Nghiên ứu đánh giá độ tin ậy ủa á phương thứ bảo vệ thanh góp

- Khi sửa chữa máy cắt hay dao cách ly của mạch nào thì các phụ tải của mạch đó phải mất điện trong suốt thời gian sửa chữa.Vì những nhược điểm trên, sơ đồ một thanh góp không phân đoạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

VŨ THANH TÙNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN XUÂN TÙNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Vũ Thanh Tùng

Đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết qu nghiên c u c a riêng tôi, không sao chép ả ứ ủ

c a ai ủ Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác ộN i dung luận văn có tham khảo, s d ng ử ụ

và trích d n các tài liẫ ệu, thông tin đã được đăng tải trên các tác ph m, t p chí, bài ẩ ạbáo và các trang web theo danh mục tài liệu tham kh o cả ủa luận văn

Tác giả

Vũ Thanh Tùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP VÀ SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP THƯỜNG GẶP Ở NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 3

1 Các loại sơ đồ thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp 3

1.1 Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua một máy cắt 3

1.1.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp 3

1.1.2 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp 8

1.2 Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt 11

1.2.1 Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch 11

1.2.2 Sơ đồ hai thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch (sơ đồ một rưỡi) 12

1.2.3 Sơ đồ đa giác. 13

1.3 Sơ đồ cầu 14

2 Các sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp 15

2.1 Nguyên lí bảo vệ thanh góp 15

2.1.1 Quá dòng điện 15

2.1.2 So lệch dòng điện 17

2.1.3 So lệch dùng rơle tổng trở cao 19

2.1.4 So sánh pha dòng điện: 21

2.1.5 Bảo vệ khoảng cách 23

2.2 Các sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp thường gặp 27

2.2.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp theo cấu hình tập trung 27

2.2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp theo cấu hình phân tán 32

CHƯƠNG 2: ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY 37

2.1 Độ tin cậy và tầm quan trọng khi nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của hệ thống bảo vệ 37

2.1.1 Giới thiệu chung 37

2.1.2 Các khái niệm cơ bản 37

2.1.3 Tầm quan trọng khi nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của hệ thống bảo vệ 42

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của bảo vệ thanh góp 43

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE 44

3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy 44

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố 46

3.3 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản 48

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CÂY SỰ CỐ CHO CÁC SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY 51

4.1 Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng sử dụng bảo vệ so lệch thanh góp theo cấu trúc phân tán 51

4.1.1 Sự kiện đỉnh của CSC 51

4.1.2 Sự cố máy cắt 53

4.1.3 Sự cố bảo vệ 57

4.1.4 Giới thiệu phần mềm OpenFTA tính toán cây sự cố 59

4.1.5 Kết quả đánh giá và các nhận xét 62

4.2 Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng sử dụng bảo vệ so lệch thanh góp theo cấu trúc phân tán 65

4.2.1 Sự kiện đỉnh của CSC 66

4.2.2 Đánh giá ĐTC 66

4.3 Đánh giá kết quả 69

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 71

5.1 Kết luận 71

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 75

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ một thanh góp không phân đoạn 3

Hình 1.2: Sơ đồ thanh góp được phân đoạn bằng 2 dao cách ly 4

Hình 1.3: Phân đoạn thanh góp bằng máy cắt phân đoạn 6

Hình 1.4: Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vòng 7

Hình 1.5: Sơ đồ hai thanh góp 8

Hình 1.6: Sơ đồ hai thanh góp có phân đoạn trên từng thanh góp 9

Hình 1.7: Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng 10

Hình 1.8: Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch 11

Hình 1.9: Sơ đồ một rưỡi 12

Hình 1.10: Sơ đồ hai thanh góp có 4 máy cắt trên 3 mạch 12

Hình 1.11: Sơ đồ đa giác 13

Hình 1.12: Sơ đồ cầu 15

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý chọn dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian 16 Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của đường dây L1 17

Hình 2.3: Nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm 18

Hình 2.4.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ thanh góp dùng rơle tổng trở cao 19

Hình 2.4.2: Sơ đồ mạng điện đẳng trị dùng rơle so lệch tổng trở cao khi ngắn mạch ngoài 20

Hình 2.5: Nguyên lý của bảo vệ thanh góp bằng cách so sánh pha dòng điện 21

Hình 2.6: Dòng điện sơ cấp và thứ cấp của các máy biến dòng 22

Hình 2.7: Nguyên lý của bảo vệ khoảng cách 23

Hình 2.8 Nguyên lý tác động của bảo vệ khoảng cách 24

Hình 2.9: Chọn vùng và thời gian tác động của bảo vệ khoảng cách 25

Hình 2.10: Phối hợp bảo vệ khoảng cách tại 2 đầu đường dây 26

Hình 2.11: Sơ đồ cơ bản cho cấu hình bảo vệ tập trung [6] 28

Hình 2.12: Áp dụng sơ đồ bảo vệ cấu hình tập trung cho sơ đồ 2 thanh góp [6] 28

Hình 2.13: Sơ đồ logic của bảo vệ cấu hình tập trung [6] 29

Hình 2.14: Sơ đồ phương thức bảo vệ toàn TBA 110kV Ba Khe 30

Hình 2.15: Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp TBA 110kV Ba Khe 31

Hình 2.16: Sơ đồ phương thức bảo vệ toàn TBA 110kV Đại Từ 32

Hình 2.17: Sơ đồ cơ bản cho cấu hình bảo vệ phân tán [6] 32

Hình 2.18: Áp dụng sơ đồ bảo vệ cấu hình phân tán cho sơ đồ 2 thanh góp [6] 33

Hình 2.19: Sơ đồ logic của bảo vệ cấu hình phân tán [6] 33

Hình 2.20: Sơ đồ phương thức bảo vệ phía 110kV trạm 220kV Đông Anh 34

Hình 2.21: Sơ đồ phương thức bảo vệ phía 110kV trạm 500kV Lai Châu 36

Hình 2.22: Sơ đồ kết nối bảo vệ so lệch thanh góp nhánh tới bộ bảo vệ trung tâm phía 110kV trạm 500kV Lai Châu 36

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp 46

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kiểu song song 47

Hình 3.3 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây 49

Hình 3.4 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phòng 50

Hình 4.1: CSC cho sự kiện đỉnh 53

Hình 4.2: CSC khi mở máy cắt 53

Hình 4.3: CSC cho bộ nguồn ắc quy 54

Hình 4.4: CSC cho máy cắt 54

Hình 4.5: CSC cho sự cố bộ phận chấp hành máy cắt 55

Hình 4.6: CSC cho sự cố hệ thống điều khiển máy cắt 56

Hình 4.7: Tổng hợp CSC cho máy cắt 57

Hình 4.8: CSC cho sự cố bảo vệ 58

Hình 4.9: CSC cho sự cố rơle 87B.1 59

Hình 4.10 Giao diện chính của phần mềm 60

Hình 4.11 Các biểu tượng có sẵn trong phần mềm 60

Hình 4.12 Giaodiện quản lý dữ liệu của OpenFTA 61

Hình 4.13 Các chức năng hỗ trợ phân tích, tính toán cây sự cố 61

Hình 4.14: CSC cho sự cố bảo vệ 66

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 So sánh mức độ không sẵn sàng của các sơ đồ phương thức bảo vệ khác

nhau với máy biến áp lực 70Bảng 4.2 Mức độ đóng góp của các hư hỏng tới độ không sẵn sàng của sự kiện đỉnh

70

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc Cùng với sự phát triển đó, ngành công nghiệp điện lực đã trở thành một trong những ngành quan trọng nhất, quyết định đến sự phát triển và ổn định nền kinh tế và an ninh Quốc gia

Để đảm bảo cho nền kinh tế ngày càng đi lên một cách vững chắc, ngành điện phải đi trước một bước Hệ thống điện ngày càng được chú trọng đầu tư xây dựng và hiện đại hoá, trong đó các thiết bị bảo vệ được đặc biệt quan tâm bởi các thiết bị này đóng vai trò cực kỳ quan trọng, nó đảm bảo cho các phần tử chính như máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện, cáp ngầm, thanh góp, động cơ .và toàn bộ hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định

Các hệ thống thanh góp là những điểm nút trung chuyển công suất trên lưới điện Đây cũng là nơi tập trung rất nhiều các ngăn lộ, có thể là máy phát, máy biến

áp hay đường dây tải điện Thanh góp được bố trí trong các nhà máy điện hoặc trạm biến áp nên xác suất sự cố ngắn mạch xảy ra trên thanh góp thường không lớn, tuy nhiên khi xảy ra ngắn mạch trên thanh góp mà không loại trừ kịp thời thì sự cố trở nên rất trầm trọng Đối với những thanh góp tại các nhà máy điện lớn và các trạm truyền tải điện, khi xảy ra ngắn mạch nếu không loại trừ kịp thời nhiều trường hợp

có thể gây sự cố lan truyền và tan rã lưới điện

Các thiết bị bảo vệ nói chung và bảo vệ thanh góp nói riêng có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần tử bị sự cố ra khỏi lưới điện, ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những tổn thất mà sự cố có thể gây nên

Để đảm bảo nhu cầu chất lượng điện năng ngày càng tăng của xã hội, việc đánh giá khả năng đáp ứng của các thiết bị trong hệ thống điện là rất cần thiết Thông qua đề tài luận văn "Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo vệ thanh góp", tôi muốn đóng góp một phần nhỏ tìm tòi, nghiên cứu của mình thông qua việc tổng hợp các dạng sơ đồ và thiết bị bảo vệ thanh góp thường gặp trong hệ thống điện và đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo vệ một số sơ đồ thanh góp hiện đang được sử dụng trong lưới điện truyền tải Việt Nam Qua luận

văn này, tôi muốn đưa ra một số nhận xét, đánh giá và kiến nghị đối với các sơ đồ thanh góp theo quan điểm bảo vệ

Nội dung luận văn này gồm 5 chương:

:

Chương 1 Giới thiệu các loại sơ đồ thanh góp và sơ đồ phương thức bảo vệ

thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp

Chương 2: Độ tin cậy và các chỉ số đánh giá độ tin cậy

Chương 3: Giới thiệu phương pháp cây sự cố trong đánh giá độ tin cậy của

Để hoàn thành luận văn này, bản thân tôi đã nỗ lực rất nhiều,

hạn chế về mặt thời gian nên việc thu thập tài liệu, số liệu và thông tin chưa được nhiều nên bản luận văn này không tránh khỏi những khiếm khuyết Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và toàn thể bạn đọc

Trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn, tôi đã luôn nhận được

sự động viên giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Xuân Tùng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó!

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP VÀ SƠ ĐỒ :

PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP THƯỜNG GẶP Ở NHÀ MÁY

ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

1 Các loại sơ đồ thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp [5]

Trong các nhà máy điện, trạm biến áp và trạm phân phối tuỳ thuộc vào vai trò,

vị trí của nó trong hệ ống điện có thể sử dụng các loại sơ đồ thanh góp như sau:th1.1 Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua một máy cắt

Hình 1.1: S ơ đồ một thanh góp không phân đoạn

Hình 1.2 S : ơ đồ thanh góp được phân đoạn bằng 2 dao cách ly

Dao cách ly chỉ đóng mở khi không có dòng điện nên rất an toàn khi thao tác Thực vậy, khi sửa chữa một máy cắt nào đó thì thao tác đầu tiên là cắt máy cắt đó sau

đó mở các dao cách ly và thao tác cuối cùng là là nối đất an toàn về phía hai đầu máy cắt

Nhược điểm của sơ đồ này là không đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng vì:

- Khi sửa chữa thanh góp hoặc dao cách ly đặt về phía thanh góp thì

toàn bộ các mạch đều phải ngừng làm việc

- Ngắn mạch trên thanh góp cũng gây mất điện toàn bộ

- Khi sửa chữa máy cắt hay dao cách ly của mạch nào thì các phụ tải của mạch đó phải mất điện trong suốt thời gian sửa chữa

Vì những nhược điểm trên, sơ đồ một thanh góp không phân đoạn thường không được dùng trong các nhà máy điện và trạm biến áp lớn và không đáp ứng được phần lớn các yêu cầu đối với các nút quan trọng của lưới điện Sơ đồ này được sử dụng ở các trạm 110kV dùng cho c c thiết bị c ng suất nhỏ phía trung áp cung cấp cho cá ô ác phụ tải kh ng quan trọng, nhất là khi chỉ cô ó một nguồn cấp

Tuy nhiên sơ đồ một thanh góp có ưu điểm là đơn giản cả về cấu trúc và bảo vệ Để bảo vệ loại thanh góp này, thường kết hợp bảo vệ của các phần tử lân cận, thường

không cần đặt bảo vệ thanh góp riêng Dùng sơ đồ này rẻ tiền và dễ vận hành, nên người ta tìm cách nâng cao độ tin cậy của sơ đồ bằng cách chia thanh góp thành các phân đoạn nhỏ

Trên hình 1.2 giới thiệu sơ đồ thanh góp được phân đoạn bằng 2 dao cách ly Nhờ có dao cách ly phân đoạn mà khi sửa chữa một phân đoạn thanh góp hay dao cách ly phân đoạn của nó sẽ không dẫn đến mất điện toàn bộ ở các hộ tiêu thụ Chỉ các phụ tải nào nối với phân đoạn sửa chữa thì mới bị mất điện

Khi làm việc bình thường, các dao cách ly phân đoạn có thể ở trạng thái đóng hoặc

mở Khi phụ tải và nguồn phân bố thích hợp cho mỗi phân đoạn thì dao cách ly phân đoạn ở vị trí mở, vì như vậy khi sự cố trên phân đoạn nào thì chỉ các mạch nối với nó mất điện, các mạch khác vẫn làm việc bình thường Nhưng khi phụ tải và nguồn ở các phân đoạn phân bố không đều thì tình trạng làm việc này có thể dẫn đến làm tăng tổn thất công suất trong mạng

Số phân đoạn phụ thuộc vào số lượng, công suất của nguồn và phụ tải Khi công suất của nguồn lớn, người ta thường phân đoạn thanh góp theo số nguồn Dao cách

ly phân đoạn sẽ đóng lại để cung cấp cho phụ tải của phân đoạn có nguồn không làm việc

Như vậy việc phân đoạn của thanh góp bằng dao cách ly tránh được t nh trạng mất ìđiện kéo dài của tất các hộ tiêu thụ cả khi tiến hành sửa chữa thanh góp Nó có thể dùng để cung cấp điện cho phụ tải quan trọng khi được cung cấp bằng hai đường dây lấy từ hai phân đoạn khác nhau

Sơ đồ một thanh góp có phân đoạn bằng dao cách ly có nhược điểm là nếu khi

bình thường dao cách ly phân đoạn ở vị trí đóng th sự cố xẩy ra tr n một ph n đoạn ì ê ânào đó, toàn bộ phụ tải tạm thời mất điện cho đến khi tách được phân đoạn bị sự cố

ra (mở dao cách ly phân đoạn) mới có thể khôi phục lại được sự làm việc của phân đoạn không sự cố Ngay cả khi dao cách ly phân đoạn thường mở th khi nguồn cấp ì của một ph n đoạn bị hư hỏng, các phụ tải của phân đoạn này cũng tạm thời mất âđiện cho đến khi đóng được dao cách ly phân đoạn và máy cắt của từng mạch, thời gian mất điện sẽ lớn do thời gian thao tác lâu

Để khắc phục được nhược điểm trên, người ta thực hiện phân đoạn thanh góp bằng máy cắt phân đoạn như Hình 1.3:

Hình 1.3: P hân đoạn thanh góp bằng máy cắt phân đoạn

Máy cắt phân đoạn có thể thường ở vị trí đóng hoặc mở khi làm việc bình thường Nếu máy cắt phân đoạn thường đóng thì khi ngắn mạch ở phân đoạn lân cận, bảo vệ cắt nhanh đặt ở máy cắt phân đoạn sẽ tác động cắt máy cắt để duy trì sự làm việc bình thường của các phân đoạn còn lại, song như vậy sẽ làm tăng dòng điện ngắn mạch trong mạng Để giảm dòng ngắn mạch, trong các trạm trung và hạ áp, người ta để các máy cắt phân đoạn ở vị trí thường mở và đặt thêm thiết bị tự động đóng lại nguồn dự phòng Nhờ

đó, máy cắt phân đoạn sẽ tự động đóng lại khi nguồn cấp của các phân đoạn lân cận bị mất

Sơ đồ một thanh góp có máy cắt phân đoạn được dùng nhiều trong các nhà máy điện và trạm biến áp vì có cấu tr c và vận hành đơn giản, giá thành hạ và độ tin cậy útương đối cao do giảm được xác xuất mất điện của phụ tải khi sự cố và sửa chữa thanh góp (50% khi có hai phân đoạn) Sơ đồ có thể dùng để cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng không cho phép mất điện bằng cách thực hiện các đường dây kép lấy từ hai phân đoạn khác nhau Sơ đồ này thường dùng khi số nguồn và số đường dây nối với mỗi phân đoạn không lớn Các trạm 110kV thường dùng cấu hình này cho phía trung áp khi êcó tr n 6 ngăn lộ hoặc có 2 máy biến áp thường xuyên có nhu cầu vận hành độc lập cũng thường dùng cấu hình này

Cả ba sơ đồ một thanh góp đã nêu trên có một nhược điểm chung là khi sửa

chữa máy cắt của một mạch nào đó th phụ tải của n sẽ mất điện trong suốt thời ì ó gian sửa chữa máy cắt Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng sơ đồ một thanh góp có thanh góp vòng và máy cắt vòng Thanh góp vòng được nối với các mạch qua dao cách ly vòng Bình thường, máy cắt vòng và dao cách ly vòng không làm việc.

Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vòng được trình bày ở hình 1.4:

Hình 1.4: Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vòng

Sơ đồ này có ưu điểm là cho phép sửa chữa một máy cắt của một mạch nào đó

mà không không làm gián đoạn cung cấp điện của mạch đó bằng cách dùng thanh góp vòng và máy cắt vòng để thay thế cho máy cắt cần sửa

Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vòng có thể sử dụng ở các nhà máy điện và trạm trạm biến áp công suất không lớn nhưng có số đường dây khá lớn Tuy nhiên, sơ đồ này ngày nay không được ứng dụng do các máy cắt hiện nay có chu kỳ bảo dưỡng dài và thời gian bảo dưỡng ngắn, việc sử dụng máy cắt vòng để thay thế máy cắt cần đại tu không còn là nhu cầu cần thiết như trước

Nhược điểm của tất cả các sơ đồ một thanh góp là khi sửa chữa một phân đoạn thanh góp nào đó thì tất cả các mạch nối với nó bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng sơ đồ hai thanh góp

1.1 .2 Sơ đồ hai h ệ thố ng thanh góp

Sơ đồ hai thanh góp được giới thiệu trên hình 1.5:

Hình 1.5: Sơ đồ hai thanh góp

Trong sơ đồ này, mỗi mạch cũng chỉ được nối với thanh góp qua một máy cắt giống như sơ đồ một thanh góp, nhưng có hai dao cách ly để có thể nối với cả hai thanh góp I hoặc II Việc liên lạc giữa hai thanh góp được thực hiện bằng máy cắt nối

Khi làm việc b nh thường, mỗi mạch chỉ được nối với một trong hai thanh góì p

Có thể hai thanh góp cùng làm việc hoặc một thanh g p làm việc, một thanh gó óp nghỉ Tuy nhiên nếu chỉ một thanh g p làm việc th khi sự cố tró ì ên thanh góp này sẽ mất điện toàn bộ các mạch đến khi chúng được khôi phục chuyển sang thanh gúp còn lại Do vậy, thông thường trong hệ thống điện, người ta cho làm việc cả hai thanh góp Máy cắt nối làm nhiệm vụ giống như máy cắt phân đoạn trong sơ đồ một thanh góp khi làm việc b nh thường Cần phân bố hợp lý c c nguồn và phụ tải sao ì ácho khi có sự cố trên thanh góp thì thiệt hại gây nên thấp nhất

Khi cần sửa chữa một thanh góp nào đó, cần chuyển các mạch của thanh góp đó sang thanh góp còn lại thông qua các dao cách ly

Khi cần sửa một máy cắt nào đó cũng cần chuyển các mạch còn lại về một thanh góp, sau đó tháo các dây dẫn nối với hai đầu máy cắt để tách nó ra khỏi lưới

máy cắt nối vào thay thế máy cắt cần sửa

Tuy sơ đồ hai thanh góp đã khắc phục được một số nhược điểm của sơ đồ một thanh góp Song vẫn còn tồn tại một số nhược điểm sau:

- Dùng nhiều dao cách ly và việc bố trí các dao cách ly khá phức tạp

- Khi sửa chữa máy cắt của một mạch nào đó thì mạch ấy phải tạm thời mất điện trong thời gian đưa máy cắt nối vào làm việc và đưa máy cắt này vào làm việc trở lại

- Khi sự cố trên một thanh góp hoặc sửa chữa một máy cắt nào đó, các mạch còn lại đều phải chuyển về làm việc trên cùng một thanh góp, số mạch càng lớn thì thời gian làm việc trên một thanh góp càng nhiều làm giảm độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ khá nhiều

Hình 1.6: Sơ đồ hai thanh góp có phân đoạn trên từng thanh góp

Để giảm số mạch mất điện khi ngắn mạch trên một thanh góp, người ta tiến hành phân đoạn các thanh góp như hình 1.6 Khi làm việc bình thường, cần bố trí hợp lý công suất và số mạch cho các thanh góp và phân đoạn sao cho tổn thất do sự

cố trên các phân đoạn là ít nhất

Sơ đồ hai thanh góp thích hợp với các cấp điện áp 110kV và 220kV có đến 6 ngăn lộ

Để khắc phục nhược điểm thời gian làm việc trên một thanh góp nhiều khi số mạch lớn, người ta dùng sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng

Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng trình bày ở hình 1.7:

Hình 1.7: Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng

Nhờ có máy cắt vòng và thanh góp vòng mà khi sửa chữa m y cắt của mạch bất á

kỳ th mạch đó không bị mất điện và hai thanh góp vẫn làm việc bì ình thường Có thể sử dụng cả máy cắt vòng và máy cắt nối ri ng hoặc một m y cắt làm cả hai ê ánhiệm vụ chỉ cần đặt thêm dao cách ly như hình 1.7

Sơ đồ này có độ an toàn cung cấp điện ở mức cao, linh hoạt, tuy nhiên tốn thêm diện tích mặt bằng và dao cách ly so với sơ đồ hai thanh góp thông thường Về phương diện bảo vệ, do số ngăn lộ lớn nên cần sử dụng bảo vệ so lệch thanh góp, mỗi khi máy cắt vòng thay thế cho ngăn lộ nào đó thì phải chuyển đổi mạch bảo vệ

làm cho sơ đồ bảo vệ thanh góp này trở nên phức tạp

Sơ đồ này thường được sử dụng ở các trạm 220kV có trên 6 ngăn lộ đồng thời

là các trạm nút quan trọng và có xu hướng phát triển thêm

Các sơ đồ hai thanh góp còn có nhược điểm là dùng nhiều dao cách ly Mặt khác khi sự cố trên một thanh góp hay trên một phân đoạn thì các mạch nối với nó vẫn bị tạm thời mất điện trong thời gian chuyển sang thanh góp khác Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng sơ đồ mỗi mạch nối với thanh g p qua nhiều mó áy cắt

1.2 S ơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt

1.2.1 Sơ đồ hai thanh góp có hai máy c ắ t trên mộ t m ạ ch

Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch được trình bày trên hình 1.8:

Hình 1.8: Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch

Trạng thái bình thường tất cả các phần tử đều làm việc Khi sự cố trên mạch nào, cả hai máy cắt của mạch đó sẽ cắt ra Sự cố trên thanh góp nào thì các máy cắt nối với thanh góp đó sẽ cắt ra Sửa chữa phần tử nào (máy cắt, thanh góp) thì chỉ phần tử đó không làm việc Nếu không kể đến sự cố xếp chồng nhiều phần tử thì sơ

đồ này là tuyệt đối tin cậy Thao tác vận hành đơn giản

Tuy nhiên nhược điểm của sơ đồ này là đắt tiền nên không được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước Người ta tìm cách khắc phục nhược điểm này bằng cách giảm số máy cắt cần dùng trong sơ đồ

1.2.2 Sơ đồ hai thanh góp có ba máy c t trên hai m ắ ạch (sơ đồ ột rưỡ m i)

Sơ đồ một rưỡi được trình bày trên hình 1.9:

Hình 1.9 : Sơ đồ một rưỡi

Trong sơ đồ này, cứ hai mạch được nối với ba máy cắt Sơ đồ một rưỡi được sử dụng nhiều ở những nơi có cấp điện áp cao, công suất lớn và các nút quan trọng của lưới điện như các trạm 500kV và các nhà máy điện lớn Sơ đồ này có độ tin cậy gần bằng sơ đồ có hai máy trên một mạch nhưng giá thành rẻ hơn (chỉ bằng khoảng 75%) nên hiện nay cũng được sử dụng rộng rãi giống như sơ đồ một thanh góp Việc sử dụng sơ đồ có lợi nhất là khi số nguồn bằng số đường dây Về phương diện bảo vệ, sơ đồ này cũng gần giống như sơ đồ hai thanh góp thông thường

Để giảm giá thành, người ta có thể thực hiện sơ đồ hai thanh góp có 4 máy cắt trên 3 mạch như hình 1.10, hoặc sơ đồ đa giác (mạch vòng kín)

Hình 1.10: Sơ đồ hai thanh góp có 4 máy cắt trên 3 mạch

1.2.3 Sơ đồ đa giác

Sơ đồ đa giác hay mạch vòng kín được trình bày ở trên hình 1.11:

Đối với sơ đồ này, độ tin cậy cao gần bằng sơ đồ có hai máy cắt trên một mạch

và sơ đồ một rưỡi nhưng số máy cắt ít hơn

Ưu điểm của sơ đồ đa giác là:

- Mỗi mạch được cung cấp qua hai máy cắt nên về mặt độ tin cậy của nó tương đương với sơ đồ có hai máy cắt trên một mạch nhưng rẻ hơn vì mỗi mạch chỉ ứng với một máy cắt, giá thành chỉ tương đương với sơ đồ một thanh góp không phân đoạn

- Khi sửa chữa một máy cắt bất kỳ không làm gián đoạn sự làm việc của các phần tử khác Thao tác vận hành đơn giản

Hình 1.11: Sơ đồ đa giác

- Mỗi phần tử của sơ đồ có thể được bảo vệ một cách tin cậy bởi bảo vệ rơle của phần tử liền kề

- Hư hỏng bất kỳ phần nào trên sơ đồ chỉ dẫn đến việc cắt phần tử đó và phần

tử nối với nó, không phá hoại sự làm việc bình thường của các phần tử khác

- Không cần đặt bảo vệ thanh góp riêng

Nhược điểm của sơ đồ này là khó khăn khi phát triển các ngăn lộ mới Khi sự

cố trên một mạch nào đó, hai máy cắt nối với mạch đó sẽ cắt ra làm sơ đồ bị hở

mạch cho đến khi tách được sự cố ra và đóng lại các máy cắt Khi số ngăn lộ càng nhiều thì nhược điểm này càng thể hiện rõ và có thể có sự cố trùng lặp dẫn đến mạch vòng bị tách thành các phần riêng rẽ Hiện nay có thể nhanh chóng phục hồi lại sự làm việc kín của sơ đồ bằng cách dùng các thiết bị tự động điều khiển từ xa

để mở dao cách ly mạch bị sự cố và tự động đóng lại máy cắt của nó

Các sơ đồ đa giác thường được sử dụng ở các thiết bị phân phối 220kV đến 500kV hoặc cao hơn Hiện nay, xu hướng áp dụng nhiều sơ đồ này hơn sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng bởi vì ngoài các ưu điểm trên, còn có các lý do khác như: Dùng sơ đồ này tốn ít diện tích hơn Việc sử dụng máy cắt dầu và máy cắt không khí ở lưới điện truyền tải không còn được phát triển vì độ tin cậy không cao,

số lần cắt ngắn mạch hạn chế nên số lần đại tu nhiều, thời gian đại tu lâu Các máy cắt SF6 được sử dụng nhiều ở các trạm 110kV và 220kV có giới hạn cắt ngắn mạch lớn, chu kỳ phải đại tu, bảo dưỡng dài và thời gian cắt điện để bảo dưỡng nhanh Vì vậy việc dùng máy cắt vòng hoặc máy cắt liên lạc để thay thế máy cắt cần đại tu không còn là nhu cầu cần thiết như trước Hơn nữa, với sơ đồ lưới truyền tải và phân phối đã phát triển như hiện nay, việc đưa máy cắt ra đại tu có thể dùng các phương án để cấp điện trở lại hoặc phụ tải của nó có thể được cấp bởi nguồn khác làm cho ưu thế sử dụng sơ đồ này càng thể hiện rõ

1.3 Sơ đồ cầu

Nhiều cấu hình thanh góp ở các phần trên đây có độ tin cậy cao và khá thuận tiện trong vận hành, sửa chữa Nhưng nhược điểm là giá thành cao nên được dùng ở các trạm phân phối và truyền tải, các nút công suất lớn, quan trọng Trong khi các trạm biến áp có ít mạch, người ta hay dùng sơ đồ cầu là các sơ đồ đơn giản, giá thành hạ, có độ tin cậy gần bằng các sơ đồ một thanh góp

Hình 1.12: Sơ đồ cầu

Trên hình 1.12 giới thiệu sơ đồ cầu đơn Các sơ đồ này thường được dùng khi

có 4 ngăn lộ Khi các trạm lấy nguồn điện từ giữa đường dây; khi hai đường dây làm việc song song có chiều dài lớn, hay sự cố trên đường dây thì áp dụng sơ đồ cầu trong như hình 1.12.a Ngược lại, đối với các trạm ở cuối hai đường dây song song; hai đường dây có chiều dài ngắn, ít sự cố nhưng lại thường xuyên đóng cắt máy biến áp khi phụ tải thay đổi thì áp dụng sơ đồ cầu ngoài như hình 1.12.b

Sơ đồ cầu có cấu trúc đơn giản, thanh góp được bảo vệ bởi thiết bị bảo vệ của các phần tử lân cận như đường dây hoặc máy biến áp

2 Các sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp

2.1 Nguyên lí bảo vệ thanh góp [5]

2.1.1 Quá dòng điệ n

Quá dòng điện là hiện tượng xảy ra do ngắn mạch hoặc quá tải làm cho dòng điện qua các phần tử của hệ thống vượt quá cho phép Dòng điện khởi động của bảo

vệ được chọn như sau:

Ikđ Kat. Kv Km Ilvmax< Inmin

Trong đó:

Ilvmax: Dòng điện làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử bảo vệ Km: Hệ số mở máy của các phụ tải động cơ Tùy từng trường hợp cụ

thể có thể lấy Km=25

Kat: Hệ số an toàn, thường lấy trong khoảng 1,1 (đối với rơle tĩnh và

rơle số) đến 1,2 (đối với rơ le điện cơ)

Kv: Hệ số trở về, với rơle điện cơ Kv = 0,85  0,9; với rơle tĩnh và rơle số Kv 1 

Inmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo rơ le còn khởi

đối với rơle số t=0,2 0,3 giây 

Đối với bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh, thường làm việc tức thời hoặc với độ trễ thời gian rất bé khoảng ( 0,1 giây) Độ chọn lọc của bảo vệ được đảm bảo bằng 

cách chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn dòng điện ngắn mạch lớn nhất ở cuối phần tử được bảo vệ (tại điểm N1như hình 2.2)

Ikđ= Kat INng.max

Trong đó:

INng.max: Dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo ngắn

mạch 3 pha ở cuối phần tử được bảo vệ với chế độ làm việc cực đại

Kat: Hệ số an toàn, thường lấy bằng 1,2  1,3

Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của đường dây L 1

Trên hình 2.2, phạm vi bảo vệ của đường dây L1 là khoảng cách Lmax hoặc Lmintuỳ thuộc vào trị số của dòng ngắn mạch trên đường dây Khi có ngắn mạch tại điểm N2 trên thanh góp đầu đường dây thì các bảo vệ quá dòng cắt nhanh của đường dây và của máy biến áp sẽ tác động cắt các máy cắt tương ứng để loại trừ sự cố

Để tăng tính chọn lọc, các bảo vệ quá dòng có trang bị thêm bộ phận định hướng công suất, khi đó các bảo vệ quá dòng có hướng chỉ tác động ứng với luồng công suất đi theo một hướng nhất định

Bảo vệ quá dòng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ hầu hết các phần tử trong lưới điện Nhược điểm chung của nguyên lý quá dòng điện là không đảm bảo được tính chọn lọc của các bảo vệ trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cấp

2.1.2 So l ệch dòng điệ n

Nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện là so sánh dòng điện ở các phía của phần tử được bảo vệ Nếu sự sai lệch giữa dòng điện ở các phía vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ tác động

Trên hình 2.3 giới thiệu nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm dùng cho hệ thống thanh góp đơn Vùng tác động của bảo vệ được giới hạn từ các máy

biến dòng điện đặt ở đầu các ngăn lộ tới thanh góp

Hình 2.3: N guyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

Dòng điện so lệch ISL (hay dòng điện làm việc ILV) bằng tổng véc tơ của của

dòng điện thứ cấp tất cả n phần tử nối vào thanh góp:

Trong chế độ làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài (tại đểm N2) thì

dòng điện phía thứ cấp của toàn bộ các ngăn lộ chạy tuần hoàn trong mạch vòng của

cuộn thứ cấp máy biến dòng và dây dẫn phụ nối chúng lại với nhau Nếu bỏ qua sai

số của các máy biến dòng thì dòng điện so lệch chạy qua rơle: ISL = 0

Khi ngắn mạch ở trong vùng bảo vệ (tại đểm N1) thì dòng điện của các ngăn lộ

có thể thay đổi cả về hướng và biên độ nên: ISL≠ 0

Nếu không xét đến dòng điện hãm thì bảo vệ sẽ tác động khi: ISL > Ikđ

Trong đó: Ikđ là dòng điện khởi động của rơle

Trên thực tế, do sai số của các máy biến dòng, đặc biệt do hiện tượng bão hoà

của mạch từ nên trong chế độ làm vệc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài,

dòng điện so lệch (hay dòng không cân bằng) sẽ khác không: ISL=Ikcb≠0

Dòng điện không cân bằng Ikcb trong một số trường hợp có thể có trị số lớn, đặc

biệt là khi ngắn mạch ngoài do dòng sự cố đi qua máy biến dòng làm cho nó bão

hòa Để ngăn ngừa bảo vệ có thể làm việc không chọn lọc do dòng điện không cân

bằng người ta thường sử dụng nguyên lý hãm

Nguyên lý hãm của bảo vệ so lệch dòng điện cũng được trình bày trên hìmh 2.3 Dòng điện hãm IH tỷ lệ với tổng đại số của dòng điện thứ cấp tất cả n phần tử:

ITi = I + IT1 T2 + + ITn =

Trong đó KHlà hệ số hãm biểu thị mối quan hệ:

Hệ số hãm có thể được điều chỉnh (bằng cách thay đổi trị số điện trở R trên hình 2.3) để có thể đảm bảo hiệu ứng hãm tin cậy khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ngay cả khi mức độ bão hòa của máy biến dòng điện không giống nhau sao cho: IH

> ISL Thông thường người ta chọn KH từ 0.5 đến 0.9

Như vậy, rơle so lệch sẽ so sánh biên độ của dòng điện làm việc và dòng điện hãm Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài, dòng điện so lệch bé hơn nhiều dòng điện hãm nên rơle so lệch không làm việc Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì ISL > IHnên rơle sẽ tác động

2.1.3 So l ch ệ dùng rơle tổ ng trở cao

Nguyên lý của bảo vệ so lệch dùng rơle tổng trở cao trình bày trên hình 2.4 cũng gần tương tự như nguyên lý so lệch dòng điện, chỉ khác ở chỗ dòng điện so lệch được đi vào rơle qua tổng trở cao của mạch rơle và điện áp giáng trên tổng trở cao được chọn để so sánh với điện áp khởi động của rơle

Hình 2.4.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ thanh góp dùng rơle tổng trở cao

Để đơn giản xét trường hợp thanh góp chỉ có hai phần tử, các máy biến dòng có thông số hoàn toàn như nhau Dùng sơ đồ thay thế có mạch đẳng trị như hình 2.4.2 Nếu các máy biến dòng có thông số hoàn toàn giống nhau thì:

- R1 = R2 (R là điện tr ở cuộn dây máy bi n dòng và dây nế ối trong sơ đồ

KH =

I H

ISL

- Xµ1 = Xµ2 (Xµ1, Xµ2là điện kháng mạch từ hóa)

Ở chế độ ngắn mạch ngoài, nếu các máy biến dòng không bị bão hòa thì Xµ có giá trị khá lớn (Hình 2.4.2), dòng điện trong mạch từ hóa có thể bỏ qua Vì các dòng điện sơ cấp ra và vào nút cân bằng nhau nên phía thứ cấp dòng điện “Tuần hoàn hay

so lệch” không chạy qua rơle, rơle không tác động

Hình 2.4.2: Sơ đồ mạng điện đẳng trị dùng rơle so lệch tổng trở cao khi ngắn

mạch ngoài

(a) Chế độ bình thường và khi ngắn mạch ngoài các BI không bị bão hòa

(b) Khi ngắn mạch ngoài và máy biến dòng ở các phần tử sự cố bị bão hòa hoàn toàn

Trường h p ợ bất lợi ấnh t là máy bi n dòng t trên ph n t có s c b bão hoà ế đặ ầ ử ự ố ịhoàn toàn, có th xem nh Xể ư µ1 = 0 (hình 2.4.2,b) M ch th c p c a BIạ ứ ấ ủ 1 coi nh b ư ị

n i t t và ph t i phía ố ắ ụ ả thứ ấ c p c a BIủ 2 b ng hai i n tr ghép song song nhau, iằ đ ệ ở đ ện

trở cao c a m ch r le R và i n ủ ạ ơ đ ệ trở R1 c a cu n dây máy bi n dòng b bão hoà ủ ộ ế ị

c ng v i dây nộ ớ ối từ máy bi n dòng này n rế đế ơle

Đ ệi n tr c a m ch r le R ở ủ ạ ơ được ch n sao cho i n áp giáng trên R1 (c ng là ọ đ ệ ũ

đ ệi n áp t ên rđặ tr ơ le UR) không vượt qu đ ện á i áp khởi động c a r le ủ ơ

Điện áp đặt trên rơle bằng: UR = ITN.max.R1

Trong đó ITN.max – Dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất phía thứ cấp của máy biến dòng

Để cho bảo vệ không tác động nhầm do máy biến dòng bị bão hòa, thường chọn: U > 2.5.I (R + 2.R )

trong đó: RBI điện trở cuộn dây máy biến dòng.

Rdd điện trở dây dẫn nối từ máy biến dòng xa nhất đến rơle

Muốn tăng độ nhạy của bảo vệ cần chọn máy biến dòng có điện trở cuộn dây RBI bé

và phải giảm đến mức thấp nhất điện trở của dây nối

Khi có ngắn mạch trên thanh góp, tất cả các dòng điện phía sơ cấp đều chạy vào thanh góp, ở phía thứ cấp tất cả dòng điện đều chạy qua rơle Để bảo vệ chống quá điện áp cho rơle có thể mắc song song với rơle một điện trở phi tuyến

Hình 2.5: Nguyên lý của bảo vệ thanh góp bằng cách so sánh pha dòng điện

Hình 2.6: Dòng điện sơ cấp và thứ cấp của các máy biến dòng

Đối với hệ thống có tần số fdđ = 50 Hz thời gian tc max = 10 ms lớn hơn thời gian đặt của bảo vệ tđ (tc >tđ) đủ cho bảo vệ tác động

Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ thanh góp (tại điểm N2), dòng điện chạy qua máy biến dòng của phần tử sự cố có pha ngược với dòng điện chạy trong các máy biến dòng khác , thời gian trùng hợp tín hiệu cùng cực tính bằng không, bảo vệ sẽ không tác động Trên thực tế, do sai số của máy biến dòng, do sự có mặt của thành phần một chiều trong dòng điện sự cố, đặc biệt do hiện tượng bão hòa khác nhau của biến dòng mà thời gian trùng hợp tín hiệu cùng cực tính có thể thay đổi, vì vậy logic tác động của bảo vệ được bổ sung thêm một số điều kiện nhằm đảm bảo tính chọn lọc cao Các điều kiện bổ sung trong logic tác động là: Điều kiện của thời gian trùng hợp tín hiệu ở nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm; điều kiện giới hạn thời gian không trùng hợp tín hiệu; điều kiện của thời gian trùng hợp tín hiệu ở nửa chu

kỳ ngược tiếp theo

Bảo vệ so sánh pha dòng điện còn được áp dụng cho đường dây tải điện Tuy nhiên ngày nay các rơle số ít dùng nguyên lý so sánh pha riêng biệt mà thường dùng nguyên lý so lệch dòng điện

2.1.5 B o v kho ng cách ả ệ ả

Nguyên lý của bảo vệ khoảng cách (nguyên lý đo tổng trở) được áp dụng để bảo

vệ các thiết bị điện Bảo vệ khoảng cách của đường dây tải điện như hình 2.7.a có thể phối hợp để bảo vệ cho thanh góp Khi ngắn mạch xảy ra trên đường dây (tại điểm N) các bảo vệ khoảng cách 21A và 21B ở hai đầu đường dây tác động cắt các máy cắt tương ứng Khi ngắn mạch trên thanh góp A (tại điểm N1) thì bảo vệ khoảng cách 21B tác động ở vùng II hoặc bảo vệ khoảng cách 21A sẽ tác động nếu được chỉnh định ở vùng sau (phía thanh góp A) đồng thời các bảo vệ quá dòng sẽ tác động cắt các máy cắt tương ứng để loại trừ sự cố

Dưới đây sẽ trình bày nguyên lý của bảo vệ khoảng cách:

Tổng trở Z. đo được tại chỗ đặt bảo vệ được tính theo công thức:

.

U Z I



- Trong đó: U. là điện áp chỗ đặt bảo vệ

- I. là dòng điện phụ tải Trong chế độ làm việc bình thường, khi dòng điệnđạt giá trị cực đại IAmax tổng trở ZAmin phụ thuộc vào tính chất của phụ tải và vẽ nên một cung tròn trên mặt phẳng phức như hình 2.7.b

Hình 2.7: Nguyên lý của bảo vệ khoảng cách

Khi ngắn mạch trực tiếp xảy ra tại điểm N trên đường dây, tổng trở đo được tại

chỗ đặt bảo vệ: ZAN = RAN+jXAN Trị số tổng trở sẽ giảm đột ngột nhưng góc của véctơ tổng trở không thay đổi

Khi ngắn mạch qua điện trở trung gian Rqđ (thường là điện trở hồ quang phát sinh tại chỗ ngắn mạch), tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ:

Z’

AN = ZAN+ Rqđ,

Trị số tổng trở lớn hơn nhưng góc của véctơ tổng trở giảm đi như hình 2.8.a

Hình 2.8 Nguyên lý tác động của bảo vệ khoảng cách

Đối với bảo vệ khoảng cách làm việc không có thời gian, để tránh tác động nhầm khi ngắn mạch ở phần tử tiếp theo, tổng trở khởi động của bộ phận khoảng cách phải chọn bé hơn tổng trở của đường dây: Zkđ = K.ZD như Hình 2.8.b

Hệ số K thường chọn trong khoảng 0.8 0.85 có xét đến sai số của máy biến 

dòng điện và máy biến điện áp và các thông số ảnh hưởng gây sai số khác

Rơ le khoảng cách dùng để bảo vệ đường dây tải điện thường có nhiều vùng tác động, chẳng hạn có ba vùng phía trước và một vùng phía sau Các vùng phía trước làm dự phòng cho nhau và cho bảo vệ đoạn liền kề

Thời gian tác động trong bảo vệ khoảng cách được chọn sao cho ngắn mạch càng gần chỗ đặt bảo vệ càng được loại trừ nhanh Độ chênh lệch về thời gian làm việc giữa các vùng bảo vệ liền kề nhau được chọn trong khoảng t = 0.3 0.5s 

Việc chọn vùng và thời gian tác động được thể hiện trên hình 2.9

Hình 2.9: Chọn vùng và thời gian tác động của bảo vệ khoảng cách

Vùng thứ nhất của bảo vệ có thời gian làm việc tI = 0 bao trùm khoảng 80 

90% chiều dài đường dây được bảo vệ Như vậy tổng trở khởi động ZI

A của bảo vệ thứ nhất đặt ở đầu A trên đường dây AB được chọn:

ZI

A = Kat.ZAB

Đối với các rơ le điện cơ, có thể lấy Kat = 0.8, với các rơle số có độ chính xác cao hơn có thể lấy Kat = 0.85 Nếu tổng trở của đường dây có thể đo được trực tiếp thay vì các trị số lấy ở tài liệu tra cứu và sử dụng rơle số thì có thể lấy Kat = 0.9 Tổng trở khởi động của vùng thứ II cần được phối hợp với vùng thứ I của bảo vệ đoạn tiếp theo:

ZII

A = Kat.(ZAB + ZI

B) Trong đó: ZI

B là tổng trở khởi động vùng I của bảo vệ đặt ở đầu B tiếp theo

Hệ số Katđược chọn như trên nhằm phối hợp chọn lọc giữa hai vùng thứ II của hai bảo vệ A và B liền kề

Tương tự có thể tính tổng trở khởi động của vùng thứ III:

ZIII

A = Kat.(ZAB + Kat (ZBC Z+ I

C)) Trong đó: là tổng trở khởi động vùng I của bảo vệ đặt ở đầu B tiếp theo

Nếu thanh góp cuối đường dây có nhiều đường dây ra thì đường dây có chiều dài ngắn nhất sẽ được chọn để phối hợp với tổng trở vùng thứ II của đường dây đang xét Thông thường tổng trở khởi động của vùng thứ II cũng bao trùm được 20% chiều dài đoạn đường dây tiếp theo để làm dự phòng chống các hư hỏng trên thanh góp cuối đường dây

Vùng khởi động thứ III thường lấy bao trùm toàn bộ đường dây tiếp theo để làm dự phòng cho đường dây này

Khả năng dự phòng cho nhau gữa các vùng bảo vệ và giữa các bảo vệ khoảng cách liền kề có thể thấy trên hình 2.9 Khi ngắn mạch trên đường dây AB tại điểm N1 thì vùng I của rơle 21A sẽ tác động cắt máy cắt QA với thời gian tIA  0 Nếu vùng I từ chối tác động thì vùng II sẽ cắt QA với thời gian tIIA và nếu vùng II cũng từ chối tác động thì vùng III sẽ cắt QA với thời gian tIIIA Khi ngắn mạch ở cuối đường dây BC tại diểm N2 trong vùng II của rơ le 21B, bảo vệ sẽ cắt máy cắt

QB với thời gian tIIB Nếu vùng II từ chối tác động thì vùng III của rơle 21A sẽ cắt đầu nguồn QA với thời gian tIIIA

Đối với đường dây được đặt bảo vệ khoảng cách ở hai đầu, vùng I của mỗi bảo vệ chỉ bảo vệ được khoảng 80 85% chiều dài đường dây, khi ngắn mạch tại -điểm N trên đường dây như Hình 2.10 thì cả hai bảo vệ đều tác động cắt máy cắt ở hai đầu

Hình 2.10: Phối hợp bảo vệ khoảng cách tại 2 đầu đường dây

Trường hợp này máy cắt ở một đầu QA cắt ngắn mạch với thời gian cấp I

II (vùng II tII0.30.5 giây) Để thời gian cắt ngắn mạch của QB nhanh hơn, người

ta dùng phương pháp truyền tín hiệu liên động giữa hai bảo vệ Các phương pháp thường dùng là:

- Truyền tín hiệu cho phép cắt: làm cho thời gian cắt của QB sẽ chỉ còn bằng thời gian truyền tín hiệu thông tin giữa hai đầu khoảng 10 – 40ms

- Tăng tốc độ cắt (mở rộng vùng I): Vùng I của bảo vệ phía QB sẽ được

mở rộng tới khoảng 130% chiều dài đường dây và QB sẽ cắt với thời gian nhỏ hơn nhiều so với thời gian tác động của vùng II, chậm hơn QA một khoảng thời gian bằng thời gian truyền tín hiệu thông tin giữa hai đầu và thời gian chuyển đổi

để mở rộng vùng I

- So sánh hướng của khoảng cách đo được: Vùng I của bảo vệ cả hai đầu đều được chỉnh định lớn hơn chiều dài đường dây Khi ngắn mạch trên đường dây thì cả hai máy cắt đều cắt với thời gian cấp I Khi ngắn mạch ngoài đường dây điểm M (phía sau QA), để tránh tác động nhầm, người ta dùng rơle tổng trở ngược hướng để khoá bảo vệ ở đầu đối diện hoặc tín hiệu cắt chỉ được gửi đi khi cả hai bảo vệ được khởi động đồng thời (khi ngắn mạch mà hướng công suất đi qua bảo vệ theo chiều dương hay hướng trước mặt của bộ phận đo khoảng cách)

2.2 Các sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp thường gặp

Trên thực tế, dựa vào yêu cầu của từng khu vực, từng cấu trúc sơ đồ, từng nhà sản xuất rơle mà các đơn vị tư vấn sẽ đưa ra phương thức bảo vệ thanh góp phù hợp cho nhà máy và trạm biến áp Ở luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu và giới thiệu về những sơ đồ sử dụng rơle bảo vệ chính là rơle bảo vệ so lệch thanh góp

Về cấu hình bảo vệ so lệch thanh góp có 2 cấu hình cơ bản được sử dụng cho hầu hết các trạm biến áp 110kV, 220kV và 500kV ở Việt Nam đó là cấu hình phân tán

và cấu hình tập trung

2.2.1 Sơ đồ phương thứ c b o v thanh góp theo c u hình t p trung ả ệ ấ ậ

2.2.1.1 Giới thiệu chung

Hình 2.11: Sơ đồ cơ bản cho cấu hình bảo vệ tập trung [6]

Hình 2.12: Áp dụng sơ đồ bảo vệ cấu hình tập trung cho sơ đồ 2 thanh góp

[6]

Hình 2.13: Sơ đồ logic của bảo vệ cấu hình tập trung [6]

Hệ thống bảo vệ thanh góp với cấu hình tập trung sử dụng các cáp điều khiểnđưa tín hiệu từ tất cả các ngăn tới bộ trung tâm (CU) bao gồm trạng thái máy cắt, trạng thái dao cách lý, tín hiệu dòng điện, điện áp B ộ xử lý trung tâm sẽ thực hiện tất cả các chức năng thu thập thông tin, xử lý thông tin và cung cấp các tín hiệu điều khiển và cảnh báo đến các ngăn lộ

2.2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm

* Ưu điểm: Giá thành thấp hơn so với cấu hình phân tán do chỉ sử dụng 01 bộ cấu hình tập trung

2.2.1.3 Các ví dụ thực tế.

a Trạm biến áp 110kV Ba Khe tỉnh Yên Bái.,

Hình 2.14 : Sơ đồ phương thức bảo vệ toàn TBA 110kV Ba Khe

* Giới thiệu chung:

Sơ đồ trạm biến áp 110kV Ba Khe là sơ đồ 2 thanh góp có phân đoạn bao gồm 1 ngăn máy biến áp, 1 ngăn phân đoạn và 3 ngăn đường dây Tại các ngăn được trang bị rơle bảo vệ chính của hãng Toshiba/Việt Nam

- Ngăn máy biến áp:

+ Rơle bảo v so l ch máy bi n áp: GRT200 ệ ệ ế

+ Rơle bảo v ệ quá dòng có hướng: GRD200

+ Rơle tự động điều chỉnh điện áp: REG-DA c a hãng A-Eberle/Đ c ủ ứ+ Khối điều khi n mể ức ngăn: GBU200