Giáo trình bảo vệ rơ le (nghề vận hành thủy điện) trường cao đẳng lào cai

1 UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/ MƠ ĐUN BẢO VỆ RƠ LE NGÀNH/NGHỀ: VẬN HÀNH THỦY ĐIỆN (Áp dụng cho Trình độ cao đẳng) LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2019 LỜI GIỚI THIỆU Mô đun bảo vệ rơ le hệ trung cấp phù hợp với yêu cầu bảo vệ nhà máy thủy điện mô đun cần thiết nhà máy thủy điện Việc giẳn kết dắn vấn đề bảo vệ vận hành nhà máy thủy điện trạm biến áp chúng mang lại lợi ích khơng nhỏ hệ thống kinh tế quốc dân nói chung hệ thống điện nói riêng Muốn giải vấn đề nêu cần có hiểu biết tồn diện, sâu sắc nhà máy điện trạm biến áp mà hệ thống điện phần đáp ứng nhu cầu bạn đọc, cán giảng dạy thuộc khoa điện – điện tử trường Cao đẳng Lao Cai biên soạn sách dựa kết nghiên cứu, giảng dạy nhiều năm tài lệu xuất Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả tham khảo tài liệu giáo trình khác phần cuối giáo trình thống kê Lần đầu biên soạn ban hành, giáo trình chắn cịn khiếm khuyết; mong thầy cô giáo cá nhân, tập thể trường đào tạo nghề sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày hoàn thiện hơn, đáp ứng mục tiêu đào tạo mơn học nói riêng ngành vận hành thủy điện chuyên ngành kỹ thuật nói chung Lao Cai, tháng năm 2018 Nhóm biên soạn Lại Văn Dũng Mục lục Bài 1: Những khái niệm chung bảo vệ rơle - loại rơle 1.Khái niệm chung Yêu cầu bảo vệ rơle Các loại rơle Các phương pháp nối rơle tác động rơle lên máy cắt; Các nguồn điện thao tác Bài 2: Các nguyên lý đo lường phát hư hỏng hệ thống điện Bài 3: Bảo vệ đường dây tải điện Những vấn đề chung; Bảo vệ dòng điện Bảo vệ so lệch dòng điện: Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ so sánh hướng Bảo vệ chống chạm đất lưới điện có dịng chạm đất bé Tự đóng lại Bài 4: Bảo vệ máy phát điện đồng Các dạng hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường máy phát điện; Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây stato; Bảo vệ chống ngắn mạch pha; Bảo vệ chống vòng dây cuộn stato chập nhau; Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây rôto; Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch; Bảo vệ chống kích từ; Bài 5: Bảo vệ máy biến áp máy biến áp tự ngẫu Các dạng hư hỏng loại bảo vệ thường dùng Các bảo vệ chống ngắn mạch Bảo vệ chống tải Bảo vệ rơle khí (Buchholz); Lựa chọn phương thức bảo vệ máy biến áp; Bài 6: Bảo vệ máy phát điện – Máy biến áp Bảo vệ so lệch có hãm; Bảo vệ khoảng cách đặt phía cao áp máy biến áp để làm dự phòng; Bảo vệ chống bão hoà mạch từ máy biến áp; Những bảo vệ khác đặt máy phát điện - máy biến áp; Lựa chọn phương thức bảo vệ cho máy phát điện - máy bién áp; Bài 7: Bảo vệ hệ thống góp bảo vệ dự phòng máy cắt hỏng Bài 8: Bảo vệ động điện ba pha điện áp cao Các dạng hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường động điện; Bảo vệ dòng điện; Bảo vệ so lệch dòng điện; Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây Stato; Bảo vệ tải cho động cơ; Bảo vệ chống đối xứng; Bài Những khái niệm chung bảo vệ rơ le Khái niệm chung 2.Yêu cầu bảo vệ rơ le 2.1 Tính chọn lọc 2.2 Tác động nhanh 2.3 Độ nhạy 2.4 Tính kinh tế Các loại rơ le Các phương pháp tác động rơ le lên máy cắt 4.1 Phương pháp thứ 4.2 Phương pháp thứ 4.3 Phương pháp nối dây rơ le 10 Bài Nguyên lý đo lường phát hư hỏng hệ thống điện 11 Bài Bảo vệ đường dây tải điện Những vấn đề chung Quá dòng điện 12 13 Bảo vệ so lệch dịng điện 14 15 Bảo vệ có khoảng cách 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 dịng điện IR đưa vào rơle góc (pR chúng: t = ^,9R ) R 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 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 16 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 5.9 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 5.9, ta có dòng đưa vào rơle IR = IIT - IIIT Ap 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 IIT , IIIT trùng pha Dòng vào rơle IR = IIT - IIIT gần (IR = IKCB), nhỏ dòng khởi Hình 5.9 : Bảo vệ so lệch ngang có hướng dùng cho đường dây song song Khi ngắn mạch đường dây I điểm N’ (hình 5.9), dịng II > III Về phía trạm A có IR = IIT - IIIT ; cịn phía trạm B có IR = 2IIIT Rơle 5RI phía khởi động Công suất ngắn mạch đường dây I phía A lớn đường dây 17 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 dòng đường dây có thay đổi đến lúc bảo vệ phía trạm B tác động cắt 2”MC Hiện tượng khởi động không 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 dịng cực đại khơng thời gian Nếu khơng tách bảo vệ ra, cắt khơng đường dây cịn lại xảy ngắn mạch ngồi ũ 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 Bảo vệ so sánh hướng Bảo vệ dịng cắt nhanh có hướng: Bảo vệ dịng cắt nhanh có hướng bảo vệ có hướng khơng thời gian mà tính chọn lọc tác động đạt cách chọn dòng khởi động IKĐ lớn giá trị cực đại dịng ngắn mạch ngồi Iỵngmax theo hướng tác động phận định hướng công suất điều kiện chỉnh định theo dòng điện bảo vệ dịng cắt nhanh có hướng dao động (đối với bảo vệ cắt nhanh nối vào dịng pha tồn phần) khơng phải điều kiện tính tốn 18 Trên hình 3.21 đồ thị biểu diễn thay đổi giá trị dòng điện đường dây AB có nguồn cung cấp dịch chuyển điểm ngắn mạch dọc theo đường dây Dòng khởi động bảo vệ cắt nhanh khơng có hướng đường dây chọn lớn giá trị lớn dịng ngắn mạch ngồi, trường hợp hình 3.21 IKĐ=kat.INngmaxA Như nối bảo vệ cắt nhanh phía trạm B khơng có ý nghĩa IKĐ ln ln lớn dịng ngắn mạch qua bảo vệ đặt phía trạm B Nếu ta đưa thêm phận định hướng công suất vào bảo vệ cắt nhanh trạm B, chọn dịng khởi động khơng kể đến dịng INngmaxA Dòng khởi động bảo vệ B nhỏ so với trường hợp dùng bảo vệ cắt nhanh không hướng nêu IKĐ B = kat.INngmaxB Trong trường hợp bảo vệ cắt nhanh phía trạm B bảo vệ phần lớn đường dây AB Bảo vệ chống chạm đất lưới điện có dịng chạm đất bé Bảo vệ dịng thứ tự khơng Trong mạng có dịng chạm đất lớn: * Bảo vệ dịng thứ tự khơng thực nhờ rơle RI nối vào lọc dòng thứ tự khơng LIo Khi chiều dịng điện chấp nhận sơ đồ hình 4.1 4.2, dòng điện qua rơle RI bằng: I R = la + I b + I c Dòng thứ BI tương ứng với sơ đồ thay (hình 2.13) là: • I I o • • It = Is - I*=ras (Is -1 v ) Ví dụ: la = „ (IA - I A „ ) T Vì vậy:I R = ^(I A + I B + le) -^ ( I A v+ I B v + Ie v ) T T Tổng dòng từ hóa máy biến dịng quy đổi phía thứ cấp chúng gọi dịng khơng cân thứ cấp lọc: I KCBT = (l A v + I B v + le v ) T Tổng: IA + IB + le = 3Io ;—— = n| s (4.1) 19 Như bảo vệ tác động dạng ngắn mạch có tạo nên dịng Io (ngắn mạch chạm đất) Đối với lọc dùng BI lí tưởng có Iụ, = IKCBT = Tuy nhiên thực tế BI ln ln có dịng từ hóa dịng từ hóa pha khác dịng sơ pha có trị số nhau, IKCBT ^ Dịng khởi động bảo vệ: Trong tình trạng làm việc bình thường ngắn mạch pha (khơng chạm đất) dịng thứ tự không I0 = Do để bảo vệ không tác động ngắn mạch pha vùng bảo vệ cần chọn: IKĐ = kat IKCBStt (4.4) Dịng IKCBStt tính tốn trường hợp ngắn mạch ngồi khơng chạm đất cho dịng lớn Đồng thời để phối hợp độ nhạy bảo vệ thứ tự khơng dịng khởi động bảo vệ đoạn sau (gần nguồn hơn) phải chọn lớn bảo vệ đoạn trước Dịng khởi động bảo vệ thứ tự không thường bé nhiều so với dòng làm việc cực đại đường dây nên độ nhạy cao Thời gian làm việc: Bảo vệ dịng thứ tự khơng có đặc tính thời gian độc lập, chọn theo nguyên tắc bậc thang Xét ví dụ mạng hở có nguồn cung cấp có trung tính nối đất điểm đầu nguồn (hình 4.3) Bảo vệ 2a trạm B, C chỉnh định không thời gian (thực tế t2a ~ 0,1 giây) thời gian tác động bảo vệ đường dây là: t3a = t2a + At ; t4a = t3a + At Trên đồ thị hình 4.3 vẽ đặc tính thời gian bảo vệ ^ làm nhiệm vụ chống ngắn mạch nhiều pha mạng Từ hình 4.3 điều trình bày ta thấy ưu điểm bảo vệ dịng thứ tự khơng so với bảo vệ nối vào dịng pha tồn phần thời gian làm việc bé độ nhạy cao 20 Hình 4.3 : Đặc tính thời gian bảo vệ dịng TTK bảo vệ Nối vào dịng pha mạng có trung tính nối đất trực tiếp Bảo vệ dịng thứ tự khơng Trong mạng có dịng chạm đất bé: Trong mạng có dịng điện chạm đất bé (trung tính không nối đất nối đất qua cuộn dập hồ quang) giá trị dòng điện chạm đất pha thường khơng q vài chục Ampere Ví dụ mạng cáp, để chạm đất pha không chuyển thành ngắn mạch nhiều pha chạm đất lớn cho phép vào khoảng 20^30A Những bảo vệ dùng rơle nối vào dịng điện pha tồn phần khơng thể làm việc với dịng điện sơ cấp bé vậy, người ta dùng bảo vệ nối qua lọc dòng điện thứ tự không Bảo vệ đặt đầu đường dây AB phía trạm A mạng có trung tính cách đất (hình 4.15) Dịng khởi động: Dịng khởi động bảo vệ xác định theo điều kiện chọn lọc: Bảo vệ không tác động chạm đất hướng bảo vệ @1° i’ic- J c _L—f—Ị(=h3£m' B Hình 4.15 : Chạm đất pha mạng có trung tính cách đất Ví dụ pha C đường dây AC bị chạm đất điểm N’ (hình 4.14), qua bảo vệ đặt đường dây AB có dịng 3I0CD điện dung COD pha ... Bài 5: Bảo vệ máy biến áp máy biến áp tự ngẫu Các dạng hư hỏng loại bảo vệ thường dùng Các bảo vệ chống ngắn mạch Bảo vệ chống tải Bảo vệ r? ?le khí (Buchholz); Lựa chọn phương thức bảo vệ máy... thường động điện; Bảo vệ dòng điện; Bảo vệ so lệch dòng điện; Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây Stato; Bảo vệ tải cho động cơ; Bảo vệ chống đối xứng; Bài Những khái niệm chung bảo vệ rơ le Khái niệm... GIỚI THIỆU Mô đun bảo vệ rơ le hệ trung cấp phù hợp với yêu cầu bảo vệ nhà máy thủy điện mô đun cần thiết nhà máy thủy điện Việc giẳn kết dắn vấn đề bảo vệ vận hành nhà máy thủy điện trạm biến