Bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng rơle so lệch số 7UT51

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng rơle so lệch số 7UT51

Lời cảm ơn

Trong suốt khóa học (2001-2006) tại trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, với sự giúp đỡ của qúy thầy cô và giáo viên h-

ướng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành đúng thời gian quy định

Em xin chân thành cảm ơn đến:

Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện cùng bộ môn Điện kỹ thuật và tất cả qúy thầy cô trong khoa Cơ Điện đã giảng dạy những kiến thức làm cơ sở để thực hiện đồ án tốt nghiệp và tạo

điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học

Đặc biệt, thầy Đỗ Văn Công - giáo viên hướng dẫn đề tài đã

tận tình giúp đỡ và cho em những lời chỉ dạy qúy báu, giúp em

định hướng tốt trong quá trình thực hiện đồ án này

Tất cả bạn bè, gia đình đã giúp đỡ động viên trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót, mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của qúy thầy cô và các bạn để đề tài hoàn chỉnh hơn

TrÇn V¨n Quúnh

Mục lục

mở đầu 7

1/ Đặt vấn đề 7

2/ Giới hạn của đề tài: 8

3/ Mục đích nghiên cứu: 8

4/ Hình thức nghiên cứu: 8

5/ Đối tượng nghiên cứu: 8

6/ Phương pháp nghiên cứu: 8

Chương 1: tổng quan về rơle thuật số 9

1/ Khái niệm về rơle bảo vệ 9

1.1/ Khái niệm 9

1.2/ Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ 10

1.3/ Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện 11

2/ Cấu tạo chung của rơle số sử dụng bộ vi xử lý 12

2.1/ S kh i c a r le s s d ng b vi x lý 12

2.2/ Dựng ch ng trỡnh ph n m m i u khi n ph n c ng 13

2.2.1/ Ch ng trỡnh ph n m m h th ng 13

2.2.1.1/ Ch ng trỡnh t ki m tra khi úng ngu n 13

2.2.1.2/ Ch ng trỡnh h th ng vào/ra c s (BIOS) 13

2.2.1.3/ Ch ng trỡnh a nhi m 14

2.2.1.4/ Cỏc ch ng trỡnh ph c v cho l p trỡnh ng d ng 14

2.2.2/ Ch ng trỡnh ph n m m ng d ng 14

2.2.2.1/ Ph n m m ng d ng c a b vi x lý trong ch kh i ng 15

2.2.2.2/ X lý d li u t ng t 15

2.2.2.3/ X lý tớn hi u s 15

2.2.2.4/ Thụng tin liờn l c 16

2.2.2.5/ Ch c n ng b o v 16

2.2.2.6/ o l ng và b n ghi s ki n 16

3/ Các tín hiệu đầu vào và đầu ra 17

3.1/ Đầu vào tương tự 17

3.2/ Đầu vào số 18

3.3/ Đầu ra số 20

4/ Xử lý tín hiệu tương tự 21

4.1/ Các bộ biến đổi đầu vào 21

4.2/ Các bộ lọc sơ bộ và khuếch đại 22

4.3/ Bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) 22

5/ Các bộ lọc số 23

6/ Bộ nguồn dùng cho rơle số 24

7/ Cổng vào ra thông tin tuần tự 25

8/ Phương pháp so sánh trong rơle số 28

8.1/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện ở dạng cơ số 2 nhiều bít bằng sơ đồ phần cứng 28

8.2/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện theo giá trị góc pha bằng phương pháp phần mềm 29

9/ Các bộ phận khác của rơle số 31

9.1/ Các bộ nhớ 31

9.2/ Giao diện với người sử dụng 31

9.3/ Kết cấu lắp giáp 32

Chương 2: Bảo vệ máy biến áp động lực 33

1/ Các dạng sự cố trong máy biến áp 33

1.1/ Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA 33

1.2/ Ngắn mạch một pha chạm đất 33

1.3/ Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA 35

1.4/ Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp 35

2/ Các phương án bảo vệ máy biến áp 36

2.1/ Bảo vệ ngắn mạch 36

2.1.1/ Dùng bảo vệ so lệch có hãm 36

2.1.2/ Sử dụng cầu chì 38

2.1.3/ Sử dụng rơle quá dòng 39

2.1.4/ Bảo vệ khoảng cách 40

2.1.5/ Bảo vệ chống chạm đất 41

2 2/ Bảo vệ quá tải 43

2.2.1/ Bảo vệ bằng rơle hơi 44

2.2.2/ Sử dụng rơle nhiệt độ dầu 45

2.2.3/ Sử dụng rơle nhiệt độ cuộn dây 46

2.2.4/ Sử dụng rơle mức dầu 47

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của rơle so lệch số 7ut1* 50

1/ Các thông số kỹ thuật 50

2/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle 7UT51* 52

3/ Nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp 54

3.1/ Nguyên lý đo 54

3.2/ Làm phù hợp các giá trị đo được 54

3.3/ Đánh giá các giá trị đo được 57

3.4/ Hãm cộng thêm khi máy biến dòng bị bão hòa 60

3.5/ Hãm hài 60

3.6/ Tác động cắt 61

3.7/ Sử dụng ở máy biến áp đơn pha 61

4/ Bảo vệ chạm đất có giới hạn máy biến áp 63

4.1/ Nguyên lý của bảo vệ 63

4.2/ Đánh giá các đại lượng đo được 64

5/ Một số chức năng khác trong 7UT51* 67

5.1/ Bảo vệ quá dòng có thời gian 67

5.2/ Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ 68

5.3/ Bảo vệ chạm vỏ 68

5.4/ Xử lý các tín hiệu cắt từ bên ngoài và các tín hiệu định nghĩa bởi người xử dụng 69

5.5/ Ma trận cắt 69

5.6/ Các chức năng phụ thuộc 69

Chương 4: Tính toán chọn thông số đặt cho trạm biến áp 110/22 kv sài đồng 2 máy s =2x40 mva sử dụng rơle số 7ut51* 75

1/ Cách cài đặt cho rơle 7UT51* 75

1.1/ Giới thiệu bàn phím và bảng chỉ thị 75

1.2/ Làm việc với máy tính cá nhân 77

1.3/ Các điều kiện trước khi vận hành rơle 7UT51* 77

1.4/ Cách cài đặt các thông số chức năng 77

1.5/ Cài đặt cấu hình các chức năng bảo vệ 80

1.6/ Xếp đặt các đầu vào, ra nhị phân và các chỉ thị LED 83

1.6.1/ Xếp đặt các đầu vào nhị phân – khối địa chỉ 61 83

1.6.2/ Xếp đặt các rơle tín hiệu đầu ra-khối địa chỉ 62 86

1.6.3/ Xếp đặt các chỉ thị LED – khối địa chỉ 63 92

1.6.4/ Xếp đặt các rơle cắt – khối địa chỉ 64 94

1.7/ Cài đặt thông số máy biến áp – khối địa chỉ 11 98

1.8/ Các chỉnh định cho bảo vệ so lệch máy biến áp – khối địa chỉ 16 101

1.9/ Cách cài đặt cho bảo vệ chạm đất giới hạn-khối địa chỉ 19 106

1.10/ Cài đặt cho bảo vệ quá dòng dự phòng – khối địa chỉ 21 108

1.11/ Cài đặt cho bảo vệ quá tải theo nhiệt độ – khối địa chỉ 24 và 25 111

1.12/ Các chỉnh định cho bảo vệ dòng chạm vỏ – khối dịa chỉ 27 114

1.13/ Các tín hiệu 116

1.13.1/ Các tín hiệu vận hành – khối địa chỉ 51 116

1.13.2/ Đọc giá trị vận hành – các khối địa chỉ 57 và 59 117

2/ Tính toán ngắn mạch 118

2.1/ Khái niệm chung 118

2.2/ Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch 118

2.3/ Tính toán ngắn mạch cho trạm biến áp 119

2.4/ Tính toán ngắn mạch ở thanh cái máy biến áp 120

2.5/ Chọn biến dòng cho bảo vệ 121

2.6/ Cài đặt cho trạm biến áp 110/22 Kv Sài Đồng 122

2.7/ Các sơ đồ nối dây của rơle 7UT512 và 7UT513 125

kết luận 128 Tài liệu tham khảo 128

Các nhà máy thủy điện thì được xây dựng ở những vùng có vị trí địa lý thuận lợi cho viêc xây dựng nhà máy thủy điện, còn các nhà máy nhiệt điện thì

được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu, nhưng hộ tiêu thụ thì không chỉ những hộ ở xung quanh nhà máy Vấn đề đặt ra là làm sao truyền tải được

điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục, an toàn và kinh

tế nhất

Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi có hiệu quả các phương tiện bảo vệ, thông tin đo lường, điều chỉnh và điều khiển tự động trong hệ thống điện Trong số các phương tiện này rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò hết sức quan trọng

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện nói chung và hệ thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mươi năm gần đây đã có những biến

đổi và tiến bộ rất to lớn Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho pháp chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có những hư hỏng trong mạch điện hoặc khi có dao động điện, nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hư hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc vv…hiện nay người ta đã chế tạo được các thiết bị bảo vệ rơle ngày càng gọn nhẹ, hoạt động chính xác, tác động nhanh, độ an toàn và tin cậy rất cao

Vì vậy, để đáp ứng một phần yêu cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài:

“Bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng rơle so lệch số 7UT51*”

2/ Giới hạn của đề tài:

Đề tài chỉ tập chung nghiên cứu về lý thuyết, chưa đưa ra được mô hình cụ thể cho trạm biến áp, do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quí thầy cô và các bạn để đề tài hoàn chỉnh hơn

3/ Mục đích nghiên cứu:

Vận dụng những kiến thức đã được học ở trường để áp dụng nghiên cứu trên thực tế

Qua đó, bằng thực tiễn để học hỏi và tích lũy những kiến thức nhằm phục

vụ cho công tác chuyên môn sau này

• Viết công trình nghiên cứu

5/ Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là dựa trên cơ sở của việc xây mô hình bàn thí nghiệm bảo vệ so lệch máy biến áp

6/ Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng phương pháp xây dựng mô hình thí nghiệm và tham khảo tài liệu

là chính Việc tham khảo tài liệu giúp người thực hiện bổ xung thêm kiến thức,

lý luận cũng như phương pháp mà những công trình nghiên cứu trước đó đã thực hiện Nhờ đó người nghiên cứu tập chung giải quyết những vấn đề còn tồn tại Tuy nhiên việc nghiên cứu tham khảo tài liệu luôn đảm bảo tính kế thừa và phát triển có chọn lọc

Chương 1 Tổng quan về rơle thuật số

1/ Khái niệm về rơle bảo vệ

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ điện khi xuất hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly

nó ra khỏi phần bị hư hỏng Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì được hoạt động bình thường, đồng thời cũng giảm mức độ hư hại của phần tử bị sự cố Làm được

điều này chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện được Các thiết bị này gọi chung là rơle bảo vệ

Trong hệ thống điện rơle bảo vệ sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện Khi xuất hiện sự cố rơle bảo vệ sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố nhờ máy cắt điện thông qua mạch điện kiểm soát Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường rơle bảo

vệ sẽ phát tín hiệu và tùy theo yêu cầu cài đặt có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo động cho nhân viên vân hành

Tùy theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt rơle bảo vệ chính, rơle bảo

vệ dự phòng:

• Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố xảy ra trong phạm vi giới hạn đối với trang thiết bị được bảo vệ

• Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo

vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống trước tiên (khi bảo vệ này tác động

đúng)

1.2/ Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ

Rơle bảo vệ phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau đây:

• Tính chọn lọc

Là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo vệ bằng cách chỉ cắt (cô lập) các phần tử đó

Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để bảo vệ để cung cấp điện an toàn liên tục Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng

Cần phân biệt 2 khái niệm cắt chọn lọc:

™ Chọn lọc tương đối: Theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận

™ Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính phần tử được bảo vệ

• Tác động nhanh:

Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch Bảo vệ phải tác

động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử hư hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm:

™ Đảm bảo tính ổn định của hệ thống

™ Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị

™ Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp khi ngắn mạch lên các phụ tải

Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1 giây

• Độ nhạy:

Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu tức là một số nguồn được cắt ra nên dòng ngắn mạch nhỏ

Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy:

KD

N nh

I

I

(1-1)

INmin: Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất

Đối với các bảo vệ tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ như bảo vệ thiếu điện

áp) hệ số nhạy được xác định ngược lại: trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu

- 96: Rơle hơi (máy biến áp)

Tùy theo phạm vi, mức độ và đối tượng được bảo vệ chỉ danh rơle có thể

có phần mở rộng Sau đây là một số chỉ danh rơle có phần mở rộng thông dụng:

- 26.W: Rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp

- 26.O: Rơle nhiệt độ dầu (máy biến áp, bộ đổi nấc máy biến áp)

- 51P, 51S: Rơle quá dòng điện định thì phía sơ cấp, thứ cấp máy biến áp

- 50REF: Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (MBA)

- 67N: Rơle quá dòng chạm đất có hướng

- 87B: Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái

- 87T: Rơle so lệch dọc bảo vệ máy bién áp

- 96-1: Rơle hơi cấp một

- 96-2: Rơle hơi cấp 2 (tác động cắt máy cắt điện)

2/ Cấu tạo chung của rơle số sử dụng bộ vi xử lý

Hỡnh 1-1: S kh i c a 1 r le s s d ng b vi x lý

Thụng tin v i t ng b o v s c a vào r le qua u vào t ng t

và u vào s B ph n bi n i u vào s l c và khu ch i tớn hi u t ng t thành i l ng phự h p v i u vào c a b chuy n i t ng t - s T i õy tớn hi u t ng t s c chuy n i thành giỏ tr t l v i thụng tin u vào

B vi x lý s làm vi c theo ch ng trỡnh ch a trong b nh l p trỡnh c EPROM ho c ROM Nú so sỏnh thụng tin u vào v i giỏ tr t chứa trong b

nh xúa ghi b ng i n EEPROM Cỏc phộp tớnh trung gian c l u gi t m

i u qua c ng thụng tin tu n t

Toàn b ph n c ng c a r le c cung c p b i b chuy n i ngu n 1chi u/1chi u v i cỏc c p i n ỏp khỏc nhau Ngu n cung c p 1 chi u bờn ngoài

có th là cquy ho c b ngu n xoay chi u - 1chi u l y t l i i n 220v ho c 380v

M t trong nh ng i m khác bi t n i b t v m t công ngh c a r le s so

v i r le th h c là k thu t s d ng ph n m m i u khi n ph n c ng, th c

ch t chúng là các bít thông tin ® c x p x p theo các trình t qui nh g i là

l nh và c ch a trong các b nh khác nhau Khi r le c c p ngu n, b vi

x lý và các linh ki n ph n c ng khác s ho t ng tuân theo s h ng d n c a

có th ch y và ho t ng hi u qu Tóm l i ây là ph n m m c s mà b t c thi t b k thu t s nào c ng ph i c trang b nó ho t ng c

Các r le s hi n nay cho phép ki m tra kh n ng làm vi c c a các ph n

t chính c a ph n c ng ngay sau khi r le c c p ngu n và hi n th k t qu

ki m tra lên màn hình Các ph n t này có th là: b vi x lý, các b nh , b ngu n cung c p v i các i n áp chu n, ng b th i gian, các èn báo, các b

ki m tra ng t vào ra thông tin, b chuy n i t ng t / s vv…k t qu ki m tra

có th là “t t” , “báo ng”, và “h h ng” Tín hi u “báo ng” th ng ch dùng cho b ngu n DC/DC, khi các i n áp nuôi các vi m ch v t qua giá tr

c nh báo nào ó Khi có “h h ng” r le s ch y l i ch ng trình ki m tra m t vài l n và ph thu c vào d ng s c các ch ng trình ph n m m s c g ng

ph c h i r le ra kh i tr ng thái s c N u ph c h i không thành công chúng s khóa các ch c n ng c a r le và a ra tín hi u thông báo lên màn hình

Ch ng trình này cung c p m t giao di n nh m t ng thích hoàn toàn các ch ng trình ng d ng v i c s ph n c ng c a r le ó là t p h p các chu trình i u khi n các linh ki n ph n c ng cho phép ng i l p trình ng d ng giám sát và truy n các d li u qua các b ph n vào/ra m t cách d dàng V i

các ch ng trình BIOS, ng i l p trình ng d ng không c n ph i hi u t m các b ph n vào/ra d li u trong r le làm vi c nh th nào mà ch c n bi t chúng có th làm c gì Khi ph n c ng c a r le c nâng c p, ch c n thay

i các ch ng trình BIOS kèm theo mà không c n ng ch m n các ch ng trình ng d ng i u này cho phép các ph n m m ng d ng có th t n t i lâu dài không ph thu c vào s phát tri n c a ph n c ng

Các ch ng trình vào/ra c s này cho phép i u khi n các b ph n sau: các u vào tr ng thái s , các u ra thao tác s , các c ng song song và tu n t , màn hình, bàn phím, các èn LED, các u vào t ng t vv…

ây là ch ng trình cho phép b VXL có th th c hi n ng th i vài ch c

n ng ng d ng theo th i gian th c Nó ho t ng b ng cách cho phép ng i l p trình ng d ng phân chia ch ng trình ng d ng thành các v nh riêng bi t

M i nhi m v này c gán m t th t u tiên Ch ng trình a nhi m ch cho phép th c hi n m t nhi m v trong m t th i i m, các nhi m v khác c kích ho t khi nó c nh trong các b nh theo tr t t hàng n u không th

th c thi chúng ngay l p t c Các nhi m v có thú t u tiên cao h n s c

th c hi n tr c các nhi m v có th t u tiên th p h n Vi c phân chia các

ch ng trình ng d ng nh v y cho phép bi n hóa các ch c n ng b o v s n có trong r le các ch làm vi c khác nhau

ây là ch ng trình ph n m m c s d ng trong giai o n phát tri n các ph n m m ng d ng dùng trong r le ó có th là ch ng trình g r i (dubugging) s d ng khi ng t ngu n ho c ang ch y ch ng trình ng d ng

ki m tra và thay i n i dung các b nh và các c ng vào/ra, các thanh ghi c ng

nh các b c th c hi n ch ng trình

Ch ng trình ph n m m ng d ng c s d ng ph thu c vào ch c n ng

b o v c cài t trong r le r le làm vi c có hi u qu , ch ng trình quy

nh chi ti t thao tác c a các linh ki n ph n c ng trong m i ch làm vi c khác nhau nh : X lý s li u t ng t , s li u s , t ng tác v i ng i s dông, vào ra thông tin, ra quy t nh thao tác, ng b th i gian, thông tin liên l c

tu n t

B vi x lý th c hi n ch ng trình ng d ng theo 2 cách:

• Cách 1: Ch y các ch ng trình ng d ng l n l t theo trình t th i gian

• Cách 2: Cho phép kh i ng ch ng trình ng d ng nào ó khi b Vi x

lý nh n c thông tin t bên ngoài Khi ó nó d ng các ho t ng khác

c a r le th c hi n ch ng trình ng d ng phù h p v i thông tin bên ngoài ó, sau ó quay l i th c hi n các thao tác còn d dang Ph ng pháp này g i là ph ng pháp ng t (Interrupt)

Ph n m m này th c hi n các thao tác sau:

- c thông tin tr ng thái trong EEPROM ho c NVRAM N u các c nh báo ch a c lo i tr trong l n làm vi c tr c thì chúng c ph c h i

và hi n th m t tr c r le

- T t c các giá tr t c a b o v c nh trong EEPROM c rà soát

l i xem có trong mi n làm vi c cho phép không N u giá tr t ngoài

mi n làm vi c thì tín hi u c nh báo s c phát ra Các giá tr h p lý

s c t i t EEPROM vào trong mi n làm vi c c a b nh RAM

- B vi x lý kh i ng các ng h th i gian, các b i u khi n ng t và vào/ra cùng các bi n d li u

Các tín hi u t ng t u vào nh dòng và áp c l y m u r i chuy n thành giá tr s K t qu thu c l u tr trong b m B vi x lý ti n hành

l c các giá tr s theo các thu t toán (nh b l c Furicie r i r c ho c l y o hàm) xác nh nhanh biên và pha c a tín hi u có ích Trong m t s r le

t c thu th p thông tin cao, ng i ta s d ng riêng m t b vi x lý th c

hi n thao tác này kèm theo ch ng trình ph n m m ph c v nó

B vi x lý th ng xuyên ki m tra s ng b c a các b ph n trong r le

và gi a r le v i thi t b ngo i vi Các tín hi u l i ng truy n c ng c c p

nh t ra tín hi u thông báo c n thi t

Các tín hi u i u khi n c a r le u ra c b vi x lý liên t c quét t i trong vòng m t ho c hai chu k l y m u Khi b s c , tín hi u i u khi n c a

b vi x lý thay i trong th i gian r t ng n, các r le u ra s kh i ng i báo tín hi u ho c i c t ng dây

2.2.2.4/ Thông tin liên l c

Vi c trao i tín hi u v i thi t b ngo i vi qua c ng tu n t ho c song song c th c hi n thông qua các giao th c

Trong các r le có yêu c u nghiêm ng t v ch t l ng thông tin nh r le

so l ch thì ôi khi ng i ta s d ng riêng m t b vi x lý cho ch c n ng thông tin liên l c, kèm theo ó là m t ph n m m ph c v b vi x lý này

ph c t p c a ph n m m thông tin liên l c l i ph thu c vào c ng thông tin c ch n (song song hay tu n t ), mã thông tin hay giao th c thông tin và các ch c n ng ph tr kèm theo Nó bao g m các thao tác l p và truy n gói thông tin, nh n, kh ng nh và tách các thông tin có ích

Các thao tác này c ki m soát ch t ch theo t a th i gian s d ng

ng h riêng c a r le hay tín hi u ng b t bên ngoài g i t i

2.2.2.5/ Ch c n ng b o v

Ch c n ng b o v c a r le c xây d ng thành các ch ng trình con v i các bi n u vào là các giá tr t c a b o v , k t qu o l ng ho c tr ng thái lôgic c a các tham s trung gian là hàm c a các bi n o l ng u vào và cu i cùng là các tr ng thái lôgic u ra c a các ch c n ng b o v khác

Khi ch c n ng b o v c kích ho t, các bi n u vào c a nó c ng c kích ho t theo và c n p vào các a ch c nh trong b nh RAM Ph n

m m ch c n ng b o v th c ch t là thu t toán làm vi c theo quy trình cho

tr c

Các giá tr bi n u vào, bi n trung gian và k t qu logic u ra c a các

ch c n ng b o v s c l u gi trong các b nh và có th hi n th ra màn hình hay truy n i xa t i trung tâm i u ng ì s d ng phân tích ánh giá tình hình làm vi c c a r le

o l ng là m t trong nh ng nhi m v c a b vi x lý thông tin tu n t

B ph n này s c p nh p thông tin v h th ng i n theo chu k l y m u fs = 50.N nh m m c ích phát hi n s c

K t qu o l ng và tính toán nh n c s c l u tr trong b nh RAM Theo chu k ch m h n (th ng kho ng 1s) thì m t vài trong các thông

s này s c t i vào b nh c a màn hình

Khi kích ho t ch c n ng o l ng c a r le, ph n m m i u khi n s hi n

th n i dung c a b nh màn hình theo a ch c ch n ó có th là giá tr dòng, áp, dòng t ng 3 pha, góc l ch pha, công su t vv… theo giá tr t c th i hay

hi u d ng Các thông s này s liên t c thay i b ng cách xóa giá tr c và

n p thêm giá tr m i nh t vào

B n ghi các s ki n l u tr t i các DRAM có ngu n nuôi riêng cho phép

l u gi thông tin ngay c khi m t ngu n cung c p B n ghi có hai lo i:

• Lo i th 1: Li t kê v n t t các s ki n do r le ghi c theo trình t th i gian theo nguyên t c l n l t (FIFO) Tùy theo t ng lo i r le mà s l ng

s ki n nh có th lên t i 40 ho c h n Các s ki n x y ra lâu s b xóa khi s ki n m i c ghi vào, sao cho s l ng s ki n nh c là không

i Các thông tin ây có th là d ng s c , th i gian, a i m vv

• Lo i b n ghi s ki n th 2: Cho phép ghi l i thông tin t m h n v s

ki n v a di n ra i u ki n th c hi n b n ghi này là r le th c hi n thao tác óng ho c c t máy c t, trong m t vài r le thì i u ki n th c hi n b n ghi có th do ng i s d ng t ra Khi i u ki n này c th c hi n,

ph n m m i u khi n s t i toàn b thông tin chi ti t v h th ng i n

nh dòng, áp vv vào khu v c nh b n v ng h n nh NVRAM t i ây có

th l u tr các thông tin s nh s kích ho t c a các ph n t lôgic trong

b o v Khác v i lo i b n ghi th 1 có th quan sát trên màn hình c a

cã ®Çu ra cho ¸p thø tù kh«ng (TTK) nèi tíi cuén thø cÊp tam gi¸c cña biÕn ®iÖn

¸p (BU) 3 pha 5 trô

Đối với các rơle dùng cả áp lẫn dòng như rơle khoảng cách có thể có tất cả các đầu vào như trên (8 đầu vào)

Các giá trị định mức của BU, BI được sử dụng tại các đầu vào tương tự cần phải được cài đặt trong bộ nhớ của rơle

Các đầu vào tương tự được nối tới các cuộn biến dòng hoặc biến áp trung gian đầu vào đặt bên trong rơle Các bộ biến đổi này ngoài nhiệm vụ làm phù

h p các giá trị tương tự cho mạch tín hiệu tiếp theo mà còn có chức năng ngăn cách về mặt vật lý giữa đầu vào và mạch bên trong rơle để bảo vệ phần điện có công suất thấp

3.2/ Đầu vào số

Đầu vào số hay con gọi là đầu vào trạng thái, cung cấp thông tin về trạng thái làm việc của hệ thống điện Các đầu vào này có thể chia làm 3 loại và thay

đổi tùy theo từng rơle bảo vệ

• Thông tin do đối tượng bảo vệ cung cấp như máy cắt, dao tiếp đất ở trạng thái đóng, mở (do tiếp điểm phụ cung cấp) MC không làm việc vv…

• Thông tin do các bảo vệ cung cấp như bảo vệ khí của máy biến áp (bảo vệ Bucholz) cảnh báo hay tác động, tín hiệu khóa hay cho phép trong sơ đồ cắt liên động, tín hiệu cắt trực tiếp từ bảo vệ cấp dưới vv…

• Tín hiệu điều khiển từ xa của người sử dụng như giải trừ các cảnh báo, giải trừ rơle, điều khiển đóng, cắt máy cắt, lấy thông tin nhật ký làm việc của Rơle và bản ghi các sự kiện vv…

Tín hiệu đầu vào thường là tín hiệu áp được lấy từ nguồn phụ một chiều (Uphụ) Nguồn này có thể là nguồn 1 chiều nuôi rơle hoặc điện áp có các giá trị

định mức như sau: 24, 30, 60, 110, 220 V Thông thường một rơle được chế tạo

có khả năng làm việc với nhiều điện áp tín hiệu ở đầu vào số khác nhau Việc chuyển đổi điện áp làm việc được thực hiện bằng các cầu nhảy (Jumper) hay để nguyên hoặc cắt các dây nối tại một vài vị trí trên bản mạch thiết bị

Về mặt cấu tạo, sơ đồ mạch tín hiệu đầu vào thường là các bộ cách ly làm việc theo 2 nguyên tắc khác nhau có tác dụng bảo vệ thiết bị chống sự cố bên ngoài

• Bộ cách ly đầu vào sử dụng Comparator có sơ đồ nh− hình 1 - 2

Hình 1 - 2: Bộ cách ly đầu vào sử dụng Comparator

Nó sử dụng khuếch đại thuật toán với tổng trở đầu vào lớn Tín hiệu đầu ra của bộ Comparator khi điện áp tín hiệu lớn hơn Ung−ỡng

Ta có: Ud= Ung−ỡng-Uphụ nên:

Khi Ud>0 tức là Ung−ỡng>Uphụ suy ra Ura=Vsat

Khi Ud<0 tức là Ung−ỡng<Uphụ suy ra Ura= - Vsat

Cuộn L: Có tác dụng chặn các xung nhiễu ở đầu vào điốt D: Đóng vai trò tạo ng−ỡng cho mạch đầu vào

• Bộ cách ly đầu vào sử dụng bộ chuyển đổi quang điện

Hình 1 - 3: Bộ cách ly đầu vào sử dụng bộ chuyển đổi quang điện

Khi có điện áp tín hiệu điốt phát quang sáng làm mở thông Tranzitor truyền tín hiệu điện áp vào mạch bên trong Bộ chuyển đổi quang điện đ−ợc thiết

kế với cổng có điều khiển ở đầu vào, nó chỉ cho tín hiệu vào bên trong khi bộ vi

xử lý quét đến đầu vào số đang xét, điều này làm giảm công suất tiêu thụ của mạch đầu vào số trong chế độ chờ

3.3/ Đầu ra số

Các tín hiệu đầu ra số có thể phân biệt theo 4 nhóm:

• Nhóm tín hiệu điều khiển

Nó được đóng, cắt mạch bởi các rơle đầu ra thường sử dụng rơle có tiếp

điểm làm phần tử thao tác đầu ra Điẹn áp làm việc của chúng thường là dòng một chiều dưới 24V Tiếp điểm có khả năng làm việc với dòng cắt lớn

Tiếp điểm điều khiển thường có công suất cắt và dòng làm việc lớn hơn tiếp điểm báo hiệu Đôi khi để tăng độ tin cậy thao tác người ta sử dụng các cặp tiếp điểm kép mắc song song để giảm khả năng tiếp điểm bị hở khi khép mạch Trên hình 1- 4 giới thiệu sơ đồ làm việc có kết hợp giữa đầu vào và đầu ra

số với cuộn điều khiển máy cắt

Hình 1- 4: Sơ đồ làm việc kết hợp giữa đầu vào/đầu ra số của rơle số

Khi MC mở, cuộn cắt bị khóa bởi tiếp điểm phụ 2 của MC Tiếp điểm phụ

3 đóng thì đầu vào số “MC mở” nhận được tín hiệu điện áp

Khi tiếp điểm Rơle đầu ra “Đóng MC” khép mạch, cuộn đóng CĐ có điện tiếp điểm phụ MC sẽ khóa cuộn đóng và đưa cuộn cắt CC vào tình trạng sẵn sàng làm việc Điện áp biến mất ở đầu vào I2, đồng thời ở đầu vào I1 thông báo trạng thái “MC đóng”

• Nhóm các tín hiệu điều khiển

Cũng sử dụng các rơle có tiếp điểm để đi báo tín hiệu bằng đèn, còi vv…

• Nhóm tín hiệu điều khiển đèn LED

Trên mặt trước của rơle thông báo các thông tin cơ bản nhất về tình trạng làm việc của rơle Các tín hiệu này không sử dụng tiếp điểm đầu ra vì điện áp làm việc của đèn LED rất bé (<3V), mà lấy trực tiếp đầu ra của các vi mạch số phần lôgic sau khi đã được khuếch đại

Mỗi đèn LED tương ứng với một thông tin cần báo cho người sử dụng hoặc nó cũng có thể gán thông báo nào đó bằng cách lập trình từ bàn phím do người sử dụng thực hiện (marshaling)

• Nhóm các tín hiệu trạng thái bên trong rơle

Trong nhiều rơle số thường đặt một số thanh ghi để ghi nhận trạng thái của các phần tử lôgic và các chức năng bảo vệ dưới dạng tham số Qua đó người

sử dụng có thể hiển thị các tham số này trên màn hình của rơle hoặc truy suất từ

xa qua cổng tuần tự

4/ Xử lý tín hiệu tương tự

4.1/ Các bộ biến đổi đầu vào

Hình 1 - 5: Sơ đồ nối các BU,BI với các bộ biến đổi đầu vào

Đó là các biến dòng, biến áp đầu vào Trên hình 1-5 Là sơ đồ khối các BU,BI với các bộ biến đổi đầu vào

R: Đóng vai trò là bộ loc dòng Trong nhiều trường hợp người ta có thể không sử dụng biến dòng và biến áp TTK mà dùng biến dòng pha mắc theo sơ

đồ hình sao và các biến điện áp pha mắc theo sơ đồ tam giác hở

4.2/ Các bộ lọc sơ bộ và khuếch đại

Tín hiệu đầu ra của các bộ biến đổi tín hiệu đầu vào thông qua các bộ lọc tần số thấp Chức năng của bộ lọc này là cho dòng điện tần số thấp đi qua mà biên độ không bị suy giảm, đồng thời làm giảm mạnh dòng điện ở tần số cao Các bộ lọc này thường có kiểu L - C

Tín hiệu đầu ra của bộ biến đổi tín hiệu chưa thể phù hợp ngay với giá trị

đầu vào của bộ chuyển đổi tương tự - số Vì vậy người ta thường dùng các bộ biến đổi và khuếch tín hiệu dòng, áp thành giá trị phù hợp Trong rơle số thì bộ khuếch đạit hường dùng là khuếch đại thuật toán

4.3/ Bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC)

Trong ADC, tín hiệu đầu vào là liên tục, tín hiệu số mã hóa ở đầu ra là rời rạc Sự chuyển đổi AD đòi hỏi phải lấy mẫu với tín hiệu tương tự ở đầu vào ở những thời điểm quy định Sau đó chuyển các giá trị mẫu đó thành số lượng đầu

ra Vì vậy, quy trình chuyển đổi AD nói chung gồm 4 bước: lấy mẫu, nhớ mẫu, lượng tử hóa và mã hóa thành cơ số 2

Từ 8 giá trị và áp đầu vào ( Ia, Ib, Ic, Io và Ua, Ub, Uc, Uo) khi qua bộ biến

đổi tạo ra 11 tín hiệu liên tục ( Ia, Ib, Ic, Io và Ua, Ub, Uc, Uo, Uab, Ubc, Uca) Chúng

được trích và giữ mẫu với tần số N khoảng từ 8, 12, 16 lần trong 1 chu kỳ 20 ms tùy từng rơ le

Ví dụ: Rơle so lệch N = 8

Rơle khoảng cách SEL - 231 N = 16

Bộ ADC thường có 12 bite trong đó có 11 bite dữ liệu và 1 bite dấu

Hình 1- 6: Bộ chuyển đổi tương tự số nhiều dải đo

Vì tín hiệu đầu vào biến thiên rất lớn (Dòng Inm có thể đạt giá trị 100 lần dòng định mức) nên người ta phải sử dụng bộ ADC 2 dải đo, dải đo với dòng nhỏ

và dải đo với dòng lớn Việc chuyển dải đo này có thể được thực hiện theo 2 phương pháp là phương pháp phần mềm hoặc phương pháp phần cứng

Trên hình 1 - 6 trình bày sơ đồ chuyển dải đo bằng phương pháp phần cứng, khi tín hiệu đầu vào lớn (vượt quá 3,125 lần Iđm) các bit đầu ra số của bộ chuyển đổi bị tràn, bộ chuyển đổi sẽ phát tín hiệu cờ báo để chuyển mạch trích

và giữ mẫu SH sang làm việc với dải đo mới bằng cách thay đổi hệ số khuyếch

đại của mạch Khi đó mỗi bit cơ số 2 của bộ ADC sẽ có giá trị gấp 32 lần giá trị trong chế độ dải đo thấp

Trong một số rơle số do tốc độ thu thập thông tin nhanh, người ta phải trang bị một bộ vi xử lý và bộ nhớ riêng có công suất lớn để điều khiển vài bộ ADC

5/ Các bộ lọc số

Tín hiệu rời rạc nhận được ở đầu ra của bộ chuyển đổi tiếp tục được xỷ lý để

sử dụng cho các ứng dụng thuật toán tiếp theo Cũng giống như bộ lọc tương tự, các bộ lọc số cũng có thể chia thành các nhóm sau

• Lọc tần số thấp

• Lọc dải

• Lọc tần số cao

• Lọc loại bỏ một dải tần số nào đó (lọc chắn)

Có 3 chỉ tiêu cơ bản để đánh giá hoạt động của một bộ lọc số trong các ứng dụng bảo vệ và điều khiển

™ Truyền các thành phần cần thiết của tín hiệu với độ chính xác thỏa đáng

và loại bỏ có hiệu quả tất cả các nhiễu

™ Tín hiệu đầu ra nhanh chóng ổn định khi tín hiệu đầu vào thay đổi mạnh

™ Sử dụng tối thiểu các khả năng của hệ thống như tính toán là ít nhất

Đáng tiếc là các yêu cầu trên lại mâu thuẫn với nhau và mỗi bộ lọc đều phải hòa hợp chúng

6/ Bộ nguồn dùng cho rơle số

Ngoài tín hiệu lấy từ BI, BU để cho rơle số làm việc được nó phải được cấp nguồn từ bên ngoài Nguồn này thường là nguồn một chiều cấp từ ắcquy hoặc từ bộ chuyển đổi xoay chiều - một chiều (AC/DC) Trong rơle số nguồn một chiều thường có điện áp sau: 24, 30, 48, 60, 110, 220V

Trong rơle số có bộ chuyển đổi một chiều - một chiều (DC/DC) sử dụng

điện áp một chiều cao ở đầu vào để tạo ra các điện áp thấp hơn ở đầu ra phục vụ cho các mục đích khác nhau như nuôi vi mạch số, bộ khuếch đại thuật toán, điều khiển cuộn đóng, cắt của rơle đầu ra Mức điện áp thường sử dụng là 5, 12, 15

Người ta cho điện áp đầu vào Eb có một giá trị dã nêu ở trên Nhờ có bộ lọc cao tần Hf-ft và bộ lọc đầu vào ft, các thành phần chu kỳ bị loại bỏ Tiếp điểm

điện tử SW được đóng mở tùy theo tín hiệu điều khiển lấy từ bộ biến điệu theo

độ rộng xung Mn Mạch áp đầu ra làm việc theo chế độ phân chia thời gian mỗi cấp áp sẽ lần lượt được so sánh với giá trị ngưỡng, ở đây mạch ngưỡng Sn bao gồm điốt ổn áp và điện trở so sánh, áp sai lệch so với giá trị ngưỡng sẽ được bộ

Mn biến đổi thành độ rộng xung Bộ tạo xung/chia tần Os/Di tạo tín hiệu điều khiển sẽ mở tiếp điểm điện tử lâu hay chóng tùy thuộc vào áp vi sai Nhờ có mạch phản hồi âm tại sơ đồ tổng hợp áp In, áp này đươc điều chỉnh về không, khi

đó điện áp ra sẽ đạt bằng giá trị ngưỡng và được bộ khuếch đại đầu ra OP khuếch

đại công suất và giữ lại trên các tụ áp đầu ra

Điện áp đầu ra 6.6 V và ±19.5 V được các vi mạch ổn áp7805, 7815 và

7915 đưa về điện áp 5 V, 15 V để đi nuôi các vi mạch số và tương tự Điện áp 24

V được đưa thẳng đến cuộn đóng cắt của rơle đầu ra Để các bộ ổn áp làm việc tốt, các điện áp ra của bộ chuyển đổi DC/DC phải cao hơn một chút so với điện

áp định mức của các vi mạch ổn áp Nếu vì nguyên nhân nào đó điện áp đầu ra bị suy giảm, bộ phát hiện giảm áp Uvm sẽ phát tín hiệu cảnh báo

7/ Cổng vào ra thông tin tuần tự

Ưu điểm nổi bật của rơle số là nó có khả năng trao đổi thông tin với thiết

bị ở xa Chức năng này được thực hiện thông qua giắc cắm chữ D có 9 hoặc 25 chân đặt ở mặt trước hay mặt sau của rơle

Đó chính là các cổng vào ra thông tin tuần tự được nối tới bộ giao diện vào/ra thông tin số Bộ giao diện này có những chức năng sau:

• Phối hợp giữa bộ phận truyền thông tindạng song song bên trong rơle số với bộ phận truyền thông tin tuần tự ở bên ngoài

• Đồng bộ về mặt thời gian giữa phần thu và phần phát Bình thường các bộ thu và phát thuộc các thiết bị khác nhau nên thông tin trong chúngđược truyền với tốc độ khác nhau Vì vậy phải đồng bộ hóa chế độ làm việc của hai phía về mặt thời gian

• Phối hợp về mức điện áp và mã số của tín hiệu được truyền

Để các thiết bị thu phát có thể làm việc có hiệu quả và không gặp rắc rối khi làm việc phối hợp, từ lâu người ta đã đặt ra tiêu chuẩn cho các cổng vào ra tín hiệu tuần tự trong các thiết bị số Đó là tiêu chuẩn RS-232C, với giắc cắm chữ

D dao động từ 4 đến 37 chân (4, 9, 15, 25, 37 chân) Trong các rơle số thường dùng loại giắc cắm 9 chân và loại 25 chân

Chuẩn RS-232 quy định mức áp, tốc độ truyền và chức năng của các chân của giắc Để truyền tín hiệu xa hơn và nối tới nhiều thiết bị đầu cuối hơn người

ta dùng chuẩn RS-485

Tín hiệu tuần tự được trao đổi với rơle thông qua thông tin hữu tuyến hoặc cáp quang, trong mọi trường hợp được đưa về dạng mã số tuần tự hoặc song song

Bộ phận chính của thiết bị giao diện là mạch thu phát vạn năng không

đồng bộ UART, thực chất là bộ ghi dịch được chế tạo thành vi mạch chuẩn Vi mạch này gồm 3 phần chính: đầu thu, đầu phát và mạch điều khiển Nhiệm vụ của nó là phối hợp 2 thiết bị có xung đồng bộ khác nhau theo phương thức gọi là thông tin liên lạc không đồng bộ Điều này có nghĩa là các bit thông tin được trao đổi qua lại không kèm theo tín hiệu đồng bộ thời gian để chỉ điểm đầu và

điểm cuối của gói thông tin

Trên đương truyền các bit dữ liệu có thể bị sai lệch vì vậy, để phát hiện ra sai lệch của gói thông tin người ta sử dụng thêm bit “chẵn lẻ” (Parity) đặt ở vị trí

có nghĩa cao nhất (bên trái) của bit dữ liệu

Ví dụ: Mã ASCII của chữ Alà: 1000001

Sau khi sử dụng bite “chẵn lẻ” có mã: 11000001

Có 2 kiểu bite “chẵn lẻ” là chẵn và lẻ Nếu bit theo kiểu lẻ thì tổng các số

1 trong các bit dữ liệu cộng với bit “chẵn lẻ” phải là số lẻ Nếu bite theo kiểu chẵn thì tổng các số 1 trong các bit dữ liệu cộng với bit “chẵn lẻ” phải là số chẵn Bit “chẵn lẻ”do đầu phát tính toán và ghi lại Đầu thu nhận dữ liệu sẽ kiểm tra bit “chẵn lẻ” và khi phát hiện ra lỗi sai sẽ yêu cầu đầu phát của tín hiệu ngoại vi phát lại Trên hình vẽ giới thiệu giắc cắm 25 chân

Hình 1 - 8: Nguyên lý làm việc của giao diện thông tin tuần tự

Chân 1 và 7 nối đất, chân 2 (TD) là đường truyền dữ liệu theo một chiều tới thiết bị bên ngoài Các tín hiệu tuần tự được truyền từ đầu phát của bộ UART tới đầu vào đảo (-) của bộ KĐTT làm việc theo chế độ so sánh Nếu tín hiệu hiện tại (-) là 5 V và cao hơn điện áp 1.5 V tại (+), điện áp đầu ra của bộ KĐTT sẽ là -12V, tương ứng với mức logic 1 Nếu tín hiệu vào tại (-) là 0 V và nhỏ hơn điện

áp tại (+), điện áp đầu ra của bộ KĐTT sẽ là +12V, tương ứng với mức logic 0 Chân 3 (RD) là đường nhận dữ liệu của đầu vào tuần tự Các tín hiệu ngoại vi truyền tín hiệu tới rơle qua chân này và điốt tạo ngưỡng đến đầu vào đảo (-) của

bộ Comparator Đầu vào không đảo của nó được giữ ở 2V, khi điện áp vượt quá 2.5V điốt sẽ thông mạch, bộ Comparator dẫn điện theo chiều từ đầu ra tới đầu vào và điện áp đầu ra của nó tụt xuống 0V tương ứng với mức logic 0 Khi tín hiệu đầu vào nhỏ hơn +2.5V, bộ Comparator sẽ không dẫn điện, điện áp ở đầu ra

là +5V tương ứng với mức logic 1 Khi tín hiệu đầu vào đổi trạng thái, đầu ra của

bộ Comparator cũng thay đổi và làm cho các bit của thanh ghi dịch cung thay

đổi từ D0 đến D7

Chân 8 (CD) là chân phát hiện cờ chàn, chân 6 (DSR) thông báo rơle đã

đặt xong dữ liệu để gửi, khi đó chân 20 (DTR) thiết bị ngoại vi sẽ gửi tín hiệu ngược thông báo rằng nó sẵn sàng nhận thông tin từ phía rơle Chân 5 (CTS) nhận tín hiệu truyền từ thiết bị bên ngoài, chân 4(RTS) là nơi mà bộ UART gửi tín hiệu ra cho thiết bị bên ngoài như Môđem yêu cầu gửi tín hiệu đi xa Các chân khác được sử dụng tùy theo từng trường hợp cụ thể

8.1/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện ở dạng cơ số 2 nhiều bít bằng sơ

đồ phần cứng

Một đại lượng điện bất kỳ có thể biểu diễn dưới dạng cơ số 2 nhiều bit Giả sử ta có 2 số 1 bit A và B Điều kiện bằng nhau của 2 số A và B là tất cả các chữ số trong chúng phải tương ứng bằng nhau Các trường hợp có thể xảy ra với

2 số A và B là: A > B, A < B, A = B Gọi F1, F2, F3, là các hàm đầu ra tương ứng khi đó ta có bảng sự thật:

Từ đó ta có sơ đồ logic của bộ so sánh 2 số 1 bit sử dụng các cổng điện tử như hình vẽ:

Hình 1 - 9: Sơ đồ so sánh 2 số nhị phân 1 bit sử dụng các cổng điện tử

Để so sánh 2 số nhị phân nhiều bít, người ta sử dụng nhiều bộ so sánh 2 số nhị phân 1 bit, theo nguyên tắc: đầu tiên so sánh 2 bit có trọng số cao nhất chỉ

A B B A F

.B A F

B A.

.B A F

B A.

F

3 2 1

+

=

=

=

khi nào bit có trọng số cao bằng nhau thì mới tiếp tục so sánh đến bít có trọng số thấp hơn

Trên hình 1 - 10 giới thiệu sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít A và B Ban đầu giá trị F3 của các phần tử so sánh bằng 0, do đó các giá trị A2, B2, , An, Bnkhông truy nhập được vào bên trong của các bộ so sánh kế tiếp Chỉ trong trường hợp các bit cao hơn được so sánh đã bằng nhau rồi thì tín hiệu từ F3 mới mở cho

bộ so sánh bit thấp hơn làm việc Phần tử (Hoặc) ở đầu ra cho phép ghi nhận tất cả các đầu ra F1 của bộ so sánh

Hình 1-10: Sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít

Thực chất đây là phương pháp so sánh 2 đại lượng điện theo giá trị tuyệt

đối, việc so sánh này được thực hiện bằng sơ đồ phần cứng

8.2/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện theo giá trị góc pha bằng phương pháp phần mềm

Như ta đã biết trong rơle cảm ứng, mômen quay tạo ra bởi 2 đại lượng

điện A và B xác định bởi công thức:

với:

k: là hệ số tỷ lệ

ϕ: góc lệch pha giữa hai véc tơ A và B

Nếu ta sử dụng bộ vi xử lý trong rơle số, ta cũng có thể tạo ra đại lượng tỷ

lệ với Mq theo các giá trị véc tơ đầu vào A và B Thật vậy, nếu lấy tích của 2 số phức A và B :

) B A B j(A B

A B A

jB ).(B jA (A A.B

S

y x x y.

y y.

x x

y) x y x

*

ư +

+

=

ư +

Ax, Ay, Bx, By tương ứng là các phần tử thực và ảo của các véc tơ A và B góc véc tơ S cũng là góc của véc tơ A/B và là góc mà véc tơ A vượt trước véc tơ

B, trong trường hợp này bằng ϕ

Nếu cho góc của véc tơ B bằng 0, ta có:

ϕ

ϕ ; A A sin cos

A

A

0 B

; B

B

y

ã

y x

ϕ ϕ

ϕ ϕ

.sin B A Q

; cos B A P

Mq như trong rơle cảm ứng khi A và B là các dòng

Trong rơle số, bộ vi xử lý rẽ ràng nhớ các giá trị P và Q từ các véc tơ đầu vào, xác định dấu của chúng và xử lý chúng giống như các bộ so sánh pha của các rơle cảm ứng

Để hiểu được sự làm việc của các bộ so sánh 2 đầu vào P và Q, ta cần biến

đổi các véc tơ hình sin A và B thành các giá trị lôgic, sao cho A có giá trị lôgic 1 khi A > 0 và giá trị lôgic 0 khi A < 0 (tức A và A) Tương tự ta có các biến B và

B Có thể rễ ràng thấy rằng khi đó S có thể có 4 trạng thái lôgic

B A B;

Tùy theo giá trị ϕ lớn hơn 0 hay nhỏ hơn 0 tức A vượt trước B (0 < ϕ <

1800) hay A chậm sau B (0 > ϕ >1800) ta có 2 trình tự ghi giá trị của S theo sự biến thiên của thời gian như sau:

- Nếu A vượt trước B: A.B; A B ; A B; A B

- Nếu A chậm sau B: A.B; A B ; A B; A B

Nếu A vượt trước B thì A luôn thay đổi trạng thái thành lôgic ngược với B (thí dụ A → B A B), trong khi B luôn thay đổi trạng thái thành lôgic giống như với A (thí dụ A → B A B)

Nếu A chậm sau B thì A luôn thay đổi trạng thái giống với B (thí dụ

Dựa vào quy trình biến đổi S khác nhau trong các trường hợp ϕ lớn hơn hay nhỏ hơn 0, phần mềm xử lý trong rơle số sẽ xác định hướng của các véc tơ A

và B so với nhau, để ra quyết định điều khiển Nguyên lý này đã được sử dụng trong rơlr định hướng công suất dùng vi xử lý

9/ Các bộ phận khác của rơle số

9.1/ Các bộ nhớ

Trong rơle số, các bộ nhớ thường chiếm một vùng nào đó trong miềm địa chỉ mà bộ vi xử lý quản lý Tùy theo từng loại rơle mà các bộ nhớ khác nhau

được xử dụng và với các địa chỉ khác nhau

Các chương trình cơ bản điều khiển sự làm việc của rơle thường được chứa trong ROM hoặc EPROM ROM được sử dụng trong trường hợp rơle được sản suất với số lượng lớn hoặc nhà chế tạo có công nghệ ghi thông tin vào ROM hoàn thiện Nhiều nhà chế tạo rơle chọn sử dụng EPROM cho mục đích này khi sản xuất với số lượng ít, đơn chiếc vì tuy EPROM đắt hơn nhưng nó cho phép sửa chữa các chương trình đã ghi trong nó

Thông số chỉnh định của bảo vệ và thông tin về hệ thống điện được lưu trữ trong DRAM kiểu CMOS (dùng nguồn riêng) hoặc trong EEPROM hoặc cả 2 Các bộ RAM động hay còn gọi là RAM không bay hơi (NVRAM) có ưu điểm là tốc độ ghi thông tin nhanh song sẽ làm việc trục trặc nếu vì nguyên nhân nào đó pin nuôi chúng bị sự cố Vì vậy, thường thì người ta ghi các thông tin này vào trong bộ nhớ EEPROM Khi rơle bị mất nguồn nuôi, thông tin trong chúng vẫn không bị mất đi

Các văn bản sự kiện và thông tin về sự cố được lưu trữ trong bộ nhớ DRAM vì tốc độ ghi nhớ nhanh của chúng Tại đây cũng lưu giữ thông tin về các giao động điện, các nhiễu loạn, các lịch trình làm việccủa rơle theo thời gian, các thông tin khác về nơi đặt bảo vệ vv các dữ liệu thông tin đo lường, các kết quả tính toán trung gian được lưu giữ trong các bộ nhớ RAM (SRAM hay DRAM) dùng nguồn cung cấp của rơle Tại đây cũng lưu giữ thông tin về ngày tháng, thời gian thực Các giữ liệu này sẽ bị xóa nếu rơle bị mầt nguồn cung cấp Người vận hành có thể truy xuất văn bản sự kiện từ xa, căn cứ vào ngày tháng ghi trên

đó để biết tình trạng làm việc của rơle

9.2/ Giao diện với người sử dụng

Tại đây thường đặt màn hình hiển thị thông tin, bàn phím, các đèn LED báo hiệu và một vài cổng thông tin tuần tự hay song song Tất cả các bộ phận này được đặt trên cùng một tấm đế và được nối với các bộ phận bên trong rơle qua các dây dẫn mềm kiểu dải băng cho phép tấm đé có thể quay dễ dàng

Màn hình được sử dụng thường là loại màn hình tinh thể lỏng LCD, có một hay vài hàng chữ Màn hình kiểu điốt phát quang ít được sử dụng Chế độ làm việc là kiểu văn bản cho phép hiển thị chữ cái và số Tuy nhiên, trong một số thiết bị công nghệ mới nhất đã sử dụng màn hình rộng hơn, với chế độ đồ họa có khả năng hiển thị thông tin tại chỗ mạnh hơn (như rơle 7SJ531 của Siemens) Phía sau màn hình thường có các vi mạch có chức năng giải mã thông tin từ bộ

vi xử lý thành mã màn hình và bộ ROM ký tự màn hình, thông tin được truyền thường ở dạng song song

Trong rơle số thì số lượng phím ấn không nhiều nên thường không có sử dụng loại bàn phím mã hóa theo ASCII Tùy theo từng loại rơle , thường có các phím sau được sử dụng:

- Các phím hiển thị thông tin đo lường như dòng, áp, cos , tần số, vv

- Các phím hiển thị thông tin trạng thái

- Các phím đặt tham số chỉnh định cho rơle

- Các phím giải trừ đèn LED hay rơle (reset) vv

- Phím ghi thông tin các sự cố gần nhất (fault)

9.3/ Kết cấu lắp giáp

Trong rơle, các chức năng chính được chế tạo trên các bản mạch riêng biệt tạo thành các môđun Tùy theo từng loại rơle có thể có các môđun sau:

- Môđun nguồn nuôi

- Môđun tín hiệu vào

- Môđun bộ vi xử lý

- Giao diện với người sử dụng

Môđun nguồn thường được chế tạo độc lập và được che chắn nhiễu cẩn thận vì đây là nguồn phát sinh nhiễu mạnh Đôi khi môđun vào và ra tín hiệu

được chế tạo chung trên một bản mạch Tương tự như vậy đôi khi môđun thông tin trong các rơle mới hiện nay chỉ là bản mạch nhỏ gắn trên môđun khác

Các bản mạch được bắt vít vào khung kim loại và được nối với nhau qua dây dẫn mềm và các giắc cắm nhiều chân cho phép có thể tách các môđun dễ dàng khi sửa chữa Có thể có một vài màn chắn nhiễu bằng nhôm hay phíp phủ

đồng được sử dụng, đặc biệt với môđun chứa bộ vi xử lý

Chương 2 Bảo vệ máy biến áp động lực

1/ Các dạng sự cố trong máy biến áp

1.1/ Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA

Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA có thể xảy do quá điện áp khí quyển hoặc do cách điện bị già cỗi Dòng sự cố chạy trong mạch vòng bị chập có thể có trị số lớn gấp nhiều lần dòng định mức của MBA, tùy theo số vòng dây bị chập như hình vẽ 2 - 1

Dòng điện này tạo ra những xung lực lớn xô đẩy các vòng dây MBA và trong nhiều trường hợp có thể phá hủy cuộn dây

Hình 2 - 1: Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp

1.2/ Ngắn mạch một pha chạm đất

Dòng điện ngắn mạch một pha lớn hay nhỏ phụ thuộc vào tổng trở của

điểm trung tính MBA với đất, tổ nối dây và khoảng cách từ chỗ chạm đất tới

Z

U I

3

Trong đó Ix: Là dòng điện chạm đất

một pha cách trung tính một khoảng x

Zx: Là tổng trở mạch vòng bao gồm

điện trở trung tính Zd, điện trở từ chỗ chạm

đất tới cọc nối đất

Dòng điện sự cố sơ cấp tương ứng:

x

d x

s

Z

U K I K

Trong đó K: Là tỷ số biến đổi của MBA

Nếu x% là số phần trăm tính từ chỗ bị ngắn mạch với đất tới điểm trung

Z

U x

K

Thông thường điện trở tại chỗ chạm đất và điện trở từ chỗ ngắn mạch tới

cọc nối đất rất nhỏ Trong tính toán gần đúng có thể lấy: Zx = Zd

Dưới đây là đồ thị quan hệ giữa dòng điện sự cố theo vị trí điểm ngắn

mạch cho hai trường hợp

• Cho máy biến áp có trung tính nối đất trực tiếp

• Trường hợp máy biến áp có trung tính cách ly

Nhìn vào đồ thị ta thấy, khi không có chạm đất thì dòng điện đi qua cuộn

dây là dòng điện chung của 3 pha với đất Do phía sơ cấp nối tam giác nên dòng

điện IS không có Sau đó xảy ra chạm đất một pha làm cho dòng điện chạm đất

của pha đó giảm đi , nhưng điện áp ở hai pha còn lại tăng so với đất tới đầu cực

máy biến áp

Hình 2 - 3: Đồ thị dòng điện sự cố

Nhìn vào đồ thị ta thấy ở 40 đến 50%

cuộn dây thì tỷ trọng điện kháng cuộn dây là lớn

nhất, do đó dòng điện sự cố nhỏ nhất Khi điểm

sự cố dịch chuyển xa điểm trung tính tới đầu cực

MBA, dòng sự cố đạt cực đại

Trường hợp trên vẽ cho máy biến áp có

uk=10%, công suất nguồn vô cùng lớn

1.3/ Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA

Trong trường hợp này dòng điện tại chỗ ngắn mạch rất lớn vì một số vòng dây bị nối ngắn mạch, dòng điện này phát nóng tại chỗ, đốt nóng cách điện cuộn dây và dầu MBA, nhưng dòng điện từ nguồn tới MBA (IS) có thể vẫn nhỏ không

đủ cho bảo vệ rơle tác động Trong trường hợp này thường rơle hơi tác động cắt máy biến áp ra khỏi lưới điện

Hình 2 - 5: Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA

- Cách điện giữa các lá thép của lõi từ từ bị phá hủy, trong lõi từ xuất hiện dòng điện xoáy lớn, đốt nóng lõi từ, làm cho nhiệt độ dầu máy biến áp tăng cao quá mức cho phép Trong trường hợp này rơle nhiệt độ hoặc rơle hơi của MBA sẽ tác động

- Thùng dầu MBA bị thủng, dẫn đến máy biến áp cạn dầu Trong trường hợp này rơle hơi sẽ tác động

- Vỡ sứ đầu ra máy biến áp dẫn đến ngắn mạch trên đầu cực của MBA

1.4/ Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp

Khi xảy ra ngắn mạch phía đường dây mà máy biến áp cung cấp (ngắn mạch nhiều pha với nhau, ngắn mạch một pha) hoặc dòng điện phụ tải tăng quá cao dẫn đến máy biến áp bị quá tải Khi máy biến áp bị quá tải làm cho cuộn dây máy biến áp phát nóng quá mức cho phép có thể làm sôi dầu máy biến áp

Hình 2 - 4: Đồ thị dòng ngắn

mạch 1 pha chạm đất khi máy biến

áp trung tính cách điện

Cạn dầu máy biến áp do nhiệt độ thay đổi đột ngột hoặc dò rỉ lâu ngày, tùy theo công suất máy biến áp, vị trí, vai trò của máy trong hệ thống mà người

ta chọn các phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp Những loại bảo vệ thường dùng để chống các loại sự cố và chế dộ làm việc không bình thường được giới thiệu trong bảng 2 - 1

Bảng 2 - 1: Các loại bảo vệ thường dụng cho máy biến áp

- Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha

- Quá bão hòa mạch từ - Chống quá bão hòa

2/Các phương án bảo vệ máy biến áp

2.1/ Bảo vệ ngắn mạch

Khi xảy ra ngắn mạch ngoài làm cho dòng điện ngắn mạch tăng quá cao dẫn đến máy biến áp bị quá tải Để ngăn ngừa hiện tượng này người ta sử dụng một trong các biện pháp bảo vệ sau

2.1.1/ Dùng bảo vệ so lệch có hãm

Khác với bảo vệ so lệch của máy phát điện, dòng điện sơ cấp ở hai hoặc nhiều phía của máy biến áp thường khác nhau về trị số (tùy theo tỷ số đổi điện

áp các phía) và về góc pha (theo tổ đấu dây: YN/Y0; YN/d11; Y/d5 vv )

Vì vậy để cân bằng dòng điện thứ cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình thường, người ta sử dụng máy biến dòng trung gian BIG như hình vẽ 2 - 6,có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỷ số biến đổi được chọn sao cho các dòng điện đưa vào so sánh trong rơle so lệch có trị số gần bằng nhau

Một đặc điểm khác của bảo vệ so lệch máy biến áp là dòng điện từ hóa của máy biến áp sẽ tạo nên dòng điện không cân bằng chạy qua rơle Trị số quá

độ của dòng điện không cân bằng này có thể rất lớn trong chế độ đóng máy biến

áp không tải hoặc bị cắt ngắn mạch Vì vậy, để hãm bảo vệ so lệch của máy biến

áp người ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp

Hình 2 - 6: Cân bằng pha và trị số dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch

máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng máy biến dòng trung gian

Ngoài ra, tùy theo tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ cần sử dụng các biện pháp để loại trừ ảnh hưởng của dòng điện thứ tự không khi trung điểm của cuộn dây máy biến áp nối đất và có ngắn mạch chạm đât xảy ra trong hệ thống Gần đây, trong các rơle hiện đại người ta có thể thực hiện việc cân bằng pha

và trị số dòng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơle so lệch Trên hình 2 - 7, trình bày sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm dùng chop máy biến áp 3 cuộn dây

HM - hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa MBA Giả sử phía cuộn 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn dây 2 và 3 nối với phụ tải Khi bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thường ta có:

Trong đó: Kh ≤ 0.5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch

Ngoài ra để ngăn ngừa tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi

đóng máy biến áp không tải và khi cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa IHM

Để đảm bảo tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện:

2.1.2/ Sử dụng cầu chì

Với những máy biến áp không có máy cắt điện, để bảo vệ cho máy biến áp chỉ có thể đặt cầu chì Bảng 2 - 2 nêu ra một số thông số của cầu chì dùng cho máy biến áp ở điện áp 11Kv

Bảng 2 - 2: Thông sồ cầu chì cho máy biến áp 11Kv

S (KVA) I (A) Dòng điện định

mức

Thời gian cắt (s) ở công suất 3xS

Hình 2 - 8: Bảo vệ quá dòng điện cho

MBA có đặc tính thời gian 2 cấp

• Cấp cắt nhanh

™ Dòng điện khởi động của bảo vệ:

Ikđ = Kat Ingoài max (2-11)

Trong đó:

Ingoài max: Là dòng điện ngắn mạch

ngoài cực đại tính ở điểm N1

2.1.3/ Sử dụng rơle quá dòng

Đối với máy biến áp có máy cắt điện dùng bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian hai cấp Nó được dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp có công suất

bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình và lớn để chống ngắn mạch bên trong và bên ngoài cho máy biến áp Với máy biến áp 2 cuộn dây dùng một bộ bảo vệ đặt ở phía nguồn cung cấp, còn với máy biến áp nhiều cuộn dây thường mỗi phía đặt một bộ Nếu

máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều

phía thì cần đặt bộ phận định hướng công suất ở phía

nối với nguồn có thời gian tác động bé hơn

Kat:Hệ số an toàn lấy bằng 1.3-1.4

™ Độ nhạy của bảo vệ được kiểm tra khi ngắn mạch 2 pha ở chế độ cực tiểu,

điểm ngắn mạch N2 thỏa mãn điều kiện sau:

™ Thời gian tác động của bảo vệ: ttđ = 0

• Cấp có thời gian

Ilv max: Là dòng điện cực đại đi qua máy biến áp Trong điều kiện không biết dòng điện cực đại có thể lấy bằng IđmBA (IđmBA : dòng định mức máy biến áp)

™ Thời gian tác động của bảo vệ:

Với rơle kỹ thuật số hiện nay có hai loại đặc tính thời gian độc lập và phụ thuộc, nên có thể chọn một trong hai đặc tính thời gian phù hợp với điều kiện thực tế

Dù chọn loại đặc tính thời gian nào, công thức tính toán cũng tương tự công thức 2 - 14 Tuy nhiên cách chọn tmax ở mỗi loại đặc tính thời gian có khác nhau

Nếu chọn đặc tính thời gian độc lập, tmax được lấy bằng thời gian lớn nhất của bảo vệ trước nó

Nếu chọn đặc tính thời gian phụ thuộc, ta phải vẽ đường đặc tính thời gian phụ thuộc của bảo vệ trước nó Từ đó chọn thời gian lớn nhất của bảo vệ và tính theo công thức 2 - 14

t: Cấp chọn lọc thời gian lấy bằng 0.3 ữ 0.5s

Trường hợp riêng có thể tính độ phân cấp thời gian t đối với hai cầu chì liền

kề bởi công thức:

Trong đó tcc: Thời gian tác động của cầu chì tại điểm xét phân cấp

Còn độ phân cấp thời gian giữa cầu chì với rơle:

Trên hình 2 - 9,trình bày nguyên lý sử dụng bảo vệ khoảng cách để bảo vệ cho máy biện áp (hoặc máy biến áp tự ngẫu) hai cuộn dây Bảo vệ khoảng cách

được đặt cả 2 phía của máy biến áp với 3 vùng tác động phía trước (hướng thuận)

và một vùng tác động phía sau (hướng nghịch)

Bảo vệ khoảng cách ở 2 phía của máy biến áp làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ so lệch MBA và cho bảo vệ chính đặt ở thanh góp và các đường dây lân cận với máy biến áp

Tổng trở khởi động và thời gian làm việc của các vùng được chọn như sau: