ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHƢƠNG THỊ ÚT THƢƠNG
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG RƠLE SEL TẠI PHÒNG
THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHƢƠNG THỊ ÚT THƢƠNG
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG RƠLE SEL TẠI PHÒNG
THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số: 8520201
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS LÊ KIM HÙNG
Đà Nẵng - Năm 2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
KHƢƠNG THỊ ÚT THƢƠNG
ii
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, ngoài sự nổ lực
của bản thân, tác giả đã nhận được sự động viên và hướng dẫn tận tình của các thầy
giáo bộ môn hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và sự hỗ trợ của bạn bè
và đồng nghiệp, đến nay bản luận văn đã hoàn thành.
Tác giả vô cùng biết ơn các thầy trong Khoa Điện – Trường Đại Học Bách Khoa,
đặc biệt là thầy hướng dẫn GS.TS Lê Kim Hùng đã giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp quan
trọng trong định hướng nghiên cứu của đề tài.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý các thầy cô, các bạn bè, đồng nghiệp và
gia đình đã tạo điều kiện cho tác giả học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn tốt
nghiệp.
Do hạn chế về khả năng, thời gian cũng như nguồn thông tin nên luận văn không
tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong tiếp tục nhận được những ý kiến đóng góp
để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn
Khƣơng Thị Út Thƣơng
iii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Trang
Lời cam đoan .................................................................................................................... i
Mục lục ........................................................................................................................... iii
Tóm tắt luận văn ............................................................................................................. .v
Danh mục các chữ viết tắt .............................................................................................. vi
Danh mục các hình ........................................................................................................ vii
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................................1
3. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................................1
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................................2
5. Đặt tên đề tài ...............................................................................................................2
6. Cấu trúc luận văn ........................................................................................................2
CHƢƠNG 1: KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ HIỆN CÓ TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM RƠ
LE .................................................................................................................................................3
1.1. Giới thiệu chung ......................................................................................................3
1.2. Các modun đã đƣợc đầu tƣ ...........................................................................…….3
1.2.1. Các môđun nguồn, máy phát đồng bộ và động cơ kéo, máy biến áp, thanh cái,
đường dây, phụ tải, máy biến dòng điện và máy biến điện áp.. ................................... 3
1.2.2. Các rơ le SEL311L, SEL387A, SEL300G, SEL551, SEL351, SEL451 ............6
1.2.3. Các môđun tạo sự cố, môđun cấp nguồn một chiều cho các rơ le ..................... 8
1.3. Thiết kế tủ gá thiết bị............................................................................................10
1.4. Các bài thí nghiệm và một số vấn đề còn hạn chế trong PTN ..........................11
1.5. Kết luận chƣơng ....................................................................................................13
CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÀI ĐẶT CHO CÁC RƠ LE SEL ..................15
2.1. Bảo vệ khoảng cách đƣờng dây dùng rơ le SEL 311L ......................................15
2.1.1. Đặc tính tác động...............................................................................................15
2.1.2. Tính toán cài đặt................................................................................................15
2.2. Rơ le SEL 311L chức năng bảo vệ quá dòng và quá dòng cắt nhanh ..............16
2.2.1. Đặc tính tác động...............................................................................................16
2.2.2. Mô tả cài đặt ......................................................................................................17
2.3. Bảo vệ so lệch cho máy phát điện dùng rơ le SEL 300G ...................................18
2.3.1. Đặc tính tác động...............................................................................................18
2.3.2. Mô tả cài đặt ......................................................................................................19
2.4. Bảo vệ so lệch máy biến áp dùng rơ le SEL 387A ..............................................19
iv
2.4.1. Nguyên lý làm việc và đặc tính tác động ..........................................................19
2.4.2. Tính toán cài đặt................................................................................................22
2.5. Kết luận chƣơng ....................................................................................................26
CHƢƠNG 3: TÍCH HỢP HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠ LE SEL BẰNG MÁY TÍNH...28
3.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................28
3.1.1. Rơle bảo vệ khoảng cách cho đường dây dùng rơ le SEL 311L .......................28
3.1.2. Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp SEL 387A .....................................................31
3.1.3. Rơle bảo vệ máy phát điện SEL 300G ..............................................................35
3.1.4. Rơle giam sát và điều khiển trung tâm SEL 451 ..............................................37
3.2. Tích hợp và điều khiển hệ thống bảo vệ rơ le SEL qua hệ thống máy tính ....40
3.2.1. Giới thiệu chung ................................................................................................40
3.2.2. Giải pháp kết nối giữa các rơ le SEL với máy tính ...........................................41
3.2.3. Giải pháp tích hợp hệ thống bảo vệ rơ le trong phòng thí nghiệm ...................45
3.3 Mô phỏng chức năng bảo vệ của các rơ le SEL .................................................46
3.3.1. Xây dựng mô hình đường dây và trạm biến áp .................................................46
3.3.2. Cấu hình tin nhắn GOOSE cho các rơ le SEL ................................................. 49
3.3.3. Mô phỏng và đánh giá ...................................................................................... 55
3.4. Kết luận chƣơng ....................................................................................................63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 65
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
KẾT LUẬN CỦA CÁC HỘI ĐỒNG, NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN (BẢN SAO)
v
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG RƠLE SEL TẠI PHÒNG
THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Học viên: Khƣơng Thị Út Thƣơng
Mã số: 8520201 Khóa: 34
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện.
Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt: Hiện nay, tại phòng thí nghiệm đã được trang bị đầy đủ các thiết bị thí nghiệm như
nguồn điện AC/DC, các rơ le SEL-xxx (SEL 300G, SEL 311L, SEL 387A, SEL 451,…), các
môđun thí nghiệm, dây nối,…giúp người học có thể thực hành các bài thí nghiệm về rơ le. Mỗi
rơ le có những chức năng bảo vệ riêng, phù hợp để bảo vệ cho từng đối tượng trong hệ thống
điện (như máy phát, máy biến áp, đường dây,…). Mỗi rơ le sẽ được mô phỏng chức năng qua
các bài thí nghiệm, từ đó sinh viên có thể tìm hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý làm việc, cách thức
vận hành, cách thức xử lý sự cố của từng rơ le. Nhiệm vụ của luận văn đó là tìm ra phương thức
tích hợp các rơ le với nhau. Vấn đề đã được giải quyết bằng cách: dùng phần mềm AcSELerator
QuickSet và bộ Switch. Ngoài ra luận văn còn nghiên cứu ứng dụng tin nhắn GOOSE để có thể
giao tiếp giữa hai hoặc nhiều rơ le với nhau. Kết quả nghiên cứu đạt được đó là tích hợp hệ
thống bảo vệ các rơle trong phòng thí nghiệm một cách hiệu quả hơn, rút ngắn được thời gian
thí nghiệm vận hành trên rơ le SEL, nâng cao công tác thí nghiệm thực hành cho giảng viên.
Từ khóa: Nguyên lý làm việc, kết nối, tích hợp bảo vệ, phần mềm, tin nhắn GOOSE.
RESEARCH TO INTEGRATE THE SEL RELAY SYSTEM IN THE LAB
OF FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING - UNIVERSITY OF
SCIENCE AND TECHONOLOGY – THE UNIVERSITY OF DA NANG
Abstract: Currently, the laboratory has been fully equipped with laboratory equipment such as
AC / DC power supply, relay SEL-xxx (SEL 300G, SEL 311L, SEL 387A, SEL 451,...), test
modules experiments, wiring, ... help learners to practice the experiments on relays. Each relay
has its own protection functions, suitable to protect each object in the electrical system (such as
generators, transformers, lines,...). Each relay will be simulated function through the
experiments, from which students can find out clearly the structure, working principles, how to
operate, how to handle problems of each relay. The task of the thesis is to find ways to integrate
relays together. The problem was solved by: using AcSELerator QuickSet and Switch software.
In addition, the thesis also studies the application of GOOSE messages to be able to
communicate between two or more relays. The study results are integrated more effectively to
protect the relay system in the laboratory, shorten the time of operation test on the SEL relay,
improve the practice of teaching experiments tablets.
Key words: Working principle, connection, integrated protection, software, GOOSE messages.
vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MFĐ (MF): - Máy phát điện
MBA:
- Máy biến áp
ĐZ:
- Đường dây
HTĐ:
- Hệ thống điện
PS:
- Power system
SEL:
- Họ rơ le SEL
MHO:
- Đường đặc tính tổng dẫn của rơle khoảng cách
TU (BU):
- Máy biến điện áp
TI (BI):
- Máy biến dòng điện
D/C:
- Động cơ kéo (Prime mover)
TG:
- Thanh góp
FAULT:
- Sự cố (lỗi)
ZONE:
- Vùng
IEC:
- Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế (International Electrotechnical Commission)
BVQD
- Bảo vệ quá dòng
RLBV
- Rơ le bảo vệ
PTN
- Phòng thí nghiệm
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình vẽ
Tên hình
Trang
1.1
Bộ cấp nguồn xoay chiều 3 pha 380/220V (Power supply)
3
1.2
Môđun máy phát đồng bộ và động cơ kéo (Prime mover và Generator)
5
1.3
Môđun Máy biến áp (Tranformer)
5
1.4
Môđun Lưới truyền tải (Distribution Bus)
5
1.5
Môđun đường dây truyền tải (Tranmision Line)
5
1.6
Các mô đun Tải trở (Resistive Load); Tải dung (Capacitive Load) và Tải cảm
(Inductive Load)
6
1.7
Các mô đun biến dòng điện và biến điện áp
6
1.8
Rơle so lệch SEL 300G
6
1.9
Rơle so lệch SEL 387
7
1.10
Rơle so lệch SEL 311L
7
1.11
Rơle quá dòng SEL551
7
1.12
Rơle quá dòng SEL351
8
1.13
Rơle trung tâm SEL451
8
1.14
Các môđun chính trong hệ thống các môđun tạo sự cố
8
1.15
Môđun cấp nguồn một chiều cho các rơle (DC Power Supply)
9
1.16
Sơ đồ nguyên lý bàn thí nghiệm hệ thống điện đa chức năng
9
1.17
Giải pháp gá lắp thiết bị trên bàn thí nghiệm
10
1.18
Bản vẽ thiết kế tủ gá thiết bị (a) và (b)
11
1.19
Bàn thí nghiệm sau khi lắp đặt và kết nối hoàn chỉnh
11
1.20
Sơ đồ hệ thống bảo vệ khoảng cách dùng SEL 311L
12
1.21
Sơ đồ nối dây của bảo vệ khoảng cách SEL-311L
13
Đặc tính tác động MHO của SEL-311L
15
2.2
Họ đặc tuyến thời gian cắt loại C1 theo tiêu chuẩn IEC
17
2.3
Đường đặc tính tác động của bảo vệ so lệch máy phát dùng SEL-300G
18
2.4
Nguyên lý của bảo vệ so lệch MBA dùng SEL-387A
19
2.5
Đặc tính tác động của rơle SEL-387A
22
3.1
Sơ đồ chức năng và ứng dụng SEL-387A
28
3.2
Sơ đồ các cổng đầu vào-ra chức năng của SEL-387A.
30
3.3
Sơ đồ kết nối AC,ứng dụng cho MBA đấu Υ/∆
30
3.4
Sơ đồ kết nối DC,ứng dụng cho MBA 2 cuộn dây
31
3.5
Sơ đồ chức năng và ứng dụng SEL-311L
32
2.1
viii
3.6
Sơ đồ các cổng vào – ra của SEL-311L
33
3.7
Sơ đồ đấu nối AC/ DC của rơle SEL-311L ứng dụng bảo vệ cho đường dây
35
3.8
Sơ đồ chức năng và ứng dụng SEL-300G
36
3.9
Sơ đồ các cổng vào – ra của SEL-300G
37
3.10
Sơ đồ chức năng và ứng dụng SEL-451
38
3.11
Sơ đồ các cổng vào – ra của SEL-451
39
3.12
Mô hình kết nối truyền thông giữa các rơ le SEL với máy tính
40
3.13
Kết nối truyền thông giữa rơle SEL với máy tính bằng cáp RS232
41
3.14
Màn hình giao diện của phần mềm QuickSet
41
3.15
Chọn cài đặt kết nối giữa SEL với máy tính
42
3.16
Thông tin về cấu hình thiết bị rơ le hiện có
42
3.17
Mở và soạn thảo cấu hình mới cho rơ le
42
3.18
Soạn thảo các thông số cấu hình cho rơ le
43
3.19
Cửa sổ soạn thảo cài đặt
43
3.20
Cảnh báo lỗi phát sinh do vượt quá giá trị cho phép
43
3.21
Xác nhận việc lưu cấu hình mới vào cho rơ le
44
3.22
Khai báo lưu lại dữ liệu cấu hình vào máy tính
44
3.23
Điền tên file để lưu dữ liệu trên ổ đĩa máy tính
44
3.24
Sơ đồ kết nối tích hợp điều khiển các bảo vệ rơ le SEL
46
3.25
Mô hình nguyên lý bảo vệ của các rơ le SEL
47
3.26
Sơ đồ mạch nhị thứ bảo vệ cho hệ thống
49
3.27
Cấu hình biến GOOSE cho hai rơle cùng một hãng SEL
50
3.28
Sơ đồ nhất thứ của hệ thống bảo vệ
51
3.29
Cấu hình tín hiệu GOOSE Transmit (truyền tin nhắn)
52
3.30
Cấu hình tín hiệu GOOSE Receive (nhận tin nhắn)
54
3.31
Sơ đồ nối dây tích hợp các bảo vệ rơ le SEL
56
3.32
Sơ đồ mô phỏng thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
57
3.33
Mô phỏng lúc làm việc bình thường của hệ thống từ rơle SEL387E
60
3.34
Kết quả mô phỏng sau sự cố tại điểm N1
61
3.35
Mô phỏng lúc làm việc bình thường của hệ thống từ rơle SEL451
62
3.36
Kết quả mô phỏng sau sự cố tại điểm N2
63
1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong hệ thống điện ngày nay thì hệ thống bảo vệ rơle có vai trò rất quan trọng.
Đặc biệt là hệ thống rơle số, có nhiều chức năng hữu ích trong việc phát hiện và xử lý sự
cố trong hệ thống điện một cách nhanh chóng, kịp thời và chính xác giúp hệ thống điện
luôn làm việc ở trạng thái ổn định, an toàn. Các thiết bị rơle này sẽ ngày càng được cải
tiến công nghệ, chế tạo một cách khoa học hơn để phù hợp với xu thế công nghiệp hóa,
hiện đại hóa của đất nước.
Hiện nay, phòng thí nghiệm Bảo vệ Rơle thuộc Khoa Điện trường Đại học Bách
Khoa, Đại học Đà Nẵng đã được trang bị các thiết bị rơle SEL và đang được khai thác
phục vụ cho công tác đào tạo thí nghiệm, nghiên cứu khoa học của sinh viên và các học
viên cao học ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử. Tuy nhiên với tần suất thí nghiệm ngày
càng lớn (khoảng 140giờ/280SV/1năm học), hiệu quả khai thác còn hạn chế do tốn nhiều
thời gian cho việc kết nối các sơ đồ thí nghiệm và cài đặt các thông số của rơle bằng tay
thông qua các nút bấm trên bề mặt rơle; công cụ lý thuyết sử dụng để tính toán cài đặt
chưa phù hợp với loại rơle SEL thực tế nên trong khi thí nghiệm thì rơle vẫn bị tác động
nhầm, cho kết quả không chính xác khiến người học phân vân, giáo viên hướng dẫn phải
giải thích nhiều làm tốn thời gian buổi thí nghiệm.
Vì vậy để khắc phục các hạn chế nêu trên cần có sự nghiên cứu về hệ thống bảo vệ
rơ le SEL hiện có và tìm ra giải pháp để tích hợp các rơle và điều hành thông qua hệ
thống máy tính nhằm nâng cao hiệu quả công tác đào tạo tại khoa Điện. Đây cũng chính
là lý do để học viên chọn đề tài liên quan đến việc nghiên cứu tích hợp hệ thống bảo vệ.
2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Hệ thống rơ le bảo vệ của hãng SEL được lắp đặt sẵn tại PTN Bảo vệ Rơle của
khoa Điện thuộc trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Tìm hiểu, nghiên cứu các công cụ tính toán thông số cài đặt cho rơle SEL.
- Khảo sát hiện trạng thiết bị để kết nối các Rơle SEL cho cài đặt - giám sát và điều
khiển bằng máy tính.
- Nghiên cứu giải pháp tích hợp hệ thống các bảo vệ rơle.
- Áp dụng, đánh giá các kết quả và đưa ra nhận xét.
3. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Mục tiêu của đề tài
- Nâng cao hiệu quả sử dụng các trang thiết bị đã được đầu tư và nâng cấp tại các
phòng thí nghiệm thuộc khoa Điện trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng.
2
- Phù hợp với xu hướng phát triển hệ thống điều khiển tích hợp phục vụ tự động hóa
các TBA của ngành điện nước ta hiện nay.
- Phục vụ công tác khai thác các chức năng bảo vệ phối hợp giữa các rơle với nhau
để nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực rơle tự động hóa.
- Nâng cao chất lượng đào tạo hệ kỹ sư và cao học tại khoa Điện, phù hợp với định
hướng phát triển thành trường đại học nghiên cứu của nhà trường.
3.2. Nhiệm vụ chính
- Tìm hiểu, nghiên cứu các công cụ tính toán thông số cài đặt cho rơle SEL.
- Nghiên cứu, tìm ra giải pháp tích hợp hệ thống các bảo vệ rơle với nhau thông qua
hệ thống máy tính.
- Khảo sát, mô phỏng, đánh giá các kết quả tìm được bằng các phần mềm mô phỏng.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù hệ thống bảo vệ rơle đã được đưa
vào dạy và nghiên cứu cho sinh viên và học viên từ nhiều năm qua nhưng với việc
nghiên cứu một cách cụ thể, đề tài này sẽ giúp người học đánh giá, phân tích sự cố và
các hư hỏng trong các bài thí nghiệm bảo vệ rơle hoặc phục vụ việc nghiên cứu khoa học
một cách chính xác và nhanh hơn.
Về ý nghĩa thực tiễn, đề tài đã giải quyết được một khối lượng lớn công việc cho
nhân viên thí nghiệm khi kiểm định và phân tích các sự cố hệ thống bảo vệ rơle, giúp rút
ngắn thời gian thí nghiệm và nâng cao công tác đào tạo cho khoa Điện phù hợp với định
hướng phát triển của nhà trường.
5. ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI
Từ những lý do đã nêu ở trên. Đề tài được chọn có tên là: “Nghiên cứu tích hợp hệ
thống rơle SEL tại phòng thí nghiệm Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa – Đại
học Đà Nẵng”.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Luận văn gồm các phần chính sau:
Mở đầu
Chƣơng 1: Khảo sát các thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm
Chƣơng 2: Tính toán thông số cài đặt cho các rơle SEL
Chƣơng 3: Tích hợp hệ thống bảo vệ rơle SEL bằng máy tính
Kết luận và kiến nghị
3
Chƣơng 1
KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ HIỆN CÓ
TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM RƠLE
1.1. Giới thiệu chung
Phòng thí nghiệm bảo vệ rơle trực thuộc bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện,
trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng. Năm 2006, phòng thí nghiệm đã được Đại
học Đà Nẵng đầu tư nâng cấp các thiết bị bảo vệ rơle kỹ thuật số đa chức năng của hãng
SEL. Các thiết bị rơle được thiết kế có đầy đủ các chức năng để làm thí nghiệm bảo vệ
cho các phần tử trong hệ thống như: máy phát điện, máy biến áp và đường dây,…
1.2. Các môđun đã đƣợc đầu tƣ
1.2.1. Các môđun nguồn, máy phát đồng bộ và động cơ kéo, máy biến áp, thanh cái,
đường dây, phụ tải, máy biến dòng điện và máy biến điện áp
1.2.1.1. Môđun nguồn (Power Supply):
Nhiệm vụ của môđun này cấp nguồn cho mạch lưới điện cần thí nghiệm và nguồn
điều khiển cho các thiết bị rơ le.
Hình dáng bên ngoài của bộ nguồn như hình 1.1. Từ hình này cho biết những đầu
ra cũng như bộ phận điều khiển bên ngoài của bộ nguồn.
3
2
1
4
5
9
7
8
6
11
10
12
Hình 1.1: Bộ cấp nguồn xoay chiều 3 pha 380/220V (Power supply)
1: Đồng hồ hiển thị
3 : Đèn báo pha
5: Công tắc nguồn
7: Nguồn AC 3 pha, điện áp 220/380 V
9: Nguồn một chiều, điện áp cố định 220V
11: Dây nối đất
a. Các đầu ra của bộ nguồn
2: Nút chọn đầu ra cần đo
4: Nút chỉnh điện áp đầu ra
6: Nguồn xoay chiều 1 pha, điện áp cố định 24 V
8: Nguồn AC 3 pha, điện áp 0-220/380 V
10: Nguồn một chiều, điện áp thay đổi 0-220 V
12: Reset
4
- Nguồn xoay chiều 1 pha, điện áp 220 V: cung cấp điện cho các thiết bị bằng các
zắc cắm tiêu chuẩn. Dòng định mức của nguồn này có giá trị 3 A.
- Nguồn xoay chiều 3 pha, điện áp 220/380 V: được đưa ra ngoài bằng 4 đầu (kí
hiệu 1, 2, 3, N).
- Trong đó, các dây pha tương ứng 1,2,3. Dây trung tính được ký hiệu N. Dòng
điện pha định mức của nguồn cung cấp là 10A.
- Nguồn xoay chiều 3 pha, điện áp thay đổi 0 - 220/380 V: được đưa ra bên ngoài
bởi các đầu ký hiệu là 4, 5, 6 và đầu trung tính N. Điện áp pha/dây có thể điều chỉnh
được trong phạm vi 0-220/380 V bằng cách xoay nút điều chỉnh điện áp. Dòng điện pha
định mức của nguồn cung cấp là 3A.
- Nguồn xoay chiều, điện áp cố định 24 V: đây là nguồn ra đặc biệt, có công tắc bật
mở, nguồn này được thiết kế để cung cấp cho các thiết bị đo và hiển thị.
- Nguồn một chiều, điện áp cố định 220 V: cung cấp điện 1 chiều có điện áp định
mức 220 V và dòng định mức 1A. Đầu ra bên ngoài của nguồn này tương ứng là 8 và N.
- Nguồn một chiều, điện áp thay đổi 0-220 V: cung cấp điện 1 chiều có điện áp
thay đổi được trong phạm vi 0 - 220 V và dòng định mức của nguồn này là 5A. Nguồn
điện này được lấy từ đầu ra số 7 và N.
- Dây nối đất: để đảm bảo an toàn cho người làm thí nghiệm, các thiết bị khi nối
vào bộ nguồn có thể được nối đất thông qua đầu nối đất màu xanh.
b. Đồng hồ hiển thị và điều khiển
- Công tắc nguồn: đóng và mở toàn bộ điện trong bộ nguồn.
- Đèn báo pha: báo hiệu có điện áp đầu vào của bộ nguồn. Khi một pha bị mất điện,
đèn của pha đó bị tắt.
- Đồng hồ hiển thị: Hiển thị giá trị điện áp của các đầu ra.
- Nút chọn đầu ra cần đo: Để chọn đo điện áp của đầu ra, người sử dụng xoay nút
chọn đến vị trí đầu ra cần đo.
- Nút chỉnh điện áp đầu ra: Điện áp ở đầu ra được điều chỉnh nhờ vặn núm điều
chỉnh tròn (núm to) trên Module có chia vạch từ 0-100.
- Reset: Các tham số của bộ nguồn thể thiết lập lại trạng thái ban đầu bằng nút
Reset.
1.2.1.2. Môđun máy phát đồng bộ và động cơ kéo (Generator & Prime mover):
Nhiệm vụ của môđun máy phát đồng bộ tương tự như một máy phát điện đồng bộ
3 pha, nhưng có công suất phát nhỏ (~750W). Còn nhiệm vụ của môđun động cơ kéo, thì
đây là mô phỏng của một động cơ sơ cấp, dùng kết hợp với môđun máy phát đồng bộ để
điều chỉnh tốc độ của máy phát.
Môđun máy phát đồng bộ và động cơ kéo (hình 1.2), được sử dụng để mô phỏng
chế độ làm việc của máy phát điện (MFĐ). Rôto của máy phát điện sẽ được nối với trục
của động cơ kéo thông qua đai truyền động, hệ thống bánh đà nối với trục động cơ sẽ có
tác dụng đảm bảo ổn định tốc độ cho động cơ kéo Prime mover.
5
Hình 1.2: Môđun máy phát đồng bộ và động cơ kéo (Prime mover và Generator)
1.2.1.3. Môđun máy biến áp (Transformer):
Đây là môđun mô phỏng máy biến áp (hình
1.3), môđun này có thể sử dụng để thí nghiệm ngắn
mạch các vị trí đặc biệt trong cuộn dây máy biến áp
(MBA). Nhờ có cấu tạo đặc thù nên với môđun này có
thể thực hiện được các dạng ngắn mạch: pha – pha;
pha – đất, cũng như ngắn mạch qua tổng trở trung gian
và tạo ra ngắn mạch giữa mạch sơ cấp và thứ cấp của
máy biến áp.
Hình 1.3: Môđun Máy biến áp
1.2.1.4. Môđun thanh cái (Distribution Bus)
Thanh cái (hình 1.4) dùng để kết nối giữa các
mạch nguồn điện cung cấp và các mạch phụ tải tiêu thụ
điện. Môđun thanh cái bao gồm hai hệ thống thanh cái
độc lập với nhau. Hệ thống thanh cái một là sơ đồ hệ
thống một thanh cái phân đoạn, trong khi thanh cái kia
là sơ đồ một thanh cái không phân đoạn, đây là điểm rất
thuận lợi cho mô hình bàn thí nghiệm.
Hình 1.4: Môđun Lưới truyền tải
1.2.1.5. Môđun đường dây (Transmission Line)
Môđun đường dây (DZ) (hình 1.5) là một mô
hình đường dây ba pha, với môđun này có thể thực
hiện được các thí nghiệm ngắn mạch linh hoạt cho bảo
vệ quá dòng điện, bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng
cách.
Hình 1.5:Môđun đường dây truyền tải
6
1.2.1.6. Môđun các thiết bị mô phỏng phụ tải điện
Các môđun tải trở, tải dung và tải cảm (hình 1.6) được dùng thay thế cho các loại
phụ tải tiêu thụ điện năng thực tế trong hệ thống điện. Từ ba loại phụ tải này có thể dùng
riêng hoặc kết hợp với nhau sẽ tạo ra tính chất đặc trưng của các loại phụ tải: tải thuần
trở, tải thuần dung, tải thuần cảm và tải hỗn hợp.
Hình 1.6: Các mô đun Tải trở (Resistive Load), Tải dung (Capacitive Load) và Tải cảm
(Inductive Load)
1.2.1.7. Môđun biến dòng điện và biến điện áp (Current transformer; Voltage
transformer)
Trong mô hình thí nghiệm hệ thống điện đa chức năng, biến dòng điện (TI) và
biến điện áp (TU) (hình 1.7) có chức năng chuyển đổi các giá trị dòng điện từ 0,5A
thành dòng điện 5A và giá trị điện áp từ 380VAC xuống điện áp 120VAC phù hợp với
yêu cầu đầu vào của các loại rơle.
Hình 1.7: Các mô đun biến dòng điện và biến điện áp
1.2.2. Các rơ le SEL 311L, SEL 387A, SEL 300G, SEL 551, SEL 351, SEL 451
1.2.2.1. Rơle so lệch kỹ thuật số cho máy phát điện
Sử dụng rơle so lệch SEL 300G, cấu trúc mặt
trước của rơle được thể hiện trong hình 1.8. Dùng cổng
truyền thông COM (dùng cáp mạng RS232) để giao tiếp
với máy tính. Rơ le này có chức năng chính là bảo vệ so
lệch máy phát điện (87), chuyên dùng bảo vệ cho máy
phát điện. Ngoài ra nó còn có một số chức năng dự
phòng khác có thể cài đặt (như chức năng BVQD
[50,51], bảo vệ khoảng cách (21), bảo vệ quá kích thích Hình 1.8: Rơle so lệch SEL 300G
(24), bảo vệ kém áp/ quá áp (27/59), bảo vệ chống mất kích từ (40),....
7
1.2.2.2. Rơle so lệch máy biến áp
Dùng rơ le so lệch SEL 387A (hình 1.9). Bảo vệ so lệch dòng điện bằng 2 hoặc 3
đầu vào dòng điện 3-pha, với đặc tính hãm có 2 độ dốc độc lập có thể lập trình theo ý
muốn. Thành phần so lệch có thể cài đặt giám sát bởi các thành phần hài bậc 2, bậc 4
hoặc thành phần hãm.
Chức năng chính của SEL 387A là bảo
vệ so lệch dòng điện (87) cho các đối tượng
như là máy biến áp, máy phát, đường dây
ngắn,… Ngoài ra nó còn có một số chức năng
dự phòng khác có thể cài đặt như bảo vệ quá
dòng (50/51), bảo vệ so lệch (87). Dùng cổng
truyền thông COM (dùng cáp mạng RS232) để
giao tiếp với máy tính.
Hình 1.9: Rơle so lệch SEL 387A
1.2.2.3. Rơle khoảng cách SEL 311L
Rơle SEL 311L (hình 1.10) có chức năng chính là bảo vệ khoảng cách (21) và đối
tượng nó bảo vệ là các xuất tuyến đường dây dài, rơle này thường chia làm bốn vùng
bảo vệ khoảng cách pha và đất với đặc tính MHO, 4 vùng bảo vệ khoảng cách chạm đất
đặc tính tứ giác. Trong đó gồm hai vùng hướng thuận và hai vùng có thể đặt hướng
thuận hoặc ngược. Rơle cũng có khả năng thực hiện truyền cắt tới đầu đối diện và logic
mở rộng khoảng cách vùng 1.
SEL 311L chứa tất cả các phần tử bảo
vệ, giám sát và các tính năng giao tiếp như:
Bảo vệ khoảng cách, quá dòng có hướng và vô
hướng, bảo vệ tần số và chức năng đóng lặp lại
nhiều lần Dùng cổng truyền thông COM (dùng
cáp mạng RS232) để giao tiếp với máy tính.
Hình 1.10: Rơle so lệch SEL 311L
1.2.2.4. Bảo vệ quá dòng vô hướng SEL 551
Chức năng chính của con này là bảo vệ quá
dòng có thời gian (51). Bảo vệ quá dòng vô hướng
SEL 551 (hình 1.11) được dùng để thực hiện chức
năng bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ chính như bảo
vệ so lệch, bảo vệ khoảng cách. Dùng cổng truyền
thông COM (dùng cáp mạng RS232) để giao tiếp
với máy tính. Đối tượng nó có thể bảo vệ như là:
Hình 1.11: Rơle quá dòng SEL 551
máy phát, máy biến áp, đường dây,...nhưng
thường chỉ làm vai trò bảo vệ dự phòng.
.
8
1.2.2.5. Bảo vệ quá dòng có hướng SEL 351
Cũng giống như rơle SEL-551, SEL 351 (hình 1.12) được dùng để thực hiện chức
năng bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ chính như bảo
vệ so lệch, bảo vệ khoảng cách. Tuy nhiên SEL 351
thường được sử dụng trong lưới điện có nhiều nguồn
cung cấp. Ngoài ra nó còn có một số chức năng dự
phòng khác có thể cài đặt như chức năng bảo vệ quá
dòng cắt nhanh (50), chức năng rơ le tần số (81).
Hình 1.12: Rơle quá dòng SEL351
Dùng cổng truyền thông COM (dùng cáp mạng
RS232) để giao tiếp với máy tính.
1.2.2.6. Rơle giám sát điều khiển trung tâm SEL 451
Rơle giám sát điều khiển trung tâm SEL 451 (hình 1.13) được dùng để thực hiện
chức năng giám sát điều khiển trung tâm cho các bảo vệ chính như bảo vệ quá dòng, bảo
vệ kém áp, bảo vệ công suất. Thường được dùng làm rơ le trung tâm, tức có thể theo
giỏi, đo lường, thu thập dữ liệu, truyền tín hiệu điều khiển, xử lý thông tin,… từ các bảo
vệ khác trong cùng một hệ thống điện. Rơle này
có thiết kế hiện đại hơn là ngoài cổng COM
(dùng cáp mạng RS232) còn có cổng truyền
thông qua cáp mạng RJ45,có thể kết nối mạng
Lan với máy tính, nên ta có thể dễ dàng thu thập
dữ liệu cũng như điều khiển nó hơn.
Hình 1.13: Rơle SEL451
* Ngoài các rơ le trên còn có thêm rơle so
lệch SEL 387E
Đặc điểm, chức năng, nhiệm vụ tương tự rơ le SEL 387A. Chỉ khác là con rơle
này có thiết kế hiện đại hơn SEL 387A là có thêm cổng truyền thông internet (cáp mạng
RJ45) để giao tiếp với máy tính, nên ta có thể dễ dàng thu thập dữ liệu cũng như điều
khiển hơn.
1.2.3. Các môđun tạo sự cố, môđun cấp nguồn một chiều cho các rơ le
1.2.3.1. Các môđun tạo sự cố
Các môđun tạo sự cố (hình 1.14) có chức năng tạo ra các dạng sự cố trong các
thiết bị điện như sự cố ngắn mạch, mất tải đột ngột, ….
Hình 1.14: Các môđun chính trong hệ thống các môđun tạo sự cố
9
1.2.3.2. Môđun cấp nguồn một chiều cho các rơle
Môđun cấp nguồn một chiều cho các rơle
(hình 1.15) được dùng để tạo ra nguồn một chiều
cung cấp cho các thiết bị bảo vệ rơle số và các mô
đun phụ trợ trong các bàn thí nghiệm tại phòng thí
nghiệm rơle.
Hình 1.15: Môđun cấp nguồn một chiều cho các rơle (DC Power Supply)
Từ những yêu cầu thực tế đặt ra, ta có thể xây dựng mô hình bàn thí nghiệm hệ
thống điện đa chức năng như hình 1.16:
TC1 SEL 351 MBA1
TC2
TI MC MC TI
TC3
SEL 311L
TI MC MC TI
DZ1
TI MC MC TI
Phụ tải 1
MFĐ
SEL 551
SEL 387
SEL 300G
SEL 387
TU
MC TI
Chú thích:
- MFĐ: Máy phát điện
- MBA: Máy biến áp
- MC: Máy cắt điện
- TC: Thanh cái
- DZ: Đường dây
- TI: Máy biến dòng điện
- TU: Máy biến điện áp
DZ2
TI MC MC TI
TU
SEL 311L
MBA2 Phụ tải 2
MC TI
Nguồn
điện lưới
TU
SEL 351
Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý bàn thí nghiệm hệ thống điện đa chức năng
Mô hình bàn thí nghiệm trên hình 1.16 bao gồm 2 phần cơ bản: phần nhất thứ và
phần nhị thứ.
a. Phần nhất thứ
Phần nhất thứ được tạo bởi các thiết bị động lực (phần nét liền) bao gồm: máy
phát điện; máy biến áp; đường dây; thanh cái; máy cắt; TU; TI. Đây chính là mô hình
hoàn chỉnh của nhà máy điện có kết nối với lưới điện. Với mô hình này cho phép xây
dựng các bài thí nghiệm và các mô hình nghiên cứu quá trình quá độ, các chế độ vận
hành của máy phát điện nói riêng và hệ thống điện nói chung. Các môđun được kết nối
với nhau bằng dây điện mềm qua các hàng kẹp (Terminal Block), đây là phương pháp
linh động nhất trong việc thay thế sửa chữa các mô đun bị hư hỏng trong quá trình sử
dụng.
b. Phần nhị thứ
Từ mô hình thiết bị trong phần nhất thứ tác giả đã thiết kế phần nhị thứ (nét đứt)
để bảo vệ cho tất cả các phần tử động lực chính và quan trọng hơn là tất cả các rơle trong
phần nhị thứ đều được kết nối truyền thông với nhau và được điều khiển bằng máy tính
để thực hiện các chức năng hoàn chỉnh mà mô hình cũ không thực hiện được. Với mô
10
hình thiết kế cho phần nhị thứ, người dùng có thể nghiên cứu được hầu hết các tính năng
mở rộng của rơle và đặc biệt là các tính năng này sát thực với công tác vận hành hệ thống
điện ngoài thực tế, nơi không cho phép người dùng thí nghiệm trực tiếp các thiết bị.
1.3. Thiết kế tủ gá thiết bị
Việc thiết kế tủ gá các thiết bị đòi hỏi phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
-
Tháo lắp các môđun phải dễ dàng.
-
Tiết kiệm trong việc đấu nối dây dẫn giữa các mô đun.
-
Phải chắc chắn, dễ di chuyển và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Để đảm bảo được các yêu cầu trên và phải giữ được thứ tự như trong sơ đồ
nguyên lý đã xây dựng, tác giả đã tìm ra giải pháp lắp gá các mô đun thiết bị trên hai dãy
tủ chứa như hình 1.17
Tủ bên phải
Tủ bên trái
Hình 1.17: Giải pháp gá lắp thiết bị trên bàn thí nghiệm
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
a. Tủ bên trái
- Xem thêm -