QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH MBA GRT200

GRT200 (relay bảo vệ máy biến áp) là rơle kỹ thuật số thuộc thế hệ GR200 của Toshiba. Rơle bảo vệ tốc độ cao cho cả máy biến áp và kháng, có tính tin cậy cao và bảo vệ cho mọi dạng sự cố như sự cố 1 pha, sự cố nhiều pha, quá tải... Rơle được thiết kế để bảo vệ so lệch cho máy biến áp, kháng đảm bảo đáp ứng tất cả các yêu cầu về kỹ thuật, công nghệ, chất lượng và vận hành: Sử dụng công nghệ bảo vệ so lệch dòng điện với thời gian tác động tức thời có chọn lọc vùng bảo vệ cho:  MBA 2 cuộn dây hoặc 3 cuộn dây.  MBA tự ngẫu.  Bộ MBA máy phát.  Kháng điện Có đến 5 đầu vào dòng điện 3 pha, bảo vệ tối đa điểm nút có 5 đầu vào. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế với chức năng chống từ hoá CT, phát hiện sự cố bên trong máy biến áp trong cả trường hợp trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua điện trở. Tích hợp nhiều chức năng bảo vệ dự phòng. Chức năng điều khiển mức ngăn. Tuân theo giao thức IEC61850 cho IEDs dùng trong trạm biến áp.

Mục lục

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1 Thế hệ

GR-200 là thế hệ IEDs mới nhất của Toshiba thiết kế cho bảo vệ hệ thống truyền tải và phân phối với nhiều tính năng linh hoạt về lựa chọn phần cứng và sử dụng phần mềm dạng module đã và đang định hướng một giải pháp công nghệ hoàn hảo đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng

GRT-200 (relay bảo vệ máy biến áp) là rơle kỹ thuật số thuộc thế hệ GR-200 của Toshiba Rơle bảo vệ tốc độ cao cho cả máy biến áp và kháng, có tính tin cậy cao và bảo vệ cho mọi dạng sự cố như sự cố 1 pha, sự cố nhiều pha, quá tải Rơle được thiết kế để bảo vệ so lệch cho máy biến áp, kháng đảm bảo đáp ứng tất cả các yêu cầu về kỹ thuật, công nghệ, chất lượng và vận hành:

- Sử dụng công nghệ bảo vệ so lệch dòng điện với thời gian tác động tức thời có chọn lọc vùng bảo vệ cho:

 MBA 2 cuộn dây hoặc 3 cuộn dây

 MBA tự ngẫu

 Bộ MBA & máy phát

 Kháng điện

- Có đến 5 đầu vào dòng điện 3 pha, bảo vệ tối đa điểm nút có 5 đầu vào

- Bảo vệ chống chạm đất hạn chế với chức năng chống từ hoá CT, phát hiện sự

cố bên trong máy biến áp trong cả trường hợp trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua điện trở

- Tích hợp nhiều chức năng bảo vệ dự phòng

- Chức năng điều khiển mức ngăn

- Tuân theo giao thức IEC61850 cho IEDs dùng trong trạm biến áp

2 Cấu tạo chung

 Vỏ (case), màn hình giao diện (HMI) có thể chọn mở rộng để làm chức năng điều khiển mức ngăn, các phím bấn trên mặt rơle, các đèn LED cảnh báo các chế độ/ tín hiệu của rơle

 Cổng giao tiếp trực tiếp với rơle thông qua máy tính cá nhân

 Card CPU: Card điều khiển trung tâm

 Card đầu vào (BI)

 Card đầu vào tương tự (AI)

 Card mạng truyền thông hộ trợ giao thức IEC61850/IEC60870-5-103/Modbus với các giao diện RS485, quang (optical-FX) và điện (100 Base- TX)

- Phần mềm: Cho phép tuỳ chon linh loạt:

 Các chức năng cần dùng tương ứng cấu hình phần cứng

 Giao thức sử dụng trong TBA

 Ngôn ngữ

CHƯƠNG 2: CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA RƠLE

2.1 Chức năng bảo vệ (Protection function):

2.1.1 Bảo vệ so lệch

Chức năng so lệch cũng như tất cả các chức năng bảo vệ cho MBA đều được cung cấp tín hiệu dòng pha từ các cuộn dây của MBA và tính được dòng so lệch trên mỗi pha, phát hiện được sự cố pha-pha và pha-đất

Nguyên lý cơ bản của bảo vệ so lệch dựa trên định luật Kirchhoff I: Véc tơ tổng của tất cả dòng điện trong vùng bảo vệ phải bằng 0

ΔI = IT1 – IT2 = Ikcb

hưởng của dòng Ikcb, thường sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ bằng dòng điện pha hoặc các hài bậc cao xuất hiện trong quá tình quá độ và khi mạch từ bị bão hòa

Trong trường hợp đóng không tải MBA, phân tích sóng hài của dòng từ hóa

ta thấy dòng từ hóa xung kích có một lượng rất lớn hài bậc 2 (khoảng 70%) và có thể đạt đến trị số cực đại đến khoảng 30% trị số của dòng điện sự cố Nếu thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa được tách ra và đưa vào cho dòng dòng hãm của bảo vệ so lệch thì sẽ tránh được tác động nhầm khi MBA đóng không tải Khi MBA bị quá kích thích khi có nhiễu động lớn trong lưới, rơle tự động hãm

Do đó cần phải loại trừ dòng thứ tự không bên phía sơ cấp bằng cách dùng bộ lọc Thành phần thứ tự không được xác định từ tổng các dòng pha đã được điều chỉnh biên độ

Nếu phía thứ cấp nối sao, như máy biến áp trong bộ mô phỏng, bộ lọc thành phần dòng thứ tự không cũng phải được sử dụng Khi ngắn mạch chạm đất trong

vùng phía nối sao, các thành phần I1, I2, I0 của dòng sự cố đi vào đất Bên phía sơ cấp dòng I1, I2 tồn tại từ nguồn đến đi qua các biến dòng Vì không có dòng điện qua các biến dòng phía thứ cấp MBA, nên rơ le tác động cắt

Khi ngắn mạch chạm đất ngoài vùng ở phía nối sao, cả ba thành phần I1, I2, I0 đều đi qua biến dòng phía thứ cấp, nhưng chỉ thành phần I1, I2 qua biến dòng phía sơ cấp Do đó tồn tại dòng không cân bằng tồn tại trong rơ le, kết quả là rơ le tác động sai nên Để tránh rơ le tác động sai trong trường hợp này, cần phải lọc dòng thứ tự không bên phía thứ cấp của MBA Do phía thứ cấp MBA nối tam giác nên dòng thứ tự không được tự động loại bỏ

2.1.3 Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

Khi sự cố quá dòng tồn tại lâu hơn thời gian dự kiến kể từ khi ra lệnh cắt đến khi dòng sự cố trở về rơle bằng không, rơle ngay lập tức kích hoạt chức năng chống hư hỏng máy cắt Có hai mức hoạt động độc lập: Retrip (cắt lại máy cắt đó một lần nữa); gửi tín hiệu cắt 50BF qua BO tới rơle hoặc máy cắt của ngăn lộ khác

2.1.4 Bảo vệ quá dòng

GRT200 tích hợp chức năng bảo vệ quá dòng có hướng và vô hướng cho bất

kỳ phía nào của MBA, được thiết kế với đặc tính thời gian phụ thuộc và độc lập cho cả sự cố pha – pha và pha – đất của mỗi pha Dòng 3 pha của mỗi cuộn dây TI phục vụ cho bảo vệ quá dòng pha – pha và dòng thứ tự không phục vụ cho bảo vệ pha – đất Các thành phần dòng trên có thể sử dụng dựa trên yêu cầu cụ thể của từng thiết bị khác nhau

* Quá dòng có đặc tính thời gian độc lập:

Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có đặc tính độc lập không phụ thuộc vào dòng điện chạy qua bảo vệ

Đặc tính thời gian độc lập của bảo vệ quá dòng

* Quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc:

Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính phụ thuộc tỷ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ, dòng điện càng lớn thì thời gian tác động càng nhanh

Đặc tính thời gian phụ thuộc của bảo vệ quá dòng

2.1.5 Các chức năng bảo vệ khác

Ngoài các chức năng bảo vệ chính hay dùng trong các TBA, GRT200 còn tích hợp các chức năng bảo vệ phụ khác như: Bảo vệ dòng công suất ngược, phát hiện đứt dây, bảo vệ quá kích thích, bảo vệ điện áp, bảo vệ tần số

2.2 Chức năng điều khiển

Màn hình tiêu chuẩn dạng tinh thể lỏng (LCD) với 21 ký tự, hiển thị 8 dòng

kẻ Ở tuỳ chọn cao cấp hơn, GRT200 có thể làm việc như một BCU (khối điều khiển mức ngăn) Với trang bị màn hình lớn 40 dòng loại cảm ứng, người sử dụng

có thể vẽ sơ đồ Mimic trên rơle, việc điều khiển các thiết bị nhất thứ có thể được thực hiện thông qua chính BO của rơle GRT200 qua các mức khác nhau: Trung tâm điều độ, màn hình máy tính của hệ thống điều khiển máy tính hoặc ngay trên nút (function key) mầu xanh/ đỏ trên mặt rơle

2.3 Chức năng đo lường – giám sát

2.3.1 Đo lường

Rơle có thể đo lường tất cả các thông số cơ bản với cấp chính xác ±0,5% cho các đại lượng như U, I, P, Q ở giá trị định mức và ±0,03Hz với tần số Các đại lượng này được thể hiện ngay trên màn hình của rơle hoặc trên hệ thống máy tính điều khiển

2.3.2 Giám sát trạng thái làm việc

Toàn bộ trạng thái thiết bị nhất thứ hoặc hư hỏng của bất kỳ đối tượng nào đều được giám sát bởi GRT200 thông qua khối BI

Rơle cũng tự trang bị chức năng giám sát hư hỏng của chính nó và cảnh báo cho người sử dụng qua 1 BO riêng biệt

2.4 Chức năng thu thập dữ liệu

Toàn bộ các dữ liệu như: Sự kiện, sự cố, nhiễu loạn đều được thu thập và ghi lại trong bộ nhớ của GRT200

2.4.1 Ghi sự kiện

2.4.2 Ghi sự cố

Tất cả các thông tin về thời điểm trước khi xảy ra sự cố, giá trị sự cố cho dòng điện và điện áp được thu thập, ghi lại và lưu trữ trong bộ nhớ Có tới 8 sự cố gần nhất với thời gian xảy ra sự cố được ghi lại với độ phân giải thời gian tối thiểu

là 1ms Các sự cố ghi lại thường là: Ngày tháng, pha sự cố, pha bị cắt, chức năng nào tác động, dữ liệu về dòng điện và điện áp trước và sau khi sự cố

2.4.3 Ghi nhiễu động

Chức năng của bản ghi này là cung cấp một cách nhanh nhất và đầy đủ nhất các thông tin về nhiễu động trong hệ thống Nó giúp người sử dụng đánh giá được tình trạng và phản ứng của hệ thống qua các đại lượng nhất thứ và nhị thứ ở tại và sau thời điểm nhiễu loạn

CHƯƠNG III: KHAI THÁC THÔNG TIN

3.1 Giao diện với rơle qua màn hình và bàn phím

Giao diện người-thiết bị (HMI) của GRT200 được đặt ở mặt trước của rơle

để cài đặt rơ le hoặc kiểm tra các dữ liệu lưu trữ Bao gồm đèn 26 LED, màn hình tinh thể lỏng (LCD), 11 nút điều khiển, 7 nút thao tác chức năng kèm theo LED, ba giắc cắm thí nghiệm A, B, C kèm theo đèn LED hiển thị và cổng USB giao tiếp giữa rơle và máy tính cá nhân

- Đèn LED: Màu, tín hiệu cho 24 LED đều có thể cấu hình được 2 LED 1 và

2 thể hiện tình trạng hiện tại của rơle

- Cổng USB: Type B để kết nối với máy tính cá nhân

- Màn hình LCD: Thể hiện thông số chi tiếu bên trong rơle như: Giá trụ đo lường, bản ghi sự cố, cài đặt Để tắt màn hình, bấm phím ◄ Sau một thời gian không hoạt động, đèn màn hình cũng tự động đắt Để bật đèn, bấm bất

kỳ phím nào trừ phím CLEAR

Nút ấn chức năng:

Các đèn LED chỉ thông tin trạng thái làm việc của rơle:

IN SERVICE Xanh Sáng khi rơ le đang trong tình trạng làm

việc tốt TRIP Đỏ Sáng khi có lệnh cắt được thực hiện

Bẩy nút thao tác chức năng từ F1 đến F7 kèm theo LED được cài đặt trong quá trình chỉnh định

Ba giắc cắm thí nghiệm A, B và C kèm theo đèn LED hiển thị của chúng được sử dụng khi lựa chọn chế độ test mode Bằng cách lựa chọn tín hiệu được nhận biết từ danh sách tín hiệu và thiết lập nó trên màn hình, tín hiệu có thể được hiển thị trên đèn LED A và đèn LED B hoặc là được chuyển qua thiết bị thí nghiệm kết nối qua ổ cắm thí nghiệm

3.2 Khai thác thông tin bằng phần mềm:

3.2.1 Giới thiệu phần mềm GR-TIEMS

Có hai cách cài đặt, khai thác thông tin rơle: Bằng tay thao tác trực tiếp trên rơle và bằng máy tính cá nhân có phần mềm cài đặt và giám sát rơle GR-TIEMS Hai cách này về bản chất là giống nhau, tuy nhiên cài đặt từ máy tính cá nhân chứng minh tính tiện lợi nên hầu như được dùng trong thực tế Để cài dặt rơle, người sử dụng phải có đầy đủ các thông tin muốn cài đặt cho rơle, các thông tin này được thể hiện rõ trong phiếu chỉnh định của đơn vị điều độ

Phần mềm GR-TIEMS là phần mềm cho phép truy cập và phân tích thông số

đo lường của hệ thống, lấy thông tin sự cố và sự kiện của rơle

Việc kết nối giữa máy tính cá nhân và rơle có thể dùng 2 cách: Kết nối trực tiếp với cổng USB-COM (cáp máy in) trước mặt rơle hoặc kết nối thông qua switch mạng LAN trong trạm có hạ tầng mạng LAN phục vụ hệ thống máy tính điều khiển

Về cơ bản, bức tranh trên mô tả toàn bộ cách thức liên hệ giữa máy tính với rolư thông qua phần mềm GR-TIEMS:

(1) File dự án: Là file cấu hình chứa tất cả các thông tin về cài đặt và cấu

hình cho tất cả rơle trong dự án đó File này bố trí tất cả thông tin dưới dạng cây một cách trật tự và đầy đủ thông tin: Tên trạm, cấp điện áp, tên ngăn, loại rơle

(2) CSV file: Đây là file lưu bản ghi sự cố, sự kiện và nhiễu động dưới dạng

file CSV Có thể lấy file này từ rơle qua máy tính và đọc trên thiết bị khác hỗ trợ đọc file CSV

(3) Comtrade file: Đây là file lưu bản ghi nhiễu động của rơle và mở được

bằng phần mềm GR-TIEMS

(4) Dữ liệu nhận: Có thể nhận tất cả các dữ liệu từ rơle chữa trong một file

setting bằng cách download về máy tính Dữ liệu này bao gồm: dữ liệu giám sát, các loại bản ghi, cài đặt, cấu hình

(5) Gửi dữ liệu vào rơle: Gửi dữ liệu từ máy tính vào rơle sau khi đã cài đặt

xong bằng phần mềm GR-TIEMS

3.2.1.1 Monitoring tools (Công cụ giám sát – mầu vàng)

Người sử dụng có thể giám sát trạng thái hoặc các thông số đo lường của hệ thống từ rơle khi sử dụng công cụ giám sát Tất cả các thông tin được sắp xếp

thành bảng trong thư mục “Monitoring list dialog” Khi người sử dụng muốn truy

cập một thông tin nào đó, chỉ việc chọn thông tin đó và kéo ra màn hình giám sát Người sử dụng có thể xuất bảng thông tin ra dạng file CSV Phần mềm cũng đọc được file có đuôi CSV

3.2.1.2 Record tools (Công cụ lưu trữ – mầu xanh lá)

- Bản ghi sự cố (Fault Record): Bao gồm các thông tin đo lường trước vào

sau khi xảy ra sự cố Theo đó, người sử dụng có thể nhìn thấy tất cả các thông tin liên quan tới mỗi sự cố để từ đó có cơ sở phân tích nguyên nhân sự

cố một cách chính xác Người sử dụng có thể lựa chọn sự cố và lưu dưới dạng file CSV Ngoài ra, người sử dụng cũng có thể đọc được file sự cố dưới dạng file CSV từ một IED khác

- Bản ghi nhiễu động (Disturbance Record): Bản chất là một dạng modul

hoá các dữ liệu đo được để người dùng có thể xem dưới các dạng biểu đồ: Biểu đồ sóng, biểu đồ sóng hài, chiều vector của đại lượng dòng, áp

- Bản ghi sự kiện (Event Record): Tương tự bản ghi sự cố, bản ghi sự kiện

lưu lại toàn bộ các sự kiện của rơle trong quá trình làm việc tới 1024 sự kiện

3.2.1.3 Configuration tools (Công cụ cấu hình – mầu xanh dương)

- Cài đặt chung: Người sử dụng có thể cài đặt các thông số cơ bản của hệ

thống: Điện áp hệ thống (giá trị nhất thứ và nhị thứ); dòng điện theo phiếu chỉnh định (giá trị nhất thứ và nhị thứ); ngày, tháng; bật hoặc tắt các chức năng bảo vệ

- Cài đặt I/O (đầu vào/đầu ra kỹ thuật số: Người sử dụng có thể dựa vào

bản vẽ thiết kế nhị thứ để dễ dàng tương tác và cài đặt bảng BI/BO, đầu vào tương tự (DCAI), các đèn LED sử dụng chức năng cài đặt I/O

- Cấu hình liên động: Người sử dụng có thể cấu hình leien động mềm (thông

qua tin nhắn Goose Messenger quy định trong IEC61850) để cho phép đóng cắt các thiết bị

- Cấu hình IEC61850: Người sử dụng có thể cấu hình giao tiếp dữ liệu của

rơle theo giao thức truyền thông IEC61850, giúp cho rơle có thể giao tiếp với rơle và giao tiếp với máy chủ Người sử dụng cũng phải biết cách cấu hình “Logical Devices”, “Logical Nodes”, “Goose Messenger”

3.2.2 Kết nối rơle với máy tính bằng phần mềm GR-TIEMS

Bước 1: Chạy phần mềm GR_TIEMS

Bước 2: Đăng nhập User: Tool > Change User (ID: Vendor; Pass: 1048)

Bước 3:

- Tạo Project: chuột phải và lựa chọn level tương tự các phần mềm Rơ le khác

- Kết nối: chuột phải > Add IED

- ADD IED: tùy cổng đang kết nối để lựa chọn IED/IP hoặc COM port

 Nếu nối bằng cáp mạng: IP trong kết nối IED_IP address: Xem IP trên

Relay: nhấn phím: Menu > Setting > Communication > Lan

(Đặt IP cho máy tính cùng lớp và không trùng IP của Rơ le)

 Nếu nối bằng cáp USB: chọn Com port phù hợp

- Trước khi Read Kiểm tra lại địa chỉ COM hoặc IP đúng trong Connecting Method

3.2.3 Đọc bản ghi nhiễu động

Bước 1: Sau khi kết nối Rơ le: Kích chuột vào Disturbance Record

Bước 2: Trong cửa sổ DisturbanceRecord: > Communication > Select IED

Bước 3: Lựa chọn cổng Com hoặc TCP/IP: > Connect

Bước 4: Chọn bản ghi sự cố ngày giờ cần đọc, Click đúp chuột trái vào bản ghi đó

Bước 5: Sau khi load xong bản ghi sự cố, chọn File > Save As > Save

Cũng có thể Export ra file CSV

 Làm tương tự với phần Fault Record và Event Record

3.3 Khai thác thông tin trên rơle

3.3.1 Hệ thống cây thư mục trong rơ le

Có 5 thư mục chính trong rơle Từ các thư mục này nhân viên vận hành có thể đọc và đặt các tham số bảo vệ:

Hệ thống cây thư mục rơ le GRT200

3.3.2 Record (Chức năng lưu trữ)

Hiển thị thông tin về các bản ghi sự cố, sự kiện và các nhiễu động trên rơle, người vận hành có thể lựa chọn một trong các bản ghi này để kiểm tra các thông tin về sự kiện, sự cố cũng như xoá chúng Trong quá trình vận hành, người sử dụng thường làm việc nhiều với phần Record (chức năng lưu trữ), các phần khác thường được cài đặt lúc ban đầu và không khuyến khích thay đổi hoặc chỉ được thay đổi bởi người có quyền chỉnh định

* Fault record (bản ghi sự cố):

- Mở cây thư mục “Menu”

- Chọn Record để truy cập

- Tiếp tục chọn Fault Record