Luan van chuyen de 221287 do an tot nghiep bao ve so lech may bien chuan

Vớichuyên ngành Thiết bị điện – Điện tử mà em được đào tạo thì tìm hiểu về rơlesố để bảo vệ thiết bị điện là rất quan trọng trong đó em dành mối quan tâm hơn cả tới việc bảo vệ máy biến

Mục Lục Phần I: Tìm hiểu rơle 7UT51X Trang.

Chương I : Giới thiệu chung về Rơle bảo vệ so lệch 7UT51x……….8

I) Các ứng dụng và chức năng bảo vệ của 7UT51x… …………8

1.1) Các ứng dụng của 7UT51x……….8

1.2) Các chức năng bảo vệ……… 9

II) Thiết kế cơ bản của 7UT51x……….………13

2.1) Lắp đặt……… ……13

2.2) Kích thước lắp đặt.(bản vẽ)……… 15

2.3) Thông số mô tả……….19

2.4) Sơ đồ cấu trúc………20

III) Thông số kỹ thuật……… 22

3.1) Các thông số vào ra(inputs/outputs)……… 22

3.2) Các thông số thí nghiệm điện………25

3.3) Các thông số thí nghiệm ứng suất cơ học……… 25

3.4) Các thông số thí nghiệm điều kiện thời tiết……… …26

Chương II : Nguyên lý làm việc và các ứng dụng……… ……28

I) Hoạt động của các khối……….……28

II) Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch……….… 31

III) Bảo vệ so lệch máy biến áp……….……32

3.1) Làm phù hợp các giá trị đo được……….…32

3.2) Đánh giá các giá trị đo……….…34

3.3) Hãm hài……… …37

3.4) Hãm bổ sung khi biến dòng bị bão hòa……… …38

3.5) Cắt nhanh không hãm với sự cố dòng lớn……… 39

3.6) Tác động/Cắt……… …40

IV) Bảo vệ so lệch cho máy phát và động cơ………44

4.1) Định nghĩa các dòng đo……… …44

4.2) Đánh giá các giá trị đo được……… 44

4.3) Hãm bổ sung khi biến dòng bị bão hòa……… 47

4.4) Tác động/Cắt……… 48

V) Bảo vệ so lệch cho các điểm rẽ nhánh……… 49

5.1) Qui ước chiều dòng điện……….49

5.2) Đánh giá các giá trị đo được……… 49

5.3) Hãm bổ sung khi biến dòng bị bão hòa……… 51

5.4) Tác động/Cắt……… 53

VI) Bảo vệ chạm đất có giới hạn………53

6.1) Nguyên lý bảo vệ chạm đất có giới hạn……… 53

6.2) Đánh giá số liệu đo lường………56

VII) Bảo vệ quá dòng có thời gian……….58

VIII) Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ……… 58

IX) Bảo vệ sự cố chạm vỏ……….59

Phần II: Ứng dụng 7UT51 cho bảo vệ máy biến áp điện lực tại trạm 110kV Phúc Thọ………60

I) Đặt vấn đề về bảo vệ máy biến áp điện lực………60

1.1) Đặt vấn đề……….….60

1.2) Các da ̣ng sự cố và tình tra ̣ng làm viê ̣c không bình thường của MBA……… 60

1.3) Các bảo vê ̣ thường được sử du ̣ng……… 60

II) Mô tả đối tượng được bảo vệ và các thông số chính……… 61

2.1) Vị trí, vai trò trạm biến áp Phúc Thọ trong hệ thống điện…… 61

2.2) Sơ đồ đấu dây……… …61

2.3) Các thông số của thiết bị chính trong trạm……… ………64

2.3.1) Máy biến áp………64

2.3.2) Các thiết bị phân phối phía 110kV……….64

2.3.3) Các thiết bị phân phối phía 35kV……… 66

2.3.4) Các thiết bị phân phối phía 22kV……… 67

III) Lựa chọn phương thức bảo vệ………68

3.1) Thành lập sơ đồ phương thức……….68

3.2) Tính toán bảo vệ so lệch bằng 7UT513……… ……72

Phụ Lục……… 79

Phụ Lục 1: Cài đặt thông số………79

1. Cài đặt ngày và giờ……….79

2. Thông số máy biến áp(Transformer data) Khối địa chỉ 11………80

3. Thông số máy phát hoặc động cơ – Khối địa chỉ 12……… 85

4. Cài đặt thông số của điểm rẽ nhánh – Khối địa chỉ 13…… 86

5. Cài đặt thông số cho bảo vệ so lệch máy biến áp Khối địa chỉ 16……… 87

6. Cài đặt cho bảo vệ so lệch cho máy phát hoặc động cơ Khối địa chỉ 17……… 93

7. Cài đặt cho bảo vệ so lệch điểm rẽ nhánh Khối địa chỉ 18……… 96

8. Cài đặt bảo vệ sự cố chạm đất Khối địa chỉ 19……… 99

9. Cài đặt cho bảo vệ quá dòng có thời gian Khối địa chỉ 21……… 101

10. Cài đặt cho bảo vệ quá tải theo nhiệt độ Khối địa chỉ 24 và 25……… … 103

11. Cài đặt cho bảo vệ chạm vỏ Khối địa chỉ 27……… ……… 106

Phụ Lục 2: Các tín hiệu chỉ thị……… …… 108 1) Các tín hiệu vận hành – Khối địa chỉ 51……… ………109 2) Các tín hiệu sự cố - Khối địa chỉ 52 đến 54……… …… 112

Tài liệu tham khảo:

1. SIEMENS Instruction Manual 7UT51 V3.0

2. Bảo vệ các hệ thống điện ( GS.VS Trần Đình Long )

Lời mở đầu

Kể từ khi điện năng được ứng dụng trong thực tế thì nó trở thành loại năng

lượng vô cùng quan trọng không thể thiếu trong mọi hoạt động của xã hội Điện

là một loại năng lượng có khả năng biến đổi sang các dạng năng lượng khác vớihiệu suất cao, dễ truyền tải đi xa với vận tốc rất lớn gần như tức thời Điện năng

là nguồn năng lượng không thể thay thế trong kỹ thuật điện tử, công nghệ thôngtin và truyền thông Do đó vai trò của các nhà máy điện, các thiết bị đường dâytruyền tải và phân phối điện là vô cùng quan trọng cần có sự đảm bảo làm việc

an toàn tin cậy Rơle là phần tử quan trọng nhất trong hệ thống bảo vệ, nó quyếtđịnh các tác động cảnh báo và bảo vệ thiết bị Rơle có rất nhiều chủng loại khácnhau nhưng có thể phân làm ba nhóm chính: rơle điện từ; rơle tĩnh(dùng linhkiện bán dẫn) và rơle kỹ thuật số hay gọi tắt là rơle số Rơle số ra đời sau nhưng

từ khi nó được đưa vào sử dụng đã chứng tỏ được những ưu điểm rất quan trọngnổi bật như sau:

• Độ tin cậy làm việc cao nhờ hạn chế được nhiễu và sai số do nguyên lýtruyền thông tin bằng số

• Do sử dụng những công cụ có công suất tiêu thụ rất nhỏ nên nhiệt độtrong thiết bị làm việc không cao

• Do không sử dụng phần động trong mạch logic nên không có quán tính,không bị kẹt do rỉ hoặc kết bụi

• Có khả năng kết hợp nhiều chức năng bảo vệ trong một thiết bị thay vì

sử dụng nhiều rơle riêng lẻ, không bị trôi tham số trong quá trình vậnhành

• Có khả năng tự lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng

• Độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian tác động nhanh.

• Có khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảovệ

• Thời gian hiệu chỉnh ngắn nên có khả năng tác động rất nhanh

• Có khả năng đo lường và nối mạng phục vụ cho công tác điều khiển,giám sát và điều chỉnh từ xa

• Có khả năng hiển thị thông tin cho người sử dụng thông qua các chươngtrình, phần mềm sử dụng máy vi tính

• Có khả năng ghi nhớ các sự kiện và hiện tượng bất thường phục vụ chophân tích sự cố và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống

Ngoài những ưu điểm đã nêu rơle số cũng có những nhược điểm nhất định:

• Cấu tạo phức tạp, đòi hỏi người vận hành có trình độ cao hơn

• Nhạy cảm với các điều kiện môi trường xung quanh, yêu cầu lắp đặt vàbảo quản hết sức nghiêm ngặt

• Giá thành cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt rơle cũ

• Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sủa chữa và nâng cấpthiết bị

Do điều kiện lịch sử, những hệ thống bảo vệ cũ ở nước ta hầu hết sử dụngcác rơle bảo vệ có xuất sứ từ Liên Xô cũ Chúng là các rơle điện cơ, một số ítkhác là rơle tĩnh Nhưng cùng với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật số vàyêu cầu nâng cao chất lượng cung cấp điện thì phần lớn các role thế hệ cũ đãđược thay thế bằng role số, đặc biệt là các công trình xây mới thì hoàn toàn sửdụng role số trong hệ thống bảo vệ

Rơle số rất đa dạng về chủng loại cũng như tính năng bảo vệ như rơle sốbảo vệ quá dòng, rơle số bảo vệ so lệch, rơle số bảo vệ khoảng cách…và đượccung cấp bởi nhiều nhà cung cấp khác nhau như: SIEMENS, ABB, ALSTOM,SCHNEIDER, SEL… Trong cùng một dòng thiết bị của mỗi nhà cung cấp cũng

có nhiều model khác nhau để chọn lựa tùy theo yêu cầu của người sử dụng Vớichuyên ngành Thiết bị điện – Điện tử mà em được đào tạo thì tìm hiểu về rơle

số để bảo vệ thiết bị điện là rất quan trọng trong đó em dành mối quan tâm hơn

cả tới việc bảo vệ máy biến áp và bảo vệ so lệch thường được chọn làm bảo vệchính Hiện tại ở Việt Nam cũng như trên thế giới thì rơle số bảo vệ so lệch củahãng SIEMENS được sử dụng phổ biến hơn cả do có khả năng tích hợp nhiềuđầu vào khác nhau và nhiều tính năng bảo vệ tùy theo chọn lựa của người sửdụng, giao diện thân thiện với người sử dụng Rơle bảo vệ so lệch của hãngSIEMENS có 2 dòng chính là 7UT51x và 7UT61x 7UT51x và 7UT61x đều cótính năng cơ bản có thể chọn lựa tùy theo người sử dụng như: Bảo vệ so lệchmáy biến áp, bảo vệ so lệch cho máy phát hoặc động cơ, bảo vệ so lệch chođiểm rẽ nhánh, bảo vệ quá dòng cắt nhanh và quá dòng có thời gian, bảo vệchống chạm đất, bảo vệ chống chạm vỏ, bảo vệ quá tải theo nhiệt độ Nhưng7UT61x có thể sử dụng cho nhiều đầu vào một lúc thích hợp với các hệ thốnglớn, 7UT51x thích hợp cho bảo vê ̣ riêng cho mô ̣t thiết bi ̣ Vì những lý do mà em

đã trình bày và trong giới hạn cho phép của đồ án tốt nghiệp em xin chọn đề tàicho đồ án tốt nghiệp của mình là: Nghiên cứu và ứng dụng rơle số bảo vệ solệch 7UT51x của hãng SIEMENS cho bảo vệ so lệch máy biến áp điện lư ̣c Trong thời gian qua với sự nỗ lực làm viê ̣c của bản thân cùng với sự hướng dẫn

tâ ̣n tình của thầy giáo TS.Bùi Đức Hùng em đã hoàn thành bản đồ án này Tuynhiên, với khả năng và trình đô ̣ có ha ̣n nên bản đồ án chắc chắn không thể tránhkhỏi những thiếu sót Em rất mong nhâ ̣n được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy côgiáo để bản đồ án được hoàn thiê ̣n hơn Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô! Sinh viên thực hiện

Chu Quang Dũng

Chương I : Giới thiệu chung về rơle số 7UT51x

I) Các ứng dụng và chức năng bảo vệ của 7UT51x.

• Kiểu lớn 7UT513 được sử dụng cho máy biến áp 3 cuộn dây và cácđiểm rẽ nhánh có 3 nguồn cấp Rơle có 5 rơle cắt, 10 rơle tín hiệu, 5đầu vào nhị phân và 14 chỉ thị LED có thể lập trình được.

Cả hai kiểu đều có chức năng bảo vệ quá dòng có thời gian nó có thể sửdụng như bảo vệ dự phòng và được gán cho bất cứ cuộn dây nào hoặc các đầucực của đối tượng bảo vệ

1.2) Các chức năng bảo vệ.

Các chức năng chung.

- Bảo vệ so lệch máy biến áp từ 2 đến 3 cuộn dây

- Bảo vệ so lệch động cơ và máy phát điện

- Bảo vệ so lệch điểm rẽ nhánh

- Bảo vệ chống chạm đất hạn chế

- Bảo vệ chống sự cố chạm vỏ

- Bảo vệ quá dòng có thời gian

- Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ

* Các chức năng bảo vệ:

- Bảo vệ so lệch với từng pha riêng biệt

- Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất.

- Cắt nhanh ở ngưỡng cao

- Bảo vệ chống quá tải

- Hãm chống lại các dòng từ hoá với sóng hài bậc hai

- Hãm chống lại các dòng sai số ổn định và thoáng qua, ví dụ: gây raquá kích thích, với sóng hài có thể lựa chọn (hài bậc 3, 4 hoặc bậc 5)

- Không nhạy cảm với các thành phần một chiều và bão hoà biến dòng

- Ổn định cao ngay cả với các mức bão hoà khác nhau của biến dòng

- Cắt nhanh không hãm đối với các sự cố máy biến áp có dòng lớn

- Độc lập với cách nối đất của trung tính máy biến áp

- Tăng độ nhạy với các sự cố chạm đất bằng việc bù dòng thứ tự không(chỉ có ở rơle 7UT513)

- Tự tổ hợp các tổ đấu dây của máy biến áp

- Điều chỉnh các tỷ số biến dòng với việc cân nhắc các dòng định mứckhác nhau của biến dòng

1.2.2 Bảo vệ so lệch máy phát và động cơ.

- Đặc tính cắt dòng hãm

- Độ nhạy cao

- Thời gian cắt ngắn

- Không nhạy cảm với các thành phần một chiều và bão hoà biến dòng

- Ổn định cao ngay cả với các mức bão hoà khác nhau của biến dòng

- Cắt nhanh đối với các sự cố có dòng lớn

- Độc lập với cách nối đất của trung tính máy biến áp

1.2.3 Bảo vệ so lệch cho các điểm rẽ nhánh.

- Đặc tính cắt dòng hãm

- Thời gian cắt ngắn

- Không nhạy cảm với các thành phần một chiều và bão hoà biến dòng

- Ổn định cao ngay cả với các mức bão hoà khác nhau của biến dòng

- Giám sát dòng vận hành

1.2.4 Bảo vệ chạm đất có giới hạn.

- Cho các cuộn dây máy biến áp, các máy phát, các động cơ hoặc cuộnkháng, điểm nối sao của chúng được nối đất trực tiếp

- Có độ nhạy cao với các sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ

- Có độ ổn định cao với các sự cố ngoài vùng dùng phương pháp hãmdòng qua việc đánh giá độ lớn của dòng điện cũng như vị trí góc phacủa dòng chạy qua

1.2.5 Bảo vệ quá dòng có thời gian.

- Có thể bảo vệ như bảo vệ dự phòng cho bất cứ cuộn dây được lựachọn hoặc nguồn cấp nào, với 7UT513 cho cả "đối tượng ảo"

- Có thể làm việc như bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập hoặc phụthuộc với đặc tính có thể lựa chọn

- Cấp qua dòng đặt lớn có thể làm việc độc lập

1.2.6 Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ.

- Hai chức năng logic quá tải độc lập có thể gán cho bất cứ hai cuộn dây nào hoặc các nguồn cấp của thiết bị được bảo vệ, đối với 7UT513 có thể cho một thiết bị ảo

- Mô phỏng nhiệt của các tổn hao nhiệt do dòng

- Đo giá trị hiệu dụng

1.2.7 Bảo vệ chạm vỏ.

- Cho các máy biến áp có vỏ bọc cách ly hoặc nối đất qua điện trở lớn

- Giám sát dòng chảy qua giữa vỏ và đất, có thể đánh giá dòng bằngsóng cơ bản hoặc giá trị hiệu dụng tuỳ chọn

- Có thể nối với đầu vào đo lường thông thường (normal) của thiết bịhoặc với đầu vào đặc biệt có độ nhạy cao (chỉnh định nhỏ nhất là 10mA)

1.2.8.Phối hợp với các đầu nhị phân từ bên ngoài.

- Cho việc xử lý hoặc truyền lại các lệnh hoặc các tín hiệu bên ngoài, ví dụ: "tín hiệu bảo vệ hơi"

- Nối với các rơle tín hiệu, LED và qua giao tiếp nối tiếp tới cácphương tiện điều khiển và kiểm soát (ví dụ LSA)

1.2.9 Phối hợp các tín hiệu cắt từ bên ngoài.

- Kết hợp các tín hiệu bên ngoài và quá trình xử lý tín hiệu

- cắt bằng các tín hiệu bên ngoài qua ma trận cắt đã tích hợp có trễ hoặc không trễ

II) Thiết kế cơ bản của 7UT51x.

2.1) Lắp đặt.

Tùy theo ứng dụng mà có 2 kiểu cơ bản:

- 7UT512 dùng cho máy biến áp 2 cuộn dây, máy phát, động cơ và điểmnút với 2 nhánh rẽ

- 7UT513 dùng cho máy biến áp 3 cuộn dây và điểm nút với 3 nhánh rẽ.7UT513 cũng có thể dùng để bảo vệ máy phát và động cơ

Có 2 kiểu modul được lắp đặt trong vỏ 7XP20

• 7UT51xx-xDxxx lắp trong vỏ 7XP2030-1(7XP2040-1) cho lắp bề mặt

Vỏ bọc được phủ kín màng kim loại, mặt trước có của sổ plastic trongsuốt có thể tháo ra Giá treo plastic được làm để hỗ trợ, chỉ dẫn cho cácmodul đầu vào Bảng chỉ dẫn tiếp theo nằm dưới đáy bên tay trái của mỗimodul có một tiếp điểm để tiếp điện tới vỏ bọc được lắp đặt kết hợp với lò

xo nối đất trong modul Nối đất được làm trước khi làm tiếp điểm đưa vào.Vít nối đất được cấp bên phía tay trái của vỏ Ngoài ra, đầu cuối 16(26)được nối với case

Tất cả tín hiệu ngoài được đưa vào qua 60(100) vít sắp xếp trên đỉnh hoặcdưới đáy vỏ Các vít được dánh số liên tiếp từ trái qua phải từ trên xuốngdưới

Bộ đưa dòng điện làm việc vào được cung cấp tự động, ngắn mạch biếndòng bất cứ khi nào modul được tháo ra Không tháo ra để đảm bảo an toànkhi mạch thứ cấp biến dòng có liên quan Với các rơle bảo vệ so lệch, lệchcắt có thể được đưa ra nếu tiếp xúc không đều khi modul được tháo ra hayđưa vào

• 7UT51xx-xCxxx lắp trong vỏ 7XP2030-2(7XP2040-2) cho lắp ngang

Vỏ bọc được phủ kín màng kim loại Của sổ và bảng gắn phía trước cóthể tháo ra Cửa sổ làm bằng plastic trong suốt để quan sát dễ dàng.

Giá treo bằng plastic được làm đẻ chỉ dẫn cho các modul đưa vào Tiếptheo ở dưới đáy bên tay trái có 1 tiếp điểm điện nối tới vỏ được lắp kết hợpvới lò xo nối đất của modul Nối đất được làm trước khi được làm tiếpđiểm vào Một vít nối đất được cung câp từ phía sau của vỏ

Tất cả tín hiệu ngoài được đưa vào thông qua modul kết nối được gắnphía sau trên panel cutout

2.2) Kích thước lắp đặt.

7UT512 trong vỏ 7XP2030-1 cho lắp bề mặt.

7UT512 lắp trong vỏ 7XP2030-2 cho lắp ngang hoặc cho lắp khối.

7UT513 trong vỏ 7XP2040-1 cho lắp đặt bề mặt.

7UT513 lắp trong vỏ 7XP2030-2 cho lắp ngang hoặc cho lắp khối.

• 5: 220/250 Vdc.

Ô 9: Kiểu lắp đặt

• D: Trong vỏ 7XP20 cho lắp bề mặt

• C: Trong vỏ 7XP20 cho ngang

• E: Trong vỏ 7XP20 cho lắp khối (không có kính trước)

Ô 13: Các chức năng tín hiệu bổ xung

• 0: Không có (yêu cầu tiêu chuẩn của 7UT512)

• 1: Có bảo vệ chạm đất có giới hạn (yêu cầu tiêu chuẩn của 7UT513)

• 2: Có bảo vệ chạm vỏ (7UT513 có đầu vào dòng điện độ nhậy cao).

Ô 14: Giao tiếp nối tiếp kết nối với trung tâm điều khiển

• A: Không có giao tiếp nối tiếp

• B: Có giao tiếp nối tiếp (tương tự V24 hoặc RS 232C)

• C: Có giao tiếp cho cáp quang

2.4) Sơ đồ cấu trúc( Sơ đồ chân đấu nối).

III) Thông số kỹ thuật.

3.1) Các thông số vào ra.

Các mạch đo:

Dòng định mức: 1A hoặc 5A

Tần số định mức: 50Hz/60Hz hoặc 16 2/3 Hz ( có thể lựa chọn)

Công suất tiêu thụ:

- IN=1A xấp xỉ 0,05VA mỗi pha

- IN=5A xấp xỉ 0,2VA mỗi pha

- Cho phát hiện dòng chạm vỏ độ nhạy cao tại I=1A xấp xỉ 0,05VA

Khả năng quá tải dòng:

- Nhiệt độ(giá trị hiệu dụng) 100xIN trong ≤ 1s

20xIN trong ≤ 10s 4xIN liên tục

- Động ( dòng xung ) 250xIN trong 1 nửa chu kỳ.Khả năng quá tải của chức năng phát hiện dòng chạm vỏ

- Nhiệt độ ( hiệu dụng ) 300A trong ≤ 1s

100A trong ≤ 10s 15A liên tục

Điện áp nguồn nuôi.

Nguồn nuôi một chiều được cấp qua 1 bộ chuyển đổi DC/DC

Công suất tiêu thụ:

Thời gian khắc phục trong khi có sự cố hoặc ngắn mạch nguồn nuôi ≥50ms ởUđm≥110Vdc

Các tiếp điểm làm việc:

Số tiếp điểm/rơle 2 (thường mở)

Công suất ĐÓNG 1000W/VA

Số rơle tín hiệu/cảnh báo 5( 4 có thể gán lại) 11(10 có thể gán lại)

Số tiếp điểm/rơle 1 thường đóng hoặc 1 thường mở

Công suất đóng cắt 20W/VA

Điện áp đóng cắt 250V

Dòng cho phép 1A

Số đầu vào nhị phân:

Điện áp làm việc 24÷250Vdc.

Dòng tiêu thụ Xấp xỉ 2,5mA, không phụ thuộc điện áp làm việc

Các giao tiếp nối tiếp:

Giao tiếp với người vận hành không cách ly

- Giắc nối: giắc 25 chân cho kết nối với máy tính cá nhân, ở mặt trước, theo ISO 2110

- Tốc độ truyền tin: 9600 Baud Min 1200 Baud Max 19200 Baud.Giao tiếp với trung tâm Cách li

Điều khiển để truyền dữ liệu

- Các tiêu chuẩn Tương tự V.24/V.28 đến CCITT; RS232C đến EIA Theo VDEW/ZVEI và IEC 870-5-103 hoặc DIN 19244

( lựa chọn)

- Tốc độ truyền Mặc định là 9600 Baud

Min 1200 Baud Max 19200 Baud

- Kết nối trực tiếp Lắp đặt ngang: Modul kết nối 4 cực Lắp đặt bề mặt: 4 hàng kẹp đầu ra 2 cặp lõi, đơn và bọc

kim LI YCY_CY2x2x0,25mm2.Khoảng cách truyền tin max 1000m

Điện áp thử 2kV với tần số định mức trong 1 phút

- Cáp nối quang Giắc tích hợp F-SMA

Lắp đặt bằng: Phía sau

Lắp đặt bề mặt: Phía đáy của vỏ

Chiều dài sóng quang 820mm

Hệ số suy giảm đường dây cho phép max.8dB

Khoảng cách truyền tin max.1,5km

Vị trí tín hiệu bình thường Có thể nối lại; nhà sản xuất đặt “đèn tắt”.

3.2) Các thông số thí nghiệm điện.

Thử cách điện.

Tiêu chuẩn: IEC 60255-5

- Thí nghiệm cao áp: 2kV (hiệu dụng), 50Hz

Trừ đầu vào điện áp nguồn nuôi một chiều 2,8kV một chiều

Chỉ đưa vào đầu vào điện áp nguồn nuôi một chiều

- Thí nghiệm điện áp xung 5kV đỉnh;1,2/50µs;0,5J;3 lần âm và 3 lần dương Trong 5s

3.3) Các thông số thí nghiệm ứng suất cơ học.

Dung động và Chấn động trong quá trình vận hành.

Tiêu chuẩn: IEC 60255-21 và IEC 60068-2

- Dung động hình sin

IEC 60255-21-1, cấp 1 10Hz đến 60Hz: độ lớn ±0,035mm

IEC 68-2-6 60Hz đến 150Hz gia tốc 0,5g

Tốc độ quét 1octave/phút

20 chu kỳ trong 3 trục trực giao

- Chấn động(shock) nủa chu kỳ sin

IEC 255-21-2, cấp 2 gia tốc 5g, trong khoảng 11ms, 3 lần theo mỗi hướng của 3 trục trực giao

- Dung động địa chấn hình sin

IEC 60255-21-3, caaps1 1Hz đến 8Hz: ±0.35mm độ lớn(trục ngang).IEC 68-3-3 1Hz đến 8Hz: ±0.15mm độ lớn(trục dọc) 8Hz đến 35Hz: gia tốc 1g(trục ngang)

8Hz đến 35Hz: gia tốc 0.5g( trục dọc)

1 chu kỳ theo 3 trục trực giao.

Dung động và trấn động trong quá trình vận chuyển.

Tiêu chuẩn: IEC 60255-21

20 chu kỳ trong 3 trục trực giao

- Chấn động(shock) nửa hình sin

IEC 60255-21-2 cấp 1 Gia tốc 15g trong 11ms, 3 chấn động theo mỗi IEC 60068-2-27 hướng của 3 trục trực giao

- Chấn động liên tục nửa hình sin

IEC 60255-21-2 Cấp 1 Gia tốc 10g trong 16ms, 1000 chấn động theo mỗi IEC 60068-2-29 hướng của 3 trục trực giao

3.4) Thí nghiệm điều kiện thời tiết.

- Nhiệt độ môi trường xung quanh cho phép:

Trong khi làm việc: -50C đến +550C

Trong kho: -250C đến +550C

Trong khi vận chuyển: -250C đến +700C

Việc lưu giữ và vận chuyển phải theo đóng gói tiêu chuẩn!

- Độ ẩm cho phép Giá trị trung bình hàng năm ≤75%

30 ngày/năm: 95%

Không được phép ngưng tụ

Khuyến cáo: Tất cả các thành phần được lắp đặt sao cho ánh sáng mặt trời chiếusáng thẳng vào, cũng như không có sự thay đổi nhiệt độ quá lớn có thể gây rangưng tụ.

Chương II : Nguyên lý làm việc và các ứng dụng.

I) Hoạt động của các khối.

Rơ le bảo vệ so lệch số 7UT51 được trang bị bộ vi xử lý mạnh 16 bit Nógiúp cho quá trình xử lý số hoàn toàn cho tất cả các chức năng từ các dữ liệuthu nhận được của các giá trị đo được đến đầu tín hiệu cắt của máy cắt.

Cấu trúc phần cứng của 7UT51, Ví dụ cho máy biến áp 2 cuộn dây.Phần tiếp nhận các giá trị đo đầu vào ME làm nhiệm vụ tiếp nhận hai loạitín hiệu: Tín hiệu nhị phân(tín hiệu số) từ các đầu vào nhị phân và tín hiệu

tương tự dòng điện từ các biến dòng đo lường, sau đó biến đổi các dòng điện từcác biến dòng đo lường sang các dòng phù hợp với mức độ có thể xử lý củathiết bị Do vậy cách ly được về điện giữa mạch xử lý và mạch đo lường, điệndung nhỏ do sử dụng các biến dòng đầu vào Các bộ lọc cũng được đặt để khửnhiễu Các bộ lọc được tối ưu theo dải tần và tốc độ xử lý cho phù hợp cho quátrình xử lý các giá trị đo Tín hiệu ra từ khối ME được đưa sang phần nhận cácgiá trị vào tương tự AE.

Các đầu vào được cách ly về điện với nhau và với các mạch điện tử Điềunày cho phép điểm đấu sao có thể ở bên ngoài thiết bị hoặc mạch dòng có thểdùng chung với các thiết bị khác

Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có công suất và tổ đấudây khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) được thực hiện bằng toán học hoàntoàn Thông thường không đòi hỏi các biến dòng trung gian

Modul đầu vào tương tự AE gồm các bộ khuyếch đại đầu vào, các thànhphần giữ và lấy mẫu, các bộ kết hợp tín hiệu, các bộ biến đổi tương tự/số và cácchíp nhớ cho việc truyền dữ liệu với bộ vi xử lý

Bên cạnh việc giám sát các giá trị đo, bộ vi xử lý xử lý các chức năng bảo

vệ hiện có bao gồm:

- Thành lập các giá trị đo theo tổ đấu dây và tỷ số biến áp của máy biến áp được bảo vệ và các biến dòng (cho bảo vệ máy biến áp)

- Thành lập các đại lượng so lệch và hãm

- Phân tích tần số của các giá trị đo được

- Tính toán các giá trị hiệu dụng cho chức năng phát hiện quá tải và kiểm tra độ tăng nhiệt của cuộn dây

- Kiểm tra các giá trị giới hạn và các chuỗi thời gian

cắt cho các máy cắt, tín hiệu cho các sự cố và trạng thái quan trọng cũng nhưcác đèn chỉ thị LED và các chữ số hiển thị ở mặt trước của rơle.

Một bàn phím màng tích hợp được nối với màn hiển thị tinh thể lỏng, cungcấp khả năng giao tiếp với thiết bị Tất cả các số liệu vận hành như: Các giá trịđặt, thông số thiết bị…được đưa vào từ bàn phím này Từ bàn phím có thể gọiđược ra các thông số cần cho việc đánh giá sự cố

Việc giao tiếp với rơle có thể thực hiện thông qua cổng nối tiếp ở mặttrước rơle bằng bảng vận hành hoặc bằng máy tính cá nhân

Qua cổng nối tiếp thứ 2 các số liệu có thể được gửi tới một thiết bị xử lýtrung tâm Trong điều kiện vận hành bình thường các thông số cũng có thể đượcgửi đi, ví dụ như các dòng điện tại nơi đặt thiết bị Giao tiếp thứ hai được cách

ly về điện do đó thoả mãn theo các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC 255 và tiêuchuẩn VDE 0435 phần 303

Liên lạc qua cổng này có thể hoán đổi bằng các cổng nối cáp quang Một

bộ nguồn cung cấp nguồn nuôi với nhiều cấp điện áp khác nhau phục vụ chocác khối chức năng Nguồn +24V sử dụng cho các rơ le đầu ra Các đầu vàotương tự đỏi hởi nguồn nuôi +15V Trong khi đó bộ vi xử lý và các thiết bịtrung chuyển của nó dùng nguồn +5V Sự cố thoáng qua với nguồn điện áp cóthể cho phép tới 50ms Sự cố có thể xảy ra khi có ngắn mạch trong hệ thốngnguồn nuôi một chiều có thể được vượt qua bằng thành phần lưu điện áp mộtchiều (điện áp nguồn nuôi định mức ≥110V)

Các chức năng bảo vệ được miêu tả chi tiết ở phần sau.

Từng chức năng có thể được kích hoạt hoặc khoá một cách độc lập, vì mỗichức năng được nhận ra bởi phần cứng tự quản riêng của nó, nhiễu qua lại bịloại trừ

Các chức năng bảo vệ 3 phía cho máy biến áp, máy phát hoặc động cơ vàcác điểm rẽ nhánh được mô tả ở phần riêng

Các khả năng có thể trong 7UT513 (được thiết kế cho 3 nguồn cấp) để sửdụng rơle bảo vệ cho đối tượng có hai nguồn cấp (máy biến áp có hai cuộn dây,các máy phát, động cơ hoặc hai điểm rẽ nhánh) Trong trường hợp này các chức

năng bổ xung thích hợp cho nguồn cấp thứ 3 (bảo vệ chạm đất giới hạn, bảo vệquá dòng có thời gian, bảo vệ quá tải) có thể sử dụng cho một đối tượng độc lậpkhác nhau được gọi là "Đối tượng ảo".

II) Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch.

Các hệ thống bảo vệ so lệch làm việc theo nguyên lý so sánh dòng điện và

vì vậy cũng được hiểu như hệ thống cân bằng dòng

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ sơ lệch:

Bảo vệ so lệch sử dụng nguyên tắc là dòng I rời khỏi một đối tượng bảo vệtrong điều kiện bình thường phải bằng dòng đưa vào nó Bất cứ sự sai lệch nàocũng chỉ thị sự cố bên trong vùng bảo vệ Các cuộn dây thứ cấp của các biếndòng CT1 và CT2 có cùng tỷ số biến có thể được nối để có được các dòng điệnnhư hình vẽ

Thành phần đo M được nối tại điểm cân bằng điện Trong điều kiện vậnhành bình thường sẽ không có dòng chảy qua thành phần đo M Khi có sự cốbên trong các biến dòng, các dòng điện ở mỗi đầu không bằng nhau, thành phần

đo M đo được dòng i1+i2 tỷ lệ với I1 +I2 tổng của hai dòng sự cố chảy qua Nếu

M

CT2 CT1

2

protected object

2

I 1 + I 2

dòng điện i1+i2 này đủ lớn cho thành phần đo M, hệ thống này sẽ cung cấp mộtbảo vệ đơn giản phân biệt được dòng sự cố.

Khi có một sự cố bên ngoài gây ra dòng ngắn mạch lớn chảy qua vùng bảo

vệ, các đặc tính từ hoá khác nhau của các máy biến dòng trong điều kiện bãohoà có thể gây ra dòng đáng kể chảy qua M Nếu độ lớn của dòng này nằm trênngưỡng tác động, hệ thống có thể đưa ra lệnh cắt Việc hãm chống lại việc tácđộng sai của bảo vệ

III) Bảo vệ so lệch máy biến áp.

3.1) Làm phù hợp các giá trị đo được.

Xét về mặt nguyên lý, thì bảo vệ so lệch máy biến áp cũng giống như bảo vệ solệch máy phát và đường dây Tuy nhiên, máy biến áp có những đặc trưng riêng,nên về mặt chi tiết sơ đồ bảo vệ có những khác biệt sau:

1. Điện áp phía cao áp và phía hạ áp khác nhau Do đó dòng điện các phía

sẽ khác nhau Mà ta lại muốn so sánh 2 dòng đó với nhau Vì thế, người

ta phải chọn các biến dòng sao cho dòng ra của bộ biến dòng 2 đầu sẽgần bằng nhau nhất Những sai biệt còn lại sẽ được hiệu chỉnh khi cài đặt

rơ le Đối với rơ le cơ và rơ le điện tử, thì chọn các TAP trên cuộn dòng.Với rơ le số, thì cài đặt thông số khai báo

2 Do kết cấu tổ đấu dây của máy biến áp, thường dòng 2 đầu sẽ bị lệch đi

1 góc Do đó tín hiệu đưa vào rơ le cũng phải làm lệch ngược lại để đồngpha với nhau, mới so sánh được Đối với rơ le cơ, người ta thay đổi sơ

đồ đấu dây biến dòng bên ngoài rơ le Đới với rơ le điện tử, người tachọn các vị trí góc trên mặt rơ le Với các rơ le số, người ta cài đặt, khaibáo thông số

3. Trong quá trình quá độ, tỷ lệ dòng hai phía có thể thay đổi Rơ le có thểtác động sai Vì thế phải có bộ phận phát hiện quá trình quá độ, ngănngừa không cho rơ le tác động Thông thường, người ta phát hiện quátrình này bằng cách đo lường dòng điện sóng hài bậc 2 nếu dòng bậc 2cao, nó sẽ hãm không cho rơ le tác động

Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có công suất và tổ đấudây khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) được thực hiện bằng toán học hoàntoàn Thông thường không đòi hỏi các biến dòng trung gian

Các dòng đưa vào được chuyển đổi theo dòng định mức của máy biến áp.Điều này có được bằng cách đưa số liệu định mức của máy biến áp vào rơle, đó

là: Công suất định mức, điện áp định mức và dòng điện định mức của các biếndòng.

Vì tổ đấu dây đã được đưa vào nên rơle có khả năng so sánh dòng theo côngthức cố định

Việc chuyển đổi dòng được thực hiện bằng các ma trận, hệ số được lập trình

mô phỏng các dòng điện so lệch trong các cuộn dây máy biến áp Tất cả các tổđấu dây rơle đều có thể hiểu được (bao gồm tráo pha)

Dạng tổng quát của chuyển đổi:

(Im) = k.(K).(In)

Trong đó:

(Im) – Ma trận dòng làm phù hợp

k – Hệ số không đổi

(K) – Ma trận hệ số, phụ thuộc vào tổ đấu dây

(In) – Ma trận dòng điện pha IL1, IL2, IL3

Ví dụ cho làm phù hợp tổ đấu dây Y(N)d5 ( chưa làm phù hợp về độ lớn)

Sau khi các dòng nhận vào được làm cho phù hợp có tính đến tỷ số biếnnhóm véc tơ và cách đối xử với các dòng thứ tự không, các bảo vệ cần thiết chobảo vệ so lệch được tính toán từ IA , IB , IC của từng cuộn dây Trong các phầnchú giải sau các chỉ số sẽ được dùng để phân biệt các cuộn dây: 1 cho cuộn sơcấp (điện áp cao hơn) của máy biến áp, 2 cho cuộn thứ cấp (điện áp thấp hơn)

và 3 cho cuộn thứ 3 đối với máy biến áp 3 cuộn dây nếu sử dụng

Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho các đối tượng bảo vệ hai phía, một đạilượng hãm thường được lấy từ tổng số học |I1| + |I2| Trong các hệ thống bảo vệ

so lệch cho đối tượng bảo vệ 3 phía, máy biến áp 3 cuộn dây việc hãm chỉ cóthể thực hiện với tổng số học |I1| + |I2|+|I3| Phương pháp này được sử dụng trongrơle 7UT51 cho tất cả các đối tượng bảo vệ (máy biến áp 2 hoặc 3 cuộn dây)

Nó đòi hỏi tạo ra tổng véc tơ và tổng số của các dòng điện cho từng cuộn dây.Các định nghĩa sau được sử dụng:

Dòng so lệch hoặc tác động cắt

Idiff = |I1 + I2| (2 cuộn dây)

Hoặc Idiff = |I1 + I2+I3| (3 cuộn dây)

Và dòng làm ổn định hoặc hãm (hài):

Istab = |I1| + |I2| (2 cuộn dây)

Hoặc Istab = |I1| +|I2|+|I3| (3 cuộn dây)

Idiff được lấy từ các sóng cơ bản và sản sinh ra đại lượng gây ra lệnh cắt,Istab chống lại ảnh hưởng này

M

CT2 CT1

i

protected object

2

I 1 + I 2

Để làm sáng tỏ 3 điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét:

a Dòng chảy qua máy biến áp vận hành bình thường hoặc khi có sự cố bênngoài

I2 đổi hướng của nó vì vậy đổi dấu, I2 =- I1 do vậy |I2| =| I1|

Idiff = |I1 + I2|= |I1 -I1| = 0

Istab = |I1| + |I2| = |I1 + I1|= 2.|I1|

Không tác động cắt (Idiff = 0) hãm (Istab) tỷ lệ với 2 lần dòng chảy qua

b Ngắn mạch bên trong, mỗi phía được cấp bởi các dòng giống nhau:

Trong trường hợp này: I2 = I1 do vậy |I2| =| I1|

Idiff = |I1 + I2|= |I1 + 01|= |I1|

Istab = |I1| + | I2| = |I1| + 0 = |I1|

Các thành phần tác động cắt (Idiff) và hãm (Istab) bằng và tỷ lệ với dòng sự

cố cấp từ một phía

Kết quả này cho thấy rằng với sự cố bên trong Idiff= Istab Vì vậy đặc tính sự

cố bên trong là một đường thẳng với độ dốc =1

Trên sơ đồ hoạt động minh hoạ ở hình vẽ Hình vẽ đưa ra đặc tính làm việc

đầy đủ của rơle Nhánh a thể hiện ngưỡng nhậy của bảo vệ rơle so lệch và xét đến dòng sai số không đổi, dòng từ hoá Nhánh b xét đến sai số tỷ lệ theo dòng

có thể gây ra bởi sai số của biến dòng chính, các máy biến dòng đầu vào củarơle hoặc từ vị trí bộ chuyển nấc máy biến áp Ở dải dòng điện lớn có thể làm

tăng bão hoà cho biến dòng, nhánh c gây hãm nhiều hơn Các đánh giá thêm, trong trường hợp cực bão hoà nhánh c (hãm cộng thêm -add-on stabilization)

được mô tả phần sau

Các dòng Idiff và Istab được so sánh bằng bảo vệ so lệch với đặc tính làm việc(hình vẽ) Nếu các dòng nằm trong vùng cắt, lệnh cắt được đưa ra

Đặc tính làm việc của Rơle

3.3) Hãm hài.

Khi các dòng so lệch có thể gây ra không chỉ từ các sự cố bên trong máybiến áp mà còn từ dòng từ hoá máy biến áp khi đóng máy biến áp , nối songsong máy biến áp hoặc một máy biến áp bị quá điện áp, chúng sinh ra các thànhphần sóng hài

Dòng từ hoá có thể lớn gấp nhiều lần dòng định mức và thành phần chủyếu là sóng hài bậc 2 (gấp đôi tần số định mức) Trên thực tế nó không có mặttrong các trường hợp có ngắn mạch Nếu thanh phần bậc hai vượt quá ngưỡng(có thể chọn), lệnh cắt bị khoá

Vì hãm dòng từ hoá làm việc độc lập cho từng pha, bảo vệ vẫn làm việchoàn toàn ngay cả khi đóng máy biến áp vào sự cố một pha, khi đó dòng từ hoá

có thể xuất hiện chỉ ở các pha không có sự cố Tuy vậy cũng có thể đặt bảo vệ

để không chỉ pha có dòng từ hoá chứa sóng hài vượt quá ngưỡng cho phép đượchãm mà những pha khác của cấp bảo vệ so lệch Idiff, cũng bị khoá (được gọi là

"chức năng khoá chéo") Chức năng khoá chéo này có thể bị giới hạn trongkhoảng thời gian chọn trước

Bên cạnh sóng hài bậc 2, sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để khoábảo vệ

Sóng hài bậc 4 có thể thấy giống như sóng hài bậc 2 trong quá trình quá độnhưng giá trị nhỏ hơn sóng hài bậc 2

Quá bão hòa lõi thép máy biến áp đặc trưng bởi sự xuất hiện các thành phầnsóng hài bậc lẻ trong dòng điện Vì vậy sóng hài bậc 3 và bậc 5 thích hợp đểphát hiện ra những hiện tượng này Nhưng vì thành phần sóng hài bậc 3 thường

bị loại trừ ở các máy biến áp lực (bằng cuộn dây đấu ∆) sóng hài bậc 5 thườngđược sử dụng

Hơn nữa, ở các máy biến áp tự ngẫu các sóng hài bậc lẻ không thấy xuấthiện trong các sự cố bên trong máy biến áp

Sóng hài làm việc độc lập cho từng pha Tuy vậy, cũng có thể đặt bảo vệ đểkhông chỉ để pha có dòng từ hoá chứa sóng hài vượt quá ngưỡng cho phép đượchãm mà những pha khác của cấp bảo vệ Idiff> cũng bị khoá (được gọi là "chứcnăng khoá chéo") Chức năng khoá chéo này có thể bị giới hạn trong khoảngthời gian chọn trước

Các bộ lọc số được sử dụng để thực hiện các phân tích Fourier cho dòng solệch Ngay khi thành phần sóng hài vượt quá các giá trị đặt, rơle hãm ở phatương ứng Thuật toán được tối ưu có xét đến các trạng thái thoáng qua để loại

bỏ hãm không cần thiết trong các điều kiện động

3.4 Hãm bổ sung (Add-on stabillization) khi biến dòng bị bão hoà:

Bão hoà của các máy biến dòng gây ra bởi các dòng sự cố lớn và/hoặc cáchằng số thời gian hệ thống dài không thích hợp với các sự cố bên trong (sự cốbên trong máy biến áp được bảo vệ) Vì vậy các dòng so lệch cũng như dònghãm đo được bị biến dạng đến cùng một ngưỡng Tất nhiên, thành phần sóng cơ

bản của dòng so lệch cũng phải ít nhất vượt quá ngưỡng tác động (nhánh a ).