Biểu thức xỏc định độ nhạy của bảo vệ nhƣ sau:
0N min n 0 kd 87N 3.I K I Trong đú:
I0kđ 87N : Trị số dũng khởi động của bảo vệ.
I0N min: Trị số dũng ngắn mạch thứ tự khụng nhỏ nhất đi qua bảo vệ khi tại N’1; N’2 ở sơ đồ (SN min ; 1 MBA )
Tại điểm N’1 : ' ' 1 1 1 1,1 0 1 0 , 0 ( ) ( ) 4,1833; 4, 4842 4,1833 N min N N I min I I min Tại điểm N’2 : ' ' 2 2 1 1,1 0 2 0 , 0 ( ) ( ) 1,1004; 2, 6802 1,1004 N min N N I min I I min
Vậy ta cú : I0N min= min {I0N min1;I0N min 2}=1,1004 Trong hệ đơn vị cú tờn :
I0N min =0.6276.1,1004.103=690,611 A Độ nhạy của bảo vệ là :
0N min n 0 kd 87N 3.I 3.690, 611 K 11,51 I 180
CHƢƠNG V: GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ RƠ LE SỬ DỤNG
V.1 Rơ le Bảo Vệ Mỏy Biến Áp 7UT613
V 1.1 Giới Thiệu Tổng Quan Về Rơ le 7UT613
Rơle số 7UT612 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, đƣợc sử dụng để bảo vệ chớnh cho mỏy biến ỏp 2 cuộn dõy ở tất cả cỏc cấp điện ỏp. Rơle này cũng cú thể dựng để bảo vệ cho cỏc loại mỏy điện quay nhƣ mỏy phỏt điện, động cơ, cỏc đƣờng dõy ngắn hoặc cỏc thanh cỏi cỡ nhỏ (cú từ 3-5 lộ ra). Cỏc chức năng khỏc đƣợc tớch hợp trong rơle 7UT612 làm nhiệm vụ dự phũng nhƣ bảo vệ quỏ dũng, quỏ tải nhiệt, bảo vệ quỏ kớch thớch, chống hƣ hỏng mỏy cắt. Bằng cỏch phối hợp cỏc chức năng tớch hợp trong 7UT612 ta cú thể đƣa ra phƣơng thức bảo vệ phự hợp và kinh tế cho đối tƣợng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle. Đõy là quan điểm chung để chế tạo cỏc rơle số hiện đại ngày nay.:
V.1.1.1 Đặc điểm của rơ le 7UT613
- Rơle 7UT612 đƣợc trang bị hệ thống vi xử lý 32 bớt.
- Thực hiện xử lý hoàn toàn tớn hiệu số từ đo lƣờng, lấy mẫu, số hoỏ cỏc đại lƣợng đầu vào tƣơng 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 7UT613 với cỏc mạch đo lƣờng điều khiển và nguồn điện do cỏc cỏch sắp xếp đầu vào tƣơng 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
V.1.1.2 Giới thiệu cỏc chức năng bảo vệ đƣợc tớch hợp trong role 7UT613 - Chức năng bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp: - 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 dũng điện.
+ Cú khả năng ổn định đối với quỏ trỡnh quỏ độ gõy ra bởi cỏc hiện tƣợng 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.
- Bảo vệ so lệch cho mỏy phỏt điện, động cơ điện, đƣờng 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 một pha.
- Bảo vệ quỏ tải theo nguyờn lớ hỡnh ảnh nhiệt.
- Bảo vệ quỏ kớch thớch.
- Bảo vệ chống hƣ hỏng mỏy cắt.
- Ngoài ra rơle 7UT612 cũn cú cỏc chức năng sau:
- Đúng cắt trực tiếp từ bờn ngoài: Rơle nhận tớn hiệu từ ngoài đƣa 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.
- Cung cấp cỏc cụng cụ thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle.
- Cho phộp ngƣời dựng xỏc định cỏc hàm logic phục vụ cho cỏc phƣơng thức bảo vệ.
- Chức năng theo dừi, giỏm sỏt:
+ Liờn tục tự giỏm sỏt cỏc mạch đo lƣờng bờn trong, nguồn điện của rơle, cỏc phần cứng, phần mềm tớnh toỏn của rơle với độ tin cậy cao.
+ Liờn tục đo lƣờng, tớnh toỏn và hiển thị cỏc đại lƣợng vận hành lờn màn hỡnh hiển thị (LCD) mặt trƣớc rơle.
+ Ghi lại, lƣu 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.
V.1.1.3 Khả năng truyền thụng,kết nối của rơ le 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 7UT612 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 đƣợc đặt ở mặt trƣợc 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 nhƣ cỏc dữ liệu cú trong rơle. Điều này đặc biệt thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle trƣớc khi đƣa vào sử dụng.
- Cổng giao tiếp dịch vụ: Cổng kết nối này đƣợc 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 phƣơng 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 nhƣ một Web-server nhỏ và gửi thụng tin đi dƣới 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 đƣợc đặt phớa saucủa 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 đƣợc hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất và đƣợc ứng dụng trờn toàn thế giới. Thiết bị đƣợc nối qua cỏp điện hoặc cỏp quang đến hệ thống bảo vệ và điều khiển trạm nhƣ SINAULT LAS hoặc SICAM qua giao diện này.
Cổng kết nối này cũng hỗ trợ cỏc giao thức khỏc nhƣ PROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, MOSBUS, DNP3.0
V.1.2 Nguyờn Lớ Hoạt Động Của Rơ Le
Đầu vào tƣơng tự AI truyền tớn hiệu dũng và ỏp nhận đƣợc từ cỏc thiết bị biến dũng, biến điện ỏp sau đú lọc, tạo ngƣỡng tớn hiệu cung cấp cho quỏ trỡnh xử lý tiếp theo. Rơle 7UT612 cú 12 đầu vào dũng điện và 4 đầu vào điện ỏp. Tớn hiệu tƣơng tự sẽ đƣợc đƣa 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 tƣơng tự AD.
Display on the Front Panel
Operator Interface Front Serial Interface System Service Interface Rear Outputs Analog (PC Port) Error Run Output Relays,User- Programmable àC ENTER ESC Control Panel Operator Transducers 3 Measuring U N L3 U L2 U L1 U L1,S1 L2,S1 L3,S1 EE1 L1,S2 L2,S2 L3,S2 EE2 up to 15 Binary Inputs Programmable Power Supply U aux To SCADA To PC Modem PC/ Processing Analog MI IA AD àC AV Status LEDs on the Front Panel,User- Programmable #
Hỡnh V_ 1 :. Cấu trỳc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613.
Khối AD gồm 1 bộ dồn kờnh, 1 bộ chuyển đổi số tƣơng tự và cỏc modul nhớ dựng để chuyển đổi tớn hiệu tƣơng tự sang tớn hiệu số sau đú truyền tớn hiệu sang khối vi xử lý (C).
Khối vi xử lý chớnh là bộ vi xử lý 32 bớt thực hiện cỏc thao tỏc sau:
- Lọc và chuẩn hoỏ cỏc đại lƣợng đo. Vớ dụ: xử lý cỏc đại lƣợng 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 lƣợng đo, cỏc giỏ trị đặt cho từng bảo vệ.
- Hỡnh thành cỏc đại lƣợng 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 tƣợng 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 ngƣời sử dụng xỏc định.
- Quyết định và đƣa ra lệch cắt.
- Lƣu giữ và đƣa 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 nhƣ ghi dữ liệu, đồng hồ thời gian thực, giao tiếp truyền thụng…
Tiếp đú thụng tin sẽ đƣợc đƣa đến khối khuếch đại tớn hiệu đầu ra OA và truyền đến cỏc thiết bị bờn ngoài.
V 1.3 Một Số Thụng Số Kĩ Thuật Của Rơ Le 7UT613 V 1.3.1 Mạch đầu vào V 1.3.1 Mạch đầu vào
- Dũng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A ( cú thể lựa chọn đƣợc) - - Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz ( cú thể lựa chọn đƣợc) - Cụng suất tiờu thụ đối với cỏc đầu vào:
+ Với Iđm= 1 A: 0,55 VA + Với Iđm= 5 A: 0,3 VA + Với Iđm= 0,1 A: 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: 250Iđm trong 1/2 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 trong 10s : 100 A
Dũng trong 1s : 300 A
+ Theo giỏ trị dũng xung kớch: 750A trong1/2 chu kỡ. - Điện ỏp cung cấp định mức:
+ Điện ỏp một chiều: 24 đến 48 V 60 đến 125 V 110 đến 250 V
+ Điện ỏp xoay chiều: 115 V ( f=50/60Hz) 230 V Khoảng cho phộp : - 20% +20% (DC) 15% (AC) Cụng suất tiờu thụ : 5 7 W V 1.3.2 Đầu vào nhị phõn - Số lƣợng: 5 - Điện ỏp danh định : 24 250 V (DC) - Dũng tiờu thụ: 1,8 mA - Điện ỏp lớn nhất cho phộp: 300 V (DC) V 1.3.3 Đầu ra nhị phõn
- Số lƣợng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh bỏo .
- Khả năng đúng cắt: Đúng : 1000 W/VA Cắt : 30 W/VA
- Cắt với tải là điện trở: 40 W
- Cắt với tải là L/R 50 ms: 250 W
- Điện ỏp đúng cắt: 250 V
- Dũng đúng cắt cho phộp: 30 A cho 0,5 s 5 A khụng hạn chế thời gian
V.1.3.4 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
V 1.4 Cỏch Chỉnh Định Và Cài Đặt Thụng Số Của Rơ Le 7UT613
Việc cài đặt và chỉnh định cỏc thụng số, cỏc chức năng bảo vệ trong rơle 7UT613 đƣợc thực hiện theo hai cỏch sau:
- - Bằng bàn phớm ở mặt trƣớc 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 thƣờng 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.
Bảng V 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 tƣợng đƣợc bảo vệ:mỏy biến
ỏp 3 pha 112 Disable Enable Enable Bật chức năng bảo vệ so lệch 113 Disable Enable Enable Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 142 Disable Enable
Disable Bảo vệ quỏ tải nhiệt.
V 1.5 Cỏc Chức Năng Bảo Vệ Của Rơ Le 7UT613 V 1.5.1 Chức năng bảo vệ so lệch của rơ le 7UT613
a) Phối hợp cỏc đại lƣợng đo lƣờng.
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 nhƣ 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 võy 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 lƣợng đo lƣờng ở cỏc phớa đƣợc thực hiện một cỏch thuần tuý toỏn học nhƣ sau:
Im = k.Im.In.K Trong đú:
Im - ma trận dũng điện đó đƣợc 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)
b).So sỏnh cỏc đại lƣợng đo lƣờng và đặc tớnh tỏc động
Sau khi dũng đầu vào đó thớch ứng với tỉ số biến dũng, tổ đấu dõy, xử lớ dũng thứ tự khụng, cỏc đại lƣợng cần thiết cho bảo vệ so lệch đƣợc tớnh toỏn từ dũng trong cỏc pha IA, IB và IC, bộ vi xử lớ sẽ so sỏnh về mặt trị số: ISL =I1 +I2 IH =I1 +I2 1 I ,I2
là dũng điện cuộn cao ỏp và hạ ỏp mỏy biến ỏp.
Cỏc kết quả trờn cho thấy khi cú sự cố (ngắn mạch) xảy ra trong vựng bảo vệ thỡ ISL= IH, do vậy đƣờng 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 dƣợc sử dụng cú đƣờng đặc tớnh tỏc động cho chức năng bảo vệ so lệch thoả món cỏc yờu cầu bảo vệ .
I N I IN DIFF I Vù ng tá c động Vù ng khoá Vù ng hã m bổ sung
Hỡnh V_ 2. Đặc tớnh tỏc động của rơle 7UT613.
Theo hỡnh vẽ đƣờng đặc tớnh tỏc động gồm cỏc đoạn:
- Đoạn a: Biểu thị giỏ trị dũng điện khởi động ngƣỡng thấp IDIFF> của bảo vệ ( địa chỉ 1221), với mỗi mỏy biến ỏp xem nhƣ 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 tƣợng 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 ngƣỡng cao IDIFF>> của bảo vệ ( địa chỉ đoạn 1231). Khi dũng điện so lệch ISL vƣợt quỏ ngƣỡng cao này bảo vệ sẽ tỏc động khụng cú thời gian mà khụng quan tõm đến dũng điện hóm IH và