CHUONG 6 BAO VE KHOANG CACH

99 Chương BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 6.1 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG Bảo vệ dòng điện cực đại, có hướng không hướng, có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc cấp, lớn mạng vòng có số nguồn lớn hai, mạng vòng có nguồn có đường chéo không qua nguồn, đảm bảo cắt chọn lọc phần tử hư hỏng Như vậy, cần phải tìm nguyên tắc BV khác vừa đảm bảo tác động nhanh, vừa chọn lọc có độ nhạy tốt mạng phức tạp Một BV bảo vệ khoảng cách (BVKC) Bảo vệ khoảng cách loại BV có phận phận đo khoảng cách, làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt BV tới điểm NM Thời gian làm việc BV phụ thuộc vào quan hệ điện áp UR, dòng điện IR đưa vào phần đo lường BV góc lệch pha ϕR chúng Thời gian tăng lên, tăng khoảng cách từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt BV Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng có thời gian làm việc bé Vì thế, BVKC nguyên tắc bảo đảm cắt chọn lọc đoạn hư hỏng mạng có hình dáng với số lượng nguồn cung cấp tùy ý với thời gian tương đối bé Người ta dùng rơle tổng trở làm phận đo khoảng cách Nó phản ứng trực tổng trở, điện trở kháng trở đường dây ( Z& , R, X) Tùy phận khoảng cách phản ứng theo Z& , R, X người ta phân biệt BVKC loại tổng trở, điện trở điện kháng Bảo vệ khoảng cách dùng thông dụng loại tổng trở Để bảo đảm tác dụng chọn lọc mạng phức tạp, người ta dùng BVKC có hướng, tác động hướng công suất NM từ góp đến đường dây Thời gian tác động BV theo hướng phối hợp với cho, NM phạm vi đường dây BV, thời gian tác động BV lớn cấp, so với BV đoạn bị NM Sự phối hợp xác rơle khoảng cách hệ thống điện đạt việc chỉnh định vùng thời gian tác động vùng khác Thông thường, BVKC bao gồm BV vùng I có hướng tức thời nhiều vùng với thời gian trì hoãn Các tầm chỉnh định thời gian tác động cho ba vùng BVKC đặt MC hai đầu đường dây B, C cho hình 6.1 Thông thường, vùng BV thứ I có thời gian tác động tức thời chiếm khoảng 80% chiều dài đường dây BV Kết 20% để đảm bảo sai số rơle tránh tác động chọn lọc phần đường dây sai số BU BI, liệu tổng trở đường dây cung cấp không xác chỉnh định đo lường rơle Đối với vài ứng dụng, số kết hợp cho phép tầm chỉnh định vùng I tăng đến 90% (khi mà liệu tổng trở đường dây đo xác) Phần lại đường dây không bao phủ vùng I BV BV có hướng cấp có thời gian trì hoãn Tầm chỉnh định vùng II BV thông thường chỉnh định bao phủ toàn đường dây BV, cộng với 50% đường dây kế cận ngắn hay dài 120% đường dây BV Thời gian trì hoãn vùng II phải chỉnh định để phân biệt với BV 100 phần đường dây kế tiếp, bao gồm BVKC cấp I cộng với thời gian cắt máy cắt (g) B34 B23 B32 (a) vuøng I (d) (b) (c) (e) vuøng II vuøng III Vuøng I = 80% tổng trở đường dây bảo vệ Vùng II = đường dây bảo vệ + 50% đường dây thứ hai ngắn Vùng III T = 1,2 (đường dây bảo vệ + đường dây thứ hai dài nhất) Vùng III N = 20% hướng ngược đường dây bảo vệ Hình 6.1 Đặc tính thời gian/khoảng cách cho ba vùng bảo vệ khoảng cách Bảo vệ dự trữ từ xa cho tất cố đường dây kế cận, thường cung cấp BV cấp III, có thời gian trì hoãn lớn để phân biệt với BV vùng II cộng với thời gian cắt máy cắt Vùng III có tầm chỉnh định phải 1,2 lần tổng trở đường dây BV tổng trở đường dây dài Ở hệ thống điện kết nối với nhau, ảnh hưởng nguồn CS cố từ xa nguyên nhân làm cho tổng trở biểu kiến đo rơle lớn nhiều tổng trở thực tới điểm cố điều cần phải xem xét chỉnh định cho vùng III Trong hệ thống phân phối hình tia với đầu cung cấp nguồn không bị ảnh hưởng Bảo vệ dự trữ từ xa cấp có vùng BV ngược nhỏ (thường khoảng 20% phần đường dây BV) thêm vào với tầm chỉnh định thuận (đặc tính offset) Vùng BV dự trữ chỗ cung cấp với thời gian trì hoãn để BV cố cố ba pha gần BV khác không tác động Trong vài sơ đồ, tiếp điểm tức thời khởi động với cố bên đặc tính offset vùng III dùng để cung cấp BV cho cố gần kiểm tra đường dây để BV đóng MC vào đường dây bị cố Nhất trường hợp cố ba pha gần không loại bỏ dao cách ly nối đất an toàn từ việc sửa chữa đường dây trước Đối với ứng dụng này, thời gian trì hoãn vùng III nối tắt thời gian ngắn đóng MC tay Giản đồ vùng BV thời gian phối hợp ba cấp BVKC tổng quát cho hình 6.2 Xét ví dụ hình 6.2 mạng có hai nguồn BV đặt hai phía đầu đường dây giả thiết hoạt động có hướng (BV1, 2, , 6) Phối hợp thời gian làm việc BVKC theo đặc tuyến hình nấc thang (H.6.2b) Khi NM điểm N1 trạm BC, BV3, gần chỗ NM (khoảng cách l3, l4) tác động với thời gian nhỏ cấp t3I , t4I ; BV1 có khoảng cách l1, l6 khởi động, tác động với thời gian trì hoãn t1III , t6III coi BV dự trữ trường hợp đoạn BC cách ly BV2 có khoảng cách đến chỗ NM không khởi động không hướng Nếu điểm NM không nằm khoảng đường dây mà nằm phía đường dây (điểm N2), BV3 tác động với thời gian cấp II t3II , BV4 làm việc với t4I 101 Trong trường hợp NM góp C, cố cô lập BV3 với thời gian cấp II t3II t6II BV4 BV5 không khởi động BVKC có đặc tính thời gian cấp trên, sử dụng rộng rãi, số lượng vùng BV cấp thời gian thường Chiều dài vùng BV thời gian vùng chỉnh định A ~ B N2 N1 L3 L1 C L4 III I t2 I t3 I t1 II tII4 t2 II t4 III t3 II t4 I ~ L6 t1 t1 D t5 III t5 I t6 II t5 II t6 I t6 III Hình 6.2 Phối hợp thời gian bảo vệ khoảng cách 6.2 ĐẶC TUYẾN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ BIỂU DIỄN CHÚNG TRONG MẶT PHẲNG PHỨC TỔNG TRỞ Z Người ta quan sát làm việc rơle tổng trở mặt phẳng Z Trục thực đặt điện trở r, trục ảo j đặt kháng trở x Tổng trở cực rơle Z& R = U& R / I&R biểu diễn qua điện trở kháng trở dạng Z& = rR + jxR hay tọa độ cực có giá trị tuyệt đối R Z& R = rR2 + x 2R góc pha tgϕ R = x R / rR Đặc tuyến khởi động BV đường biên xác định điều kiện tác động BV biểu diễn mặt phẳng tạp Z Một đoạn mạng điện, ví dụ đường dây AB biểu diễn theo trục r, x vectơ Z& AB = Z& lAB Nếu điện trở đoạn mạng có góc ϕ l = artg xl / rl quỹ tích điểm mặt phẳng phức đặc trưng cho tổng trở đường dây đường thẳng với góc nghiêng ϕ l (đối với đường dây truyền tải ϕ l ≈ 65 ÷ 85 o ) Điểm đầu đường dây BV, nơi đặt BV A, đặt gốc tọa độ (H.6.3b) Các điểm nằm vùng tác động BV A có tọa độ dương nằm phần tư thứ mặ Nt/ phẳng Các điểm mạng nằm bên trái A biểu diễn điểm có tọa độ âm nằm phần tư thứ ba mặt phẳng tạp Tổng trở đường dây AB biểu diễn đoạn AB, đường dây L2 ứng với đoạn BC, L3 ứng với đoạn AD 102 jx ZDA ~ I A D L3 ZBC ZAB N C B ZN L2 rhq a) C B ~ rhq N J A b) B’ ϕN ϕL N’ r N’’ D Hình 6.3 Biểu diễn đường dây mặt phẳng phức Z Tổng trở Z& N từ chỗ đặt BV A đến chỗ NM (điểm N hình 6.3a) biểu diễn đoạn AN nghiêng góc ϕ N = ϕ l với trục r Nếu NM qua hồ quang (trở hồ quang trở tác & N , tổng hình học vectơ AN dụng), tổng trở tới chỗ NM biểu diễn vectơ A trở hồ quang rhq , AN = ZN + rhq (6.1) Biểu thức (6.1) trường hợp có nguồn I cung cấp cho điểm NM Khi có hai , nguồn cung cấp, dòng NM từ nguồn I J có góc lệch pha, vectơ NN nằm nghiêng so với trục r Khi Z& R = Z& N + K rhq đó: k - hệ số phức; rhq = k lhq IN lhq - điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ dài dòng IN hồ quang Từ biểu thức ta thấy, NM đầu đường dây rhq nhỏ NM cuối đường dây, dòng NM đầu đường dây lớn Mỗi đoạn đường dây, ta xây dựng tứ giác ABB'N', biểu thị tứ giác cố (H.6.3b) đoạn BV Muốn BV tác động cố nằm đoạn BV AB (NM trực tiếp hay qua điện trở trung gian) toàn hình tứ giác cố phải nằm bên vùng tác động đặc tuyến khởi động BV Tuy nhiên, để đạt tính tác động chọn lọc cao BV nhiều cố khác đoạn BV (ví dụ: chế độ NM bên ngoài, chế độ tải, DĐĐ ) diện tích chênh lệch diện tích tứ giác cố vùng tác động đặc tuyến khởi động BV phải bé nhất, chẳng hạn đặc tuyến khởi động có dạng hình eâlip (H.6.4b) 103 jx jx jx Zkñmax Zkñ R ϕR ϕ R ϕR Xkñ = k R a) b) jx c) jx jx Zkñmax jx Zkñ Zkñmax R ϕL d) e) R R R f) g) Hình 6.4 Các dạng đặc tuyến khởi động bảo vệ khoảng cách Hình 6.4 giới thiệu loại đặc tuyến khởi động BVKC thông dụng Đặc tuyến rơle quỹ tích điểm thỏa điều kiện Z& R = Z& kđR Phần gạch nghiêng đặc tuyến mà Z& < Z& ứng với vùng tác động rơle Ngoài vùng Z& > Z& rơle không tác R kđR R kđR động Đặc tuyến khởi động biểu diễn phương trình đặc tính Z& kñ = f (ϕ R , U R , I R ) mặt phẳng phức Z Hình 6.4a: đặc tuyến khởi động vòng tròn tâm (OHM).Zkđ = k = số Bảo vệ tác động ZR < ZkđR không phụ thuộc vào góc ϕ R Đặc tuyến gọi tổng trở hướng Loại đặc tuyến thường áp dụng cho mạng điện 35kV Hình 6.4b: đặc tuyến vòng tròn qua gốc (tổng dẫn MHO) Điện trở khởi động BV phụ thuộc vào góc ϕ R Tổng trở khởi động có độ nhạy cực đại ϕ R = ϕ Rn hay = ϕ l Bảo vệ không khởi động ZR nằm phần tử thứ ba mặt phẳng phức nên gọi BV tổng trở có hướng Đặc tuyến thực tế không qua gốc tọa độ thân phận so sánh không đủ nhạy Vì thế, NM đầu đường dây gần chỗ đặt BV BV không làm việc, đoạn gọi vùng chết BV Hình 6.4c: đặc tuyến khởi động đường thẳng song song với trục R; đặc tuyến khởi động biểu diễn phương trình xR = k = số, gọi đặc tuyến điện kháng Bảo vệ với đặc tuyến làm việc không phụ thuộc vào điện trở NM trung gian Hình 6.4d: đặc tuyến có dạng hình ellip Đặc tuyến qua gốc tọa độ có độ nhạy cực đại ϕ l = ϕ Rnhay max Đây đặc tuyến BV tổng trở có hướng, có tính chọn lọc cao Hình 6.4e: đặc tuyến có dạng hình đa giác Đặc tuyến trùng khít với tứ giác cố, cấu trúc phận BV có đặc tuyến phức tạp, nên dùng cho đường dây quan trọng, điện cao, công suất lớn chống chạm đất Một vài dạng đặc biệt: để nâng cao độ nhạy BV cấp III sử dụng đặc tuyến với dạng hai đường tròn cắt (H.6.4f) hay vòng tròn lệch (H.6.4g) offset MHO 104 6.3 NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN RƠLE KHOẢNG CÁCH Bảng 6.1 Bộ phận so sánh có dạng đặc tuyến khác Đặc tuyến Dạng đặc tuyến So sánh suất jx Có hướng R Tổng trở không hướng So sánh pha & A & B & A & B & +Z & &I U R ñ R & −Z & &I U R ñ R & &I Z ñ R & U R & &I Z ñ R & U R & −Z & &I U R ñ R & +Z & &I U R ñ R & &I Z ñ R & +Z & &I U R ñ R & &I − U & Z ñ R R & U R (Z& ñ − Z& o )&I R & − (Z & −Z & ) 2U R ñ o & &I − U & Z ñ R R & −Z & &I U R o R & &I − R & &I − U & 2Z ñ R R R & U R & &I Z ñ R & &I − U & Z ñ R R jx R Tổng trở jx có hướng ϕnhm R ax Tổng trở jx có hướng jx Zo đặc biệt R R jx Kháng trở Z R đó: Z& đ = Rđ + jxđ - tổng trở khởi động đường dây BV Z& - tổng trở xác định vòng tròn lệch tâm o Nguyên tắc tác động tất phận đo khoảng cách dựa so sánh giá trị & B& Chúng hàm dòng IR UR đưa vào tuyệt đối hay góc pha hai đại lượng vectơ A rơle Trường hợp tổng quát & = k U& + k U& ; A R R B& = k3U& R + k4U& R (6.2) k1, k2 k4 số phức Bằng cách thay đổi k1, k2… k4 (6.2), ta nhận phận khoảng cách với dạng đặc tuyến khác (xem mục phần 1.3) Sau giới thiệu bảng 6.1 cho vài phận so sánh phận khoảng cách có đặc tuyến 105 6.4 CÁCH CHỌN UR, IR ĐƯA VÀO BỘ PHẬN KHOẢNG CÁCH ĐỂ PHẢN ÁNH NGẮN MẠCH GIỮA CÁC PHA Dòng điện IR áp UR nhận từ BI BU phải chọn đưa vào rơle tổng trở tổng trở ZR đo hai đầu cực rơle khoảng cách phải tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt BV đến chỗ NM không phụ thuộc vào dạng NM Để thỏa mãn yêu cầu đó, điện áp U& R phải điện áp giáng tính đến điểm NM I& Z& , dòng IR dòng NM IN, N RN U& I& Z& Z& R = & R = N & RN = Z& RN IR IN Như vậy, phận khoảng cách phải nối vào áp dòng vòng NM Để cho phận khoảng cách làm việc xác có NM hai pha, cần phải đặt ba rơle ứng với cố pha AB, BC AC Cũng có loại sơ đồ dùng phận khoảng cách cần có thiết bị đổi nối truyền qua áp dòng pha tương ứng tùy theo cố xảy pha Các sơ đồ nối dây bảo đảm tỷ lệ ZR IN có NM pha không dùng cho trường hợp pha chạm đất Vì vậy, rơle khoảng cách chống chạm đất có sơ đồ nối dây khác Sau giới thiệu sơ đồ nối dây phần đo lường BVKC chống NM nhiều pha sử dụng rộng rãi 6.4.1 Sơ đồ nối rơle tổng trở nối vào điện áp dây hiệu số dòng pha Cách chọn dòng điện điện áp nối vào rơle cho bảng 6.2 hình 6.5 Khi NM ba pha ba phận khoảng cách nằm điều kiện I R(3) = (3) 3I N ; U R(3) = 3U p = I n(3) Z1 h (3) với: I N - dòng NM ba pha pha Z1 - tổng trở thứ tự thuận 1km đường dây h - chiều dài từ chỗ đặt BV đến chỗ NM Như U& (3) Z& R(3) = (R3) = Z& h I& R Bảng 6.2 Sơ đồ nối dây rơle tổng trở Rơle &I R & U R A I& a − I& b & U ab B I& b − I&c & U bc C I& c − I& a & U ca Trong trường hợp NM hai pha, ví dụ pha B C (H.6.6b), có rơle B làm việc Đối với rơle naøy (2) I R(2) = I&b − I&c = I& N ; vaø U& (2) Z& R(2) = (R2) = Z& h I& R ( 2) U R(2) = U& BC = I& N Z1 h 106 A B C RZA RZB RZC A B C Hình 6.5 Sơ đồ nối rơle khoảng cách chống NM nhiều pha h h RI UR RZ (3) IN IN B (3) UR A A (3) UR IN B UR C C (2) IN a) b) Hình 6.6 Ngắn mạch nhiều pha đường dây bảo vệ ( 2) ( 2) Trên cực rơle A C có dòng I N điện áp lớn U bc , tổng trở cực rơle lớn Z1 rơle không tác động Bảo vệ cần môït rơle B tác động để mở máy cắt Khi NM hai pha AB AC rơle A rơle C làm việc Khảo sát tương tự NM hai pha chạm đất BC hay AB hay CA tương ứng rơle B, A C làm việc Như vậy, sơ đồ bảo đảm tổng trở đặt rơle ZR tất dạng NM nhiều pha điểm Đó ưu điểm lớn sơ đồ Để hiểu rõ ràng hơn, tính tổng trở đo rơle từ vị trí rơle tới chỗ NM Khảo sát tổng trở biểu kiến đo rơle khoảng cách đặt đường dây truyền tải: tính tổng trở biểu kiến đo rơle cần thiết phải tính NM đường dây truyền tải Quá trình tính toán NM chi tiết trình bày Các toán tính NM BV rơle tác giả, giới thiệu bước kết đạt Mạng tính toán tiêu biểu cho ôû hình 6.7 C Es ~ A R ZL RS D N Q ZN h Hình 6.7 Mạng điện tiêu biểu tính bảo vệ khoảng cách cho đường dây hZL EU B N (1 - h)ZLQ ~ ZE Zs Es + ZN ZU EU + Hình 6.8 Sơ đồ thay mạng điện (H.6.7 ) 107 Trong hình 6.7: RQ - đường dây có đặt BVKC Z& E - tổng trở liên kết mạng đường dây Z& L - tổng trở đường dây BV RQ; Z& N - tổng trở chạm trung gian - khoảng cách từ chỗ đặt rơle tới điểm chạm h Hình 6.8 sơ đồ thay mạng hai cửa Thevenin mạng điện hình 6.7 Mạch thứ tự tương đương mạng trên, sau biến đổi ∆/Y, vẽ hình 6.9, (chọn pha chuẩn pha a) N1 IR1 hZL1 + V1 R1 + Z S1 (1-h)ZL1 ZT1 hZL2 R2 N2 ZE2 + Z S2 J2 Vo c) Ro E1 + Z So N2 Io (1-h)ZLo ZEo K2 Qo ZUo VRo Oo I2 + Z2 V2 ZI2 + No + ZP2 ZK2 O2 hZLo O1 N2 Zj2 VR2 I Ro + O1 (1-h)ZL2 ZT2 ZU2 b) Z1 V1 I2 hZL2 R Q2 + EN E1 O1 (1-h)ZL1 I1 ZI1 + N2 I2 IR2 K1 ZK1 + EN Zp1 Zj1 ZU1 a) V2 J1 R Q2 N1 I1 hZL1 (1-h)ZL1 ZE1 VR2 + N1 I1 Jo ZTo O2 No I2 hZLo R O2 (1-h)ZLo ZP Ko Zjo ZKo Io + Vo Zo ZI2 + E1 Hình 6.9 Mạng thứ tự tương đương hình 6.8 O2 Oo 108 Trên sơ đồ với giá trị tính toán  Z& Ii     Z& Ji  = & & &  &  Z Si + Z Ei + ZUi  Z Ki   Z& Ui Z& Si     Z& Si Z& Ei  & &   Z Ei ZU  với i = 1, 2, 1- Mạng thứ tự thuận E& - điện N trước lúc cố N Z& T1 = Z& J1 + hZ& L1 - tổng trở nhánh rơle thứ tự thuận (nhánh trái) Z& P1 = Z& K + (l − h) Z& L1 - tổng trở nhánh song song thứ tự thuận (nhánh phải) Z& Z& - tổng trở tương đương thứ tự thuận Z& = Z& I1 + & T1 P& Z +Z T1 P1 I& R1 = C& I&a1 - thaønh phần dòng qua rơle thứ tự thuận Z& P1 - hệ số phân bố dòng thứ tự thuận với C& = & Z + Z& T1 P1 neân C& E& C& I& R1 = & N& = & Z1 + Z N K1 với Z& + Z& K& = & N ; EN hay K& 1V& R1 = Z& N + hZ& L1C& 2- Mạng thứ tự nghịch Z& = Z& + hZ& T2 J2 hay K& I&R1 = C& Z& + hZ& C& V& R1 = N & L1 K1 L2 - tổng trở nhánh rơle thứ tự nghịch Z& P = Z& K + (l + h) Z& L2 - tổng trở nhánh song song thứ tự nghòch Z& Z& Z& = Z& I2 + T2 P2 - tổng trở tương đương thứ tự nghịch &Z + Z& T2 & I& I& R2 = C a2 với & = C Z& P2 &Z + Z& T2 P2 P2 - thành phần dòng qua rơle thứ tự nghịch - hệ số phân bố dòng thứ tự nghịch 3- Mạng thứ tự không Z& PO Z& TO Z& PO & & & Zo = Z IO + & ; Co = & Z TO + Z& PO Z PO + Z& TO Từ mạch sơ đồ thứ tự này, tính đại lượng điện NM với dạng khác Trình tự tính toán kết trình bày “Các toán tính ngắn mạch 116 Như dùng sơ đồ bù dòng điện, tổng trở hai đầu rơle tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt BV đến chỗ chạm đất, không phụ thuộc vào dạng chạm đất Sơ đồ sử dụng rộng rãi Tổng trở cực rơle B C pha không cố ZR > Zl BV không tác động nhầm Tóm lại, áp dòng đưa vào rơle khoảng cách chống chạm đất cho bảng 6.7 Với KC theo công thức (6.20) BV đường dây đơn Trong trường hợp đường dây song song hệ số bù thay đổi khảo sát chương 6.6 CHỌN CÁC THAM SỐ CỦA BẢO VỆ Chọn tham số BVKC chọn thời gian tác động đặc tuyến làm việc tổng trở khởi động vùng BV khác Quan sát mạng điện cho hình 6.13 Giả thiết trạm A B C D có đặt BVKC có hướng tác động lên máy cắt MC1, MC2, MC6 Nguyên tắc để tính toán BV tính chọn lọc, ví dụ NM N1 có MC1 MC2 cắt để cô lập cố Cấp I bảo vệ - Đặc tính làm việc rơle tổng trở thường chọn dạng có hướng, đặc tuyến MHO tứ giác ellip (H.6.4) tùy theo nhiệm vụ đối tượng BV - Thời gian làm việc BV cấp I thời gian tác động riêng BV (tác động tức thời không cần phận thời gian) I - Tổng trở khởi động cấp I Zkđ chọn theo điều kiện cho phận khoảng cách cấp I không tác động có NM phạm vi đường daây BV B A MC1 ~ FA N1 ~ N4 MC3 MC2 C N2 MC4 MC5 ~ FC INT1 FB MC6 T1 II Zkña N3 I Zkña II tA tA III I tA Hình 6.13 Chọn tham số bảo vệ khoảng cách I Do Zkđ chọn nhỏ tổng trở đường dây BV với sai số lớn đảm bảo Tổng trở khởi động BVKC cấp I chống NM nhiều pha Z I = k Z& = k Z& l kñ L1 1 đó: Z1 - tổng trở thứ tự thuận km đường dây BV l - chiều dài đường dây BV Z L1 - tổng trở thứ tự thuận đường dây BV 117 k1 = 0,8 ÷ 0,9 - hệ số xét đến sai số BI, BU, điện trở chạm trung gian I Zkñ = ko Z& L1 = ko Z& 1l với ko = 0,75 ÷ 0,85, ko thường chọn nhỏ k1 điện trở chạm trung gian pha với đất thường lớn chạm pha Hệ số bù cho sơ đồ BV chống chạm đất kc = Z L o − Z L1 3Z L1 với Z& L1 , Z& Lo tổng trở thứ tự thuận không đường dây BV Hệ số bù biểu thức (6.23) dùng cho đường dây đơn Trong trường hợp BV đường dây song song, dùng hệ số bù (6.23) có tượng hỗ cảm, vùng BV cấp I chống chạm đất pha bị tình trạng tầm, nhiều trường hợp cần thiết hiệu chỉnh hệ số bù Vấn đề khảo sát chương Cấp II bảo vệ II Tổng trở khởi động cấp II ( Zkđ ) chọn theo điều kiện cho vùng BV cấp II phải bao phủ toàn đường dây cách chắn để BV phần lại đường dây mà BV cấp II phải vượt phạm vi đường dây BV (theo yêu cầu độ nhạy vùng cấp II phải bao phủ 120% II đường dây BV knh = Zkđ / Z L1 ≥ 1,2 ) Để đảm bảo tính chọn lọc thời gian tác động nhanh, độ dài vùng II thời gian làm việc phải tính toán phối hợp với BV phần tử nối với đường dây (chẳng hạn đường BC, MBA T1 sơ đồ hình 6.13) Thông thường, thời gian làm việc BV cấp II máy cắt lân cận chọn t II = t I + ∆t (6.24) với tI thời gian tác động nhanh cấp I phần tử tiếp theo; ∆t = 0,3 ÷ 0,5s Để thỏa mãn chọn lọc điều kiện yêu cầu độ dài vùng II không vượt phạm vi BVCN cấp I phần tử nối vào cuối đường dây BV Tổng trở khởi động cấp II tính toán phối hợp theo điều kiện với phần tử nối vào cuối đường dây có tổng trở nhỏ Từ điều kiện tổng trở khởi động cấp II tính Z AII = k11 ( Z1l AB + k1 Z BI ) với: k1 = 0,85 ÷ 0,9 k11 = 0,8 ÷ lAB Z1 Z BI (6.25) - hệ số phối hợp với BV cấp I tiếp sau kể đến sai số BV - hệ số tính đến sai số BV cấp II - chiều dài đường dây BV - tổng trở đường dây BV km - tổng trở khởi động cấp I nhỏ phần tử xuất phát từ cuối đường dây BV I Khi tính toán chọn giá trị Zkđ cần lưu ý trường hợp dòng NM chỗ NM khác với dòng NM qua vị trí đặt rơle đưa đến sai số đo lường tổng trở rơle Trong trường hợp này, cần hiệu chỉnh giá trị khởi động hệ số gọi hệ số phân dòng (kpd) 118 Ví dụ, hệ thống điện (H.6.13) có nguồn B nên dòng NM BV1 khác với dòng điểm NM N2 Trong trường hợp này, giá trị tổng trở khởi động cấp II vị trí MC1 cần tính theo k Z AII = k11 ( Z& l AB + Z& BI ) (6.26) kpd với kpd = I NAD hệ số phân dòng tỷ số dòng NM qua điểm đặt rơle INAB so với dòng NM I NBN điểm NM I NBN2 điểm cuối vùng II BV A(N2) Trường hợp nhắc lại hình 6.19 rõ Tương tự, cần hiệu chỉnh giá trị tổng trở khởi động cấp II theo điều kiện NM sau MBA T1 k Z AII = k11 ( Z& 1l AB + Z& T1 ) kT1 với: (6.27) Z& T1 - tổng trở MBA có công suất lớn nối với trạm B K T = I NAB / I NIT1 - hệ số phân dòng tỷ số dòng NM qua vị trí đặt BV INAB dòng NM qua MBA - T1 NM sau MBA Giá trị tổng trở khởi động cấp II MC1 trạm A chọn giá trị nhỏ (6.25), (6.26), (6.27) Giá trị chọn phải kiểm tra độ nhạy có NM trạm B, (điểm NH) II knh Với đường dây ngắn, tổng trở đường dây nhỏ (5 ÷ 10Ω) yêu cầu độ nhạy cao ≥ 1,5 BV đường dây NM xảy hồ quang II Trong trường hợp độ nhạy vùng II không đảm bảo ( knh < 1,2 ) đường dây sau ngắn tổng trở phần tử tiếp sau nhỏ tổng trở khởi động cấp II phối hợp chỉnh định theo BV cấp II phần tử từ góp cuối đường dây Theo điều kiện thời gian cấp II phối hợp với thời gian cấp II phần tử tiếp sau t AII = tBII + ∆t (6.28) k Z AII = k11 ( Z& l AB + Z& BII ) kpd (6.29) Việc phối hợp vùng BV thời gian minh họa hình 6.14 t Z IIA ∆t t IA A Z IA t IIA B Z IB t IIB C khoảng cách D Hình 6.14 Phối hợp bảo vệ khoảng cách cấp II cho đường dây tiếp sau ngắn 119 Đối với BV cấp II chống chạm đất pha cho đường dây đơn, điều kiện tính toán chọn giá trị đặt tương tự chống NM nhiều pha hệ số bù tính theo (6.23) Trong trường hợp BV cho đường dây có hỗ cảm, cần lưu ý tượng vùng BV hiệu cấp II nới rộng giá trị chỉnh định (hiện tượng tầm) vận hành đường dây với chế độ khác Cần thiết hiệu chỉnh hệ số bù, vấn đề khảo sát kỹ chương Cấp III bảo vệ Mục đích vùng BV cấp II dự trữ cho đường dây BV phần tử nối vào cuối đường dây BV Tổng trở khởi động cấp III chọn hai điều kiện: - Vùng BV cấp III bao phủ toàn đường dây BV nối từ cuối đường dây BV Ví dụ, theo sơ đồ hình 6.13 Z AIII > Z& AB + Z& BC ; Z AIII > Z& AB + Z& T1 Z AIII = 1,2{ Z& AB + max{ Z& BC ; Z& T1 } Tổng trở chọn (6.30) Thời gian làm việc cấp III t AIII = tBII + ∆t Đường liền nét hình 6.15 biểu diễn minh họa vùng BV thời gian làm việc cấp III BV A chọn theo điều kiện t ∆t Z III A ∆t ZIIA Z IB Z IA A Z IIB B t IIB C ZIII B t III B khoảng cách D Hình 6.15 Vùng bảo vệ thời gian làm việc BVKC cấp III - Bảo vệ cấp III không tác động tải làm việc cực đại Z& III ≤ Z A (6.31) với Zmin giá trị tổng trở nhỏ nhìn từ vị trí rơle phụ tải hệ thống chế độ cực đại U Z ptmax = I ptmax đó: Umin - điện áp nhỏ phụ tải cực đại ( 0,9 ÷ 0,95 U đm) I ptmax - dòng điện làm việc lớn qua BV Vùng BV cấp III chọn theo điều kiện thường rộng nên thời gian cấp III phải III phối hợp với thời gian cấp III phần tử tieáp sau t' III A = t B + ∆t Đường đứt nét hình 6.15 biểu diễn vùng BV thời gian làm việc cấp III chọn theo điều kiện tải cực đại Đối với BVKC cấp III chống chạm đất pha đường dây đơn, điều kiện tính toán tương tự chống NM nhiều pha với hệ số bù dòng theo biểu thức (6.23) 120 Trong trường hợp BV đường dây có hỗ cảm, cần lưu ý tượng tầm để chọn thời gian tác động cấp III hợp lý Bảo vệ khoảng cách cấp III, chức dự trữ cho đường dây dự trữ cho NM NM gần vị trí đặt BV Để thực chức này, người ta dùng đặt tính tổng trở có hướng ngược (offset-MHO) Giá trị tổng trở đặt hướng ngược khoảng 10 ÷ 25% tổng trở khởi động cấp I cấp IV BV Trong trường hợp không sử dụng đặc tính off-set MHO, người ta dùng thêm cấp BV thứ tự BV phần ngược đường dây Tổng trở khởi động hướng ngược 25% tổng trở khởi động cấp I đường dây BV ngắn (< 30km) hay ZII = 10% ZI đường dây BV dài Bảo vệ cấp IV hướng ngược dùng cho sơ đồ BVKC pilot khóa hay cho phép (sẽ khảo sát chương 8) Vùng BV cấp IV trường hợp tính toán lớn vùng BV cấp II BV đầu đường dây, nghóa laø Z AIV ≥ 120%.Z BII − Z AB (6.32) Trong thực tế áp dụng tính toán, kiểm tra yếu tố ảnh hưởng đến sai số tổng trở nằm giới hạn cho phép, người ta thường chọn tổng trở ba cấp sau: Cấp I: 85 ÷ 90% tổng trở đường dây BV Cấp II: tổng trở đường dây BV +50% tổng trở phần tử tiếp sau ngắn Cấp III: 1,2 × (tổng trở đường dây BV + tổng trở phần tử tiếp sau dài nhất) Trên hình 6.16 giới thiệu dạng đặc tuyến BVKC cấp thường gặp: Trường hợp a: dùng ba rơle tổng trở hướng phối hợp rơle định hướng công suất để xác định vùng làm việc ba cấp Trường hợp b: dùng ba rơle tổng trở có hướng cho ba cấp khác Trường hợp c: dùng đặc tính tứ giác jx jx jx C B III II AI C R III C III B I R A a) B II I II IV b) R A c) Hình 6.16 Các dạng đặc tuyến bảo vệ Bảo vệ cấp III, chức dự trữ cho đường dây, dự trữ cho điểm NM gần chỗ đặt BV Người ta thường dùng đặc tính off-set-MHO (H.6.16b) cấp IV (H.6.16c) Tổng trở biểu kiến thứ cấp rơle tính n Z R = Z kđ BI nBU 121 6.7 NHỮNG YẾU TỐ LÀM SAI LỆCH SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH 6.7.1 Ảnh hưởng điện trở độ chỗ ngắn mạch, tổng trở nguồn tổng trở liên kết mạch Khảo sát làm việc rơle khoảng cách đặt trạm A BV đường dây RQ hình 6.17 Đường CD tượng trưng tổng trở tương đương liên kết mạch khác hai trạm A B Chúng ta muốn rơle R cắt NM R cố khoảng hs đoạn RQ (hs tính đơn vị tương đối gọi hệ số đặt rơle khoảng cách) Điều có nghóa rơle tác động cắt NM xảy trước điểm đặt này, sau điểm đặt tác động cắt có thời gian cấp II Điểm đặt trở thành điểm cân rơle R, hay ngưỡng tác động phận khoảng cách Khảo sát N3 trực tiếp điểm cân bằng, tính (6.33) V& R = hs Z& L I&RS với: VR - điện rơle; IRS - dòng điện qua rơle; ZL - tổng trở đường dây RQ hs - hệ số đặt (tỷ số tổng trở từ R đến điểm cân so với tổng trở đường dây RQ) Vì tổng trở đo rơle tỷ số điện áp đưa vào rơle với dòng qua rơle, nên ta tính tổng trở đo V& (6.34) Z& RS = & R = hs Z& L I RS Giá trị Z& RS ranh giới tác động không tác động gọi ngưỡng tác động, NM xảy gần R, điện rơle nhỏ dòng qua rơle tăng lên, nên tổng trở đo (6.35) ZR ≤ hsZL Còn cố xảy từ R lớn hệ số hs (6.34) rơle không tác động Tiêu chuẩn tác động BVKC theo biểu thức (6.35) độc lập với tình trạng làm việc hệ thống nguồn phát hệ thống cực đại hay cực tiểu, điều kiện vận hành đóng ngắt đường dây khác Tiêu chuẩn đánh giá khoảng cách theo (6.35) vị trí đo lường rơle đo, nên phận đo lường đo không xác tổng trở từ vị trí đặt rơle đến điểm NM ZE C ES ~ A R IRS ZE D ZL Q iS EU N hS Hình 6.17 Bảo vệ khoảng cách đường dây RQ B ~ hZL R N (1-h)hZL Q iQ iR + ES ZU ZN + EU Hình 6.18 Mạng tương đương đường dây Để hiểu rõ yếu tố ảnh hưởng khảo sát mạng điện hình 6.17 Theo tiêu chuẩn tác động (6.35), số đặt hs số Đối với đường dây, hs chọn khoảng 0,8 ÷ 0,9, nghóa vùng BV đường dây khoảng 80 ÷ 90% đường dây, cố xảy khoảng từ 20 ÷ 10% lại đường dây, rơle đường dây đầu B cắt, sau rơle đầu A cắt máy cắt R có thời gian mạng hình tia nguồn 122 Mạng tương đương cho hình 6.18 với ZL tổng trở đường dây BV RQ, NM ba pha xảy đường dây vị trí N cách R khoảng h, rơle R xác định vị trí NM cách đo tổng trở đường dây nhìn từ R, chiều dài đường dây biết, giả thiết chọn trị đặt hs = 0,9 Khoảng cách đo lường rơle R hàm số biến số hệ thống, chẳng hạn tổng trở mạng góc pha nguồn trước cố, tất biến số ảnh hưởng đến dòng áp R Tính vẽ đặc tính mạch cho đường dây BV tổng trở đo rơle R chế độ làm việc khác hệ thống mặt phẳng tổng trở cho hình 6.19 Nhận xét: Tổng trở đường dây biểu diễn đường thẳng vẽ từ góc O ký hiệu: ZL - Đặc tính khởi động rơle khoảng cách MHO đường tròn qua góc O, đường kính 0,9ZL có góc với góc đường dây RQ - Đường nằm bên phải gần đường ZL đường tổng trở đo rơle R h thay đổi từ ÷ 1, NM qua điện trở trung gian 0,01 đvtđ Ta thấy, khoảng cách đo ngưỡng tác động rơle hc = 0,85 thay 0,9 (90% đường dây) mong muốn (trị số đặt hs = 0,9), điều xảy yếu tố tổng trở nguồn, trị số tổng trở tương đương mạch làm phần dòng điện NM qua mạch khác Ở ta lưu ý, NM điểm 0,9 đường dây không làm khởi động rơle Tình trạng người ta gọi tầm (vùng BV bị thu nhỏ lại) - Đường vẽ điện trở chạm trung gian 0,05 đvtđ (Zn lớn năm lần đường 1), đường cắt đặc tuyến khởi động h = 0,76 Nhận thấy sai số đo lường nhiều có điện trở chạm nhỏ (đường 1) Trường hợp đưa đến tầm - Đường biểu diễn tổng trở đo rơle, tải hệ thống trước cố thay đổi Đường cắt đặc tuyến khởi động h = 0,96 đường mà trước cố có nguồn ES = đvtđ góc điện áp sớm trước góc điện áp EU góc 60 (trường hợp hc > hs đưa đến vùng BV mở rộng thêm, gọi tượng tầm) Đường biểu diễn tình trạng nguồn trước cố EU = 1,0 sớm trước nguồn ES góc 60 , đường cắt đặc tuyến khởi động h = 0,7 (có sai số lớn nhất) X (đvtđ) 0,9 h = 0,85 0,8 ZL 0,7 h = 0,070 hs = 0,9 0,6 0,5 h = 0,76 h = 0,96 0,4 0,3 ZL 0,2 1: θ = 0o; ZN = 0,01 0,1 2: θ = 0o; ZN = 0,05 3: θ = 60 ; ZN = 0,05 4: θ = -60o; ZN = 0,05 o 0,0 -0,1 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 R (đvtđ) Hình 6.19 Tổng trở đường dây bảo vệ tổng trở rơle khoảng cách đo mặt phẳng tổng trở θ - góc lệch ES EU 123 Sau giới thiệu bảng 6.8 kết tính toán với thông số hệ thống thay đổi mạng (H.6.17) Trị số hc (ngưỡng tác động rơle) cột cuối giao điểm đường đặc tuyến khởi động rơle đường tổng trở biểu kiến đo rơle Tính toán với giả thiết tổng trở nguồn kháng tổng trở chạm trung gian trở Bảng 6.8 Sự làm việc rơle khoảng cách chế độ khác hệ thống Trường hợp θS XS θU XU ZE ZN hC Hiện tượng sai số a 0,1 0,1 0,2 + j 1,0 0,01 + j 0,85 Dưới tầm b 0,1 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,76 Dưới tầm 0,1 c d e f o 60 0,1 1,0 0,1 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,96 Quá tầm o 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,70 Dưới tầm o 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,62 Dưới tầm o 1,0 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,79 Dưới tầm o 60 60 60 g 1,0 60 0,1 0,4 + j 2,0 0,05 + j 0,60 Dưới tầm h 1,0 60o 0,1 0,1 + j 5,0 0,05 + j 0,65 Dưới tầm Từ bảng kết ta nhận xét: - Trị số điện trở chạm trung gian lớn có khuynh hướng làm giảm trị số hc tổng trở sang phía phải nhiều, đưa đến tình trạng tầm nhiều - Tổng trở nguồn phía đặt rơle cao làm rơle bị tầm (trường hợp e) - Tổng trở liên lạc mạch lớn làm giảm hc (trường hợp g) Nếu ba trường hợp xảy lúc sai số đo lường lớn (trường hợp g) Tải hệ thống ảnh hưởng quan trọng, sai số lớn góc pha nguồn EU sớm nguồn ES Khi nguồn phía trái (ES) sớm nguồn EU rơle có khuynh hướng bị tầm (trường hợp c) Từ khảo sát trên, có khái niệm rơle khoảng cách gọi tầm tổng trở đường dây nhỏ tổng trở biểu kiến đo tới điểm NM Phần trăm tầm định nghóa Z& R − Z& BV 100% Z& R với: Z& R - tổng trở đặt rơle Z& BV - tổng trở khoảng đường dây BV thực (vùng BV hiệu quả) Một rơle khoảng cách gọi tầm tổng trở thực đường dây tới điểm chạm lớn tổng trở biểu kiến đo rơle Phần trăm tầm định nghóa Z& R − Z& N 100% Z& R Để khắc phục sai số đo lường nêu trên, cần thiết đưa vào rơle nhiều tín hiệu đo lường vị trí khác nhiều hơn, rơle làm việc chọn lọc hơn, cấu tạo rơle phức tạp giá thành tăng cao Để làm rõ thêm ảnh hưởng điện trở trung gian hồ quang khác dòng điện nhánh đặt BV chỗ NM ta xét trường hợp cụ thể sau: 124 1- Ảnh hưởng điện trở hồ quang lên thời gian tác động cấp BVKC Việc vùng BV bị thu nhỏ chấp nhận vùng BV cấp I, nhiên vùng II việc thu nhỏ vùng BV (hoặc vùng BV cấp II bị tầm ảnh hưởng điện trở hồ quang) ảnh hưởng đến điểm NM cuối đường dây BV, vùng cấp II bị cắt với thời gian cấp III Do đó, chọn trị đặt cho thời gian cấp II cần tính toán kiểm tra khoảng bị thu nhỏ Việc tính toán thực cho rơle có đặc tính MHO BV cấp II đường dây truyền tải sau Tổng trở điểm cuối vuøng II Z& = Z& L + k&Z = d jX jX d d a Kz Kz Rhq ZL ZL a Rhq b b ϕL φ1 a) R b) ϕL φ1 R Hình 6.20 Tính toán vùng bị thu nhỏ điện trở trung gian hồ quang đặc tính MHO Điểm tương ứng với đường kính d vòng tròn MHO Từ hình 6.20 d = a + b2 ; a = Rhq + k&Z2 − Rhq k&Z cos φ; b2 = ( Z& L cos φ + Rhq ) + Z& L sin φ) Giải phương trình trên, ta Rhq Z = L   −  k& Z  k&   cos2 φ + 2Z ±  − Z& L  Z& L   k& Z   cos φ Z& L   Trị số Rhq trị số lớn để BV cấp II cắt thời gian cấp II tất điểm NM đường dây BV (tổng trở biểu kiến đo rơle nằm vòng tròn đặc tính cấp II) Ví dụ: Khi kZ = 0,2 φ = 60o Rhq = 0,29ZL hay ZL = 3,45Rhq Một cách để giảm ảnh hưởng điện trở hồ quang đường kính vòng tròn đặc tính không trùng với đặc tính đường dây lệch theo chiều kim đồng hồ hình 6.20b Đối với đường dây có hai nguồn, việc xác định điện trở trung gian hồ quang không đơn giản mạng hình tia Trường hợp tổng quát, khảo sát đường dây có hai nguồn phía trái phía phải đường dây cố Xác định tổng trở tương đương phía trái phải Z1, Z2 Khi có NM đường dây, dòng điện NM gồm hai thành phần I1 từ phía nguồn trái I2 từ phía nguồn phải Người ta tính tổng trở tổng, nhìn rơle phía trái  Z&  V& Z& R = R = Z& L +  +  Rhq &I & R  Z2  với Z& L tổng trở thực từ chỗ đặt rơle tới điểm NM; Z& = Z& L + Z& S 125 Như thế, tổng trở hồ quang biểu kiến đo tăng từ giá trị thực tới giá trị số hạng thứ hai ZR Vì tổng trở nguồn phụ thuộc vào công suất phát, nên tỷ số tổng trở biểu kiến phụ thuộc vào tình trạng hệ thống, điện trở hồ quang biểu kiến lớn điểm chạm gần rơle Lưu ý, điện trở hồ quang biểu kiến số ảo tỷ số tổng trở số hạng thứ hai có góc pha khác không 2- Ảnh hưởng khác dòng điện nhánh chỗ đặt bảo vệ chỗ ngắn mạch Khi khảo sát vùng thứ II BVKC cần phải kể đến ảnh hưởng dòng điện phụ vào nguồn nằm chỗ NM chỗ đặt BV Ví dụ mạng cho hình 6.21, NM điểm N, tổng trở cực rơle đặt trạm A: I& Z& l + I&BN Z& l I& U& A & Z& RA = = AB AB = Z& l AB + BN Z1 l = Z& l AB + Z1 l &I &I &I kpd AB AB AB I AB < - hệ số phân bố dòng điện I BN & = Z& l AB + Z1 l > Z& (l AB + l) kpd kpd = Z& RA Có nghóa là, tổng trở đặt vào rơle lớn tổng trở thực tế đường dây từ chỗ đặt BV đến chỗ NM rơle làm việc trường hợp NM bị dời xa đoạn (đưa đến tình trạng taàm) ~ A RZ ~ IAB B N C LAB ICB L IBN ~ RZ N IAB Hình 6.21 Ảnh hưởng hệ số phân nhánh dòng k1 lên làm việc rơle tổng trở Trường hợp b ngược lại I& AB > I&BN nên kpd > vaø & Z& RA = Z& l AB + Z1 l < Z& (l AB + l) kpd điểm NM chuyển dịch gần phía đặt BV (đưa đến tình trạng tầm) 6.7.2 Ảnh hưởng điểm ngắn mạch gần chỗ đặt bảo vệ Khi điểm NM gần chỗ đặt BVKC, lúc điện đưa vào rơle gần không, rơle có đặc tính MHO không đủ độ nhạy tác động Một biện pháp để khắc phục dùng đặc tính Mho đặc biệt (offset Mho) có vùng BV, bao phủ điểm NM gần chỗ đặt rơle phía thuận phía ngược Một cách khác, để đảm bảo đáp ứng cố có điện áp “zero” việc thêm vào phần điện áp từ pha không bị cố Điện gọi điện phân cực Kỹ thuật gọi phân cực bù, phân cực có lợi việc BV tăng 126 cường đặc tính có hướng đặc tính MHO Sự phân cực bù hiệu trường hợp cố ba pha gần vị trí đặt BV, tất điện áp pha có tượng sụp đổ điện áp Để khắc phục trường hợp này, người ta sử dụng phương pháp “nhớ” điện áp trước cố Rơle khoảng cách hệ kỹ thuật số có đặc tính “Micromho” “Quadramho” có mạch phân cực đồng số Các mạch phân cực đồng nhớ vài chu kỳ điện áp trước cố với thông tin xác tần số pha Khi đường dây đóng điện, vài chu kỳ cần phải phân cực đồng để tự động khóa tần số pha nguồn cung cấp chính, nhằm mục đích cho đơn vị offset MHO vùng III tức thời cố lúc đóng điện đường dây bị cố Các mạch phân cực bù nhớ cho phép tác động nhanh cố gần vị trí đặt rơle theo chiều thuận rơle đảm bảo ổn định cố gần theo hướng ngược Các đặc tính “Micromho” “Quaramho” đảm bảo việc thực thi trường hợp có xét đến sai số độ MBA kiểu tụ điện Các phương án điện áp bù cho tập 6.7.3 Ảnh hưởng sai số đo lường Sai số BI, BU làm cho trị số tổng trở ZR đặt cực rơle thay đổi Vì thế, BI dùng BV phải kiểm tra theo đường cong sai số 10% NM trực tiếp ba pha cuối vùng BV thứ Để giảm tổn hao điện áp dây dẫn phụ mạch điện áp, phải dùng dây có tiết diện lớn dùng MBA đo lường có điện thứ cấp 200V thay 100V 6.7.4 Ảnh hưởng cách nối dây máy biến áp động lực đặt chỗ bảo vệ chỗ ngắn mạch Khi NM sau MBA có tổ nối dây Y/Y rơle tổng trở làm việc trường hợp NM đường dây, tổng trở đặt vào rơle tổng số tổng trở đường dây MBA Nếu tổ nối dây MBA Y/∆ ∆/Y rơle tổng trở làm việc khác đi, NM hai pha sau MBA dòng điện phía sơ cấp thứ cấp MBA khác trị số mà khác góc pha 6.7.5 Ảnh hưởng dao động điện Dao động điện (DĐĐ) phát sinh máy phát điện hệ thống (HT) làm việc đồng Khi có DĐĐ, dòng tăng lên, áp giảm BV phản ứng giống lúc có NM đối xứng Trong trường hợp có DĐĐ, yêu cầu không cắt MC mà phải tìm biện pháp để khôi phục tính đồng hệ thống Quan sát hệ thống điện tương đương hai máy phát (MF) có suất điện động Es, ER đường dây tải điện AB (H.6.22a) Góc lệch pha hai suất điện động δ, công suất truyền tải đoạn AB lớn góc δ tăng Nhưng δ tăng có giới hạn, để bảo đảm tính ổn định hệ thống Từ hình d dòng điện dao động chênh lệch Es vaø ER: E& − E& R I&dd = s Z& ~ A B A B C ES -ES ~ ER C UA A S ER R ES ER δ UA UB Idđ 180 o δ UB Hình 6.22 Đồ thị vectơ dòng áp có dao động với Z& tổng trở tương đương mạch có dòng dao động chạy qua 127 E δ Nếu E& S = E& R = E I dd = sin Z Từ hình 6.22d ta thấy, điện giảm dần tiến dần đến trung tâm đường dây, điện giảm δ tăng lên, điện tiến tới δ = 180o (khi vectơ ES ER ngược chiều nhau, hình c) Điểm có điện gọi tâm điện HT hay tâm DĐĐ Trong trình dao động δ thay jX R đổi kéo theo thay đổi điện áp tất điểm mạng điện Khi δ = 0, B điện áp tất điểm mạng ZR (ES < ER) có giá trị cực đại Umax = E Khi δ tăng, điện áp mạng điện δ P2 giảm xuống có giá trị cực tiểu tâm δ điện Khi δ = 180o điện áp tâm điện ZR (ES < ER) 123 R R giảm xuống đến không, tất A δ δ điểm khác hệ thống U = Idđ.Z Ta quan sát thấy thay đổi tổng trở đặt S P3 đầu cực rơle trình dao δ động mặt phẳng tổng trở Z Hình 6.23 Sự thay đổi tổng trở đầu (H.6.23) cực rơle có dao động Giả thiết trạm A đường dây AB, có đặt BVKC, có đặc tuyến khởi động tổng trở có hướng Khi hệ thống làm việc bình thường, δ không vượt 15 ÷ 20o đỉnh tổng trở mà BVKC đo lúc nằm vùng tác động đặc tuyến (ví dụ điểm P1 ứng với trường hợp E& = E& , P2 ứng với trường hợp S R E& S > E& R , P3 ứng với trường hợp E& S < E& R ) Khi có dao động, δ thay đổi E& S ≠ E& R quỹ đạo đỉnh tổng trở nhìn rơle khoảng cách họ đường cong (đường nằm họ đó) đường thẳng E& S = E& R Khi có NM, rơle khoảng cách đo tổng trở đường dây AB, trường hợp có dao động đo tổng trở AP Khi δ tăng điểm P di chuyển điểm P nằm vùng khởi động BV Cần phân biệt hai trường hợp dao động đồng không đồng Trường hợp dao động đồng bộ: không làm cho MF ổn định, BV không phép làm việc để hệ thống nhanh chóng khôi phục ổn định Trường hợp dao động không đồng bộ: MF làm việc ổn định, kết nghiên cứu năm gần cho thấy với điều kiện định trường hợp MF trở lại làm việc đồng với Nói tóm lại, yêu cầu quan trọng BV không tác động có dao động Đối với BVKC, để tránh tác động nhầm có dao động, người ta chọn đặc tuyến khởi động chứa tâm DĐĐ Trên thực tếâ, biện pháp áp dụng cho vùng I BV, cách thứ hai làm cho BV tác động với thời gian trì hoãn khoảng ÷ 2s Biện pháp áp dụng trì hoãn không làm ảnh hưởng đến ổn định hệ thống Cách thứ 3, dùng rộng rãi cho đường dây cao dùng khóa tự động có xuất DĐĐ, dựa vào nguyên tắc đo tốc độ tổng trở thay đổi Khi dao động tốc độ thay đổi chậm nhiều so với NM 128 6.7.6 Ảnh hưởng tụ điện bù dọc lên bảo vệ khoảng cách Trên đường dây dài, siêu cao áp, người ta thường lắp nối tiếp vào đường dây tụ điện gọi tụ bù dọc Các tụ làm giảm kháng trở đường dây, tăng giới hạn truyền tải công suất theo điều kiện ổn định hệ thống, giảm tổn thất cải thiện điều kiện phân bố điện áp dọc theo chiều dài đường dây chế độ công suất khác a) b) X = 0,6X C L N c) XL XC= 0,6X L Z XL X 0,5XL XN 0,4XL 0,4XL XC L -XC -0,1XL -0,6XL d) XL XC X = 0,3X1 C 2 e) XC = 0,6XL XC 0,4XL L X XL L g) L XC L XC XC = 0,3X1 XC X 0,4XL L XC 0,4XL XC L Hình 6.24 Tổng trở biểu kiến đo rơle đặt đầu đường dây có tụ nối tiếp Các tụ điện bù dọc đặt tập trung phân tán theo chiều dài đường dây Tùy theo mức độ bù vị trí đặt tụ mà tổng trở đo đầu đường dây khác Mức độ bù dọc đặc trưng hệ số bù dọc kC biểu diễn tỷ số chung trở XC tụ dọc kháng trở XL đường dây Đối với đường dây truyền tải siêu cao áp thường chọn hệ số bù dọc kC = 0,25 ÷ 0,7 (đường dây 500kV Bắc - Nam Việt Nam có kC = 0,6) Hình 6.24 trình bày quan hệ biến thiên tổng trở đo đầu đường dây có hệ số bù kC = 0,6 với phương án đặt tụ bù khác Thông thường, để dễ dàng việc lắp đặt, vận hành bảo quản, người ta đặt tụ bù dọc gần trạm đứng đầu đường dây (H.6.24b,d,g) Đối với đường dây có đặt tụ bù dọc, làm việc BVKC bị sai lệch, NM xảy vị trí khác đường dây Chẳng hạn, rơle khoảng cách RZ đặt đầu A (H.6.24b) “nhìn thấy” NM N1 sau tụ XCA (H6.24a), phần đường dây gần tổng trở tụ phần đường dây nằm phía “sau lưng” vùng tác động rơle khoảng cách RZ1 Ngược lại, rơle khoảng cách RZ3 làm nhiệm vụ BV đoạn đường dây trước phản ứng sai, tác động chọn lọc điểm N1 lại rơi vào miền tác động RZ3 (H.6.25) Để ngăn chặn tác động sai rơle khoảng cách, trường hợp dùng phương pháp nối tắt tụ xảy NM cho vùng rơle khoảng cách tác động với độ trễ chừng 0,1 ÷ 0,15s 129 Khi tụ bị nối tắt, đặc tính tổng trở đường dây BV trở lại giống đường dây bình thường tụ bù dọc rơle khoảng cách đảm bảo tính chọn lọc bình thường (H.6.25b) A N1 XCA RL XL RZ1 RZ3 B XCB RZ2 RZ1 jX jX Z’’1 B’ XL XL Z’1 Z’1 ZL Z’’1 B’ XCB XCB B R R A RL Z’3 A RL Z’3 XCA Hình 6.25 Bảo vệ khoảng cách đường dây có đặt bù dọc a) Khi tụ làm việc bình thường; b) Khi tụ bị nối tắt Ở tụ điện bù dọc đại, người ta sử dụng HTBV điện trở phi tuyến (Variston ZnO), khe phóng điện máy cắt điện đấu song song với tụ Khi có NM tùy theo điểm cố (trị số dòng NM) thời gian tồn cố mà thiết bị làm việc nối tắt tụ lại Tất nhiên, nối tắt tụ cho vùng I rơle khoảng cách làm việc trễ ảnh hưởng đến tính tác động nhanh BV Các nguyên lý BV khác so lệch dòng điện, so sánh pha không bị ảnh hưởng bù dọc dùng để BV song song với BVKC Ảnh hưởng tụ nối tiếp đường dây khảo sát kỹ chương BV đường dây 6.7.7 Ảnh hưởng hỗ cảm đường dây song song Trường hợp trình bày chương BV đường dây 6.8 ĐÁNH GIÁ LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH Nhờ có số ưu điểm định nên BVKC ứng dụng rộng rãi mạng điện cao áp 1- Các ưu điểm bảo vệ khoảng cách - Đảm bảo tính chọn lọc mạng có cấu trúc có số nguồn cung cấp tùy ý - Vùng I BV chiếm gần 80 ÷ 90% độ dài phần tử BV có thời gian làm việc bé Điều quan trọng điều kiện ổn định hệ thống phải cắt nhanh phần tử cố gần góp nhà máy điện trạm điểm nút công suất lớn - Có độ nhạy cao NM 130 2- Các nhược điểm bảo vệ khoảng cách - Phức tạp mặt sơ đồ thân rơle thuộc sơ đồ BV BVKC dùng rơle điện loại BV có nhiều rơle cần nhiều tiếp điểm - Các sơ đồ BV không tiếp điểm dùng bán dẫn, vi mạch phức tạp mặt sơ đồ logic có nhiều phần tử chức - Không đảm bảo cắt tức thời NM toàn đường dây BV - Phản ứng theo dao động phụ tải, việc tránh phụ tải làm giảm độ nhạy BV, giảm tác dụng dự trữ cho phần tử kê Để chống dao động phải dùng thiết bị khóa BV trở nên phức tạp Tuy khuyết điểm trên, BVKC BV thông dụng dùng để BV hay dự trữ cho đường dây cao áp hay trung áp Câu hỏi chương 6: 1-Xác định khoảng cách từ chổ đặt rơ le đến điểm ngắn mạch thông qua giá trị đo nào? 2-Giải thích cấp I bảo vệ khoảng cách tính toán 80% đến 90% tổng trở đường dây bảo vệ 3-Giả thích giá trị tính toán cấp II bảo vệ khoảng cách theo điều kiện tổng trở khởi động phải lớn 120% tổng trở đường dây bảo vệ vùng bảo vệ nhỏ vùng bảo vệ cấp I bảo vệ đường dây ngắn tiếp sau 4-Trình bày cách tính toán tổng trở khởi động cấp III bảo vệ khoảng cách 5-Tại cần có bảo vệ vùng ngược cấp IV? 6-Tại sau phải dùng hai bảo vệ khoảng cách chống ngắn mạch nhiều pha pha riêng biệt 7-Cách kiểm tra độ nhạy bảo vệ khoảng cách 8-Hiện tượng tầm,quá tầm ? cho ví dụ dùng bảo vệ khoảng cách 9-Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số bảo vệ khoảng cách,trường hợp đưa đến tầm hay tầm Websides tham khảo www.abb.com www.areva-td.com www.GEindustrial.com/pm www.schneider-electric.com www.tde.alstom.com www.toshiba.co.jp ... I t2 I t3 I t1 II tII4 t2 II t4 III t3 II t4 I ~ L6 t1 t1 D t5 III t5 I t6 II t5 II t6 I t6 III Hình 6. 2 Phối hợp thời gian bảo vệ khoảng cách 6. 2 ĐẶC TUYẾN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ... biểu kiến đo rơle tóm tắt bảng 6. 5 6. 6 Thực tế C1 C2 gần nên biểu thức bảng dùng rộng rãi để tính toán Bảng 6. 6 Tổng trở đo lường ngắn mạch chạm đất (C1 = C2) Bảng 6. 5 Tổng trở rơle đo NM nhiều... thay theá Z& U Z& S1 = 0,00017 ∠ 68 ,1986o Z& I = & ZS1 + Z& E1 + Z& U Z& S1 Z& E1 = 0,00542 ∠ 68 ,1986o Z& J1 = & ZS1 + Z& E1 + Z& U Z& U Z& E1 = 0,00381 ∠ 68 ,1986o Z& K = & ZS1 + Z& E1 + Z& U Tính