Tìm hiểu rơ le số và ứng dụng của rơ le số DGT 801

Trong hệ thống điện, bộ phận nguồn phát đóng vài trò hết sức quan trọng. Nó cung cấp nguồn hoạt động cho toàn bộ các thiết bị có trong hệ thống. Do vậy công việc nghiên cứu, phân tích sự cố đồng thời đưa ra nhưng phương án bảo vệ cho nguồn phát là hết sức quan trọng. Yêu cầu của bảo vệ phải tác động nhanh, chọn lọc và tin cậy. Trên cơ sở đó, là một sinh viên chuẩn bị ra trường thì việc trang bị cho mình những kiến thức về tầm quan trọng của nguồn phát là rất cần thiết. Việc nắm vững nguyên lý, các chế độ vận hành, phân tích các sự cố có thể xảy ra trong máy phát để từ đó lựa chọn các thiết bị bảo vệ phù hợp, điều này chính là trang bị cho sinh viên những hành trang vững vàng khi ra trường. Đề tài “ Nghiên cứu rơle số REG650 ứng dụng bảo vệ máy phát nhà máy thủy điện Ialy”, nội dung chính của đề tài là nêu bật lên những sự cố thường xảy ra trong quá trình vận hành máy phát, đồng thời nêu lên những chức năng bảo vệ của rơle số REG650 của hãng ABB ứng dụng bảo vệ cho máy phát nhà máy thủy điện Ialy, qua đó thực hiện tính toán cài đặt cho một vài chức năng bảo vệ chính: so lệch, mất kích từ, sự cố máy cắt, bảo vệ quá dòng.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠ LE SỐ

1.1 Giới thiệu chung

Rơle là một trong những thiết bị quan trọng trong số các thiết bị tự động

hoá dùng trong ngành điện Rơle có nhiệm vụ bảo vệ các phần tử của hệ thống

điện trong các điều kiện làm việc không bình thường bằng cách cô lập các sự cố

một cách nhanh chóng thông qua các thiết bị đóng cắt trước đây các rơle bảo vệ

trong hệ thống điện ở nước ta chủ yếu do các nước XHCN sản xuất, thường là

các rơle điện cơ Trong quá trình sử dụng các rơle điện cơ này có một số nhược

điểm sau:

 Chi phí sử dụng cao: bao gồm chi phí để duy trì điều kiện làm việc (chiếm

diện tích lớn…), chi phí kiểm tra,chỉnh định lại các thông số bảo vệ với

tần suất lớn, do đó ảnh hưởng đến việc cung cấp điện liên tục gây thiệt hại

về kinh tế

 Độ nhạy và độ chính xác không cao, dễ bị ảnh hưởng của nhiễu loạn bên

ngoài do phương thức truyền và xử lý tín hiệu tương tự

 Các phần tử được bảo vệ được nối cứng nên khả năng thay đổi cấu hình

cũng như các tham số bảo vệ không linh hoạt

 Khả năng cung cấp thông tin về hệ thống điện trong chế độ làm việc bình

thường và khi sự cố không cao (không có bản ghi thông tin sự cố, vị trí sự

cố…) nên khó xác định nguyên nhân và vị trí sự cố một cách chính xác

 Tốc độ phát hiện và cách ly sự cố chưa cao Làm ảnh hưởng đến sự làm

việc ổn định của hệ thống (hệ số trở về thấp, thời gian trễ lớn )

Để khắc phục các nhược điểm này, người ta sử dụng các rơle số một cách

đồng bộ được tích hợp nhiều tính năng, các rơle số ngày càng được cải tiến và

khắc phục được hầu hết các hạn chế của rơle điện–cơ và rơle tĩnh điện Những

ưu việt lớn của Rơle số là:

 Tích hợp được nhiều tính năng vào một bộ bảo vệ như tự động đóng lại,

kết hợp với các bảo vệ phía sau như cầu chì, SI, Reclosed, có kích thước

nhỏ gọn, giảm diện tích phòng máy, tiết kiệm chi phí

 Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ

Thí dụ có thể chọn các đặc tuyến bảo vệ quá dòng với thời gian phụ thuộc

có các độ nghiêng khác nhau sao cho phù hợp với đối tượng bảo vệ

 Độ tin cậy cao, chính xác và độ sẵn sàng cao, giảm được tần suất thí

nghiệm định kỳ (thời gian thí nghiệm định kỳ từ 3 đến 6năm), do vậy

cung cấp điện được ổn định và liên tục

 Công suất tiêu thụ bé: khoảng 0.2VA (Rơle cơ là 10VA)

 Thực hiện các chức năng đo lường, hiển thị các thông số của hệ thống ở

chế độ làm việc bình thường và lưu giữ các dự liệu cần thiết khi sự cố

giúp cho việc phân tích, tìm nguyên nhân sự cố được chính xác và thuận

tiện hơn

 Dễ dàng lấy được thông tin của Rơle và cài đặt lại thông qua cổng giao

tiếp của Rơle (được thiết kế theo quy chuẩn quốc tế) với máy tính Dễ

dàng liên kết với các thiết bị bảo vệ khácvà với mạng lưới thông tin đo

lường như hệ thống SCADA…

Các rơle số hiện đại thường được chế tạo theo quan điểm “mỗi phần tử của HTĐ

được bảo vệ bằng một rơle tổ hợp “ Chẳng hạn để bảo vệ các đường dây tải điện

người ta kết hợp trong một rơle các chức năng sau:

- Bảo vệ khoảng cách có tính năng được bổ xung và mở rộng

- Bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không, quá dòng có hướng…

- Tự động đóng lại dường dây (TĐL)

Bên cạnh những ưu điểm trên rơle số cũng có một số nhược điểm đó là:

 Giá thành khá cao đòi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt các rơle

 Đòi hỏi người chỉnh định và vận hành có một trình độ cao

 Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sửa chữa và nâng cấp

thiết bị

1.2 Những khái niệm chung về bảo vệ Rơle trong HTĐ

Rơle bảo vệ là khái niệm dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một

hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện nhằm giảm thiểu

những hư hỏng về thiết bị và con người trong các chế độ vận hành không bình

thường của hệ thống

1.2.1 Nguyên lý làm việc của thiết bị bảo vệ:

Thiết bị bảo vệ thường bao gồm một vài phần tử được sắp xếp để kiểm tra

điều kiện của hệ thống, xem xét trạng thái của các biến số quan sát được để đưa

ra quyết định và thi hành nếu được yêu cầu Có thể mô tả thiết bị bảo vệ dưới

dạng sơ đồ khối như sau:

Hệ thống bảo vệ thường đo những đại lượng cố định của hệ thống như điện

áp và dòng điện và so sánh các đại lượng này với các ngưỡng do các kỹ sư bảo

vệ tính toán và cài đặt Nếu phần tử so sánh đưa ra điều kiện cảnh báo thì phần

tử quyết định sẽ làm việc Việc này liên quan cả đến phần tử thời gian để xác

định tính lâu dài của điều kiện sự cố và có thể yêu cầu kiểm tra hệ thống tại các

điểm khác của lưới điện Cuối cùng, nếu tất cả các điều kiện kiểm tra đều thoả

mãn, phần tử thi hành sẽ làm việc (có nghĩa là máy cắt sẽ được chỉ thị cắt để

cách ly phần tử sự cố ra khỏi hệ thống)

Thời gian yêu cầu để thi hành tất cả các công việc trên được gọi là thời

gian loại trừ sự cố (clearing time) được định nghĩa như sau:

Tc = Tp + Td + Ta

Trong đó:

Tc = thời gian loại trừ sự cố

Tp = thời gian so sánh (comparison time)

Td = thời gian quyết định (decision time)

Ta = thời gian thi hành (action time), bao gồm cả thời gian làm việc của máy

cắt

Thời gian loại trừ sự cố là rất quan trọng vì thiết bị bảo vệ sẽ được phối

hợp với các bảo vệ khác về thời gian để đảm bảo cắt đúng phần tử bị sự cố ra

khỏi lưới điện Khi có sự cố, rất nhiều thiết bị bảo vệ cảm nhận được sự cố này

Tuy nhiên mỗi thiết bị bảo vệ đều có hãm để đảm bảo phần tử gần sự cố nhất

làm việc trước, loại trừ sự cố ra khỏi hệ thống Thời gian là một trong các đại

lượng hãm thường được dùng

Thời gian loại trừ sự cố quan trọng do một vài dạng sự cố, như sự cố ngắn

mạch, cần phải được nhanh chóng loại trừ để phục hồi lại sự ổn định của hệ

thống Điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí và loại sự cố Tuy vậy có

một nguyên tắc chung là tất cả các điều kiện bất thường của hệ thống đều cần

phải được sửa chữa và tốc độ của việc sửa chữa là rất quan trọng

Phần tử thi hành

Hệ thống bảo vệ được thiết kế để ghi nhận những bất thường của hệ thống

mà nếu không kịp phát hiện có thể gây hư hỏng cho các thiết bị Thiết kế và

thông số kỹ thuật của các phần tử trong hệ thống đóng một vai trò quan trọng

trong phương thức bảo vệ, hệ thống bảo vệ phải được thiết kế sao cho có thể chịu

được những thay đổi thường xuyên xảy ra trong hệ thống như sự thay đổi của tải

hay việc vận hành thao tác đóng cắt các đường dây

1.2.2 Những yêu cầu đối với rơle bảo vệ:

- Tin cậy: là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng khi có sự xảy

ra trong phạm vi bảo vệ của chúng

- Chọn lọc: là khả năng phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ

thống Yêu cầu về chọn lọc là điều kiện cơ sở để đảm bảo một cách chắc chắn

việc cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ Cắt không chọn lọc thường làm tăng

thêm phạm vi mất điện gây tổn thất cho các hộ dùng điện

- Tác động nhanh: là khả năng bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử sự cố ra khỏi

hệ thống càng nhanh càng tốt

- Độ nhạy: để phát hiện được những thay đổi khác với tình trạng làm việc bình

thường của hệ thống, bảo vệ cần có một độ nhạy cần thiết Thường độ nhạy của

bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn

Dòng điện NM bé nhất (khi NM trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ)

Kn=

Đại lượng dòng đặt (dòng điện khởi động)

Đối với các bảo vệ thường gặp, yêu cầu về độ nhạy Kn=1,5÷2

- Tính kinh tế: Phải dung hoà ở mức tốt nhất các yêu cầu về bảo vệ và giá cả

trong quá trình lựa chọn các thiết bị riêng lẻ cũng như tổ hợp toàn bộ các thiết bị

bảo vệ, điều khiển và tự động trong hệ thống điện

1.2.3 Cơ cấu chung của hệ thống bảo vệ:

Bảo vệ làm việc theo tín hiệu điện thường được nối với HTĐ thông qua các

máy biến dòng điện (TI) và biến điện áp (TU) TI và TU có nhiệm vụ cách ly

mạch bảo vệ khỏi điện áp cao phía hệ thống, giảm biên độ của điện áp và dòng

điện hệ thống xuống những giá trị chuẩn phía thứ cấp, thuận tiện cho việc chế

tạo và sử dụng các thiết bị bảo vệ, đo lường và điều khiển

Tín hiệu dòng và áp đưa vào rơle sẽ được so sánh với ngưỡng tác động của

nó và nếu vượt quá giá trị ngưỡng này thì rơle sẽ tác động gửi tín hiệu đi cắt

máy cắt của phần tử được bảo vệ Để cung cấp năng lượng cho việc thao tác

máy cắt, rơle và các thiết bị phụ trợ khác, người ta thường sử dụng nguồn thao

tác riêng độc lập với phần tử được bảo vệ Nguồn thao tác phải đảm bảo cho các

rơle, phần tử tự động, bộ phận đóng cắt của máy cắt làm việc tin cậy ở trạng thái

vận hành bình thường cũng như sự cố Nguồn thao tác có thể là nguồn 1 chiều

hoặc xoay chiều

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ

1.3 Nguyên lý làm việc và cấu tạo của rơle số

Rơle kỹ thuật số (gọi tắt là rơle số ) làm việc trên nguyên tắc đo lường số

Các đại lượng đo lường như dòng điện và điện áp nhận được từ phía thứ cấp của

máy biến dòng điện (TI), và máy biến điện áp (TU) được số hoá Các số liệu này

được một hoặc nhiều bộ vi xử lý tính toán và ra các quyết định theo một chương

trình cài đặt sẵn trong rơle Có thể hiểu một hợp bộ bảo vệ rơle số là một chiếc

máy tính với đầy đủ cấu trúc và làm việc trên thời gian thực

Rơle số làm việc trên nguyên tắc đo lường Các trị số của đại lượng tương

tự là dòng và áp nhận được từ phía thứ cấp của TI, TU là những biến đầu vào

của rơle số

Sau khi qua các bộ lọc tương tự, bộ lấy mẫu (chặt hoặc băm các đại lượng

tương tự theo một chu kỳ nào đó), các tín hiệu này chuyển thành các tín hiệu số

Tuỳ theo nguyên tắc bảo vệ, tần số lấy mẫu có thể thay đổi từ 12 đến 20 mẫu

trong một chu kỳ của dòng điện công nghiệp

Đối với rơle số (thường dùng cho bảo vệ máy phát điện) tần số lấy mẫu có

thể được kiểm tra liên tục tuỳ vào trị số hiện hưu của hệ thống

Nguyên lý làm việc của rơle kỹ thuật số làm việc dựa trên giải thuật toán

theo chu trình các đại lượng điện (chẳng hạn như tổng trở mạch điện) từ trị số

của dòng và áp lấy mẫu Trong quá trình tính toán liên tục này sẽ phát hiện ra

BI

K

RL

BI - Máy biến dòng điện

BU - Máy biến điện áp CCh - Cầu chì

RL - R¬le

K - Khoá điều khiển (cắt máy cắt điện) MCf - Tiếp điểm phụ của máy cắt điện

CC - Cuộn cắt của máy cắt

N - Nguồn điện thao tác

chế độ sự cố sau một vài phép tính nối tiếp nhau, khi đó bảo vệ sẽ tác động, bộ

vi xử lý gửi tín hiệu đến các rơle đầu ra để điều khiển máy cắt

Sơ đồ khối của Rơle số sử dụng bộ vi xử lý

Thông tin về đối tượng bảo vệ được đưa vào Rơle qua đầu vào tương tự và

đầu vào số Bộ phận biến đổi đầu vào lọc và khuếch đại tín hiệu tương tự thành

đại lượng phù hợp với đầu vào của bộ chuyển đổi tương tự - số Tại đây các tín

hiệu tương tự sẽ được chuyển đổi thành giá trị số tỷ lệ với thông tin đầu vào Bộ

vi sử lý được đưa vào chế độ làm việc theo chương trình chứa trong bộ nhớ lập

trình EPROM hoặc ROM Nó so sánh thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa

trong bộ nhớ xoá ghi bằng điện EEPROM, các đại lượng chỉnh định được nạp

vào bộ nhớ EEPROM để đề phòng khả năng mất số liệu chỉnh định khi mất

nguồn điện thao tác Các phép tính trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ

RAM

Trong rơle số việc tổ chức ghi chép và lưu trữ các dữ liệu về sự cố dễ dàng

theo trình tự diễn biến về thời gian với độ chính xác cao (ms), để giảm dung

lượng bộ nhớ của bộ phận ghi sự cố, thường người ta khống chế lượng các lần

sự cố còn lại trong bộ nhớ tối đa khoảng 8-10 Khi sự cố mới vượt qua số còn

lưu lại trong bộ nhớ thì số liệu sự cố cũ nhất của quá trình lưu trữ sẽ bị xoá khỏi

bộ nhớ để nhường chỗ cho số liệu sự cố vừa xảy ra

Trong trường hợp có sự cố, bộ vi sử lý sẽ phát tín hiệu số điều khiển các

Rơle đầu ra ở bộ phận vào/ra số đóng hoặc ngắt mạch Người sử dụng có thể

trao đổi thông tin với Rơle qua bàn phím và màn hình đặt ở mặt trước của Rơle

Trạng thái làm việc của Rơle được thể hiện ở các đèn LED hoặc qua màn hình

của Rơle Rơle liên lạc với các thiết bị bên ngoài hoặc trung tâm điều khiển

thông qua các cổng thông tin tuần tự

Toàn bộ các bộ phận phần cứng của Rơle được cung cấp nguồn bởi bộ

phận chuyển đổi nguồn DC/AC với các cấp điện áp khác nhau, nguồn cung cấp

có thể là ăcquy hoặc chỉnh lưu lấy từ điện áp lưới điện 220 V hoặc 380 V

Các rơle số hợp bộ thường có một bộ phần mềm đi kèm theo rất thuận tiện

cho việc sử dụng máy vi tính để chỉnh định, theo dõi hoạt động của rơle và trao

đổi thông tin vào, ra với rơle, cũng như giúp cho nhân viên vận hành có thể phân

tích sự cố nhanh chóng từ các số liệu lưu trữ trong rơle

Dùng chương trình phần mềm điều khiển phần cứng: Một trong những

điểm nổi bật về mặt công nghệ của Rơle số so với các loại Rơle thế hệ trước đó

là kỹ thuật sử dụng phần mềm điều khiển phần cứng Quy trình tiếp nhận thông

tin tương tự và thông tin số từ bên ngoài của Rơle số cũng tương tự như của thiết

bị giao diện, chỉ cú điểm khỏc là thiết bị giao diện trao đổi thụng tin qua lại với

bộ vi xử lý của mỏy tớnh theo kờnh số liệu, kờnh điều khiển và kờnh địa chỉ

thụng qua cỏc giắc cắm chuẩn đặt trờn kờnh bản mạch chớnh của mỏy tớnh (sử

dụng mỏy tớnh trong việc thu thập thụng tin và điều khiển) trong khi ở cỏc Rơle

số việc ghộp nối được thực hiện trực tiếp thụng qua cỏc giắc cắm

Sơ đồ khối của Rơle bảo vệ dựng vi xử lý

1.4 Cỏc tớn hiệu đầu vào và đầu ra

1.4.1 Đầu vào tương tự

Tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể mà số lượng đầu vào tương tự của Rơle số

cú thể thay đổi Như đối với Rơle bảo vệ quỏ dũng đầu vào thường là 3 dũng

pha A, B, C và đụi khi cũn cú đầu vào thứ tự khụng, dũng này cú thể lấy từ dũng

tổng của 3 dũng thứ cấp cỏc biến dũng (TI) pha hoặc lấy từ cuộc thứ cấp mỏy

biến dũng thứ tự khụng

Đối với Rơle ỏp đầu vào thường là 3 ỏp pha hoặc đụi khi cũn cú đầu vào

cho ỏp thứ tự khụng nối tới cuộn thứ cấp tam giỏc hở của mỏy biến điện ỏp

(TU)

Đối với Rơle dựng cả ỏp lẫn dũng như Rơle bảo vệ khoảng cỏch cú thể cú

cỏc đầu vào như trờn (tối đa là 8 đầu vào)

Cỏc giỏ trị danh định của cỏc TI, TU được sử dụng tại cỏc đầu vào tương tự

cần phải được cài đặt trong bộ nhớ của Rơle Dũng định mức thứ cấp đối với

Rơle số thường là 1A hoặc 5A, ỏp định mức thường là 100V hoặc 110V

Cỏc cuộn đầu vào tương tự được nối tới cỏc cuộn biến dũng hoặc ỏp trung

gian đầu vào đặt trong Rơle

Đầu vào t.tự

Vào/Ra số

U I

Chuyển

đổi A/D

Thông Tin tuần tự và s.song

Giao diện vào/ra

Bộ vi

sử lý

Bộ nhớ RAM EPROM Thiết bị phía xa

1.4.2 Đầu vào số

Các đầu vào số hay còn gọi là đầu vào trạng thái cung cấp thông tin về

trạng thái làm việc của hệ thống điện hay các thiết bị bảo vệ khác Các thông tin

này chỉ có 2 giá trị O và 1

Các đầu vào này có thể chia làm 3 loại và thay đổi tuỳ theo từng rơle bảo vệ:

+ Thông tin đối tượng bảo vệ cung cấp, thí dụ như máy cắt, dao tiếp

địa, dao cách ly ở vị trí đóng hay mở (do các tiếp điểm phụ của máy cắt

thông báo), máy cắt không làm việc v.v…

+ Thông tin do các bảo vệ khác cung cấp, thí dụ như bảo vệkhí của

máy biến áp (bảo vệ Gas) cảnh báo hay tác động (Gas nặng thì đi cắt máy

cắt, Gas nhẹ thì cảnh báo), tín hiệu khoá hay cho phép trong sơ đồ liên

động (áp lực khí SF6 trong máy cắt ở mức thấp sẽ khoá thao tác máy cắt)

v.v…

+ Tín hiệu điều khiển từ xa của người sử dụng, thí dụ như giải trừ các

cảnh báo, giải trừ tín hiệu sự cố trên rơle, điều khiển đóng cắt máy cắt trên

rơle, lấy thông số và các bản ghi sự kiện, khoá hoặc cho phép chức năng

TĐL làm việc v.v…

Các tín hiệu đầu vào thường là tín hiệu điện áp lấy từ nguồn phụ một chiều

(Uphụ) Nguồn phụ này có thể là nguồn một chiều nuôi rơle hoặc điện áp khác có

giá trị danh định như sau: 24, 30, 48, 60, 110, 220V (tuỳ theo chủng loại và các

nhà chế tạo khác nhau) Thường một rơle làm việc với nhiều tín hiệu đầu vào số

khác nhau Việc chuyển cấp điện áp làm việc được thực hiện bằng cách chuyển

các cầu nhảy (Jumper) hay để nguyên hoặc cắt các dây nối tại một vài vị trí trên

D R Uphô

Bộ cách ly đầu vào sử dụng coparato (a) và bộ chuyển đổi quang điện (b)

Về cấu tạo, sơ đồ mạch tín hiệu số đầu vào cũng 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 comparato (a): Bộ cách ly loại này lợi dụng

khả năng cách ly của các bộ so sánh dùng khuếch đại thuật toán coparato

với tổng trở đầu vào lớn Tín hiệu đầu vào sẽ xuất hiện ở đầu ra bộ

comparato khi điện áp tín hiệu lớn hơn Ungưỡng Dòng điện tiêu thụ khoảng

1-10mA Cuộn chặn L hình xuyến với vài vòng dây có tác dụng chặn các

nhiễu xung kim ở đầu vào Ở đây điot D đóng vai trò tạo ngưỡng cho

mạch đầu vào

- Bộ cách ly đầu vào sử dụng bộ chuyển đổi quang điện (b): Khi có điện áp

tín hiệu, điot phát quang sẽ sáng là mở thông Trazitơ truyền tín hiệu điện

áp vào mạch bên trong Bộ chuyển đổi quang được thiết kế với cổng có

điều khiển ở đầu vào Nó chỉ cho tín hiệu vào bên trong khi bộ vi sử lý

quét đến đầu vào số đang xét Điều này làm giảm công suất tiêu thị của

mạch đầu vào số trong chế độ chờ

1.4.3 Đầu ra số

Các tín hiệu đầu ra cơ số 2 có thể phân loại theo 4 nhóm:

1 Nhóm tín hiệu điều khiển: Được đóng cắt bởi các rơle đầu ra Hầu hết

các rơle số hiện nay đầu sử dụng các rơle có tiếp điểm để làm phần tử thao tác

đầu ra Điện áp làm việc của chúng thường là dòng một chiều 24V Tiếp điểm

có khả năng làm việc với dòng cắt lớn Tiếp điểm điều khiển sử dụng điện áp

thao tác bên ngoài để thực hiện các quy trình đóng cắt MC như cắt 1 pha, cắt 3

pha, đóng 3 pha Tiếp điểm điều khiển thường có công suất và dòng làm việc

lớn hơn tiếp điểm báo tín hiệu Để tăng độ tin cậy đôi khi người ta sử dụng các

cặp tiếp điểm kép mắc song song với nhau, cho phép giảm khả năng tiếp điểm bị

hở khi cần khép mạch điều khiển

- Ví dụ sơ đồ làm việc có thể kết hợp giữa đầu vào và đầu ra số với các

cuộn điều khiển MC:

 Khi máy cắt MC mở, cuộn cắt bị khoá bởi tiếp điểm phụ 2 của MC

 Tiếp điểm phụ 3 đóng, đầu vào số “Máy cắt mở” nhận được tín hiệu

 Điện ỏp sẽ biến mất ở đầu vào I2, đồng thời xuất hiện ở đầu vào I1

thụng bỏo trạng thỏi “Mỏy cắt đúng”

2 Nhúm cỏc tớn hiệu cảnh bỏo: Cũng sử dụng cỏc rơle cú tiếp điểm để đi

cảnh bỏo tớn hiệu bằng đốn, cũi v.v… trờn bảng điều khiển trung tõm hoặc nơi

nhận thụng tin xa

3 Nhúm cỏc tớn hiệu điều khiển đốn LED trờn mặt trước rơle thụng bỏo cỏc

thụng tin về tỡnh trạng làm việc của rơle Theo nguyờn tắc, cỏc tớn hiệu này

khụng sử dụng cỏc tiếp điểm đầu ra vỡ điện ỏp làm việc của cỏc đốn LED rất bộ

<3V, mà lấy trực tiếp từ cỏc đầu ra của cỏc vi mạch số phần lụgic sau khi đó

được khuếch đại Thường mỗi đốn LED tương ứng với một thụng tincần thụng

MC

1

2

3 Cuộn cắt

Cuộn đóng Tiếp điểm

Đóng MC

Nguồn thao tácRơle số

báo cho người sử dụng Một số rơle mỗi đèn LED có thể gán các thông báo bằng

cách lập trình từ bàn phím cho người sử dụng thực hiện

4 Nhóm các tín hiệu trạng thái bên trong rơle Trong rơle số có đặt các

thanh ghi để ghi nhận trạng thái các phần tử lôgic Người sử dụng có thể hiển thị

các tham số này trên màn hình của rơle hoặc truy xuất từ xa qua cổng tuần tự

1.5 Xử lý các tín hiệu tương tự

1.5.1 Các bộ biến đổi đầu vào

Các bộ biến đổi đầu vào đó là các máy biến áp (TU), máy biến dòng (TI)

tín hiệu và các Tranzitơ Chúng có chức năng và cấu tạo giống các bộ phận

tương tự của rơle tĩnh

- Các máy biến áp tín hiệu thường có số vòng dây lớn, kích thước dây nhỏ

- Các máy biến dòng tín hiệu có số vòng dây nhỏ, kích thước dây lớn

Trên thực tế, trong các rơle số sơ đồ nối dây của các biến dòng phụ thuộc

vào ứng dụng cụ thể Thường các sơ đồ nối dây sau đây được sử dụng:

 Sơ đồ sao đầy đủ (Yo)

 Sơ đồ sao thiếu

 Sơ đồ hiệu 2 dòng pha (sơ đồ số 8)

Đối với rơle bảo vệ quá dòng hay khoảng cách 3 pha các máy biến dòng

được mắc theo sơ đồ sao đủ Ứng dụng rộng trong hệ thống điện có trung tính

nối đất trực tiếp

Sơ đồ sao thiếu thường dùng trong hệ thống điện có trung tính cách đất vì

trong hệ thống này dòng chạm đất nhỏ, khi chạm đất một pha không được coi là

chế độ sự cố

Một rơle số ba pha có thể có các dạng đầu vào dòng như sau:

 Ba đầu vào nối với các biến dòng pha đo dòng các pha

 Một đầu vào nối với biến dòng TTK hay dòng tổng ba pha để đo các

Tín hiệu tương tự ở đầu ra của các bộ biến đổi tín hiệu đầu vào thường qua

các bộ lọc sơ bộ tần số thấp, với tín hiệu cao tần bị chặn lại Các bộ lọc này là

các bộ lọc tần bậc 1 kiểu R-C hay L-R Các bộ lọc bậc cao không sử dụng vì làm

tăng độ trễ của tín hiệu Trong các rơle số bộ lọc tương tự chỉ có vai trò như bộ

lọc thô Các tín hiệu thông tin tiếp theo đó được lọc tinh ở các bộ lọc số khác

Các bộ lọc thô có tác dụng loại bỏ các thành phần sóng hài bậc cao tần số lớn

hơn một nửa tần số lấy mẫu để nhằm làm giảm sai số theo định lý lấy mẫu

Shannon, các bộ lọc số không có khả năng phản ứng với các thành phần này

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

đầu vào của các bộ chuyển đổi tương tự số được chọn Các bộ chuyển đổi này

thường được làm việc với áp đầu vào có dải biến thiên từ 0 đến Udd hoặc từ -Udd

đến +Udd Vì vậy người ta thường dùng các bộ biến đổi và khuếch đại các tín

hiệu dòng và áp thành các giá trị phù hợp như trên Bộ khuếch đại như vậy trong

các rơle số thường là các bộ khuếch đại thuật toán

 Sơ đồ đầu vào tương tự ở một số loại Rơle số:

Sơ đồ nối dây của một rơle quá dòng kỹ thuật số điển hình loại 3 pha

Ngoài các đầu vào thứ cấp của các máy biến dòng pha, biến dòng thứ tự không,

ở đây còn có các đầu vào áp thứ cấp dùng cho bảo vệ quá dòng có hướng, bảo

vệ quá dòng thứ tự nghịch, bảo vệ thiếu áp, bảo vệ quá áp… tuỳ theo từng loại

ứng dụng Các tiếp điểm của rơle thao tác đầu ra có thể sử dụng để đi báo tín

hiệu hay thao tác cắt máy cắt Tuỳ theo từng loại rơle, các tiếp điểm này được

dùng cho các chức năng xác định hay có thể thay đổi chức năng tuỳ theo cách

lập trình của người sử dụng trong trường hợp sau, biến (hoặc hàm) thao tác của

các chức năng mong muốn sẽ được gán ra tiếp điểm được lựa chọn

Các đầu vào số được sử dụng để thông báo trạng thái của đối tượng bảo vệ,

của trạng thái đang đóng hay cắt hay đơn thuần để điều khiển rơle từ xa Trong

hầu hết các rơle quá dòng số đều sử dụng một số trong những đầu vào này để

kiểm tra trạng thái cuộn cắt và cuộn đóng Đầu vào số được gán chức năng này

sẽ giám sát tiếp điểm máy cắt thông qua điện áp một chiều đặt vào nó Điện áp

này được nối với 2 đầu của tiếp điểm máy cắt, nếu tiếp điểm này hở mạch và

cuộn cắt vẫn nguyên vẹn thì điện áp một chiều sẽ được đưa vào đầu vào số Còn

nếu cuộn cắt hở mạch do đứt dây nối hay hỏng cuộn cắt, điện áp giám sát này sẽ

bằng 0 và rơle sẽ phát tín hiệu báo động

Rơle có các đầu ra truyền thông tin số tuần tự hay song song nối với máy

tính hay thiết bị đầu cuối phía xa (RTU), hoặc có đường cáp quang cho phép nó

có thể trao đổi thông tin với các thiết bị bên ngoài Trong nhiều trường hợp, rơle

có thể trao đổi thông tin với các RTU bằng các đầu ra tương tự dưới dạng nguồn

dòng hay nguồn áp Rơle thường được sử dụng nguồn nuôi một chiều với các

cấp điện áp tiêu chuẩn khác nhau tuỳ theo các ứng dụng cụ thể hoặc hãng sản

xuất

Sơ đồ nối các đầu dây vào và ra của Rơle quá dòng kỹ thuật số

1.5.3 Bộ chuyển đổi tương tự số

Chức năng của các bộ chuyển đổi tương tự số trong rơle số:

 Chức năng dồn kênh: Cho phép bộ biến đổi ADC có thể làm việc với

nhiều đầu vào tương tự

 Chức năng trích và giữ mẫu tín hiệu tương tự

 Chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự thành mã cơ số hai ở đầu ra

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

đổi tạo ra tối đa 11 tín hiệu tương tự (Ia, Ib, Ic,Io, Ua, Ub, Uc, Uo và Uab, Ubc,

Uca) Chúng được trích và giữa mẫu với tần số N khoảng 8, 12, 16, 20 lần trong

một chu kỳ 20 ms tuỳ theo từng loại rơle Ví dụ Sel-321 N=16, với 7SA511

N=20

Các tín hiệu tương tự sau khi được dồn kênh sẽ lần lượt được chuyển đổi

thành tín hiệu cơ số 2 Bộ ADC của rơle thường có 12bit, trong đó có 11bit dữ

liệu và 1bit dấu

Trong một số loại rơle, do tốc độ thu thập thông tin nhanh, người ta phải sử

dụng bộ vi xử lý và bộ nhớ riêng có công suất lớn hơn để điều khiển vài bộ

ADC

R¬le Qu¸ dßng sè

BiÕn dßngTTK

M¸y c¾t

DZ b¶o vÖ

BiÕn dßngpha

tt sè

C¸c tiÕp

®iÓm r¬le

A B C

ABC

Thu Ph¸t

1.6 Các phương pháp so sánh trong rơle số

Với các loại rơle làm việc với hai đại lượng đầu vào thường người ta sử

dụng hai nguyên tắc so sánh:

 So sánh biên độ

 So sánh pha

1.6.1 So sánh biên độ.

Trong các rơle làm việc với hai đại lượng đầu vào, thông thường một đại

lượng nào đó (Chẳng hạn X1) tác động theo hướng làm cho rơle khởi động còn

đại lượng kia (X2) tác động theo chiều hướng ngược lại (hãm, cản trở rơle tác

Trong đó: X1 : là tín hiệu đầu vào khởi động

X2 : là tín hiệu đầu vào hãm

Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng điện được sử dụng trong bảo vệ so lệch

và bảo vệ khoảng cách

1.6.2 So sánh pha

So sánh pha phản ánh góc lệch pha giữa các đại lượng đầu vào nếu góc

lệch pha vượt quá (lớn hơn hay bé hơn) trị số pha định trước rơle sẽ tác động

Các đại lượng tương tự đầu vào X1, X2 qua các bộ biến đổi BD1, BD2 biến thành

các xung chữ nhật X1’, X2’ với thời gian trùng pha là tk Kiểu so sánh này gọi là

so sánh thời gian trùng pha

Nếu thời gian trùng pha tk lớn hơn thời gian đặt tG của bộ phận thời gian thì

sẽ xuất hiện tín hiệu đầu ra Y1 Để tăng độ chính xác của so sánh pha, có thể tiến

hành lọc và khử thành phần một chiều cũng như các sóng hài bậc cao trong các

đại lượng đầu vào X1, X2 trước khi đưa vào bộ so sánh

R2

R1CL1

BG1

X1

X2

1.7 Các bộ nguồn dùng cho rơle số

Ngoài các nguồn tín hiệu lấy từ các TI, TU, thì để làm việc được các rơle

số phải được cấp nguồn từ bên ngoài Nguồn này thường là nguồn một chiều lấy

từ acquy hay các bộ biến đổi xoay chiều - một chiều Trong rơ le số, nguồn một

chiều thường có các cấp điện áp khác nhau phụ thuộc vào các loại rơle bảo vệ

khác nhau: 24, 30, 48, 60, 110, 220V một chiều

Trong các rơle số có bộ chuyển đổi “một chiều - một chiều” (DC/DC) sử

dụng cung cấp điện một chiều cao ở đầu vào để tạo ra các điện áp một chiều

thấp hơn dành cho các mục đích khác như: nuôi các vi mạch số, các bộ khuếch

đại thuật toán, các điện áp điều khiển đóng cắt các tiếp điểm của rơle đầu ra Các

mức điện áp sử dụng ở đây là: 5V, 12V, 15V và +24V

1.8 Các cổng vào ra thông tin tuần tự

Khả năng trao đổi thông tin với các thiết bị ở xa là mọt trong các ưu điểm

nổi bật của rơle số so với các loại rơle điện cơ và rơle tĩnh Chức năng này được

thực hiện thông qua các giắc cắm chữ D có 9 hoặc 25 chân đặt ở mặt trước hay

sau của rơle số Đó 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 các chức năng sau:

 Phối hợp giữa bộ phận truyền thông tin dạng song song bên trong

rơle số với bộ phận truyền tin tuần tự ở bên ngoài

 Đồng bộ thời gian giữa phần thu và phát Bình thường các bộ thu và

phát thuộc các thiết bị khác nhau nên thông tin trong chúng được

truyền với tốc độ khác nhau Vì vậy cần phải có đồng bộ hoá 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

1.8.1 Giới thiệu nguyên lý làm việc của giao diện vào ra số liệu tuần tự.

G

&

X 2X

1

Tín hiệu tuần tự được trao đổi với rơle 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 Một sơ

đồ khác tương tự với UART có tên gọi là “Bộ phối hợp giao diện thông tin

không đồng bộ” (ACIA) cũng được sử dụng rộng rãi

Nhiệm vụ chính của nó là phối hợp hai thiết bị có xung đồng bộ khác nhau

theo phương thức gọi là thông tin liên lạc không đồng bộ Có nghĩa là các bit

thông tin được trao đổi qua lại không kèm theo tín hiệu đồng bộ thời gian để chỉ

điẻm đầu và điểm cuối của gói thông tin Vì vậy người ta sử dụng ở đây các kiểu

mã hoá khác nhau, trên đường truyền các bit dữ liệu có thể bị sai lệch vì vậy

người ta có thể sử dụng thêm bit “chẵn lẻ” (PARITY) trước bit “STOP”

Có hai kiểu bit “chẵn lẻ”: chẵn và lẻ Nếu bit theo kiểu lẻ thì tổng các số 1

trong các bit dữ liệu được công với bit “chẵn lẻ” phải là một số lẻ Nếu bit theo

kiểu chẵn thì tổng các số 1 cộng với bit “chẵn lẻ” là một số chẵn Bit “chẵn lẻ”

do đầu thu phát tính toán và ghi vào cuối dây bit dữ liệu

Đầu thu khi nhận dữ liệu sẽ kiểm tra bit “chẵn lẻ” và khi phát hiện ra lỗi sẽ

yêu cầu đầu phát của thiết bị ngoại vi phát lại

Sơ đồ trên giới thiệu giắc cắm D 25 chân Ở đây chân 1 và chân 7 là chân

nối đất Chân 2 (TD) là đường truyền dữ liệu theo một chiều tới thiết bị bên

ngoài Các tín hiệu tuần tự (với bit nhỏ nhất phát trước, bit lớn nhất phát sau)

được truyền từ đầu phát của bộ UART tới đầu vào đảo (-) của bộ khuếch đại

thuật toán làm việc theo chế độ so sánh (comparato) Đầu vào không đảo (+) của

bộ khuếch đại thuật toán (KTT) được giữ ở mức 1,5V Nếu tín hiệu tại (-) là 5V

và cao hơn điện áp 1,5V tại (+), điện áp đầu ra của bộ KTT sẽ là -12V, tương

ứng với giá trị lôgic 1 Nếu tín hiệu đầu vào tại (-) là 0V và nhỏ hơn điện áp tại

(+),đầu ra của bộ KTT sẽ là +12V, tương ứng với giá trị mức lôgic 0 Chân 3

(RD) là đường nhận dữ liệu của cổng tuần tự Các thiết bị ngoại vi truyền tín

hiệu tới rơle qua chân này và điôt tạo ngưỡng đến đầu vào đảo (-) của bộ

comparato Đầu vào không đảo (+) của nó được giữa ở điện áp 2V Nếu tín hiệu

vượt quá +2,5V, điôt sẽ thông mạch, bộ comparato sẽ dẫn điện theo chiều từ đầu

ra tới đầu vào và điện áp đầu ra của nó tụt xuống 0, tương ứng với mức lôgic 0

của các mạch số Khi tín hiệu đầu vào nhỏ hơn +2,5V, thì bộ comparato sẽ

không dẫn điện, khi đó điện áp ở đầu ra sẽ là 5V tương ứng với mức lôgic 1 Khi

tín hiệu đầu vào đổi trạng thái, áp đầu ra của bộ comparato cũng thay đổi và làm

cho các bit của thanh ghi dịch ở đầu thu sẽ được đưa lần lượt tới các đầu ra từ

D0 đến D7

Chân 8 của giắc cắm D là chân phát hiện cờ tràn (CD) Nó hoạt động giống

như RD, chỉ khác là nó gửi tín hiệu ngắt tới mạch điều khiển để thông báo thiết

bị ngoại vi đã sẵn sàng và có thể gửi tín hiệu Đây đơn thuần là tín hiệu trạng

thái Các chân khác cũng được sử dụng tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể

Sơ đồ khối của một bộ UART làm việc kết hợp với mạch khuếch đại vào/ra

tạo thành bộ phận chủ yếu của giao diện thông tin tuần tự Vi mạch này gồm 3

thành phần chính: Đầu thu, đầu phát và mạch điều khiển

1.9 Các bộ nhớ kết cấu và cấu trúc phần mềm của rơle số

1.9.1 Các bộ nhớ và kết cấu của rơle số

Các chương trình cơ bản điều khiển sự làm việc của rơle thường được chứa

trong bộ nhớ ROM hoặc EPROM

+ ROM được sử dụng trong trường hợp rơle được sản xuất với số lượng lớn

hoặc nhà chế tạo có công nghệ ghi thông tin vào ROM hoàn thiện

+ EPROM cho mục đích 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

D6 D7

0 1 2 3 4 5 6 7 0

1 2 3 4 5 6 7

DTS Ng¾t (CD)

RD DSR

CTS RTS

12 13

25

comparato

+2V

§Çu thu Ng¾t

Bé ®iÒu khiÓn

Thanh ghi dÞch UART

Các thông tin chỉnh định bảo vệ và thông tin về hệ thống điện được lưu trữ hoặc

trong DRAM kiểu CMOS (dùng nguồn riêng pin), hoặc trong EEPROM hoặc cả

hai Các bộ RAM động hay NVRAM có ưu điểm là tốc độ ghi thông tin nhanh

nhưng nếu pin nuôi chúng bị sự cố thì sẽ bị trục trặc Vì vậy, thông thường

người ta ghi các thông tin này vào trong các bộ nhớ EEPROM Khi rơle mất

nguồn cung cấp, thông tin ghi nhớ trong chúng vẫn không bị mất đi

Các căn bản sự kiện và thông tin về sự cố được lưu trữ trong các DRAM vì

tốc độ ghi nhớ nhanh của chúng Tại đây cũng lưu trữ thông tin về dao động

điện, các nhiễu loạn, các lịch trình làm việc của rơle theo thời gian v.v…

Các dữ liệu thông tin đo lường, các kết quả tính toán… được lưu trữ trong

các bộ nhớ RAM (SRAM và DRAM) dùng nguồn cung cấp của rơle Tại đay

cũng lưu trữ thông tin ngày tháng, thời gian thực Các dữ liệu này sẽ bị xoá nếu

rơle bị mất nguồn cung cấp Người điều hành có thể truy xuất văn bản sự kiện từ

xa, căn cứ vào ngày tháng ghi trên rơle để biết được tình trạng làm việc của rơle

bảo vệ

Trong rơle, các chức năng thường được chế tạo trên các bản mạch riêng biệt tạo

thành các môđun tuỳ theo các laọi rơle có thể có các môđun sau:

 Môđun tín hiệu vào

 Môđun bộ vi xử lý

 Môđun thông tin

 Giao diện người sử dụng

Môđun nguồn đựơc chế tạo độc lập và được che chắn cẩn thận vì đây là

nguồn phát sinh nhiễu mạch 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 được gắn trên môđun khác

1.9.2.Cấu trúc phần mềm

1.9.2.1.Khái niệm chung

Các chương trình phần mềm là điểm khác biệt lớn nhất trong rơle số so với

các rơle khác Thực chất chúng là các bit thông tin được sắp xếp theo các trình

tự quy định gọi là lệnh và được chứa trong các bộ nhớ khác nhau Khi rơle được

cấp nguồn, bộ vi xử lý và các linh kiện phần cứng khác sẽ hoạt động tuân theo

sự hướng dẫn của các tệp lệnh này theo một chương trình xác định trước, nhờ đó

rơle có thể hoạt động như một phần tử tự động

Các chương trình phần mềm của rơle số có thể phân làm 2 nhóm chính:

 Phần mềm hệ thống

 Phần mềm ứng dụng

Phần mềm hệ thống bao gồm các chức năng tự kiểm tra báo lỗi nội bộ rơle,

các thông tin vào ra Nó chỉ phối sự hoạt động qua lại giữa các bộ phận phần

cứng với nhau, tạo môi trường phần mềm cho các ứng dụng khác nhau có thể

phát triển và hoạt động hiệu quả Tóm lại đây là phần mềm cơ sở mà bất cứ thiết

bị kỹ thuật số dùng vi xử lý nào cũng phải được trang bị để có thể hoạt động

được

Các chương trình phần mềm ứng dụng được sử dụng phụ thuộc vào các

chức năng bảo vệ được cài đặt trong rơle Để rơle có thể làm việc hiệu quả, các

chương trình quy định chi tiết thao tác của các linh kiện phần cứng trong mỗi

chế độ làm việc khác nhau như xử lý các số liệu tương tự, số liệu số, tương tức

với người sử dụng, vào ra thông tin, ra quyết định thao tác v.v…

Bộ vi xử lý thực hiện các chương trình ứng dụng theo 2 cách chính:

 Chạy các chương trình ứng dụng lần lượt theo trình tự thời gian

 Phương pháp này gọi là phương pháp ngắt: cho phép khởi động chương

trình ứng dụng nào đó khi bộ vi xử lý nhận được thông tin từ bên ngoài

Khi đó dừng các hoạt động khác của rơle để thực hiện chương trình ứng

dụng phù hợp với thông tin bên ngoài đó, sau đó quay lại thực hiện các

thao tác còn dang dở

1.9.2.2 Chương trình hệ thống

 Chương trình tự kiểm tra khi đóng nguồn

Các rơle số hiện nay cho phép kiểm tra khả năng làm việc của các phần tử

chính của phần cứng ngay sau khi rơle được cung cấp nguồn và hiển thị kết quả

kiểm tra lên màn hình Các phần tử này có thể là: Bộ vi xử lý, các bộ nhớ, bộ

đồng hồ thời gian, các bộ kiểm tra ngắt vào ra thông tin, bộ chuyển đổi tương tự

số v.v…Kết quả kiểm tra có thể là “tốt”, “báo động”, và “hư hỏng nội bộ”

Trong một số rơle, các loại bộ nhớ như EPROM và RAM được kiểm tra

không chỉ vào lúc bật nguồn mà còn quy định theo chu kỳ bởi chương trình phần

mềm Các ô nhớ bị hư hỏng phát hiện được sẽ bị cô lập tự động để tránh lỗi cho

các lần ghi thông tin tiếp theo

 Chương trình hệ thống vào/ra cơ sở (BIOS)

Chương trình này cung cấp một giao diện nhằm tương thích hoàn toàn các

chương trình ứng dụng với cơ sở phần cứng của rơle Đó là tập hợp các chu

trình điều khiển các linh kiện phần cứng cho phép người lập trình ứng dụng

giám sát và truyền các dữ liệu qua lại các bộ phận vào/ra một cách dễ dàng Với

các chương trình BIOS, người lập trình ứng dụng không cần phải hiểu một cách

tỉ mỉ các bộ phận vào/ra dữ liệu trong rơle làm việc như thế nào mà chỉ cần biết

chúng có thể làm được gì Khi phần cứng của rơle được nâng cấp, chỉ cần thay

đổi các chương trình BIOS kèm theo mà không ảnh hưởng đến chương trình ứng

dụng Điều này cho phép các phần mềm ứng dụng có thể tồn tại lâu dài không

phụ thuộc vào sự phát triển của phần cứng

Các chương trình điều khiển vào/ra cho phép điều khiển các bộ phận sau đây:

các đầu vào trạng thái sô, các đầu ra thao tác số, các cổng song song và tuần tự,

màn hình hiển thị, bàn phím, các đèn LED, các đầu vào tương tự v.v…

 Chương trình thực thi đa nhiệm

Đây là chương trình cho phép vi xử lý có thể thực hiện đồng thời vài chức

năng ứng dụng theo thời gian thực Nó hoạt động bằng cách cho phép người lập

trình ứng dụng phân chia chương trình ứng dụng thành các nhiệm vụ nhỏ riêng

biệt Mỗi nhiệm vụ được gán một thứ tự ưu tiên Chương trình đa nhiệm chỉ cho

phép thực hiện một nhiệm vụ trong một thời điểm Các nhiệm vụ khác đã được

kích hoạt khi đó được nhớ trong các bộ nhớ theo trật tự hàng nếu không thể thực

thi chúng ngay lập tức Các nhiệm vụ có thứ tự ưu tiên cao hơn sẽ được thực

hiện trước các nhiệm vụ có thứ tự ưu tiên thấp hơn Việc phân chia các chương

trình ứng dụng như vậy cho phép biến hoá các chức năng bảo vệ trong rơle trong

các chế độ làm việc khác nhau

 Các chương trình phục vụ cho lập trình ứng dụng

Đây là các chương trình phần mềm được sử dụng trong giai đoạn phát triển

các phần mềm ứng dụng dùng trong rơle Đó là các chương trình gỡ rối

(DEBUGGING) sử dụng khi tắt nguồn hoặc đang chạy chương trình ứng dụng

để kiểm tra và thay đổi nội dung các bộ nhớ và các công vào/ra, các thanh ghi

cũng như các bước thực hiện chương trình

1.9.2.3 Các chương trình ứng dụng

Các chương trình này điều khiển sự làm việc của bộ vi xử lý đối với các môđun

vào/ra tín hiệu số và tương tự, môđun thông tin và giao diện với người sử dụng

Trong các rơle số sử dụng nhiều bộ vi xử lý, nó còn cho phép bộ vi xử lý chính

điều khiển sự hoạt động của bộ vi xử lý phụ

-Khởi động: Phần mềm ứng dụng của bọ vi xử lý trong chế độ khởi động sẽ thực

hiện các thao tác sau:

+ Đọc các thông tin trạng thái trong các EEPROM hoặc NVRAM Nếu các cảnh

báo chưa được giải trừ trong lần làm việc trước thì chúng được phục hồi và

được hiển thị ở mặt trước rơle

+ Tất cả các giá trị đặt của rơle được nhớ trong EEPROM được rà soát lại xem

có ở trong miền làm việc cho phép không Nếu giá trị đặt ở ngoài miền làm việc,

tín hiệu cảnh báo sẽ phát ra Các giá trị hợp lý sẽ được tải từ EEPROM vào

trong miền làm việc của bộ nhớ RAM của rơle

+ Bộ vi xử lý khởi động các đồng hồ thời gian, các điều khiển ngắt và vào ra

cùng các biến dữ liệu

- Xử lý dữ liệu tương tự: Các tín hiệu tương tự đầu vào như dòng và áp lấy mẫu

với tốc độ N mẫu chong một chu kỳ tần số công nghiệp và được chuyển đổi

thành giá trị số Kết quả thu được lưu trữ trong các bộ đệm bộ vi xử lý tiến hành

các phần mềm lọc các giá trị số theo các thuật toán lọc như lọc Fourrier hay lọc

rời rạc hoặc lấy đạo hàm để xác định các tín hiệu thông tin có ích Trong một số

rơle số có tốc độ thu thập thông tin cao, người ta sử dụng riêng một bộ vi xử lý

để thực hiện các thao tác này kèm theo chương trình phần mềm phục vụ nó

- Xử lý các tín hiệu số: Các tín hiệu số ở đầu vào trạng thái (điện hoặc

quang/điện) được kiểm tra liên tục theo chu kỳ dài ngắn khác nhau tuỳ theo tính

cấp thiết của từng loại thông tin Ví dụ tín hiệu cắt liên động cần phải được cập

nhật trong vòng một vài chu kỳ lấy mẫu, các tín hiệu khác như giải trừ hoặc

đồng bộ thời gian có thể lâu hơn…

+ Các tín hiệu điều khiển các rơle đầu ra được bộ vi xử lý liên tục quét tới trong

vòng một, hai chu kỳ lấy mẫu Khi xảy ra sự cố, tín hiệu điều khiển của bộ vi xử

lý thay đổi, trong thời gian rất ngắn các rơle đầu ra sẽ khổi động để đi báo tín

hiệu hoặc đi cắt đối tượng được bảo vệ

-Giao diện người sử dụng: Phần mềm giao diện người sử dụng đọc các mã từ

bàn phím và thông báo kết quả lên màn hình (điot phát quang hoặc màn tinh thể

lỏng) Người sử dụng giao tiếp với rơle qua menu hình cây hoặc theo nguyên tắc

địa chỉ

-Thông tin liên lạc: Việc trao đổi thông tin với các thiết bị qua các cổng tuần tự

hoặc ssong song được thực hiện qua các giao thức (protoco) Trong các rơle có

yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng thông tin như bảo vệ so lệch đường dây, đôi

khi người ta dùng riêng một bộ vi xử lý cho chức năng thông tin liên lạc kèm

theo đó là phần mềm phục vụ boj vi xử lý này Độ phức tạp của phần mềm

thông tin liên lạc phụ thuộc vào cổng thông tin được chọn (song song hay tuần

tự), mã thông tin, giao thức thông tin và các chức năng phụ trợ kèm theo Nó

bao gồm các thao tác lập truyền gói thông tin, nhận, khẳng định và tách các

thông tin có ích

- Đo lường và bản ghi sự kiện

Đo lường là một trong những nhiệm vụ của bộ vi xử lý thông tin tương tự Bộ

phận này cập nhật thông tin về hệ thống điện theo chu kỳ lấy mẫu fs=50.N trước

hết nhằm mục đích phát hiện sự cố Kết quả đo lường và tính toán nhận được

được lưu trữ ở bộ nhớ RAM Theo một chu kỳ chậm hơn (khoảng 1s) một vài

trong các thông số này được tải vào bộ nhớ của màn hình Khi kích hoạt chức

năng đo lường của rơle, phần mềm điều khiển sẽ hiện thị nội dung của bộ nhớ

màn hình theo địa chỉ được chọn Đó có thể là giá trị dòng, áp, dòng tổng ba pha

v.v… theo giá trị tức thời hay hiệu dụng Các thông số này sẽ liên tục được thay

đổi mới bằng cách xoá các giá trị cũ nạp thêm giá trị mới nhất vào

Bản ghi sự kiện được lưu giữa tại các DRAM có nguồn nuôi riêng cho phép lưu

giữ thông tin ngay cả khi mất nguồn cung cấp, có hai loại bản ghi:

 Loại ghi thông tin vắn tắt các sự kiện được ghi theo trình tự thời gian,

theo nguyên tắc lần lượt Các sự kiện lâu sẽ bị xoá dần sao cho số lượng sự

kiện nhớ được không đổi

 Loại thứ hai cho phép ghi tỉ mỉ hơn về thông tin vừa diễn ra Điều kiện

thực hiện loại này là rơle thực hiện thao tác đóng cắt MC Khác với loại

trên là có thể xem trực tiếp trên màn hình hiển thị của rơle thì ở loại này

phải có phần mềm phụ trợ để có thể truy cập vào rơle để hiển thị thông tin

trên màn hình máy tính Ví dụ như rơle SEL-351 sử dụng phần mềm

SELPLOT hay rơle quá dòng 7SJ512 và 7SA511 của SIEMEMS dùng

chương trình DIGSI, việc giao tiếp thực hiện qua cổng giao tiếp tuần tự

-Các chức năng bảo vệ: Các chức năng bảo vệ của rơle được xây dựng thành

các chương trình con với các biến đầu vào là các giá trị đặt bảo vệ, các kết quả

đo lường hoặc trạng thái lôgíc của các tham số trung gian là hàm của các biến đo

lường đầu vào cuối cùng, là các trạng thái lôgíc đầu ra của các chức năng bảo vệ

khác Khi chức năng bảo vệ được kích hoạt, các biến đầu vào của nó được kích

hoạt theo và được nạp vào các địa chỉ cố định trong bộ nhớ RAM Phần mềm

chức năng bảo vệ thực chất là một thuật toán làm việc theo quy trình cho trước

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ RƠ LE SỐ DGT801

Dòng rơ le DGT 801 bào gồm các loại sau: DGT 801A,DGT 801B,DGT

801C,DGT 801F Các chế độ phần cứng và phần mềm của các loại này đều

tương tự nhau và khác biệt duy nhất giữa chúng là nằm ở số lượng nguồn phần

cứng và kích thước giao diện bảng LC tương ứng trên các tủ (xem chi tiết ở

bảng dưới) Tất cả các loại trên đều được thiết kế làm việc với hai nguồn cung

cấp và hệ thống dual-CPU với kỹ thuật xử lý song song Vì vậy chúng có cấu

hình tiên tiến,hoàn hảo trong vận hành,đáng tin cậy và an toàn trong vận hành

Mỗi loại rơ le DGT 801 được ứng dụng với những chức năng khác nhau

dự phòng máy biến áp

Bộ kích cỡ lớn và nhỏ,Khởi động /dự phòng máy biên áp

Bộ kích cỡ lớn

Bảo vệ nhị phân,yêu cầuđược lắp ráp trong tủ riêngbiệt

2.2 Phạm vi ứng dụng:

Bộ bảo vệ rơ le số DGT 801 máy phát-máy biến áp được ứng dụng bảo vệ

trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện với công suất đến 1000MW ở cấp

điện áp cao 750KV và ít hơn khi ở chế độ kết nối khác nhau Và nó cũng được

áp dụng riêng biệt cho máy phát, máy biến áp chính, trạm biến áp, máy biến áp

kích thích (bộ kích từ) Và nó có thể đáp ứng yêu cầu tự động hóa trong hệ

thống điện

DGT 801A (or B,C) ,bảo vệ ở mỗi lớp có thể thực hiện các chức năng của

một số bảo vệ chính, của những bảo vệ hoạt động không bình thường và những

bảo vệ dự phòng Các chức năng bảo vệ ở mỗi lớp khác nhau có thể linh hoạt

lựa chọn theo yêu cầu

Đối với rơ le DGT 801F ,nó là loại bảo vệ đặc biệt được dùng trong bảo

vệ nhi phân Với cơ chế nhân đôi nó hoàn toàn đáp ứng được những yêu cầu

quan trọng của những phần tử,cho bộ bảo vệ máy phát-máy biến áp có kích cỡ

vừa và lớn,mỗi thiết lập của bảo vệ thì bao gồm tương ứng với hai lớp của

DGT 801A(or B,C) Và những chức năng của bảo vệ này được phân bố hợp lý

phù hợp với những quy tắc Việc cấu hình như vậy có thể làm cho những cài

đặt của bảo vệ ở mỗi rơ le đảm bảo thực hiện được tất cả các chức năng bảo vệ

chính, bảo vệ dự phòng và làm việc độc lập với nhau

Những bảo vệ có thể được cài đặt một cách độc lập phù hợp với các mục

yêu cầu bắt buộc và đạt đến độ tin cậy N-1 Khái niệm về N-1 được hiểu là nếu

một bộ phận trong phần cứng hoặc phần mềm bảo vệ có thể sai thì vẫn có bảo

vệ chính và bảo vệ dự phòng của các phần tử sẽ tiếp tục hoạt động của nó Bộ

bảo vệ kép được cấu hình theo nguyên tắc như vậy sẽ đạt đến một độ tin cậy

N-2 Với cơ chế song song này thì sẽ đáp ứng được căn bản những yêu cầu tại

những mục quy định bắt buộc, nó có thể ngăn chặn sự bảo vệ từ việc từ chối

vận hành trong trường hợp có sự cố bất ngờ của hệ thống

2.2.1 Phạm vi ứng dụng của DGT-801C:

Bảo vệ DGT-801C được gọi là chế độ bảo vệ nhỏ, bảo vệ mà có thể thực

hiện tương đối ít số lượng chức năng bảo vệ và ứng dụng chung cho bảo vê máy

phát-máy biến áp vừa và nhỏ

2.2.2 Phạm vi ứng dụng của DGT-801A:

Bảo vệ DGT-801A được gọi là bảo vệ ở chế độ trung bình, có thể thực

hiện số lượng các chức năng lớn hơn so với chế độ nhỏ Và giao diện tương tác

giữa ngưỡi và máy (MMI) của nó thì hiện đại và mạnh mẽ Bảo vệ này thường

áp dụng chung cho bộ bảo vệ máy phát-máy biến áp cỡ lớn và vừa hoặc những

bộ bảo vệ có yêu cầu tương đối cao và nhỏ

2.2.3 Phạm vi ứng dụng cua DGT-801B:

Bảo vệ DGT-801B được gọi đơn giản là bảo vệ ở chế độ lớn, cấu hình

nguồn phần cứng của nó rất mạnh, những bảo vệ lớp đơn có thể thực hiện tất

cả các chức năng cho các bộ lớn và vừa với công suât 600MW hoặc ít hơn, ví

dụ tích hợp bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng Một hệ thống gồm hai lớp bảo vệ

có thể hợp thành cấu hình có ưu thế nhất bởi cơ chế nhân đôi Ở đây, có nhĩa là

độ tin cậy của nó trong suốt quá trình hoạt động có thể đáp ứng các yêu cầu

trong những quy tắc của bảo vệ

2.3 Những chức năng bảo vê:

Cấu hình có sự chọn lọc và sự linh hoạt của phần mềm đồ họa được xác

định có thể làm cho bảo vệ DGT-801 A, B, C, F đáp ứng được các yêu cầu về

cấu hình đối với những chủng loại khác nhau của những bộ bảo vệ máy

phát-máy biến áp kích cỡ lớn và vừa

DGT 801 bao gồm các chức năng sau:

-Bảo vệ chính ngắn mạch stator máy phát

-Bảo vệ so lệch dọc máy phát.

-Bảo vệ so lệch bộ máy phát-máy biến áp

-Bảo vệ so lệch dọc máy phát không hoàn toàn

-Bảo vệ so lệch ngang độ nhạy cao

-Bảo vệ chạm đất một pha stator máy phát

-Bảo vệ chạm đất 3Uo starto máy phát

-Bảo vệ chạm đất mạch kích từ máy phát

-Bảo vệ chạm đất một điểm roto

-Bảo vệ quá dòng máy phát

-Bảo vệ quá kích từ máy phát

-Bảo vệ quá áp máy phát

-Bảo vệ kém áp máy phát

-Bảo vệ phụ tải mất cân bằng

-Bảo vệ quá tải thứ tự nghịch máy phát

-Bảo vệ quá tải mạch kích từ máy phát

-Bảo vệ chính so lệch dọc máy biến áp

-Bảo vệ máy biến áp kích từ

-Bảo vệ so lệch máy biến áp kích từ

-Bảo vệ quá tải máy biến áp kích từ

Và một số chức năng vận hành khác:

-Bảo vế chống cắt hư hỏng

-Bảo vệ máy phát cưỡng bức kích thích

-Bảo vệ máy phát điện siêu tốc

Và Bảo vệ nhị phân: Khí ga nặng,khí ga đốt,mức dầu,nhiệt độ dầu,….

Những chức năng bổ sung:

-Chức năng giao tiếp,nó có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống điều

khiển phân phối (DCS) của nhà máy điện

-Bảo vệ úng dụng hệ cơ sở Window dựa trên quản lý mạng lưới hệ

thống,có thể được kết nối với hệ thống MIS của nhà máy điện

2.4 Đặc điểm :

2.4.1 Cấu trúc phần cứng của nguồn song song và hệ thống dual-CPU:

Dựa vào sơ đồ cấu trúc trên ta thấy cấu trúc bao gồm hai cặp nguồn cung

cấp và hệ thống CPU kép Hệ thống bảo vệ CPU 1 và hệ thống bảo vệ CPU 2

là hai bộ hệ thống tương tự với nhau nhưng chúng hoàn toàn độc lập với nhau

Mỗi loại trong số chúng đều chứa các mạch phần cứng, ví dụ: bộ nguồn cung

cấp điện,bộ lọc,bộ lấy mẫu, CPU và mảng cổng kích thước lớn FPGA( mảng

cổng lập trình được dạng trường) vv Mỗi loại đều có thể thực hiện độc lập tất

cả các chức năng phần mềm ví dụ như lấy mẫu,tính toán,phán đoán, đầu ra, tự

phát hiện, xử lý lỗi thông tin… CPU quản lý thực hiện các tương tác và giao

diện giữa người và máy (MMI) điều khiển dựa trên thông tin cung cấp bởi hai

hệ thống bảo vệ CPU1 và CPU2 Hơn nữa hai bảo vệ này sẽ kiểm tra một cách

độc lập với nhau làm nâng cao độ tin cậy hoạt động của bảo vệ

Cơ chế nhân đôi.

Khi 2 bảo

vệ ở chế

độ bình thường,sẽ

có đầu ra thông qua cổng and.Nếu một trong

2 bảo vệ

bị lỗi ,nó

sẽ có ngõ thoát ra

từ cơ chế nhân đôi

Cái khác

sẽ có đầu

ra riêng.

Cổng giao tiếp

485

Bảo vệ hệ thống CPU 1

Bảo vệ hệ thống CPU1

Nguồn cung cấp 3

MMI-CPU

Bảo vệ CPU 1

A/D I

TA/

TV

Nguồn cung cấp 1

Bảo vệ CPU2

EPGA 1 Mạch lọc

thông hạ 1

2.4.2 Nền tảng phần cứng hiệu suất cao:

Bộ bảo vệ CPU sử dụng bộ vi xử lý nhúng intel 32 bit hiệu suất cao A/D

chuyển đổi sang 16 bit với độ chính xác và tốc độ cao Với ứng dụng của

chương trình logic điều khiển FPGA và khả năng chuyển tải tín hiệu lớn và

tốc độ cao của rơ le Các phần tử và các thiết bị được sản xuất phù hợp với

tiêu chuẩn công nghiệp

2.4.3 Kỹ thuật xữ lý song song :

Dưới điều kiện làm việc bình thường, ở cơ chế an toàn sẽ đảm bảo rằng

các mạch đầu ra không ở trạng thái có điện, hai bảo vệ hoàn toàn tương tự nhau

nhưng độc lập với nhau, chúng xử lý giống nhau và ra lệnh đồng thời cùng với

một thông tin và dữ liệu chung và tạo đầu ra thông qua cổng AND Làm như

vậy sẽ ngăn chặn hiệu quả những hư hỏng những phần tử trong mạch phần

cứng mà nguyên nhân do các lỗi bên ngoài

Khi một hệ thống CPU bảo vệ bị lỗi, mạch tự phát hiện sự cố sẽ gửi các

tín hiệu chuông báo, trong khi đó bảo vệ này sẽ ngừng làm việc Đúng vào thời

gian này, một hệ thống CPU bảo vệ hoạt động bình thường sẽ làm việc một

cách riêng biệt đầy đủ tất cả các chức năng của bảo vệ

a) Đầu ra của cổng AND-Dưới hoạt động bình thường của bảo vệ

b) Chế độ đầu ra khi bảo vệ hệ thống CPU 2 ở chế độ không bình thường

c) Chế độ đầu ra khi bảo vệ hệ thống CPU 1 ở chế độ không bình thường

2.4.4 Mạch nguồn DC song song:

Các DGT801(B or C), đối với mỗi loại thì đều có hai hệ thống CPU làm

việc độc lập với nhau Hai hệ thống được cung cấp riêng bởi hai nguồn điện

Đầu ra của rơ le

nghịch lưu độc lập Đầu vào của các modul nguồn điện nghịch lưu này được

kết nối riêng vào các mạch DC khác nhau thông qua hai công tắc không khí

độc lập Bên cạnh đó hệ thống CPU quản lý cũng có bộ nghịch lưu của riêng

mình và công tắc không khí Vì vậy trong tủ DGT 801 (B or C) được thiết kế

có hai mạch cung cấp điện Khi có một sự cố hư hỏng trong modul của bộ

nguồn nghịch lưu hoặc một mạch điện DC nhất định trong nhà máy điện,bảo

vệ sẽ cung không hoạt động, và cũng không mất đi chức năng bảo vệ của nó

Do đó độ tin cậy của bảo vệ được nâng cao đáng kể

2.4.5 Khả năng tự kiểm tra và kiểm tra lẫn nhau:

Mỗi hệ thống bảo vệ CPU được cung cấp bởi một mạch tự kiểm tra và

phần mềm tự kiểm tra Trong mạch phần cứng bao gồm: bộ nguồn cung cấp

điện, bộ chuyển đổi A/D, bộ CPU, cổng FPGA, đầu ra, các tín hiệu và các phần

trung gian được thiết kế sẵn Các lỗi xảy ra gần tất cả các mạch của hệ thống

bảo vệ CPU có thể được phát hiện bởi phần mềm tự kiểm tra chương trình và

những lỗi này sẽ được xác định chính xác Bên cạnh đó, những chức năng tự

kiểm tra lẫn nhau giữa hai bộ bảo vệ hệ thống CPU độc lập cũng như bộ CPU

quản lý và bộ CPU bảo vệ cũng được thiết lập Ngay sau khi những điều kiện

bất thường được phát hiện,tín hiệu báo động sẽ gửi ra và hệ thống CPU hoạt

động không bình thường sẽ bị cắt ra và một hệ thống CPU khác sẽ hoạt động

thay thế Các độ tin cây của một CPU hoạt động độc lập vẫn có thể đáp ứng

yêu cầu độ tin cậy của những bảo vệ kỹ thuật số truyền thống và thõa mãn các

yêu cầu kỹ thuật

Sơ đồ mạch điện nguồn DC của dòng bảo vệ rơ le DGT801

2.4.6 Giao diện trực quan và MMI:

Màn hình màu rộng LCD được lắp đặt tại các bảng điều khiển của bảo vệ

Những nội dung chỉ dẫn không chỉ hướng dẫn khái quát chung về những phần

tử của bảo vệ,ví dụ như: kênh đầu vào,kết quả đầu ra,tín hiệu,… nhưng cũng

giới thiệu hướng dẫn về các bảo vệ về các yếu tố đầu vào ,số lượng tính toán và

những cài đặt trên màn hình để nhận thấy rõ tính chất loại bảo vệ Các hoạt

động đều được thực hiện trên màn hình cảm biến tiên tiến Máy tính điều khiển

công nghiệp cũng có thể được lựa chọn hoạt động ở môi trường window Các

chức năng thường được sử dụng cho người sử dụng là hiển thị kênh đầu vào,

tình trạng tự kiểm tra bảo vệ, thay đổi trạng thái biến,kiểm tra trình trạng thái

đầu ra, lựa chọn trạng thái bảo vệ bằng phần mềm, hiển thị sơ đồ logic sơ đổ

mạch bảo vệ, cài đặt các giá trị định mức và hiển thị chúng… Các chức năng

thường được sử dụng để giải quyết sự cố: Lựa chọn các biện pháp bảo vệ,

nguyên tắc bảo vệ, vùng bảo vệ, vùng thời gian trễ, tín hiệu hoặc cắt…

2.4.7 Chức năng ghi âm:

Việc bảo vệ có thể ghi lại hơn một trăm các sự kiện và các sự kiện điều

hành hoạt động Nó ghi lại các sự kiện hoạt động bảo vệ bao gồm thời gian hoạt

DGT801 BẢO VỆ SỐ MÁY BIẾN ÁP– MÁY PHÁT

Đầu vào nguồn nhị phân

Đầu vào nguồn cho MMI

Rơ le truyền công suất

Đầu vào nguồn DC I Đầu vào nguồn DC II

động và hoạt động của các loại bảo vệ,… Các bản ghi lại sự kiện hoạt động bao

gồm các hoạt động về bảo vệ và các điều khiển của nó, ví dụ như thay đổi thiết

lập, tải xuống rõ ràng của bảo vệ,

2.4.8 Kỹ thuật thiết kế phần mềm:

Một số lượng lớn các kỹ thuật tiên tiến được áp dụng trong việc thiết kế

phần mềm Kĩ thuật hệ thống phân thời được áp dụng để làm cho phần mềm và

thông qua mô-đun có thể phân phối năng động và hợp lý chuỗi hoạt động cho

mô-đun bảo vệ khác nhau làm cho bảo vệ hoạt động hiệu quả và hợp lý

Việc áp dụng các kỹ thuật này đã làm cho số lượng nhỏ trong phần mềm thì

các mô-đun có thể thực hiện nhiều chức năng bảo vệ, ví dụ như, bảo vệ quá

dòng, bảo vệ quá dòng khởi động điện áp phức hợp, bảo vệ quá dòng kém áp,

bảo vệ quá dòng thứ tự không và bảo vệ quá áp, … Những thập kỷ qua chức

năng bảo vệ có thể được thực hiện bằng cách gọi một mô-đun phần mềm đặc

tính vận hành Khi độ tin cậy của một phần mềm đặc tính vận hành được đảm

bảo, thì việc bảo vệ cũng có thể được đảm bảo

2.5 Thông số kỹ thuật:

2.5.1 Các thông số cơ học và môi trường làm việc:

-Kích thước của cấu trúc tủ:

+DGT 801A: 482.6mm (dài) × 370.0mm (chiều sâu) x 440.0mm (chiều

-Áp suất khí quyển: 70Kpa ~ 106KPa, 80Kpa ~ 106KPa

2.5.2 Dự trữ và nhiệt độ hạn chế của môi trường,những yêu cầu cho vị trí

ứng dụng:

-Không nên để tồn tại những nguy cơ cháy nổ, không có khí ăn mòn và

bụi dẫn điện

-Lưu trữ, vận chuyển và lắp đặt ở nhiệt độ môi trường: -25 º C ~ +70 º C

Có các biện pháp bảo vệ chống lại mưa, tuyết, gió, cát, bụi và các hiện tượng

tĩnh điện

2.5.3 Đánh giá thông số điện.

- Nguồn cung cấp xoay chiều bổ sung của máy in:

- Điện áp: 220V, cho phép biến thiên: -15% ~ +10%

- Tần số: 50Hz, biến thiên cho phép: ± 0.5Hz

- Điện DC: 220V, 110V, cho phép biến đổi: -20% ~ +15%

- Dòng xoay chiều AC: 5A, 1A; tần số: 50Hz,

- Điện áp xoay chiều AC: 100V, 100 / √ 3V; tần số: 50Hz

2.5.4 Công suất tiêu thụ:

- Dòng mạch điện AC: <0.5VA/phase

- Điện áp mạch điện AC: <0.25VA/phase (như U = Un)

- Công suất điện một chiều DC: <50W (bình thường); <80W (bảo vệ hoạt

động)

2.5.5 Khả năng quá tải:

-Dòng điện mạch xoay chiều:

+ 2In thời gian hoạt động lâu dài cho phép

+30In hoạt động cho phép trong 10s

+50In hoạt động cho phép trong 1s

- Điện áp mạch điện xoay chiều: 1.5 Un hoạt động liên tục

- Công suất mạch điện một chiều DC: (80% ~ 115%) Un hoạt động liên

tục

2.5.6 Khả năng cách điện:

-Điện trở cách điện: Theo quy định kiểm tra tiêu chuẩn, điện trở cách điện

giữa tất cả các mạch và bên trong của bảo vệ hoặc giữa các mạch điện không có

liên quan không được thấp hơn 100MΩ

-Xung điện áp: Trong điều kiện kiểm tra tiêu chuẩn khí quyển, nguồn DC

cung cấp đầu vào mạch, đầu vào mạch AC, đầu ra mạch nối đất của bảo vệ và

giữa tất cả các mạch có thể chịu đựng được xung điện áp: 1.2/50us tiêu chuẩn

sóng ánh sáng trong thời gian ngắn

2.6 Những chức năng:

2.6.1 Bảo vệ so lệch máy phát:

 Nội dung:

Bảo vệ so lệch dọc máy phát là chủ yếu bảo vệ ngắn mạch nhiều pha ở máy

phát.Dựa vào độ lớn của dòng điện mà đã được kết nối với dòng trung tính máy

phát (tất cả hoặc một phần dòng trung tính được kết nối) Bảo vệ có thể được

phân loại là bảo vệ so lệch hoàn toàn và so lệch không hoàn toàn

Bên cạnh đó còn tùy thuộc vào các thuật toán khác nhau như tỉ lệ hãm bảo

vệ so lệch và tích vô hướng hãm bảo vệ so lệch

Bảo vệ so lệch dọc hoàn toàn được ứng dụng bảo vệ ở các máy phát cỡ lớn,

các máy phát này là những loại máy phát có cuộn dây starto ở mỗi pha được

phân chia thành nhiều phân nhánh

Bảo vệ so lệch sẽ so sánh độ lớn và thứ tự pha thông qua dây trung tính

máy phát nối qua máy biến dòng(TA) và đầu nối ra của máy phát nối qua máy

biến dòng (TA) Bảo vệ sẽ lấy một pha so lệch theo chiều dương của dòng điện

ở bên trong máy phát Ví dụ lấy một pha bảo vệ so lệch và giả định rằng chiều

dương của dòng điện ở cả hai bên phía trong máy phát

Hình 2.1: Sơ đồ kết nối mạch điện AC bảo vệ so lệch dọc máy phát hoàn toàn

Hình 2.2: Sơ đồ kết nối mạch điện AC bảo vệ so lệch dọc máy phát không hoàn

+Để bảo vệ so lệch dọc không hoàn toàn

=| + |

-Iz : dòng điện hãm

+Để bảo vệ so lệch dọc hoàn toàn

+Để bảo vệ so lệch dọc không hoàn toàn

+Tích hãm vô hướng bảo vệ so lệch dọc hoàn toàn

+Tích hãm vô hướng bảo vệ so lệch dọc không hoàn toàn

IZ=

 Với:

+ IT: Dòng điện thứ của máy biến dòng được đo ở đầu ra máy phát

+ IN: Dòng điện thứ của máy biến dòng được đo ở trung tính máy phát

+ INF: Dòng điện thứ của máy biến dòng được đo ở nhánh trung tính máy

phát

+ K : Hệ số phân nhánh,tỉ lệ giữa tất cả dòng trung tính máy phát với

dòng điện sơ cấp máy biến dòng đi qua bảo vệ so lệch dọc không hoàn toàn.(tỉ

lệ K=2 đối với sơ đồ hình 2.1)

- Pha so lệch giữa dòng điện ra máy phát và dòng điện trung tinh ngược

máy phát:

+Khi <90,đại lượng vô hướng dòng điện hãm IZ lấy giá trị thực

+Khi 90< | |<180 ,IZ lấy giá trị 0

- Ig,Iq ,Kz,Is: Những giá trị này được lấy ở bảng cài đặt

 Đặc tính vận hành:

Từ phương trình 3-1, đặc tính vận hành của bảo vệ so lệch dọc máy phát

thu được như ở hình Có thể thấy rằng để bảo vệ so lệch tác động khi có sự cố

thì bao gồm hai vùng, vùng tác động và vùng hãm Để bảo vệ các sự cố bên

trong máy phát, nó có độ nhạy cao, trong khi đối với các sự cố bên ngoài, nó có

khả năng bảo vệ chắc chắn

Trong thời gian dài hoạt động thực tế đã cho thấy: nếu các thiết lập cho bảo

vệ một cách chính xác, thực hiện hoạt động bảo vệ được hiển thị trong hình

5-1-3 hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu và độ tin cậy

Hình 2.3: Đặc tính bảo vệ so lệch máy phát điện

 Sơ đồ logic:

Hai chế độ đầu ra được thiết lập để bảo vệ so lệch dọc máy phát điện: chế

độ đầu ra một pha và chế độ khóa tròn Khi ở chế độ khóa tròn, để nâng cao độ

tin cậy của hoạt động bảo vệ khi ở bên trong cũng như ở bên ngoài phát máy

không cùng pha và đồng thời căn cứ, điện áp thứ tự nghịch được dùng để loại

trừ chế độ khóa tròn (hoặc một pha) Khi ở chế độ đầu ra một pha, nếu bảo vệ

phân biệt được dòng điện so lệch là lớn hơn nhiều lần so với dòng Ict (dòng đi ra

từ đầu máy phát đi qua máy biến dòng) thì bảo vệ sẽ thực hiện việc loại trừ máy

biến dòng để khóa dòng thứ cấp máy biến dòng, chức năng phân biệt được đứt

dây máy biến dòng sẽ không làm việc

Các sơ đồ logic của hai chế độ đầu ra được hiển thị ở hình 3.4,3.5

Hình 2.4: Sơ đồ logic cho bảo vệ so lệch máy phát trong chế độ đầu ra một pha

Báo tín hiệu

Báo tín hiệu

+

&

Pha A Pha B Pha C

Hình 2.5: Sơ đồ logic cho bảo vệ so lệch máy phát trong chế độ khóa tròn

AT, BT, CT : Dòng điện ba pha theo thứ tự A,B,C từ đầu ra máy phát đi

qua may biến dòng

AN, BN, C : Dòng điện trung tính máy phát theo thứ tự pha A,B,C đi qua

máy biến dòng

U2 : Điện áp thứ tự nghịch đầu ra máy phát được đo qua máy biến điện áp

Chế độ đầu ra khóa tròn được dùng cho bảo vệ so lệch dọc máy phát điện

hoàn toàn Còn bảo vệ so lệch máy phát điện không hoàn toàn thường sử dụng

chế độ đầu ra một pha

Phân biệt đứt dây mạch thứ máy biến dòng:

Có 2 phương pháp phân biệt đứt dây mạch thứ máy biến dòng dùng cho

bảo vệ so lệch dọc máy phát.Đối với chế độ khóa tròn,trong trường hợp bảo vệ

so lệch cho một pha hoạt động nhưng không có dòng điện thứ tự nghịch có thể

phân biệt như là đứt dây thứ cấp biến dòng.Đó là bởi vì trung tính máy phát

không được nối đất,hai pha hay là ba pha bảo vệ so lệch sẽ hoạt động đồng thời

khi có ngắn mạch nhiều pha.Đối với chế độ đầu ra một pha ,phương pháp sẽ

được nói rõ hơn ở phần bảo vệ máy biến áp

 Các nguyên tắc và đề nghị cài đặt:

- Hệ số hãm: Kz (độ dốc đường cong)

Báo tín hiệu hoặc cắt

Pha A

Pha B

Pha C

Chỉ một pha hoạt động

+

Đứt dây TA

+ Kz nên được cài đặt dựa trên yêu cầu tối đa khi có dòng so lệch không

cân bằng thoáng qua do ngắn mạch 3 pha bên ngoài (tức là độ dốc trong hình 2.3

đi qua các điểm của dòng điện so lệch cực đại do sự cố bên ngoài.)

+Thông thường, để bảo vệ so lệch dọc máy phát điện hoàn toàn, Kz =

0,3-0,5

+Để bảo vệ so lệch dọc máy phát điện không hoàn toàn, cho Kz = 0,5

- Dòng điện khởi động: Iq

Nó được thiết lập dựa trên yêu cầu tối đa khi có dòng so lệch không cân

bằng theo các điều kiện bình thường Nguyên nhân xuất hiện dòng so lệch

không cân bằng chủ yếu là do sự khác nhau về tỉ lệ TA giữa hai bên của bảo vệ

so lệch và điều chỉnh sai sót của các mạch kênh trong bảo vệ Đối với bảo vệ so

lệch không hoàn toàn sự mất cân bằng của các dòng nhánh khác nhau cho mỗi

pha của máy phát điện cần được xem xét

Thông thường, Iq = (0,3 ~ 0,4) Iq

- Dòng hãm: Ig

+Độ lớn của Ig quyết định độ lớn của dòng điện làm cho bảo vệ bắt đầu

chức năng hãm Chúng tôi đề nghị Ig được thiết lập trên cơ sở bảo vệ có thể tác

động khi có sự mất cân bằng Giá trị của Ig để bảo vệ so lệch dọc không hoàn

toàn nên được chọn lớn hơn

+Thông thường, Ig = (0,5 ~ 0,8) Ie

là hệ số công suất máy phát

 Danh sách các cài đặt và các nguyên tắc cài đặt:

Bảng 3.2: Danh sách các cài đặt bảo so lệch dọc của máy phát điện

- Khi bảo vệ so lệch dọc hoạt động ở chế độ đầu ra khóa tròn thì không cài

đặt Ict,còn khi hoạt động so lệch ở chế độ một pha thì không cài đặt U2

Tên Hệ số

hãm

Dòng điện khởi động

Dòng tại điểm gãy

Điện

áp thứ

tự âm

Dòng điện tức thời

Dòng điện do đứt dây TA

Ratedcurrent

 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch:

Theo nhưng quy định của kỹ thuật,độ nhạy của bảo vệ so lệch dọc phải

đảm bảo rằng khi ngắn mạch hai pha ở đầu cực máy phát ,độ nhạy phải đạt :Ksen

2.Hệ số nhạy Ksen được định nghĩa là tỉ lệ của dòng ngắn mạch với dòng làm

việc của bảo vệ so lệch.Khi hệ số Ksen lớn thì độ nhạy cao hơn và độ tin cậy cao

hơn

Khi kiểm tra độ nhạy của bảo vệ số thì nó phải được thực hiện theo các tiêu

chuẩn kỹ thuật,bởi vì chỉ khi các yêu cầu cho hệ số Ksen được thõa mãn ,nó có

thể đảm bảo rằng các sự cố bên trong như bão hòa máy biến dòng,những ảnh

hưởng thoáng qua do máy biến dòng… được phát hiện kịp thời và bảo vệ sẽ hoạt

động đáng tin cậy

Ksen đặc biệt phụ thuộc vào Kz,Iq,Ig,trong đó ảnh hưởng của Kz là lớn

nhất.Trong máy phát điện các giá trị trên được thực hiện theo những khuyến cáo

trong hướng dẫn này để đảm bảo cho Ksen thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật

2.6.2 Bảo vệ chạm đất một điểm roto:

- Dòng bảo vệ role DGT 801, ứng dụng phương pháp dùng nguồn điện áp

phụ DC để bảo vệ chạm đất một điểm roto Vì vậy sự cách điện của mạch kích

thích máy phát với đất có thể được theo dõi cho dù máy phát có ở chế độ vận

hành hay là không.Bảo vệ này cho phép loại trừ vùng chết và khi vận hành nó

rất nhạy

- Đầu vào cuối của bảo vệ được kết nối với cực âm của roto và trục roto

Đầu ra của bảo vệ có 2 vùng để lựa chọn.Phương trình vận hành của nó là:

Trong đó:

: Đo điện trở của roto chạm đất.

, : Được xem ở bảng cài đặt