Rơ le PCS931 là rơle kỹ thuật số có chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây, rơle được sử dụng làm bảo vệ chính hoặc bảo vệ dự phòng cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm cao áp và siêu cao áp trong hệ thống truyền tải điện. Rơle PCS931 do công ty NARI Electric (Trung Quốc) sản xuất, rơ le hoạt động dựa trên bộ vi xử lý được thiết kế chuyên dụng để bảo vệ các dạng sự cố trên đường dây. Chức năng bảo vệ chính của PCS931 gồm bảo vệ so lệch dọc đường dây, có thể cô lập sự cố trên đường dây ngay lập tức. Chức năng bảo vệ khoảng cách DPFC (21D) có thời gian tác động cực nhanh cho các sự cố gần máy biến dòng đường dây. Chức năng truyền cắt trực tiếp (DTT) cũng được tích hợp trong rơle. Chức năng bảo vệ dự phòng gồm chức năng bảo vệ khoảng cách thông thường (21Q), bảo vệ khoảng cách có thể cài đặt 3vùng thuận và 1 vùng ngược cho các dạng sự cố pha – pha và pha – đất. Bảo vệ quá dòng có hướng và không hướng (có 4 cấp cho các dạng sự cố pha – pha và pha – đất). 2 cấp cho bảo vệ điện áp (quá áp và kém áp), bảo vệ hư hỏng máy cắt… Ngoài ra bảo vệ quá dòng không hướng dự phòng sẽ tự động kích hoạt khi có lỗi mạch áp. PCS931 có thể lựa chọn chế độ cắt 1 pha hoặc cắt 3 pha và cấu hình chế độ tự động đóng lại 1 pha hoặc 3 pha. Bên cạnh chức năng bảo vệ còn có các chức năng giám sát, ghi sự cố, chức năng kết nối đầu vào, đầu ra nhị phân, kết nối hệ thống mạng theo giao thức IEC 61850.
Trang 1MỤC LỤC
I GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Thông số và cấu tạo Rơle PCS 931
1.2 Nguyên lý hoạt động và các chức năng của Rơle PCS 931
II HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH RƠLE PCS 931
2.1 Hướng dẫn truy cập và khai thác Rơle PCS 931
2.2 Chức năng các thư mục trong Rơle PCS 931
III HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT VÀ BẢO DƯỠNG RƠLE PCS 931
Trang 2I GIỚI THIỆU CHUNG
Rơ le PCS-931 là rơle kỹ thuật số có chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây, rơle được sử dụng làm bảo vệ chính hoặc bảo vệ dự phòng cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm cao áp và siêu cao áp trong hệ thống truyền tải điện Rơle PCS-931 do công ty NARI Electric (Trung Quốc) sản xuất, rơ le hoạt động dựa trên bộ vi xử lý được thiết kế chuyên dụng để bảo vệ các dạng sự cố trên đường dây
Chức năng bảo vệ chính của PCS-931 gồm bảo vệ so lệch dọc đường dây, có thể cô lập sự cố trên đường dây ngay lập tức Chức năng bảo vệ khoảng cách DPFC (21D) có thời gian tác động cực nhanh cho các sự cố gần máy biến dòng đường dây Chức năng truyền cắt trực tiếp (DTT) cũng được tích hợp trong rơle
Chức năng bảo vệ dự phòng gồm chức năng bảo vệ khoảng cách thông thường (21Q), bảo vệ khoảng cách có thể cài đặt 3vùng thuận và 1 vùng ngược cho các dạng sự cố pha – pha và pha – đất Bảo vệ quá dòng có hướng và không hướng (có 4 cấp cho các dạng sự cố pha – pha và pha – đất) 2 cấp cho bảo vệ điện áp (quá áp và kém áp), bảo vệ hư hỏng máy cắt… Ngoài ra bảo vệ quá dòng không hướng dự phòng sẽ tự động kích hoạt khi có lỗi mạch áp
PCS-931 có thể lựa chọn chế độ cắt 1 pha hoặc cắt 3 pha và cấu hình chế độ
tự động đóng lại 1 pha hoặc 3 pha Bên cạnh chức năng bảo vệ còn có các chức năng giám sát, ghi sự cố, chức năng kết nối đầu vào, đầu ra nhị phân, kết nối hệ thống mạng theo giao thức IEC 61850
Sơ đồ phương thức bảo vệ của Rơle PCS-931
Trang 31.1 Thông số và cấu tạo Rơle PCS-931:
1.1.1 Thông số phần cứng:
Rơle so lệch dọc đường dây PCS-931 có vi mạch xử lý 64 bit sản xuất bởi FREESCALE là điều khiển cốt lõi để phát hiện sự cố và quản lý các chức năng trong rơle Chíp xử lý tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao DSP chịu trách nhiệm tính toán tất cả các bảo vệ, trong mỗi chu kỳ lấy mẫu được 24 điểm và xử lý song song các dữ liệu lấy mẫu có thể được thực hiện trong mỗi khoảng thời gian lấy mẫu để đảm bảo độ tin cậy cao nhất và an toàn cho thiết bị bảo vệ
1.1.2 Các mô đun cấu hình Rơle so lệch dọc PCS-931:
Bảng tổng hợp các mô đun trong rơle PCS-931:
1
Mô đun quản lý và giám sát (MON module) NR1101/
NR1102
3 Mô đun tính toán bảo vệ và phát hiện sự cố (DSP module) NR1161
4 Mô đun kênh truyền bảo vệ (CH module) NR1213
5
Mô đun đầu vào nhị phân (BI module) NR1503/
NR1504
8 Mô đun giao diện người máy (HMI module)
1.1.3 Mặt trước của Rơle
Mặt trước của Rơle là giao diện giữa người và thiết bị (giao diện người máyHMI) bao gồm các mô đun hiển thị tinh thể lỏng, bàn phím, đèn LED, và bộ vi
xử lý ARM, cho phép người sử dụng có thể giao tiếp với rơle một cách đơn giản.Các chức năng của bộ vi xử lý ARM bao gồm điều khiển hiện thị của màn hình tinh thể lỏng, xử lý bàn phím và trao đổi dữ liệu với CPU
Trang 4Hình ảnh mặt trước của rơ le bảo vệ khoảng cách PCS-931
1 LCD: Màn hình tinh thể lỏng kích cỡ 320x240 để hiển thị các thông
tin của Rơle
2
ĐènLED: Có 2 đèn LED cố định là “HEALTHY” (màu xanh) và
“ALARM” (màu vàng), 18 đèn còn lại có thể cấu hình và lựa chọn mầu xanh, vàng hoặc đỏ
3 Bàn phím: Có 4 phím để di chuyển và 5 phím lệnh cho truy cập vào
Rơle
4 Cổng giao tiếp RJ45để kết nối với máy tính
5 Tên và loại thiết bị
1.1.4 Mặt sau của Rơle
Rơle PCS-931 có 16 khe cắm cho các mô đun thông minh, trong đó có 4 khe cắm cho 4 mô đun cố định không thể thay đổi vị trí là mô đun MON, DSP, CH và PWR, các mô đun khác có thể cấu hình linh hoạt ở 12 vị trí khe cắm còn lại
Trang 5Hình ảnh mặt sau và cấu hình phần cứng điển hình của Rơle PCS-931
1.1.5 Các Mô đun trong Rơle PCS-931:
1.1.5.1 Mô đun quản lý NR1102 (MON module) :
Mô đun quản lý bao gồm bộ vi xử lý hiệu suất cao, các bộ nhớ FLASH, SRAM, SDRAM, bộ điều khiển truy suất mạng và các thiết bị ngoại vi khác Chức năng của nó bao gồm quản lý thiết bị, giao diện người máy, thông tin và bản ghi dạng sóng…
Mô đun MON sử dụng mạng nội bộ (internal bus) để nhận biết dữ liệu từ các
mô đun khác của thiết bị Nó sử dụng cổng RS-485 để giao tiếp với các mô đun LCD, đồng bộ hóa thời gian và cổng RS-232 để giao tiếp với máy in
1.1.5.2 Mô đun đầu vào tương tự NR1401(AI Module):
Mô đun đầu vào tương tự được sử dụng để lấy tín hiệu nhị thứ từ máy biến dòng điện và máy biến điện áp (TU, TI) cấp cho mô đun tính toán (DSP Module)
Mô đun này được gắn vào khe (slot) số 02 và 03 Có 2 loại mô đun với dòng định mức là 1A và 5A, giá trị này phải được khai báo trước khi đặt hàng Phạm vi tuyến tính tối đa của dòng điện là 40 lần dòng định mức Tín hiệu từ TU, TI được kết nối với bộ lọc để giảm nhiễu cho tín hiệu đầu vào
Trang 6Mạch dòng điện đầu vào analog: Iđm = 1A hoặc 5A Tần số: 50±5Hz, hoặc 60±5Hz Độ chính xác (sai số):±0,5%Iđm Tuyến tính trong khoảng (0,05 ÷ 40) Iđm Công suất tiêu thụ mạch dòng: <0,25VA/pha Số kênh mạch dòng: ≤7 kênh
Mạch điện áp đầu vào analog: Uđm = 100 ÷ 130V Độ chính xác:±0,5%Uđm Tuyến tính trong khoảng (1 ÷ 170)V Công suất tiêu thụ mạch áp:
<0,2VA/pha Số kênh mạch áp: ≤6
Mô đun AI có thể tùy chọn cấu hình đấu nối đầu vào cho nhiều sơ đồ đấu dây khác nhau gồm:
- Sơ đồ đường dây có 1 máy cắt
- Sơ đồ đường dây có 2 máy cắt
1.1.5.3 Mô đun phát hiện lỗi và tính toán bảo vệ NR1161 (DSP Module):
Bao gồm 2 bộ vi xử lý tín hiệu kỹ thuật số hiệu suất cao DSP (digital signal processor) có thể thực hiện đồng bộ giá trị lấy mẫu và quản lý các thiết bị ngoại vi khác Vi xử lý thứ nhất (DSP1) phụ trách tính toán bảo vệ, thu thập dữ liệu tương
tự, tính toán logic bảo vệ và điều khiển các đầu ra Trip Vi xử lý thứ hai (DSP2) phụ trách thu thập dữ liệu tương tự, phát hiện sự cố và cấp nguồn cho các rơ le đầu
ra
Khi mô đun DSP kết nối với TU, TI nó có thể thực hiện đồng bộ dữ liệu thông qua mô đun AI và đồng bộ thời gian thực từ các phần tử được ghép nối thông qua mô đun NET-DSP
1.1.5.4 Mô đun kênh truyền bảo vệ NR1213 (CH Module):
Rơle PCS-931 có thể trao đổi thông tin với thiết bị từ xa khác (thông thường là bảo vệ đầu đối diện) để gửi và nhận tín hiệu sử dụng các thiết bị ghép kênh và kênh truyền cáp quang Mô đun truyền và nhận tín hiệu quang học đó là
CH Module Tốc độ truyền tiêu chuẩn là 2048kbit/s, độ trễ thời gian của cả hai hướng giống nhau và phải nhỏ hơn 15ms
Trang 71.1.5.5 Mô đun đầu vào nhị phân NR1503, NR1504 (BI Module):
Rơle PCS-931 có thể lắp được tối đa 3 mô đun BI loại NR1503 hoặc NR1504, nguồn cấp cho BI là 24/48VDC (loại NR1503D, NR1504D) hoặc 110/220/125/250VDC (loại NR1503A, NR1504A) Mô đun BI bao gồm 22 chân đấu dây cho 11 input (NR1503) hoặc 18 input (NR1504) độc lập
1.1.5.6 Mô đun đầu ra nhị phân NR1521 (BO module):
NR1251 là mô đun đầu ra nhị phân tiêu chuẩn trang bị 11 tiếp điểm thường
hở (22 chân) Các đầu ra được điều khiển độc lập bởi các chức năng cài đặt trong Rơle Thông số các BO: 8A, 250VAC ; 5A, 30VDC hoặc 0,2A, 220VDC
1.1.5.7 Mô đun nguồn NR1301 (PWR module):
Mô đun nguồn là một bộ biến đổi DC/DC hoặc AC/DC cách điện giữa nguồn đầu vào và nguồn đầu ra
Điện áp đầu vào: 110 ÷ 125VDC, 220 ÷ 250VDC
Điện áp đầu ra : 3,3 ; 5 ; 12 ; 24VDC, các cấp điện áp khác nhau cấp nguồn tương thích cho các mô đun khác nhau
Công suất tiêu thụ của Rơle <40W Chân nối đất phải được đảm bảo chắc chắn nối với hệ thống tiếp đất trước khi đưa thiết bị vào vận hành
1.1.5.8 Mô đun giao diện người máy (HMI Module):
Như đã giới thiệu ở mục 1.1.3 Mặt trước của Rơle
1.2 Nguyên lý hoạt động và các chức năng của Rơle PCS-31:
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của Rơle PCS-931:
Quá trình làm việc của rơle được thể hiện trong hình vẽ
Trang 8Dòng điện và điện áp nhất thứ được biến đổi qua các máy biến dòng điện và máy biến điện áp (TU, TI) thành các tín hiệu dòng điện và điện áp nhị thứ, các tín hiệu này sau khi được lọc và chuyển đổi tín hiệu tương tự/số (A/D) xẽ được gửi cho mô đun DSP để tính toán bảo vệ và xác định lỗi Sau khi mô đun DSP hoàn thành tất cả các tính toán bảo vệ, các kết quả xẽ được CPU ghi lại trên môđun MON Mô đun DSP thực hiện xác định lỗi, tính toán logic bảo vệ và gửi lệnh tới đầu rađi cắt Mô đun MON thực hiện việc ghi lại các bản ghi dữ kiện, bản ghi dạng sóng, gửi thông tin từ rơle tới màn hình và máy tính Khi phát hiện sự cố rơle xẽ khởi động, tác động và gửi tín hiệu khép các tiếp điểm đầu ra, các tiếp điểm đầu ra được cấu hình tùy chọn theo các chức năng trong rơle
Trang 9Sơ đồ nguyên lý của Rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây PCS-931
Trang 101.2.2 Các chức năng chính của Rơle PCS-931:
3 Bảo vệ khoảng cách thông thường 21
4 Bảo vệ quá dòng chạm đất thời gian độc lập 50G
5 Bảo vệ quá dòng chạm đất thời gian phụ thuộc 51G
6 Bảo vệ quá dòng pha thời gian độc lập 50P
7 Bảo vệ quá dòng pha thời gian phụ thuộc 51P
12 Bảo vệ chống đóng vào điểm sự cố SOTF
13 Bảo vệ quá dòng pha khi lỗi mạch áp 51PVT
14 Bảo vệ quá dòng chạm đất khi lỗi mạch áp 51GVT
Trang 111.2.2.1 Nguyên lý làm việc của chức năng bảo vệ so lệch dọc (F87L):
Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây PCS-931 được sử dụng như bảo vệ chính của đường dây cao áp và siêu cao áp, đường dây trên không hoặc cáp ngầm Bảo vệ so lệch dọc bao gồm bảo vệ so lệch dòng điện DPFC (2 cấp), bảo vệ so lệch dòng điện có hãm (2 cấp) và bảo vệ so lệch dòng thứ tự không Bảo vệ so lệch dọc đường dây làm việc dựa trên tính toán giá trị dòng điện so lệch (Idiff) và dòng hãm (Ibiased) tức thời của 2 đầu đường dây, giá trị của dòng điện 2 đầu đường dây được gửi qua kênh truyền cáp quang chuyên dụng, các giá trị này được đồng bộ liên tục đảm bảo giá trị lấy mẫu tính toán ở hai đầu là cùng một thời điểm
Vùng bảo vệ của so lệch dọc là 100% chiều dài đường dây giới hạn bởi biến dòng điện ở 2 đầu đường dây Thời gian tác động của chức năng so lệch dọc (F87L) là 0s
1.2.2.2 Nguyên lý làm việc của chức năng bảo vệ khoảng cách (F21):
Khi có sự cố xuất hiện trên hệ thống, bảo vệ khoảng cách xẽ cắt máy cắt để loại bỏ sự cố ra khỏi hệ thống với thời gian trễ cụ thể nếu lỗi nằm trong vùng của bảo vệ khoảng cách
Bảo vệ khoảng cách dựa trên gia trị của dòng điện và điện áp tại điểm đặt rơle để xác định tổng trở sự cố và khoảng cách từ rơle đến điểm sự cố (nếu tổng trở
sự cố nhỏ hơn giá trị đặt thì rơle xẽ tác động
Bảo vệ khoảng cách trong rơle được cài đặt 3 vùng thuận (Z1, Z2, Z3), 1 vùng ngược (Z4) và 1 vùng gia tốc bảo vệ (Z1B=Z2) Rơle xẽ liên tục tính toán tổng trở pha – pha, pha – đất để so sánh với giá trị đặt theo các đặc tuyến đã được cài đặt sẵn (đặc tuyến hình tròn hoặc đặc tuyến tứ giác)
Trang 12Các vùng bảo vệ của
1.2.2.3 Nguyên lý làm việc
Hệ thống điện bình thường được coi là mạng
xảy ra trên hệ thống, bằng cách áp dụng nguyên lý xếp chồng có thể tính toán được tốc độ biến thiên của dòng điện và điện áp trong hệ thống
trị dòng điện hoặc điện áp sự cố
vệ khoảng cách DPFC dự trên sự thay đổi
số nguồn, do đó nó không phụ thuộc vào độ lớn dòng tải
Các vùng bảo vệ của chức năng khoảng cách (F21)
làm việc của chức năng bảo vệ khoảng cách DPFC
Hệ thống điện bình thường được coi là mạng 3 pha đối xứng
bằng cách áp dụng nguyên lý xếp chồng có thể tính toán được tốc độ biến thiên của dòng điện và điện áp trong hệ thống, có thể tính toán bằng giá trị dòng điện hoặc điện áp sự cố trừ đi dòng điện hoặc điện áp trước khi sự cố
vệ khoảng cách DPFC dự trên sự thay đổi (gia tốc) của dòng điện và điện áp ở tần
do đó nó không phụ thuộc vào độ lớn dòng tải
Bảo vệ khoảng cách DPFC là một bảo vệ nhanh chóng và độc lập
sử dụng chủ yếu để loại bỏ sự cố trên đường dây dài hoặc tải cao một cách nhanh
phạm vi bảo vệ của nó có thể thiết lập (80-85)% chiều dài đường dây
ảo vệ chỉ phản ánh thành phần lỗi và không ảnh hưởng bởi sự thay đổi dòng tải cho nên xẽ không bị tác động nhầm khi thay đổi tải đột ngột hay dao động
Nhược điểm của nó là không phù hợp với đường dây ngắn hoặc n
của dòng điện và điện áp ở tần
là một bảo vệ nhanh chóng và độc lập, nó được
sử dụng chủ yếu để loại bỏ sự cố trên đường dây dài hoặc tải cao một cách nhanh
chiều dài đường dây, giá
ảo vệ chỉ phản ánh thành phần lỗi và không ảnh hưởng bởi sự thay đổi dòng tải cho nên xẽ không bị tác động nhầm khi thay đổi tải đột ngột hay dao động
Nhược điểm của nó là không phù hợp với đường dây ngắn hoặc nguồn yếu
Các vùng bảo vệ
DPFC (F21D)
Trang 131.2.2.4 Nguyên lý làm việc của chức năng bảo vệ quá dòng pha (50/51P):
Khi có sự cố pha-pha trong hệ thống điện, dòng điện tăng lên lớn hơn giá trị dòng cài đặt thì bảo vệ quá dòng pha làm việc để tránh hư hỏng cho thiết bị được bảo vệ Thông số điện áp có thể được lựa chọn để tăng độ nhạy của bảo vệ và thông số hướng của bảo vệ có thể được lựa chọn để nâng cao tính chọn lọc của bảo
vệ Trong trường hợp bảo vệ quá dòng pha làm việc đột biến (Giá trị dòng điện đột ngột tăng rất cao) thì yếu tố hãm sóng hài có thể được lựa chọn để ngăn chặn Bảo vệ quá dòng có hướng thường được dùng làm bảo vệ dự phòng cho đường dây
Bảo vệ quá dòng pha có 4 cấp làm việc độc lập với nhau, trong mỗi cấp có thể cài đặt các thông số và logic khác nhau với các đặc tính khác nhau, như thời gian tác động (đặc tính độc lập hay phụ thuộc), hướng của bảo vệ (có hướng, không hướng), có hãm hay không hãm sóng hài bậc 2
1.2.2.5 Nguyên lý làm việc của chức năng bảo vệ quá dòng chạm đất
(50/51G):
Trong quá trình làm việc bình thường của hệ thống có dòng điện dư, khi có
sự cố dòng điện dư này sẽ rất lớn và chạy xuống đất Dòng điện dư này xẽ được tính toán cho bảo vệ quá dòng chạm đất Để nâng cao tính chọn lọc của bảo vệ quá dòng chạm đất trong hệ thống có nhiều nguồn khác nhau nên các thông số về hướng và hãm sóng hài bậc hai của bảo vệ được cài đặt
Bảo vệ quá dòng chạm đất có 4 cấp làm việc độc lập với nhau, trong mỗi cấp
có thể cài đặt các thông số điện áp, hướng và hãm sóng hài bậc 2
1.2.2.6 Nguyên lý làm việc của chức năng SOTF:
Chức năng chống đóng vào điểm sự cố xẽ làm việc và cắt ngay lập tức khi
có lệnh đóng máy cắt bằng tay hoặc đóng bằng AR vào điểm sự cố
Trang 14II HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH RƠLE PCS-931:
Từ màn hình hiển thị có thể truy cập vào Rơle để khai thác thông tin sự cố, sự kiện, giá trị đo lường…
Mặt trước của Rơle PCS-902
Bàn phím ở mặt trước của rơ
le cung cấp sự tiện lợi cho người vận
hành xem một số dữ liệu nhất định
hoặc thay đổi chỉnh định của rơ le
Bàn phím có 9 phím, mỗi một
phím có một chức năng khác nhau
1 ◄ và ► - Di chuyển con trỏ theo chiều ngang
- Vào menu tiếp theo hoặc trở về menu trước
2 ▲ và ▼ - Di chuyển con trỏ theo lên xuống
- Chọn menu lệnh trên cùng 1 mục
3 + và
Thay đổi các tham số hoặc giá trị cài đặt
- Thay đổi số thứ tự dữ kiện hiển thị
- Lật trang
4 GRP - Kích hoạt giao diện chuyển đổi các nhóm cài đặt
Trang 155 ENT - Thực hiện các hoạt động
- Xác nhận giao diện
- Thoát khỏi menu hiện tại
Trạng thái LED
- HEALTHY: Sáng xanh khi rơle được bật nguồn và
không có hiện tượng bất thường trong rơle Tắt khi rơle có
lỗi phần cứng hoặc tắt nguồn
- ALARM: Sáng vàng khi có những tín hiệu bất thường
như lỗi mạch TU, TI hoặc có các cảnh báo khác Tắt khi
không còn tín hiệu bất thường
- 2 LED “HEALTHY” và “ALARM” được cấu hình mặc
định sẵn trong rơle, 18 LED còn lại được cấu hình do
người sử dụng cài đặt
2.1 Hướng dẫn truy cập và khai thác Rơle PCS-931:
Để truy cập rơle một cách nhanh chóng và chính xácta có thể căn cứ vào chức năng các thư mục trong Rơle PCS-931, các bước truy cập để khai thác dữ kiện và thông số của rơle như sau:
