toán ở các phía máy biến áp 73

Bảng 3.9 Các thông số cài đặt cho rơle 7SJ64 phía 110 kV 74

Bảng 3.10 Các thông số cài đặt cho rơ le 7SJ64 phía 35 kV 74

Bảng 3.11 Các thông số cài đặt cho rơ le 7SJ64 phía 10 kV 75

Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật của MBA 76

Bảng 3.13 Các thông số tính toán ở các phía MBA 78

Bảng 3.14 Cài đặt thông số bảo vệ so lệch dọc 80

Bảng 3.15 Giá trị tính toán để kiểm tra độ ổn định bảo vệ so lệch 80

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Rơ le so lệch 7UT513 10

Hình 2.2 Đặc tính bảo vệ của rơle 7UT513 13

Hình 2.3 Giá trị đặt của rơle 14

Hình 2.4 Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải nhiệt rơle 7UT513 16

Hình 2.5 Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơle 7UT513 18

Hình 2.6 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất 19

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế 20

Hình 2.8 Rơ le so lệch 7UT613 21

Hình 2.9 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT61 25

Hình 2.10 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 28

Hình 2.11 Đặc tính tác động của rơle 7UT613 28

Hình 2.12 Đặc tính hãm của rơle 7UT613 30

Hình 2.13 Nguyên lí bảo vệ chống hạn chế trong 7UT613 32

Hình 2.14 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 32

Hình 2.15 Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơle 7UT613 33

Hình 2.16 Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải của rơle 7SJ600 37

Hình 2.17 Biểu đồ chức năng của 7SJ64 44

Hình 2.18 Đặc tính bảo vệ quá dòng có hướng của rơle 7SJ64** 45

Hình 2.19 Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có trở kháng 46

Hình 2.20 Sơ đồ đấu dây trong mạch điều khiển chiều động cơ 47

Hình 2.21 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng 49

Hình 2.22 Đặc tính bảo vệ qúa dòng có thời gian phụ thuộc của rơle P122C 54

Hình 2.23 Sơ đồ chức năng giám sát mạch cắt của rơle P122C 55

Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc họ rơle P63X 57

Hình 2.25 Sơ đồ nguyên lý đấu nối biến dòng họ rơle P63X 58

Hình 2.26 Sơ đồ đặc tính tác động bảo vệ so lệch họ rơle P63X 60

Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất 61

Hình 2.28 Sơ đồ đặc tính tác động bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế họ rơle P63X 62

Hình 3.1 Các phương thức bảo vệ máy biến áp 65

Hình 3.2 Sơ đồ nối dây rơle 7UT613 cho máy biến áp 3 cuộn dây 77

Hình 3.3 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch máy biến áp 82

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 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 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 Đề tài : “Nghiên cứu ứng dụng rơle

kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110 kV Sơn Tây – TP Hà Nội” mang

tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

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

áp 110 kV Sơn Tây – TP Hà Nội

- Nghiên cứu, giới thiệu 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 110 kV Sơn Tây – TP Hà Nội

- Tính toán, chỉnh định các hình thức bảo vệ bằng rơle kỹ thuật số trạm biến áp

110 kV Sơn Tây – TP Hà Nội bằng rơle kỹ thuật số

3 Đối tượng nghiên cứu

- Trạm biến áp 110 kV Sơn Tây – TP Hà Nội

4 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, lựa chọn rơle kỹ thuật số phù hợp để bảo vệ trạm biến áp 110 kV Sơn Tây - TP Hà Nội, tính toán chỉnh định và xây dựng các đặc tính bảo vệ

5 Nội dung nghiên cứu

- Giới thiệu tổng quan về các hình thức bảo vệ rơle trạm biến áp 110 kV Sơn Tây – TP Hà Nội

- Nghiên cứu lựa chọn rơle kỹ thuật số trạm biến 110 kV Sơn Tây - TP Hà Nội

- Tính toán chỉnh định rơle kỹ thuật số bảo vệtrạm biến áp 110 kV Sơn Tây -

TP Hà Nội

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu, đánh giá tổng quan về các loại rơle kỹ thuật số hiện đang sử dụng ở trong nước và ngoài nước, làm tài liệu tham khảo cho các chuyên gia và kỹ thuật viên trong ngành; Lựa chọn và tính toán chỉnh định các hình thức bảo vệ rơle

kỹ thuật số phù hợp với điều kiện thực tế, đảm bảo an ninh mạng và an toàn trong vận hành, vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 03chương, 33 bảng, 31 hình vẽ và đồ thị được trình bày trong

85 trang

Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Điện khí hóa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất 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 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 Cơ 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 Trung tâm điều độ Miền Bắc (A1), các kỹ sư, CBCNV công tác tại trạm 110kV Sơn Tây – Thành phố

Hà Nội đã cộng tác tạo điều kiện cho việc học tập nghiên cứu và khảo sát

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN TÂY– THÀNH PHỐ HÀ NỘI

1.1 Giới thiệu sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110/35/10 kV Sơn Tây – Thành phố Hà Nội

1.1.1 Sơ lược lịch sử về trạm

Trạm biến áp 110kV Sơn Tây nằm ở phía Tây thành phố Hà Nội trong dự án tổng thể quy hoạch, phát triển lưới điện thành phố Hà Nội và 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 của Thị xã Sơn Tây là rất cao Trạm biến áp 110kV Sơn Tây được xây dựng nhằm mục đích tiếp nhận điện năng phía 110kV của trạm E1.5 Xuân Mai và trạm E1.28 Phùng Xá, trực tiếp cấp điện cho phụ tải phía 35kV và 10kV

Trạm biến áp 110kV Sơn Tây có công suất đặt 80MW, truyền tải công suất đến các hộ tiêu thụ trong thị xã Đến thời điểm này trạm bao gồm:

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

- Hệ thống thanh cái 110kV hai phân đoạn có máy cắt liên lạc, làm việc độc lập

* Nguồn cấp:

+ Lộ 171 lấy điện từ E1.5 Xuân Mai

+ Lộ 172 lấy điện từ E1.28 Phùng Xá

* Nguồn đi:

+ 07 lộ 35 kV

+ 08 lộ 10 kV

1.1.2 Các thiết bị phía 110 kV của trạm

Các thiết bị điện phía 110kV được thống kê trong các bảng từ bảng 1.1 đến bảng 1.6

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy cắt

Mã hiệu U đm , kV I đm , A I cđm , kA I cmax , kA

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của máy biến dòng

Dòng định mức, A Loại BI U đm (kV)

Sơ cấp Thứ cấp

Cấp chính xác Phụ tải (Ω)

I đđ (kA)

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy của biến điện áp

U đm (kV) Cấp điện

áp Loại BU Cuộn sơ

cấp, kV

Cuộn thứ cấp, V

Cuộn thứ cấp phụ, V

Công suất cực đại

(VA)

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của dao cách ly

Mã hiệu U đm (kV) I đm ( kA) U CPmax (kV)

3 Công suất định mức 40/30/40 MVA 40/30/40 MVA

4 Điện áp (kV) 115/38.5/10,5 KV 115/38.5/10,5 KV

1.1.3 Các thiết bị phía 35kV của trạm

Các thiết bị điện phía 35 kV được thống kê trong các bảng từ bảng 1.7 đến bảng 1.11

Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật của máy cắt

Mã hiệu U đm , kV I đm , A I cđm , kA I cmax , kA

Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật của máy biến dòng

Dòng điện định mức Loại BI U đm (kV)

Sơ cấp, A Thứ cấp, A

Cấp chính xác

Phụ tải (Ω)

U CPmax (kV)

Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật của máy biến điện áp

U đm (kV) Cấp điện áp

Tổ đấu dây Loại BU Cuộn sơ

cấp

Cuộn thứ cấp

Cuộn thứ cấp phụ

Công suất cực đại (VA)

Sơ cấp, A Thứ cấp, A

Cấp chính xác Phụ tải (Ω)

Bảng 1.14 Thông số kỹ thuật của máy biến điện áp

U đm (kV) Cấp

Cuộn thứ cấp phụ

Công suất cực đại (VA)

Bảo vệ so lệch 7UT513: Làm việc theo nguyên tắc so sánh dòng điện ở đầu

ra và đầu vào của phần tử được bảo vệ, có nhiệm vụ chống ngắn mạch giữa các pha trong máy biến áp, ngắn mạch giữa các vòng dây trong máy biến áp Ở điều kiện làm việc bình thường với sai số nhỏ dòng điện đi vào các nhánh rơle ở phía đầu ra

và đầu vào bằng nhau, do đó rơle không tác động Khi sự cố trong vùng bảo vệ, dòng điện đầu vào và đầu ra của rơle khác nhau về giá trị, khi sai khác này đủ lớn tức là bằng hoặc lớn hơn giá trị chỉnh định thì bảo vệ so lệch sẽ tác động để cắt vùng sự cố ra khỏi lưới điện

1.1.5.2 Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

- Bảo vệ quá tải: Khi dòng điện chạy qua chỗ đặt bảo vệ có giá trị bằng hoặc lớn hơn giá trị chỉnh định, sau thời gian đặt (7s) bảo vệ này sẽ báo hiệu bằng chuông, còi, đèn hiệu để nhân viên vận hành xử lý sự cố

- Bảo vệ ngắn mạch: Đây là loại bảo vệ dòng điện tác động có thời gian duy trì, và hiện đang dùng rơle SPAJ 140C/5A

Trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ nhỏ hơn giá trị chỉnh định, nên rơle không tác động, khi có sự cố, tùy thuộc vào mức độ nặng nhẹ của sự cố rơle sẽ tác động ngắt máy cắt loại trừ sự cố ra khỏi nguồn cung cấp

- Ngoài ra để bảo vệ đường dây, thanh cái và MC trong trạm còn sử dụng một số loại bảo vệ khác như:

- Bảo vệ quá dòng phía 35kV: 7SJ531

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

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

- Bảo vệ báo sự cố của máy cắt: 7SV512 Bảo vệ cắt nhanh chống các dạng ngắn mạch nhiều pha MTO

Do công suất của các máy biến áp lớn và mức độ nghiêm trọng của trạm biến

áp nên hệ thống bảo vệ rơle cần có những yêu cầu cao về tính tác động nhanh, nhạy, tin cậy và chọn lọc Việc lựa chọn hình thức bảo vệ thích hợp, đảm bảo an sinh mạng là vấn đề cần thiết

hệ thống bảo vệ nên dùng rơle kỹ thuật số của một hãng có tích hợp nhiều chức năng bảo vệ như bảo vệ so lệch dọc, bảo vệ quá tải và ngắn mạch, làm bảo vệ dự trữ

Chương 2 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠ LE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP

110KV SƠN TÂY – THÀNH PHỐ HÀ NỘI

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 7UT513Rơle 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 Udm  110 VDC

Tiếp điểm tác động:

Số rơle tác động: 5

Số tiếp điểm trên một rơle: 2 thường mở (NO)

Dung lượng đóng: 100W/VA

Dung lượng cắt: 30W/VA

Điện áp tác động: 250 V

Dòng cho phép: 30 A trong 50s

Tiếp điểm báo tín hiệu:

Số rơle tín hiệu: 11

Số tiếp điểm trên một rơle: 1 chuyển tiếp (CO) hoặc 1 thường mở (NO)

Dung lượng đóng, cắt: 20W/VA

Dòng cho phép: 1 A

Đầu vào nhị phân

Số đầu vào: 5

Điện áp làm việc: 24  250 VDC

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 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

Vùng hãm bổ xung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Vùng hãm Vùng tác động

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

Hình 2.3 Giá trị đặt của rơle 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 bị hãm

- 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

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

Adjustable e.g

I DIFF> /I N = 0,4

Adjustable 5nd harmonic = 40%

I5f/IfN

TRIP

BLOCK

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

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

: 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

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

Cài đặt chức năng bảo vệ quá tải nhiệt: Hệ số quá tải K, hằng số thời gian , 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

1000 20

1

I/k.I N 5 10

100

20 50

500 1000

100 200

2

0.50

0.30 1

5 10

3

2 1

5 8 6 10 12 10

t

t / phút 100

30 50

 /  1

/

I k I

I k I l

/

n

I k I

I k I I k I l

t 

Hằng số thời gian  = 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 = .Ln

1)./(

)./(

2



N

N I K I

I K I

Máy biến áp mang tải 90% tải định mức:

t = .Ln

1)./(

)./()./(

2 2





N

N PRE N

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

- Phụ thuộc cao (rất dốc) t =

10

.1)/(

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

c Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (BVCCĐHC)

Đường cong rất dốc

(b)

Hình 2.5 Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơle 7UT513 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

Tp[s]

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

I/Ip

20

2 4 8 16

Đường cong cực kỳ dốc (c)

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:

LIMITS = (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

* Dòng điện tác động: IREF = I'0

* Dòng điện hãm: ISTAB = K ( I'0 - I''0 + I'0 + I''0)

0.1 0.2 0.3 0.4 I' 0 /I'' 0

Vùng tác động

1

4

2 3

I 0 '

R EF

Vùng khóa.

F

I 0 '

R EF

F LIMIT

* Giả thiết K = 1, biên độ I'0 và I''0 bằng nhau thì ngắn mạch ngoài hoặc chế

độ bình thường IREF = I'0 ; ISTAB = 2 I'0 bảo vệ khoá

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ:

IREF = I'0 ; ISTAB = 0 hoặc -2 I'0 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  (I''0, I'0) Đặc tính tác động của bảo vệ như hình vẽ (hình 2.6.b)

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế

2.1.2 Rơle kỹ thuật số 7UT613

2.1.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 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

Hình 2.8 Rơ le so lệch 7UT613

Đặc điểm của rơle 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

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

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

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 này đặc biệt thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle trước khi đưa vào sử dụng

Cổng giao tiếp dịch vụ: Cổng kết nối này được đặt phía sau của rơle, sử dụng chuẩn truyền tin công nghiệp RS485, do đó có thể điều khiển tập trung một số bộ bảo vệ rơle bằng phần mềm DIGSI 4 Với chuẩn RS485, việc điều khiển vận hành rơle từ xa có thể thực hiện thông qua MODEM, cho phép nhanh chóng phát hiện xử

lí sự cố từ xa Với phương án kết nối bằng cáp quang theo cấu trúc hình sao có thể thực hiện việc thao tác tập trung Đối với mạng kết nối quay số, rơle hoạt động như một Web-server nhỏ và gửi thông tin 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

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7UT613

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 sử dụng xác định

2.1.2.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613

* Mạch đầu vào

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

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

- Công suất tiêu thụ đối với các đầu vào:

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

Dòng trong 10s : 30.Iđm

Dòng trong 1s : 100.Iđm

Hình 2.9 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT61

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

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

2.1.2.4 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 được thực hiện theo hai cách sau:

- Bằng bàn phím ở mặt trước của rơle

- Bằng phần mềm điều khiển rơle DIGSI 4 cài đặt trên máy tính thông qua các cổng giao tiếp

Rơle của hãng Siemens có các thông số trạng thái và chức năng bảo vệ được cài đặt theo các địa chỉ, tức là đối với mỗi chức năng, thông số cụ thể sẽ ứng với một địa chỉ nhất định, mỗi địa chỉ lại có những lựa chọn để cài đặt Thông số cài đặt vào rơle 7UT613 được thống kê trong bảng 2.1:

Bảng 2.1 Cài đặt thông số vào rơle 7UT613

142 Disable

Bật chức năng bảo vệ quá tải nhiệt

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

Để đảm bảo bảo vệ 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 Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm các đoạn: Đoạn a: Biểu thị giá trị dòng điện khởi động ngưỡng thấp IDIFF> của bảo vệ (địa chỉ 1221), với mỗi máy biến áp xem như hằng số Dòng điện này phụ thuộc dòng điện từ hoá máy biến

áp

7UT612 PhÝa s¬ cÊp

15 30 14 29 13 28

S2 S1

9 8 7

24 23 22

Hình 2.10 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613

I DIFF

INI

Hình 2.11 Đặc tính tác động của 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 0,25 địa chỉ (1241) với điểm bắt đầu là 0 (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 0,25 – 0,95 (địa chỉ 1243) với điểm bắt đầu 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 tác động không có thời gian mà không quan tâm đến dòng điện hãm IH và các sóng hài dùng để hãm bảo vệ Qua hình vẽ 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

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 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)

Nhìn hình vẽ nhận thấy:

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

hãm lớn, BI lập tức bị bão hoà (B) Thành phần so lệch được tạo thành và thành

phần hãm giảm xuống kết quả là điểm hoạt động (ISL, IH) có thể chuyển dịch sang vùng tác động (C) Ngược lại, khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch

đủ lớn, điểm hoạt động ngay lập tức dịch chuyển dọc theo đường đặc tính sự cố Hiện tượng bão hoà máy biến dòng được phát hiện ngay trong 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

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

Hình 2.12 Đặc tính hãm của rơle 7UT613

+ 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

2.1.2.6 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

2.1.2.7 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613

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

- 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

2.1.2.8 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

Hình 2.13 Nguyên lí bảo vệ chống hạn chế trong 7UT613

Hình 2.14 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế

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

Hình 2.15 Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơle 7UT613

2.1.2.9 Đánh giá rơle kỹ thuật số 7UT613

Hệ thống sử lý 32 bít, xử lý tín hiệu số tất cả các quá trình từ đo lường và điều khiển, biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số phát tín hiệu cho đầu ra và phát lệnh cho máy cắt

Thích hợp với bảo vệ máy biến áp, động cơ, máy phát, thanh cái và những phân nhánh chính

Tp[s]

32 16

0.1 0.0 5

t[s ]

2

2 1

4

4 0

10 5 3

20

50

Tp[s ]

0.5 32

2 4 8 16

0.2

0.05 0.1

4

0.50 0.3 0.4

3 2 1

50 40

20 30

10 5

Đường cong cực kỳ dốc(c)