Bảo vệ so lệch 87T: Idiff, Ibias và thử ổn định trong FAT

1. 87T so sánh dòng tại một vùng bảo vệ, không chỉ nhìn dòng lớn

Bảo vệ so lệch máy biến áp thường được gọi 87T. Vùng được xác định bởi vị trí các CT và những phần được đưa vào sơ đồ, không chỉ bởi hình vẽ máy biến áp trên màn hình. Trước khi đọc một test report, cần biết những đầu dòng nào bao quanh vùng và dây/cáp nào nằm bên trong.

Trong tình huống lý tưởng đã quy đổi đúng, dòng đi vào và đi ra cân bằng; dòng so lệch bằng không. Manual ABB TR2PTDF nêu rằng thực tế còn có sai số CT, tap, dòng không tải và inrush làm xuất hiện so lệch. Vì vậy một số Idiff khác không không tự xác định nguyên nhân là lỗi bên trong.

Bài dành cho kỹ sư đọc hồ sơ và QS chuẩn bị witness FAT. Máy biến áp T01, các phasor và đặc tính phía sau đều là dữ liệu học tập, không phải sự cố hoặc setting khách hàng. Mục tiêu là đặt câu hỏi đúng và tách các phép thử; bài không hướng dẫn tự đặt bảo vệ.

Kiểm tra trực tiếp cần phương án và người có thẩm quyền. Cô lập nguồn, quản lý đường trip và trạng thái hệ thống theo procedure. Không làm hở thứ cấp CT đang có dòng primary để đổi cực tính, và không tắt một chức năng bảo vệ chỉ để report có kết quả PASS.

Đối chiếu: ABB REX615 — TR2PTDF Operation principle: mục đích biased differential và giới hạn chức năng ↗

2. CT, tỷ số máy biến áp và vector group phải được đưa về cùng cơ sở

Các dòng của hai winding có mức primary khác nhau; CT lại có tỷ số riêng. Relay cần quy đổi biên độ về cơ sở phù hợp trước khi so sánh. So trực tiếp hai số A secondary có thể tạo một chênh lệch chỉ vì dữ liệu chưa được chuẩn hóa.

Máy biến áp còn gây quan hệ pha theo cấu hình winding, còn đường nối CT và mapping pha ảnh hưởng dòng relay nhận. Bù tỷ số và bù góc không phải cùng thao tác. Chuẩn hóa biên độ không tự xử lý vector group hoặc cực tính.

SEL trong phần giới thiệu Beyond the Nameplate nêu rằng compensation sai có thể gây relay tác động không mong muốn. Bài dùng nguồn cho nhu cầu kiểm tra phase shift của installation; không lấy một matrix hoặc quy tắc sản phẩm từ đó làm setting chung.

Không suy một matrix chỉ từ chữ Dyn11 rồi bỏ qua phase sequence, bushing connection, CT polarity và quy ước dòng của relay. Cũng không đổi cực tính phần cứng cùng compensation phần mềm mà không đánh giá tổ hợp, vì một thay đổi có thể che thay đổi khác.

Hồ sơ cần giữ MVA/kV, vector group, vị trí tap, CT ratio/core/polarity, channel mapping, tên quy ước pha và setting bù thực. Đường CT mắc sao hoặc tam giác bên ngoài và bù bên trong relay phải được xét cùng nhau theo model, không bù hai lần một cách vô ý.

Đối chiếu: SEL — Beyond the Nameplate: giới thiệu kỹ thuật về transformer compensation ↗

3. Bài tính T01: secondary 0,656 A và 0,700 A vẫn có thể biểu diễn cùng tải

Chọn máy biến áp lý tưởng 10 MVA, 22/6,6 kV; CT giả định HV 400/1 A, LV 1.250/1 A. Tính ở công suất biểu kiến định mức, ba pha cân bằng, bỏ qua tổn hao và dòng từ hóa. Các CT được chọn cho bài toán tỷ lệ, chưa được xác nhận về class, burden hoặc tính phù hợp bảo vệ.

Từ I = S/(√3 × ULL): IH ≈ 262,43 A và IL ≈ 874,77 A primary. Dòng thứ cấp tương ứng IHs ≈ 0,65608 A, ILs ≈ 0,69982 A. Hai số khác nhau khoảng 0,04374 A nhưng đều thuộc cùng dòng tải định mức lý tưởng ở winding tương ứng.

Chuẩn hóa mỗi phía bằng dòng secondary tương ứng định mức của chính phía đó: qH = IHs/0,65608 và qL = ILs/0,69982. Trong bài, độ lớn cả hai là 1,00 pu. Các phép tính dùng số chưa làm tròn; giá trị hiển thị chỉ giúp đọc.

Nếu chỉ muốn đưa biên độ HV về thang LV trong bài này, hệ số là 0,69982/0,65608 ≈ 1,06667. Đây là phép quy đổi biên độ, không phải matrix góc hoặc setting TAP được phép chép vào mọi relay. Thuật toán thực có thể dùng cơ sở riêng.

Sau quy đổi biên độ, vẫn phải áp đúng góc và cực tính. Các q dùng ở phần tiếp theo được giả định đã hoàn thành toàn bộ compensation cần thiết và hướng dòng cùng quy ước. Bài chưa kiểm tra hoặc tạo thuật toán bù ba pha thực của T01.

4. Mô hình học tập: cộng phasor để có Id, lấy độ lớn để có Ib

Để tính minh bạch, chọn riêng một mô hình hai đầu: qH và qL là phasor RMS thành phần cơ bản đã bù, dùng cùng cơ sở pu và cùng hướng tham chiếu vào vùng. Dòng xuyên qua lý tưởng khi đó có qH = 1∠0° và qL = 1∠180°, tức 1 và −1.

Trong mô hình: Id = |qH + qL|; Ib = (|qH| + |qL|)/2. Id là độ lớn tổng vector, còn Ib ở đây là trung bình các độ lớn. Không lấy tổng số A chưa có góc hoặc lấy |qH| − |qL| thay phép cộng phasor.

Định nghĩa Ib này được chọn cho bài học, không tuyên bố mọi relay tính như vậy. Report thực phải dùng công thức Idiff/Ibias hoặc Ioperate/Irestraint của đúng manual và firmware. Cùng chữ slope 30% chưa tạo cùng đặc tính nếu trục dòng hãm khác.

Một kiểm tra góc độc lập: giả sử hai phasor đã cùng biên độ 1 pu nhưng phía cần triệt tiêu còn lệch 30°, cho qH = 1 và qL = −e^(j30°). Id = |1 − e^(j30°)| ≈ 0,518 pu. Ví dụ cho thấy góc có thể tạo so lệch dù hai biên độ bằng nhau.

Góc 30° ở ví dụ là phần sai khác cố ý tạo trong mô hình sau bù, không phải khẳng định Dyn11 tạo Id = 0,518 trong mọi installation. Muốn kết luận wiring hoặc compensation sai cần sơ đồ, quy ước và dữ liệu thực. Không sửa matrix chỉ vì nhìn thấy hai dòng bằng biên độ.

5. Đường hãm tự tạo: phân loại điểm không có nghĩa đã xác nhận TRIP

Chọn riêng ngưỡng học tập H(Ib) = max(0,25; 0,30 × Ib), đơn vị pu. Mô hình gọi điểm nằm trên đặc tính khi Id > H; không có harmonic blocking, high-set, timer hoặc logic khác. 0,25 và 30% là số bài tập, không phải setting đề xuất cho 87T.

Điểm A: qH = 1, qL = −1 cho Id = 0, Ib = 1, H = 0,30, nằm dưới đặc tính. Điểm B: 3 và −2,8 cho Id = 0,20, Ib = 2,90, H = 0,87, cũng dưới. B có Id khác không nhưng chưa vượt ngưỡng của chính mô hình.

Điểm C: 1,5 và −1 cho Id = 0,50, Ib = 1,25, H = 0,375, nằm trên. Điểm D: 1 và 1 cho Id = 2,00, Ib = 1,00, H = 0,30, cũng trên. Các số thực có dấu ở đây là phasor cùng trục trong quy ước phần 4.

D có thể được tạo bằng cố ý đảo phía vốn phải triệt tiêu trong một bài stability. Nó cũng có thể biểu diễn các dòng cùng hướng vào vùng trong một mô hình khác. Vì vậy điểm nằm trên không tự phân biệt sự cố nội bộ với lỗi cực tính, mapping hoặc compensation.

Đồ thị chỉ có đường ngang tối thiểu và một đoạn slope. Relay thực có thể có nhiều đoạn, điểm gãy và phần tử khác; không đưa ảnh vào test object như đặc tính hãng. Điểm đúng trên đường cũng chưa tạo tiêu chí đạt/rớt thực nếu thiếu tolerance và quy tắc quyết định.

So Id/Ib tính với giá trị relay báo chỉ có ý nghĩa khi cùng định nghĩa và cơ sở. Nếu không khớp, kiểm tra model của test object, quy đổi và mapping trước. Không tăng slope hoặc giảm minimum pickup chỉ để làm các shot đang có trở thành PASS.

6. Thử ổn định kiểm tra cả compensation và ứng xử khi dòng xuyên qua lớn

Stability test đặt tình huống dòng xuyên qua theo chương trình và kiểm tra bảo vệ không tác động khi phải ổn định. Nó không phải chỉ thử một điểm Id = 0 trên bảng tính. Cần giá trị, góc, các pha/winding, phần compensation và output thật đã được kiểm tra.

Trong sự cố ngoài vùng, CT có thể tạo sai khác, đặc biệt khi dòng lớn và một core bão hòa. Nguồn ABB về CT của 87T xét burden thực, dòng xuyên qua và thời gian biến đổi chưa bão hòa. Bài không lấy con số class hoặc time-to-saturate của model đó áp cho mọi relay.

Chỉ có ratio và class trên nhãn chưa đóng việc xác minh CT. Cần core được dùng, burden gồm đường dây/thiết bị, dữ liệu kích từ hoặc thông số mà phương pháp thiết kế yêu cầu, cùng dòng sự cố và điều kiện. Đừng gọi tất cả CT cùng ratio là tương đương cho 87T.

Injection bằng dạng hình sin vào relay có thể xác minh đặc tính tại tín hiệu đã cấp. Nó chưa tái tạo CT primary bão hòa, thành phần DC hoặc diễn biến ngoài vùng thực. Nếu chương trình cần waveform hoặc replay, giữ dữ liệu, cơ sở tạo và phạm vi đánh giá riêng.

Một shot không trip cần xác nhận relay thực sự nhận đủ tín hiệu và output đang được quan sát đúng. Sai channel hoặc đường trip bị khóa ngoài scope có thể làm kết quả không trip trông tốt. Ghi cả Id/Ib do relay tính, phần tử trạng thái và điều kiện logic để tránh kết luận chỉ từ đèn.

Đối chiếu: ABB 615 series — CT requirements for transformer differential protection (phạm vi model) ↗

7. Inrush blocking, harmonic restraint và high-set phải đọc thành các phần riêng

Inrush khi đóng điện và overexcitation có thể tạo dòng khác tải bình thường. Trong ví dụ sản phẩm, SEL-387A phân biệt harmonic blocking, harmonic restraint và unrestrained high-set. Điều đó cho thấy một đường Id–Ib chưa mô tả hết logic của mọi relay.

Blocking có thể chặn một phần tử theo điều kiện; restraint có thể tăng phần hãm. Chúng không được xem là cùng thuật toán chỉ vì test form có cột harmonic. Phải đọc loại hài, mẫu số của tỷ số hài, đơn vị và chức năng được kiểm tra theo manual.

Không lấy một tỷ lệ hài phổ biến làm threshold chung hoặc coi có hài bậc hai là chắc chắn inrush. Hành vi trong sự cố kèm inrush cần thuật toán của model và chương trình được duyệt. Bài không đề xuất một tỷ lệ 15% hay 20% cho installation.

Phạm vi phase độc lập và cross-block/common blocking khác nhau. Một pha đủ điều kiện block không tự có cùng ảnh hưởng tới các pha khác ở mọi sản phẩm. Record cần từng pha, winding, tín hiệu hài đã cấp và phần tử nào được theo dõi.

Tách điều kiện được chặn khỏi thử lại khi điều kiện chặn hết. Một shot không trip chưa chứng minh phần tử có thể operate sau đó; một shot trip cũng chưa xác định nó do biased stage, high-set hoặc bảo vệ khác. Giữ event và bit phần tử để truy xuất nguyên nhân.

Đối chiếu: SEL-387A — Ví dụ restrained/unrestrained và harmonic blocking/restraint ↗

8. Khóa test object trước khi tạo shot: dữ liệu máy biến áp, CT và output

Tài liệu Testing Transformer Differential Protection của OMICRON hướng dẫn đọc nominal winding current và dùng công thức từ manual relay để đối chiếu Idiff/Ibias. Bài dùng tài liệu cho cơ sở chuẩn bị dữ liệu, không sao chép setting hoặc đặc tính trong ví dụ của họ.

Danh sách cần khóa gồm rating từng winding, vector group, CT ratio/connection, mapping pha, dòng cơ sở, công thức bias và compensation. Sau đó giữ minimum pickup, slopes/điểm gãy, high-set, harmonic logic và thời gian được duyệt. Dữ liệu trong test object và file relay có thể khác, nên cần đối chiếu cả hai.

Trang Advanced Differential của OMICRON mô tả khả năng thử ba pha, tới ba winding và chín dòng. Đây là ví dụ khả năng công cụ, không xác nhận một kit cụ thể trong nhà máy đủ scope. Chương trình thực phải biết số kênh đồng thời và phương pháp mô phỏng cần dùng.

Một nguồn dòng đơn có thể kiểm tra một phần input hoặc đặc tính theo phương pháp model cho phép; nó chưa tự xác minh quan hệ các pha và winding như một bài test đầy đủ. Nếu phải chia lần thử, ghi phần nào đã làm và phần nào cần cấu hình khác. Không dùng tên module làm bằng chứng đủ scope.

Map output vật lý với phần tử logic và điểm input của máy thử. Nếu nhiều output hoặc một ma trận trip tham gia, xác định quy tắc đánh giá theo chức năng yêu cầu; không chép lựa chọn AND/OR của một ví dụ vào mọi report. Đèn HMI, contact relay và máy cắt mở là các sự kiện khác.

Giữ model/firmware, setting group active, checksum hoặc cách nhận dạng revision, trạng thái pre-fault và thời điểm shot. Không thay setting group hoặc bỏ block khi đang thử mà không ghi thay đổi; dữ liệu trước và sau có thể thuộc hai cấu hình khác nhau.

Đối chiếu: OMICRON — Testing Transformer Differential Protection, 2020: đọc dữ liệu và scope phép thử ↗

Đối chiếu: OMICRON — Advanced Differential: khả năng thử nhiều dòng ba pha ↗

9. Tách bốn câu hỏi: có nhận đúng dòng, có ổn định, có operate và có block không?

Kiểm tra đầu vào/compensation hỏi relay có nhận đúng channel, độ lớn và góc để tính đúng Id/Ib không. Stability hỏi có giữ không trip ở tình huống xuyên qua được yêu cầu không. Operating characteristic hỏi quan hệ pickup/biên trong đúng mode. Harmonic test hỏi điều kiện chặn/hãm và phục hồi có đúng không.

Các phép kiểm tra cần expected result cụ thể. Không gom thành một dòng differential tested OK vì một shot đã trip. Một phần tử có thể operate được nhưng compensation sai khiến không ổn định; nó cũng có thể ổn định giả vì tín hiệu chưa đến hoặc output quan sát nhầm.

Khi dùng các điểm hai phía của đặc tính, khoảng đặt điểm phải theo tolerance và quy tắc của chương trình. Không tự dùng ±1% hoặc chọn điểm cách xa biên rồi gọi đã kiểm tra slope chính xác. Giá trị sát biên cần xử lý độ không đảm bảo và tiêu chí đã áp dụng.

Thời gian cần mốc rõ: bắt đầu tín hiệu, bit phần tử, contact TRIP hay sự kiện mạch lực. Thử contact relay không tự đo thời gian của toàn chuỗi máy cắt. Nếu quan sát HMI timestamp, cũng cần cơ sở đồng bộ và giới hạn quan sát.

Nếu chương trình có waveform hoặc event replay, giữ file gốc, cách scaling/góc và cấu hình thời gian. Một replay đã tạo so lệch không tự tái dựng toàn bộ CT và máy biến áp của installation. Bằng chứng phải theo phạm vi tín hiệu được mô phỏng.

Sau thử, khôi phục đúng setting và các đường được tách theo procedure, rồi giữ record khôi phục. Không để jumper hoặc chế độ test phục vụ FAT đi vào vận hành. Nếu một phần chưa đủ điều kiện thử, ghi phần chưa xác minh và bước tiếp theo thay vì N/A cho đủ ô.

10. Ba tình huống tự tạo và checklist bàn giao 87T

Tình huống A: report thấy secondary 0,656 A phía HV và 0,700 A phía LV nên kết luận CT không khớp. Với đầu vào T01 của phần 3, chúng cùng biểu diễn tải định mức lý tưởng. Cần kiểm tra cơ sở và compensation; chưa đủ kết luận CT NG hoặc cho phép thay ratio.

Tình huống B: bài stability đặt qH = 1, qL = 1 theo quy ước vào vùng, rồi relay trip. Bộ phasor đã không biểu diễn dòng xuyên qua triệt tiêu của mô hình. Kiểm tra cực tính, quy ước và cách tạo shot trước; không tăng slope để buộc bài không trip.

Tình huống C: HMI báo TRIP nhưng record không cho biết biased differential, high-set hoặc chức năng khác đã tác động. Cần event, bit phần tử, output mapping và setting active. Một chữ TRIP chưa đóng riêng tiêu chí thử harmonic blocking.

Bảng cuối là khung tự tạo. Dùng tag transformer/relay nối bản vẽ, CT, file setting, test object, shot và record. Expected result, Id/Ib relay báo, trạng thái phần tử và phạm vi witness cần truy xuất được cùng revision.

Giữ dữ liệu gốc khi có sai khác. Sửa test object hoặc setting phải có cơ sở và nhận dạng thay đổi, rồi xác minh lại phần bị ảnh hưởng; không chỉ sửa ô PASS hoặc xóa shot thất bại. Bảng tính lý tưởng khác số relay báo và khác kết quả thử thực.

Kết luận bàn giao nên nêu những chức năng đã được kiểm tra, trong cấu hình nào, cùng các mục còn thiếu. Các ví dụ trong bài giúp phát hiện lỗi cơ sở; chúng không chứng nhận thiết kế, thuật toán hay hệ bảo vệ thật đã đạt.