Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá một số loại rơle số sử dụng trong trạm biến áp của hệ thống điện việt nam

TỔNG QUAN

Sự phát triển kỹ thuật số và rơle số

Hệ thống kỹ thuật số bao gồm các thiết bị điện tử như máy vi tính, máy tính tay và thiết bị nghe nhìn số, được thiết kế để xử lý thông tin lôgic và đại lượng vật lý dưới dạng số Những đại lượng này chỉ có giá trị rời rạc, cho phép thực hiện các thao tác chính xác và hiệu quả trong việc quản lý và truyền tải dữ liệu.

Công nghệ kỹ thuật số đã được áp dụng từ những năm 1970 và ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội so với mạch tương tự Các thiết bị số dễ thiết kế, cho phép lưu trữ và truy cập thông tin nhanh chóng, đồng thời đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao Hệ thống kỹ thuật số có thể lập trình linh hoạt, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu, và cho phép tích hợp nhiều chức năng trên một chip IC với độ chính xác và phân giải cao Những đặc điểm này đã giúp công nghệ kỹ thuật số được cải thiện và ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử và nhiều lĩnh vực khác.

Các linh kiện kỹ thuật số dòng 74LS00 đã được sử dụng lâu dài nhờ vào khả năng tương thích năng lượng đầu vào và đầu ra, giúp đơn giản hóa thiết kế sơ đồ Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm như cấu trúc vỏ bọc không tối ưu diện tích trên bản mạch, khả năng tích hợp hạn chế và khó khăn trong lắp đặt Do đó, công nghệ kỹ thuật số hiện nay đang cải tiến về cấu trúc vật lý của các phần tử cơ bản, đặc biệt là cổng logic.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội hiện đang nghiên cứu về các linh kiện điện tử với số lượng phần tử cơ sở lớn, công suất tiêu thụ nhỏ và tốc độ tăng cao Việc sản xuất linh kiện nhiều lớp đã cho phép gia tăng số phần tử cơ sở trên một đơn vị thể tích, dẫn đến kích thước thiết bị điện tử giảm đáng kể Hơn nữa, việc sử dụng vỏ mang chip và các chip không có vỏ trên bản mạch cũng góp phần làm giảm kích thước linh kiện Xu hướng tiếp theo là tăng cường chức năng cho từng linh kiện độc lập mà không làm tăng đáng kể kích thước và năng lượng tiêu thụ Cuối cùng, cải tiến trong công nghệ lắp ráp đã giúp giảm kích thước và giá thành của bản mạch.

Kỹ thuật số đang phát triển mạnh mẽ, ảnh hưởng sâu rộng đến mọi lĩnh vực trong đời sống Sự tiến bộ này không chỉ nâng cao chất lượng cuộc sống mà còn cải thiện quy trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện năng.

Rơle là thiết bị tự động có khả năng đo lường các tham số điện và không điện của đối tượng bảo vệ, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo hoặc thực hiện thao tác khi phát hiện sự cố Chức năng này giúp ngăn chặn thiệt hại kinh tế do sự cố gây ra.

Rơle đã có một lịch sử phát triển đáng chú ý từ cuối thế kỷ 19, khi chúng được sử dụng để bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện Vào năm 1901, rơle cảm ứng dòng điện ra đời, tiếp theo là rơle so lệch dòng điện vào năm 1908 Đến những năm 60, rơle tĩnh, một loại rơle không có tiếp điểm động, đã được phát triển với công nghệ điện tử và bán dẫn Cuối cùng, vào những năm 70, rơle số xuất hiện và đã phát triển mạnh mẽ cho đến ngày nay.

Rơle số là sản phẩm công nghệ cao, thể hiện sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật gần đây Sử dụng kỹ thuật vi xử lý và máy tính, rơle số đã cách mạng hóa ứng dụng tự động hóa và kỹ thuật số trong ngành điện, góp phần nâng cao chất lượng cung cấp điện.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 4 4

So sánh rơle số với rơle điện cơ và điện tử

1.2.1 Nh ượ c đi ể m c ủ a r ơ le đi ệ n c ơ và đi ệ n t ử

Rơle điện cơ và điện từ là hai loại rơle đầu tiên trong lịch sử và đã được ứng dụng lâu dài trong hệ thống bảo vệ Tuy nhiên, chúng vẫn tồn tại một số nhược điểm cơ bản cần khắc phục.

Các rơle thế hệ cũ thường không đáp ứng tốt các yêu cầu bảo vệ như độ nhạy, độ chính xác, tốc độ phát hiện và khả năng cách ly sự cố Hơn nữa, chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu do nguyên lý truyền và xử lý tín hiệu tương tự.

Khả năng cung cấp thông tin về hệ thống trong chế độ làm việc bình thường và khi xảy ra sự cố còn hạn chế, dẫn đến việc giao tiếp và kết nối giữa các hệ thống bảo vệ gặp nhiều khó khăn.

Các rơle thế hệ cũ có kết cấu cồng kềnh và không đảm bảo tính kinh tế, do phải gánh chịu nhiều chi phí như chi phí khai thác và sử dụng cao, chi phí kiểm tra và điều chỉnh tham số, thiệt hại do ngừng cung cấp điện, cùng với việc tiêu thụ công suất lớn.

1.2.2 Ư u nh ượ c đi ể m c ủ a r ơ le s ố so v ớ i r ơ le th ế h ệ c ũ a- Ưu điểm

Rơle số đảm bảo yêu cầu bảo vệ với độ tin cậy cao nhờ hạn chế nhiễu và sai số từ nguyên lý truyền tin số Công suất tiêu thụ thấp giúp giảm nhiệt độ trong thiết bị, trong khi việc không sử dụng phần động trong mạch logic loại bỏ quán tính và tình trạng kẹt Rơle số còn có độ nhạy và độ chính xác cao, thời gian tác động nhanh, và khả năng tác động sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ.

Rơle số hiện nay được thiết kế gọn nhẹ nhờ vào những cải tiến trong công nghệ và quy trình chế tạo, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng tích hợp nhiều chức năng bảo vệ hiệu quả.

Rơle số tại Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội có nhiều ưu điểm vượt trội so với rơle cơ, bao gồm khả năng tự lập trình, linh hoạt trong việc sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau và dễ dàng chuẩn hóa kích thước Ngoài ra, rơle số còn hỗ trợ các chức năng như đo lường, điều khiển, tự động điều chỉnh từ xa và giám sát nhờ khả năng kết nối mạng Một điểm nổi bật là khả năng tự kiểm tra tình trạng làm việc của thiết bị, giúp phát hiện hư hỏng từ bên trong một cách hiệu quả.

Rơle số không chỉ có khả năng ghi nhớ mà còn hiển thị thông tin về các sự kiện và hiện tượng bất thường, hỗ trợ phân tích sự cố và hiệu suất của hệ thống Việc cài đặt các tham số ban đầu cho rơle số rất đơn giản và chính xác, nhờ vào việc sử dụng phần mềm từ máy tính cá nhân hoặc tích hợp sẵn trong rơle, với hầu hết các tham số không cần hiệu chỉnh Tuy nhiên, rơle số cũng tồn tại một số nhược điểm.

Đầu tư vào hệ thống rơle số yêu cầu chi phí cao và người vận hành cần có trình độ chuyên môn cao Việc sử dụng rơle số cũng phụ thuộc vào nhà cung cấp trong việc sửa chữa và nâng cấp thiết bị Hơn nữa, môi trường làm việc của rơle số cần phải đảm bảo các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm phù hợp và cũng dễ bị ảnh hưởng bởi điện từ EMI (can thiệp điện từ).

Ứng dụng rơle số ở hệ thống điện Việt Nam hiện nay

Trước đây, do ảnh hưởng lịch sử, hầu hết các rơle bảo vệ trong hệ thống điện Việt Nam đều có nguồn gốc từ Liên Xô cũ, chủ yếu là rơle điện cơ và một số ít là rơle tĩnh Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ số và yêu cầu cao về chất lượng cung cấp điện, phần lớn các rơle cũ đã được thay thế bằng rơle số, đặc biệt trong các công trình mới xây dựng, hoàn toàn sử dụng rơle số trong hệ thống bảo vệ.

Hiện nay, rơle số được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điện nước ta, đặc biệt là ở các lưới điện từ 110kV trở lên Các loại rơle số này rất đa dạng và được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất nổi tiếng như Siemens, ABB, Alstom, Schneider, và SEL Trong các nhà máy điện mới xây dựng gần đây, hệ thống bảo vệ chủ yếu sử dụng rơle số, điển hình như nhà máy thủy điện Quảng Trị và nhà máy thủy điện Thác Bà, nơi đã chuyển đổi từ hệ thống bảo vệ bằng rơle cơ sang rơle số.

Năm 2007, nhà máy thủy điện Hòa Bình đã tiến hành thay thế rơle số cho các trạm 110kV và 220kV phân phối ngoài trời Đối với các đường dây truyền tải và phân phối 110kV, 220kV và 500kV, hầu hết đều sử dụng rơle số, đặc biệt là rơle khoảng cách Các trạm 500kV, như trạm Thường Tín, cũng áp dụng rơle kỹ thuật số từ Siemens và Alstom Tại các trạm 110kV, rơle điện cơ đã được thay thế hoàn toàn bằng rơle số, trong đó rơle quá dòng số và so lệch số được sử dụng chủ yếu, như tại các trạm 110kV Hà Nam và Hưng Yên.

Việc áp dụng rơle số trong hệ thống bảo vệ điện giúp giảm thiểu sự cố và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện Hệ thống bảo vệ số cũng cải thiện khả năng giao tiếp thông tin và tự động hóa, từ đó quản lý lưới điện trở nên thuận tiện và phát triển hơn.

Việc áp dụng rơle số đồng bộ để thay thế rơle kiểu cũ là cần thiết để phát triển lưới điện toàn diện Tuy nhiên, thách thức lớn hiện nay là cần có vốn đầu tư đủ lớn để thay thế đồng loạt các rơle, ưu tiên từ cấp truyền tải trở xuống Bên cạnh đó, ngành Điện cũng gặp khó khăn trong việc đào tạo nhân viên vận hành và khai thác tối đa khả năng của rơle số Do đó, việc nắm vững quy trình vận hành rơle số và hệ thống số là vô cùng quan trọng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đang nghiên cứu về việc thay thế rơle thế hệ cũ bằng rơle số trong hệ thống điện Việt Nam Xu hướng này nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ và tự động hóa cho các phần tử trong hệ thống điện, đồng thời tạo ra một hệ thống điều khiển thống nhất phục vụ cho nhân viên vận hành và cán bộ ngành Điện.

Xu hướng này sẽ cải thiện đáng kể độ tin cậy và chất lượng cung cấp điện, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng và phát triển hệ thống điện Việt Nam, góp phần vào quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

TÌM HIỂU MỘT SỐ LOẠI RƠLE SỐ SỬ DỤNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Nguyên lý làm việc của rơle số

Hình 2.1 Cấu trúc phần cứng của một rơle số

2.1.2 Nguyên lý ho ạ t đ ộ ng c ủ a r ơ le k ỹ thu ậ t s ố

Tín hiệu tương tự từ BI và BU, sau khi được lọc và khuếch đại, sẽ được đưa vào bộ chọn kênh Bộ xử lý trung tâm sẽ mở kênh mong muốn và đầu ra của bộ chọn kênh sẽ được chuyển đến bộ biến đổi tương tự-số (ADC) để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Tín hiệu số này sẽ được đưa vào bộ vi xử lý, hoạt động theo chương trình đã lưu trong bộ nhớ ROM hoặc EPROM Tại đây, thông tin đầu vào sẽ được so sánh với giá trị đặt trong bộ nhớ của rơle, sử dụng bộ nhớ xóa ghi bằng điện EEPROM để thực hiện các phép toán logic.

Trong trường hợp xảy ra sự cố, bộ vi xử lý sẽ gửi tín hiệu số để điều khiển các rơle đầu ra, từ đó đóng hoặc mở mạch ở bộ phận vào/ra số.

Giao diện người sử dụng của rơle bao gồm màn hình hiển thị thông tin ở mặt trước, kèm theo bộ bàn phím, đèn LED báo hiệu và các cổng thông tin tuần tự hoặc song song để kết nối với máy tính hoặc trao đổi dữ liệu với thiết bị từ xa.

Nguyên lý chung của bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ so lệch

2.2.1 Nguyên lý quá dòng đi ệ n (50/51)

Bảo vệ quá dòng điện là hệ thống bảo vệ hoạt động dựa trên nguyên lý khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép do quá tải hoặc ngắn mạch Hệ thống này thực hiện việc đo lường dòng sự cố và phát tín hiệu để cắt máy cắt hoặc cảnh báo khi dòng điện vượt ngưỡng cho phép trong thời gian xác định.

Bảo vệ quá dòng có hai chức năng chính: bảo vệ quá dòng ngưỡng cao (ký hiệu 50) và bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp (ký hiệu 51) Trong đó, bảo vệ ngưỡng thấp được phân thành hai loại khác nhau.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu về rơle quá dòng ngưỡng thấp, bao gồm hai loại đặc tính: độc lập và phụ thuộc Các rơle có thể được thiết kế để thực hiện một trong hai chức năng, ngưỡng thấp hoặc ngưỡng cao Trong khi rơle cơ chỉ đảm nhiệm một chức năng, rơle quá dòng số có khả năng tích hợp cả hai chức năng trong một thiết bị.

2.2.2 Nguyên lý so l ệ ch dòng đi ệ n (87)

Bảo vệ so lệch là bảo vệ sẽ tác động khi sự sai lệch giữa hai dòng điện ở hai đầu của phần tử vượt quá trị số cho trước

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch

Vùng tác động của hệ thống bảo vệ được xác định bởi vị trí của hai tổ máy biến dòng CT1 (BI1) và CT2 (BI2) Dòng điện đi qua rơle bảo vệ (87) được sử dụng để kiểm soát và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

IR = i1- i2 (nếu bỏ qua sai số của BI) Xét các trường hợp:

Trong điều kiện làm việc bình thường hay ngắn mạch ngoài (điểm N 2 ) không có dòng đi qua rơle (IR = 0) Tức là rơle không tác động

Khi có sự cố xảy ra trên phần tử bảo vệ, chẳng hạn như ngắn mạch tại N1, dòng điện qua rơle sẽ được tính bằng IR = i1 + i2, trong đó i2 có thể thay đổi cả chiều và độ lớn Nếu giá trị dòng điện này vượt quá ngưỡng cài đặt của rơle, rơle sẽ tự động kích hoạt để loại bỏ sự cố.

Tìm hiểu một số loại rơle quá dòng số và so lệch số sử dụng trong trạm biến áp của hệ thống điện Việt Nam

2.3.1 R ơ le quá dòng và so l ệ ch s ố c ủ a hãng Siemens s ử d ụ ng trong tr ạ m bi ế n áp

- Các rơle được chế tạo là khối hình hộp chữ nhật gọn nhẹ, thuận tiện cho việc lắp đặt cũng như vận hành

- Hình ảnh một số loại rơle thông dụng của Siemens:

Hình 2.3 Hình dáng của một số rơle số của hãng Siemens

2.3.1.2 Giao diện người sử dụng (Mặt trước của rơle) a/ Rơle quá dòng số 7SJ511/512

- Màn hình chỉ thị 2 dòng x 16 ký tự bằng tinh thể lỏng (LCD);

- Đèn hiển thị hư hỏng thiết bị;

- Đèn chỉ thị thiết bị sẵn sàng làm việc;

- Các đèn LED có thể gán (6 đèn);

- Bàn phím giao tiếp với rơle;

- Công tắc cho hệ thống vi xử lý;

- Giắc cắm 25 chân nối với máy tính;

- Các phím trợ giúp có thể sử dụng khi đóng lắp b/ Rơle quá dòng số 7SJ600

- Màn hình chỉ thị 2 dòng x16 ký tự bằng tinh thể lỏng (LCD);

- Đèn hiển thị hư hỏng thiết bị;

- Đèn chỉ thị thiết bị sẵn sàng làm việc;

- Các đèn LED có thể gán (4 đèn);

- Bàn phím giao tiếp với rơle c/ Rơle quá dòng số 7SJ61/62/63

Hình 2.4 Mặt trước của rơle quá dòng số 7SJ6x

- Màn hình chỉ thị tinh thể lỏng, 4 dòng x 16 ký tự, đối với 7SJ63 số dòng ký tự lớn hơn 4;

Bàn phím giao tiếp rơle với số lượng phím nhiều hơn giúp định vị và nhập liệu hiệu quả, bao gồm các phím F1-F4 với chức năng đóng mở, đọc giá trị đo và kiểm tra nhiễu.

- 7 đèn LED (14 đèn đối với 7SJ63) thể hiện thông tin về thiết bị và quá trình làm việc của rơle;

- Cổng kết nối máy tính;

Mẫu 7SJ63 được trang bị thêm 2 công tắc, giúp người dùng truy cập nhanh chóng và chính xác giữa chế độ điều khiển cục bộ và điều khiển từ xa Ngoài ra, rơle so lệch 7UT512/513 cũng là một phần quan trọng trong hệ thống này.

- Màn hình chỉ thị tinh thể lỏng gồm 2 dòng x16 ký tự;

- Bàn phím gồm 28 phím với các con số, các phím điều khiển, phím đặc biệt;

Các đèn LED trên thiết bị bao gồm đèn chỉ thị trạng thái sẵn sàng làm việc, đèn hiển thị sự cố hư hỏng, và 6 đèn LED có khả năng gán cho các chức năng khác nhau (đối với model 7UT513, thiết bị có 2 dãy đèn).

- Cổng kết nối với máy tính;

- Công tắc cho hệ vi xử lý;

- Các phím trợ giúp có thể sử dụng khi đóng lắp

2.3.1.3 Chức năng a/ Rơle quá dòng số 7SJ511/512

Bộ bảo vệ 7SJ511/512 chủ yếu đảm nhận chức năng bảo vệ quá dòng có thời gian, bao gồm bảo vệ quá dòng có hướng và bảo vệ quá dòng tổng ba pha có hướng (đối với 7SJ512), cùng với khả năng bảo vệ cắt nhanh Ngoài ra, thiết bị còn tích hợp nhiều chức năng bổ sung như bảo vệ quá tải theo nhiệt độ, bảo vệ chạm đất độ nhạy cao, và bảo vệ chạm đất không liên tục Nó cũng cung cấp thời gian cho bảo vệ chống hư hỏng máy cắt, chức năng ổn định dòng từ hoá, và tự đóng lặp lại (đối với 7SJ513) Hơn nữa, thiết bị có khả năng lưu trữ và truyền số liệu để ghi nhận sự cố, cùng với các chức năng tự kiểm soát liên tục mạch một chiều và các đầu vào biến đổi dòng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu luận văn thạc sỹ kỹ thuật về rơle quá dòng 7SJ600, với chức năng lưu trữ tín hiệu sự cố cho bốn loại sự cố hệ thống cuối cùng Thiết bị này có khả năng đếm các lệnh cắt, ghi lại số liệu sự cố và các dòng ngắt, đồng thời liên tục tính toán các thông số vận hành và hiển thị trên màn hình Ngoài ra, nó còn cho phép thí nghiệm máy cắt hoạt động và kiểm tra liên tục các giá trị đo của cả phần cứng và phần mềm.

Bảo vệ quá dòng là một phần quan trọng trong hệ thống điện, bao gồm các loại như bảo vệ quá dòng có thời gian, bảo vệ quá dòng cắt nhanh, và bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh Ngoài ra, còn có bảo vệ quá dòng chạm đất có thời gian, bảo vệ dòng thứ tự nghịch, và bảo vệ quá nhiệt Các chức năng bổ sung như tự đóng lặp lại và đo lường thông số hệ thống cũng rất cần thiết Rơle quá dòng 7SJ61/62/63 là một giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng này.

Bảo vệ quá dòng có thời gian, bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng chạm đất có thời gian và bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh là những chức năng chính của thiết bị 7SJ61/62/63 Ngoài ra, thiết bị này còn hỗ trợ các chức năng khác như bảo vệ quá dòng có hướng, bảo vệ quá dòng tổng ba pha có hướng, bảo vệ dòng thứ tự nghịch và bảo vệ quá tải theo nhiệt độ.

Bài viết đề cập đến một số chức năng quan trọng trong hệ thống điều khiển và bảo vệ, bao gồm khởi động lâu và ghìm rôto, bảo vệ thiếu và quá điện áp, cũng như bảo vệ quá và thiếu tần số Ngoài ra, còn có bộ định vị sai hỏng, chức năng tự động đóng lặp lại, và các tính năng tự động và điều khiển như bảng thao tác tích hợp, đầu vào nhị phân, trạm điều khiển và hệ thống bảo vệ Hệ thống cũng bao gồm khóa khả năng truy cập, khóa phím thao tác, và cài đặt mạch hồi tiếp để điều khiển Thêm vào đó, chức năng đếm số lần khởi động trong một giờ và rơle khóa cũng được nhấn mạnh, cùng với rơle so lệch số 7UT512/513.

Bảo vệ so lệch chính cho máy biến áp là một hệ thống quan trọng, bao gồm các chức năng như cắt dòng hãm, chống lại các dòng từ hóa với sóng hài bậc 2, và ngăn chặn các dòng sai số ổn định thoáng qua do quá kích.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu về luận văn thạc sỹ kỹ thuật cho thấy rằng hệ thống có khả năng ổn định ngay cả với các mức bão hòa khác nhau của biến dòng, đồng thời cắt nhanh các sự cố máy biến áp có dòng lớn Hệ thống cũng tăng cường độ nhạy với các sự cố chạm đất thông qua việc bù dòng thứ tự không (đối với 7UT513), tự động tổ hợp các tổ nối dây của máy biến áp và điều chỉnh tỷ số biến dòng dựa trên các dòng định mức khác nhau.

7UT512/513 còn có chức năng bảo vệ so lệch cho máy phát và động cơ, bảo vệ so lệch cho các điểm rẽ nhánh

Ngoài chức năng bảo vệ so lệch, thiết bị còn cung cấp nhiều chức năng bảo vệ khác như bảo vệ chạm đất có giới hạn, bảo vệ quá dòng có thời gian, và bảo vệ quá tải theo nhiệt độ Nó cũng đảm nhận việc bảo vệ chạm vỏ, phối hợp các tín hiệu nhị phân từ bên ngoài để xử lý và truyền lệnh, cũng như kết nối với các rơle tín hiệu và LED Thông qua giao tiếp nối tiếp, thiết bị có thể tương tác với các phương tiện điều khiển và kiểm soát Bên cạnh đó, nó còn hỗ trợ chức năng tự đóng lặp lại và chức năng đo lường.

Hình 2.5 Cấu trúc phần cứng rơle quá dòng số của hãng Siemens

Rơle số của Siemens, như 7SJ511, 512, 531 với bộ vi xử lý 16 bít và 7SJ61/62/63 với bộ vi xử lý 32 bít, mang lại hiệu suất mạnh mẽ Chúng cung cấp thông số xử lý số đầy đủ từ dữ liệu đo lường, giúp gửi tín hiệu điều khiển máy cắt một cách hiệu quả.

Cấu trúc phần cứng rơle quá dòng số của hãng Siemens tổng quát bao gồm các cơ cấu chính sau:

Các bộ biến đổi trong phần thu nhận đại lượng đầu vào ME chuyển đổi dòng điện từ các biến dòng nhất thứ sang dòng phù hợp với khả năng xử lý của thiết bị Ngoài việc cách ly điện và giảm điện dung thông qua các biến dòng đầu vào, các bộ lọc được sử dụng để loại bỏ nhiễu Các bộ lọc này được tối ưu hóa theo dải tần và tốc độ xử lý để đảm bảo hiệu quả trong quá trình xử lý.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đang tiến hành nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trong đó các giá trị đo được thu thập và phân tích Những giá trị tương tự phù hợp sẽ được chuyển giao vào phần nhận các giá trị tương tự AE để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của nghiên cứu.

Bộ phận các giá trị vào tương tự AE bao gồm các thành phần quan trọng như bộ khuếch đại, bộ dồn kênh (MUX), bộ chuyển đổi tương tự số (A/D) và các mạch nhớ, tất cả đều hỗ trợ việc truyền dữ liệu đến bộ vi xử lý.

- Bộ vi xử lý (microproccess-àC):

+ Giám sát các giá trị đo;

+ Lọc và thành lập các đại lượng đo;

+ Quét các giá trị tới hạn và các chuỗi thời gian;

+ Tính toán thời gian cắt theo đặc tính đã chọn;

+ Tính toán các giá trị hiệu dụng cho việc phát hiện quá tải;

+ Lưu giữ thông tin về quá trình xảy ra sự cố

- Ngoài đầu vào tương tự (analog inputs) còn có các đầu vào nhị phân hay đầu vào số (binary inputs) được đưa trực tiếp vào bộ vi xử lý;

- Mạch phía sau bộ vi xử lý là mạch đèn tín hiệu, mạch rơle tín hiệu và rơle cắt;

CÁC RƠLE SỐ ỨNG DỤNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP

Các rơle số ứng dụng trong trạm biến áp trung gian Lạc Đạo 110/35/22

3.1.1 Các lo ạ i r ơ le s ố b ả o v ệ máy bi ế n áp

3.1.1.1 Rơle so lệch Micom P634 của hãng Alstom a/ Nhiệm vụ

- Rơle so lệch Micom P634 có nhiệm vụ bảo vệ chính cho máy biến áp T1 và T2 của trạm với chức năng bảo vệ chính là bảo vệ so lệch

Rơle Micom P634 không chỉ ghi lại thông tin về tình trạng hoạt động bình thường của máy biến áp mà còn theo dõi các sự cố xảy ra Nó có chức năng tự đóng lặp lại và liên lạc với trung tâm điều khiển, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và bảo trì thiết bị.

Tần số định mức: 50 và 60Hz

Công suất tiêu thụ: không tải xấp xỉ 12,6W; khi hoạt động xấp xỉ 34,1W Điện áp: Điện áp định mức 50-130V AC

Tiêu thụ định mức trên 1 pha < 0,3VA với Uđm = 130V AC

Hoạt động khi có tải lên tới 150V AC

Tín hiệu đầu vào nhị phân: Điện áp phụ danh định là 24-250V DC

Các rơle đầu ra: Điện áp định mức 250V DC, 250VAC

Dòng điện 5A Dòng ngắn hạn 30A trong 5s Đầu vào và ra tương tự:

Dòng điện vào một chiều

Dòng điện vào nằm trong khoảng từ 0 đến 26mA, với vùng giá trị từ 0,00 đến 1,20 Idc đm (Idc đm = 20mA) Dòng điện tối đa cho phép là 50mA và điện áp vào tối đa cho phép là 17V Tải đầu vào có giá trị 100Ω.

Vùng giá trị: -40 đến +215 o C Dòng điện ra một chiều:

Dòng điện đầu ra của thiết bị dao động từ 0 đến 20mA với tải tối đa cho phép là 500Ω Điện áp ra lớn nhất đạt 15V, trong khi nguồn nuôi có thể từ 48 đến 250V DC hoặc 24 đến 36V DC và 100 đến 230V AC Đặc biệt, dòng điện khởi động đỉnh không vượt quá 3A trong khoảng thời gian 0,25 giây.

Ghép nối máy tính cá nhân (PC) có tốc độ truyền từ 300 đến 115200 baud, trong khi ghép nối với hệ thống truyền tin có tốc độ từ 300 đến 64000 baud Cổng ghép nối được sử dụng là RS 485 và RS 422, với điện áp thử nghiệm đạt 2kV.

Khoảng cách được kết nối:

Kết nối cùng mức khoảng cách lớn nhất là 1200m Kết nối nhiều điểm đầu nút khác nhau khoảng cách max là 100m

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 35 35 c/ Thông số cài đặt của Micom P634 tại trạm

* Rơle so lệch Micom P634 bảo vệ cho máy biến áp T1

- Thông số máy biến áp:

Công suất định mức: 40/40/40 MVA Điện áp định mức: 115/38,5/23 kV

Tỷ số TI phía 115 kV: 400/1

Tỷ số TI phía 38,5 kV: 800/1

- Thông số chỉnh định cho rơle so lệch Micom P634:

Dòng so lệch Idiff> = 0,35Iref; Idiff>> = 9,0Iref ;Idiff>> = 15,0Iref

Thời gian cắt: 0s cắt máy cắt 131, 331, 431

* Rơle so lệch Micom P634 bảo vệ cho máy biến áp T2

- Thông số máy biến áp:

Công suất định mức: 63/31,5/63 MVA Điện áp định mức: 115/38,5/23 kV

Tỷ số TI phía 115 kV: 400/1

Tỷ số TI phía 38,5 kV: chưa vận hành

- Thông số chỉnh định cho rơle so lệch Micom P634:

Dòng so lệch Idiff> = 0,3Iref; Idiff>> = 10,0Iref ;Idiff>> = 12,0Iref

Thời gian cắt: 0s cắt máy cắt 172, 432

Bội số dòng: m1= 0,3; m2 = 0,7 d/ Số liệu thống kê số lần thao tác

- Đối với Micom P634 bảo vệ cho máy biến áp T1: 1 lần (sự cố nổ bộ điều áp dưới tải), rơle tác động chính xác

- Đối với Micom P634 bảo vệ cho máy biến áp T2: 0 lần

- Theo thống kê thì 2 rơle Micom P634 bảo vệ T1 và T2 không tác động nhầm, không có trường hợp có sự cố mà rơle không làm việc

3.1.1.2 Rơle quá dòng điện Micom P120,122,123 của hãng Alstom a/ Nhiệm vụ

Bảo vệ dự phòng cho máy biến áp bao gồm các biện pháp bảo vệ quá dòng pha và quá dòng đất ở phía 110kV, sử dụng rơle Micom P123 Ngoài ra, bảo vệ quá tải phía 110kV được thực hiện với rơle Micom P122, trong khi bảo vệ quá dòng trung tính phía 23kV áp dụng rơle Micom P120 cho máy biến áp T2 Các thông số kỹ thuật này đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của máy biến áp.

- Đầu vào: Dòng điện pha AC 1A và 5A

Dòng chạm đất AC 1A và 5A

- Nguồn nuôi: 24-60V DC; 48-150V DC; 130-250V AC/110-250V AC

- Công suất : Dòng điện xoay chiều (AC)

Pha , t>>>) : 0÷150s bước nhảy 10ms

Dòng đất (te>, te>>, te>>>) : 0÷150s bước nhảy 10ms

Hằng số thời gian 1÷200mn bước nhảy 1mn

Dòng cho phép 30A trong 3s, 5A liên tục

Công suất cắt 50W (thuần trở) hoặc 25 (thuần cảm)

- Nhiệt độ môi trường cho phép:

Trong kho -25 0 C ÷+70 0 C Độ ẩm theo tiêu chuẩn IEC 60068-2-3: 56 ngày ở độ ẩm 93% [11] c/ Thông số đặt của Micom P120,122,123 bảo vệ máy biến áp

* Rơle quá dòng Micom P12x bảo vệ cho máy biến áp T1 được cho trong bảng 3.1a

Bảng 3.1a Thông số đặt rơle quá dòng Micom P12x bảo vệ T1

STT Loại rơle Chức năng bảo vệ Dòng đặt Thời gian cắt Máy cắt

1 P123 Bảo vệ quá dòng pha phía 115kV

2 P123 Bảo vệ quá dòng chạm đất phía 115 kV Ie>=0,9In 3,5s 131, 331,

* Rơle quá dòng Micom P12x bảo vệ cho máy biến áp T2 được cho trong bảng 3.1b

Bảng 3.1b Thông số đặt rơle quá dòng Micom P12x bảo vệ T2

STT Loại rơle Chức năng bảo vệ Dòng đặt Thời gian cắt Máy cắt

1 P123 Bảo vệ quá dòng pha phía 110kV

2 P123 Bảo vệ quá dòng chạm đất phía 110 kV Ie>=0,5In 3,0s 172, 432

3 P122 Bảo vệ quá tải phía

110kV I>=0,9In 9,0s Báo tín hiệu

4 P120 Quá dòng trung tính phía 23kV

1,5s 432 d/ Số liệu thông kê số lần thao tác

Các rơle quá dòng Micom đảm bảo bảo vệ quá dòng cho máy biến áp T1 và T2 Theo thống kê, số lần thao tác của rơle là 0 và không có trường hợp nào máy biến áp gặp sự cố mà không có sự tác động của rơle.

3.1.1.3 Rơle quá dòng điện Sepam 1000 và Sepam 2000 của hãng Schneider a/ Nhiệm vụ

Bảo vệ dự phòng cho máy biến áp là cần thiết để ngăn chặn thiệt hại do ngắn mạch hoặc chạm đất xảy ra tại đầu cực và trong cuộn dây của máy biến áp Các thông số kỹ thuật liên quan đến hệ thống bảo vệ này rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị.

Công suất tiêu thụ: =0,08s t>=1s d/ Số lần thao tác

- Rơle quá dòng bảo vệ cho đường dây 371 (sepam 2000): đến năm 2007 là 157 lần

* Đánh giá sự hoạt động của rơle Sepam 1000 và 2000 ở các lộ từ 371 đến 480:

- Phần trăm tác động đúng: là số lần tác động đúng trên tổng số lần tác động

+ Đối với từng lộ như sau:

- Phần trăm tác động sai: là số lần tác động sai trên tổng số lần tác động

- Số lần rơle không tác động khi có sự cố

Số lần rơle không tác động khi có sự cố 0 1 2 4 3 2 0

3.1.2.2 Rơle quá dòng 7SJ600 của hãng Siemens a/ Nhiệm vụ

Bảo vệ đường dây 477 E28.4 bao gồm các chức năng như bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng có thời gian và bảo vệ quá dòng chạm đất Để hiểu rõ hơn, vui lòng tham khảo sơ đồ hệ thống trong phụ lục 1.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 44 44 b/ Thông số kỹ thuật

- Dòng điện định mức: 1A hoặc 5A

- Tần số định mức: 50Hz/60Hz

- Công suất tiêu thụ: > = 9,0I/In

Dòng so lệch chạm đất: Iref> = 0,35I/In Thời gian đặt: 0s

Số máy cắt: cắt 172, 112, 332, 432 d/ Số lần thao tác

- Số liệu thống kê số lần thao tác của rơle 7UT513 bảo vệ máy biến áp T1 và T2 là 0 lần

- Theo thống kê thì rơle số 7UT513 bảo vệ T1 và T2 không tác động nhầm, không có trường hợp có sự cố mà rơle không làm việc

3.2.1.2 Rơle quá dòng 7SJ600, 7SJ61 của hãng Siemens a/ Nhiệm vụ

Bảo vệ quá dòng cho máy biến áp T1 và T2 ở phía 115kV và 38,5kV là cần thiết trong trường hợp xảy ra sự cố mà rơle so lệch không hoạt động Thông số kỹ thuật của thiết bị bảo vệ này bao gồm các model 7SJ600 và 7SJ61.

- Rơle quá dòng 7SJ600: đã được trình bày trong phần b, mục 3.1.1.2, chương 3

- Rơle quá dòng 7SJ61 (7SJ610,611,612):

+ Đầu vào đo lường (BI)

Dòng điện định mức: 1A hoặc 5A; dòng chạm đất IN ≤ 1,6A

Công suất tiêu thụ: 0,05VA/1pha (với 1A) ; 0,3VA/1pha (với 5A) ; xấp xỉ 0,05VA (dòng sự cố chạm đất)

Dòng ổn định nhiệt : 100xIn trong 1s ; 30xIn trong 10s; 4xIn liên tục Dòng ổn định động: 250xIn trong nửa chu kỳ

Khả năng quá tải trong trường hợp sự cố chạm đất

Dòng ổn định nhiệt: 300A trong 1s; 100A trong 10s; 15A liên tục

Dòng ổn định động: 750A trong nửa chu kỳ

- Nhiệt độ và độ ẩm môi trường cho phép: Tiêu chuẩn IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2 và IEC 60068-2-3

Nhiệt độ yêu cầu khi vận hành: -5 0 C ÷ +55 0 C

Nhiệt độ giới hạn khi vận hành: -20 0 C ÷ +70 0 C

Nhiệt độ khi vận chuyển: -25 0 C ÷ +70 0 C Độ ẩm tương đối hàng năm: 75% Độ ẩm tương đối 30ngày/năm: 95%

- Khả năng kết nối, truyền tin:

Sử dụng cổng kết nối RS323/RS485

Tốc độ truyền: 9600 Bd (min.4800 Bd, max.34800 Bd)

- Nguồn nuôi: điện áp nguồn nuôi được cung cấp qua bộ chuyển đổi DC/DC

DC 24/48 60/125 110/250 Điện áp định mức, V AC 115 230

Khi không làm việc: xấp xỉ 3W-4W Khi được cấp điện: xấp xỉ 7W-9W

Số lượng: 3 (7SJ610); 8 (7SJ611); 11 (7SJ612)

Dải điện áp: 0-300V; Thời gian phản hồi: xấp xỉ 3,5s

Mức tiêu thụ công suất: 1,8mA

Số lượng rơle đầu ra: 4 (7SJ610); 8 (7SJ611); 6 (7SJ612)

Dung lượng chuyển mạch: Đóng 1000W/VA; Cắt 30W/VA

Dòng điện cho phép 5A liên tục; 30A trong 0,2s dòng tiếp mạch, 2000 chu kỳ đóng ngắt [11] c/ Thông số cài đặt

- Bảo vệ quá dòng cho máy biến áp T1

Tỷ số BI 400/1; Dòng đặt: I>>=2,5In; I>=0,9In; Ie>=0,5In Thời gian đặt: t>>=1,0s; t>=2,5s; te>=3,5s

Tỷ số BI 800/1; Dòng đặt: I>>=3,7In; I>=1,35In Thời gian đặt: t>>=0,5s; t>=2,0s

- Bảo vệ quá dòng cho máy biến áp T2

Tỷ số BI 400/1; Dòng đặt: I>>=4,2In; I>=1,5In; Ie>=1,0In Thời gian đặt: t>>=1,5s; t>=3,0s; te>=3,5s

Tỷ số BI 800/1 Dòng đặt: I>>=5,9In; I>=2,1In Thời gian đặt: t>>=1,0s; t>=2,5s d/ Số lần thao tác

Theo thống kê, rơle 7SJ600 và 7SJ61 không ghi nhận bất kỳ lần thao tác nào, và không có trường hợp máy biến áp nào gặp sự cố mà rơle không hoạt động.

3.2.1.3 Rơle quá dòng số Micom P122, P123 của hãng Alstom a/ Nhiệm vụ: Bảo vệ quá dòng, quá dòng chạm đất phía 23kV của máy biến áp T1, T2 b/ Thông số kỹ thuật: đã được trình bày trong phần b mục 3.1.1.2, chương 3 c/ Thông số đặt

- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất cho máy biến áp T1 phía 23kV (P123):

Dòng đặt: I>>=2,58In; I>=1,50In; Ie>>=2,57In; Ie>=0,1In

Thời gian đặt: t>>=0,5s; t>=2,0s; te>>=0,5s; te>=2,0s

- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất cho máy biến áp T2 phía 23kV (P122):

Dòng đặt: I>>=2,6In; I>=1,40In; Ie>>=3,0In; Ie>=0,06In

Thời gian đặt: t>>=1,0s; t>=2,0s; te>>=1,0s; te>=2,0s d/ Số lần thao tác

Số liệu thống kê số lần thao tác của rơle P122 và P123 là 0 lần và không có trường hợp rơle không tác động khi máy biến áp có sự cố

3.2.2 Các lo ạ i r ơ le s ố b ả o v ệ đ ườ ng dây

3.2.2.1 Rơle quá dòng số Micom P123 của hãng Alstom a/ Nhiệm vụ: bảo vệ quá dòng cho lộ tổng 432, các lộ ra (472, 474, 476, 478,

Máy biến áp T2 kết nối với lộ tổng 431 và các lộ ra 471, 473, 475, 477 của máy biến áp T1, theo sơ đồ hệ thống trong phụ lục Thông số kỹ thuật chi tiết đã được trình bày trong phần b mục 3.1.1.2, chương 3, cùng với thông số cài đặt cần thiết.

+ Đường dây 471: cấp điện cho các trạm biến áp Công ty: An Chi, May TT

Hà Nội có hệ thống điện với tổng công suất đặt 5,83MVA, bao gồm các đơn vị như Cơ giới NN Miền Bắc, Nguyên Thắng, Nam Hoà, Thanh Dương, Sunfat, Việt Á và E.Nhất Hệ thống sử dụng dây dẫn đường trục AC150 và cấp điện áp 22kV.

+ Đường dây 472: cấp điện cho trạm biến áp công ty Thương mại Minh Ngọc công suất (1500+31,5)kVA, công ty cấp nước khu công nghiệp

Hệ thống điện có công suất 160+400kVA, với dây dẫn đường trục AC150 dài 1,362km và cấp điện áp 22kV Đường dây 473 cung cấp điện cho các trạm biến áp của Công ty như Long Châu, Sứ TT, Kenvin, TP Quốc tế, Vạn Thành và Thanh Bình, với tổng công suất lên tới 10,69MVA, sử dụng dây dẫn đường trục AC150 và cấp điện áp 22kV.

Đường dây 476 cung cấp điện cho các trạm biến áp Teayang, Hamico, Công ty bảo vệ thực vật và Thái Hưng, với tổng công suất 4,86 MVA Dây dẫn của đường dây này là AC150/3,6 km, với điện áp 22 kV.

Đường dây 477 cung cấp điện dự phòng cho nhà máy thép Việt-Ý với tổng công suất 17,6MW Cáp 22kV loại Cu/PVC (3x240) dài 1,224km được sử dụng từ MC477 đến cột CD1A, trong khi dây dẫn AC240 dài 0,3km nối từ cột CD1A đến cột 4.

+ Đường dây 478: đóng điện vận hành không tải

Đường dây 479 cung cấp điện cho các trạm biến áp Teayang, Hamico, Công ty bảo vệ thực vật, Thái Hưng và Cổ phần điện chiếu sáng, với tổng công suất lắp đặt đạt 5,67 MVA Hệ thống sử dụng dây dẫn đường trục AC150 và điện áp 22kV.

Cáp điện 479 và 480 cung cấp nguồn điện cho trạm biến áp nhà máy Phôi thép Hòa Phát với công suất 47MVA Loại cáp sử dụng là Cu/PVC3x2x400, trong đó mỗi pha được phân chia thành 2 sợi.

- Thông số đặt của các rơle quá dòng Micom P123 bảo vệ đường dây cho trong bảng 3.2a

Bảng 3.2a Thông số đặt của Micom P123 bảo vệ cho đường dây

STT Đường dây Loại bảo vệ Tỷ số BI Giá trị đặt Thời gian đặt

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 54 54 d/ Số lần thao tác

- Số lần thao tác của rơle P123 bảo vệ cho đường dây 471: đến năm 2007 là 86 lần

- Số lần thao tác của rơle P123 bảo vệ cho đường dây 472: đến năm 2007 là 39 lần

- Số lần thao tác của rơle P123 bảo vệ cho đường dây 473: đến năm 2007 là

- Số lần thao tác của rơle P123 bảo vệ cho cáp 479, 480: đến năm 2007 là 20 lần

* Đánh giá sự hoạt động của rơle P123 ở các lộ từ 471 đến 480:

- Phần trăm tác động đúng

- Phần trăm tác động sai

Số lần rơle không tác động khi có sự cố

3.2.2.2 Rơle quá dòng số 7SJ61 của hãng Siemens a/ Nhiệm vụ: Bảo vệ quá dòng lộ tổng 331 và các lộ ra 371, 373 của máy biến áp T1 (Tham khảo sơ đồ hệ thống ở phụ lục) b/ Thông số kỹ thuật: đã được trình bày trong phần b, mục 3.2.1.2, chương 3 c/ Thông số cài đặt cho rơle

Đường dây 371 cung cấp điện cho các xã và công ty tại huyện Văn Lâm, dọc theo Quốc lộ 5, bao gồm khu vực xã Xuân Thuỵ, Kiêu Kỵ (Gia Lâm) và các xã Cửu Cao, Xuân Quan-Văn Lâm Đường dây này có tổng công suất đặt với dây dẫn đường trục AC95 và điện áp 35kV.

Đường dây 373 cung cấp điện chủ yếu cho các xã thuộc huyện Văn Lâm như Trưng Trắc, Đình Dù, Lạc Đạo và một số phụ tải dọc Quốc lộ 5 Đường dây này có công suất đặt với dây dẫn đường trục AC95 và điện áp 35kV.

- Thông số đặt của rơle cho trong bảng 3.2b

Bảng 3.2b Thông số đặt của 7SJ61 bảo vệ cho đường dây

STT Đường dây Loại bảo vệ Tỷ số BI Giá trị đặt Thời gian đặt

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 56 56 d/ Số lần thao tác

- Số lần thao tác của rơle 7SJ61 bảo vệ cho đường dây 371: đến năm 2007 là

- Số lần thao tác của rơle 7SJ61 bảo vệ cho đường dây 373: đến năm 2007 là

* Đánh giá sự hoạt động của rơle 7SJ61 ở các lộ từ 371 và 373:

- Phần trăm tác động đúng

- Phần trăm tác động sai

Số lần rơle không tác động khi có sự cố 0 0

* Đánh giá chung về số lần thao tác của các bảo vệ ở hai trạm biến áp:

Các rơle thường gặp tình trạng tác động không đúng do độ nhạy của hệ thống bảo vệ kém, dẫn đến phần trăm tác động đúng thấp Thông thường, các trường hợp này xảy ra khi tín hiệu chưa đạt đến ngưỡng cần thiết để kích hoạt Khi có sự cố nhỏ, rơle thường không tác động, điều này không gây ra hậu quả nghiêm trọng cho trạm biến áp và đường dây.

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG VÀ SO SÁNH CÁC LOẠI RƠLE SỐ ĐẶT TRONG TRẠM BIẾN ÁP

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	1,94 MB