1 CHUYÊN ĐỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống bảo vệ thanh cái là một phần quan trọng trong hệ thống bảo vệ của trạm biến áp bởi vì nó quyết định đến việc phân phối điện năng của[.]
CHUYÊN ĐỀ: HỆ THỐNG BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống bảo vệ phần quan trọng hệ thống bảo vệ trạm biến áp định đến việc phân phối điện toàn trạm loại bảo vệ có giá thành cao gấp nhiều lần so với bảo vệ khác Tuy nhiên, việc lựa trọn hệ thống bảo vệ chưa quan tâm mức trình thiết kế đồng thời với việc chưa có qui định rõ ràng EVN, tài liệu giảng dậy trường đại học trình bầy hệ thống bảo vệ cũ, lạc hậu so với thực tế nên nảy sinh nhiều bất hợp lý lựa chọn bảo vệ Chuyên đề chủ yếu phục vụ phân tích việc lựa chọn loại bảo vệ nhằm nâng cao chất lượng trình thiết kế Chuyên đề bao gồm phần sau: Phần 1: Giới thiệu chung Phần 2: Nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch Phần 3: Bảo vệ trở kháng cao thấp Phần 4: Giới thiệu số bảo vệ sử dụng phổ biến thực tế Mặc dù dành nhiều thời gian cho chuyên đề khả tác giả hạn chế nên chun đề khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong tập thể phịng Thiết kế trạm quan tâm góp ý để tơi hồn thiện chun đề Xin chân thành cảm ơn! Tác giả: NGUYỄN VIỆT THANH I GIỚI THIỆU CHUNG: Hệ thống phần tử quan trọng trạm điện, nơi nhận điện từ nguồn cung cấp đến phân phối điện cho hộ tiêu thụ Một số nguyên nhân gây cố góp là: Hư hỏng cách điện già cỗi vật liệu Quá điện áp Máy cắt hư cố ngồi góp Thao tác nhầm Sự cố ngẫu nhiên vật dụng rơi chạm góp Sự cố xảy với góp ít, góp đầu mối liên hệ nhiều phần tử hệ thống nên xảy ngắn mạch góp khơng loại trừ cách nhanh chóng tin cậy gây hậu nghiêm trọng làm tan rã hệ thống Hệ thống bảo vệ nhằm loại trừ cố xảy Khi xảy ngắn mạch trì vùng tác động bảo vệ cái, bảo vệ gửi tín hiệu cắt tới tất máy cắt nối đến bị hư hỏng Bảo vệ góp cần thoả mãn đòi hỏi cao chọn lọc, khả tác động nhanh độ tin cậy Để thực bảo vệ người ta thường sử dụng ngun lý sau đây: So sánh dịng điện có hãm với nguyên lý rơle tổng trở cao thấp II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: N2 CT1 CT2 I It1 87 It2 N1 Trên hình vẽ trình bầy nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện Dòng điện so lệch chạy qua rơle ΔI = It1 – It2 Nếu bỏ qua sai số biến dịng điện chế độ làm việc bình thường ngắn mạch N1 ngồi ta có: It1 = It2 → ΔI = → rơle không làm việc Trong trường hợp ngắn mạch vùng bảo vệ ta có: It1 ≠ It2 → ΔI ≠ → rơle tác động III RƠLE SO LỆCH TRỞ KHÁNG CAO VÀ TRỞ KHÁNG THẤP: A Rơle so lệch trở kháng cao: Nguyên lý làm việc: Thành phần chính: Điện trở ổn định Rs Điện trở phi tuyến Rnl Rơle dòng F50 Nguyên lý: N1 MC1 MC2 CT1 CT2 N2 Rc t1 Rl1 Inm Rc t2 Rl2 Rs X1 X2 Rnl 87 Sơ đồ trình bày phương án thực bảo vệ rơle trở cao Để đơn giản, ta xét trường hợp sơ đồ góp có hai phần tử (1, 2) máy biến dòng có thơng số giống Rơle mắc nối tiếp vời điện trở ổn định Rs, việc mắc nối tiếp điện trở ổn định Rs làm tăng tổng trở mạch rơle nên phần lớn dịng khơng cân (do bão hồ khơng giống CT ngắn mạch ngoài) chạy mạch CT bị bão hịa có tổng trở thấp hơn, nghĩa Rs có tác dụng phân dịng qua rơle tránh rơle tác động khơng mong muốn có ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ Nếu xem máy biến dịng hồn tồn giống Rct1 = Rct2, dây dẫn phụ đặc trưng Rl1 = Rl2, máy biến dịng khơng bị bảo hịa trị số điện kháng X1, X2 lớn nên dịng điện từ hóa bỏ qua, dịng điện vào nút cân (định luật Kirchoff) phía thứ cấp CT khơng có dịng chạy qua rơle, rơle khơng tác động Trường hợp tồi tệ máy biến dịng đặt phần tử có cố bão hịa hoàn toàn, giả thiết ngắn mạch nhánh làm CT nhánh bị bão hịa hồn tồn (X1 = 0) nghĩa biến dịng khơng có tín hiệu đầu ra, tình trạng biểu thị cách nối tắt X1 Máy biến dịng cho tín hiệu đầu lớn hơn, khơng bị bão hịa Dịng điện ngắn mạch phía thứ cấp ( Inm) phân bố qua tổng trở nhánh gồm Rct1, Rl1 nhánh rơle Điện áp đặt rơle: Dòng điện qua rơle: Nếu Rs có giá trị nhỏ, I gần Inm điều không cho phép Mặt khác, Rs lớn I giảm Phương trình gần sau: Ur = Id.Rs = Inm.(Rct1 + Rl1) Muốn tăng độ nhậy bảo vệ cần chọn CT có điện trở cuộn Rct nhỏ giảm điện trở dây dẫn tới rơle Khi ngắn mạch điện phía sơ cấp chạy vào góp, phía thứ cấp tất dòng điện chạy vào rơle tạo nên điện áp đặt rơle lớn, rơle tác động, gây điện áp cực rơle điện trở ổn định sử dụng có giá trị lớn Để chống áp cho rơle mắc song song điện trở phi tuyến với rơle Tính tốn chỉnh định rơle: Bảo vệ so lệch trở kháng cao tác động dòng điện so lệch Id > Ikđ Ur > Ukđ Để đảm bảo độ tin cậy, chọn lọc tránh tác động nhầm sai số CT ta chọn dòng khởi động lớn tổng dòng điện từ hóa CT điện áp khởi động Ikd = m.Ie m: số CT cấp dòng cho BVTC Ie: dịng điện từ hóa Bảo vệ so lệch trở kháng cao thường tính tốn làm việc ổn định trường hợp có dịng cố vùng bảo vệ với nhiều CT bị bão hịa hồn tồn Ukđ = (Ifm/n).(Rct + Rl) Ifm: dịng cố max n: tỷ số CT Trong trường hợp dòng điện làm việc lớn dòng khởi động điện áp đặt rơle nhỏ điện áp khởi động, rơle khóa lại Một yếu tố quan trọng q trình tính tốn thơng số Vk CT (điện áp điểm gập đường cong từ hóa V/Ie) Để CT khơng bị bão hịa trước điện áp tăng đến ngưỡng tác động dẫn đến CT tạo dòng thứ cấp với sai số lớn, người ta thường phải chọn CT với cấp xác Class PX với thông số Vk lớn điện áp lớn đặt rơle Vk > 2.Ithứ_cấp_max.(Rct+Rcable+2.Rrelay) Các yêu cầu phạm vi ứng dụng sử dụng rơle so lệch trở kháng cao: Khi trang bị rơle so lệch trở kháng cao cần đáp ứng yêu cầu sau: Các CT phục vụ cho rơle cần giống vệ: Tỷ số, đường cong từ hóa, điện trở CT Điện áp điểm gập Vk CT phải lớn điện áp khởi động rơle Để tăng độ nhậy rơle nên sử dụng CT dây dẫn với điện trở nhỏ tối đa Rơle so lệch trở kháng cao thường sử dụng trường hợp vùng bảo vệ có dịng điện cố nhỏ bảo vệ chạm đất bên MBA khả làm việc nhậy rơle so lệch trở kháng thấp trường hợp nêu B Rơle so lệch trở kháng thấp: Nguyên lý làm việc: Cấu tạo: Biến dòng trung gian Mạch chỉnh lưu diôt Biến trở R Rơle dòng F50 Nguyên lý: MC1 MC2 MCn C T1 C T2 C Tn It1 Is1 C T1' It2 Is2 C T2' Itn Isn Iti Ih = Kh C Tn' Iti R RL C L1 C L2 C Ln Ilv = Iti Trên hình vẽ trình bầy nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện trở kháng thấp dùng cho đơn Dòng điện làm việc Ilv tổng véc tơ tất dòng điện thứ cấp n phần tử nối đến Dòng điện hãm Ih tỷ lệ với tổng đại số tất dòng điện thứ cấp n phần tử nối đến Kh hệ số hãm điều chỉnh cách thay đổi trị số điện trở R Hệ số hãm để nhằm nâng cao độ nhạy ngăn chặn tác động nhầm ảnh hưởng sai số CT có ngắn mạch ngồi Trong trường hợp bình thường có ngắn mạch ngồi Ilv < Ih, rơle so lệch khơng làm việc Khi có ngắn mạch vùng bảo vệ Ilv > Ih, rơle so lệch không làm việc gửi tín hiệu cắt tới tất máy cắt liên quan đến Bảo vệ so lệch trở kháng thấp kết hợp công nghệ kỹ thuật số: Ngày nay, loại rơle điện rơle tĩnh khơng cịn sản suất nữa, thay vào rơle số với ưu điểm vượt trội như: Giảm kích thước, tăng độ tin cậy, độ xác, cơng suất bé, lưu giữ thơng tin Nguyên lý làm việc rơle số Mạch đo lường: Thu thập tín hiệu tương tự Mạch lọc khuếch đại tín hiệu Bộ chuyển đổi tương tự - số Bộ vi xử lý Mạch tín hiệu: Đầu vào nhị phân tiếp điểm điều khiển đầu 1> Đặc tính so lệch § ê ng sù c è Id V Id a b ù ng tá c n độ g K Vù ng hà m Tả i b ình thư ờng Ir Đặc tính bảo vệ so lệch sử dụng đường nghiêng giới hạn để nâng cao độ tin cậy, tránh bảo vệ tác động trường hợp không mong muốn có ngắn mạch ngồi CT bị bão hòa vận hành hệ thống bảo vệ Đoạn a: Biểu thị giá trị dòng điện khởi động bảo vệ, dịng điện phụ thuộc vào dịng từ hóa CT Đoạn b: Đoạn đặc tích xét đến chức khóa bảo vệ xuất hiện tượng bão hòa vài CT Khi dòng điện so lệch nằm đường nghiêng giới hạn dòng hãm lớn điểm gập rơle cảnh báo có CT bị bão hịa Để tăng thêm độ xác phát CT bị bão hòa rơle số cịn kết hợp thêm điều kiện dạng tín hiệu dịng điện từ CT truyền đến Nếu tín hiệu dịng điện bị biến dạng khơng cịn hình sin bảo vệ cảnh báo CT bị bão hòa 2> Cấu hình hệ thống bảo vệ Cấu hình phân phối: MC1 CT1 MC2 DAU FO CT2 MCn DAU FO CTn DAU FO CU Hệ thống bảo vệ với cấu hình phân phối bao gồm thành phần mức ngăn DAU – DATA ACQUISITION UNIT xử lý trung tâm CU – CENTRAL UNIT Bộ DAU có chức thu thập tín hiệu ngăn, xử lý liệu cung cấp tín hiệu điều khiển máy cắt Bộ CU thu thập tất thông tin ngăn từ DAU thông qua cáp quang, xử lý thông tin cung cấp tín hiệu điều khiển cảnh báo… Ưu điểm giải pháp là: Giảm số lượng dây dẫn đấu nối hệ thống bảo vệ Kết hợp thêm chức bảo vệ dự phòng như: bảo vệ dòng F50/51, bảo vệ chống hư hỏng máy cắt F50BF Hệ thống với cấu hình phân phối thường sử dụng trường hợp có nhiều ngăn lộ ưu điểm vận hành linh hoạt, dễ dàng cách ly ngăn lộ cần bảo dưỡng sửa chữa Cấu hình tập trung: MC1 MC2 MCn CT1 CT2 CTn CU Hệ thống bảo vệ với cấu hình tập trung sử dụng dây dẫn đưa tín hiệu từ tất ngăn tới trung tâm Bộ trung tâm thực tất chức thu thập thông tin, xử lý thông tin cung cấp tín hiệu điều khiển cảnh báo… Ưu nhược điểm giải pháp là: Thuận tiện mở rộng thêm ngăn lộ Sử dụng nhiều dây dẫn Tốc độ xử lý không cấu hình phân phối khối trung tâm thực khối lượng tính tốn lớn Hệ thống với cấu hình tập trung thường sử dụng trường hợp có số ngăn lộ vừa phải để giảm số lượng dây dẫn giá thành thấp so với loại cấu hình phân phối Tính tốn chỉnh định rơle: Hệ thống bảo vệ kỹ thuật số bao gồm nhiều thông số cần chỉnh định Do đó, chuyên đề đưa phương pháp tính tốn thơng số dịng điện khởi động Id hệ số hãm k Việc lựa trọn dòng Id thực cho rơle làm việc phát dòng ngăn mạch nhỏ khơng làm việc dịng tải max Để đảm bảo độ tin cậy thông thường Id chọn sau: Itải_max < Id < 0.8Ingắn_mạch_min Để lựa chọn hệ số hãm k ta cần quan tâm tới thành phần quan trọng hệ số tải thực tế Kb CT Kb = Ingắn_mạch_max / Ibắt_đầu_bão_hòa_CT Ibắt_đầu_bão_hòa_CT = Idanh_định_thứ_cấp.ALF’ ALF’ = ALF.[(Rct+Rb)/(Rct+Rrơle+Rcáp)] Nếu Kb < ta chọn hệ số hãm k = 0,6 Nếu Kb ≥ ta chọn hệ số hãm k > Đối với hệ thống có trở nên người ta thường đặt thêm vùng kiểm tra (check zone) bao trùm toàn hệ thống cái, kết hợp với vùng bảo vệ so lệch để tăng thêm độ tin cậy chọn lọc hệ thống bảo vệ Các yêu cầu phạm vi ứng dụng sử dụng rơle so lệch trở kháng thấp: Ngày nay, người ta thường lựa trọn rơle so lệch trở kháng thấp hầu hết trường hợp ưu điểm vượt trội so với rơle so lệch trở kháng cao như: Không yêu cầu cao CT: Tỷ số, đường cong từ hóa, điện trở CT, Vk phải giống Tích hợp nhiều chức kèm: Giám sát CT, 50BF, 50/51, ghi cố… Giảm số lượng dây dẫn đấu nối Thuận tiện mở rộng ngăn lộ Tuy nhiên với nhiều ưu điểm giá thành rơle so lệch trở kháng thấp cao Việc lựa chọn loại bảo vệ so lệch trở kháng thấp hay cao phụ thuộc vào toán cân kinh tế kỹ thuật 10 IV MỘT SỐ LOẠI BẢO VỆ THANH CÁI ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỐ BIẾN TẠI VIỆT NAM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG: Hãng Siemens: a) 7VH60 (Siemens) Đặc điểm: - Trở kháng cao Làm việc ổn định Thời gian tác động 15ms Dải chỉnh định 6÷60V 24÷240V Ứng dụng: - Thanh xuất tuyến - Dịng ngắn mạch nhỏ b) 7SS60 (Siemens) Đặc điểm: - Trở kháng thấp Cấu hình tập trung Thời gian tác động 10ms Dải chỉnh định 0,2÷2,5In Phù hợp với cấp điện áp Có check zone Yêu cầu CT thấp Ứng dụng: - Tối ưu với sơ đồ đơn,1½ máy cắt - Phù hợp với sơ đồ hai có khơng phân đoạn - Khơng giới hạn ngăn xuất tuyến c) 7SS52 (Siemens) Đặc điểm: - Trở kháng thấp Cấu hình phân phối Thời gian tác động 15ms 11 - Giải chỉnh định 0,2÷4In Có 50BF, 50/51, 50/51N Có check zone Yêu cầu CT thấp Ứng dụng: - Phù hợp với sơ đồ một, hai, có khơng phân đoạn mạch vịng Phù hợp với sơ đồ tứ giác khơng mạch vịng Tối đa 48 ngăn xuất tuyến Tối đa 24 dao cách ly phân đoạn Tối đa 16 phân đoạn Tối đa 12 Hãng Areva: a) P740 (Micom) Đặc điểm: - Trở kháng thấp Cấu hình phân phối Thời gian tác động 15ms Dải chỉnh định 0,05÷4In Có 50BF, 50/51, 50/51N Có check zone Yêu cầu CT thấp Ứng dụng: - Phù hợp với sơ đồ một, hai, có khơng phân đoạn mạch vịng Phù hợp với sơ đồ tứ giác khơng mạch vòng Tối đa 24 ngăn Tối đa Hãng ABB: a) RED521 (ABB) Đặc điểm: - Trở kháng thấp Cấu hình tập trung 12 - Thời gian tác động 10ms Dải chỉnh định 1÷10000A Yêu cầu CT thấp Ứng dụng: - Phù hợp với sơ đồ cái, tối đa ngăn-3 pha 18 ngăn-1 pha - Phù hợp với sơ đồ hai có phân đoạn, tối đa ngăn-3 pha ngăn-1 pha - Phù hợp với sơ đồ 1½ máy cắt, tối đa module-3 pha module-1 pha b) REB670 (ABB) Đặc điểm: - Trở kháng thấp Cấu hình tập trung Thời gian tác động 12ms Dải chỉnh định 1÷10000A Có 50BF, 50/51, 50/51N Có check zone Yêu cầu CT thấp Ứng dụng: - Phù hợp với sơ đồ cái, có phân đoạn/đường vong, 1½ máy cắt, tứ giác Bao gồm vùng bảo vệ, tối đa ngăn-3 pha 24 ngăn-1 pha cho vùng Hãng SEL: a) SEL487B Đặc điểm: - Trở kháng thấp Cấu hình tập trung Thời gian tác động 8ms Giải chỉnh định 0,1÷4In Có 50BF, 50/51, 50/51N Có check zone 13 - Yêu cầu CT thấp Ứng dụng: - Phù hợp với sơ đồ cái, có phân đoạn/đường vong, 1½ máy cắt có vùng bảo vệ, tối đa ngăn-3 pha kết hợp có vùng bảo vệ, tối đa ngăn-3 pha kết hợp có vùng bảo vệ, tối đa 18 ngăn-3 pha 14