Bảo vệ hoạt động trên nguyên lý đo tổng trở từ chỗ đặt máy biến điện áp đo lờng đến chỗ ngắn mạch, bởi vì tổng trở sự cố tỉ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm sự cố.. Các rơ
Trang 2NGƯỜI HƯỚ NG DẪN KHOA HỌC
TS NGUYỄN ĐỨC HUY
Hà N ộ i – Năm 2018
Trang 3MụC L
LờI ca
LờI cam đom đom đoan an an 44444
Danh Danh mục cácmục cácmục các ký h ký h ký hiệu, chữiệu, chữiệu, chữ viết tắ viết tắ viết tắt t t 55555
Danh Danh mục hìnmục hìnmục hình vẽ h vẽ h vẽ 66666
Danh Danh mục bảnmục bảnmục bảng biểg biểg biểu u u 99999
Mở đầ Mở đầu u u 1010 CHƯ CHƯƠNG i - mởƠNG i - mởƠNG i - mở đầu đầu đầu 11 11
1.1 Lý do chọn đề tài 11
1.2 Mục đích nghiên cứu 12
1.3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 12
1.4 Nội dung của luận văn 12
Ch Chơng Ii - nơng Ii - nơng Ii - nguyên guyên lý bảo vguyên lý bảo vệ khlý bảo vệ khoảng cáệ khoảng cách oảng cách ch 13 13
2.1 Nguyên lý tổng trở 13
2.2 Bảo vệ khoảng cách 16
2.3 Các yếu tố ảnh hởng tới sự làm việc của bảo vệ khoảng cách 19
2.3.1 Khảo sát ảnh hởng của sai số BI, BU 19
2.3.2 Khảo sát ảnh hởng của điện trở quá độ 20
2.3.3 Khảo sát ảnh hởng của hệ số phân bố dòng điện 21
2.3.4 Dao động công suất 22
Ch Chơng III - xơng III - xơng III - xây dựngây dựngây dựng mô mô mô hình máy bhình máy bhình máy biến iến dòng điệiến dòng điệdòng điện n n 27 27
3.1 Mô hình mạch điện thay thế và đờng cong kích thích của máy biến dòng điện 27
3.2 Phơng pháp xây dựng mô hình máy biến dòng điện 28
3.2.1 Đơn giản hóa đờng cong kích thích máy biến dòng 28
3.2.2 Đặc tính từ hóa của lõi thép máy biến dòng điện 29
3.2.3 Xác định tham số của đặc tính từ hóa lõi thép máy biến dòng điện 30
3.3 Xây dựng mô hình máy biến dòng từ kết quả thí nghiệm 32
3.3.1 Thông số máy biến dòng từ thí nghiệm 32
3.3.2 Xác định tham số A 33
Trang 4LUậN V N cao học Ă
2
CHƯ
CHƯƠNG iV - pƠNG iV - pƠNG iV - phơnhơnhơng pháp sg pháp sg pháp số xáố xáố xác định khc định khc định khoảng coảng coảng cách ách ách 34 34
4.1 Các mạch vòng sự cố 34
4.1.1 Ngắn mạch một pha chạm đất () 34
4.1.2 Ngắn mạch hai pha () 35
4.1.3 Ngắn mạch 3 pha () 37
4.1.4 Ngắn mạch hai pha chạm đất ( ) 37
4.1.5 Cấu hình dòng điện và điện áp tính toán trong rơ le khoảng cách 38
4.2 Các phơng pháp số xác định tổng trở 39
4.2.1 Phép đo giá trị hiệu dụng u(t), i(t) 40
4.2.2 Phép đo khoảng cách bằng rơ le số sử dụng phơng trình vi phân 42
4.2.3 Phơng pháp phân tích Fourier tín hiệu tần số cơ bản 44
4.3 Các phơng pháp khác 45
4.3.1 Phơng pháp tổng trở dựa trên dữ liệu hai đầu 45
4.3.2 Phơng pháp sóng lan truyền 46
CHƯƯƠƠNG V- kếNG V- kết qut qut quả mô phỏả mô phỏả mô phỏng ng ng 47 47
5.1 Kiểm chứng mô hình máy biến dòng điện 47
5.1.1 Sơ đồ mô phỏng máy biến dòng điện 47
5.1.2 Kết quả mô phỏng máy biến dòng điện 48
5.1.3 So sánh độ lớn dòng ngắn mạch với độ bão hòa TI(BI) 50
5.2 Xây dựng mô hình mô phỏng role khoảng cách 52
5.2.1 Khối logic tính toán điện trở, điện kháng đờng dây 55
5.2.2 Khối logic xác định zone 1 của bảo vệ khoảng cách 55
5.2.3 Khối logic phân loại sự cố 58
5.3 Kết quả mô phỏng với tham số cài đặt trên mô hình MATLAB - SIMULINK 59
5.3.1 Kết quả làm việc của mô phỏng role khoảng cách với TI lý tởng 60
5.3.2 Kết quả làm việc của mô phỏng role khoảng cách có xét đến TI, cha bão hòa 68
5.3.3 Kết quả làm việc của mô phỏng rơ le khoảng cách với TI bị bão hòa 73
5.3.4 Trờng hợp đấu nối nhầm cuộn TI đo lờng cấp tín hiệu cho bảo vệ 79
Trang 5kÕt lu
kÕt luËn Ën Ën 8383phô l
phô lôc: ôc: ôc: 8585tµi liÖ
tµi liÖu thu thu tham kh¶am kh¶o am kh¶o o 89 89
Trang 6LUậN V N cao học Ă
4
LờI cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn này hoàn toàn do tôi thực hiện
Các thông tin, số liệu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, không sao chép của ai hay số liệu đã đợc công bố
Nếu sai với lời cam kết trên tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
Trang 7
Danh môc c¸c ký hiÖu, ch÷
Danh môc c¸c ký hiÖu, ch÷ viÕt t¾t viÕt t¾t
- TI, BI, CT: BiÕn dßng ®iÖn
- TU, BU, VT: BiÕn ®iÖn ¸p
- IA_LT, IB_LT, IC_LT: Dßng ®iÖn sù cè pha A, B, C thùc tÕ
- IA_TI, IB_TI, IC_TI: Dßng ®iÖn sù cè ®o ®îc bëi biÕn dßng ®iÖn m« pháng
- I: Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ®iÖn
- U: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p hiÖu dông dßng ®iÖn
Trang 9
khi sö dông m« h×nh x©y dùng trªn MATLAB 49H×nh 5.
Trang 10hiÖu cho r¬ le 80H×nh 5.
H×nh 5
Trang 11Danh mục bảng biểu
Bảng 3.1: Thông số thí nghiệm của máy biến dòng điện 32
Bảng 4.1: Cấu hình rơ le 38
Bảng 4.2: Sơ đồ phân loại sự cố 39
Bảng 5.1: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () 62
Bảng 5.2: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch ( ) tại 50% chiều dài đờng dây 64
Bảng 5.3: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () 66
Bảng 5.4 Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () 68
Bảng 5.5 a: Kết quả sự cố N(1) TI lý tởng 71
Bảng 5.5 b: Kết quả sự cố N(1) (TI mô phỏng khi cha bão hòa) 71
Bảng 5.6 a: Kết quả sự cố ( ) tại 50% đờng dây (TI lý tởng) 72
Bảng 5.6 a: Kết quả sự cố ( ) tại 50% đờng dây (TI mô phỏng) 72
Bảng 5.7 a: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI lý tởng) 72
Bảng 5.7 b: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI mô phỏng cha bão hòa) 72
Bảng 5.8 a: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI lý tởng) 73
Bảng 5.8 Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI mô phỏng cha bão hòa) 73
Bảng 5.9 a: Kết quả thử sự cố () (TI lý tởng) 76
Bảng 5.9 b: Kết quả thử sự cố () (TI bị bão hòa) 76
Bảng 5.10 a: Kết quả thử sự cố (, ) tại vị trí 50% đờng dây (TI lý tởng) 77
Bảng 5.10 b: Kết quả thử sự cố (, ) tại vị trí 50% đờng dây (TI bị bão hòa) 77
Bảng 5.11 a: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI lý tởng) 78
Bảng 5.11 b: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI bị bão hòa) 78
Bảng 5.12 a: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI lý tởng) 78
Bảng 5.12 b: Kết quả thử sự cố với ngắn mạch () (TI bị bão hòa) 79
Trang 12
LUậN V N cao học Ă
10
Mở đầu
Luận văn này nghiên cứu:
- Sự làm việc của giải thuật xác định khoảng cách (tổng trở) dùng trong rơ le
kỹ thuật số Phơng pháp xác định tổng trở đợc nghiên cứu trong luận văn dựa trên biến đổi Fourier của các thành phần dòng điện và điện áp đo đợc từ rơ le khoảng cách Kết quả tính toán tổng trở của rơ le khoảng cách đợc mô phỏng bằng công cụ SIMULINK/SimpowerSystem
- Nghiên cứu xây dựng mô hình máy biến dòng điện trong môi trờng MATLAB/SIMULINK từ kết quả thí nghiệm thực tế, đa mô hình biến dòng vào sơ
đồ bảo vệ khoảng cách đờng dây tải điện 220kV Đồng thời nghiên cứu ảnh hởng của bão hòa biến dòng tới chức năng bảo vệ khoảng cách
Các kết quả mô phỏng, giải thuật xác định tổng trở làm việc chính xác và tin cậy trong các trờng hợp làm việc bình thờng, TI cha bão hòa Thời gian phát
Khi làm biến dòng điện bão hòa, chức năng bảo vệ khoảng cách bị ảnh
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là tiền đề để xây dựng mô hình rơ le
kỹ thuật số hoàn chỉnh trong môi trờng MATLAB-SIMULINK/Simpowersystem, với các chức năng có thể bổ sung thêm bao gồm logic phát hiện dao động công suất, phát hiện mất đồng bộ, logic tự đóng lại ,.v.v
Do kiến thức và kinh nghiệm bản thân về lĩnh vực bảo vệ rơ le trong hệ thống
điện còn hạn chế, nên luận văn không tránh khỏi những thiếu xót Em rất mong nhận đợc sự đóng góp, nhận xét của quý thầy cô để luận văn của em đợc hoàn thiện hơn
Qua đây em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Đức Huy, ngời
đã giúp đỡ và hớng dẫn em rất tận tình trong quá trình thực hiện luận văn này
Trang 13CHƯƠNG i - mở đầu
1.1 L
1.1 Lý do chọný do chọný do chọn đề tài đề tài
Trong các lới điện truyền tải có cấu trúc phức tạp, nhiều nguồn cấp thì bảo
vệ khoảng cách đợc sử dụng phổ biến vì nó thỏa mãn các tiêu chí: tác động nhanh,
đảm bảo tính chọn lọc và có độ nhạy tốt Bên cạnh đó, bảo vệ khoảng cách còn có thể đợc sử dụng nh một bảo vệ dự phòng cho các đờng dây và máy biến áp lân cận Bảo vệ hoạt động trên nguyên lý đo tổng trở từ chỗ đặt máy biến điện áp đo lờng đến chỗ ngắn mạch, bởi vì tổng trở sự cố tỉ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo
vệ tới điểm sự cố
Với sự phát triển ngày một phát triển của kỹ thuật số hiện đại, thì rơ le khoảng cách cũng đợc nghiên cứu, cải tiến phát triển từ các thế hệ rơ le điện cơ tới rơ le tĩnh và rơ le số nh ngày nay Các rơ le khoảng cách ngày nay với các ứng dụng kỹ thuật số có rất nhiều phơng pháp dò tìm và phát hiện sự cố và đa ra những phơng thức xử lý khác nhau nhng nhìn chung đều dựa trên nguyên lý cơ bản là dựa vào giá trị dòng điện và điện áp đo đợc từ đó tính toán giá trị tổng trở rồi
so sánh với giá trị đặt vùng cùng với hớng công suất trên đờng dây để tổng hợp
đa ra quyết định thao tác
Cùng với đó, hiện nay việc mô hình hóa các phần tử trong hệ thống điện đã trở nên cần thiết, nhằm kiểm tra, đánh giá sự làm việc của thiết bị trớc và sau khi
áp dụng thực tế, dựa vào đó đa ra các giải pháp phù hợp trong quá trình vận hành thực tế trên lới điện Với công cụ mô phỏng hiện đại nh MATLAB/SIMULINK, ngời nghiên cứu có thể xây dựng đợc mô hình rơ le bảo vệ khoảng cách dựa trên các giải thuật khác nhau, kết hợp với các khối thiết bị có sẵn trong th viện mô phỏng để tiến hành mô phỏng các dạng sự cố và phân tích sự làm việc của rơ le Mặt khác, công cụ mô phỏng giải thuật làm việc của rơ le kỹ thuật số còn có thể đợc sử dụng để phân tích các bản ghi sự cố và đối chứng với sự làm việc của các rơ le khoảng cách trên thực tế
Bão hòa biến dòng điện TI là hiện tợng có thể gây ra sai số nặng nề trên thiết bị đo, qua đó sẽ có nhng mức ảnh hởng khác nhau lên bảo vệ khoảng cách tùy thuộc vào mức độ bão hòa TI Vì vậy, khi áp dụng chức năng bảo vệ khoảng
Trang 141.2 Mục đích ngh đích nghiên cứu đích nghiên cứu
Đề tài """""Ảnnnnnh hởh hởh hởng củang củang của bão bão hòa bão hòa máy hòa máy máy biến biến biến dòngdòng đến dòng đến đến chức chức chức năng năng năng bảo bảo bảo vệ khoảvệ khoảvệ khoảng ng cách"
cách" nhằm tìm hiểu giải thuật số, sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách, và mức ảnh hởng của bão hòa máy biến dòng điện tới chức năng bảo vệ khoảng cách trong các trờng hợp sự cố thực hiện mô phỏng trên phần mềm MATLAB/SIMULINK_ Simpowersystem
1.3 Đối
1.3 Đối tợng và tợng và tợng và phạm v phạm v phạm vi nghiên ci nghiên ci nghiên cứu ứu
Đề tài tập trung vào phơng pháp tính toán tổng trở đờng dây trong tất cả các trờng hợp ngắn mạch xảy ra, ảnh hởng của bão hòa máy biến dòng điện tới thời gian và kết quả phát hiện sự cố
Trong đề tài xét đến sự làm việc của rơ le số với đặc tuyến hình tứ giác, với chức năng xác định vùng 1 của bảo vệ khoảng cách, và logic phân loại sự cố
Cuối cùng ta đánh giá mức độ ảnh hởng của bão hòa TI tới sự làm việc của chức năng bảo vệ khoảng cách
Các tính toán, giải thuật về máy biến dòng điện, rơ le bảo vệ khoảng cách
đợc xây dựng và kiểm nghiệm bằng công cụ MATLAB/SIMULINK
1.4 Nội
1.4 Nội dung của l dung của l dung của luận văn.uận văn.uận văn
Trang 15Chơng Ii - nguyên lý bả
Chơng Ii - nguyên lý bảo vệ khoảng cách o vệ khoảng cách
2.1 Ng
2.1 Nguyên lý tổnuyên lý tổng trở uyên lý tổng trở
Nguyên lý tổng trở đợc dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống truyền
tải điện hoặc máy phát điện bị mất đồng bộ hay mất kích thích Đối với hệ
thống truyền tải điện, tổng trở đo đợc tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm
việc bình thờng bằng tổng trở toàn bộ đờng dây phía sau cộng với phụ tải
Tổng trở đo đợc tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thờng của hệ thống
lớn hơn nhiều so với tổng trở đo đợc trong chế độ sự cố, giá trị tổng trở đo đợc
này phụ thuộc vào trị số và góc pha của dòng điện phụ tải Trên mặt phẳng phức, ở
phức
jX
R A
V Vùùù ùùng ng ng tổ tổ tổnnn nnggg gg tr tr trởởở ởở ph ph phụụụ ụụ tải tải
Khi xảy ra ngắn mạch trên đờng dây, tổng trở đo đợc bằng tổng trở đờng
dây từ rơ le đến điểm sự cố Tổng trở đo đợc sẽ nhỏ đi so với lúc bình thờng, và
độ nghiêng vectơ tổng trở sẽ giảm đi Khi ngắn mạch qua điện trở trung gian
Trang 16e (1:n )
Dòng điện và điện áp trên cực của rơ le
Đặc tính khởi động của rơ le khoảng cách biểu diễn trong mặt phẳng phức là hình đa giác bao quanh vùng khởi động Những rơ le tổng trở đã đợc chế tạo và sử dụng trong hệ thống điện có đặc tính khởi động hết sức đa dạng Dạng đơn giản nhất
là rơ le tổng trở vô hớng, có đặc tính là vòng tròn tâm gốc tọa độ hình 2.3 a) Với
đặc tuyến này rơ le tổng trở chỉ tác động khi tổng trở từ đờng dây từ điểm đặt rơ le
Trang 17tới vị trí ngắn mạch nhỏ hơn tổng trở khởi động Tuy nhiên đặc tính này không xét tới hớng dòng điện sự cố Khi dòng điện từ thanh góp vào đờng dây hoặc ngợc lại thì rơ le đều hoạt động Do đó cần thêm bộ định hớng công suất Rơ le khoảng cách với đặc tuyến MHO đã kết hợp đồng thời cả bộ phận đo khoảng cách và bộ phận định hớng công suất
Một số trờng hợp ngắn mạch thông qua điện trở trung gian (thờng dới dạng hồ quang), làm tăng trị số tổng trở đo đợc và giảm góc pha véc tơ tổng trở Làm rơ le cảm nhận điểm ngắn mạch xa hơn thực tế Để khắc phục điều này ngời
ta dùng rơ le điện kháng chỉ đo điện kháng đờng dây
Ngày nay rơ le điện kháng đợc thay thế bằng rơ le có đặc tính hình tứ giác hình 2.3 c) Hầu hết các rơ le số thế hệ mới đều sử dụng dạng đặc tính này Với đặc tính này, ngời ta có thể đặt ngỡng điện trở và điện kháng một các độc lập Ngoài
ra đặc tính điện kháng vùng 1 và 2 có thể dao động về điểm ngỡng để bù ảnh hởng của dòng tải trớc sự cố và làm chính xác các kết quả đo vùng I
vệ khoảng cách
a) Đặc tuyến khởi động vô hớng b) Đặc tuyến khởi động MHO c) Đặc tuyến tứ giác
Trang 18LUậN V N cao học Ă
16
2.2
2.2 Bảo Bảo vệ khoảnBảo vệ khoảng cách vệ khoảng cách
Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dựa trên nguyên lý tổng trở, làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch Thời gian làm việc của bảo
Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ nối bảo vệ đến điểm h hỏng tăng lên Bảo vệ đặt gần chỗ h hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất Vì thế bảo
vệ khoảng cách về nguyên tắc bảo đảm cắt chọn lọc đoạn h hỏng trong các mạng
có hình dáng bất kỳ với số lợng nguồn cung cấp tùy ý với thời gian tơng đối bé
Để đảm bảo tính chọn lọc trong mạng phức tạp, ngời ta dùng bảo vệ khoảng cách có hớng, chỉ tác động khi hớng công suất ngắn mạch đi từ thanh góp vào
đờng dây Thời gian tác động của các bảo vệ cùng một hớng đợc phối hợp với nhau theo cấp thời gian (có trễ) khi ngắn mạch ngoài đờng dây đợc bảo vệ, thời gian tác động của bảo vệ lớn hơn một số cấp so với bảo vệ của đoạn ngắn mạch Sự phối hợp chính xác giữa các rơ le khoảng cách trong hệ thống điện đạt đợc bởi việc chỉnh định các vùng tác động, và thời gian tác động của các vùng khác nhau
Rơ le khoảng cách dùng để bảo vệ các đờng dây tải điện thờng có nhiều vùng tác động (ba vùng phía trớc, một vùng phía sau hiểu theo hớng tác động từ thanh góp vào đờng dây tại nơi đặt rơ le khoảng cách) Các vùng phía trớc làm nhiệm vụ dự phòng cho nhau và cho bảo vệ đoạn liền kề
Thời gian giữa các vùng bảo vệ đợc chọn theo đặc tính thời gian hình bậc
Trang 19Vùng I là vùng bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối, nên chỉ cần sự cố trong xảy
ra trong vùng này, bảo vệ sẽ tác động mà không cần phối hợp với các bảo vệ khác Khi xét đến sai số của các bộ phận khoảng cách, các biến dòng BI, các biến điện áp
làm rơ le tác động nhầm khi thực tế sự cố nằm ngoài vùng I Vì thế vùng I đợc chọn khoản 80%-85% chiều dài đờng dây đợc bảo vệ để tránh cắt nhầm Để bảo
vệ nốt 20% chiều dài còn lại, trong các rơ le khoảng cách có thêm bộ phận khởi
động để mở rộng vùng tác động Bộ phận khởi động không tác động cắt ngay mà sẽ
vẫn cha làm việc Quá trình mở rộng vùng tác động sẽ làm tăng ngỡng của bộ phận động lên 120% - 150% chiều dài đờng dây
làm việc vủa bảo vệ chính đặt ở các phần tử kề Tổng trở khởi động của vùng II sẽ bao trùm 20% chiều dài còn lại của đờng dây và phần đầu của đờng dây tiếp theo Tổng trở khởi động vùng II của bảo vệ đầu A cần đợc phối hợp với vùng I của bảo
vệ đầu B
Trang 20lấy toàn bộ những đoạn này Tơng tự tổng trở khởi động vùng III đợc chọn phối hợp với vùng II của bảo vệ đặt tại đầu B và vùng I của bảo vệ đặt tại đầu C, làm dự phòng cho bảo vệ tai B và C
Nếu từ thanh cái cuối đờng dây có nhiều đờng dây ra, thì đờng dây có chiều dài ngắn nhất đợc chọn để phối hợp với tổng trở khởi động vùng II của
đờng dây đang xét, vùng khởi động thứ III của đờng dây này đợc chọn phối hợp với đờng dây dài nhất để làm bảo vệ dự phòng cho các đờng dây này
Hình 2
Trang 21U̇, İ: Tơng ứng là điện áp, và dòng điện pha tại chỗ đặt bảo vệ
Trong trờng hợp bỏ qua sai số của máy biến dòng điện và máy biến điện áp
Sai số về áp đợc quyết định bởi độ chính xác của bản thân BU, cũng nh áp rơi trên các đầu dây nối Thờng dùng các BU có công suất khá lớn, sai số của chúng nằm trong phạm vi cho phép Tuy nhiên, nếu từ BU đến chỗ đặt bảo vệ có khoảng cách lớn thì thờng phải dùng các dây dẫn phụ tiết diện lớn để giảm tổn thất
điện áp trong chúng
Sai số BI là do mạch từ bị bão hòa, làm dòng thứ cấp giảm so với giá trị thực
tế, điều đó làm giảm chiều dài vùng bảo vệ
Khi xảy ra hiện tợng bão hòa máy biến dòng TI, dòng điện đo đợc phía thứ cấp có giá trị nhỏ hơn so với dòng sự cố thực tế, hình dáng dòng điện cũng bị biến dạng và có thêm các sóng hài Độ bão hòa dòng điện càng tăng, giá trị hiệu dụng dòng đo đợc càng giảm so với giá trị dòng sự cố, đồng thời hình dáng dòng điện tiến gần tới dạng xung nhọn
Trang 22®iÖn trë hå quang t¹i chç ng¾n m¹ch): ¶n
m viÖc cña bé phËn kho¶ng c¸ch ®îc xÐt ®
B N
A
R qd NA
z A B
z A N D R
z A N'
JX
R A
le kho¶ng c¸ch
Trang 23İlà giá trị dòng điện tại thanh cái B tới điểm ngắn mạch
Điện áp tại vị trí đặt bảo vệ khoảng cách đầu A:
U̇= İŻ+ İRđ
I '
2.3.3 Khảo sát ảKhảo sát ảnh hởngKhảo sát ảnh hởngnh hởng của h của h của hệ số phân ệ số phân ệ số phân bố dòng điệbố dòng điệbố dòng điện n
Tổng trở vùng II và vùng III của rơ le khoảng cách có thể chịu ảnh hởng của
hệ số phân bố dòng điện Do sự khác nhau giữa dòng điện chạy qua chỗ đặt rơ le và dòng điện trên nhánh bị sự cố
I > 1
1
K = I BN AB
Trang 24Đối với sơ đồ trên hình 2.11 nguồn điện nối vào thanh cái B làm cho
Đối với sơ đồ đờng dây thứ 2, khi có đờng dây song song với đờng dây sự cố,
Nh vậy với hệ thống điện có cấu trúc phức tạp, hệ số phân bố dòng có thể thay đổi theo chế độ làm việc của lới điện Vì vậy vùng II và đặt biệt vùng III của bảo vệ khoảng cách chịu ảnh hởng mạnh của hệ số phân bố dòng
2.3.4
2.3.4 Dao động cDao động công suấDao động công suấông suất t t t t
Dao động điện là chế độ làm việc không bình thờng của hệ thống điện Khi xảy ra những biến động lớn về công suất trong hệ thống, các véctơ sức điện động có thể quay với tốc độ khác với tốc độ đồng bộ gây nên hiện tợng dao động của dòng
điện và điện áp trong hệ thống, hiện tợng này gọi là dao động điện Khi xảy ra dao
gần tâm dao động khi góc lệch pha giữa hai sức điện động của hai hệ thống đầu
Trang 25đờng dây δ = 180 dòng İ có thể tăng cao hơn dòng ngắn mạch, còn điện áp U̇
cảm nhận nh có ngắn mạch trên đờng dây
Xét hệ thống điện nh hình 2.12 Sau khi bảo vệ cắt đờng dây bị ngắn mạch
ra khỏi hệ thống và xảy ra quá trình dao động điện
I L
A RR ơơơơơllllleeeee B
Hình 2
Dòng điện chạy trong mạch:
Điện áp tại vị trí x bất kỳ nhìn từ A với:
Từ hình 2.12, 2.13 ta thấy điện áp trên đờng dây khi có dao động điện cũng
có xung động Mức độ dao động của điện áp tùy thuộc vào vị trí của điểm quan sát trên đờng dây Càng gần tâm dao động, mức xung động càng lớn Tại tâm dao
Khi xảy ra dao động hoặc làm việc không đồng bộ các bộ phận định hớng công suất ở hai đầu A, B có thể tác động nhầm
Trang 27Bảo vệ khoảng cách có thể phản ứng sai khi có dao động công suất, đặc biệt
bảo vệ tăng cao đạt giá trị có thể lớn hơn dòng ngắn mạch, còn điện áp có thể giảm xuống rất thấp, bảo vệ có thể cảm nhận nh có sự cố ngắn mạch tại gần chỗ đặt bảo
vệ và tác động cắt đờng dây
Để phát hiện dao động và ngăn không cho bảo vệ khoảng cách tác động nhầm ngời ta dùng phơng pháp khóa bảo vệ chống dao động Có thể căn cứ vào tốc độ biến thiên tổng trở đo đợc Khi có dao động điện dòng và áp tại chỗ đặt bảo
thiên rất lớn, còn khi dao động điện các giá trị này biến thiên hữu hạn
Trang 28LUậN V N cao học Ă
26
1 2 3 4
động điện (hình 2.16) Khi ngắn mạch tổng trở sự cố lọt ngay vào vùng tác động của
Trang 29Chơng III
-Chơng III -
Máy biến dòng điện (T
điện áp cao xuống dòn
cung cấp cho mạch đo
giữa giá trị hiệu dụng
dòng điện Đờng con
biểu diễn trên trục đồ t
xây dựng mô
xây dựng mô hình máy biến hình máy biến
TI) là thiết bị điện dùng để biến đổi dòng
ng điện có trị số tiêu chuẩn 5A hoặc 1Alờng, điều khiển và bảo vệ
liệu thí nghiệm máy biến dòng tại hiện triên dòng, để mô phỏng lại máy biến dòn
ây dựng đờng cong từ hóa của lõi thép má
g này ta sẽ xây dựng mô hình mô phỏng
đặc tính kích thích của máy biến dòng trmô hình máy biến dòng bão hòa đợc dựaRelaying Committee [5]
ạc
ạch điện th điện th điện thay thế và hay thế và hay thế và đờng conđờng conđờng cong kích tg kích thíchg kích thích
iện thay thế máy biến dòng gồm: Máy biế
ảm phi tuyến đặc trng bởi mối quan hệ
n dây, mối quan hệ giữa từ thông và dòng
::::: Mô hình mạch thay thế máy biến dòng đ
ch của máy biến dòng là đờng cong biểcủa điện áp kích thích và dòng điện kích
ng kích thích đợc thí nghiệm và cung cthị log-log
dòng dòng điện điện
điện có trị số lớn và
A, điện áp an toàn để
rờng cho ta đặc tính
ng trong môi trờng
áy biến dòng điện máy biến dòng điện rong thực tế Phơng
a trên hớng dẫn của
h của má
h của máy biếny biếny biến dòng dòng
ến dòng lý tởng nối giữa từ thông chính
g điện trong cuộn dây
điện [5]
ểu diễn mối quan hệ
h thích của máy biến cấp bởi nhà sản xuất
Trang 30tại vị trí mà đờng con
Trong môi trờng MA
tuy nhiên điện kháng
hòa (Vs) tại điểm điện
của máy biến dòng 10
mức thì sai số của biến
22222::::: Đờng cong kích thích máy biến dòng
an tâm tới vị trí gãy của đờng cong kích
g 10% dòng điện kích thích tăng 50% hoặ
ng từ hóa trên đồ thị log-log nghiêng góc 4ATLAB/SIMULINK mô hình máy biến dònphi tuyến đợc đặc trng bởi đờng co
à dòng điện từ hóa) Đờng cong từ hóa c thời của máy biến điện áp đối với 1 kíchbiến dòng điện cần xây dựng đờng cong
ó
dựndựng mô hình g mô hình g mô hình máy biến máy biến máy biến dòng đidòng đidòng điệnệnện ờng
ờngờngờng cong kích cong kích thích má cong kích thích máy biến dò thích máy biến dòy biến dòngngng tính kích thích của máy biến dòng ta quan
n dòng điện kích thích là 10A Giá trị 10A0P20 loại đầu ra là 5A, theo đó tại dòng đi
n dòng là 10%
c tính kích thích ta quan tâm tới độ dốc (
thí nghiệm thuộc vùng bão hòa của máy bhích, tuyến tính hóa các đoạn thẳng khác
g y=a*x+b: a = 1/S Lấy trung bình độ d
i với giá trị Vs đợc xác định tại Ie = 10A
h thích xác định Để
g từ hóa của lõi thép
n tâm tới điện áp bão
A tính theo tiêu chuẩn iện 20 lần dòng định
1/s) của đặc tính khi
biến dòng trên đồ thị nhau, ta xác định độ dốc ta xác định đợc
Trang 31ặc tính đơn giản hóa của đờng cong kíchcủa
của lõi thép lõi thép máy biế lõi thép máy biếmáy biến dòng điệnn dòng điện n dòng điệndốc 1/s trên hình 3.3 là trên đồ thị log-lo
hích khi đã đơn giản hóa nh sau:
i e
Trang 32Để đảm bảo tính đối x
e i
Dạng của đờng cong
n thiết xây dựng đặc tính giữa t ừ thông liê
ức thời (ie) Có thể giả thiết mối quan hệ
ố của đặc tính ủa đặc tính ủa đặc tính từ hóatừ hóatừ hóa lõi thép má lõi thép má lõi thép máy biến dòy biến dò
c tính từ hòa lõi thép máy biến dòng điệtrị của hệ số A
ữa từ thông liên kết (λ) và điện áp kích th
bỏ qua điện trở không đáng kể của cuộn
2 )
S e S
(3.8)
Trang 33Giá trị hiệu dụng đợc
1
dt i
I
I RP
S s
V
S e
2
)(sin21)
(sin
dt t I
dt t
S pk
S
ên độ và giá trị hiệu dụng của sóng dạng s
o sánh giữa biên độ và giá trị hiệu dụng củkích thích sinh ra dạng không sin giá trị c
ức 3.8 ta có:
RP
V A
S e e
h nh sau
(3.10)
in và không sin [5]
ủa điện áp kích thích của RP càng nhỏ khi
(3.11)
(3.12)
Trang 34RP V
2
10)
3.3.1 Th«ng sè mTh«ng sè m¸y biÕn Th«ng sè m¸y biÕn ¸y biÕn dßng tõ thÝdßng tõ thÝdßng tõ thÝ nghiÖm nghiÖm nghiÖm
M¸y biÕn dßng ®îc m« pháng cã th«ng sè 400/5 lo¹i 10P20, víi kÕt qu¶ thÝ nghiÖm nh sau:
H×nh 3
Dßng ®iÖn (A) ®iÖn (A) ®iÖn (A) 0.973628 0.776482 0.556137 0.365911 0.218645 0.115213 0.052124 0.022915
§iÖn ¸p (
§iÖn ¸p (V) V) 546 527.87 509.53 491.08 472.48 453.94 435.39 416.77 Dßng
Dßng ®iÖn (A) ®iÖn (A) ®iÖn (A) 0.013441 0.010407 0.009015 0.008202 0.007701 0.0073 0.006951 0.006648
§iÖn ¸p (
§iÖn ¸p (V) V) 398.14 379.59 360.99 342.36 323.81 305.16 286.56 267.95 Dßng
Dßng ®iÖn (A) ®iÖn (A) 0.006377 0.006102 0.005818 0.005547 0.005294 0.005021 0.004719 0.004419
§iÖn ¸p (
§iÖn ¸p (V) V) 249.38 230.77 212.14 193.53 174.95 156.33 137.69 119.1 Dßng
Dßng ®iÖn (A) ®iÖn (A) ®iÖn (A) 0.004141 0.003882 0.003623 0.003371 0.003125 0.002877 0.002618 0.002351
Trang 35dt t
1655
*2
).100(10
Chơng trình tính toán tham số mô phỏng của máy biến dòng điện dựa trên đặc tính
từ hóa thí nghiệm đợc trình bày trong phụ lục
Trang 36
I
L Z
4.1.1 Ngắn mạcgắn mạch một phagắn mạch một phah một pha chạm đất chạm đất ()
M
O
Trang 37Điện áp: V̇ = V̇+ V̇+ V̇ = mŻ İ+ mŻ İ+ mŻ İ(4.1) Trong đó:
Ta có dòng điện tại điểm ngắn mạch:
4.1.2 Ngắn mạcgắn mạch hai phagắn mạch hai phah hai pha ()
Trang 38H×nh 4.
XÐt m¹ch vßng gi÷a hai pha sù cè B - C:
V̇− V̇ = V̇ − V̇ + İ − İ R(4.4)
Trang 39Tơng tự trờn hợp ngắn mạch hai pha, ngoài mạch B - C nh đã xét ở trên ta xét thêm vòng sự cố A - B, A - C ta cũng có kết quả tơng tự:
4.1.4 N
4.1.4 Ngắn mạcgắn mạch hai phagắn mạch hai phah hai pha chạm đất chạm đất (.)
Xét mạch vòng giữa pha B - pha C
Trang 40
R F R Fd
K
Hình 4
4.1.5
4.1.5 Cấu hình dCấu hình dòng điệnCấu hình dòng điện và điện áòng điện và điện á và điện áp tính toáp tính toáp tính toán trn trong rơ le kn trong rơ le kong rơ le khoảng cách.hoảng cách.hoảng cách
Tổng hợp các biểu thức: (4.3), (4.5), (4.6), (4.7), (4.8) đối với mọi dạng ngắn mạch ta đều có:
V̇ = mŻ İ + İ R(4.9)
Khi hệ thống chỉ có một nguồn, điện trở sự cố bằng không, ta có thể tính toán tổng trở sự cố nh bảng 4.1 (hệ số k là không đổi đối với 1 đờng dây xác định)