Giáo trình bảo vệ rơ le

i 715/QĐ-CĐCĐ 20/08/2020 15:18:55 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Bảo vệ rơ le biên soạn dựa sở mục tiêu đào tạo kế hoạch giảng dạy qui định Trường Cao đẳng cộng đồng Kon Tum, dùng để đào tạo cho hệ sơ cấp Để sau trường dễ dàng thích ứng với thực tế sản xuất Nhằm mục đích thống nhất, thuận tiện cho việc giảng dạy Giáo viên việc theo dõi giảng học sinh nghề Vận hành điện nhà máy thủy điện Chúng biên soạn giáo trình Bảo vệ rơ le Giáo trình Bảo vệ rơ le gồm chương trình đào tạo theo lơgíc kiến thức kỹ từ bản, đơn giản, đến phức tạp, tổng hợp gần sát với thực tế Mặc dù cố gắng song giáo trình Bảo vệ rơ le khơng thể tránh khỏi thiếu sót ngồi ý muốn, chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp chân tình Thầy Cơ để giáo trình hồn thiện Kon Tum, ngày tháng… năm 2020 Biên soạn Trần Quốc Bang ii MỤC LỤC BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ RƠLE 1 KHÁI NIỆM CHUNG: 2 SƠ ĐỒ NỐI CÁC MÁY BIẾN DÒNG VÀ RƠLE: CÁC PHẦN TỬ CHÍNH CỦA BẢO VỆ: Câu hỏi tập BÀI 2: BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG: BẢO VỆ DỊNG CỰC ĐẠI LÀM VIỆC CĨ THỜI GIAN: ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ DỊNG CỰC ĐẠI LÀM VIỆC CĨ THỜI GIAN: 14 BẢO VỆ DÒNG CẮT NHANH: 15 BẢO VỆ DỊNG CĨ ĐẶC TÍNH THỜI GIAN NHIỀU CẤP: 18 BẢO VỆ DỊNG CĨ KIỂM TRA ÁP: 21 Câu hỏi tập 21 BÀI 3: BẢO VỆ DỊNG CĨ HƯỚNG 22 NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG: 22 SƠ ĐỒ BV DỊNG CĨ HƯỚNG: 22 THỜI GIAN LÀM VIỆC: 24 HIỆN TƯỢNG KHỞI ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG THỜI: 24 DÒNG KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ: 25 CHỖ CẦN ĐẶT BẢO VỆ CÓ BỘ PHẬN ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT: 26 ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ : 27 BẢO VỆ DỊNG CẮT NHANH CĨ HƯỚNG: 27 ĐÁNH GIÁ VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ DỊNG CĨ HƯỚNG: 28 Câu hỏi tập 30 BÀI 4: BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT 31 BẢO VỆ DỊNG THỨ TỰ KHƠNG TRONG MẠNG CĨ DÒNG CHẠM ĐẤT LỚN: 31 BẢO VỆ DÒNG THỨ TỰ KHƠNG TRONG MẠNG CĨ DỊNG CHẠM ĐẤT BÉ: 33 Câu hỏi tập 35 BÀI 5: BẢO VỆ DÒNG SO LỆCH 36 NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC: 36 DỊNG KHƠNG CÂN BẰNG: 37 DÒNG KHỞI ĐỘNG VÀ ĐỘ NHẠY: 37 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ NHẠY: 38 BẢO VỆ SO LỆCH DÙNG ROWLE NỐI QUA BIG: 39 BẢO VỆ DÙNG RƠLE SO LỆCH CÓ HÃM: 40 ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ SO LỆCH DỌC: 41 BẢO VỆ SO LỆCH NGANG CÓ HƯỚNG: 42 Câu hỏi tập 44 BÀI 6: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 45 NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG: 45 ĐẶC TÍNH THỜI GIAN: 46 SƠ ĐỒ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH: 48 TỔNG TRỞ TRÊN CÁC CỰC CỦA BỘ PHẬN KHOẢNG CÁCH: 49 SƠ ĐỒ NỐI RƠLE TỔNG TRỞ VÀO ÁP DÂY VÀ HIỆU DÒNG PHA : 50 SƠ ĐỒ NỐI RƠLE TỔNG TRỞ VÀO ÁP PHA VÀ DỊNG PHA CĨ BÙ THÀNH PHẦN THỨ TỰ KHƠNG - SƠ ĐỒ BÙ DÒNG : 51 SƠ ĐỒ SỬ DỤNG MỘT RƠLE TỔNG TRỞ CÓ CHUYỂN MẠCH Ở MẠCH ĐIỆN ÁP ĐỂ TÁC ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH NHIỀU PHA : 53 ĐÁNH GIÁ VÀ LÃNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH : 54 iii Câu hỏi tập 54 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: Bảo vệ rơ le Mã số mô đun: MĐ 02 Thời gian thực mô đun: 75 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành: 60 giờ); Kiểm tra: I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí: Bảo vệ rơle mơđun dùng để đào tạo cho nghề vận hành điện nhà máy thủy điện - Tính chất: Bảo vệ rơle môđun cung cấp cho học sinh kiến thức loại bảo vệ nhà máy thủy điện II Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Trình bày phần tử sơ đồ bảo vệ nhà máy thủy điện + Trình bày kiến thức loại bảo vệ nhà máy thủy điện + Trình bày nguyên lý làm việc sơ đồ bảo vệ bảo vệ đường dây tải điện, bảo vệ máy phát điện đồng bộ, bảo vệ máy biến áp, bảo vệ máy phát điện-Máy biến áp, bảo vệ hệ thống góp bảo vệ dự phịng máy cắt hỏng, bảo vệ động - Kỹ năng: + Phát hư hỏng thường gặp chế độ làm việc khơng bình thường thiết bị bảo vệ hệ thống điện bảo vệ nhà máy thủy điện, đưa biện pháp xử lý cố + Nắm vững nguyên lý hoạt động loại sơ đồ bảo vệ, cách vận hành sửa chữa loại bảo vệ nhà máy thủy điện - Năng lực tự chịu trách nhiệm: + Rèn luyện cho học viên tác phong cơng nghiệp, có tính tự giác, cẩn thận, tự tin linh hoạt, thao tác làm việc khoa học xác + Thực độc lập việc vận hành bảo dưỡng, sửa chữa quy trình, cẩn thận xác BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ RƠLE KHÁI NIỆM CHUNG: 1.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơle: Khi thiết kế vận hành hệ thống điện cần phải kể đến khả phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường hệ thống điện Ngắn mạch loại cố nguy hiểm hay xảy Hậu là: a) Sụt áp phần lớn hệ thống điện b) Phá hủy phần tử bị cố hồ quang điện c) Phá hủy phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua tác động nhiệt d) Phá hủy ổn định hệ thống điện Ngồi ra, q tải tình trạng làm việc khơng bình thường Dịng điện làm tăng nhiệt độ phần dẫn điện giới hạn cho phép làm cách điện chúng bị già cỗi bị phá hủy Để ngăn chặn cố cần phải cắt nhanh phần tử bị hư hỏng khỏi mạng điện, để loại trừ tình trạng làm việc khơng bình thường có khả gây nguy hiểm cho thiết bị hộ dùng điện Để đảm bảo làm việc liên tục phần khơng hư hỏng hệ thống điện cần có thiết bị ghi nhận phát sinh hư hỏng với thời gian bé nhất, phát phần tử bị hư hỏng cắt phần tử bị hư hỏng khỏi hệ thống điện Thiết bị thực nhờ khí cụ tự động có tên gọi rơle Thiết bị bảo vệ thực nhờ rơle gọi thiết bị bảo vệ rơle (BVRL) Như nhiệm vụ thiết bị BVRL tự động cắt phần tử hư hỏng khỏi hệ thống điện Ngồi thiết bị BVRL cịn ghi nhận phát tình trạng làm việc khơng bình thường phần tử hệ thống điện, tùy mức độ mà BVRL tác động báo tín hiệu cắt máy cắt Những thiết bị BVRL phản ứng với tình trạng làm việc khơng bình thường thường thực tác động sau thời gian trì định (khơng cần phải có tính tác động nhanh thiết bị BVRL chống hư hỏng) 1.2 Yêu cầu mạch bảo vệ: 1.2.1 Tính chọn lọc: - Chỉ cắt phần tử bị hư hỏng khỏi hệ thống điện (gọi chọn lọc tuyệt đối) - Có nhiệm vụ dự trữ máy cắt BVRL vùng lân cận bị cố (gọi chọn lọc tương đối) VD: Hình vẽ 1.1 Hình 1.1 : Cắt chọn lọc mạng có nguồn cung cấp - Khi ngắn mạch N3 có máy cắt cắt, cịn máy cắt khác làm việc bình thường Nếu máy cắt cắt theo BVRL làm việc không chọn lọc - Trong trường hợp máy cắt bị hỏng khơng cắt máy cắt phải cắt thay Yêu cầu tác động chọn lọc không loại trừ khả bảo vệ tác động bảo vệ dự trữ trường hợp hỏng hóc bảo vệ máy cắt phần tử lân cận Cần phân biệt khái niệm chọn lọc: - Chọn lọc tương đối: theo nguyên tắc tác động mình, bảo vệ làm việc bảo vệ dự trữ ngắn mạch phần tử lân cận - Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ làm việc trường hợp ngắn mạch phần tử bảo vệ 1.2.2 Tác động nhanh: Càng cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch hạn chế mức độ phá hoại phần tử đó, giảm thời gian sụt thấp điện áp hộ tiêu thụ có khả giữ ổn định hệ thống điện Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động thiết bị bảo vệ rơ le Tuy nhiên số trường hợp để thực yêu cầu tác động nhanh khơng thể thỏa mãn u cầu chọn lọc Hai u cầu đơi mâu thuẫn nhau, tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ yêu cầu 1.2.3 Độ nhạy: Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường xuất phần tử bảo vệ hệ thống điện Thường độ nhạy đặc trưng hệ số nhạy Kn Đối với bảo vệ làm việc theo đại lượng tăng ngắn mạch (ví dụ, theo dịng), hệ số độ nhạy xác định tỷ số đại lượng tác động tối thiểu (tức dòng ngắn mạch bé nhất) ngắn mạch trực tiếp cuối vùng bảo vệ đại lượng đặt (tức dòng khởi động) đại lượng tác động tối thiểu Kn = -đại lượng đặt Thường u cầu Kn = 1,5 ÷ 1.2.4 Tính bảo đảm: Bảo vệ phải luôn sẵn sàng khởi động tác động cách chắn tất trường hợp ngắn mạch vùng bảo vệ tình trạng làm việc khơng bình thường định trước Mặc khác bảo vệ không tác động ngắn mạch ngồi Nếu bảo vệ có nhiệm vụ dự trữ cho bảo vệ sau ngắn mạch vùng dự trữ bảo vệ phải khởi động khơng tác động bảo vệ đặt gần chỗ ngắn mạch chưa tác động Để tăng tính đảm bảo bảo vệ cần: - Dùng rơle chất lượng cao - Chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản (số lượng rơle, tiếp điểm ít) - Các phận phụ (cực nối, dây dẫn) dùng sơ đồ phải chắn, đảm bảo - Thường xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ SƠ ĐỒ NỐI CÁC MÁY BIẾN DÒNG VÀ RƠLE: 2.1 Sơ đồ BI rơle nối theo hình Y hồn tồn: Dịng vào rơle dịng pha (hình 1.2) Trong chế độ làm việc bình thường ngắn mạch pha : dây trung tính (dây trở về) khơng có dịng Nhưng dây trung tính cần thiết để đảm bảo làm việc đắn sơ đồ ngắn mạch chạm đất Sơ đồ làm việc tất dạng ngắn mạch Tuy nhiên để chống ngắn mạch pha N(1) thường dùng sơ đồ hồn hảo có lọc dịng thứ tự khơng LI0 2.2 Sơ đồ BI rơle nối theo hình khuyết: Dịng vào rơle dòng pha Dòng dây trở bằng: (Khi khơng có I0) Dây trở (hình 1.3) cần thiết tình trạng làm việc bình thường để đảm bảo cho BI làm việc bình thường Trong số trường hợp ngắn mạch pha (có Ib ≠ 0) ngắn mạch nhiều pha chạm đất, dây trở cần thiết để đảm bảo cho bảo vệ tác động Khi ngắn mạch pha pha không đặt BI sơ đồ không làm việc sơ đồ dùng chống ngắn mạch nhiều pha Hình 1.2 : Sơ đồ hoàn toàn Hinh 1.3 : Sơ đồ khuyết 2.3 Sơ đồ rơle nối vào hiệu dòng pha (số8): Hình 1.4 : Sơ đồ số Dịng vào rơle hiệu dịng pha (hình 1.4) : tình trạng đối xứng thì: Giống sơ đồ khuyết, sơ đồ số không làm việc ngắn mạch pha N(1) vào pha không đặt máy biến dịng Tất sơ đồ nói phản ứng với N(3) ngắn mạch pha (AB, BC, CA) Vì để so sánh tương đối chúng người ta phải xét đến khả làm việc bảo vệ số trường hợp hư hỏng đặc biệt, hệ số độ nhạy, số lượng thiết bị cần thiết mức độ phức tạp thực sơ đồ 2.4 Khả làm việc sơ đồ : 2.4.1 Khi chạm đất: Khi chạm đất pha điểm mạng điện hở có dịng chạm đất bé, ví dụ điểm chạm đất thứ NB pha B điểm chạm đất thứ hai NC pha C (hình 1.5), bảo vệ đường dây nối theo sơ đồ hồn tồn có thời gian làm việc chúng tác động, đường dây bị cắt Nếu bảo vệ nối theo sơ đồ Y khuyết hay số (BI đặt pha A & C) có đường dây bị cắt Để bảo vệ tác động cách hợp lí, BI phải đặt pha tên (ví dụ A, C) Khi xuất hư hỏng hai đoạn kề đường dây hình tia (hình 1.6), bảo vệ nối Y hồn tồn đoạn xa nguồn bị cắt có thời gian bé Nếu nối Y khuyết hay số đoạn gần nguồn bị cắt , điều khơng hợp lí Hình 1.5 : Chạm đất kép đường dây khác Hình 1.6 : Chạm đất kép hai đoạn nối tiếp đường dây 2.4.2 Khi ngắn mạch hai pha sau máy biến áp nối Y/∆ ∆/Y ngắn mạch pha sau máy biến áp nối Y/Y0 : Khi ngắn mạch pha sau máy biến áp nối Y/∆-11, phân bố dòng hư hỏng pha hình 1.7 (giả thiết máy biến áp có tỷ số biến đổi n B = 1) Dòng pha (pha B, ngắn mạch pha pha A,B) dòng hai pha (A C) trùng pha Đối với máy biến áp nối ∆/Y, phân bố dòng pha tương tự Phân tích làm việc bảo vệ trường hợp hư hỏng nói ta thấy: Bảo vệ nối theo sơ đồ hồn tồn ln ln làm việc có dịng ngắn mạch lớn qua rơle bảo vệ Bảo vệ nối theo sơ đồ hình khuyết với BI đặt pha có dịng có độ nhạy giảm lần so với sơ đồ hoàn toàn Bảo vệ dùng rơle nối vào hiệu dòng pha trường hợp khơng làm việc, dịng IR = Ia – Ic = Tất nhiên điều xảy trường hợp N(2) có sau máy biến áp xét Khi ngắn mạch pha sau máy biến áp nối Y/Y0 ta có quan hệ tương tự Hình 1.7: Ngắn mạch pha sau máy biến áp có tổ nối dây Y/∆-11 CÁC PHẦN TỬ CHÍNH CỦA BẢO VỆ: Trường hợp chung thiết bị bảo vệ rơle bao gồm phần tử sau : cấu phần logic Các cấu kiểm tra tình trạng làm việc đối tượng bảo vệ, thường phản ứng với đại lượng điện Chúng thường khởi động khơng chậm trễ tình trạng làm việc bị phá hủy Như cấu hai trạng thái: khởi động khơng khởi động Hai trạng thái cấu tương ứng với trị số định xung tác động lên phần logic bảo vệ Khi bảo vệ làm việc phần logic nhận xung từ cấu chính, tác động theo tổ hợp thứ tự xung Kết tác động làm cho bảo vệ khởi động kèm theo việc phát xung cắt máy cắt báo tín hiệu hoăc làm cho bảo vệ không khởi động Câu hỏi tập 1 Trình bày yêu cầu mạch bảo vệ Trình bày dạng sơ đồ nối máy biến dịng rơle 41 Hình 5.4 : Bảo vệ dịng so lệch có hãm a) Đồ thị véc tơ dòng thứ mạch bảo vệ b) Sơ đồ nguyên lí pha bảo vệ ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ SO LỆCH DỌC: 7.1 Tính chọn lọc: Theo ngun tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối Khi hệ thống điện có dao động xảy tình trạng khơng đồng bộ, dịng đầu phần tử bảo vệ ln không làm cho bảo vệ tác động chọn lọc 7.2 Tác động nhanh: Do bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên khơng u cầu phải phối hợp thời gian với bảo vệ phần tử kề Bảo vệ thực để tác động không thời gian 7.3 Độ nhạy: Bảo vệ có độ nhạy tương đối cao dịng khởi động chọn nhỏ dịng làm việc đường dây 7.4 Tính đảm bảo: Sơ đồ phần rơle bảo vệ không phức tạp làm việc đảm bảo Nhược điểm chủ yếu bảo vệ có dây dẫn phụ Khi đứt dây dẫn phụ làm kéo dài thời gian ngừng hoạt động bảo vệ, bảo vệ tác động không (nếu phận kiểm tra đứt mạch thứ không làm việc) Giá thành bảo vệ định giá thành dây dẫn phụ chi phí lắp đặt chúng, đường dây dài giá thành cao 42 Từ phân tích cho thấy nên đặt bảo vệ so lệch dọc cho đường dây có chiều dài khơng lớn chủ yếu mạng ≥ 110kV áp dụng bảo vệ khác đơn giản tin cậy Lúc nên dùng chung cáp làm dây dẫn phụ bảo vệ, đồng thời để thực điều khiển xa, đo lường xa, thông tin liên lạc Bảo vệ so lệch dọc áp dụng rộng rãi để bảo vệ cho máy phát, máy biến áp, góp, khơng gặp phải khó khăn dây dẫn phụ BẢO VỆ SO LỆCH NGANG CÓ HƯỚNG: Nguyên tắc tác động bảo vệ so lệch ngang dựa vào việc so sánh dòng đường dây song song, chế độ làm việc bình thường ngắn mạch ngồi dịng có trị số hướng, phát sinh hư hỏng đường dây chúng khác Bảo vệ dùng cho đường dây song song nối vào góp qua máy cắt riêng Khi hư hỏng đường dây, bảo vệ cần phải cắt đường dây giữ nguyên đường dây không hư hỏng lại làm việc Muốn bảo vệ phải đặt đầu đường dây có thêm phận định hướng cơng suất để xác định đường dây bị hư hỏng Sơ đồ nguyên lí pha bảo vệ hình 5.5 Các máy biến dịng đặt đường dây có tỷ số biến đổi nI nhau, cuộn thứ chúng nối với để nhận hiệu dòng pha tên Rơle dòng 5RI làm nhiệm vụ phận khởi động, rơle 6RW tác động phía phận định hướng cơng suất Khi chiều dịng điện quy ước hình 5.5, ta có dịng đưa vào rơle IR = IIT - IIIT Áp đưa vào 6RW lấy từ BU nối vào góp trạm Rơle 6RW tác động cắt đường dây có cơng suất ngắn mạch hướng từ góp vào đường dây đường dây có cơng suất ngắn mạch hướng từ góp vào đường dây 6RW tác động phía đường dây có cơng suất lớn Trong chế độ làm việc bình thường ngắn mạch ngồi, dịng I IT, IIIT trùng pha Dòng vào rơle IR = IIT - IIIT gần (IR = IKCB), nhỏ dòng khởi động IKĐR phận khởi động 5RI bảo vệ khơng tác động 43 Hình 5.5 : Bảo vệ so lệch ngang có hướng dùng cho đường dây song song Khi ngắn mạch đường dây I điểm N’ (hình 5.5), dịng I I > III Về phía trạm A có IR = IIT - IIIT ; cịn phía trạm B có IR = 2IIIT Rơle 5RI phía khởi động Cơng suất ngắn mạch đường dây I phía A lớn đường dây II; 6’RW khởi động phía đường dây I bảo vệ cắt máy cắt 1’MC Về phía trạm B, cơng suất ngắn mạch đường dây I có dấu dương (hướng từ góp vào đường dây), cịn đường dây II - âm Do 6”RW khởi động phía đường dây I cắt máy cắt 1”MC Như bảo vệ đảm bảo cắt phía đường dây hư hỏng I Khi ngắn mạch đường dây gần góp (điểm N”), dịng vào rơle phía trạm B IR ≈ lúc đầu khơng khởi động Tuy nhiên bảo vệ phía trạm A tác động dòng vào rơle lớn Sau cắt máy cắt 2’MC, phân bố dịng đường dây có thay đổi đến lúc bảo vệ phía trạm B tác động cắt 2”MC Hiện tượng khởi động khơng đồng thời vừa nêu khơng mong muốn làm tăng thời gian loại trừ hư hỏng khỏi mạng điện Nguồn thao tác đưa vào bảo vệ qua tiếp điểm phụ 1MC 2MC Khi cắt máy cắt tiếp điểm phụ mở tách bảo vệ Cần lí sau: - Sau cắt đường dây bảo vệ trở thành bảo vệ dòng cực đại không thời gian Nếu không tách bảo vệ ra, cắt khơng đường dây cịn lại xảy ngắn mạch 44 - Bảo vệ cắt đường dây bị hư hỏng không đồng thời Khi ngắn mạch điểm N”, máy cắt 2’MC cắt trước, sau tồn dịng hư hỏng đến chỗ ngắn mạch qua đường dây I Nếu khơng tách bảo vệ phía trạm A ra, cắt khơng 1’MC đường dây I không hư hỏng Câu hỏi tập Trình bày nguyên tắc làm việc bảo vệ dịng so lệch Trình bày ngun lý bảo vệ so lệch dọc Trình bày nguyên lý bảo vệ so lệch ngang 45 BÀI 6: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG: Bảo vệ khoảng cách loại bảo vệ dùng rơ le tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc vào quan hệ điện áp UR dòng điện IR đưa vào rơle góc ϕR chúng : thời gian tự động tăng lên khoảng cách từ chỗ nối bảo vệ đến điểm hư hỏng tăng lên Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng có thời gian làm việc bé Nếu nối rơle tổng trở bảo vệ khoảng cách (BVKC) vào hiệu dòng pha điện áp dây tương ứng (ví dụ, pha A,B) ngắn mạch pha A, B ta có: Dịng vào rơle: Áp đặt vào rơle: Như : Trong : Z1 : tổng trở thứ tự thuận km đường dây nI, nU : tỷ số biến đổi BI BU cung cấp cho bảo vệ IA, IB : dòng chạy qua cuộn sơ cấp BI đặt pha A, B UA, UB : áp pha A, B chỗ nối bảo vệ (chỗ nối BU) l : khoảng cách từ chổ đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch Khi ấy: 46 Ban đầu để đơn giản, coi bảo vệ có thời gian làm việc khơng phụ thuộc vào góc φR: t = f (Z1.l) (6.1) Như thời gian làm việc t bảo vệ không phụ thuộc vào giá trị áp dòng đưa vào bảo vệ mà phụ thuộc vào khoảng cách từ chổ nối bảo vệ đến điểm hư hỏng ĐẶC TÍNH THỜI GIAN: Là quan hệ thời gian tác động bảo vệ với khoảng cách hay tổng trở đến chổ hư hỏng Hiện thường dùng bảo vệ có đặc tính thời gian hình bậc thang (nhiều cấp) Số vùng số cấp thời gian thường ≤ để sơ đồ bảo vệ đơn giản (hình 6.1) - Vùng I có thời gian tác động tI (tI xác định thời gian khởi động rơle, không yêu cầu chỉnh định khỏi thời gian tác động chống sét ống) Khi xét đến sai số phận khoảng cách, số yếu tố khác, vùng I chọn khoảng 80% đến 85% chiều dài đoạn bảo vệ Hình 6.1 : Đặc tính thời gian nhiều cấp bảo vệ khoảng cách - Vùng II có thời gian tác động tII , thời gian tII tất bảo vệ để đảm bảo chon lọc t II phải lớn bậc ∆t so với thời gian làm việc bảo vệ đặt phần tử kề Chiều dài vùng II phải có giá trị để đảm bảo bảo vệ tác động chắn với thời gian tII ngắn mạch cuối đoạn bảo vệ Khi thời gian tII chọn theo cách chiều dài vùng II bị giới hạn yêu cầu chọn lọc bảo vệ Xét đến sai số nêu tính đến chiều dài vùng I, vùng II chiếm khoảng 30% đến 40% chiều dài đoạn kề 47 _ Vùng III có thời gian tác động tIII dùng làm dự trữ cho đoạn bọc lấy toàn đoạn nầy Thời gian t III bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều Khi ngắn mạch qua điện trở trung gian Rqđ thời gian tác động vùng tăng lên Ví du, ngắn mạch vùng I qua R qđ, bảo vệ khoảng cách làm việc với thời gian cấp II cấp III (các đường nét chấm hình 6.1) Sau xét ví dụ cụ thể đặc tính thời gian làm việc hình bậc thang có cấp bảo vệ khoảng cách (hình 6.2) Hình 6.2 : Bảo vệ khoảng cách mạng hở có nguồn cung cấp từ phía a) Sơ đồ mạng được bảo vệ b) Đặc tính thời gian nhiều cấp Khi xảy ngắn mạch điểm N, bảo vệ đường dây hư hỏng BC gần điểm ngắn mạch (có khoảng cách l l4) tác động với thời gian bé tI Các bảo vệ khởi động chúng xa điểm ngắn mạch (l1 > l3 l6 > l4) nên chúng tác động bảo vệ dự trữ trường hợp đoạn BC không cắt bảo vệ Các bảo vệ cách điểm ngắn mạch khoảng l l4 (giống bảo vệ 4), muốn chúng không tác động bảo vệ tất bảo vệ khác phải có tính định hướng, bảo vệ tác động hướng công suất ngắn mạch từ góp phía đường dây bảo vệ Tính định hướng tác động bảo vệ đảm bảo nhờ phận định hướng công suất riêng biệt nhờ phận chung vừa xác định khoảng cách đên điểm ngắn mạch vừa xác định hướng dịng cơng suất ngắn mạch 48 SƠ ĐỒ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH: Trong trường hợp chung, bảo vệ khoảng cách có phận sau: * Bộ phận khởi động: có nhiệm vụ : - Khởi động bảo vệ vào thời điểm phát sinh hư hỏng - Kết hợp với phận khác làm bậc bảo vệ cuối Bộ phận khởi động thường thực nhờ rơle dòng cực đại rơle tổng trở cực tiểu * Bộ phận khoảng cách : đo khoảng cách từ chổ nối bảo vệ đến điểm hư hỏng, thực rơle tổng trở * Bộ phận tạo thời gian: tạo thời gian làm việc tương ứng với khoảng cách đến điểm hư hỏng, thực số rơle thời gian bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp * Bộ phận định hướng công suất: để ngăn ngừa bảo vệ tác động hướng công suất ngắn mạch từ đường dây bảo vệ vào góp trạm, thực rơle định hướng công suất riêng biệt kết hợp phận khởi động khoảng cách, phận thực rơle tổng trở có hướng Trên hình 6.3 sơ đồ ngun lí pha bảo vệ khoảng cách có đặc tính thời gian nhiều cấp, có phận khởi động dịng điện, khơng có phần tử thực chung nhiệm vụ số phận Bộ phận khởi động dùng rơle dòng 3RI, phận định hướng công suất 4RW, phận khoảng cách - cấp I: 5RZ, cấp II: 6RZ, phận tạo thời gian cấp I: 8RGT, cấp II: 10RT, cấp III: 7RT 49 Hình 6.3 : Sơ đồ ngun lí pha bảo vệ khoảng cách Khi ngắn mạch vùng bảo vệ, 3RI 4RW khởi động khép tiếp điểm chúng, cực (+) nguồn thao tác đưa đến tiếp điểm 5RZ, 6RZ đến cuộn dây 7RT Nếu ngắn mạch xảy phạm vi vùng I, rơle 5RZ, 8RGT khởi động qua rơle 9Th đưa xung cắt 1MC với thời gian t I Nếu xảy hư hỏng xa vùng II, rơle 5RZ không khởi động, rơle 6RZ 10RT tạo thời gian tII cấp thứ II khởi động cho xung cắt 1MC qua rơle 11Th Khi ngắn mạch xa vùng III, rơle 5RZ 6RZ không khởi động, 1MC bị cắt với thời gian t III tạo nên 7RT qua 12Th Như vậy, sơ đồ xét phận khoảng cách khơng kiểm sốt vùng III ngắn mạch vùng bảo vệ (theo hình 6.3) làm việc bảo vệ dịng cực đại có hướng TỔNG TRỞ TRÊN CÁC CỰC CỦA BỘ PHẬN KHOẢNG CÁCH: Để thuận tiện cho tính tốn phân tích làm việc phận khoảng cách, người ta đưa khái niệm tổng trở cực rơle Tổng trở giả tưởng trường hợp chung khơng có ý nghĩa vật lí, tỷ số áp UR dòng IR đưa vào rơle Thực tế, khái niệm áp dụng rộng rãi chọn UR & IR (ví du, áp dư nhánh ngắn mạch dòng gây nên áp dư đó) tổng trở giả tưởng c ực rơle tỷ lệ với khoảng cách từ góp trạm có đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch đường dây Tương tự quan hệ vật lí đặc trưng tam giác điện áp rơi, người ta phân (hình 6.4) tổng trở giả tưởng ZR = UR/IR , điện trở giả tưởng tác dụng rR = UR/IR cosϕR phản kháng xR =UR/IR sinϕR Tùy thuộc vào việc thực phận khoảng cách mà người ta dùng đại lượng giả tưởng nói Hình 6.4 : Đồ thị vectơ áp dòng đưa vào cực phận khoảng cách Các phận khoảng cách khởi động luôn dùng rơle thứ cấp mà áp dịng đưa đến chúng thơng qua máy biến đổi đo lường Liên hệ tổng trở sơ thứ cấp, ví dụ rơle tổng trở, sau : 50 Khi nI = nU ZRT = ZRS Để đơn giản, coi tổng trở thứ cấp tổng trở sơ cấp, tức coi hệ số biến đổi nI nU (coi nI = nU = 1) SƠ ĐỒ NỐI RƠLE TỔNG TRỞ VÀO ÁP DÂY VÀ HIỆU DÒNG PHA : Tổ hợp dòng áp đầu cực rơle tổng trở nối theo sơ đồ hình 6.5 đưa bảng 6.1 Khi N(3) điểm N (hình 6.6) cách chổ đặt bảo vệ khoảng l, ta có : Trong đó: Z1 - tổng trở thứ tự thuận Km đường dây quy phía thứ cấp máy biến đổi đo lường Khi N(2), ví dụ B C, có rơle 2RZ nhận điện áp nhánh ngắn mạch làm việc Đối với : Hình 6.5 : Sơ đồ nối rơle tổng trở vào áp dây hiệu dòng pha a) Khi BI nối ∆; b) Khi dùng BI trung gian khơng bảo hịa 51 Bảng 6.1 Đưa vào đầu cực rơle 1RZ 3RZ dòng điện I(2) điện áp lớn Ubc(2) Vì vậy, tổng trở cực rơle 1RZ 3RZ tăng lên bảo vệ không tác động nhầm Khi ngắn mạch pha chạm đất (ví dụ B C) mạng có dịng chạm đất lớn, có 2RZ làm việc Hình 6.6 : Ngắn mạch đường dây bảo vệ Như vậy, sơ đồ xét đảm bảo tổng trở ZR giống tất dạng ngắn mạch nhiều pha điểm Sơ đồ nối rơle vào hiệu dòng pha thực qua máy biến dòng trung gian khơng bảo hịa có cuộn sơ (hình 6.5b) Nhược điểm chủ yếu sơ đồ phải dùng rơle tổng trở để chống ngắn mạch nhiều pha điểm Để khắc phục, người ta dùng rơle tổng trở thiết bị tự động chuyển mạch áp dòng dạng ngắn mạch khác SƠ ĐỒ NỐI RƠLE TỔNG TRỞ VÀO ÁP PHA VÀ DỊNG PHA CĨ BÙ THÀNH PHẦN THỨ TỰ KHƠNG - SƠ ĐỒ BÙ DỊNG : Tổ hợp dòng áp đầu cực ba rơle tổng trở cho bảng 6.2 Khi N chạm đất, ví dụ pha A, điểm N đường dây (hình 6.6), có rơle 1RZ (hình 6.7) nối vào áp nhánh ngắn mạch Ua tác động (1) 52 Hình 6.7 : Sơ đồ nối rơle tổng trở vào áp pha dịng pha có bù thành phần dịng điện thứ tự khơng Bảng 6.2 Tổng trở cực rơle tổng trở 2RZ , 3RZ pha khơng hư hỏng tăng lên, bảo vệ khơng tác động nhầm Góc tổng trở Z0 Z1 không nhau, trường hợp tổng quát hệ số k số phức Để thuận tiện, người ta bỏ qua khác biệt góc tổng trở Z1, Z0 chọn k = (Z0 - Z1)/Z1 hay k = (x0-x1)/x1 Trường hợp tương ứng với sơ đồ hình 6.7, rơle tổng trở cung cấp dòng điện qua BI trung gian khơng bão hịa Ví dụ : lấy Z0 ≈ 3,5Z1 (đối với đường dây khơng có dây chống sét), ta có k = 2,5 Để tạo nên lực từ hóa tổng tỷ lệ với I p + kI0, quan hệ số vòng Wp W0 hai cuộn sơ có dịng Ip 3I0 cần phải tương ứng với biểu thức : Wp : W0 = : k/3 ≈ : 0,83 Sơ đồ tác động ngắn mạch pha mà ngắn mạch hai pha chạm đất chạm đất kép phần tử có I ≠ mạng có dịng chạm đất bé Để kết luận, cần lưu ý loại trừ bù dòng khỏi sơ đồ xét trên, tức IR dịng pha : ZR = Z1.l + (I0/IR).(Z0 - Z1).l Lúc tổng trở ZR phụ thuộc vào khoảng cách l mà cịn vào tỷ số I 0/Ip Tỷ số 53 thay đổi phạm vi rộng thay đổi chế độ làm việc hệ thống Chính điều làm cho hạn chế khả ứng dụng sơ đồ SƠ ĐỒ SỬ DỤNG MỘT RƠLE TỔNG TRỞ CÓ CHUYỂN MẠCH Ở MẠCH ĐIỆN ÁP ĐỂ TÁC ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH NHIỀU PHA : Sơ đồ thực nhờ rơle tổng trở 1RZ nối vào hiệu dịng hai pha (theo hình 6.8, IR = Ia - Ic) điện áp tỷ lệ áp dư nhánh ngắn mạch ngắn mạch pha Các phận khởi động dòng 2RI 3RI nối vào dòng pha làm nhiệm vụ xác định dạng ngắn mạch tự chuyển mạch điện áp Để ZR có giá trị tỷ lệ với khoảng cách l, áp đưa đến rơle phải giảm lần nhờ điện trở phụ (hình 6.8a) biến áp tự ngẫu (hình 6.8b) Sơ đồ hình 6.8b cần thiết rơle tổng trở làm việc theo giá trị góc lệch pha UR IR (ví dụ rơle tổng trở có hướng) Hình 6.8 : Sơ đồ nối rơle tổng trở có chuyển mạch mạch điện áp để tác động ngắn mạch pha a dùng điện trở phụ; b dùng biến áp tự ngẫu Trị số ZR sai lệch phận khởi động làm việc khơng (chỉ có rơle RI khởi động) trường hợp dòng ngắn mạch gần với dịng khởi động chúng Lúc đó, tổng trở ZR giảm nhiều đưa tới rơle tổng trở điện áp giảm thấp (trường hợp giới hạn giảm hai lần) Ưu điểm sơ đồ tương đối đơn giản dùng rơle tổng trở Tuy nhiên, xét đến nhược điểm nêu nhiều nhược điểm khác, sơ đồ hạn chế áp dụng, chẳng hạn như, cho bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha đường dây cụt 54 ĐÁNH GIÁ VÀ LÃNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH : 8.1 Tính chọn lọc : Theo nguyên tắc tác động mình, bảo vệ đảm bảo cắt chọn lọc hư hỏng mạng có hình dáng với số nguồn cung cấp tùy ý 8.2 Tác động nhanh : Tác động không thời gian thực cấp I bảo vệ, bao bọc không 85% chiều dài phần tử bảo vệ Khi tính đến tác động bảo vệ hai phía đường dây, có khơng 30% chiều dài đường dây mà hư hỏng xảy cắt hai phía với thời gian cấp II (thường vào khoảng 0,5 sec) Thời gian cắt ngắn mạch kéo dài vậy, dù ngắn mạch xa góp trạm, đơi khơng cho phép 8.3 Độ nhạy : Độ nhạy bảo vệ trước hết xác định phận khởi động Trong đa số trường hợp, độ nhạy ngắn mạch đoạn bảo vệ đảm bảo Tuy nhiên, độ nhạy bảo vệ làm nhiệm vụ dự trữ cho hư hỏng đoạn kề khơng đạt u cầu 8.4 Tính đảm bảo : Ngay sơ đồ bảo vệ đại bao gồm số lượng đáng kể phận phức tạp cần thiết cho việc khởi động nhằm để bảo vệ làm việc đắn Điều làm phức tạp vận hành bảo vệ làm khả làm việc đắn bảo vệ Mặc dù có số nhược điểm phân tích trên, nguyên tắc khoảng cách sử dụng rộng rãi thực tế để thực bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha Điều giải thích có sử dụng nguyên tắc thực bảo vệ cắt chọn lọc đoạn đường dây góp trạm kề ngắn mạch nhiều pha mạng có hình dáng Bảo vệ khoảng cách dùng làm dự trữ sử dụng bảo vệ dọc (như bảo vệ so lệch dọc, bảo vệ tần số cao) làm nhiệm vụ bảo vệ tác động khơng thời gian toàn chiều dài phần tử bảo vệ Câu hỏi tập Trình bày nguyên tắc làm việc bảo vệ khoảng cách Trình bày nguyên lý làm việc sơ đồ nguyên lí pha bảo vệ khoảng cách 55 Tài liệu tham khảo [1] Trần Đình Long (1990), Bảo vệ Rơle hệ thống điện, Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Trần Đình Long (1990), Hướng dẫn thiết kế bảo vệ Rơle hệ thống điện, Đại học Bách khoa Hà Nội ... bảo vệ cho số phần tử hệ thống điện Hình 5.2 : Bảo vệ dòng so lệch dùng điện trở phụ mạch r? ?le - Nối r? ?le qua máy biến dịng bão hịa trung gian (BIG) - Dùng r? ?le có hãm BẢO VỆ SO LỆCH DÙNG R? ?LE. .. trở r? ?le (hoặc bảo vệ) dòng khởi động r? ?le (hoặc bảo vệ) gọi hệ số trở ktv Các r? ?le lí tưởng có hệ số trở ktv = 1; thực tế ln ln có ktv < Dịng khởi động IKĐR r? ?le khác với dòng khởi động IKĐ bảo. .. thức: + Trình bày phần tử sơ đồ bảo vệ nhà máy thủy điện + Trình bày kiến thức loại bảo vệ nhà máy thủy điện + Trình bày nguyên lý làm việc sơ đồ bảo vệ bảo vệ đường dây tải điện, bảo vệ máy phát