Giáo trình Bảo vệ rơ le và tự động hóa: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 1 của giáo trình Bảo vệ rơ le và tự động hóa cung cấp cho học viên những nội dung về: đại cương bảo vệ rơle; bảo vệ quá dòng điện; bảo vệ dòng điện so lệch; sơ đồ nối các máy biến dòng (BI) và rơle; các nguyên lý cơ bản thực hiện bảo vệ rơ le;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HĨA DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2021 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình “Bảo vệ rơ le tự động hóa” biên soạn với mục đích làm tài liệu học tập cho sinh viên Đại học chuyên ngành Công nghệ kĩ thuật điện làm tài liệu tham khảo cho sinh viên chun ngành Cơng nghệ tự động hóa, Cơng nghệ điện mỏ Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, phục vụ cho nghiệp đào tạo sau trình chỉnh biên chương trình nhà trường Giáo trình cịn làm tài liệu tham khảo cho cán giảng dạy, cán kỹ thuật, kỹ thuật viên công tác ngành công nghệ kĩ thuật điện Ngày nay, công nghiệp ngày mở rộng phát triển, phụ tải điện ngày đưa vào sử dụng nhiều Vì vậy, khơng đảm bảo cho phụ tải làm việc liên tục mà cịn phải bảo vệ chúng làm việc an tồn, giảm thiểu tránh các cố trình làm việc cẩn thiết Để đáp ứng yêu cầu đó, giáo trình giới thiệu cách có hệ thống kiến thức bản, thể tương đối đầy đủ nội dung, phục vụ cho việc học tập nghiên cứu sinh viên, có khả phân tích, tính tốn, lựa chọn thiết bị bảo vệ cho hệ thống cung cấp điện Giáo trình gồm phần chia thành chương bải tập thực hành: Phần Lý thuyết Chương Đại cương bảo vệ rơle Chương Bảo vệ dòng điện Chương Bảo vệ dòng điện so lệch Chương Các hình thức bảo vệ khác Chương Tự động điều chỉnh tần số Chương Tự động điều chỉnh điện áp Chương Tự động đóng nguồn dự trữ Chương Tự động đóng trở lại nguồn điện Phần Thực hành Bài 1: Thực hành rơle bảo vệ dòng cực đại Bài 2: Thực hành rơle bảo vệ dòng cắt nhanh Bài 3: Thực hành rơle bảo vệ thấp áp áp pha Bài 4: Thực hành rơle bảo vệ thấp áp áp pha Giáo trình tập thể tác giả: Tiến sĩ Bùi Trung Kiên (chủ biên) Thạc sĩ Đồn Thị Bích Thủy, Bộ mơn Điện khí hố - Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh biên soạn Tập thể tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Điện, giảng viên mơn Điện khí hóa - Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh phòng ban nghiệp vụ, cá nhân tạo điều kiện giúp đỡ động viên, góp ý để hồn thành tốt giáo trình Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả cố gắng bám sát chương trình mơn học phê duyệt Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học nhiều năm, đồng thời có ý đến đặc thù đào tạo ngành trường Mặc dù có nhiều cố gắng, truy nhiên sai sót giáo trình khó tránh khỏi Nhóm tác giả mong nhận bạn đọc đóng góp ý kiến xây dựng để giáo trình hồn thiện lần chỉnh biên sau Những ý kiến đóng góp xin gửi địa chỉ: Bộ mơn Điện khí hố Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Xin chân thành cảm ơn! Quảng Ninh, tháng 04 năm 2021 Tác giả PHẦN LÝ THUYẾT Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ BẢO VỆ RƠLE 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Sự cố hệ thống điện Trong hệ thống điện tồn mối đe doạ đưa hệ thống đến chế độ làm việc khơng bình thường Những hỏng hóc dẫn đến ngừng làm việc phần tử hệ thống điện gọi cố Trong cố, cố ngắn mạch thường xảy nhiều nhất, cố kèm theo tượng dòng, áp giảm mạng điện tần số lệch khỏi giá trị cho phép Các phần tử hệ thống điện có dịng ngắn mạch chạy qua bị phá huỷ đốt nóng mức, bị hỏng cách điện nhiệt lượng lớn dòng điện, hồ quang Một số dạng cố thường xảy phần tử mạng điện thể bảng 1.1 Bảng 1.1 Các dạng hư hỏng chế độ làm việc khơng bình phần tử hệ thống điện STT Các dạng hư hỏng Máy phát Biến áp Đường dây Ngắn mạch pha + + + Ngắn mạch vòng dây + + Ngắn mạch chạm masse (vỏ đất) + + + Ngắn mạch cuộn kích từ + Quá tải đối xứng + + + Quá tải không đối xứng + + + Quá áp cực máy phát + Chế độ không đồng + Mức dầu thấp 10 Đứt dây + + + + Các cố hệ thống điện dẫn đến ổn định nhà máy điện, làm tan rã hệ thống dẫn đến đình trệ cung cấp điện cho hộ tiêu thụ gây thiệt hại lớn cho kinh tế quốc dân tượng tần số điện áp giảm làm cho động ngừng làm việc mơmen quay chúng nhỏ mơmen cản Để trì làm việc bình thường hệ thống điện cách tốt nhanh chóng loại phần tử bị cố khỏi hệ thống, nhiệm vụ thực thiết bị tự động bảo vệ, gọi rơle 1.1.2 Khái niệm bảo vệ rơle Rơle loại thiết bị điện mà tín hiệu đầu thay đổi nhảy cấp tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định Quan hệ đại lượng vào rơ le hình 1.1 Khi X biến thiên từ đến X1 Y=Y1, (rơ le chưa tác động) đến X=X2 Y khơng đổi Y=Y2 (rơ le tác động) Khi giảm từ X2 đến X= X1 Y giảm Y=Y1 (rơ le trở trạng thái ban đầu) Nếu gọi: + X=X2=Xkđ giá trị khởi động rơle; giá trị khởi động giá trị mà xuất chuyển đổi trạng thái rơle + X= X1= Xtv - giá trị tr v rơle Hệ số trở k xk  X1 X tv  X X td (1.1) 1.1.3 Nhiệm vụ bảo vệ rơle Nhiệm vụ bảo vệ rơle là: - Phát kịp thời cố Hình 1.1 Đặc tính vào rơ le - Nhanh chóng tác động cắt phần tử bị cố khỏi hệ thống - Tác động đến cấu như: Tự động đóng lặp lại, tự động đóng dự phịng để trì chế độ làm việc bình thường phần tử hệ thống điện lại 1.1.4 Một số ký hiệu thường dùng sơ đồ bảo vệ rơle Bảng 1.2 Ký hiệu số loại rơle thông dụng STT Tên rơle Ký hiệu VN Rơle dòng RI I PT Rơle điện áp RU U PH Rơle tổng trở RZ Z PC Rơle trung gian RG P Ký hiệu Nga Rơle tín hiệu TH Th PY Rơle thời gian Rt Tg PB Rơle công suất RW W PM Rơle nhiệt RN R Rơle RH P Bảng 1.3 Kí hiệu thiết bị dùng sơ đồ bảo vệ rơle theo uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế STT Tên thiết bị Ký hiệu Rơle thời gian t Rơle khoá liên động kiểm tra KT Rơle tổng trở Z< Rơle điện áp cực tiểu U< Rơle tín hiệu Th Rơle thiếu dòng điện I< Rơle dòng điện thứ tự nghịch I2 Rơle thiếu áp thứ tự thuận Rơle nhiệt o 10 Rơle dòng điện cắt nhanh I>> 11 Bảo vệ so lệch cắt nhanh I>> 12 Rơle dịng có thời gian 13 Máy cắt MC 14 Tiếp điểm phụ thường mở máy cắt MCa 15 Tiếp điểm phụ thường đóng máy cắt MCb 16 Rơle cos cos 17 Rơle điện áp 18 Rơle lệch pha  19 Rơle tần số F 20 Rơle khoá K 21 Rơle bảo vệ so lệch U1< I> U> SL I 22 Rơle cắt RC 1.2 Các phép Logic dùng bảo vệ Rơle Với việc áp dụng phép lơgíc đơn giản hoá sơ đồ bảo vệ rơle thể làm việc sơ đồ bảo vệ cách rõ ràng, thiết lập sơ đồ bảo vệ xác hồn chỉnh Trạng thái tiếp điểm đóng sơ đồ rơle mơ tả số 1, cịn tiếp điểm mở số Các phép lơgíc sơ đồ tiếp điểm tương ứng thể hình 1.2 1.2.1 Phép "HOẶC" (OR) Phép logic cộng (X=AVB), ký hiệu V đọc "hoặc" (hay) Phép tính biểu thị tín hiệu X xuất cửa cửa vào có tín hiệu A tín hiệu B Điều tương ứng với mạch nối song song tiếp điểm 1.2.2 Phép logic "VÀ" (&) Phép logic nhân (X=A  B), ký hiệu  đọc "và" Phép tính biểu thị tín hiệu X xuất cửa cửa vào có tín hiệu A tín hiệu B Điều tương ứng với mạch nối tiếp tiếp điểm 1.2.3 Phép " KHÔNG" (NO) _ Phép logic âm hay phủ định X  A (X=NA) Phép tính biểu thị tín hiệu X xuất cửa cửa vào khơng có tín hiệu A ngược lại Điều tương ứng với mạch có tiếp điểm đóng khơng có tín hiệu A mở có 1.2.4 Phép lơgíc "KHỐ" (BLOCKING) _ Phép logic khóa X  A  B biểu thị tín hiệu X xuất cửa vào có tín hiệu A khơng có tín hiệu B Phép logic tương đương với phần tử "nhớ" 1.2.5 Phép "TRỄ" (TIME DELAY) Đối với phép lơgíc "trễ", sau truyền tín hiệu A đầu vào, tín hiệu X đầu xuất với chậm trễ k giây tín hiệu X viết: X= DKA, đó: D- tốn tử trễ; k- số đơn vị làm chậm (s, ms, s) Ví dụ phép trễ thực hình 1.2 Ở hình 1.2a tín hiệu X xuất chậm đơn vị thời gian so với tín hiệu A; cịn hình 1.2b tín hiệu X chậm đơn vị thời gian Thời gian trễ thực rơle thời gian có điều chỉnh theo nấc thân rơle tác động với độ chậm trễ riêng k định X= DKA Trong trình xây dựng sơ đồ bảo vệ rơle người ta thường kết hợp nhiều dạng sơ đồ logic khác để thực nhiệm vụ bảo vệ cách hiệu tin cậy Các phép lơgíc thường kết hợp với qua sơ đồ khối, biểu thị liên hệ chức phần tử lơgíc tham gia sơ đồ Trên sở phân tích sơ đồ lơgíc chọn sơ đồ bảo vệ rơle hợp lý, tiết kiệm thiết bị mang lại hiệu cao Hình 1.2 Biểu diễn phép logic ứng dụng bảo vệ rơle Hình 1.3 Ví dụ xuất chậm tín hiệu a) Với k=1; b) Với k=4 1.3 Các yêu cầu bảo vệ rơle Yêu cầu bảo vệ rơle phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với cố bảo vệ khác bảo vệ rơle tác động khác Chẳng hạn có ngắn mạch chạm đất mạng điện trung tính nối đất, bảo vệ rơle tác động ngay, mạng điện có trung tính cách ly, bảo vệ rơle đưa tín hiệu mà khơng cắt phần tử bị cố Như tuỳ trường hợp cụ thể mà có yêu cầu khác bảo vệ rơle Phân biệt hai dạng yêu cầu bảo vệ rơle yêu cầu bảo vệ cố ngắn mạch yêu cầu bảo vệ khỏi chế độ khơng bình thường hệ thống 1.3.1 u cầu bảo vệ khỏi cố ngắn mạch 1.3.1.1 Tác động nhanh Sự cố cần loại trừ nhanh tốt để hạn chế mức độ tối đa thiệt hại, giữ ổn định cho máy phát làm việc song song hệ thống điện Thời gian cắt cố bao gồm thời gian tác động bảo vệ (tbv) thời gian cắt máy cắt (tMC) Như yêu cầu tác động nhanh không phụ thuộc vào thời gian tác động bảo vệ mà thời gian cắt máy cắt Thời gian tác động bảo vệ rơle đại khoảng 0,02 đến 0,04 giây Hình 1.4 Sơ đồ phân bố vùng tác động bảo vệ rơle 1.3.1.2 Tính chọn lọc Tính chọn lọc khả cắt phần tử bị cố giữ nguyên vẹn cung cấp điện cho phần tử khác Yêu cầu tác động chọn lọc có ý nghĩa quan trọng với việc bảo toàn cung cấp điện cho hộ dùng điện Ví dụ: Khi có ngắn mạch điểm N (hình 1.4), dịng ngắn mạch IN chạy qua bảo vệ 1, 3; máy cắt tác động, tính chọn lọc bảo vệ cho 10 phép bảo vệ tác động, hộ tiêu thụ 1' không điện Tuy nhiên trường hợp máy cắt từ chối tác động máy cắt hoạt động cắt mạch, bảo vệ làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ Trong nhiều trường hợp yêu cầu tác động nhanh yêu cầu chọn lọc mâu thuẫn nhau, để đảm bảo tính chọn lọc cần phải có tác động chậm trễ bảo vệ rơle Ví dụ: Bảo vệ phải có độ trễ so với bảo vệ (hình 1.4) Trong thực tế để dung hoà mâu thuẫn hai yêu cầu người ta áp dụng cấu tự động đóng lặp lại Đầu tiên bảo vệ rơle cắt nhanh không chọn lọc phần tử có cố, sau thiết bị đóng lặp lại đóng trở lại tất phần tử vừa bị cắt ra, phần tử bị cố bị khố khơng cho đóng lặp lại 1.3.1.3 Độ nhạy Độ nhạy khả cắt cố với dòng điện nhỏ vùng bảo vệ Độ nhạy yêu cầu cần thiết bảo vệ rơle để phản ứng vớ chế độ làm việc khơng bình thường hệ thống điện dù nhỏ Để xác định độ nhạy bảo vệ rơle trước hết cần thiết lập vùng bảo vệ Ví dụ: Ở hình 1.4 bảo vệ cần phải cắt cố vùng bảo vệ trạm biến áp cắt cố vùng dự phòng, tức có ngắn mạch đường dây mà bảo vệ từ chối tác động Độ nhạy đánh giá hệ số nhạy kn  I nm.min k kd (1.2) Trong đó: Inmmin - dịng ngắn mạch nhỏ cuối vùng bảo vệ; Ikd - dòng khởi động rơle Độ nhạy coi đạt yêu cầu nếu: + kn  1,52- rơle bảo vệ dòng cực đại + kn  2- rơle bảo vệ so lệch dọc máy biến áp, máy phát, đường dây truyền tải cái; kn 1,21,3 vùng bảo vệ dự phòng + kn  1,5- rơle bảo vệ so lệch dọc máy biến áp ngắn mạch xảy sau cuộn kháng đặt phía hạ áp máy biến áp vùng bảo vệ 1.3.1.4 Độ tin cậy 11 Do thành phần khơng chu kỳ dịng khơng cân chế độ q độ khơng lớn, nên sử dụng rơle dịng thơng thường mà khơng cần dùng tới máy biến dịng bão hồ từ nhanh Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang tuyến dây song hành a Sơ đồ đấu dây; b Sự phân bố dòng điện xảy cố ngắn mạch Dòng chỉnh định bảo vệ xác định sau: Icđ = kat.Ikcbmax (3.27) đó: kat = 1,3 - hệ số an tồn; Ikcb.max - dịng khơng cân cực đại Dịng khơng cân cực đại xác định theo biểu thức: Ikcb.max = 0,1.kđn.kkck.In.m.max/2kI (3.28) Trong : kđn - hệ số đồng ( 0,5; ;1); kkck - hệ số kể đến ảnh hưởng thành phần khơng chu kỳ dịng ngắn mạch (khi t = 0, kkck = 2) Khi ngắn mạch xảy đường dây cung cấp (tại điểm K2), dịng I2I I2II sai khác nhau, rơle xuất dòng, IR  Ikđ bảo vệ tác động truyền lệnh cắt tới máy cắt để cắt đường dây cung cấp 74 Khi điểm ngắn mạch cách xa vị trí lắp đặt bảo vệ sai khác dòng sơ cấp II III giảm, tổng trở nhánh cân dần Vì ngắn mạch xảy gần phụ tải hiệu số dịng (II - III) giảm, hiệu số có giá trị nhỏ dịng khởi động rơle bảo vệ không tác động Vùng mà bảo vệ không tác động gọi '' vùng chết '' bảo vệ Theo qui định vùng chết khơng vượt q 10% chiều dài đường dây bảo vệ 3.3.2 Bảo vệ so lệch ngang có hướng Bảo vệ so lệch ngang có hướng bao gồm hai khối lắp đặt từ hai phía trạm cung cấp A trạm tiêu thụ B (hình 3.9) Nguyên tắc hoạt động bảo vệ dựa vào so sánh dòng chạy đường dây song hành Ở chế độ làm việc bình thường ngắn mạch ngồi, dịng có trị số hướng, phát sinh cố hư hỏng đường dây khác Các cuộn dòng rơle định hướng khối bảo vệ mắc nối tiếp với cung cấp từ cuộn thứ cấp mắc nối tiếp với máy biến dòng lắp hai đường dây song hành Các cuộn áp rơle công suất (RW) cung cấp từ máy biến điện áp (BU) Ở chế độ làm việc bình thường cố ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ khơng tồn dịng cuộn dây Khi ngắn mạch xảy điểm K đường dây cung cấp L2, dòng IK2 chạy tới điểm ngắn mạch đường L2 lớn dòng IK1 chạy tới điểm ngắn mạch theo đường dây L1 theo phía đườn dây L2 Dịng điện qua cuộn dịng rơle bên phía cung cấp tỷ lệ với hiệu dòng IK2 IK1, tiếp điểm rơle dòng rơle định hướng công suất mạch cuộn cắt máy cắt MC2 đóng lại truyền lệnh cắt tới máy cắt (MC2), cắt đường dây cung cấp L2 khỏi nguồn cung cấp Trong dịng điện qua cuộn dịng rơle bên phía tiêu thụ tỷ lệ với hai lần dòng IK1 (2IK1) Các rơle tác động đóng tiếp điểm mạch máy cắt MC4 từ phía tiêu thụ đường dây hư hỏng Như đường dây L2 ngắt từ hai phía nguồn cung cấp phụ tải Đồng thời nguồn thao tác 75 hai khối bảo vệ ngắt khỏi mạch để loại trừ khả cắt nhầm đường dây khơng bị cố Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang định hướng Khi ngắn mạch xảy đường dây cung cấp L1, dòng điện qua cuộn dòng rơle hai khối lệch pha góc 1800 so với dịng điện đường dây L2 Các rơle dịng rơle định hướng tác động, đóng tiếp điểm mạch cuộn cắt, truyền lệnh cắt tới cắt máy cắt MC1 MC3 để cắt phần tử cố hỏng hóc từ hai phía Dịng chỉnh định bảo vệ xác định theo biểu thức: I cd  Hệ số nhạy: 76 k at I dm kI (3.29) I (n2.m) kn = , k I I cd (3.30) Trong : I (n2 m) - thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch hai pha cuối vùng bảo vệ; kn - hệ số nhạy (kn = ngắn mạch xảy vùng bảo vệ; kn = 1,5 n.m cuối vùng); Iđ.m - dòng tải định mức đường dây cung cấp; kat = 1,3 - hệ số dự trữ Bảo vệ so lệch ngang có hướng có vùng bảo vệ ''chết'' 3.4 Bảo vệ máy biến áp lực Đối với máy biến áp lực sử dụng hình thức bảo vệ khỏi cố hỏng hóc chế độ làm việc khơng bình thường như: ngắn mạch pha cuộn dây đầu ra; ngắn mạch pha; chạm chập số vòng dây; tải; mức dầu giảm mức; lõi thép bị đốt cháy 3.4.1 Bảo vệ so lệch dọc 3.4.1.1 Các yêu cầu Bảo vệ so lệch dọc lắp đặt để bảo vệ khỏi cố hỏng hóc chế độ làm việc khơng bình thường máy biến áp vận hành độc lập công suất từ 6300 kVA trở lên; máy biến áp vận hành song song công suất từ 4000 kVA trở lên; máy biến áp công suất từ 1000 kVA trở lên có trang bị bảo vệ cắt nhanh khơng đảm bảo độ nhạy cần thiết (kn < 2) bảo vệ dịng cực đại có thời gian trì lớn 0,5s khỏi ngắn mạch pha, chạm chập vịng dây chạm đất Khi tính toán bảo vệ so lệch dọc máy biến áp cần phải kể tới đặc điểm ảnh hưởng trực tiếp đến sai số độ tin cậy bảo vệ Ngay máy biến áp có hệ số biến áp sơ đồ đấu dây bên phía ngắn mạch giống dịng từ phía cung cấp lớn dịng phía tải lượng dịng từ hố, dịng từ hố chế độ làm việc bình thường thường chiếm vào khoảng (1÷5) 0 dịng định mức máy biến áp, làm tăng dịng khơng cân Khi đấu máy biến áp không tải vào nguồn điện áp phục hồi 77 sau cố xuất dòng từ hoá nhảy vọt, thời điểm đầu thường chiếm vào khoảng (5÷8)Iđb qua 1s thường giảm xuống cịn 1,2 Iđ Vì dịng tác động bảo vệ cần phải chỉnh định lớn dịng từ hố nhảy vọt Do dịng định mức phía cao, trung hạ áp thường khác nhau, nên máy biến dòng thường lựa chọn theo dòng định mức cuộn dây phía gồm nhiều chủng loại khác nhau, hệ số biến dịng, đường đặc tính từ hoá sai số khác Các máy biến dịng lựa chọn thường có dịng định mức lớn dòng định mức máy biến áp bảo vệ nên gây dịng khơng cân phụ Như tính tốn lựa chọn dịng chỉnh định bảo vệ so lệch dọc cần phải thoả mãn điều kiện: Tránh khỏi dịng từ hố nhảy vọt sau đóng máy biến áp khơng tải vào nguồn sau phục hồi điện áp sau cố; Tránh khỏi dịng khơng cân sai số máy biến dòng (I'kcb), điều chỉnh điện áp phía (I''kcb) khơng có khả chọn xác số vịng dây cuộn cân rơle bão hoà từ nhanh có cuộn hãm (I'''kcb) Dịng khơng cân (Ikcb) bảo vệ so lệch dọc máy biến áp xác định theo biểu thức: Ikcb = I'kcb + I''kcb + I'''kcb (3.31) Điều kiện đầu dòng khởi động rơle cần phải lựa chọn để tránh khỏi dòng không cân này: Icđ = kat Ikcb (3.32) đó: kat - hệ số tin cậy kể đến sai số rơle dự trữ cần thiết (kat = 1,3 rơle PHT kat = 1,5 rơle Д3T); Điều kiện thứ hai để chọn dòng khởi động rơle cần phải tránh khỏi dịng từ hố nhảy vọt đấu máy biến áp không tải vào nguồn: Icđ = kat Iđb (3.33) Trong đó: kat - hệ số tin cậy, có giá trị tương tự trên; Iđb - dòng định mức máy biến áp tương ứng với công suất định mức máy biến áp (công suất định mức cuộn dây có cơng suất lớn nhất); dùng 78 máy biến áp có nấc điều chỉnh điện áp lấy Iđb tương ứng với vị trí điều chỉnh (-) ngồi Hệ số nhạy bảo vệ so lệch dọc xác định theo biểu thức: kn = I R 2 I cd (3.34) (trong số trường hợp đặc biệt cho phép giảm xuống 1,5) Trong đó: IR.min - dịng chạy cuộn sơ cấp rơle PHT Д3T; Icđ - dịng chỉnh định rơle phía với dịng IR.min chạy qua 3.4.1.2 Tính tốn, xác định dịng khơng cân Dịng khơng cân bao gồm thành phần: dịng khơng cân sai số máy biến dịng gây ra; dịng khơng cân điều chỉnh điện áp máy biến áp; dòng khơng cân khơng thể đặt xác số vòng dây cuộn cân Các thành phần dịng khơng cân tính tốn xác định sau: Thành phần dịng khơng cân sai số máy biến dòng gây xác định theo biểu thức: I'kcb = kđ.n.kkck .I n max (3.35) : kđn - hệ số kể đến đồng máy biến dịng (kđn = phía có máy cắt; kđn = 0,5 máy biến áp đấu với mạng qua máy cắt ngắn mạch xảy phía đó); kkck - hệ số kể đến thành phần khơng chu kỳ dịng ngắn mạch (kkck =1 Nếu dùng rơle có biến dịng bão hồ từ trung gian);  = 0,1 - sai số máy biến dòng; In.max - dòng ngắn mạch pha lớn ngồi vùng bảo vệ Thành phần dịng khơng cân điều chỉnh điện áp máy biến áp gây ra: I''kcb =  U* I.n.max +  U* I.n.max (3.36) Trong đó: I.n.max , I.n.max - dòng ngắn mạch chù kỳ pha lớn ngồi vùng bảo vệ phía có điều chỉnh điện áp; 79  U*  U* - sai số điều chỉnh điện áp phía máy biến áp bảo vệ (có thể lấy 1/2 dải điều chỉnh điện áp phía tương ứng) Thành phần dịng khơng cân khơng thể đặt xác số vịng dây cuộn cân phía khơng (phía có dịng thứ cấp nhỏ chạy qua): I'''kcb = WItt - W1 WIItt - W2 II.n.max + III.n.max (3.37) WItt WIItt Trong đó: WItt , WIItt - số vịng dây tính tốn cuộn dây cân phía khơng bản; II.n.max, III.n.max - dòng ngắn mạch chu kỳ pha lớn vùng bảo vệ phía tương ứng Trong hai cơng thức trên, dịng ngắn mạch có hướng chạy tới máy biến áp mang dấu dương, cơng thức áp dụng để tính toán cho máy biến áp cuộn dây; áp dụng để tính tốn cho máy biến áp cuộn dây bỏ thành phần thứ hai phía bên phải Thành phần dịng khơng cân I'''kcb tính sau chọn số vịng dây cuộn cân Trong trường hợp thành phần dịng khơng cân I'''kcb đáng kể dẫn đến làm tăng dòng định lớn giá trị tự chọn sơ phía trên, yêu cầu phải tính tốn lựa chọn lại số vịng dây phía để làm giảm thành phần dịng khơng cân 3.4.1.3 Tính tốn số vịng dây cuộn cân Sau xác định dòng thứ cấp nhánh bảo vệ so lệch, chọn phía có dịng lớn làm phía bản, phía có dịng nhỏ làm phía khơng Đối với phía xác định dòng khởi động rơle theo biểu thức: Ikđ(cb) = I cd ( cb ) k sd ( cb ) k I ( cb ) (3.38) đó: + Icđ(cb) - dịng định bảo vệ, tính theo công thức 3.32 3.33, quy đổi theo điện áp phía bản; + ksđ(cb) - hệ số sơ đồ bên phía bản; + kI(cb) - hệ số biến dịng máy biến dịng bên phía 80 Đối với máy biến áp có dải điều chỉnh điện áp bên phía cao áp rộng (  U10%) thuận tiện tiến hành tính tốn quy đổi phía cao áp, phía có dịng thứ cấp bảo vệ so lệch nhỏ Số vòng dây cuộn so sánh đấu vào phía xác định theo biểu thức: Wtt(cb) = Ft d (3.39) I kd ( cb ) đó: Ftđ - sức từ động cần thiết để rơle tác động, A (Ftđ = 100  5A rơle PHT-565) Để chọn làm cuộn sử dụng cuộn so sánh (Hình 3.10a) cuộn làm việc (cuộn so lệch) rơle (hình 3.10b) Khi đấu rơle theo hình 4.10a, điều kiện cân sức từ động chế độ làm việc bình thường ngắn mạch ngồi sau: I2cb Wcb = I2kcb Wkcb(tt) (3.40) Từ quan hệ xác định số vịng dây đấu vào phía khơng bản: Wkcb(tt)  Wcb I 2cb I 2kcb (3.41)    I cb  I kcb I cb   I cb I cb  I kcb   I kcb I kcb Hình 3.10 Sơ đồ đấu nối cuộn dây rơle mã hiệu PHT a Khi không sử dụng tới cuộn làm việc b Khi sử dụng cuộn làm việc Khi đấu rơle theo sơ đồ hình 3.10b, cuộn làm việc (cuộn so lệch) cuộn (Wlv = Wcb), cuộn so sánh lại cuộn khơng bản, số vịng dây xác định sau: 81 Wss = Wkcb - Wl.v (3.42) Khi dịng khởi động rơle PHT-565 2,87A (nhưng khơng thấp 1,45A) dùng hai cuộn dây so sánh cuộn làm việc Cuộn làm việc cuộn so sánh đấu phía có số vòng dây chọn tuỳ ý cho tổng số vòng dây Wcb xác định theo (3.39) Số vịng dây cuộn so sánh phía khơng xác định hiệu số số vịng tính tốn phía khơng theo biểu thức (3.41) với số vòng chọn cuộn làm việc Đối với máy biến áp cuộn dây có hai phía không nên biểu thức 3.32 viết lại sau: I2cb.Wcb = I2I W1tt = I2II.WIItt (3.43) đó: + I2cb ,I2I ,I2II - tương ứng dịng định mức bên phía thứ cấp nhánh bảo vệ phía khơng bản; + Wcb, W1tt, W2tt - tương ứng số vòng dây tính tốn phía khơng I II Sơ đồ nguyên lý bên rơle PHT - 565 giới thiệu hình 3.11 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý bên rơle PHT-565 82 Thông số kỹ thuật rơ PHT-565 thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Tên gọi Cuộn dây Thông số kỹ thuật cuộn dây Làm việc hoà từ trung gian trụ W1 = WII = 34 vòng, ΠCД1,56 Thứ cấp Wtc = 110 vòng, ΠCД 0,8 Tiết diện Ngắn mạch trụ W'n = 100 vòng, trụ sắt từ ΠЭД2/0,8 Ssắt = W''n = 200 vòng, ΠCД Ngắn mạch trụ cạnh Rơle liệu Wlv = 35 vòng, ΠCД1,56 So sánh I,II Biến dòng bão Số thừa hành PT40 1,25 cm2 0,8 2xWc = 2x750 vòng, ΠЭB Giới hạn chỉnh định rơle PHT - 565: 1,45  12,5A; Trở kháng cuộn làm việc, cuộn so sánh I II 0,1Ω; Dòng điện lâu dài cho phép lớn cuộn làm việc cuộn so sánh là: 10A; + Lực từ hoá để khởi động rơle PHT - 565 100 A.vòng; + Thời gian tác động rơle 0,04  0,05s; + Điện trở Rn= 10Ω ; Rs = 39 Ω; + Công suất rơle chế độ cố 105 VA 3.4.2 Bảo vệ so lệch dọc có hãm 3.4.2.1 Nguyên tắc hãm dòng Để tăng độ nhạy bảo vệ so lệch dọc thường sử dụng loại bảo vệ dựa nguyên lý hãm dòng Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc có hãm giới thiệu hình 3.12 Dựa sơ đồ nguyên lý bảo vệ có hãm ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ (Hình 3.12a), dịng ngắn mạch chạy qua cuộn hãm (Wh) rơle so lệch, dịng khơng cân (Ikcb) qua cuộn làm việc (Wlv), sức từ động cuộn làm việc có hướng làm rơle tác động, cịn sức từ động cuộn hãm ngăn cản tác động rơle có ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ 83 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc có hãm Để đảm bảo cho rơle khơng tác động có ngắn mạch ngồi, số vịng dây cuộn hãm xác định theo biểu thức: Wh  k at I kcb Wlv I n max tg (3.44) Trong đó: kat = 1,5 - hệ số tin cậy kể tới sai số rơle dự trữ cần thiết; Ikcb - dịng khơng cân bằng; Wlv - số vịng dây tính tốn cuộn làm việc phía có đấu cuộn hãm ; In.max - dịng ngắn mạch chu kỳ ngồi vùng bảo vệ quy đổi phía máy biến áp có đấu cuộn hãm; tg - góc nghiêng đường tiếp tuyến kẻ từ gốc toạ độ với đường đặc tính hãm rơle ứng với điều kiện hãm tối thiểu (đối với rơle Д3T - 11, tg = Flv/Fh =0,87 - đường hình 3.13) A Fl.v 600 400 200 Fh  200 400 600 Hình 3.13 Đặc tính hãm rơle Д3T-11 84 Đặc tính hãm rơle xây dựng dựa quan hệ dòng làm việc (Ilv) dòng hãm (Ih) tương ứng với điều kiện hãm cực đại (đường 1) hãm cực tiểu (đường 2) (Hình 3.13) Vùng nằm đường vùng rơle khơng hoạt động, cịn vùng nằm đường vùng tác động chắn Để đảm bảo cho bảo vệ hoạt động tin cậy ngắn mạch vùng bảo vệ giá trị Flv Fh cần có toạ độ nằm cao 10% so với đường đặc tính Khi ngắn mạch vùng bảo vệ (Hình 3.12b), dịng chạy qua cuộn làm việc cuộn hãm (Ilv= Ih) Việc chọn số vòng dây cuộn làm việc cuộn hãm cần đảm bảo cho Wlv > Wh ( Flv > Fh ) rơle tác động chắn 3.4.2.2 Chọn vị trí đấu cuộn hãm Bảo vệ so lệch dọc máy biến áp có nguồn cung cấp từ phía có cuộn hãm, ngắn mạch vùng bảo vệ xảy khả cuộn hãm tác dụng Để ngăn ngừa khả xảy ra, cuộn hãm thường đấu vào nhánh đối diện với nhánh thuộc phía nguồn cung cấp (đối với máy biến áp hai cuộn dây) Đối với máy biến áp ba cuộn dây có nguồn cung cấp từ phía, vị trí đấu cuộn hãm thường chọn để thoả mãn điều kiện sau đây: Icđ = kat.Iđb = 1,5 Iđb (3.45) Với mục đích đó, cuộn hãm thường đấu vào phía nhánh có dịng ngắn mạch ngồi lớn (phía có điện trở cuộn dây biến áp khoảng  0) Để tránh khỏi dịng khơng cân có ngắn mạch ngồi phía khác, địi hỏi phải tăng Icđ lớn so với 1,5Iđb, nên đấu cuộn hãm rơle hãm dòng vào nhánh tổng dòng phía cung cấp (nhưng khơng phải phía nguồn) Khơng nên đấu cuộn hãm vào nhánh phía nguồn cung cấp dịng ngắn mạch đủ lớn tỷ số Wh/Wlv  0,4 làm giảm đáng kể bội số dòng cấu thực rơle từ chối tác động Việc tính tốn số vịng dây cuộn cịn lại tính tốn tương tự rơle bão hoà từ nhanh 3.4.2.3 Bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cực đại máy biến áp ba cuộn dây 110/6/6 85 Máy biến áp ba cuộn dây 110/6/6 có đặc điểm dịng ngắn mạch bên phía hạ áp khơng lớn sai lệch dịng ngắn mạch cực đại (In.max) dòng ngắn mạch cực tiểu In.min đáng kể Tính tốn chỉnh định bảo vệ so lêch dọc theo điều kiện để tránh dịng khơng cân dịng từ hố nhảy vọt gây (Icđ = 1,3  1,5 Iđb), dẫn đến làm cho độ nhạy khơng đảm bảo Khi cần phải lắp đặt bảo vệ nhạy với thời gian trì 0,5 ÷1s Dịng chỉnh định bảo vệ dòng định mức máy biến áp: Icđ = Iđb (3.46) Đối với máy biến áp có hai cuộn hạ áp cung cấp cho động có cơng suất lớn, dòng tự khởi động động hai phía hạ áp lớn dịng ngắn mạch hạ áp Khi cần thay dòng ngắn mạch dòng tự khởi động vào cơng thức tính Sơ đồ ngun lý rơle bảo vệ so lệch dọc giới thiệu hình 3.14 Các đặc tính kỹ thuật chủ yếu rơle bảo vệ so lệch dọc Д3T- 11 Rơle có cuộn hãm Khi sử dụng rơle để bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây, cho phép điều chỉnh dịng tác động nhảy cấp phía có dòng lớn (cuộn làm việc) từ 2,87 đến 12,5A Khi sử dụng rơle để bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây, dịng tác động điều chỉnh giới hạn 1,45  12,5A 41 PT 10 11 282114 7 11131824 23456 PT 23456 28 21 14 7 R 3210 16 24 32 12 20 28 42 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc có cuộn hãm Д3T- 11 86 Dịng điện lâu dài lớn cho phép chạy cuộn dây làm việc, cuộn cân (so sánh) cuộn hãm chế độ bình thường 10A; điện trở cuộn làm việc cuộn cân đo dịng chiều khơng lớn 0,1  Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật rơle Д3T- 11 Tên gọi Cuộn dây Số vòng (vòng) Cỡ dây (mm) Wlv = 35  CД 1,81 Wcb1 = Wcb2 = 34  CД 1,81 Làm việc Biến dịng bão hồ từ Cân 1, trung gian Hãm Wh = 200  ЭД - 2- 0,8 Thứ cấp WT = 24  CД 1,81 Bộ phận thừa hành 2xWcđ = 2x750 Điện trở,R  ЭB- 2- 0,2  ЭB- 20  S = 1,25 cm2 Tiết diện trụ sắt cạnh 3.5 Bài tập Bài tập 1: Tính tốn bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp TДH-10000/110 có cơng suất định mức Sđm= 10000 kVA; điện áp định mức 115/22 kV; máy có phận tự động điều chỉnh điện áp với Uđc = 10% Dòng điện ngắn mạch pha phía thứ cấp IN(3)= 2,14 kA; tổ nối máy biến áp Y/ Hệ số an toàn Kat= 1,2 Ghi chú: Bảng thơng số kỹ thuật máy biến dịng loại 4MA76 hãng SIEMENS chế tạo IS( A) I T( A) 10 20 40 80 10 00 15 00 5 Bài tập 2: Hãy tính tốn bảo vệ so lệch dọc cho 35 kV Biết dòng ngắn mạch ba pha phía sau I N(3)  1,02kA , dòng điện làm việc cực đại qua IlvMax= 258 A, hệ số an toàn Kat= 1,25 87 Bài tập 3: Tính tốn bảo vệ so lệch cho máy phát có cơng suất định mức SF= 40 MVA, điện áp định mức 10,5 kV, suất điện động hệ tương đối E*= 1,05 điện trở siêu độ dọc trục x d,, =0,125.59 Câu hỏi ơn tập chương Câu 1: Hãy trình bày nguyên lý tác động bảo vệ so lệch dọc? Câu 2: Hãy trình bày nguyên lý tác động bảo vệ so lệch ngang? Câu 3: Hãy trình bày phương pháp tính tốn bảo vệ so lệch ? Câu 4: Hãy trình bày phương pháp nâng cao độ nhạy bảo vệ so lệch? 88 ... máy cắt MCb 16 R? ?le cos cos 17 R? ?le điện áp 18 R? ?le lệch pha  19 R? ?le tần số F 20 R? ?le khoá K 21 R? ?le bảo vệ so lệch U1< I> U> SL I 22 R? ?le cắt RC 1. 2 Các phép Logic dùng bảo vệ R? ?le Với việc... Kmm.Ilvmax (2.4) Trong đó: Kat- hệ số an toàn thường lấy (kat = 1, 1 -1 , 2- r? ?le PT-40, PT80, PT-90; kat =1, 2 -1 , 4- r? ?le PTB; kat= 1, 1 - r? ?le kỹ thuật số) Quan hệ dòng điện khởi động dòng điện trở đặc trưng... trị khởi động giá trị mà xuất chuyển đổi trạng thái r? ?le + X= X1= Xtv - giá trị tr v ca rle H số trở k xk  X1 X tv  X X td (1. 1) 1. 1.3 Nhiệm vụ bảo vệ r? ?le Nhiệm vụ bảo vệ r? ?le là: - Phát kịp