Nghiên cứu, ứng dụng vi mạch thuật toán cho mạch đầu vào của rơ le bảo vệ chống chạm đất một pha chọn lọc cho trạm phân phối điện cao áp mỏ 6KV trung tính cách ly không có biến áp đo lường

Bài viết Nghiên cứu, ứng dụng vi mạch thuật toán cho mạch đầu vào của rơ le bảo vệ chống chạm đất một pha chọn lọc cho trạm phân phối điện cao áp mỏ 6KV trung tính cách ly không có biến áp đo lường HTMИ-6 đề xuất giải pháp thực hiện dùng máy biến dòng thứ tự không BI kết hợp với 02 mạch khuếch đại thuật toán để tách hai tín hiệu 3Io và 3Uo thông qua khuếch đại đồng pha và khuếch đại vi sai.

Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 45, 01-2014, tr.54-58 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VI MẠCH THUẬT TOÁN CHO MẠCH ĐẦU VÀO CỦA RƠ LE BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT MỘT PHA CHỌN LỌC CHO TRẠM PHÂN PHỐI ĐIỆN CAO ÁP MỎ 6KV TRUNG TÍNH CÁCH LY KHƠNG CĨ BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG HTMИ-6 ĐINH VĂN THẮNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Để bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc, cần sử dụng hai tín hiệu dòng thứ tự khơng 3Io (từ máy biến dòng) áp thứ tự khơng 3Uo (từ máy biến áp đo lường ba pha năm trụ) Với lưới điện cao áp mỏ không trang bị máy biến áp đo lường HTMИ vấn đề lắp đặt thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc thơng thường trở nên khó khăn Vì tác giả đề xuất.giải phápthực dùng máy biến dòng thứ tự không BI kết hợp với 02 mạch khuếch đại thuật tốn để tách hai tín hiệu 3Io 3Uo thông qua khuếch đại đồng pha khuếch đại vi sai động nhầm lẫn Rơ le bảo vệ chống chạm đất Mở đầu Để bảo vệ lưới điện thiết bị điện pha tác động đồng thời theo hai đại lượng cao áp mỏ có cố chạm đất pha, tín hiệu diện áp dòng thứ tự khơng có khả người ta thường trang bị rơ le bảo vệ chống tác động cắt chọn lọc cao, đảm bảo độ tin chạm đất Có nhiều loại rơ le bảo vệ chống cậy, hạn chế tác động nhầm lẫn Với chạm đất pha trang bị cho lưới điện trạm phân phối điện cao áp không cao áp mỏ tùy thuộc vào tính tác dụng, trang bị máy biến áp đo lường ba pha năm trụ yêu cầu bảo vệ cố xảy Rơ le bảo vệ HTMИ -6 khó khăn khơng khả thi cho rơ chống chạm đất pha tác động theo tín hiệu le loại khơng có tín hiệu điện áp thứ tự điện áp thứ tự không thường xây dựng với không 3U0 Để bảo vệ cho trạm phân phối điện chức cảnh báo có chạm đất mà khơng có cao áp mỏ 6kV trung tính cách ly khơng có biến khả tác động cắt chọn lọc Rơ le bảo vệ áp đo lường HTMИ -6, tác giả đề xuất xây dựng chống chạm đất pha tác động theo tín hiệu mạch đầu vào rơ le bảo vệ chống chạm đất biên độ dòng thứ tự khơng có chức bảo vệ pha chọn lọc chống chạm đất pha, có khả tác động Nội dung cắt chọn lọc song độ tin cậy không cao, hay tác R3 R1 3Io A1 A R2 (2) R4 B (4) C (5) R6 R5 (1) A2 R7 3Uo (3) R8 Hình Sơ đồ mạch khuếch đại thuật tốn với biến dòng thứ tự khơng để tách tín hiệu dòng 3Io áp thứ tự không 3Uo 58 Rơ le bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc cho khởi hành 6kV trung tính cách ly khơng có biến áp đo lường HTMИ -6 xây dựng dựa nguyên lý tác động bảo vệ theo dấu đại lượng công suất thứ tự không, nhờ so sánh pha hai đại lượng dòng điện điện áp thứ tự khơng Để xác định khởi hành có chạm đất pha, sơ đồ mạch có so sánh pha hai đại lượng dòng áp thứ tự khơng Để đồng thời lấy tín hiệu dòng điện địên áp thứ tự không khởi hành khơng có máy biến áp đo lường HTMИ -6, sử dụng máy biến dòng thứ tự khơng BI kết hợp hai mạch khuếch đại thuật tốn, 01 khuếch đại vi sai để lấy tín hiệu 3Io 01 lại khuếch đại đồng pha để lấy 3Uo 2.1 Mạch thu tín hiệu dòng thứ tự không Từ sơ đồ nguyên lý mạch điện đầu vào rơ le bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc cho trạm phân phối điện cao áp mỏ 6kV mạng trung tính cách ly khơng có biến áp đo lường HTMИ -6, tiến hành phân tích thiết kế mạch thu tín hiệu dòng thứ tự khơng sau R1 Mạch khuếch đại thuật tốn (hình 2) sơ đồ khuếch đại đảo có hàm truyền đạt dạng: R  R2  R3 U   U vào   K ht U vào , (1) R1 đó: Ura – điện áp ra; Uvào – điện áp vào; Kht – hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm Vì điện áp biến dòng thứ tự không thường nhỏ (cỡ vài chục đến vài trăm mV) nên để có điện áp sau khuếch đại thuật tốn đạt đến cỡ vài vơn, phù hợp với đầu vào khối so sánh hệ số khuếch đại mạch khuếch đại thuật toán thiết kế lựa chọn Kht = 20 Mặt khác, mạch khuếch đại thuật tốn thơng dụng LM741 dòng mạch tích hợp từ transistor bipolar có điện trở vào trung bình khoảng MΩ, thiết kế mạch khuếch đại thường sử dụng điện trở vào R2 R3 có trị số cỡ 100 kΩ suy điện trở hồi tiếp R1 có trị số là: 200 200 1  20  R1   10,5 R1 19 => lựa chọn R1 = 10 kΩ 2.2 Mạch tách tín hiệu 3Uo R2 +Vc Thứ cấp máy biến dòng thứ tự khơng LM có điện trở nhỏ so với điện trở vào mạch BI 741 R3 3Io khuếch đại thuật toán, thực tế điện trở + dây quấn thứ cấp máy biến dòng khơng ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại -Vc mạch Từ mạch tách tín hiệu điện áp thứ tự Hình Sơ đồ Mạch thu tín hiệu dòng thứ tự khơng khơng ta có mạch điện thay đầu vào 3Io sử dụng khuếch đại thuật toán LM741 sau A R5 R6 B Cf Cf B - Cf LM 741 BI 3Uo Vc R7 a) Cf Cf + Cf C C +Vc A Dây quấn BI Uo Rvào Đất b) Hình Sơ đồ mạch tách tín hiệu điện áp thứ tự khơng 3Uo sử dụng khuếch đại thuật toán LM741 a) Sơ đồ nguyên lý; b) Sơ đồ thay tương đương đầu vào 58 IC Ký hiệu điện dung riêng pha so với dây quấn thứ cấp biến dòng thứ tự không CfA, CfB, CfC (CfA = CfB = CfC = C), dòng điện dung tương ứng chúng IA ; IB ; IC Khi chưa chạm đất pha, mạng đối xứng so với đất, ta có: I A  I B  IC  IV  (2) Khi xảy chạm đất pha (giả sử pha A) pha A có điện 0, pha lại B C có điện điện áp dây Ud Dòng điện vào khuếch đại thuật toán xác định sau: I V  I'B  I'C  U AB g B  U AC g C   U AB  U AC  g , (3)   U BC g đó: gA = gB = gC = g = j.C – điện dung dẫn pha so với đất Điện áp vào mạch khuếch đại thuật tốn có dạng: U V  I V R V   U BC R V g   3.U f e j  Xây dựng mơ hình mạch thử nghiệm Hiện nay, có nhiều phần mềm ứng dụng cho chuyên ngành kỹ thuật điện – điện tử để mô phỏng, kiểm tra hiệu chỉnh mạch điện tử thiết kế, như: PSPISE, ELECTRONICS WORKBENCH, MATLAB SIMULINKS, CIRCUIT MARKER, … Để mô mạch điện tử, thông dụng thuận tiện phần mềm ELECTRONICS WORKBENCH, CIRCUIT MARKER Trong xây dựng mơ hình mơ mạch đầu vào rơ le bảo vệ chống chạm đất phần mềm ELECTRONICS WORKBENCH lấy: - Điện áp ba pha 6kV mạng điện cao áp mỏ có trung tính cách ly thay 03 nguồn điện xoay chiều điện áp sin lệch pha 1200 - Điện dung riêng pha A, B, C lấy giống bằng1 nF jC.R V   3U f CR V Xây dựng mơ hình mơ mạch đầu vào rơ le bảo vệ chống chạm đất pha mạng trung tính cách ly 6kV khơng có biến áp đo lường HTMИ -6 , (4)  K.U f  KU A - Điện trở vào khuếch đại thuật toán RV sơ lựa chọn 10 k - Điện dung pha so với đất lựa chọn giá trị trung bình 0,5 F  KU đó: U  U A điện áp thứ tự không ngược pha với điện áp pha bị chạm đất; - Tải khởi hành trở nối có cơng suất 35 kW K = C.RV – hệ số truyền đạt mạch vào khuếch đại thuật toán - Sử dụng máy sóng có thư viện phần mềm để đo quan sát điện áp thứ tự không 3Uo tiến hành tạo chạm đất pha Điện áp mạch tách tín hiệu điện áp 3Uo lấy từ biến dòng thứ tự khơng có dạng: (5) - Sử dụng khoá K nối trực tiếp đất với pha A để tạo cố chạm đất hoàn tồn Như vậy, với mạch khuếch đại thuật tốn thiết kế hình lọc thành phần điện áp thứ tự không 3Uo từ cực máy biến dòng thứ tự khơng BI Sau xây dựng mơ hình mạch đầu vào rơ le bảo vệ chống chạm đất pha phần mềm ELECTRONICS WORKBENCH, kết thử nghiệm sau: U  K ht U V  K ht K.U 58 Hình Kết mơ mạch đầu vào rơ le bảo vệ chống chạm đất pha với đại lượng 3Uo 3Io khởi hành có chạm đất pha A Nhận xét: - Kết thu tín hiệu 3uo 3Io chạm đất pha khởi hành có lắp mạch đầu vào rơ le bảo vệ chạm đất pha cho thấy tín hiệu 3Io ln chậm sau 3Uo góc khoảng 90 (hình 4) Hình Kết mơ cho tín hiệu dòng chạm đất 3Io Tại khởi hành chạm đất không chạm đất pha 58 - Khi xảy chạm đất pha, dòng điện thành phần tín hiệu điện áp thứ tự khơng thứ tự không khởi hành bị chạm đất 3Uo Qua kết mô mạch khuếch đại không chạm đất ln ngược pha 1800 thuật tốn để tách tín hiệu 3Uo từ máy biến Điều chứng minh khởi hành bị dòng thứ tự khơng BI cho thấy kết nhận chạm đất pha dòng thứ tự khơng ln chậm đượcầphnr ứng với chất tượng pha sau điện áp thứ tự khơng (tính chất điện chạm đất pha cảm) dòng thứ tự khơng khởi hành khơng chạm đất vượt pha trước điện áp thứ TÀI LIỆU THAM KHẢO tự khơng góc khoảng 900 (tính chất điện dung) [1] Букстояров В.Ф., Шущкий В.И Защита от замыканий на землью в Kết luận Để lấy tín hiệu dòng điện địên электроустановках 6-35 кВ Изд Екатенбург, áp thứ tự khơng có cố chạm đất pha 1999г khởi hành lưới điện cao áp kV không [2] Пивнях Г.Г., Шкрабец Ф.П có biến áp đo lường HTMИ -6, sử dụng Несиметричные повреждения в máy biến dòng thứ tự khơng BI 02 mạch электрических сетях карьеров Изд Москва khuếch đại thuật tốn để lấy 02 tín hiệu 3Uo “недра”, 1993г 3Io Mạch khuếch đại vi sai cho phép lấy [3] В.И Карлащук Электронная hai cực máy biến dòng thứ tự khơng BI лабаратория на IBM (Программа Electronics thành phần tín hiệu dòng điện thứ tự khơng 3Io, workbench и ее применение) Изд “СОЛОН mạch khuếch đại đồng pha cho phép tách пресс”, Москва 2003 SUMMARY Research, design input circuit of the selectivity relay earth fault protection of single phase for high voltage power distribution stations 6kV mine with isolation neutral no measurement transformer HTMИ - Dinh Van Thang, Hanoi University of Mining and Geology With the high voltage grid kV in mine is not equipped measurement transformer type HTMИ-6 problems installing equipment to protect earth fault to ground selectivity become very difficult and not feasible In order to resolve this problems, the author proposed one equipment earth fault protection of single-phase to the ground with special input circuit The proposed solution is just to use the currents transformer BI with 02 operational amplifiers algorithm for separating two signal 3Io and 3Uo for operation Using the applicated functions of operational amplifier to perform the task MƠ HÌNH MẠNG ĐIỆN MỎ HẦM LỊ… (tiếp theo trang 53) SUMMARY Modeling the power system 1140 voltage of underground mines in Quang Ninh area with the view of safety from electrical shock Nguyen Van Quan, Quang Ninh University of Industry Kim Ngoc Linh, Hanoi University of Mining and Geology This paper presents the results of research to build models of of underground mines in Quang Ninh area with the view of safety from electrical shock From the research results overview of the model calculated leakage in underground mines electricity network and research results about the transition to disconnect the three-phase asynchronous motor from the power supply, the authors propose a leakage current model calculation applied to the electric network voltage 1140V underground mines in Quang Ninh A new feature of the model is telling the influence of stator voltage of large capacity engine after disconnected from the power supply to the leakage current 58 ... 2.1 Mạch thu tín hiệu dòng thứ tự khơng Từ sơ đồ ngun lý mạch điện đầu vào rơ le bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc cho trạm phân phối điện cao áp mỏ 6kV mạng trung tính cách ly khơng có biến áp. .. vào rơ le bảo vệ chống chạm đất pha mạng trung tính cách ly 6kV khơng có biến áp đo lường HTMИ -6 , (4)  K.U f  KU A - Điện trở vào khuếch đại thuật toán RV sơ lựa chọn 10 k - Điện dung pha. . .Rơ le bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc cho khởi hành 6kV trung tính cách ly khơng có biến áp đo lường HTMИ -6 xây dựng dựa nguyên lý tác động bảo vệ theo dấu đại lượng công suất thứ tự không,