Bảo vệ số lệch máy biến áp part3 pot

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

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/ Phương pháp so sánh trong rơle số

Cũng giống như các rơle điện cơ, rơle tĩnh trong rơle số cũng thực hiện phép so sánh các đại lượng với giá trị ngưỡng Đối với các rơle số không sử dụng

bộ vi xử lý, thao tác này được thực hiện bằng sơ đồ phần cứng Thực chất đó là là sơ đồ so sánh hai số cơ số 2 nhiều bit Các phương pháp phần mềm được thực hiện bởi bộ vi xử lý cũng được xem xét ở đây

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

F1 F2 F3

A B

A>B A<B A=B

0 0 0 0 1

0 1 0 1 0

1 0 1 0 0

1 1 0 0 1 Các phương trình đầu ra:

A B B A F

.B A F

B A.

F

2

1

=

=

Các phương trình đầu ra:

A.B B A F

.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, Bn không 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 +

=

=

(1-3)

ở đây, dấu “ * “ chỉ số phức liên hợp

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

=

=

=

=

(1-4) khi đó:

ϕ ϕ

ϕ ϕ

.sin B A Q

; cos B A P

Với

jQ

P

sin B A j cos B A

S

=

=

+

=

+

=

(1-5)

Các đại lượng P và Q là các bộ so sánh pha hai đầu vào Bộ so sánh P có giá trị cực đại khi A và B bằng nhau về góc pha Bộ so sánh Q có giá trị cực đại khi 2 véc tơ A và B lệch nhau 900 Đây chính là đại lượng tỷ lệ với mômen quay

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;

A

;

.B

A

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

B

.

A

B

A → ), trong khi B luôn thay đổi trạng thái thành ngược với A (thí dụ

.B

A

B

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

điểm trung tính

Hình 2 - 2: Ngắn mạch một pha chạm đất

Dòng điện chạm đất một pha bằng:

x

d x 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

tính của MBA, ta có :

UP: Là điện áp pha của đường dây Khi đó:

x

P x

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

chạm đất

- So lệch có hãm (bảo vệ chính)

- Khoảng cách (bảo vệ dự phòng)

- Quá dòng có thời gian (chính hoặc dự phòng tùy theo công suất của máy)

- Quá dòng thứ tự không

- Chạm chập các vòng dây, thùng dầu

thủng hoặc bị rò dầu

- Rơle khí (BUCHHOLZ)

- Hình ảnh nhiệt

- 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