Chương 5 36 Chương 5 BẢO VỆ DÒNG SO LỆCH I Nguyên tắc làm việc Bảo vệ dòng so lệch là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ Các máy biến dòng BI đượ[.]
36 Chương 5: BẢO VỆ DÒNG SO LỆCH I Nguyên tắc làm việc: Bảo vệ dòng so lệch loại bảo vệ dựa nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện hai đầu phần tử bảo vệ Các máy biến dòng BI đặt hai đầu phần tử bảo vệ có tỷ số biến đổi nI (hình 5.1) Quy ước hướng dương tất dòng điện theo chiều mũi tên sơ đồ hình 4.1, ta có : I R = I IT − I IIT (5.1) Dịng vào rơle hiệu hình học dịng điện hai BI, bảo vệ có tên gọi bảo vệ dịng so lệch Hình 5.1 : Sơ đồ ngun lí pha bảo vệ dịng so lệch a) Trong tình trạng làm việc bình thường ngắn mạch (ở điểm N’): Trường hợp lí tưởng (các BI khơng có sai số, bỏ qua dòng dung dòng rò đường dây bảo vệ) thì: I IS = I IIS ⇒ I IT = I IIT ⇒ I R = I IT − I IIT = bảo vệ không tác động b) Khi ngắn mạch (ở điểm N”): dòng IIS IIIS khác trị số góc pha Khi hướng dịng quy ước dịng chỗ hư hỏng là: IN I N = I IS − I IIS ⇒ I R = I IT − I IIT = nI Nếu dòng IR vào rơle lớn dòng khởi động IKĐR rơle, rơle khởi động cắt phần tử bị hư hỏng Khi nguồn cung cấp từ phía (IIIS = 0), lúc có dịng IIT, dòng IR = IIT bảo vệ khởi động IR > IKĐR 37 Như theo nguyên tắc tác động bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối để đảm bảo tính chọn lọc khơng cần phối hợp thời gian Vùng tác động bảo vệ giới hạn hai BI đặt đầu phần tử bảo vệ II Dịng khơng cân bằng: Khi khảo sát nguyên tắc tác động bảo vệ dòng so lệch ta giả thiết tình trạng làm việc bình thường ngắn mạch ngồi, lí tưởng ta có IIT = IIIT Tuy nhiên thực tế : I IT = I 'IS − I 'I µ ; I IIT = I 'IIS − I 'II µ Như vậy, dịng rơle (khi khơng có ngắn mạch vùng bảo vệ, dòng rơle gọi dòng không cân IKCB) bằng: (5.2) I R = I KCB = I IT − I IIT = I 'II µ − I 'I µ Ngay kết cấu hai BI giống nhau, dịng từ hóa I’IIµ I’Iµ chúng thực tế khơng Vì dịng khơng cân có giá trị định Vẫn chưa có phương pháp phù hợp với thực tế đủ xác để tính tốn dịng khơng cân q độ Vì để đánh giá đơi người ta phải sử dụng số liệu theo kinh nghiệm Trên hình 5.3b quan hệ iKCB = f(t), khảo sát đồ thị số liệu khác người ta nhận thấy : iKCB độ lớn nhiều lần trị số xác lập đạt đến trị số chí lớn dòng làm viêc cực đại iKCB đạt đến trị số cực đại vào thời điểm đầu ngắn mạch mà Hình 5.3 : Đồ thị biểu diễn quan hệ chậm theo thời gian trị số tức thời trị số iKCB xác lập sau ngắn mạch dịng ngắn mạch ngồi (a) lớn nhiều so với trước ngắn dịng khơng cân mạch mạch ảnh hưởng từ dư lõi rơle bảo vệ so lệch (b) thép.thời gian tồn trị số iKCB lớn khơng q vài phần mười giây III Dịng khởi động độ nhạy: III.1 Dòng điện khởi động: Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc ngắn mạch ngồi, dịng khởi động rơle cần phải chỉnh định tránh khỏi trị số tính tốn dịng không cân bằng: IKĐR ≥ kat.IKCBmaxtt (5.3) IKCBmaxtt : trị hiệu dụng dịng khơng cân cực đại tính tốn tương ứng với dịng ngắn mạch ngồi cực đại Tương ứng dòng khởi động bảo vê là: IKĐ ≥ kat.IKCBSmaxtt (5.4) IKCBSmaxtt dịng khơng cân phía sơ cấp BI tương ứng với IKCBmaxtt tính tốn sau: (5.5) IKCBSmaxtt = fimax.kđn.kkck IN ngmax 38 với: fimax - sai số cực đại cho phép BI, fimax = 10% kđn - hệ số đồng BI, (kđn = ÷ 1), kđn = BI hoàn toàn giống dòng điện qua cuộn sơ cấp chúng nhau, kđn = BI khác nhiều nhất, BI làm việc khơng có sai số (hoặc sai số bé) cịn BI có sai số cực đại kkck - hệ số kể đến thành phần khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch IN ngmax - thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch lớn III.2 Độ nhạy: Độ nhạy bảo vệ đánh giá thông qua hệ số độ nhạy: I (5.6) K n = N I KÂ INmin : dịng nhỏ có chỗ ngắn mạch ngắn mạch trực tiếp vùng bảo vệ Yêu cầu độ nhạy bảo vệ dòng so lệch Kn ≥ IV Các biện pháp nâng cao độ nhạy: Cho bảo vệ làm việc với thời gian khoảng 0,3 đến 0,5 sec để tránh khỏi trị số q độ lớn dịng khơng cân Nối nối tiếp với cuộn dây rơle điện trở phụ (hình 5.4) Tăng điện trở mạch so lệch làm giảm thấp dịng khơng cân dịng ngắn mạch thứ cấp (khi hư hỏng vùng bảo vệ) Tuy nhiênmức độ giảm thấp không tính chất khác dịng khơng cân q độ dòng ngắn mạch Mức độ giảm dòng khơng cân nhiều có chứa thành phần không chu kỳ nhiều Do sơ đồ đơn giản nên biện pháp sử dụng để thực bảo vệ cho số phần tử hệ thống điện Nối rơle qua máy biến dòng bão hịa trung gian (BIG) Dùng rơle có hãm Hình 5.4 : Bảo vệ dòng so lệch dùng điện trở phụ mạch rơle V Bảo vệ so lệch dùng rơle nối qua BIG: Sơ đồ nguyên lí bảo vệ có rơle nối qua BIG hình 5.5a Hoạt động sơ đồ dựa sở dịng khơng cân q độ ngắn mạch ngồi (hình 5.3) thường có chứa thành phần khơng chu kỳ đáng kể làm dịch chuyển đồ thị biểu diễn trị tức thời dịng iKCB phía trục thời gian Thơng số BI bão hịa lựa chọn để biến đổi thành phần không chu kỳ chứa iKCB qua cuộn sơ Dùng sơ đồ thay BI để phân tích, thấy phần lớn thành phần khơng chu kỳ qua nhánh từ hóa làm bão hịa 39 mạch từ (giảm Zµ) Trong điều kiện thành phần chu kỳ iKCB chủ yếu khép mạch qua nhánh từ hóa mà khơng vào rơle Điều kiện làm việc BIG phức tạp quan hệ phi tuyến biến đổi qua BI xếp chồng với quan hệ phi tuyến biến đổi iKCB qua BIG Phần ta khảo sát đồ thị vòng từ trễ BIG thay đổi trị tức thời dòng theo thời gian (hình 5.5) a) b) c) Hình 5.5 : Bảo vệ dòng so lệch dùng rơle nối qua BI bão hòa trung gian a) sơ đồ nguyên lí bảo vệ b) hoạt động sơ đồ ngắn mạch vùng bảo vệ c) hoạt động sơ đồ ngắn mạch VI Bảo vệ dùng rơle so lệch có hãm: Dịng so lệch thứ hay cịn gọi dòng làm việc hiệu dòng thứ ILV = ISLT = IIT - IIIT dòng hãm 1/2 tổng dòng thứ IH = 0,5*(IIT + IIIT) Khi ngắn mạch ngồi, trị tuyệt đối hiệu dịng ln ln nhỏ 1/2 tổng dòng thứ, tức là: I IT − I IIT < 0,5 I IT + I IIT hay : ILV < IH (5.7) Khi ngắn mạch trong, trị tuyệt đối hiệu xem lớn 1/2 tổng: I IT − I IIT > 0,5 I IT + I IIT hay : ILV > IH (5.8) Khi ngắn mạch có nguồn cung cấp từ phía IIIT = ; ILV = IIT ; IH = 0,5IIT Biểu thức (5.7) (5.8) coi sở để thực rơle có hãm Các rơle dựa vào việc so sánh đại lượng: I IT − I IIT 0,5 I IT + I IIT Sơ đồ nối BI với rơle hình 5.7b qua BIG có tỉ số biến đổi nI = 1, cuộn sơ BIG chia thành phần nhau, cuộn thứ có dịng hãm đưa vào phận hãm rơle; 40 dòng so lệch cung cấp cho phận làm việc rơle lấy từ điểm cuộn sơ BIG Hình 5.7 : Bảo vệ dịng so lệch có hãm a) Đồ thị véc tơ dịng thứ mạch bảo vệ b) Sơ đồ nguyên lí pha bảo vệ VII Đánh giá bảo vệ so lệch dọc: VII.1 Tính chọn lọc: Theo nguyên 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 không làm cho bảo vệ tác động chọn lọc VII.2 Tác động nhanh: Do bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên không yêu cầu phải phối hợp thời gian với bảo vệ phần tử kề Bảo vệ thực để tác động không thời gian VII.3 Độ nhạy: Bảo vệ có độ nhạy tương đối cao dịng khởi động chọn nhỏ dịng làm việc đường dây VII.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 khơng (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 Từ phân tích cho thấy nên đặt bảo vệ so lệch dọc cho đường dây có chiều dài không 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 41 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 VIII 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 công 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 dịng 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 động IKĐR phận khởi động 5RI bảo vệ khơng tác động 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 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 42 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 không 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 Bảo vệ cắt đường dây bị hư hỏng khơng 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 không 1’MC đường dây I không hư hỏng