Cỏc hệ thống bảo vệ dựng thiết bị kỹ thuật số cú những ưu việt rất lớn như sau: + Tớch hợp được nhiều chức năng vào một bộ bảo vệ nờn kớch thước gọn gàng, được chuẩn húa.
+ Độ tin cậy và độ sẵn sàng cao, nhờ giảm được yờu cầu bảo chỡ cỏc chi tiết cơ khớ, trạng thỏi của rơle luụn được kiểm tra thường xuyờn.
+ Độ chớnh xỏc cao, cụng suất tiờu thụ nhỏ (≈0,1 VA).
+ Dễ dàng liờn kết với cỏc thiết bị khỏc và với mạng thụng tin đo lường, điều khiển toàn hệ thống điện.
+ Ngoài chức năng bảo vệ cũn cú thể thực hiện nhiều chức năng khỏc như: Đo lường, hiển thị, ghi chộp và lưu giữ thụng tin, thụng số trong hệ thống.
Hỡnh 4.5Sơđồ phương thức bảo vệ cho mỏy biến ỏp
RK 1 2 67N 50 BF 46 67 7SJ621 67N 50 BF 46 67 7SJ621 87N 49 87T 67 7UT613 110 kV 35 kV 220 kV 50 BF 7SJ621 Θ
Trang85
Trong đú:
1- 87T: Bảo vệ so lệch cú hóm
2- 87N: Bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế 3- 67: Bảo vệ quỏ dũng cú hướng
4- 67N: Bảo vệ quỏ dũng thứ tự khụng cú hướng 5- 46: Bảo vệ dũng điện thứ tự nghịch
Trang86
CHƯƠNG 5 :GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THễNG SỐ
CỦA CÁC RƠLE SỬ DỤNG 5.1RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613
5.1.1Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613
Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens chế tạo, được sử dụng để bảo vệ chớnh cho mỏy biến ỏp 3 cuộn dõy hoặc mỏy biến ỏp tự ngẫu ở tất cả cỏc cấp điện ỏp. Rơle này cũng cú thể dựng để bảo vệ cho cỏc loại mỏy điện quay như mỏy phỏt điện, động cơ, cỏc đường dõy ngắn hoặc cỏc thanh cỏi cỡ nhỏ (Cú từ 3-5 lộ ra). Cỏc chức năng khỏc được tớch hợp trong rơle 7UT613 làm nhiệm vụ dự phũng như bảo vệ quỏ dũng, quỏ tải nhiệt, bảo vệ quỏ kớch thớch, chống hư hỏng mỏy cắt. Bằng cỏch phối hợp cỏc chức năng tớch hợp trong 7UT613 ta cú thể đưa ra phương thức bảo vệ phự hợp và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle. Đõy là quan điểm chung để chế tạo cỏc rơle số hiờn đại ngày nay.
Đặc điểm của rơle 7UT613.
- Rơle 7UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bớt.
- Thực hiện xử lý hoàn toàn tớn hiệu số từ đo lường, lấy mẫu, số hoỏ cỏc đại lượng đầu vào tương tự đến việc xử lý tớnh toỏn và tạo cỏc lệnh, cỏc tớn hiệu đầu ra.
- Cỏch ly hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bờn trong của 7UT613 với cỏc mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do cỏc cỏch sắp xếp đầu vào tương tự của cỏc bộ chuyển đổi, cỏc đầu vào, đầu ra nhị phõn, cỏc bộ chuyển đổi DC/AC hoặc AC/DC.
- Hoạt động đơn giản, sử dụng panel điều khiển tớch hợp hoặc mỏy tớnh cỏ nhõn sử dụng phần mềm DIGSI.
a. Giới thiệu cỏc chức năng bảo vệđược tớch hợp trong rơle 7UT613
- Chức năng bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp. Đõy là chức năng bảo vệ chớnh của rơle 7UT613.
+ Đặc tớnh tỏc động cú hóm của rơle.
+ Cú khả năng ổn định đối với quỏ trỡnh quỏ độ gõy ra bởi cỏc hiện tượng quỏ kớch thớch mỏy biến ỏp bằng cỏch sử dụng cỏc súng hài bậc cao, chủ yếu là bậc 3 và bậc 5.
+ Cú khả năng ổn định đối với cỏc dũng xung kớch dựa vào cỏc súng hài bậc hai. + Khụng phản ứng với thành phần một chiều và bóo hoà mỏy biến dũng.
+ Ngắt với tốc độ cao và tức thời đối với dũng sự cố lớn.
- Bảo vệ so lệch cho mỏy phỏt điện, động cơ điện, đường dõy ngắn hoặc thanh gúp cỡ nhỏ.
Trang87
- Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF).
- Bảo vệ so lệch trở khỏng cao.
- Bảo vệ chống chạm vỏ cho mỏy biến ỏp. - Bảo vệ chống mất cõn bằng tải.
- Bảo vệ quỏ dũng đối với dũng chạm đất. - Bảo vệ quỏ dũng một pha.
- Bảo vệ quỏ tải theo nguyờn lớ hỡnh ảnh nhiệt. - Bảo vệ quỏ kớch thớch.
- Bảo vệ chống hư hỏng mỏy cắt.
Ngoài ra rơle 7UT613 cũn cú cỏc chức năng sau:
- Đúng cắt trực tiếp từ bờn ngoài: Rơle nhận tớn hiệu từ ngoài đưa vào thụng qua cỏc đầu vào nhị phõn. Sau khi xử lý thụng tin, rơle sẽ cú tớn hiệu phản hồi đến cỏc đầu ra, cỏc đốn LED…
- Cung cấp cỏc cụng cụ thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle.
- Cho phộp người dựng xỏc định cỏc hàm logic phục vụ cho cỏc phương thức bảo vệ. - Chức năng theo dừi, giỏm sỏt:
+ Liờn tục tự giỏm sỏt cỏc mạch đo lường bờn trong, nguồn điện của rơle, cỏc phần cứng, phần mềm tớnh toỏn của rơle với độ tin cậy cao.
+ Liờn tục đo lường, tớnh toỏn và hiển thị cỏc đại lượng vận hành lờn màn hỡnh hiển thị (LCD) mặt trước rơle.
+ Ghi lại, lưu giữ cỏc số liệu, cỏc sự cố và hiển thị chỳng lờn màn hỡnh hoặc truyền dữ liệu đến cỏc trung tõm điều khiển thụng qua cỏc cổng giao tiếp.
+ Giỏm sỏt mạch tỏc động ngắt.
b. Khả năng truyền thụng, kết nối của rơle 7UT613.
Với nhu cầu ngày càng cao trong việc điều khiển và tự động hoỏ hệ thống điện, cỏc rơle số ngày nay phải đỏp ứng tốt vấn đề truyền thụng và đa kết nối. Rơle 7UT613 đó thoả món cỏc yờu cầu trờn, nú cú cỏc cổng giao tiếp sau:
Cổng giao tiếp với mỏy tớnh tại trạm (Local PC): Cổng giao tiếp này được đặt ở mặt trược của rơle, hỗ trợ chuẩn truyền tin cụng nghiệp RS232. Kết nối qua cổng giao tiếp này cho phộp ta truy cập nhanh tới rơle thụng qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 cài
Trang88
đặt trờn mỏy tớnh, do đú ta cú thể dễ dàng chỉnh định cỏc thụng số, chức năng cũng như cỏc dữ liệu cú trong rơle. Điều nay đặc biệt thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle trước khi đưa vào sử dụng.
Cổng giao tiếp dịch vụ: Cổng kết nối này được đặt phớa sau của rơle, sử dụng chuẩn truyền tin cụng nghiệp RS485, do đú cú thể điều khiển tập trung một số bộ bảo vệ rơle bằng phần mềm DIGSI 4. Với chuẩn RS485, việc điều khiển vận hành rơle từ xa cú thể thực hiện thụng qua MODEM cho phộp nhanh chúng phỏt hiện xử lớ sự cố từ xa. Với phương ỏn kết nối bằng cỏp quang theo cấu trỳc hỡnh sao cú thể thực hiện việc thao tỏc tập trung. Đối với mạng kết nối quay số, rơle hoạt động như một Web-server nhỏ và gửi thụng tin đi dưới dạng cỏc trang siờu liờn kết văn bản đến cỏc trỡnh duyệt chuẩn cú trờn mỏy tớnh.
Cổng giao tiếp hệ thống: Cổng này cũng được đặt phớa sau của rơle, hỗ trợ chuẩn giao tiếp hệ thống của IEC: 60870-5-103. Đõy là chuẩn giao thức truyền tin quốc tế cú hiệu quả tốt trong lĩnh vực truyền thụng bảo vệ hệ thống điện. Giao thức này được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất và được ứng dụng trờn toàn thế giới. Thiết bị được nối qua cỏp điện hoặc cỏp quang đến hệ thống bảo vệ và điều khiển trạm như SINAULT LAS hoặc SICAM qua giao diện này.
Cổng kết nối này cũng hỗ trợ cỏc giao thức khỏc như PROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, MOSBUS, DNP3.0
5.1.2Nguyờn lý hoạt động chung của rơle 7UT613.
Đầu vào tương tự AI truyền tớn hiệu dũng và ỏp nhận được từ cỏc thiết bị biến dũng, biến điện ỏp sau đú lọc, tạo ngưỡng tớn hiệu cung cấp cho quỏ trỡnh xử lý tiếp theo. Rơle 7UT613 cú 12 đầu vào dũng điện và 4 đầu vào điện ỏp. Tớn hiệu tương tự sẽ được đưa đến khối khuếch đại đầu vào IA. Khối IA làm nhiệm vụ khuếch đại, lọc tớn hiệu để phự hợp với tốc độ và băng thụng của khối chuyển đổi số tương tự AD.
Trang89
Hỡnh 5.1Cấu trỳc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613
Khối AD gồm 1 bộ dồn kờnh, 1 bộ chuyển đổi số tương tự và cỏc modul nhớ dựng
để chuyển đổi tớn hiệu tương tự sang tớn hiệu số sau đú truyền tớn hiệu sang khối vi xử lý
(àC).
Khối vi xử lý chớnh là bộ vi xử lý 32 bớt thực hiện cỏc thao tỏc sau:
- Lọc và chuẩn hoỏ cỏc đại lượng đo. Vớ dụ: xử lý cỏc đại lượng sao cho phự hợp với tổ đấu dõy của mỏy biến ỏp, phự hợp với tỷ số biến đổi của mỏy biến dũng.
- Liờn tục giỏm sỏt cỏc đại lượng đo, cỏc giỏ trị đặt cho từng bảo vệ.
IL1M1 L2M1 I L3M1 I L1M2 I IL2M2 L3M2 I IL1M3 L2M3 I IL3M3 X2 I IX1 àC
àC
AI IA OA
# Error Run Output relays user programmableLEDs on the front panel,
user-programmable
Display on the front panel
Time synchronization Serial service interface Front serial operarating interface Additional serial interface Serial System interface 7 8 9 5 4 6 3 1 2 0 . +/- ENTER ESC Operator control panel Power supply PS U aux To PC PC/Modem/ RTD-box To PC To SCADA e.g.radio clock eg.RTD-box
Binary inputs, programmable
Trang90
- Hỡnh thành cỏc đại lượng so lệch và hóm.
- Phõn tớch tần số của cỏc dũng điện pha và dũng điện hóm.
- Tớnh toỏn cỏc dũng điện hiệu dụng phục vụ cho bảo vệ, quỏ tải, liờn tục theo dừi sự tăng nhiệt độ của đối tượng bảo vệ.
- Kiểm soỏt cỏc giỏ trị giới hạn và thứ tự thời gian.
- Xử lý tớn hiệu cho cỏc chức năng logic và cỏc chức năng logic do người sử dụng xỏc định.
- Quyết định và đưa ra lệnh cắt.
- Lưu giữ và đưa ra cỏc thụng số sự cố phục vụ cho việc tớnh toỏn và phõn tớch sự cố. - Thực hiện cỏc chức năng quản lý khỏc như ghi dữ liệu, đồng hồ thời gian thực, giao tiếp truyền thụng…
Tiếp đú thụng tin sẽ được đưa đến khối khuếch đại tớn hiệu đầu ra OA và truyền đến cỏc thiết bị bờn ngoài.
5.1.3Một số thụng số kỹ thuật của rơle 7UT613.
a: Mạch đầu vào.
Dũng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A (Cú thể lựa chọn được). Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz (Cú thể lựa chọn được). Cụng suất tiờu thụ đối với cỏc đầu vào:
Với Iđm= 1A ≈ 0.3 VA. Với Iđm= 5A ≈ 0.55 VA. Với Iđm= 0.1A ≈ 1 mVA. Đầu vào nhạy ≈ 0.55 VA. - Khả năng quỏ tải về dũng.
Theo nhiệt độ (Trị hiệu dụng):
Dũng lõu dài cho phộp: 4.Iđm
Dũng trong 10s: 30.Iđm
Trang91
Theo giỏ trị dũng xung kớch:
250Iđmtrong1/2 chu kỡ.
- Khả năng quỏ tải về dũng điện cho đầu vào chống chạm đất cú độ nhạy cao: Theo nhiệt độ (Trị hiệu dụng):
Dũng lõu dài cho phộp: 15A. Dũng trong 10s: 100A. Dũng trong 1s: 300A.
Theo giỏ trị dũng xung kớch: 750A trong1/2 chu kỡ. - Điện ỏp cung cấp định mức:
Điện ỏp một chiều: 24 đến 48V. 60 đến 125V. 110 đến 250V. Điện ỏp xoay chiều:
115/230V ( f=50/60Hz).
- Khoảng cho phộp: - 20% ữ +20% (DC)
≤ 15% (AC)
- Cụng suất tiờu thụ: 5 ữ 7 W.
b: Đầu vào nhị phõn
Số lượng : 5.
Điện ỏp danh định : 24 ữ 250V (DC).
Dũng tiờu thụ : 1,8mA.
Điờn ỏp lớn nhất cho phộp : 300V (DC).
c: Đầu ra nhị phõn
Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh bỏo. Khả năng đúng cắt:
Trang92
Đúng: 1000W/VA. Cắt: 30 W/VA.
Cắt với tải là điện trở: 40W. Cắt với tải là L/R ≤ 50ms: 25W. Điện ỏp đúng cắt: 250V.
Dũng đúng cắt cho phộp: 30A cho 0,5s. 5A khụng hạn chế thời gian.
d: Đốn tớn hiệu LED.
1 đốn màu xanh bỏo rơle đó sẵn sàng làm việc. 1 đốn màu đỏ bỏo sự cố xảy ra trong rơle.
14 đốn màu đỏ khỏc phõn định tỡnh trạng làm việc của rơle.
5.1.4Cỏch chỉnh định và cài đặt thụng số cho rơle 7UT613
Việc cài đặt và chỉnh định cỏc thụng số, cỏc chức năng bảo vệ trong rơle 7UT613 được thực hiện theo hai cỏch sau:
- Bằng bàn phớm ở mặt trước của rơle.
- Bằng phần mềm điều khiển rơle DIGSI 4 cài đặt trờn mỏy tớnh thụng qua cỏc cổng giao tiếp.
Rơle của hóng Siemens thường tổ chức cỏc thụng số trạng thỏi và chức năng bảo vệ theo cỏc địa chỉ, tức là đối với mỗi chức năng, thụng số cụ thể sẽ ứng với một địa chỉ nhất định. Mỗi địa chỉ lại cú những lựa chọn để cài đặt. Vớ dụ ở bảng sau:
Bảng 5.1Chỉnh định và cài đặt thụng số role 7UT613
Nội dung Cỏc lựa chọn Cài đặt
-Chọn đối tượng được bảo vệ mỏy biến ỏp ba pha
3 phase Transformer 1 phase Transformer Generator/Motor 3 phase Busbar 1 phase Busbar 3phase Transformer
-Bật chức năng bảo vệ so lệch Disable
Trang93
-Bật chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế
Disable
Enable Enable
-Bật chức năng bảo vệ quỏ tải nhiệt.
Disable
Enable Enable
5.1.5Chức năng bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp của rơle 7UT613.
Hỡnh 5.2Nguyờn lý bảo vệ so lệch dũng điện trong rơle 7UT613
a: Phối hợp cỏc đại lượng đo lường
Cỏc phớa của mỏy biến ỏp đều đặt mỏy biến dũng, dũng điện thứ cấp của cỏc mỏy biến dũng này khụng hoàn toàn bằng nhau. Sự sai khỏc này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ số biến đổi, tổ nối dõy, sự điều chỉnh điện ỏp của mỏy biến ỏp, dũng điện định mức, sai số, sự bóo hoà của mỏy biến dũng. Do vậy để tiện so sỏnh dũng điện thứ cấp mỏy biến dũng ở cỏc phớa mỏy biến ỏp thỡ phải biến đổi chỳng về cựng một phớa, chẳng hạn phớa sơ cấp.
Việc phối hợp giữa cỏc đại lượng đo lường ở cỏc phớa được thực hiện một cỏch
thuần tuý toỏn học như sau:
[Im] = k.[K].[In]
Trong đú: - [Im]: Ma trận dũng điện đó được biến đổi ( IA, IB, IC). - k: Hệ số.
- [K]:Ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dõy mỏy biến ỏp. - [In]: Ma trận dũng điện pha ( IL1, IL2, IL3).
Trang94
b: So sỏnh cỏc đại lượng đo lường và đặc tớnh tỏc động
Sau khi dũng đầu vào đó thớch ứng với tỷ số biến dũng, tổ đấu dõy, xử lý dũng thứ tự khụng, cỏc đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tớnh toỏn từ dũng trong cỏc pha IA, IB và IC, bộ vi xử lý sẽ so sỏnh về mặt trị số: . . . SL 1 2 3 I = I I+ +I H 1 2 3 I = I + I + I
Trong đú: I1, I2, I3: Là dũng điện cuộn cao ỏp, trung ỏp và hạ ỏp mỏy biến ỏp.
Cú hai trường hợp sự cố xảy ra
* Trường hợp sự cố ngắn mạch ngoài vựng bảo vệ hoặc ở chế độ làm việc bỡnh thường. Khi đú I1 ngược chiều với I2, I3 và I1 = I2 + I3
SL 1 2 3
I = I −I −I =0
H i 1
I =
∑
I =2. I* Trường hợp ngắn mạch trong vựng bảo vệ, nguồn cung cấp từ phớa cao ỏp nờn:
SL 1 2 3 1
I = I +I +I = I
(I
2=I
3=0)H 1 2 3 1
I = I + I + I = I
Cỏc kết quả trờn cho thấy khi cú sự cố ngắn mạch xảy ra trong vựng bảo vệ thỡ ISL= IH, do vậy đường đặc tớnh sự cố cú độ dốc bằng 1.
Để đảm bảo bảo vệ so lệch tỏc động chắc chắn khi cú sự cố bờn ngoài ta cần chỉnh định cỏc trị số tỏc động cho phự hợp với yờu cầu cụ thể. Rơle 7UT613 được sử dụng cú đường đặc tớnh tỏc động cho chức năng bảo vệ so lệch thoả món cỏc yờu cầu bảo vệ .
Trang95
Hỡnh 5.3Đặc tớnh tỏc động của rơle 7UT613
Theo hỡnh vẽ đường đặc tớnh tỏc động gồm cỏc đoạn:
- Đoạn a: Biểu thị giỏ trị dũng điện khởi động ngưỡng thấp IDIFF> của bảo vệ (Địa chỉ 1221), với mỗi mỏy biến ỏp xem như hằng số. Dũng điện này phụ thuộc dũng điện từ hoỏ mỏy biến ỏp.
- Đoạn b: Đoạn đặc tớnh cú kể đến sai số biến đổi của mỏy biến dũng và sự thay đổi đầu phõn ỏp của mỏy biến ỏp. Đoạn b cú độ dốc SLOPE 1(Địa chỉ 1241) với điểm bắt đầu là BASE POINT 1(Địa chỉ 1242).
- Đoạn c: Đoạn đặc tớnh cú tớnh đến chức năng khoỏ bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bóo hoà khụng giống nhau ở cỏc mỏy biến dũng. Đoạn c cú độ dốc SLOPE 2 (Địa chỉ 1243) với điểm bắt đầu BASE POINT 2 (Địa chỉ 1244).
- Đoạn d: Là giỏ trị dũng điện khởi động ngưỡng cao IDIFF>> của bảo vệ ( địa chỉ 1231). Khi dũng điện so lệch ISL vượt quỏ ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tỏc động khụng cú thời gian mà khụng quan tõm đến dũng điện hóm IH và cỏc súng hài dựng để hóm bảo vệ. Qua hỡnh vẽ ta thấy đường đặc tớnh sự cố luụn nằm trong vựng tỏc động. Cỏc dũng điện ISL và
