Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năngcần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàncho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, hầu như hoạt động của con người trong mọi lĩnh vực đều không thểtách khỏi nguồn năng lượng điện, ở nước ta điện năng hầu hết được sản xuất ở nhữngnhà máy nhiệt điện, thủy điện có công suất lớn như: Thủy điện Hòa Bình, thủy điện ĐaNhim, thủy điện Trị An, nhiệt điện Phú Mỹ, nhiệt điện Phả Lại …vv Các nhà máythủy điện được xây dựng ở những vùng có vị trí địa lý thuận lợi cho việc xây dựng nhàmáy thủy điện, còn các nhà máy nhiệt điện được xây dựng ở những nơi gần nguồnnhiên liệu, nhưng hộ tiêu thụ thỡ khụng chỉ những hộ ở xung quanh nhà mỏy Vấn đềđặt ra là làm sao truyền tải được điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ mộtcách liên tục, an toàn và kinh tế nhất Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năngcần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàncho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cỏchrộng rói cú hiệu quả cỏc thiết bị bảo vệ, thông tin đo lường, điều chỉnh và điều khiển
tự động trong hệ thống điện
Trong số cỏc thiết bị này, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đúng vai trũ hếtsức quan trọng trong việc duy trỡ sự làm việc ổn định của bất kỳ Hệ thống điện nào.Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện nói chung vàhệ thống điện lực nói riêng, kỹthuật bảo vệ rơle trong mấy mươi năm gần đây đó cú những biến đổi và tiến bộ rất tolớn Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho pháp chế tạo những loạibảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy củacác bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến củaphụ tải, khi có những hư hỏng trong mạch điện hoặc khi có dao động điện
Mặt khác, nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phũng trong cỏc hệ thống khi
có hư hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bảnthân máy cắt điện bị trục trặc… vv hiện nay người ta đó 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 cậyrất cao
Tại Việt Nam hiện nay cũng đó cú một số cụng trỡnh nghiờn cứu khoa học về chủ
đề bảo vệ rơle kỹ thuật số cho máy biến áp [1, 2, 3] Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu chỉhạn chế ở lý thuyết, chưa áp dụng thực tiễn trên đối tượng bảo vệ cụ thể
Mặt khác, thiết bị rơle kỹ thuật số để bảo vệ cho máy biến áp có nhiều loại khácnhau, với những chức năng bảo vệ khác nhau Chính vỡ vậy, để đáp ứng một phần yêu
cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài: “Một số vấn đề về sử dụng rơle kỹ thuật số bảo
vệ máy biến áp điện lực Sử dụng rơle 7UT512 bảo vệ cho máy biến áp”.
Mục tiêu của đề tài
Trang 2Mục tiêu chung: Đề tài này, đặt mục tiêu chính là nghiên cứu lý thuyết về vấn đề
sử dụng rơle kỹ thuật số cho bảo vệ máy biến áp, nghiên cứu các chức năng của rơ le7UT512 để bảo vệ cho máy biến áp, từ đó áp dụng trên mô hỡnh bảo vệ cụ thể
Các mục tiêu cụ thể là:
1 Nghiên cứu lý thuyết về bảo vệ rơle kỹ thuật số cho máy biến áp
2 Nghiên cứu các chức năng của rơle 7UT512 bảo vệ cho máy biến áp
3 Sử dụng rơ le kỹ thuật số 7UT512 các mô hình:
- Sử dụng rơle 7UT512 bảo vệ cho so sệch cho máy biến áp
- Sử dụng rơle 7UT512 bảo vệ chống chạm đất cho máy biến áp
Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm 4 chương, 79 trang, 7 tài liệu tham khảo
E xin bày tỏ sự biết ơn chân thành của mình tới thầy giáo TS Nguyễn Quân Nhu đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện để em hoàn thành bản luận văn
này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuậtCông nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thànhluận văn
Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban GiámHiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất vềmọi mặt để tôi hoàn thành khóa học
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 8 năm 2014
Người thực hiện
Nguyễn Thị Thanh Nga
Trang 3CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ CHO
MÁY BIẾN ÁP 1.1 KHÁI NIỆM VỀ RƠLE BẢO VỆ:
1.1.1 Khái niệm
Đối với các trạm biến áp cao thế, cũng như trong quá trình vận hành hệ thống điệnnói chung, có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị đường dây hoặc do chế độ làm việcbất thường của các phần tử trong hệ thống Các sự cố này thường kèm theo các hiệntượng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và có thểlàm mất ổn định hệ thống Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp vàtần số lệch khỏi giới hạn cho phép Nếu tình trạng làm việc kéo dài thì có thể sẽ xuấthiện sự cố lan rộng Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêuthụ 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 độngbình thường, đồng thời cũng giảm mức độ hư hại của phần tử bị sự cố Làm được điềunày chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện được Các thiết bị này gọi chung là rơlebảo vệ
Trong hệ thống điện rơle bảo vệ sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và chế độlàm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện Khi xuất hiện sự cố rơle bảo vệ sẽphát 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 tùytheo yêu cầu cài đặt có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báođộng cho nhân viên vận hành
1.1.2 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) cácphần tử đó
- 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
* Độ nhạy:
Trang 4Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cảkhi ngắn mạch qua điện trở trung gian
*Các tín hiệu đầu vào và đầu ra:
1 Đầu vào tương tự:
Trang 5CHƯƠNG 2GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ 7UT512
2.1 LẮP ĐẶT RƠLE 7UT512:
Rơle bảo vệ so lệch số 7UT512 được ứng dụng cho các máy biến áp với tất cảcác cấp điện áp, cho các máy điện quay hoặc cho các điểm rẽ nhánh với tối đa là 2nguồn cấp Rơle bảo vệ 7UT512 phù hợp với các máy phát, động cơ, máy biến áp 2cuộn dây và các điểm rẽ nhánh với 2 nguồn cấp Rơle có 2 rơle cắt, 4 rơle tín hiệu, 2đầu vào nhị phân và 6 chỉ thị LED có thể lập trình được
Hình 2-1: Hình ảnh về
rơle kỹ thuật số 7UT512.
Rơle 7UT512 dùng cho máy biến áp 2 cuộn dây, máy phát, động cơ và điểm nútvới 2 nhánh rẽ
Điện áp nguồn nuôi.
Công suất tiêu thụ:
Các tiếp điểm làm việc:
Các tiếp điểm tín hiệu:
Số đầu vào nhị phân:
Các giao tiếp nối tiếp:
2.3.2 Các thông số thí nghiệm điện.
Thử cách điện.
2.3.3 Các thông số thí nghiệm ứng suất cơ học.
Trang 6Dung động và Chấn động trong quá trình vận hành.
Dung động và trấn động trong quá trình vận chuyển.
2.3.4 Thí nghiệm điều kiện thời tiết.
2.4 HOẠT ĐỘNG CÁC KHỐI CỦA RƠLE 7UT512:
Rơ le bảo vệ so lệch số 7UT512 được trang bị bộ vi xử lý mạnh 16 bit Nó giúp choquá trình xử lý số hoàn toàn cho tất cả các chức năng từ các dữ liệu thu nhận đượccủa các giá trị đo được đến đầu tín hiệu cắt của máy cắt
Hình 2-3: Hình cấu trúc phần cứng của rơle 7UT512.
Cấu trúc phần cứng của 7UT512, Ví dụ cho máy biến áp 2 cuộn dây
2.5 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ SO LỆCH.
Bảo vệ so lệch sử dụng nguyên tắc là dòng I rời khỏi một đối tượng bảo vệ trongđiều kiện bình thường phải bằng dòng đưa vào nó Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thị
sự cố bên trong vùng bảo vệ Các cuộn dây thứ cấp của các biến dòng CT1 và CT2 cócùng tỷ số biến có thể được nối để có được các dòng điện như hình vẽ
Thành phần đo M được nối tại điểm cân bằng điện Trong điều kiện vận hành bìnhthường sẽ không có dòng chảy qua thành phần đo M Khi có sự cố bên trong các biến
Trang 7dòng, các dòng điện ở mỗi đầu không bằng nhau, thành phần đo M đo được dòng i1+i2
tỷ lệ với I1 +I2 tổng của hai dòng sự cố chảy qua Nếu dòng điện i1+i2 này đủ lớn chothành phần đo M, hệ thống này sẽ cung cấp một bảo vệ đơn giản phân biệt được dòng
sự cố
2.5.1 Bảo vệ so lệch máy biến áp.
2.5.1.1 Làm phù hợp các giá trị đo được
2.5.1.2 Đánh giá các giá trị đo được.
2.5.1.3 Hãm hài.
2.5.1.4 Hãm bổ sung (Add-on stabillization) khi biến dòng bị bão hoà:
2.5.1.5 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn:
2.5.1.6 Tác động/ cắt:
2.5.1.7 Sơ đồ đấu chuẩn của 7UT512 cho bảo vệ máy biến áp.
2.5.2 Bảo vệ so lệch cho các điểm rẽ nhánh.
2.5.2.1 Quy ước chiều dòng điện.
2.5.2.2 Hãm bổ sung khi biến dòng bị bão hòa.
Nguyên lý làm việc của REF trong rơle 7UT512 là so sánh dạng sóng cơ bảncủa dòng điện trong dây trung tính (ISP) và dạng sóng cơ bản của dòng điện thứ tựkhông tổng 3 pha
2.5.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian.
Bảo vệ so lệch 7UT512 cung cấp một bảo vệ quá dòng có thời gian tích hợp Nó cóthể làm việc cho bất cứ phía nào của đối tượng bảo vệ 7UT512 được sử dụng cho máy
7UT512
Trang 8biến 2 cuộn dây, máy phát hoặc động cơ, điểm rẽ nhánh hai phía, bảo vệ quá dòng cóthời gian làm việc cho bất cứ đối tượng nào khác "Đối tượng ảo".
2.5.5 Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ.
Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ giúp đối tượng bảo vệ tránh khỏi bị phá huỷ do quá tảigây ra Trong 7UT512 có hai chức năng bảo vệ quá tải, mỗi chức năng có thể được bậtcho bất cứ phía nào của đối tượng bảo vệ
Trang 9CHƯƠNG 3CÀI ĐẶT CHỨC NĂNG BẢO VỆ CHO RƠLE 7UT512 ĐỂ BẢO VỆ CHO
MÁY BIẾN ÁP TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM
3.1 CÀI ĐẶT PHẦN MỀM DIGSI334 CHO MÁY VI TÍNH:
3.1.1 Cấu hình hệ thống tối thiểu.
3.1.2 Những phương pháp cài đặt.
3.1.2.1 Tiến hành cài đặt:
3.1.2.2 Cài đặt đầy đủ.
3.2 SỬ DỤNG PHẦN MỀM DIGSI334 ĐỂ CÀI ĐẶT CHO RƠLE 7UT512.
Hình 3-5: Mô hình thí nghiệm đầy đủ.
Sau khi tiến hành cài đặt tên trạm, đường dây bảo vệ, thiết bị bảo vệ cho máy biến áptrong cửa sổ Substation, chọn Dialog khi đó trên màn hình xuất hiện cửa sổ
Rơle số 7UT512
Dây kết nối giữa rơle 7UT512 với máy tính
Trang 10Nội dung các phần trong hộp thoại:
- RETURN (Quay trở lại)
- SETTINGS (Thiết lập các tham số)
- ANNUNCIATIONS /MEASUREMENTS (Tín hiệu/ Đo lường)
- FAULT RECORDING (Ghi sự cố)
- MARSHALLING/CONFIGURATION FOR LOCAL CONTROL (Sắp đặt/ Cấu trúc cho bộ phận điều khiển)
- TRANSFER OF ALL PROTECTION SETTINGS (Truyền tất cả các sự thiết đặt của thiết bị bảo vệ)
3.2.1 Nội dung hộp thoại SETTINGS (Chỉnh định các thông số)
GENERAL - DATA (Thiết lập số liệu chung) TRANSFORMER DATA (Thiết lập thông số máy biến áp)
WINDING CHARACTERISTICS (Đặc điểm cuộn dây MBA)
TRANSFORMER-DIFF.PROTECTION SETTINGS (Thiết lập bảo vệ so lệch chomáy biến áp)
THERMAL OVERLOAD PROTECTION (Thiết lập bảo vệ qúa tải theo nhiệt độ).FAULT RECORDING (Ghi sự cố)
EXTERNAL TRIP (Thiết lập lệnh cắt từ bên ngoài)
TRANSFER OF SETTINGS (Truyền số liệu thiết lập)
3.2.1.1 Thiết lập số liệu chung trong địa chỉ GENERAL – DATA:
Object under protection - Đối tượng bảo vệ có thể chọn là: TRANSFORMER (Máybiến áp), GENERATOR (Máy phát) hoặc MOTOR (Động cơ)
Frequency - Tần số lưới điện có thể chọn ở hai mức (50Hz và 60Hz).
3.2.1.2 Thiết lập thông số máy biến áp trong địa chỉ TRANSFORMER DATA:
Number of windings - Số cuộn dây của máy biến áp (2 cuộn)
3.2.1.3 Thiết lập thông số máy biến áp trong địa chỉ WINDING CHARACTERISTICS:
Rated voltage (prim.) : - Giá trị điện áp phía sơ cấp của cuộn 1 và 2
Power MVA - Công suất định mức của cuộn 1 và 2.
Trang 11Rated current of CT (prim.): A - Giá trị dòng điện phía sơ cấp của
máy biến dòng cuộn 1 và 2
CT-neutral polarisation : TOWARDS line/BB TOWARDS TRANSF- Phân cực
điểm nối trung tính của máy biến dòng
Vector group connection : - Tổ đấu dây.
Vector group numeral : Số tổ đấu dây có thể chọn từ 0 đến 11
3.2.1.4 Thiết lập thông số máy biến áp trong địa chỉ DIFF.PROTECTION SETTINGS:
TRANSFORMER-Differential protection function.: Chức năng bảo vệ so lệch có ba lựa chọn:
Differential current for pick-up I/In IDIFF > : 0.20 I/In -
Giá trị đặt cho dòng so lệch ngưỡng thấp I/In IDIFF> Có thể đặt được từ 0,15đến 2.00 (Bước đặt 0.1)
Diff current for high-set instant.trip I/In IDIFF >>.: 10.0 I/In - Giá trị đặt cho
dòng so lệch ngưỡng cao I/In IDIFF>> Có thể đặt từ 0.5 đến 20.0 (Bước đặt 0.1) Inrush detection (2nd harmonic) I2fn/Ifn : Đặt giá trị hãm theo tỷ số sónghài bậc 2 của dòng từ hoá I2fn/Ifn (10 45)% (Bước 1%)
Over-excitation detection (5th harmonic) I5fn/Ifn : Đặt giá trị hãm theo tỷ số
sóng hài bậc 5 của dòng từ hoá I5fn/Ifn (10 48) %(Bước 0.1%)
Diff trip delay time tDIFF> : Đặt thời gian cắt có trễ cho dòng so lệch ngưỡng
thấp Dải đặt từ (0.00 60.00)s
Diff trip delay time tDIFF>> : Đặt thời gian cắt có trễ cho dòng so lệch ngưỡng
cao Có thể đặt trong dải (0.00 60.00)s
Reset time : Thời gian trả về từ (0.00 60.00) Bước 0.1s
Crossblocking (I diff >) : Khoá chéo giữa các pha (có thể đặt hoặckhông)
3.2.1.5 Thiết lập thông số máy biến áp trong địa chỉ THERMAL OVERLOAD PROTECTION:
Overload prot function : Chức năng bảo vệ quá tải
Winding : có ba lựa chọn bảo vệ cho cuộn dây máy biến áp:
k-Factor : Hệ số quá tải có thể đặt từ 0.5 đến 1.5
Time constant Ta: Hằng số thời gian quá tải có thể đặt từ (0.5 99.9) phút.
Warning temperature : Cảnh báo khi nhiệt độ đạt từ (70 90)% nhiệt độ đặt
3.2.1.6 Thiết lập thông số máy biến áp trong địa chỉ EXTERNAL TRIP
External trip 1 : Lệnh bên ngoài
Delay time external trip 1 : Thời gian trễ của lệnh cắt từ bên ngoài 1 có
thể đặt từ (0.00 60.00)s
Trang 12Reset time external trip 1 : Thời gian trả về của lệnh cắt từ bên
ngoài 1 có thể đặt từ (0.00 60.00)s
Exteral trip 2 : Lệnh cắt 2 từ bên ngoài có thể đặt:
Delay time external trip 2 : Thời gian trễ của lệnh cắt từ bên ngoài
TRANSFER OF MARSHALLINGS/CONFIGURATION - Chuyển sự sắp đặt cấuhình tới thiết bị bảo vệ
3.2.2.1 Thiết lập thông số máy biến áp trong địa chỉ MARSHALLINGS:
BINARY INPUT RELAYS - Sắp đặt các đầu vào nhị phân của Rơle
ANNUNCIATING CONTACTS - Sắp đặt các tín hiệu tiếp điểm
LED INDICATORS - Sắp đặt các đèn chỉ thị GROUP ANNUNCIATION 1,2,3 - Sắp đặt nhóm tín hiệu 1, 2, 3
GROUP ANNUNCIATION 4,5 - Sắp đặt nhóm tín hiệu 4, 5
COMMANDING CONTACTS 1,2 - Sắp đặt điều khiển tiếp điểm
a.NNUNCIATING CONTACTS - Sắp đặt các tín hiệu tiếp điểm.
Alarm contact M1 : Trip on differential protection
Tín hiệu báo của tiếp điểm M1 : Lệnh cắt của bảo vệ so lệch
Alarm contact M2 : Trip on high-set diff.prot I>>
Tín hiệu báo của tiếp điểm M2 : Lệnh cắt của bảo vệ so lệch ở ngưỡng cao
Alarm contact M3 : Trip on overload
Tín hiệu báo của tiếp điểm M3 Lệnh cắt của bảo vệ quá tải
Alarm contact M4 : Warning Overload (temperature)
Tín hiệu báo của tiếp điểm M4 : Cảnh báo quá tải theo nhiệt độ
b LED INDICATORS - Sắp đặt các đèn chỉ thị
LED 1 : Not allocated - Không gán chức năng cho chỉ thị LED
LED 2 : Group annunciation 1 - Stored
LED 3 :Warning Overload (current) Unstored
Đèn chỉ thị LED 3 : Cảnh báo quá tải theo dòng - Không lưu dữ
LED 4 :Warning Overload (temperature) Stored
Đèn chỉ thị LED 4 : Cảnh báo quá tải theo nhiệt độ - Không lưu dữ
Trang 13LED 5 : Group annunciation 1 Unstored
Đèn chỉ thị LED 5 : Nhóm tín hiệu 1 - Không lưu dữ
LED 6 : Setting in progress Unstored
Đèn chỉ thị LED 6 : Thiết lập thông số cho Rơle - Không lưu dữ
c COMMANDING CONTACTS 1,2 - Sắp đặt điều khiển tiếp điểm
Contact K1 : Trip on diff.prot
-Tiếp điểm K1 : Lệnh cắt của bảo vệ so lệch
Contact K1 : Trip on high-set diff
Tiếp điểm K1 : Lệnh cắt của bảo vệ so lệch ở ngưỡng cao
Contact K1 : not allocated
Tiếp điểm K1 Không gán chức năng
Contact K1 : not allocated
Tiếp điểm K1 Không gán chức năng
Contact K2 : Trip on diff.prot
Tiếp điểm K2 : Lệnh cắt của bảo vệ so lệch
Contact K2 : Trip on high-set diff
Tiếp điểm K1 : Lệnh cắt của bảo vệ so lệch ở ngưỡng cao
Contact K2 : not allocated
Tiếp điểm K2 Không gán chức năng
Contact K2 : not allocated
Tiếp điểm K2 Không gán chức năng
3.2.2.2 Thiết lập thông số máy biến áp trong địa chỉ CONFIGURATION FOR LOCAL CONTROL - Sắp đặt cấu hình cho bộ phận điều khiển.
Local control - Bộ phận điều khiển có dùng (EXISTS) hoặc không dùng (NONEXISTS)
Baudrate : Tốc độ truyền có nhiều mức khác nhau có thể chọn:
Trang 143.3 MÔ HÌNH SỬ DỤNG RƠLE 7UT512 BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY BIẾN
ÁP ĐIỆN LỰC TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM.
Hình 3-20: Mô hình thí nghiệm sử dụng rơle số 7UT512 bảo vệ so lệch cho máy biến
áp
Rơle số 7UT512
Dây kết nối giữa rơle 7UT512 với máy tính