VÀ THễNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE SỬ DỤNG
Cỏc hệ thống bảo vệ dựng thiết bị kỹ thuật số cú những ưu việt rất lớn như sau:
• Tớch hợp được nhiều choc 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 tũan hệ thống điện.
• Ngoài choc năng bảo vệ cũn cú thể thực hiện nhiều choc năng khỏc như: Đo lường, hiển thị, ghi chộp và lưu giữ thụng tin, thụng số trong hệ thống
Để bảo vệ cho mỏy biến ở đõy ta chọn loại rơle bảo vệ 7UT633 do tập đoàn Siemens AG chế tạo làm bảo vệ chớnh cho mỏy biến ỏp, loai rơle 7SJ621 làm bảo vệ dự phũng
4.1. RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH 7UT633 4.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT633.
Rơle số 7UT633 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 7UT633 làm nhiệm vụ dự phũng như bảo vệ quỏ dũng, quỏ tải nhiệt, bảo vệ quỏ kớch
7UT633 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.
1. Giới thiệu cỏc chức năng bảo vệ được tớch hợp trong rơle 7UT633.
+ Chức năng bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp: Đõy là chức năng bảo vệ chớnh của rơle 7UT633.
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.
+ 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 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 7UT633 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 lớ 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.
2. Khả năng truyền thụng, kết nối của rơle 7UT633.
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 7UT633 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 trước 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 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 này 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
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
4.1.2. Một số thụng số kỹ thuật của rơle 7UT633
1. 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
Dũng trong 1s : 100.Iđm
- 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 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: 115V ( f=50/60Hz)
230V Khoảng cho phộp : - 20% ữ +20% (DC) ≤ 15% (AC) Cụng suất tiờu thụ : 5 ữ 7 W 2. 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) 3. Đầu ra nhị phõn:
Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh bỏo Khả năng đúng cắt: 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
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
4.1.3 Nguyờn lý hoạt động chung của rơle 7 UT633.
- Rơle 7UT633 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 li hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bờn trong của 7UT633 với cỏc mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do 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 .
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 7UT633 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. 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.
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 programmable
LEDs 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
AD
Hỡnh 4.1. C u trỳc ph n c ng c a b o v so l ch 7UT633ấ ầ ứ ủ ả ệ ệ
- Liờn tục giỏm sỏt cỏc đại lượng đo, cỏc giỏ trị đặt cho từng bảo vệ. - Hỡnh thành cỏc đại lượng so lệch và 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.
4.1.4. Cỏch chỉnh định và cài đặt thụng số cho rơle 7UT633
Việc cài đặt và chỉnh định cỏc thụng số, cỏc chức năng bảo vệ trong rơle 7UT633 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 4.1.
Bảng 4.1
Địa chỉ Cỏc lựa chọn Cài đặt Nội dung
105 3 phase Transformer 1 phase Transformer Autotransformer Generator/Motor 3 phase Busbar 1 phase Busbar 3phase Transformer
Chọn đối tượng được bảo vệ: mỏy biến ỏp ba pha 112 Disable Enable Enable Bật chức năng bảo vệ so lệch 113 Disable Enable Enable Bật chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế 142 Disable Enable Enable Bật chức năng bảo vệ quỏ tải nhiệt.
4.1.5. Chức năng bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp:
Hỡnh 4.2 Nguyờn lý bảo vệ so lệch MBA rơle 7UT633
Đối tượng được bảo vệ 87/∆I IT1+IT2 IT1 IT2 IS1 IS2
1. Ph i hố ợp 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 tỉ 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)
2. So sỏnh cỏc đại lượng đo lường :
Sau khi dũng đầu vào đó thớch ứng với tỉ số biến dũng, tổ đấu dõy, xử lớ 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 lớ sẽ so sỏnh về mặt trị số: ISL = .3 . 2 . 1 I I I + + IH = I.1 + I.2 +I.3
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, I3và I1 = I2 + I3
ISL= .3 . 2 . 1 I I I − − =0 IH =∑Ii. =2 I.1
Trường hợp ngắn mạch trong vựng bảo vệ, nguồn cung cấp từ phớa cao ỏp nờn: ISL= .3 . 2 . 1 I I I + + = I.1 (I2=I3=0) IH = I.1 +I.2 + I.3 = I.1
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.
3. Tớnh tỏc động:
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 .
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 IH được biểu diễn trờn trục toạ độ theo hệ tương đối định mức. Nếu toạ độ điểm hoạt động ( ISL, IH) xuất hiện gần đặc tớnh sự cố sẽ xảy ra tỏc