THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP
3. Rơle kĩ thuật số
Đặc điểm: các tín hiệu xử lí bên trong của rơle kĩ thuật số ở dạng số (dạng nhị phân 0,1) mà nó có thể thực hiện nhiều chức năng tuần tự. Tín hiệu đầu vào được chuyển sang tín hiệu số để điều khiển tín hiệu ra.
a) Chức năng và cấu trúc tổng quan rơle số
Một rơle số có những loại nhiệm vụ chức năng sau :
a.1) Chức năng đo lường : là chức năng đầu tiên và quan trọng nhất, nhằm đo, lọc, tính ra những thông số mạch điện mà rơle phải canh. Các lượng vào đầu tiên nói chung là :
- Doìng ba pha, doìng trung tênh.
- Áp ba pha, áp thứ tự zêrô.
Số lượng vào cụ thể lại tùy yêu cầu của rơle. Những lượng này khi không có sự cố thường là hình sin và cân bằng, dòng trung tính, áp thứ tự zêrô bằng không. Nhưng khi sự cố sẽ có một biến động mạnh của thành phần tần số công nghiệp, thường kèm theo mất đối xứng khiến sinh ra các thành phần thứ tự nghịch và zêrô. Một nét đặc biệt quan trọng khác nữa là kèm theo đó thường sinh ra những thành phần quá độ tự do lớn, không chu kì, khiến dòng áp quá độ cố mất dạng hình sin.
Do đó những dòng áp đo vào cần được :
- Biến nhỏ lại bằng những BU và BI đặc biệt (BI không bão hòa, dải đo rộng).
- Lọc thông thấp ra thành phần tần số công nghiệp gồm lọc cứng, khi cần kết hợp lọc bằng phần mềm.
- Chuẩn hóa đến mức điện áp thích hợp, qui định cỡ 2V ứng với Uđịnh mức và ứng với 10.Iđịnh mức. Những việc trên thực hiện chủ yếu bằng phần cứng.
a.2) Chức năng lấp mẫu, tính toán canh sự cố, khởi động các rơle chủ yếu gồm các việc sau :
* Lấp mẫu dòng, áp, tần số, đếm pha đưa vào bộ đệm mẫu.
* lọc số tiếp nếu cần.
* Tính toán phân tích ra các số liệu cần như : - Dòng, áp hiệu dụng (hoặc số gia ∆i, ∆u).
- Các thành phần thứ tự pha dòng áp.
- Góc lệch pha.
* Tính các biểu thức đặc trưng sự cố, so ngưỡng để phát hiện sự cố.
a.3) Các thành phần bảo vệ rơle và ghi chép sự cố :
Khi xảy ra sự cố thì modul canh sẽ khởi động chạy chức năng bảo vệ rơle để xử lí ứng với sự cố ấy. Một rơle số có nhiều chức năng rơle khác nhau do các CPU thực hiện. Một modul chương trình bảo vệ rơle tương ứng sẽ bắt đầu tiếp nhận lấy những số liệu đang tiếp tục diễn biến, để tính định lượng cụ thể các thông số của sự cố ấy và tính ra thời gian trễ cần cho việc "CẮT" sự cố. Đồng thời một modul cũng ghi chép lại diễn biến của sự cố để có thể lấy ra dùng sau này.
a.4) Chức năng "CẮT" sự cố.
a.5) Chức năng "ĐÓNG LẠI" (nếu có).
Sample interrupt
Sampling
Line energizd
Undervoltage distance relay pickc up
Power swing blocking
Tripping logic
Closing logic
Normal operation program Phase distatace
relay picks up Faul detector starts
earth distance relay picks up
Y
Y
Y
Y
N N
N
Return to main program
a.6) Chức năng tự kiểm tra thiết bị, như kiểm tra BU, BI đứt, chập, kiểm tra điện áp để "ĐÓNG", "CẮT"
đủ không và nhất là kiểm tra các vi xử lí có chạy tốt không. Để có những xử lí báo tín hiệu hay báo động Hỗnh 6-18
Biểu đồ chức năng bảo vệ của CPU1 trong LFP 931 của hãng NARI (Trung Quốc).
73
cần thiết. Hình 6-18 vẽ một phần lưu đồ xử lí của rơle bảo vệ nhanh đường dây cao áp LFP.931 của hãng NARI Trung Quốc.
b) Phần mềm của rơle số
Kết cấu phần cứng và phần mềm của các kiểu rơle số của các hãng khác nhau thường có những nét đặt biệt riêng, không giống nhau. Các hãng đó đều không cho thông báo gì rõ về phần cứng, phần mềm của họ. Ở đây sẽ chỉ nêu trên những nét chung về phần mềm của rơle số.
b.1) Phần mềm của rơle số ở Runtime sau khi KHỞI ĐẦU thường gồm một số bộ phận
Trở về RTI
Đồng hồ lấy mẫu gọi
Do modul CANH sự cố khởi động
Modul lấy mẫu 12,16,24 lần chu kì trở về của RTI
Modul CANH sự cố
Khởi động cạc rồle bảo vệ
Tờnh vaỡ lổu số liệu sự cố
Modul các bảo vệ rơle -Kiểm tra cờ tính sự cố của bảo vệ.
-Dựng /xóa các cờ sự cố -Ghi các thời gian CẮT
Modul CẮT -Kiểm tra các cờ CẮT.
-Đếm ngược các thời gian CẮT.
-Ra lệnh CẮT
Modul ÂỌNG LẢI -Kiểm tra settings.
-Đếm ngược các thời gian Reclose.
-Ra lệnh ĐÓNG Đồng hồ 20ms goüi
Đồng hồ 20ms goüi Có sự cố ?
N
Y
Hỗnh 6-19
Lưu đồ khái quát "RUNTIME" của rơle sôÚ a) Bộ phận thường kì chạy liên tục theo những chu kì
* Modul "LẤY MẪU" các dòng, áp, trạng thái cất vào byffer các mẫu. Tần số lấy mẫu 12, 16 hoặc 24 lần/chu kì điện.
*Modul "CANH" sự cố, nó tính liên tục những thông số đặc trưng sự cố hay dùng các biên độ dòng và canh, khi chúng vượt những ngưỡng thì phát hiện ra sự cố và khởi động những modul bảo vệ làm việc. Khởi động modul "LƯU GIỮ" các số liệu của sự cố (dòng, áp, các lệnh đóng/cắt,...). Chu kì canh giữ thường 10ms hay 20ms.
b) Các modul "BẢO VỆ RƠLE" do modul "CANH" khởi động
Gồm một số modul bảo vệ chính và một số modul bảo vệ hậu bị. Ví duû bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng định thời gian, bảo vệ quá dòng thời gian, bảo vệ phương hướng góc pha, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ thấp tần,... Thật ra chỉ khởi động những bảo vệ đã được người dùng chọn. Các modul này có thể được thiết kế theo kiểu chạy lần lượt, theo một thứ tự đã định. Chúng lần lượt tính chi tiết những thông số liên quan đến nhiệm vụ bảo vệ của mình. Ví duû modul bảo vệ quá dòng thời gian sẽ tính xem :
- Quạ doỡng cạc pha naỡo, giạ trở bao nhióu.
- Thời gian cắt theo tiêu chuẩn thời gian ngược nào, tính ra là bao nhiêu ms bao nhiêu chu kì 20ms.
Sau đó từng modul dựng cờ sự cố của mình và ghi vào ô nhớ thời gian của mình để modul "TRIP"
thực hiện.
c) Modul "TRIP" cũng được modul "CANH" khởi động bắt đầu chạy
Nó kiểm tra các cờ sự cố và các ô ghi thời gian cắt để đếm ngược cho đến hết thời gian cắt nào trước thì ra lệnh "CẮT". Sau đó nó xem có đặt chế độ "ĐÓNG LẠI" RECLOSE (sau cắt quá dòng) thì khởi õọỹng cho modul "RECLOSE" hoảt õọỹng.
d) Modul đóng lại "RECLOSE" được khởi động
Nó sẽ kiểm tra chế độ Reclose (mấy lần, thời gian giãn cách bao nhiêu) và đếm lùi căn thời gian ra lệnh các lần "ĐÓNG LẠI".
Việc "ĐÓNG LẠI" cũng như lệnh "ĐÓNG CẮT" còn thêm option định rằng phải kiểm tra đồng bộ hay không. Lưu đồ thay thế như hình 6-19.
c) Phần mềm khác
Bên cạnh Runtime còn có bộ phận giao tiếp sau : c.1) Modul "BẠO CẠO"
Nó báo cáo các thông tin về sự cố xảy ra (như thời gian, kiểu sự cố, cường độ sự cố, thời điểm ra lệnh cắt, thời điểúm cắt xong) gởi lên máy "QUẢN LÍ RƠLE" (nếu trong hệ có đặt máy này) để "QUẢN LÍ RƠLE" báo cáo sang cho hệ SCADA.
c.2) Modul này cũng báo cáo về lịch sử các sự cố cho một máy tính nối thông tin với nó qua một cổng PORT RS - 232.
c.3) Một modul "LẬP TRèNH CHẾ Đễĩ"
Cũng giao tiếp với máy máy tính qua "PORT" đó để đối thoại giúp người thiết kế khai báo cấu hình bảo vệ cho rơle, như dùng chức năng bảo vệ nào, các số đặt settings bao nhiêu. Modul này sẽ ghi giữ lại các số đặt ấy trong bộ nhớ, để các modul Runtime sẽ tra đọc mà làm việc.
d) Cấu trúc chung của rơle số
Từ các chức năng trên thấy rơle số có một số chức năng thực hiện bằng những phần cứng gần tổồng tổỷ nhau :
- Mạch BI, BU đo vào chuẩn hóa (những lượng dòng, áp vào).
- Mạch lọc cứng; Mạch lấy mẫu (lấy mẫu những lượng gì, tần số lấy mẫu).
- Mạch vi xử lí (mấy CPU, kiểu gì); Mạch "CẮT".
- Mạch giao tiếp với người, mạch thông tin; Các đèn báo.
75
Tín hiệu sau khí lấy qua biến dòng có trị số thích hợp được đưa vào chỉnh lưu tạo ra dòng điện một chiều. Tuy nhiên các mạch điện tử chỉ làm việc với một dòng điện định mức giới hạn nhỏ nhất định nào đó. Để đưa dòng điện thích hợp vào CPU, ta phải lựa chọn dòng điện đầu vào nhờ công tắc lựa chọn
để có tín hiệu vào trong dải cho phép. Cấu trúc chung của một rơle số gồm các khối sau:
Hình 6-20: Sơ đồ khối một rơle số của hãng ABB 0/0
16/0 5/0 2/0 0.2/0.1 0.4/0 0.5/0 1/0
0.2/0 0.4/0 H.S Time
H.S output relay Output Drivers
Micro computer
TMS Switch setting Time current output relay 0.4/0
0.2/0 0.1/0 0.05/0 0.05/0.025
High Switch setting
Current select swiches A to D Current setting switch
Interposing Input
d.1) Bộ biến đổi A/D: trong CPU có khối A/D làm nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ tương tự(liên tục) sang tín hiệu số. Bộ phận này có hai chức năng là lượng tử hóa tín hiệu liên tục cho ra tín hiệu rời rạc sau đó mã hóa tín hiệu rời rạc này. Việc mã hóa là gán những mã nhị phân cho từng tín hiệu rời rạc trong quá trình lượng tử hóa.
d.2) Sau khi lấy tín hiệu từ bộ chuyển đổi đầu vào A/D: ở dạng số bộ vi xử lí (CPU) sẽ phân tích đánh giá và cho tín hiệu đầu ra. Bộ CPU có nhiều khối nhỏ hợp thành việc chỉnh định các thông số tác động nhờ các công tắc lập trình cho các giá trị đặt. Các công tắc là một trong số chuỗi nhị phân của của giá trị lập trình đó, nó có thể ở mức 0 hay mức 1. Khi chỉnh định các thông số các giá trị này có thể hiển thị trên màn hình tương ứng các giá trị của các công tắc lập trình đó.
Ngoài ra, thời gian tác động cũng được đưa vào các công tắc lập trình, tùy theo nhu cầu phối hợp bảo vệ mà ta chọn số nào trong chuỗi công tắc lập trình đó.
d.3) Khối điều khiển đầu ra: thực hiện việc chuyển mạch đưa tín hiệu vào các rơle đầu ra, mỗi rơle đầu ra có thể cho tín hiệu đến máy cắt hay đèn tín hiệu khi có sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ.
d.4) Rơle đầu ra (khối thực hiện): cũng tương tự ở rơle tương tự tín hiệu cắt nhờ tầng khuếch đại công suất đưa đến cuộn cắt máy cắt. Trong rơle so lệch trị số các vòng dây của biến dòng và giá trị điện trở thường được chọn để hằng số thời gian của mạch thứ cấp kể cả mạch từ hóa rất bé (khoảng 0,06 chu kì tần số trong công nghiệp). Giá trị tối ưu này được hiệu chỉnh sao cho khi đóng không tải thành phần ngắn mạch trong vùng bảo vệ được hấp thụ hoàn toàn bởi mạch từ hóa của máy biến áp trong khoảng 0,18 chu kì tần số công nghiệp. Do vậy rơle không bị chậm pha khi có dòng ngắn mạch hình sin với thành phần không chu kì. Hình 6-20 và 6-21 vẽ sơ đồ sơ lược của rơle số của hãng ABB và hãng NARI: Chức năng từng bộ phận mạch của rơle được các sơ đồ thể hiện một cách sơ lược.
e) Bộ phận chức năng giao tiếp với người
e.1) Các rơle số có những bộ phận để giao tiếp với người thuận tiện (thường có tổ chức):
* Một PORT truyền tin RS - 232 hoặc RS - 485 để truyền tin đối thoại với người lập trình hoặc trỉỷc ban qua maỡn hỗnh hay baỡn phờm mạy tờnh.
* Một panel bảng chữ LCD và bộ phím sử dụng để đối thoại với người lập trình hoặc trực ban.
e.2) Mục đích các việc truyền tin chủ yếu
e.2.1) Chỉnh đặt cho các chức năng bảo vệ rơle :Dùng/ không dùng chức năng bảo vệ nào; Đặt các giá trị mức ngưỡng, thời gian trễ, số lần bao nhiêu ,...
e.2.2) Khai báo cấu hình mạch vào gồm: hệ số BI, BU; khai báo cách đấu dây của chúng.
e.2.3) Khai báo về cấu hình các mạch đóng, cắt.
e.2.4) Đọc ra và sửa các thông số đã được chỉnh đặt, đã khai báo.