Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kV Xuân Mai

ố chỉ tiêu vượt ra ngoài giới hạn cho phép. Các chế độ điển hình là: Quá tải: dòng điện hoặc công suất vượt quá giá trị danh định. Máy biến áp chỉ cho phép làm việc trong 1 thời gian nhất định gọi là thời gian cho phép tcp. Hệ số quá tải càng lớn kqt = thì tcp càng nhỏ. Quá kích từ: độ từ cảm B = B tăng đến mức quá bão hoà nếu điện áp tăng cao hoặc tần số giảm thấp do thao tác đóng cắt hoặc do trục trặc của bộ điều chỉnh điện áp. Nhiệt độ dầu hoặc dây quấn quá cao: nhiệt độ cao ảnh hưởng đến chất lượng cách điện và nếu vượt quá giới hạn sẽ làm hỏng cách điện. Lọt khí vào dầu hoặc dầu bị vơi: là trạng thái không bình thường đối với MBA làm mát và cách điện bằng dầu. 3.2.CÁC LOẠI BẢO VỆ CẦN ĐẶT Muốn máy biến áp làm việc an toàn cần phải tính đầy đủ các hư hỏng bên trong máy biến áp và các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của máy biến áp, từ đó đề ra các phương án bảo vệ tốt nhất. Những loại bảo vệ thường dùng để chống lại các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp bao gồm: 3.2.1.Bảo vệ so lệch dòng điện (BVSL) 1) Nhiệm vụ BVSL được dùng làm bảo vệ chính cho MBA chống lại sự cố giữa các pha. Bảo vệ sẽ tác động khi xảy ra ngắn mạch trong khu bảo vệ và đi cắt ngay tất cả các máy cắt. 2) Nguyên lý hoạt động Xét một máy biến áp tự ngẫu được cung cấp bởi 2HTĐ (HTĐ1,HTĐ2), đặt 3 máy biến dòng điện 1BI, 2BI, 3BI, theo đúng cực tính. Dòng điện thứ cấp của các biến dòng lần lượt IT1, IT2, IT3 ngược chiều với dòng sơ cấp Is1, Is2, Is3 Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch. Trong chế độ làm việc bình thường và chế độ ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ: Nếu bỏ qua dòng từ hoá của BI () ,thì : . Rơ le không tác động Ngắn mạch trong vùng bảo vệ : . Rơ le sẽ tác động Trường hợp trên ta bỏ qua dòng từ hoá trong máy biến áp. Thực tế luôn tồn tại dòng từ hoá khi máy biến áp làm việc không tải và khi cắt ngắn mạch ngoài. Đồng thời do sai số của biến dòng nên tồn tại dòng điện không cân bằng nên rơ le sẽ tác động sai . Để khắc phục người ta sử dụng BVSL có hãm Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBATN. (Rơ le điện cơ ) HM-hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hoá máy biến áp Dòng làm việc: Các dòng hãm: Đặt: Trong đó: KH - hệ số hãm của BVSL, KH£0,5 Để đảm bảo được tác động hãm khi khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện: 3.2.2.Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không Nhiệm vụ Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không dùng để bảo vệ chống sự cố chạm đất trong máy biến áp có điểm trung tính trực tiếp nối đất. Nó cũng có thể sử dụng để bảo vệ cho máy biến áp có trung tính cách điện hay máy biến áp có cuộn dây nối tam giác khi đó phải sử dụng trung tính nhân tạo 2) Nguyên tắc hoạt động Sơ đồ nguyên lý : Hình 3-3: Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho máy biến áp tự ngẫu Vùng bảo vệ được xác định trong phạm vi các biến dòng ở điểm trung tính và các biến dòng ở các pha. Trong điều kiện làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ta có: Đ = 0 Trong đó: - dòng thứ tự không chạy trong cuộn dây máy biến áp; Đ- dòng điện chạy qua dây trung tính máy biến áp. Nếu bỏ qua sai số của máy biến dòng, ta có dòng điện chạy qua R bằng không và điện áp đặt trên rơle so lệch cũng bằng không. Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ toàn bộ dòng chạm đất sẽ chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle so lệch rất lớn, rơle sẽ tác động. 3.2.3. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian 1) Nhiệm vụ Bảo vệ quá dòng có thời gian thường được dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình và lớn để chống dạng ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp. Nguyên lý hoạt động Dòng điện khởi động của bảo vệ này được chọn theo điều kiện: Ikđ = Trong đó: Ilvmax- dòng điện làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử được bảo vệ; INmin - dòng điện ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho rơle còn khởi động được; Km- hệ số mở máy của phụ tải động cơ có dòng điện chạy qua chỗ đặt bảo vệ, thường lấy Km=2¸5; Kat- hệ số an toàn, Kat = 1,1¸1,2; Kv- hệ số trở về, Kv = 1. Thời gian làm việc của bảo vệ: đối với rơle số hiện nay có 2 loại đặc tính thời gian độc lập và thời gian phụ thuộc nên có thể chọn 1 trong 2 đặc tính phù hợp với điều kiện thực tế. Bảo vệ quá dòng như trên không đảm bảo tính chọn lọc trong lưới điện phức tạp nên để tăng tính chọn lọc ở đây người ta đặt thêm bộ phận định hướng công suất 3.2.4.Bảo vệ quá dòng cắt nhanh Nhiệm vụ Với máy biến áp có công suất nhỏ, bảo vệ quá dòng cắt nhanh dược sử dụng làm bảo vệ chính. Với các máy biến áp có công suất trung bình và lớn nó được dùng làm bảo vệ dự phòng chống ngắn mạch giữa các pha cho máy biến áp. Nguyên lý hoạt động Dòng điện khởi động cho rơle được chọn theo điều kiện: Ikđ = Kat.INng.max Trong đó : INng.max- dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất; Kat- hệ số an toàn, Kat = 1,2¸1,3 3.2.5.Bảo vệ chống quá tải Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp, nếu mức quá tải cao và kéo dài, máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ của máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng. Để bảo vệ chống quá tải máy biến áp có công suất bé có thể sử dụng bảo vệ quá dòng thông thường, tuy nhiên quá dòng điện không thể phản ánh được chế độ mang tải của máy biến áp trước khi xảy ra quá tải. Vì vậy đối với máy biến áp công suất lớn người ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện chống quá tải. Bảo vệ loại này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ có nhiều mà có nhiều cấp tác động khác nhau: cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn bằng không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp. Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài thời gian quy định thì máy biến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống. 3.2.6.Bảo vệ máy biến áp bằng rơle khí (BUCHHOLZ) Nhiệm vụ Bảo vệ máy biến áp bằng rơle khí dùng để chống các sự cố bên trong thùng dầu, kể cả sự cố về điện và về dầu. Về điện, ngoài sự cố ngắn mạch giữa các pha, còn có sự cố sau đây các bảo vệ khác không tác động được: Chập một số vòng trong cuộn dây. Chập tắt các pha ở gần điểm trung tính hay điểm nối hai pha trong cuộn dây tam giác. Sự cố về dầu còn có: Lọt khí vào dầu. Cạn dầu. Sự cố ở bộ điều chỉnh dưới tải (tiếp xúc xấu, hỏng tiếp điểm, chập tiếp điểm…) Để bảo vệ các loại sự cố này, sử dụng bảo vệ máy biến áp bằng rơle khí. Nguyên lý làm việc Bảo vệ bằng rơle khí đặt trước đường ống nối từ dãn thùng dầu đến thùng dầu chính MBA. Cấu tạo rơle khí gồm có hai tiếp điểm phao. Mỗi tiếp điểm gồm một phao, có mang bầu thủy tinh chứa hai điện cực và thủy ngân bên trong. Một tiếp điểm đặt gần sát nắp rơle, một nằm thấp phía dưới đường tim của trục rơle. Cách hoạt động của bảo vệ khí như sau: Khi có lọt khí, hoặc khi sự cố nhẹ (chập ít vòng), các bọt khí sinh ra, sẽ tích tụ ở phần nắp của rơ le khí. Khi lượng khí tích tụ đủ lớn, nó sẽ làm phao phía trên chìm xuống và đóng tiếp điểm lại. Khi sự cố lớn như chập nhiều vòng, chập pha, lượng khí sinh ra rất lớn, tạo thành luồng, phụt qua rơle lên thùng dầu giãn nở. Khi đó, phao dưới bị nhấn chìm, tiếp điểm dưới bị đóng lại. Khi dầu bị chảy hoặc bị cạn, đầu tiên phao trên chìm để đóng tiếp điểm trên, sau đó phao dưới chìm đóng tiếp điểm dưới. Như vậy, tiếp điểm trên tác động khi sự cố nhẹ. Tác động đi báo hiệu, tiếp điểm dưới tác động khi sự cố nặng. Nó được bố trí đi cắt ngay máy biến áp. Bảo vệ có hai mức: mức nhẹ, đi báo hiệu, mức nặng đi cắt. Rơle dòng dầu có cùng một nguyên lý hoạt động như rơle khí, bố trí trong hộp bộ điều chỉnh dưới tải, khi có trục trặc ở bộ này, dầu bị đốt nóng, sẽ chuyển động thành dòng, làm rơle tác động, đi cắt máy biến áp. 3.3.SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ Căn cứ vào những tình trạng làm việc không bình thường và những hư hỏng của máy biến áp. Đồng thời căn cứ vào công suất, chủng loại, số cuộn dây và sơ đồ đấu dây của máy biến áp ta đưa ra phương thức bảo vệ máy biến áp theo sơ đồ hình: Hình 3-4: Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp tự ngẫu BVSL dòng điện có hãm, (87); BVSL dòng điện thứ tự không (Bảo vệ chống chạm đất hạn chế), (87N); Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, I >> (50); Bảo vệ quá dòng điện có thời gian, I> (51) ; Bảo vệ qúa dòng thứ tự không, I0> (51N); Bảo vệ chống quá tải, I³ (49); Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt đặt ở các phía, 50BF; Bảo vệ qúa dòng thứ tự nghịch (46); Bảo vệ theo nhiệt độ máy biến áp, q0; Rơ le khí (Buchholz). CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE SỬ DỤNG 4.1. RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613. Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, được sử dụng để bảo vệ chính cho máy biến áp 3 cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu ở tất cả các cấp điện áp. Rơle này cũng có thể dùng để bảo vệ cho các loại máy điện quay như máy phát điện, động cơ, các đường dây ngắn hoặc các thanh cái cỡ nhỏ (có từ 3-5 lộ ra). Các chức năng khác được tích hợp trong rơle 7UT613 làm nhiệm vụ dự phòng như bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, chống hư hỏng máy cắt. Bằng cách phối hợp các chức năng tích hợp trong 7UT613 ta có thể đưa ra phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle. Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiên đại ngày nay. Đặc điểm của rơle 7UT613 Rơle 7UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bít. Thực hiện xử lý hoàn toàn tín hiệu số từ đo lường, lấy mẫu, số hoá các đại lượng đầu vào tương tự đến việc xử lý tính toán và tạo các lệnh, các tín hiệu đầu ra. Cách li hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bên trong của 7UT613 với các mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do các cách sắp xếp đầu vào tương tự của các bộ chuyển đổi, các đầu vào, đầu ra nhị phân, các bộ chuyển đổi DC/AC hoặc AC/DC. Hoạt động đơn giản, sử dụng panel điều khiển tích hợp hoặc máy tính cá nhân sử dụng phần mềm DIGSI . Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613. Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp: Đây là chức năng bảo vệ chính của rơle 7UT613. Đặc tính tác động có hãm của rơle. Có khả năng ổn định đối với quá trình quá độ gây ra bởi các hiện tượng quá kích thích máy biến áp bằng cách sử dụng các sóng hài bậc cao, chủ yếu là bậc 3 và bậc 5. Có khả năng ổn định đối với các dòng xung kích dựa vào các sóng hài bậc hai. Không phản ứng với thành phần một chiều và bão hoà máy biến dòng. Ngắt với tốc độ cao và tức thời đối với dòng sự cố lớn. Bảo vệ so lệch cho máy phát điện, động cơ điện, đường dây ngắn hoặc thanh góp cỡ nhỏ. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF). Bảo vệ so lệch trở kháng cao. Bảo vệ chống chạm vỏ cho máy biến áp. Bảo vệ chống mất cân bằng tải. Bảo vệ quá dòng đối với dòng chạm đất. Bảo vệ quá dòng một pha. Bảo vệ quá tải theo nguyên lí hình ảnh nhiệt. Bảo vệ quá kích thích. Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt. Ngoài ra rơle 7UT613 còn có các chức năng sau: Đóng cắt trực tiếp từ bên ngoài: Rơle nhận tín hiệu từ ngoài đưa vào thông qua các đầu vào nhị phân. Sau khi xử lí thông tin, rơle sẽ có tín hiệu phản hồi đến các đầu ra, các đèn LED… Cung cấp các công cụ thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle. Cho phép người dùng xác định các hàm logic phục vụ cho các phương thức bảo vệ. Chức năng theo dõi, giám sát: Liên tục tự giám sát các mạch đo lường bên trong, nguồn điện của rơle, các phần cứng, phần mềm tính toán của rơle với độ tin cậy cao. Liên tục đo lường, tính toán và hiển thị các đại lượng vận hành lên màn hình hiển thị (LCD) mặt trước rơle. Ghi lại, lưu giữ các số liệu, các sự cố và hiển thị chúng lên màn hình hoặc truyền dữ liệu đến các trung tâm điều khiển thông qua các cổng giao tiếp. Giám sát mạch tác động ngắt. Khả năng truyền thông, kết nối của rơle 7UT613. Với nhu cầu ngày càng cao trong việc điều khiển và tự động hoá hệ thống điện, các rơle số ngày nay phải đáp ứng tốt vấn đề truyền thông và đa kết nối. Rơle 7UT613 đã thoả mãn các yêu cầu trên, nó có các cổng giao tiếp sau: Cổng giao tiếp với máy tính tại trạm (Local PC): Cổng giao tiếp này được đặt ở mặt trước của rơle, hỗ trợ chuẩn truyền tin công nghiệp RS232. Kết nối qua cổng giao tiếp này cho phép ta truy cập nhanh tới rơle thông qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 cài đặt trên máy tính, do đó ta có thể dễ dàng chỉnh định các thông số, chức năng cũng như các dữ liệu có 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 phía sau của rơle, sử dụng chuẩn truyền tin công nghiệp RS485, do đó có 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 có thể thực hiện thông qua MODEM cho phép nhanh chóng phát hiện xử lí sự cố từ xa. Với phương án kết nối bằng cáp quang theo cấu trúc hình sao có thể thực hiện việc thao tác tập trung. Đối với mạng kết nối quay số, rơle hoạt động như một Web-server nhỏ và gửi thông tin đi dưới dạng các trang siêu liên kết văn bản đến các trình duyệt chuẩn có trên máy tính. Cổng giao tiếp hệ thống: Cổng này cũng được đặt phía sau của rơle, hỗ trợ chuẩn giao tiếp hệ thống của IEC: 60870-5-103. Đây là chuẩn giao thức truyền tin quốc tế có hiệu quả tốt trong lĩnh vực truyền thông bảo vệ hệ thống điện. Giao thức này được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất và được ứng dụng trên toàn thế giới. Thiết bị được nối qua cáp điện hoặc cáp 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 các giao thức khác như PROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, MOSBUS, DNP3.0 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613. Đầu vào tương tự AI truyền tín hiệu dòng và áp nhận được từ các thiết bị biến dòng, biến điện áp sau đó lọc, tạo ngưỡng tín hiệu cung cấp cho quá trình xử lý tiếp theo. Rơle 7UT613 có 12 đầu vào dòng điện và 4 đầu vào điện áp. Tín hiệu tương tự sẽ được đưa đến khối khuếch đại đầu vào IA. Khối IA làm nhiệm vụ khuếch đại, lọc tín hiệu để phù hợp với tốc độ và băng thông của khối chuyển đổi số tương tự AD. Hình 4-1. Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 Khối AD gồm 1 bộ dồn kênh, 1 bộ chuyển đổi số tương tự và các modul nhớ dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số sau đó truyền tín hiệu sang khối vi xử lý( mC) Khối vi xử lý chính là bộ vi xử lý 32 bít thực hiện các thao tác sau: Lọc và chuẩn hoá các đại lượng đo. Ví dụ: xử lý các đại lượng sao cho phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp, phù hợp với tỷ số biến đổi của máy biến dòng. Liên tục giám sát các đại lượng đo, các giá trị đặt cho từng bảo vệ. Hình thành các đại lượng so lệch và hãm. Phân tích tần số của các dòng điện pha và dòng điện hãm. Tính toán các dòng điện hiệu dụng phục vụ cho bảo vệ, quá tải, liên tục theo dõi sự tăng nhiệt độ của đối tượng bảo vệ. Kiểm soát các giá trị giới hạn và thứ tự thời gian. Xử lý tín hiệu cho các chức năng logic và các chức năng logic do người sử dụng xác định. Quyết định và đưa ra lệnh cắt. Lưu giữ và đưa ra các thông số sự cố phục vụ cho việc tính toán và phân tích sự cố. Thực hiện các chức năng quản lý khác như ghi dữ liệu, đồng hồ thời gian thực, giao tiếp truyền thông… Tiếp đó thông tin sẽ được đưa đến khối khuếch đại tín hiệu đầu ra OA và truyền đến các thiết bị bên ngoài. 4.1.3. Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 Mạch đầu vào . Dòng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A ( có thể lựa chọn được) . Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz ( có thể lựa chọn được) . Công suất tiêu thụ đối với các 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 quá tải về dòng: -Theo nhiệt độ ( trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép : 4.Iđm Dòng trong 10s : 30.Iđm Dòng trong 1s : 100.Iđm - Theo giá trị dòng xung kích: 250Iđmtrong1/2 chu kì . Khả năng quá tải về dòng điện cho đầu vào chống chạm đất có độ nhạy cao: -Theo nhiệt độ ( trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép : 15A Dòng trong 10s : 100A Dòng trong 1s : 300A - Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong1/2 chu kì . Điện áp cung cấp định mức: - Điện áp một chiều: 24 đến 48V 60 đến 125V 110 đến 250V - Điện áp xoay chiều: 115V ( f=50/60Hz) 230V Khoảng cho phép : - 20% ¸ +20% (DC) £ 15% (AC) Công suất tiêu thụ : 5 ¸ 7 W Đầu vào nhị phân. . Số lượng : 5 . Điện áp danh định : 24 ¸ 250V (DC) . Dòng tiêu thụ : 1,8mA . Điên áp lớn nhất cho phép: 300V (DC) Đầu ra nhị phân: . Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh báo . Khả năng đóng cắt: Đóng: 1000W/VA Cắt: 30 W/VA Cắt với tải là điện trở: 40W Cắt với tải là L/R £ 50ms: 25W . Điện áp đóng cắt: 250V . Dòng đóng cắt cho phép: 30A cho 0,5s 5A không hạn chế thời gian Đèn tín hiệu LED . 1 đèn màu xanh báo rơle đã sẵn sàng làm việc . 1 đèn màu đỏ báo sự cố xảy ra trong rơle . 14 đèn màu đỏ khác phân định tình trạng làm việc của rơle Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 Việc cài đặt và chỉnh định các thông số, các chức năng bảo vệ trong rơle 7UT613 được thực hiện theo hai cách sau: - Bằng bàn phím ở mặt trước của rơle. - Bằng phần mềm điều khiển rơle DIGSI 4 cài đặt trên máy tính thông qua các cổng giao tiếp. Rơle của hãng Siemens thường tổ chức các thông số trạng thái và chức năng bảo vệ theo các địa chỉ, tức là đối với mỗi chức năng, thông số cụ thể sẽ ứng với một địa chỉ nhất định. Mỗi địa chỉ lại có những lựa chọn để cài đặt. Ví dụ ở bảng 4.1. Bảng 4.1 Địa chỉ Các 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: máy biến áp 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 quá tải nhiệt. 4.1.5. Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 Đối tượng được bảo vệ 87/DI IT1+IT2 IT1 IT2 IS1 IS2 Hình 4.2 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613. Phối hợp các đại lượng đo lường. Các phía của máy biến áp đều đặt máy biến dòng, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau. Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ số biến đổi, tổ nối dây, sự điều chỉnh điện áp của máy biến áp, dòng điện định mức, sai số, sự bão hoà của máy biến dòng. Do vây để tiện so sánh dòng điện thứ cấp máy biến dòng ở các phía máy biến áp thì phải biến đổi chúng về cùng một phía, chẳng hạn phía sơ cấp. Việc phối hợp giữa các đại lượng đo lường ở các phía được thực hiện một cách thuần tuý toán học như sau: [Im] = k.[K].[In] Trong đó: - [Im] ma trận dòng điện đã được biến đổi ( IA, IB, IC) - k hệ số - [K] ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dây máy biến áp. - [In] ma trận dòng điện pha ( IL1, IL2, IL3) So sánh các đại lượng đo lường và đặc tính tác động Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây, xử lí dòng thứ tự không, các đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ dòng trong các pha IA, IB và IC, bộ vi xử lí sẽ so sánh về mặt trị số: ISL = IH = ++ ,, là dòng điện cuộn cao áp, trung áp và hạ áp máy biến áp. Có hai trường hợp sự cố xảy ra * Trường hợp sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ hoặc ở chế độ làm việc bình thường. Khi đó ngược chiều với , và I1 = I2 + I3 ISL= IH = Trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ, nguồn cung cấp từ phía cao áp nên: ISL= (= =0) IH = Các kết quả trên cho thấy khi có sự cố (ngắn mạch) xảy ra trong vùng bảo vệ thì ISL= IH, do vậy đường đặc tính sự cố có độ dốc bằng 1. Để đảm bảo bảo vệ so lệch tác động chắc chắn khi có sự cố bên ngoài ta cần chỉnh định các trị số tác động cho phù hợp với yêu cầu cụ thể. Rơle 7UT613 được sử dụng có đường đặc tính tác động cho chức năng bảo vệ so lệch thoả mãn các yêu cầu bảo vệ . Hình 4-3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613. Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm các đoạn: Đoạn a: Biểu thị giá trị dòng điện khởi động ngưỡng thấp IDIFF> của bảo vệ ( địa chỉ 1221), với mỗi máy biến áp xem như hằng số. Dòng điện này phụ thuộc dòng điện từ hoá máy biến áp. Đoạn b: Đoạn đặc tính có kể đến sai số biến đổi của máy biến dòng và sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp. Đoạn b có độ dốc SLOPE 1( địa chỉ 1241) với điểm bắt đầu là BASE POINT 1( địa chỉ 1242) Đoạn c: Đoạn đặc tính có tính đến chức năng khoá bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bão hoà không giống nhau ở các máy biến dòng. Đoạn c có độ dốc SLOPE 2 (địa chỉ 1243) với điểm bắt đầu BASE POINT 2 (địa chỉ 1244) Đoạn d: Là giá trị dòng điện khởi động ngưỡng cao IDIFF>> của bảo vệ ( địa chỉ 1231). Khi dòng điện so lệch ISL vượt quá ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tác động không có thời gian mà không quan tâm đến dòng điện hãm IH và các sóng hài dùng để hãm bảo vệ. Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động. Các dòng điện ISL và IH được biểu diễn trên trục toạ độ theo hệ tương đối định mức. Nếu toạ độ điểm hoạt động ( ISL, IH) xuất hiện gần đặc tính sự cố sẽ xảy ra tác động. Vùng hãm bổ sung: Đây là vùng hãm khi máy biến dòng bão hoà. Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu dòng điện ngắn mạch lớn làm cho máy biến dòng bão hoà mạnh. Hằng số thời gian của hệ thống dài, hiện tượng này không xuất hiện khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ. Các giá trị đo được bị biến dạng được nhận ra trong cả thành phần so lệch cũng như thành phần hãm. Hiện tượng bão hoà máy biến dòng dẫn đến dòng điện so lệch đạt trị số khá lớn, đặc biệt khi mức độ bão hoà của các máy biến dòng là khác nhau. Trong thời gian đó nếu điểm hoạt động (IH, ISL) rơi vào vùng tác động thì bảo vệ sẽ tác động nhầm. Rơle 7UT613 cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tượng bão hoà và sẽ tạo ra vùng hãm bổ xung. Sự bão hoà của máy biến dòng trong suốt thời gian xảy ra ngắn mạch ngoài được phát hiện bởi trị số dòng hãm có giá trị lớn hơn. Trị số này sẽ di chuyển điểm hoạt động đến vùng hãm bổ sung giới hạn bởi đoạn đặc tính b và trục IH (khác với 7UT513). Từ hình vẽ ta thấy: Tại điểm bắt đầu xảy ra sự cố A, dòng sự cố tăng nhanh sẽ tạo nên thành phần hãm lớn. BI lập tức bị bão hoà (B). Thành phần so lệch được tạo thành và thành phần hãm giảm xuống kết quả là điểm hoạt động (ISL, IH) có thể chuyển dịch sang vùng tác động (C). Ngược lại, khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch đủ lớn, điểm hoạt động ngay lập tức dịch chuyển dọc theo đường đặc tính sự cố. Hiện tượng bão hoà máy biến dòng được phát hiện ngay trong 1/4 chu kỳ đầu xảy ra sự cố, khi sự cố ngoài vùng bảo vệ được xác định. Bảo vệ so lệch sẽ bị khoá với lượng thời gian có thể điều chỉnh được. Lệnh khoá được giải trừ ngay khi điểm hoạt động chuyển sang đường đặc tính sự cố. Điều này cho phép phân tích chính xác các sự cố liên quan đến máy biến áp. Bảo vệ so lệch làm việc chính xác và tin cậy ngay cả khi BI bão hoà. Vùng hãm bổ sung có thể hoạt động độc lập cho mỗi pha được xác định bằng việc chỉnh định các thông số, chúng được sử dụng để hãm pha bị sự cố hoặc các pha khác hay còn gọi là chức năng khoá chéo. + Chức năng hãm theo các sóng hài Khi đóng cắt máy biến áp không tải hoặc kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện có thể xuất hiện dòng điện từ hoá đột biến. Dòng đột biến này có thể lớn gấp nhiều lần Iđm và có thể tạo thành dòng điện so lệch. Dòng điện này cũng xuất hiện khi đóng máy biến áp làm việc song song với máy biến áp đang vận hành hoặc quá kích thích máy biến áp. Phân tích thành phần đột biến này, ta thấy có một thành phần đáng kể sóng hài bậc hai, thành phần này không xuất hiện trong dòng ngắn mạch. Do đó người ta tách thành phần hài bậc hai ra để phục vụ cho mục đích hãm bảo vệ so lệch. Nếu thành phần hài bậc hai vượt quá ngưỡng đã chọn, thiết bị bảo vệ sẽ bị khoá lại. Bên cạnh sóng hài bậc hai, các thành phần sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để phục vụ cho mục đích hãm như: thành phần hài bậc bốn thường được phát hiện khi có sự cố không đồng bộ, thành phần hài bậc ba và năm thường xuất hiện khi máy biến áp quá kích thích. Hài bậc ba thường bị triệt tiêu trong máy biến áp có cuộn tam giác nên hài bậc năm thường được sử dụng hơn. Bộ lọc kĩ thuật số phân tích các sóng vào thành chuỗi Fourier và khi thành phần nào đó vượt quá giá trị cài đặt, bảo vệ sẽ gửi tín hiệu tới các khối chức năng để khoá hay trễ. Tuy nhiên bảo vệ so lệch vẫn làm việc đúng khi máy biến áp đóng vào một pha bị sự cố, dòng đột biến có thể xuất hiện trong pha bình thường. Đây gọi là chức năng khoá chéo. Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT. Đây chính là bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không. Chức năng REF dùng phát hiện sự cố trong máy biến áp lực có trung điểm nối đất. Vùng bảo vệ là vùng giữa máy biến dòng đặt ở dây trung tính và tổ máy biến dòng nối theo sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp. Nguyên lí làm việc của REF trong rơle 7UT613. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF sẽ so sánh dạng sóng cơ bản của dòng điện trong dây trung tính ( ISP) và dạng sóng cơ bản của dòng điện thứ tự không tổng ba pha. Hình 4-4. Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613. (Dòng chạy trong dây trung tính) ( Dòng điện tổng từ các BI đặt ở các pha) Trị số dòng điện cắt IREF và dòng điện hãm IH được tính như sau: Trong đó k là hệ số, trong trường hợp chung, giả thiết k =1 Xét các trường hợp sự cố sau: + Sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ: khi đó và sẽ ngược pha và cùng biên độ, do đó = -. Vậy ta có: IREF = Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm bằng 2 lần dòng cắt. + Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ của cuộn dây nối sao mà không có nguồn ở phía cuộn dây nối sao đó. Trong trường hợp này thì = 0, do đó ta có: IREF = Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm bằng 0. + Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây hình sao có nguồn đi đến: ¹ IREF = Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm âm. Từ kết quả trên ta thấy: . Khi sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ, dòng hãm luôn có giá trị âm hoặc bằng không (IH £ 0) và dòng cắt luôn tồn tại (IREF > 0) do đó bảo vệ luôn tác động. . Khi sự cố ở ngoài vùng bảo vệ không phải là sự cố chạm đất sẽ xuất hiện dòng điện không cân bằng do sự bão hoà khác nhau giữa các BI đặt ở các pha, bảo vệ sẽ phản ứng như trong trường hợp chạm đất một điểm trong vùng bảo vệ. Để tránh bảo vệ tác động sai, chức năng REF trong 7UT613 được trang bị chức năng hãm theo góc pha. Thực tế và không trùng pha nhau khi chạm đất trong vùng bảo vệ và ngược pha nhau khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ do các máy biến dòng không phải là lí tưởng. Giả sử góc lệch pha củavà là j. Dòng điện hãm IH phụ thuộc trực tiếp vào hệ số k, hệ số này lại phụ thuộc vào góc lệch pha giới hạn jgh. Ví dụ ở rơle 7UT613 cho k = 4 thì jgh = 100, có nghĩa là với j > 100 sẽ không có lệnh cắt gửi đi. Ta có đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong rơle 7UT613. Hình 4-5. Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế. Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613. Rơle 7UT613 cung cấp đầy đủ các loại bảo vệ quá dòng như: . Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ . Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ . Bảo vệ quá dòng có thời gian, đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc. . Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian, đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc. Loại bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không có đặc tính thời gian phụ thuộc của 7UT613 có thể hoạt động theo các chuẩn đường cong của IEC, ANSI và IEEE hoặc theo đường cong do người dùng tự thiết lập. Chức năng bảo vệ chống quá tải. Rơle 7UT613 cung cấp hai phương pháp bảo vệ chống quá tải: Phương pháp sử dụng nguyên lí hình ảnh nhiệt theo tiêu chuẩn IEC 60255-8. Đây là phương pháp cổ điển, dễ cài đặt. Phương pháp tính toán theo nhiệt độ điểm nóng và tỉ lệ già hoá theo tiêu chuẩn IEC 60354. Người sử dụng có thể đặt đến 12 điểm đo trong đối tượng được bảo vệ qua 1 hoặc 2 hộp RTD (Resistance Temperature Detector) nối với nhau. RTD-box 7XV566 được sử dụng để thu nhiệt độ của điểm lớn nhất. Nó chuyển giá trị nhiệt độ sang tín hiệu số và gửi chúng đến cổng hiển thị.Thiết bị tính toán nhiệt độ của điểm nóng từ những dữ liệu này và chỉnh định đặc tính tỉ lệ. Khi ngưỡng đặt của nhiệt độ bị vượt quá, tín hiệu ngắt hoặc cảnh báo sẽ được phát ra. Phương pháp này đòi hỏi phải có thông tin đầy đủ về đối tượng được bảo vệ: đặc tính nhiệt của đối tượng, phương thức làm mát. Ngoài chức năng theo chế độ nhiệt như trên, rơle 7UT613 còn chống quá tải theo dòng, tức là khi dòng điện đạt đến ngưỡng cảnh báo thì tín hiệu cảnh báo cũng được đưa ra cho dù độ tăng nhiệt độ q chưa đạt tới các ngưỡng cảnh báo và cắt. Chức năng chống quá tải có thể được khoá trong trường hợp cần thiết thông qua đầu vào nhị phân. 4.2. RƠ LE HỢP BỘ QUÁ DÒNG SỐ 7SJ64 4.2.1. Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ64. Hình 4-6.Rơ le 7SJ64 SIPROTEC4 7SJ64 là loại rơ le được dùng bảo vệ và kiểm soát các lộ đường dây phân phối và đường dây truyền tải với mọi cấp điện áp, mạng trung tính nối đất, nối đất qua điện trở thấp, nối đất bù điện dung. Rơ le cũng phù hợp dùng cho mạch vòng kín, mạng hình tia, đường dây một hoặc nhiều nguồn cung cấp. 7SJ64 là loại rơ le duy nhất của họ rơ le 7SJ6 có đặc điểm chức năng bảo vệ linh hoạt, có thể lên tới 20 chức năng bảo vệ tương ứng với các yêu cầu riêng. Các chức năng dễ sử dụng, tự động hoá. Rơle này có những chức năng điều khiển đơn giản cho máy cắt và các thiết bị tự động.Logic tích hợp lập trình được (CFC) cho phép người dùng thực hiện được tất cả các chức năng sẵn có, ví dụ như chuyển mạch tự động (khoá liên động). 4.2.2. Các chức năng của 7SJ64 - Bảo vệ quá dòng có thời gian (51, 51N) - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50, 50N) - Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng (67, 67N) - Bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao - Bảo vệ thay đổi điện áp (59N/64) - Bảo vệ chống chạm đất chập chờn - Bảo vệ chống chạm đất tổng trở cao (87N) - Hãm dòng xung kích - Bảo vệ động cơ (14) - Bảo vệ quá tải (49) - Kiểm soát nhiệt độ (38) - Bảo vệ tần số (81O/U) - Bảo vệ công suất (32) - Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF) - Bảo vệ dòng thứ tự nghịch (46) - Kiểm soát thành phần pha - Đồng bộ hoá (25) - Tự động đóng lại - Định vị sự cố (21FL) - Lockout (86). * Chức năng điều khiển / logic lập trình được. . Điều khiển máy cắt và dao cách li. . Điều khiển qua bàn phím, đầu vào nhị phân, hệ thống DIGSI 4 hoặc SCADA. . Người sử dụng cài đặt logic tích hợp lập trình được (cài đặt khoá liên động). * Chức năng giám sát. . Đo giá trị dòng làm việc . Chỉ thị liên tục. . Đồng hồ thời gian. . Giám sát đóng ngắt mạch. . 8 biểu đồ dao động ghi lỗi. * Các cổng giao tiếp . Giao diện hệ thống. Giao thức IEC 60870 – 5 – 103. PROFIBUS – FMS/ - DP. DNP 3.0 / MODBUS RTU . Cung cấp giao diện cho DIGSI 4 ( modem) / Đo nhiệt độ (RTD – box) . Giao diện ở mặt trước rơle cho DIGSI 4. . Đồng bộ thời gian thông qua IRIG B / DCF 77. Biểu đồ các chức năng của rơ le được chỉ ra như sau: Hình 4-7.Biểu đồ chức năng của 7SJ64 4.2.3. Đặc điểm cấu trúc của 7SJ64 Hệ thống vi xử lí 32 bit. Thực hiện xử lí hoàn toàn bằng tín hiệu số các quá trình đo lường, lấy mẫu, số hoá các đại lượng đầu vào tương tự. Không liên hệ về điện giữa khối xử lí bên trong thiết bị với những mạch bên ngoài nhờ bộ biến đổi DC, các biến điện áp đầu vào tương tự, các đầu vào ra nhị phân. Phát hiện quá dòng các pha riêng biệt, dòng điện tổng. Chỉnh định đơn giản bằng bàn phím hoặc bằng phần mềm DIGSI 4. Lưu giữ số liệu sự cố… Trên hình 4-8, thể hiện cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ64. Bộ biến đổi đầu vào ( MI ) biến đổi dòng điện thành các giá trị phù hợp với bộ vi xử lí bên trong của rơle. Có bốn dòng đầu vào ở MI gồm ba dòng pha, một dòng trung tính, chúng được chuyển tới tầng khuyếch đại. Tầng khuyếch đại đầu vào IA tạo các tín hiệu tổng trở cao từ các tín hiệu analog đầu vào. Nó có các bộ lọc tối ưu về dải thông và tốc độ xử lí. Tầng chuyển đổi tương tự – số ( AD ) bao gồm bộ dồn kênh, bộ chuyển đổi tương tự – số ( A/D ) và những modul nhớ để truyền tín hiệu số sang khối vi xử lí. Hình 4-8.Cấu trúc phần cứng của 7SJ64 - Khối vi xử lí mC bao gồm những chức năng điều khiển, bảo vệ, xử lí những đại lượng đo được. Tại đây diễn ra các quá trình sau: . Lọc và sắp xếp các đại lượng đo. . Liên tục giám sát các đại lượng đo. . Giám sát các điều kiện làm việc của từng chức năng bảo vệ. . Kiểm soát các giá trị giới hạn và thứ tự thời gian. . Đưa ra các tín hiệu điều khiển cho các chức năng logic. . Lưu giữ và đưa ra các thông số sự cố phục vụ cho việc tính toán và phân tích sự cố. . Quản lí sự vận hành của khối và các chức năng kết hợp như ghi dữ liệu, đồng hồ thời gian thực, giao tiếp truyền thông. 4.2.4. Chức năng bảo vệ quá dòng điện có thời gian. - Người sử dụng có thể chọn bảo vệ quá dòng điện có đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc. - Các đặc tính có thể cài đặt riêng cho các dòng pha và dòng đất. Tất cả các ngưỡng là độc lập nhau. - Với bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập, dòng điện các pha được so sánh với giá trị đặt chung cho cả ba pha, còn việc khởi động là riêng cho từng pha, đồng hồ các pha khởi động, sau thời gian đặt tín hiệu cắt được gửi đi. - Với bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc, đường đặc tính có thể được lựa chọn. Rơle 7SJ64 cung cấp đủ các loại bảo vệ quá dòng như sau: 50 : Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ. 50N: Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ. 51 : Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc 51N: Bảo vệ quá dòng thứ tự không với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc. 50Ns, 51Ns: Chống chạm đất có độ nhạy cao, cắt nhanh hoặc có thời gian. Loại bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không với đặc tính thời gian phụ thuộc của 7SJ64 có thể hoạt động theo chuẩn đường cong của IEC hoặc đường cong do người dùng thiết lập. Đặc tính dốc bình thường Đặc tính rất dốc Đặc tính cực dốc Hình 4.12.Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng Các công thức biểu diễn các đường đặc tính trên là: Đặc tính dốc bình thường (normal inverse) : t (s) Đặc tính rất dốc (very inverse) : t (s) Đặc tính cực dốc (extremely inverse) : t (s) Trong đó: t : thời gian tác động của bảo vệ (sec) tP : bội số thời gian đặt (sec) I : dòng điện sự cố (kA) IP : dòng điện khởi động của bảo vệ (kA) CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA RƠLE, KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 5.1.CÁC SỐ LIỆU CẦN THIẾT PHỤC VỤ TRONG TÍNH TOÁN BẢO VỆ. Bảng 5-1 Phía Thông số 220 kV 110 kV 22 kV Công suất danh định (MVA) 125 125 25 Điện áp danh định (kV) 225 115 23 Dòng điện danh định (A) 320,8 627,6 627,6 Tổ đấu dây YN YN D - 11 Tỉ số máy biến dòng 400/1 800/1 800/1 Điện áp cực đại Umax (kV) 247,5 115 24,15 Điện áp cực tiểu Umin (kV) 202,5 115 21,85 Điện áp đặt Uđ(kV) 222,75 115 22,94 5.2. NHỮNG CHỨC NĂNG BẢO VỆ DÙNG RƠLE 7UT613. 5.2.1. Khai báo thông số máy biến áp. Việc chỉnh định các thông số cài đặt cho từng chức năng được thực hiện trong các khối chức năng tương ứng. Trong mỗi khối, các thông số có thể chỉnh định bằng cách bấm các phím trên bề mặt rơle. Từ những thông số danh định của máy biến áp, rơle tự động tính toán để thích ứng với tổ đấu dây và dòng danh định của các cuộn dây theo công thức đã lập sẵn. rơle cần những thông số sau cho mỗi cuộn dây: . Công suất danh định Sdđ (MVA). . Điện áp danh định Udđ (kV). . Dòng điện danh định Idđ (A). . Tổ đấu dây. . Máy biến áp có điều chỉnh dưới tải thì không khai báo điện áp danh định mà khai báo điện áp Uđ theo công thức sau: Trong đó Umax ,Umin là giá trị điện áp cực đại và cực tiểu có thể đạt được khi thay đổi đầu phân áp. Khai báo thông số máy biến áp như trong bảng 5-2. Bảng 5-2 Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung 311 0.4 ¸ 800 kV 225 kV Điện áp phía cao áp 312 0.2 ¸5000 MVA 125 MVA Công suất cuộn cao áp 313 Solid Earthed Isolated Solid Earthed Trung tính nối đất trực tiếp 314 Y D Z YN Cuộn cao áp nối sao 321 0.4 ¸ 800 kV 115 kV Điện áp phía trung áp 322 0.2 ¸5000 MVA 125 MVA Công suất cuộn trung áp 323 Solid Earthed Isolated Solid Earthed Trung tính nối đất trực tiếp 324 Y D Z YN Cuộn trung áp nối sao 325 0 ¸ 11 0 Tổ đấu dây 331 0.4 ¸ 800 kV 23 kV Điện áp phía hạ áp 332 0.2 ¸5000 MVA 25 MVA Công suất cuộn hạ áp 333 Solid Earthed Isolated Isolated Trung tính cách đất 334 Y D Z D Cuộn hạ áp nối tam giác 335 0¸ 11 11 Tổ đấu dây 372 1 ¸ 100000 A 320,8 A Dòng điện làm việc phía cao áp 373 1 ¸ 100000 A 627,6 A Dòng điện làm việc phía trung áp 374 1 ¸ 100000 A 627,6 Dòng điện làm việc phía hạ áp 5.2.2. Chức năng bảo vệ so lệch có hãm. Dòng so lệch mức thấp IDIFF > là giá trị khởi động của dòng so lệch đoạn a (Hình 5-1), giá trị này biểu thị độ nhạy của bảo vệ khi xét đến dòng không cân bằng cố định qua rơle, trong chế độ làm việc bình thường thì: IDIFF > = Kat.IKCB Kat: hệ số an toàn; Kat=1,2 ¸ 1,3 IKCB là dòng điện không cân bằng, trong trường hợp bình thường, theo nguyên lí đo lường của rơle 7UT613 thì dòng so lệch bằng không, tuy nhiên trong thực tế nó đo được dòng không cân bằng bao gồm những thành phần sau: IKCB= (Kđn.KKCK.fi + DU).IdđB Kđn là hệ số đồng nhất máy biến dòng, Kđn=1. KKCK là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ, KKCK= 1. fi : sai số tương đối cho phép của BI, fi =0,1. DU là phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp, với phạm vi điều chỉnh ± 8 ´ 1,25 % = 10 %, DU= 0,1. IdđB: dòng điện danh định của máy biến áp (lấy phía 220kV làm phía cơ bản). Do đó IDIFF > = (1,2 ¸ 1,3)(1.1.0,1 + 0,1).IdđB IDIFF > = (0,2 ¸ 0,3). IdđB Thường chọn IDIFF >* = 0,3 Độ dốc của đoạn đặc tính b đảm bảo cho rơle làm việc tin cậy trong trường hợp không cân bằng xảy ra do sai số của BI và sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp khi dòng ngắn mạch không lớn. Theo nhà sản xuất, chọn a1=14°, vậy KHb= tga1= 0,25 (KHb là hệ số hãm đoạn b), SLOPE 1 = 0,25. Độ dốc của đoạn đặc tính c có mức độ hãm lớn hơn, nhằm đảm bảo cho rơle làm việc trong điều kiện dòng không cân bằng lớn, BI bị bão hoà khi có ngắn mạch ngoài. Độ dốc này được xác định theo độ lớn của góc a2, nhà sản xuất đã đặt sẵn trong rơle điểm cơ sở là 2,5 và a2=26,56°, SLOPE 2= 0,5. Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ nhất: = = 1,2 Dòng so lệch mức cao IDIFF >> là giới hạn phía trên đường đặc tính (đoạn d), đoạn đặc tính này phụ thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch của máy biến áp. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng so lệch lớn hơn giá trị IDIFF >> thì rơle tác động ngay lập tức không kể mức độ dòng hãm, ngưỡng này thường được chỉnh định ở mức khi ngắn mạch ở đầu ra máy biến áp và dòng sự cố xuất hiện lớn hơn lần dòng danh định của máy biến áp, =10,78% ® = 9,3. Vậy ta chọn giá trị IDIFF >> = 9,3.IdđB. Ta có ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ hai: = = 5 = = 21,1 .SLOPE1 = 5 . 0,25 = 1,25 Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh cho rơle tác động nhầm khi BI bão hoà mạnh khi ngắn mạch ngoài lấy bằng 7. Tỷ lệ thành phần hài bậc hai đạt đến ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá, tránh cho rơle khỏi tác động nhầm (15%). Thời gian trễ của cấp IDIFF > là 0s. Thời gian trễ của cấp IDIFF >> là 0s. 5.2.3. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) I-REF= kat . fi% .IdđB kat = 1,2 : hệ số an toàn. fi% = 0,1 : sai số lớn nhất của máy biến dòng. I-REF=1,2.0,1.IdđB = 0,12. IdđB . Chọn dòng điện khởi động : I-REF> = 0,3. IdđB . Độ dốc của đường đặc tính : SLOPE = 0 . Thời gian trễ tác động : T I-REF> = 0 s Bảng 5-3 Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung 1201 OFF ON Block relay for trip commands ON Đặt chức năng bảo vệ so lệch 1206 OFF ON ON Hãm bằng sóng hài bậc hai 1221 0.05..2.00 I/In0 0.30 I/In0 Dòng so lệch mức thấp IDIFF > = 0,3.IdđB 1226A 0.00..60.00sec;µ 0.00sec Thời gian trễ của cấp IDIFF > 1231 0.05..35.0 I/In0 9.3 I/In0 Dòng so lệch mức cao IDIFF >> = 9,3.IdđB 1236A 0.00..60.00sec;µ 0.00sec Thời gian trễ của cấp IDIFF >> 1241A 0.10..0.50 0.25 Độ dốc đoạn đặc tính b 1242A 0.00..2.00 I/In0 0.00 I/In0 Điểm cơ sở của đoạn đặc tính b 1243A 0.25..0.95 0.50 Độ dốc đoạn đặc tính c 1244A 0.00..10.00 I/In0 2.50 I/In0 Điểm cơ sở của đoạn đặc tính c 1261A 2.00..15.00 I/In0 7 I/In0 Ngưỡng cho phép hãm bổ sung tác động 1271 10..80% 15% Tỉ lệ thành phần hài bậc hai 1301 OFF ON ON Bật chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) 1311 0.05..2.00 I/In 0.3 I/In Dòng khởi động của bảo vệ REF 1312A 0.00..60.00 sec;µ 0.00 sec Thời gian trễ của bảo vệ REF 1313A 0.00..0.95 0.00 Độ dốc của đường đặc tính Từ những thông số chỉnh định ở trên, ta xây dựng được đường đặc tính làm việc của rơle 7UT613 như hình 5-1. Hình 5-1. Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm. NHỮNG CHỨC NĂNG BẢO VỆ DÙNG RƠLE 7SJ64. 5.3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, I>>(50) Dòng điện khởi động của rơle này được xác định theo điều kiện: Ikđ = Kat.INng.max, kA Trong đó : Kat- hệ số an toàn, Kat = 1,2¸1,3. Chọn Kat = 1,2; INng.max- dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất, kA. Dòng khởi động phía thứ cấp của BI được xác định theo điều kiện: IkđI>> = , A Trong đó: nI- tỷ số biến dòng tương ứng. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh đặt ở phía 220 kV qua 1BI. INng.max =6,803-Ngắn mạch dạng N(3) tại N2, nguồn cung cấp SNmax, 1 máy biến áp làm việc. INng.max = 6,803.Icb1=6,803.0,328=2,231 kA; Ikđ1 = 1,2.2,231 = 2,678 kA Ikđ1I>> = A 5.3.2 Bảo vệ quá dòng, I>(51) Dòng điện khởi động của rơle này chọn theo điều kiện sau: Ikđ = .IdđB = K.IdđB, kA Trong đó : Kat- hệ số an toàn, Kat = 1,2¸1,3. Chọn Kat = 1,2; Km- hệ số mở máy, Km = 1,2¸1,3. Chọn Km = 1,2; Kv - hệ số trở về, Kv = 1 đối với rơle số; K - hệ số chỉnh định, K =1,5¸1,6.Chọn K = 1,6 Dòng khởi động phía thứ cấp của BI được xác định theo điều kiện: IkđI> = , A Trong đó: nI- tỷ số biến dòng tương ứng. 1) Bảo vệ quá dòng đặt ở phía 220 kV Ikđ1 = 1,6.IdđB(220) = 0,513 kA; Ikđ1I> = A 2) Bảo vệ quá dòng đặt ở phía 110 kV Ikđ2 = 1,6.IdđB(110) =1,004 kA; Ikđ2I> = A 3) Bảo vệ quá dòng đặt ở phía 22 kV Ikđ3= 1,6.IdđB(22) =1,004 kA; Ikđ3I> = A Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian độc lập Phía 22 kV: Thời gian cắt của bảo vệ đường dây tD = 1sec, Dt = 0,3 sec nên : t = tD + Dt = 1+0,3 =1,3 sec Phía 110 kV Thời gian cắt của bảo vệ đường dây tD = 1sec, Dt = 0,3 sec nên: t = tD + Dt = 1+0,3 =1,3 sec Phía 220 kV: Thời gian cắt của bảo vệ đường dây tD = 1sec, Dt = 0,3 sec nên : t = tD + Dt = 1+0,3 =1,3 sec 5.3.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không, I0>(51N) Dòng điện khởi động của rơle này được chọn theo điều kiện sau: I0kđI> =(0,2¸0,3).IdđBI Trong đó: IdđBI- Dòng danh định của BI, IdđBI= 1A I0kđI>= 0,3.1 = 0,3A Bảo vệ này chỉ đặt cho 2 phía 220 kV và 110 kV. Các thông số cài đặt cho rơ le 7SJ64 phía 220 kV theo bảng 5-4 : Bảng 5-4 Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung 1201 ON OFF ON Bật chức năng quá dòng cắt nhanh 1202 0,10..25,00A 6,695A Dòng khởi động quá dòng cắt nhanh 1203 0,00..60,00sec 0,00sec Thời gian tác động quá dòng cắt nhanh 1207 0,10..4,00A 1,283A Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng 1211 Normal Inverse Very Inverse Extremly Inverse User Character User Character Chọn đặc tính thời gian cho bảo vệ quá dòng, t=const 1301 ON OFF ON Bật chức năng quá quá dòng thứ tự không 1307 0,10..4,00 0,30A Dòng khởi động quá dòng thứ tự không 4201 ON OFF ON Bật chức năng quá tải 4202 0,10..4,00 1,10 Hệ số k 4203 1,0..999,9min 100,0min Hằng số thời gian 4204 50..100% 82% Cảnh báo trạng thái nhiệt 7001 ON OFF ON Bật chức năng chống máy cắt hỏng 50BF 7005 0,00..60,00sec;µ 0,25sec Thời gian trễ của 50BF Các thông số cài đặt cho rơ le 7SJ64 phía 110 kV theo bảng 5-5: Bảng 5-5 Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung 1201 ON OFF ON Bật chức năng quá dòng 1207 0,10..4,00A 1,255A Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng 1211 Normal Inverse Very Inverse Extremly Inverse User Character User Character Chọn đặc tính thời gian cho bảo vệ quá dòng, t= const 1301 ON OFF ON Bật chức năng quá dòng thứ tự không 1307 0,05..4,00A 0,30A Dòng khởi động quá dòng thứ tự không 4201 ON OFF ON Bật chức năng quá tải 4202 0,10..4,00 1,10 Hệ số k 4203 1,0..999,9min 100,0min Hằng số thời gian 4204 50..100% 82% Cảnh báo trạng thái nhiệt 7001 ON OFF ON Bật chức năng chống máy cắt hỏng 50BF 7005 0,00..60,00sec;µ 0,25sec Thời gian trễ của 50BF Các thông số cài đặt cho rơ le 7SJ64 phía 22 kV theo bảng 5-6: Bảng 5-6 Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung 1201 ON OFF ON Bật chức năng quá dòng 1207 0,10..4,00A 1,255A Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng 1211 Normal Inverse Very Inverse Extremly Inverse User Character User Character Chọn đặc tính thời gian cho bảo vệ quá dòng, t= const 4201 ON OFF ON Bật chức năng quá tải 4202 0,10..4,00 1,10 Hệ số k 4203 1,0..999,9min 100,0min Hằng số thời gian 4204 50..100% 82% Cảnh báo trạng thái nhiệt 7001 ON OFF ON Bật chức năng chống máy cắt hỏng 50BF 7005 0,00..60,00sec;µ 0,25sec Thời gian trễ của 50BF 5.4.KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ 5.4.1. Bảo vệ so lệch, DI (87) Ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ Trên lý thuyết khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng so lệch sẽ bằng không. Tuy nhiên, thực tế bảo vệ sẽ đo được dòng so lệch theo biểu thức: Isl = Ikcb = (Kđn.Kkck.fi+DUđ/c).INng.max Trong đó: Kđn - Hệ số đồng nhất của máy biến dòng, Kđn= 1; Kkck - Hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ, Kkck = 1; fi - Sai số tương đối cho phép của BI, fi = 1; DUđ/c-Phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp, DUđ/c = 0,1; INngmax- Dòng điện ngắn mạch cực đại ngoài vùng bảo vệ Suy ra : Isl = 0,2.INngmax Dòng hãm được xác định theo biểu thức: IH = 2.INngmax Hệ số an toàn hãm của bảo vệ so lệch được xác định theo biểu thức: KatH = Trong đó: IHtt - dòng điện hãm tính toán. Ngắn mạch phía 110 kV (N2) IN2ngmax = I1BImax = 6,803 (đã loại dòng thứ tự không) (Ngắn mạch dạng N2(3) ,nguồn cung cấp SNmax,1MBA làm việc độc lập (bảng 2-2) ) Isl2 = 0,2.IN2ngmax = 0,2.6,803 = 1,361 IH2 = 2. IN2ngmax = 2.6,803 = 13,61 Như vậy cắt đường đặc tính c nên: IH2tt = =5,222 KatH2 =2,61 Ngắn mạch phía 22 kV (N3) IN3ngmax = I1BImax = 0,831 (Ngắn mạch dạng N3(3), nguồn cung cấp SNmax, 1MBA làm vệc độc lập (bảng 2-3)) Isl3 = 0,2.IN3ngmax = 0,2.0,831 = 0,831 IH3 =2.IN3ngmax=2.0,831. =8,31 Như vậy cắt đường đặc tính b nên: IH3tt = =3,324 KatH2 =2,5 Ngắn mạch trong vùng bảo vệ Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch Isl luôn bằng dòng hãm IH do đó theo lý thuyết rơle luôn tác động. Kiểm tra sự làm việc của rơle ta kiểm tra độ nhạy: Kn = Trong đó: Isltt- dòng so lệch tính toán (tính dựa trên đặc tính làm việc của rơle) Ngắn mạch phía 220 kV (N1’) Dòng so lệch trong vùng bé nhất : Isl1 = IH = 9,842 (Ngắn mạch N’1(2), nguồn cung cấp SNmin ,2MBA làm việc song song, bảng 2-1) Như vậy cắt đường đặc tính c nên: Isl1tt = Độ nhạy của bảo vệ: Kn1 = Ngắn mạch phía 110 kV (N2’) Dòng so lệch trong vùng bé nhất : Isl2 = IH2 = 4,245 (Ngắn mạch N2(2), nguồn cung cấp SNmin ,2MBA làm việc song song (bảng 2-2)) Như vậy cắt đường đặc tính b nên: Isl2tt = 4,245.0,25=1,106 Độ nhạy của bảo vệ: Kn2 = Ngắn mạch phía 22 kV (N3’) Dòng so lệch trong vùng bé nhất : Isl3 = IH3 =0,686.=3,43 ( Ngắn mạch N3(2), nguồn cung cấp SNmin , 2MBA làm việc độc lập (bảng 2-3)) Như vậy cắt đường đặc tính b nên: Isl3tt =3,43.0,25=0,858 Độ nhạy của bảo vệ: Kn3 = 5.4.2.Bảo vệ chống chạm đất hạn chế, DI0 (87N) Độ nhạy được xác định theo biểu thức: Kn0 = Trong đó: I0Nmin- trị số dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất tại chỗ ngắn mạch trong vùng bảo vệ; + Điểm N’1 Iokđ - trị số dòng khởi động, I0kđ = 0,3.Idđ1BI = 0,3.400 =120 A . Dòng thứ tự không nhỏ nhất qua bảo vệ: I0Nmin = (Dạng ngắn mạch N’1(1,1), nguồn cung cấp SNmin ,1MBA làm việc,trang 30 ) Độ nhạy của bảo vệ : Kn0 = + Điểm N’2 Iokđ - trị số dòng khởi động, I0kđ = 0,3.Idđ2BI = 0,3.800 =240 A . Dòng thứ tự không nhỏ nhất qua bảo vệ: I0Nmin = 1703.=1117,3A (Dạng ngắn mạch N2(1), nguồn cung cấp SNmin , 2MBA làm việc,trang 40) Độ nhạy của bảo vệ : Kn0 = 5.4.3.Bảo vệ quá dòng, I> (51) Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo biểu thức: Kn = Trong đó: Ikđ - Dòng khởi động của bảo vệ. 1,Bảo vệ quá dòng phía 220 kV IN1min = = 0,225 kA IN1min - Dòng ngắn mạch cực tiểu qua vị trí đặt bảo vệ khi có sự cố phía bên kia máy biến áp: INmin = min { IN2min , IN3min } (Dạng ngắn mạch N3(2), nguồn cung cấp SNmin, 2MBA làm việc song song, bảng2-3) Ikđ1 = 0,674 kA Kn1 = =0,333 < 1 Trong trường hợp này bảo vệ không nhạy, để tăng độ nhạy chúng ta sử dụng bảo vệ thành phần thứ tự nghịch: Dòng điện khởi động được chọn theo điều kiện: I2kđ1 = 0,3.IdđB = 0,3.kA Độ nhạy của bảo vệ: K2n1 = Trong đó: I21BImin- Dòng thứ tự nghịch nhỏ nhất qua 1BI I21BImin = = 0,13 kA K2n1 = 2,Bảo vệ quá dòng phía 110kV IN2min = = 2,785 kA (Dạng ngắn mạch N2(2), nguồn cung cấp SNmin, 2MBA làm việc song song, bảng 2-2) Ikđ2 = 1,318 kA Kn2 = = 2,113 3,Bảo vệ quá dòng phía 22kV IN3min = = 2,26 kA (Dạng ngắn mạch N3(2), nguồn cung cấp SNmin, 2MBA làm việc song song, bảng 2-3) Ikđ3 = 1,318 kA Kn3 = = 1,715 5.4.4.Bảo vệ quá dòng thứ tự không, I0> (51N) Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo biểu thức: Kn0 = Trong đó: I0Nmin – Dòng thứ tự không cực tiểu khi ngắn mạch trên thanh góp phía bên kia máy biến áp. Vì ta chọn hệ số k = 0,3 , nên hệ số độ nhạy của bảo vệ giống với bảo vệ 87N.