Tổng quan về Rơle số

Ưu điểm:

Ưu việt rất lớn của rơle số so với các loại rơle khác là khả năng tổ hợp các chức năng bảo vệ rất thuận lợi và rộng lớn, việc trao đổi và xử lý thông tin với khối lượng lớn với tốc độ cao làm tăng độ nhạy, đọ chính xác, độ tin cậy cũng như mở rộng tính năng của bảo vệ

Hạn chế được nhiễu và sai số do việc truyền thông tin bằng số.

Có khả năng tự lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối tượng bảo vệ khác nhau.

Công suất tiêu thụ nhỏ.

Có khả năng đo lường và có thể nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều chỉnh tự động từ xa.

Nhược điểm:

Giá thành cao nên đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn để thay thế các rơle cũ bằng các rơle số.

Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao.

Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sữa chửa và nâng cấp thiết bị.

Cấu trúc điển hình của rơle số:

Hình 5.1 minh hoạ cấu trúc điển hình phần cứng của một rơle. Điện áp đầu vào hoặc dòng điện đầu vào của rơle được lấy qua các BU và BI từ đối tượng bảo vệ. Lưu ý tín hiệu tương tự chỉ chuyển sang tín hiệu số đối với điện áp nên đối với các tín hiệu dòng điện thì trước tiên phải biến đổi nó sang điện áp theo nhiều cách. Ví dụ: cho dòng điện chạy qua một điện trở có giá trị xác định và lấy điện áp trên hai đầu của điện trở đó để biểu diễn dòng điện. Sau đó các tín hiệu này được lọc bằng bộ lọc giải mã.

Hoạt động của rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ BI, BU sau khi được biến đổi thành tín hiệu phù hợp. Các tín hiệu đã được biến đổi này được đưa vào bộ chọn kênh. Bộ xử lý trung tâm sẽ gởi tín hiệu đi mở kênh mong muốn. Đầu ra của bộ chọn kênh đưa vào bộ biến đổi tương tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và đưa vào bộ vi xử lý. Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thông qua bộ lấy và giữ mẫu (S/H).

Vì các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) thường rất đắt nên khi thiết kế người ta cố gắng tinh giản chỉ sử dụng một bộ ADC trong một rơle số, chính vì lý do đó mà trong bộ vi xử lý có đặt một bộ dồn kênh (multiplexer) để lựa chọn các tín hiệu cần thiết cung cấp cho đầu vào các bộ ADC. Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng 25 s nên phải duy trì tín hiệu tương tự ở đầu vào của ADC trong suốt quá trình chuyển đổi từ tương tự sang số. Điều này được thực hiện bằng bộ khuyếch đại duy trì và lấy mẫu S/H.

Tín hiệu đầu ra của bộ ADC bây giờ có thể biến đổi tùy ý bởi bộ vi xử lý. Nhìn chung trong một rơle số người ta sử dụng nhiều bộ vi xử lý (để thực hiện các chức năng khác nhau). Ví dụ bộ vi xử lý TMS320 để thực hiện thuật toán của rơle, bộ vi xử lý 80186 để thực hiện các phép toán logic. Bộ vi xử lý được đưa vào chế độ làm việc theo chương trình được cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM, đây là bộ nhớ không thay đổi được và không bị mất dữ liệu khi bị mất nguồn. Nó so sánh thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ EEPROM (bộ nhớ chỉ đọc, lập trình điện và xóa được bằng điện). Các phép tính trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM.

Modul nguồn làm nhiệm vụ biến đổi nguồn một chiều thành nhiều nguồn một chiều có cấp điện áp khác nhau để cung cấp cho các chức năng khác nhau của rơle. Đây là bộ biến đổi DC/DC với đầu vào lấy từ acquy, hoặc bộ nguồn chỉnh lưu lấy điện từ lưới điện tự dùng của trạm. Vì nguồn cung cấp từ acquy thường không ổn định trong khi rơle số lại rất nhạy đối với sự thăng giáng của điện áp nên trong nội bộ rơle số đã được tích hợp một nguồn DC phụ có giá trị biến đổi với phạm vi ± size 12{ +- {}} {} 5 V hoặc ± size 12{ +- {}} {} 1 V nhằm ổn định nguồn cung cấp cho rơle số.

Giao diện của rơle số:

Truyền dữ liệu (communication) là điều cần thiết vì ba lý do sau đây:

Để dễ dàng cho việc cài đặt các chương trình vào bên trong rơle.

Rơle phải trao đổi dữ liệu với các bộ phận đo lường ở xa.

Rơle phải phát ra tín hiệu đi cắt (Trip) và tín hiệu báo động (Alarm) khi có sự cố.

Không giống các rơle điện cơ và các loại rơle tĩnh khác, rơle số hầu như không cần phải hiệu chỉnh. Việc cài đặt thường thực hiện bằng các chương trình phần mềm từ một máy tính cá nhân hay được tích hợp trong rơle. Vì lý do đó mà một số loại giao diện đã được sử dụng để người dùng trao đổi dữ liệu với rơle.

* Loại 1: Loại này phổ biến đối với các loại rơle số hiện đại có màn hình tinh thể lỏng (LCD) và bàn phím lắp ở mặt trước của rơle. Để nhập các giá trị cài đặt, người sử dụng phải ấn các phím để hiển thị và thay đổi các giá trị số xuất hiện trên màn hình.

* Loại 2: Sử dụng màn hình hiển thị thông thường (VDU) nối đến rơle số thông qua cổng nối tiếp. Loại giao diện này thường thấy ở các trạm biến áp (để hiển thị sơ đồ vận hành) hoặc được sử dụng trong sơ đồ kết nối với rơle tại trạm qua modem từ trung tâm điều khiển ở xa để lấy dữ liệu hay cài đặt lại thông số.

Yêu cầu đối với rơle số là phải có phương pháp phát ra tín hiệu đi cắt và

tín hiệu báo động thích hợp. Vì các tín hiệu này có dạng mã nhị phân (Binary) cho nên bộ vi xử lý dễ dàng giải mã các địa chỉ. Điều này được thực hiện bởi khối tín hiệu đầu ra (digital output) trong hình 5.1. Mặc dù công nghệ số đã được áp dụng trong bảo vệ rơle nhưng các tín hiệu cắt và báo động vẫn phải là các tín hiệu tương tự để đưa đến các rơle điện cơ thực hiện mệnh lệnh.

Môi trường làm việc của rơle:

Trạm biến áp là môi trường điện từ nguy hiểm đối với rơle kỹ thuật số vì nó nằm gần các đường dây cao áp, dao cách ly và máy cắt. Khi có sự cố hay đóng cắt xảy ra điều cần thiết là không cho nhiễu bên ngoài xâm nhập vào rơle làm ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của nó. Những nhiễu tác động không mong muốn này gọi là tác hại điện từ EMI (electromagnetic intefrence).

Có hai nguyên nhân sinh ra EMI trong trạm biến áp là:

Do thao tác đóng cắt đường dây hay xung sét truyền từ ngoài đường dây làm nhiễu tín hiệu điện áp đầu vào của rơle.

Do sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện hoặc sóng radio.

Vì bộ vi xử lý làm việc với tốc độ cao nên rơle số dễ bị ảnh hưởng của EMI. Vì vậy điều bắt buộc khi chế tạo rơle số là nó phải có tính tương hợp điện từ EMC (Electromagnetic compatibility).Để rơle số đáp ứng được EMC phải áp dụng các biện pháp thích nghi.

Các rơle điện cơ không chịu ảnh hưởng của EMC, do đó việc dùng rơle số cũng gặp những trở ngại nhất định bên cạnh những ưu điểm của nó.