Tài liệu Các phần tử bảo vệ trong hệ thống điện - chương 5 pdf

A GIỚI THIỆU CHUNG Do điều kiện lịch sử, loại rơle bảo vệ nước ta phần lớn có xuất xứ từ Liên Xơ cũ Các loại chủ yếu rơle điện Trong trình khai thác sử dụng loại rơle bộc lộ nhiều nhược điểm sau:  Độ nhạy độ xác bảo vệ chưa cao, dễ bị ảnh hưởng nhiễu loạn bên nguyên lý truyền xử lý tín hiệu tương tự  Chi phí khai thác, sử dụng cao, chi phí kiểm tra, chỉnh định lại tham số bảo vệ thường xun theo định kỳ , ngồi cịn có thiệt hại việc ngừng cung cấp điện công việc gây  Việc thay đổi cấu tham số bảo vệ thường kèm theo chi phí lớn, thực tế hệ thống bảo vệ nhị thứ thường không đáp ứng kịp với thay đổi phần thứ biến động nguồn tải  Khả cung cấp thông tin hệ thống điện chế độ làm việc bình thường cố chưa cao nên gây nhiều khó khăn cho việc xác định ngun nhân vị trí cố xảy  Tốc độ phát cách ly cố chưa nhanh Trên sở phần xin giới thiệu sơ lược cấu tạo rơle số, nguyên lý làm việc ví dụ rơle so lệch kỹ thuật số loại KBCH130 ALSTOM T&D Protection & Control Ltd sử dụng trạm phân phối miền Trung Việt Nam (như trạm110 Mã Vòng Nha Trang,) B TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ I Ưu nhược điểm rơle số I.1 Ưu điểm: Ưu việt lớn rơle số so với loại rơle khác khả tổ hợp chức bảo vệ thuận lợi rộng lớn, việc trao đổi xử lý thông tin với khối lượng lớn với tốc độ cao làm tăng độ nhạy, đọ xác, độ tin cậy mở rộng tính bảo vệ  Hạn chế nhiễu sai số việc truyền thơng tin số  Có khả tự lập trình nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối tượng bảo vệ khác  Cơng suất tiêu thụ nhỏ  Có khả đo lường nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều chỉnh tự động từ xa I.2 Nhược điểm:  Giá thành cao nên đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn để thay rơle cũ rơle số  Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao  Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng việc sữa chửa nâng cấp thiết bị 177 II Cấu trúc phần cứng rơle số II.1 Cấu trúc điển hình rơle số: Hình 5.1 minh hoạ cấu trúc điển hình phần cứng rơle Điện áp đầu vào dòng điện đầu vào rơle lấy qua BU BI từ đối tượng bảo vệ Lưu ý tín hiệu tương tự chuyển sang tín hiệu số điện áp nên tín hiệu dịng điện trước tiên phải biến đổi sang điện áp theo nhiều cách Ví dụ: cho dịng điện chạy qua điện trở có giá trị xác định lấy điện áp hai đầu điện trở để biểu diễn dịng điện Sau tín hiệu lọc lọc giải mã Hoạt động rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ BI, BU sau biến đổi thành tín hiệu phù hợp Các tín hiệu biến đổi đưa vào chọn kênh Bộ xử lý trung tâm gởi tín hiệu mở kênh mong muốn Đầu chọn kênh đưa vào biến đổi tương tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số đưa vào vi xử lý Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thơng qua lấy giữ mẫu (S/H) Vì chuyển đổi tương tự - số (ADC) thường đắt nên thiết kế người ta cố gắng tinh giản sử dụng ADC rơle số, lý mà vi xử lý có đặt dồn kênh (multiplexer) để lựa chọn tín hiệu cần thiết cung cấp cho đầu vào ADC Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng 25 s nên phải trì tín hiệu tương tự đầu vào ADC suốt trình chuyển đổi từ tương tự sang số Điều thực khuyếch đại trì lấy mẫu S/H Tín hiệu đầu ADC biến đổi tùy ý vi xử lý Nhìn chung rơle số người ta sử dụng nhiều vi xử lý (để thực chức khác nhau) Ví dụ vi xử lý TMS320 để thực thuật toán rơle, vi xử lý 80186 để thực phép toán logic Bộ vi xử lý đưa vào chế độ làm việc theo chương trình cài đặt sẵn nhớ ROM, nhớ không thay đổi không bị liệu bị nguồn Nó so sánh thơng tin đầu vào với giá trị đặt chứa nhớ EEPROM (bộ nhớ đọc, lập trình điện xóa điện) Các phép tính trung gian lưu giữ tạm thời nhớ RAM Modul nguồn làm nhiệm vụ biến đổi nguồn chiều thành nhiều nguồn chiều có cấp điện áp khác để cung cấp cho chức khác rơle Đây biến đổi DC/DC với đầu vào lấy từ acquy, nguồn chỉnh lưu lấy điện từ lưới điện tự dùng trạm Vì nguồn cung cấp từ acquy thường không ổn định rơle số lại nhạy thăng giáng điện áp nên nội rơle số tích hợp nguồn DC phụ có giá trị biến đổi với phạm vi ± V ± V nhằm ổn định nguồn cung cấp cho rơle số II.2 Giao din ca rle s: u i DC Đèu vào t-ơng t Modul ngun Bin đèu vào B dn kênh S/H ADC ROM RAM EE PROM Vµo sỉ v1 Giao din ng-íi dng Bĩ vi x lý Thơng tin v2 v3 178 Hình 5.1: Cấu trúc phần cứng điển hình rơle số Thiết bị xa  cố Truyền liệu (communication) điều cần thiết ba lý sau đây: Để dễ dàng cho việc cài đặt chương trình vào bên rơle  Rơle phải trao đổi liệu với phận đo lường xa  Rơle phải phát tín hiệu cắt (Trip) tín hiệu báo động (Alarm) có Khơng giống rơle điện loại rơle tĩnh khác, rơle số không cần phải hiệu chỉnh Việc cài đặt thường thực chương trình phần mềm từ máy tính cá nhân hay tích hợp rơle Vì lý mà số loại giao diện sử dụng để người dùng trao đổi liệu với rơle * Loại 1: Loại phổ biến loại rơle số đại có hình tinh thể lỏng (LCD) bàn phím lắp mặt trước rơle Để nhập giá trị cài đặt, người sử dụng phải ấn phím để hiển thị thay đổi giá trị số xuất hình * Loại 2: Sử dụng hình hiển thị thông thường (VDU) nối đến rơle số thông qua cổng nối tiếp Loại giao diện thường thấy trạm biến áp (để hiển thị sơ đồ vận hành) sử dụng sơ đồ kết nối với rơle trạm qua modem từ trung tâm điều khiển xa để lấy liệu hay cài đặt lại thông số Yêu cầu rơle số phải có phương pháp phát tín hiệu cắt tín hiệu báo động thích hợp Vì tín hiệu có dạng mã nhị phân (Binary) vi xử lý dễ dàng giải mã địa Điều thực khối tín hiệu đầu (digital output) hình 5.1 Mặc dù cơng nghệ số áp dụng bảo vệ rơle tín hiệu cắt báo động phải tín hiệu tương tự để đưa đến rơle điện thực mệnh lệnh II.3 Môi trường làm việc rơle: Trạm biến áp môi trường điện từ nguy hiểm rơle kỹ thuật số nằm gần đường dây cao áp, dao cách ly máy cắt Khi có cố hay đóng cắt xảy điều cần thiết khơng cho nhiễu bên xâm nhập vào rơle làm ảnh hưởng đến làm việc bình thường Những nhiễu tác động không mong muốn gọi tác hại điện từ EMI (electromagnetic intefrence) Có hai nguyên nhân sinh EMI trạm biến áp là:  Do thao tác đóng cắt đường dây hay xung sét truyền từ ngồi đường dây làm nhiễu tín hiệu điện áp đầu vào rơle  Do sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện sóng radio Vì vi xử lý làm việc với tốc độ cao nên rơle số dễ bị ảnh hưởng EMI Vì điều bắt buộc chế tạo rơle số phải có tính tương hợp điện từ EMC (Electromagnetic compatibility) Để rơle số đáp ứng EMC phải áp dụng biện pháp thích nghi Các rơle điện khơng chịu ảnh hưởng EMC, việc dùng rơle số gặp trở ngại định bên cạnh ưu điểm C RƠLE SO LỆCH SỐ KBCH130 Rơle hồn tồn xử lý tín hiệu số, rơle sử dụng hai vi xử lý: xử lý tín hiệu số (DSP) thực thuật tốn bảo vệ, có nhiệm vụ xử lý tín hiệu dịng áp biến đổi thành tín hiệu số từ chuyển đổi A/D để đưa lệnh bảo vệ 179 báo hiệu phù hợp với tính trạng bảo vệ vi xử lý 80C196 thực chức truyền liệu với thiết bị bên bàn phím, hình LCD để cài đặt thơng số hiển thị tình trạng rơle, thực phép tốn logic Rơle kết nối rơle khác thiết kế tương đồng với máy vi tính Các tín hiệu dịng áp đưa vào biến đổi tín hiệu để biến đổi thành tín hiệu thích hợp để rơle xử lý, sau tín hiệu đưa đến lọc để tránh lỗi giả Tín hiệu sau qua lọc đưa vào chuyển đổi tương tự số (A/D) thông qua chọn kênh để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số đưa vào vi xử lý DSP Thođng sô va tnh tráng bạo v Tn hiu t boô chuyeơn oơi A/D DSP Boô cach ly quang 80C19 Tn hieôu cai aịt Ban phm Man hnh tinh theơ long (LCD) Cac rle khac Coơng truyeăn nôi tiêp Hnh 5.2: S oă khôi rle KBCH Rơle KBCH130 có 13 đầu vào tương tự dịng áp, đầu vào dòng điện dùng cho bảo vệ so lệch, đầu vào dòng dùng cho bảo vệ chống chạm đất có giới hạn (REF) đầu vào áp dùng cho bảo vệ kích thích Rơle sử dụng phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT: Discrete Fourier transform) để lọc tín hiệu rời rạc DFT cộng cụ toán học manh cho phép xác định loại tín hiệu có tần số định N giá trị lấy mẫu I Các chức rơle KBCH * Chức bảo vệ Bảo vệ so lệch  Bảo vệ so lệch ngưỡng thấp có hãm  Bảo vệ so lệch ngưỡng cao Bảo vệ so lệch chống chạm đất có giới hạn cuộn dây MBA Bảo vệ kích thích Tác động hãm xuất dịng từ hố tăng vọt Khố bảo vệ thành phần sóng hài bậc Chức logic: đầu vào tín hiệu cách ly quang, mạch đầu vào cách ly quang chứa điôt phát quang để bảo vệ rơle trường hợp đấu lộn cực tính tín hiệu đầu vào Sự đa dạng chức bảo vệ rơle KBCH không ứng dụng để bảo vệ MBA mà cịn sử dụng chức bảo vệ so lệch bảo vệ tổng trở cao để bảo vệ cho thiết bị sau: + Bộ máy phát - máy biến áp + Máy phát điện + Kháng điện * Câc chức khâc (chức khng bảo vệ): Chức ghi cố (tóm tắt lý rơle tác động cắt) Ghi kiện (tóm tắt kiện xảy với rơle) Liên lạc thông tin với thiết bị xa cổng nối tiếp 180 Điều khiển đầu phân áp từ xa Chức hiển thị giá trị đo lường Có thể hiển thị thứ tiếng: Anh, Pháp, Đức, Tây Ban Nha II Các thông số kĩ thuật II.1 Các đầu vào: Đầu vào dòng điện (Iđm): Định mức Iđm = 1A Iđm = 1A Quá tải cho phép 3sec lâu dài 3Iđm 30Iđm 3Iđm 30Iđm 1sec 100Iđm 400Iđm Đầu vào điện áp (Uđm): Nguồn nuôi (Ux): Định mức Uđm = 100/120V Định mức Phạm vi cho phép 0/140V Phạm vi có hiệu lực DC AC 50/60Hz 24/125V ac/dc 20/150V 50/133V 48/250V ac/dc 33/300V 87/265V Tần số (fđm): Định mức Phạm vi thay đổi tải 50Hz 60Hz 13/68Hz Nguồn cung cấp đầu vào cách ly quang: Định mức Phạm vi thay đổi tải 50V dc 25/60V Max 190V 380V II.2 Công suất tiêu thụ: Mạch bảo vệ so lệch Với Iđm = 1A : 0,045 VA Với Iđm = 5A : 0,022 VA Mạch bảo vệ chống chạm đất Với Iđm = 1A : 0,085 VA Với Iđm = 1A : 0,24 VA Khơng có điện trở ổn định Mạch điện áp (bảo vệ kích thích) Uđm = 100/120V < 0,002 VA điện áp 110V Nguồn thao tác DC: Version điện áp thấp 4,8/8W Version điện áp cao 4,8/8W AC: Version điện áp thấp 6,78/12W Version điện áp cao 7/21W 181 Đầu vào cách ly quang 0,25 W II.3 Vùng giá trị chỉnh định chức bảo vệ: * Cấu hình MBA Hai ba cuộn dây * Chức bảo vệ so lệch Ngưỡng thấp: tầm đặt Id> = (0,1÷ 0,5)Iđm bước 0,1Iđm Thời gian tác động 35msec Ngưỡng cao: tầm đặt Id>> = (5 ÷ 20)Iđm bước 0,5Iđm Thời gian tác động 15msec * Chức khoá bảo vệ suất thành phần sóng hài bậc Tầm đặt Iof = (10 50)% bước 5% Thời gian khóa bảo vệ: tOF = 0,1sec 4h bước 0,01 * Chức bảo vệ chống chạm đất có giới hạn Cuộn cao áp: I0 > HV Cuộn trung áp: I0 > LV1 (0,05÷1,0)Iđm bước 0,005 Cuộn hạ áp: I0 > LV2 Thời gian tác động (20 ÷ 40) ms * Bảo vệ kích thích V/f (cắt) Char (DT: thời gian độc lập, IDMT: thời gian phụ thuộc) V/f (cắt) 1,53 V/ Hz bước 0,01 tV/f (cắt) 0,1 60s bước 0,1 (chọn DT) V/f (cắt) TMS 63 bước (chọn IDMT) V/f (cảnh báo) 1,5 V/ Hz bước 0,01 tV/f (cảnh báo) 0,1 60s bước 0,1 II.4 Các tiếp điểm: Rơle có tiếp điểm đơn thường mở Trong tiếp điểm cảnh báo, tiếp điểm cắt tiếp điểm đưa tín hiệu điều chỉnh tăng (tap up), giảm(tap down) đầu phân áp Hai tiếp điểm thường đóng, thường mở để biểu thị tình trạng rơle đèn LED hình LCD hiển thị 16 kí tự mặt trước rơle Các menu cài đặt thơng số rơle Các phím sử dụng chương trình đặt mặt trước rơle [F]: Chọn chức [+]: Tăng giá trị [-]: Giảm giá trị [0]: Thiết đặt lại/Thoát Menu gồm thành phần: System data: thay đổi chức rơle Fault records: chức ghi cố, cho phép người điều hành có thông tin cố xảy khứ lưu nhớ, xoá trang ghi cố Measurements: đo lường thông số hiển thị giá trị đo lường 182 Settings: kích hoạt chức bảo vệ thiết đặt thơng số cho rơle Rơle KBCH130 có hai menu Setting (Setting(1) Setting(2)) để thích ứng với chế độ vận hành hệ thống điện Logic functions: kích hoạt chức logic, chức điều khiển xa III Chức bảo vệ so lệch Rơle có khả tự động bù trị số pha dòng điện thứ cấp BI bên MBA, nhờ vào phần mềm ICT (interposing current transformer) rơle mà khơng cần biến dịng trung gian Rơle chứa hai thuật tốn bảo vệ so lệch mơ tả đây: III.1 Bảo vệ so lệch ngưỡng thấp có hãm (Id>): Đặc tính hãm bảo vệ so lệch ngưỡng thấp hình vẽ Dịng so lệch xác Idiff (×Im) định: (Với MBA ba cuộn dây) I diff = &1 + & + &3 I I I Dòng điện hãm xác I I I định: I bias = &1 + & + &3 ( ) Tác động 80% Vùng đặt (0,1- 0,5)Im Hãm 20% Trong đó: & & & I1, I , I : dòng điện Ibias (×Im) phía MBA sau biến đổi qua BI Hình 5.3: Đặc tính tác động hãm hiệu chỉnh trị số rơle KBCH góc pha Giá trị dòng khởi động bảo vệ so lệch ngưỡng thấp: 0,1Iđm 0,5Iđm bước 0,1Iđm(với Iđm dòng điện định mức rơle) Giá trị chọn phụ thuộc vào công suất MBA dịng khơng cân xuất điều kiện làm việc bình thường Đặc tính tác động hãm  Đoạn a (độ dốc 20%): Biểu thị dòng khởi động bảo vệ, có kể đến sai số máy biến dòng 5% sai số việc điều chỉnh đầu phân áp 15%  Đoạn b (độ dốc 80%): Tính đến khả khố bảo vệ xuất hiện tượng bão hồ khơng giống máy biến dịng Bảo vệ so lệch có hãm ngưỡng thấp bị khoá xuất hiện tượng dịng từ hố tăng vọt * Hiệu chỉnh tỷ số góc pha BI Để đảm bảo rơle làm việc điều kiện làm việc bình thườngcũng có ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ, rơle KBCH130 có cung cấp hệ số hiệu chỉnh tỷ số BI từ 0,05 đến nhằm cân dòng vào rơle so lệch Ví dụ: Bảo vệ cho MBA hai cuộn dây 20MVA, Δ/Yo_1, 33/11KV 183 20.103 Dòng định mức 33KV = = 350A Chọn BI phía 33KV 400/1A 33 350.1 Dòng thứ cấp BI = = 0,875A 400 Δ/Yo_1 0,875 -30O 0,7 0O 1A KBCH Yy0 softwave ICT 1A Y∆11 softwave ICT 87T 0O 0O Hình 5.4: Sơ đồ bảo vệ MBA 20.103 = 1050A Chọn BI phía 11KV 1500/1A 11 1050.1 Dịng thứ cấp BI = = 0,7A 1500 Hệ số hiệu chỉnh dòng khơng cân BI phía MBA xác định (với đầu vào rơle 1A): = 1,14 (giá trị đặt cho rơle) Phía 33KV hệ số hiệu chỉnh 0,875 Phía 11KV hệ số hiệu chỉnh = 1,43 (giá trị đặt cho rơle) 0,7 Bảng chọn hệ số bù pha rơle cung cấp Dòng định mức 11KV = Tổ nối dây máy biến áp Góc pha Yy -0 Δy1 YΔ1 Yy2 Yy4 Δy5 00 -300 -300 -600 -1200 -1500 Yy0 Yz1 ?z2 ?z4 ?z-0 lệch Hệ số bù pha (giá trị đặt cho rơle) Cao áp Hạ áp Y(?)y0 Y(?)y0 Yy0 Y?11 Y?1 Y(?)y0 Y?1 Y?11 Y?11 Y?7 Yy0 Y?7 184 YΔ5 Yy6 Δy7 YΔ7 Yy8 YΔ9 Yy10 Δy11 YΔ11 Yz5 Yy6 ?z6 Yz7 ?z8 ?z10 Yz11 -1500 1800 +1500 +1500 +1200 +900 +600 +300 +300 Y?5 Y(?)y0 Yy0 Y?7 Y?7 Y?9 Y?11 Yy0 Y?11 Y(?)y0 Y(?)y6 Y?5 Y(?)y0 Y?11 Y?0 Y?1 Y?1 Y(?)y0 III.2 Bảo vệ so lệch ngưỡng cao (Id>>): Bảo vệ so lệch ngưỡng cao tác động nhanh tức thời không hãm Khi dòng cố lớn lệnh tác động triển khai mà khơng phụ thuộc vào dịng điện hãm Vùng giá trị chỉnh định (5÷20)Iđm Dịng chỉnh định chọn lớn dịng từ hố tăng vọt sau hiệu chỉnh độ lớn IV Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn (REF) Rơle KBCH cung cấp chức bảo vệ chống chạm đất có giới hạn Ứng dụng REF dựa sở rơle so lệch tổng trở cao (lý thuyết phần bảo vệ so lệch góp dùng rơle tổng trở cao) Rơle không bị ảnh hưởng đầu phân áp V Bảo vệ kích thích, chức khố bảo vệ xuất sóng hài bậc Bảo vệ q kích thích có hai cấp tác động: cảnh báo tác động cắt máy biến áp bị kích thích thời gian dài Có thể chọn hai loại đặc tính thờigian độc lập phụ thuộc tùy vào yêu cầu thực tế Chức khố sóng hài bậc dùng để tránh bảo vệ so lệch ngưỡng thấp tác động MBA bị q kích thích thống qua Tín hiệu cung cấp cho bảo vệ kích thích lấy từ tín hiệu áp phía nguồn MBA Tín hiệu cung cấp cho chức khố sóng hài bậc cung cấp từ dạng sóng dịng so lệch pha VI Chức logic Có đầu vào tín hiệu cách ly quang (Aux0 - Aux7) dùng để kết nối tín hiệu bảo vệ bên ngồi cung cấp (như tín hiệu cảnh báo rơle Buchholz, rơle nhiệt ) Khi rơle đóng vai trị rơle trung gian để báo động tác động cắt MBA theo hoạt động bảo vệ bên VII Điều khiển thay đổi đầu phân áp Rơle KBCH cung cấp chức thay đổi đầu phân áp tay từ xa 185 VIII Sơ đồ nối dây rơle KBCH 130 bảo vệ cho MBA cuộn dây 186 69 70 71 72 73 74 75 I0 76 77 21 78 79 22 23 80 81 24 25 82 83 26 A B 84 29 C WD Nguoăn nuođi AC/DC a b I0 27 I0 + WD - Rle s coâ 30 14 32 34 c 36 17 38 Tn hieôu caĩt 40 18 42 46 44 29 48 Taíng PA 31 50 33 52 Cac aău vao tn hiu cach ly quang Rle tôt 13 35 Giạm PA 37 45 Cạnh bao 39 47 41 Tn hieôu caĩt 43 49 50 57 53 54 56 55 + - ieôn ap nuođi aău vao cach ly quang Hình 5.5: Sơ đồ nối dây KBCH130 bảo vệ MBA cuộn dây 187 D RƠLE KHOẢNG CÁCH MICOM P44X I giới thiệu chung rơle khoảng cách số micom p44x Các rơle khoảng cách MICOM loại sản phẩm hệ thống bảo vệ điều khiển ALSTOM T&D Đây loại rơle kỹ thuật số ứng dụng cơng nghệ đại Chúng cung cấp khả bảo vệ toàn diện cho động cơ, máy phát, xuất tuyến ĐZ khơng, mạng điện cáp, ĐZ có bù dọc Như vậy, rơle khoảng cách số MICOM P441, P442 P444 hồn tồn đáp ứng yêu cầu bảo vệ cho tất TBA truyền tải phân phối cấp điện áp hệ thống điện Các rơle khoảng số MICOM tích hợp hồn hảo phần cứng phần mềm, cho phép xử lý mềm dẻo, xác tình cố gần, xa, cố chồng chéo MICOM có thư viện với đầy đủ sơ đồ logic ứng dụng sơ đồ logic khả trình, kết hợp với khả đo lường, thu thập - xử lý nhanh tình xảy hệ thống đưa phương thức xử lý hợp lý cho loại cố Đặc biệt nhờ thuật tốn dị tìm chuẩn đốn tiên tiến mà rơle khoảng cách số MICOM phán đốn tình cố trước thực xảy hiển thị cảnh báo số đo lường mà dạng sóng đồ thị véctơ chúng thơng qua cổng truyền thơng số đại Ngồi phần mềm cài đặt cho rơle, MICOM cịn có phần mềm mô với giao diện giống thực tế với cửa sổ Window phân lớp đa năng, đồng thời lập trình kết nối trực tiếp với rơle để thu thập - truy xuất liệu thơng qua hệ thống modem Do dùng phần mềm phục vụ cho công tác đào tạo, huấn luyện cài đặt rơle khoảng cách Ngoài chức bảo vệ khoảng cách, MICOM P441, P442 P444 cung cấp chức bảo vệ khác chức năng: dòng (50/51), dòng chống chạm đất (50/51N), điện áp (59), điện áp giảm (27), TĐL (79), từ chối cắt (51BF), chống dao động công suất (78), chống đóng điện vào điểm cố (50/27), kiểm tra đồng (25) I.1 Cấu hình chung rơle khoảng cách số MICOM: Hình dáng bên ngồi rơle MICOM P441 hình 5.6 Trong đó: (1): hình tinh thể lỏng (LCD) hiển thị 16 kí tự hai hàng (2): bốn đèn led cố định (3): tám đèn LED hiển thị vùng khả Hình 5.6: Hình dáng bên ngồi trình rơle MICOM P441 (4): hệ thống phím chức (5): phím chức đọc, xố kí tự hiển thị thời gian (6): vỏ bọc kí hiệu sản phẩm (7): che chắn bảo vệ đầu kết nối cổng truyền thơng (8): phần đầu kẹp chì 188 Ngồi cấu hình chung trên, rơle khoảng cách số MICOM họ P44X cịn có đặc điểm riêng sau: P441: có đầu vào logic cung cấp cho hình hiển thị chức khác, 16 đầu để truyền tín hiệu cắt máy cắt, hiển thị thời gian, truyền thông xa chức khác P442: có 16 đầu vào logic 21 đầu số, đồng hồ đồng thời gian thực, đầu nối truyền thơng với cáp quang P444: có 24 đầu vào logic số 32 đầu ra, đồng hồ đồng thời gian thực, đầu nối truyền thông với cáp quang Thời gian tác động nhanh rơle khoảng cách số MICOM đạt khoảng 18 msec Rơle khoảng cách MICOM có hai loại cổng truyền thông là: cổng truyền thông nội (local communication port) cổng truyền thông từ xa (remote communication port) Cổng truyền thông nội bộ: gồm mạch giao tiếp thiết kế sử dụng kết nối trực tiếp với máy tính để thu thập liệu hay tải chương trình, sơ đồ logic, thông số cài đặt sử dụng phần mềm mô S1 để kết nối rơle với Cổng truyền thông từ xa sử dụng để kết nối với thiết bị truyền tin trao đổi thông tin trung tâm điều khiển với rơle, truyền tín hiệu cắt liên động hai rơle hai đầu ĐZ Nhờ cổng truyền thông từ xa mà người ta xây dựng TBA vận hành hồn tồn tự động khơng cần người trực, từ nâng cao tính tự động hoá, khả đồng bộ, độ tin cậy chất lượng điện hệ thống điện I.2 Các lợi ích việc sử dụng rơle khoảng cách số MICOM: Rơle khoảng cách số MICOM P441, P442 P444 loại trừ cố cách nhanh chóng nhờ vào việc ứng dụng kết hợp tốc độ xử lý phần cứng với giải thuật tối ưu phần mềm, làm cho bảo vệ tác động có tính chọn lọc độ tin cậy cao Không thế, rơle khoảng cách số MICOM cịn tích hợp nhiều mơđun có nhiều chức khác gọn nhẹ, điều làm cho MICOM trở thành bảo vệ đa mà khơng phải bảo vệ có như: Tiêu chuẩn hoá các rơle cho tất ứng dụng Đơn giản hoá phụ tùng với đầu vào biến dòng (TI) biến điện áp (TU) Khơng cần thiết phải có thêm bảo vệ bổ sung như: bảo vệ dòng (50/51), dòng chạm đất (50/51N), bảo vệ điện áp (59/27), TĐL (79), kiểm tra đồng (25), bảo vệ chống dao động cơng suất (78), chống đóng điện vào điểm cố (50/27), cố máy cắt (50BF), thiết bị tự động ghi lại trạng thái cố, thiết bị đo lường Chuẩn đốn lỗi nhanh chóng với thơng tin lỗi, nhật kí kiện thống kê lỗi Cung cấp khả bảo vệ tối ưu khả tự kiểm tra thân phần cứng, phần mềm nhờ giám sát hệ thống Nó kiểm tra tình trạng TU, TI, máy cắt Tăng cường độ tin cậy cho bảo vệ nhờ sử dụng hai kỹ thuật đo khác Thời gian xử lý thao tác nhanh, đạt đến 10 msec cho chức dòng 18 msec cho chức khoảng cách Một hệ thống thư viện với đầy đủ sơ đồ logic ứng dụng sơ đồ logic khả trình Các cổng vào/ra số tốc độ cao, đặc biệt cổng nối trực tiếp với hệ thống cáp quang thông qua đầu ghép nối mà không cần đệm Các chương trình mơ đa dạng, dễ xử dụng chạy môi trường Window cho phép huấn luyện thao tác cài đặt mơ kết nối giao tiếp trao đổi thông tin với rơle 189 II ứng dụng rơle khoảng cách số Micom họ P44x II.1 Chức bảo vệ khoảng cách: Đây chức bảo vệ rơle khoảng cách số MICOM Nó gồm hệ thống dị tìm cố, hệ thống đo khoảng cách hệ thống xác định hướng cơng suất (dịng điện) cố Chức bảo vệ khoảng cách gồm hai phần: bảo vệ khoảng cách cho cố pha (21P) bảo vệ khoảng cách cho cố chạm đất (21G) II.1.1 Bảo vệ khoảng cách cho cố pha: Rơle khoảng cách số MICOM P441, P442 P444 có vùng bảo vệ cho cố pha đặc tuyến tổng trở tứ giác đặc trưng hình 5.8 Hình 5.7: Sơ đồ bảo vệ ĐZ rơle khoảng cách số MICOM Nó bảo vệ tất cố pha xảy vùng tác động tứ giác đặc trưng định hướng sau: Vùng 1, ,3 vùng tác động theo hướng thuận, dùng bảo vệ khoảng cách ba cấp thông thường, ý vùng mở rộng đến vùng 1X (vùng mở rộng Zone 1X) cần thiết Vùng P (Zone P) vùng khả trình Có thể chọn theo vùng hướng thuận hướng ngược Vùng vùng hướng ngược 190 II.1.2 Bảo vệ khoảng cách cho cố chạm đất: Hình 5.8: Tứ giác đặc trưng Hình 5.9: Tứ giác đặc trưng cho cho cố pha cố chạm đất MICOM cung cấp vùng bảo vệ cho cố chạm đất thể mạch vòng tổng trở tứ giác đặc trưng hình 5.9 Sơ đồ bảo vệ tất cố chạm đất xảy vùng bảo vệ xem phần cố pha Đối với cố chạm đất, dòng điện dư bắt nguồn từ tổng véctơ dòng điện đầu vào (Ia + Ib + Ic) giả tưởng chạy qua mạch vòng cố pha - đất Vì vậy, mạch vịng cố vùng phải mở rộng hệ số nhân (1+kZ0) để so sánh với thành phần thứ tự thuận cho phù hợp với cố pha KZ0 gọi hệ số dòng điện dư xác định sau: kZ = (Z − Z1 ) / 3.Z1 ∠kZ = ∠(Z − Z1 ) / 3.Z1 (Độ) Trong đó: Z1: tổng trở thứ tự thuận ĐZ Z0: tổng trở thứ tự không ĐZ II.1.3 Tính tốn cài đặt vùng cho rơle khoảng cách số MICOM: Mỗi vùng khoảng cách kích hoạt khơng sử dụng, nghĩa chức vùng kết nối để tham gia bảo vệ A B C không lựa chọn Để kích hoạt vùng giá trị ô chọn vùng phải chọn bit “1”, cịn bit “0” Hình 5.10 khơng dùng vùng Chú ý vùng khoảng cách ln kích hoạt Tất giá trị cài đặt vùng tính tốn hệ tọa độ cực Z∠θ Trong Z tính đơn vị Ohm (Ω) θ0 (độ) 191 Vùng 1: Của bảo vệ khoảng cách nên cài đặt cho bao phủ nhiều phần đường dây bảo vệ mà cho phép cắt tức thời có chọn lọc với tất cố xảy vùng Tổng trở đặt vùng thường xác định khoảng (80 ÷ 85)% tổng trở đoạn ĐZ mà làm bảo vệ Đối với rơle khoảng cách số MICOM, giá trị tổng trở đặt vùng xác định theo công thức: (I Z så) = 0,8.Z AB (Ω ) (4-80a) N ct (4-80b) (Ω ) N vt Với: Nct, Nvt tỷ số biến biến dòng biến điện áp Vùng khoảng cách vùng tác động chọn lọc tuyệt đối nên thời gian đặt vùng chọn (sec) Vùng 2: Giá trị tổng trở đặt vùng nên cài đặt cho bao phủ 20% đoạn cuối ĐZ cịn lại khơng bao phủ vùng tồn phần góp trạm liền kề mà ngắn mạch đó, bảo vệ khoảng cách trạm tác động Thông thường để đơn giản, người ta lấy giá trị đặt vùng khoảng 120% giá trị tổng trở đoạn đường dây bảo vệ Để cắt nhanh cố xảy vùng 2, dùng sơ đồ cắt liên động vùng mở rộng lớn tốt Tuy nhiên vùng không vượt vùng bảo vệ khoảng cách đoạn ĐZ liền kề, điều cần thiết để đảm bảo phối hợp có chọn lọc với thời gian vùng bảo vệ bảo vệ liền kề Đây lý mà vùng bảo vệ khoảng cách nên cài đặt bao phủ 50% tổng trở đoạn ĐZ ngắn đoạn ĐZ liền kề Giá trị tổng trở vùng tính theo cơng thức: (I ) Z ( I ) = Z så thæï ( II Z så ) = Z AB + 0,3.Z BC (Ω ) (4-81a) N ct (4-81b) (Ω ) N vt Thời gian đặt vùng bảo vệ phối hợp với thời gian cắt vùng ĐZ liền kề Thời gian trễ nhỏ vùng lấy 200 msec Thời gian phải điều chỉnh yêu cầu phải phân cấp với vùng bảo vệ khác phối hợp để bảo vệ dự phịng cho bảo vệ đoạn liền kề Thơng thường thời gian đặt cấp bảo vệ khoảng cách đặt TBA A,B,C xác định theo công thức: ( II Z ( II ) = Z så ) thæï I t II = t ( n + 1) + Δt n (4-82) Trong đó: I t ( n +1) : thời gian đặt cấp bảo vệ đoạn liền kề cần phối hợp Δt: bậc chọn lựa thời gian, thường Δt = 0,5 sec * Vùng 3: Thường dùng làm nhiệm vụ bảo vệ dự trữ cho vùng 1, vùng bảo vệ khoảng cách đoạn ĐZ liền kề, thực tế để đơn giản người ta thường tính giá trị tổng trở đặt vùng bảo vệ khoảng cách bao trùm 120% tổng trở ĐZ dài liền kề Điều cho phép rơle khoảng cách đặt TBA A cắt ngắn mạch ĐZ liền kề toàn bảo vệ đoạn không làm việc Tổng trở đặt vùng xác định theo công thức: III (4-83a) Z så = (Z AB + Z BC ).1,2 III N (4-84b) Z III = Z så ct (Ω ) thæï N vt Thời gian đặt vùng phối hợp với thời gian đặt vùng bảo vệ đoạn liền kề Thời gian tác động nhỏ vùng rơle khoảng cách MICOM đạt đến 400 msec 192 Vùng P: Là vùng khả trình, việc tính tốn cài đặt cho vùng P phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Các ứng dụng vùng P sử dụng bảo vệ dự phòng hướng ngược cho MBA, sử dụng vùng P hướng thuận để tăng số vùng bảo vệ Vùng P hữu ích cho trường hợp tương hỗ bảo vệ ĐZ kép Vùng 4: Là vùng hướng ngược, thường sử dụng làm bảo vệ cho TBA Khi tổng trở vùng cài đặt đến 25% tổng trở vùng 1của rơle phía hướng ngược cho ĐZ ngắn (