Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu phát triến kinh tế của đất nước ta hiện nay là : Công nghiệp hoá và hiện đại hoá, phấn đấu cho dân dàu nước mạnh xã hội công bằng văn minh. Vì vậy, ngành công nghiệp điện năng có một vai trò quan trọng nhất định đòi hỏi hệ thống điện nước ta phải phát triến không ngừng cùng với những ứng dụng của thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến trên toàn thế giới. Điện năng là một nhu cầu không thế thiếu được trong đời sống kinh tế xã hội. Việc sản xuất, truyền tải điện năng phải qua nhiều khâu, nhiều giai đoạn phức tạp, nên không thế tránh khỏi nhừng sự cố hư hỏng. Đe đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cho các hộ tiêu thụ điện, đảm bảo an toàn
Đề tài Tìm hiểu và ứng dụng rơle số 1 LỜI NÓI ĐẦU Mục tiêu phát triến kinh tế của đất nước ta hiện nay là : Công nghiệp hoá và hiện đại hoá, phấn đấu cho dân dàu nước mạnh xã hội công bằng văn minh. Vì vậy, ngành công nghiệp điện năng có một vai trò quan trọng nhất định đòi hỏi hệ thống điện nước ta phải phát triến không ngừng cùng với những ứng dụng của thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến trên toàn thế giới. Điện năng là một nhu cầu không thế thiếu được trong đời sống kinh tế xã hội. Việc sản xuất, truyền tải điện năng phải qua nhiều khâu, nhiều giai đoạn phức tạp, nên không thế tránh khỏi nhừng sự cố hư hỏng. Đe đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cho các hộ tiêu thụ điện, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ốn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng rộng rãi và có hiệu lực những phương tiện bảo vệ và điều chỉnh tự động trong hệ thống. Trong các thiết bị bảo vệ này rơle là thiết bị đóng vai trò hết sức quan trọng. Cùng với sự phát triển kỳ thuật điện nói chung và các hệ thống điện lực nói riêng, kỳ thuật bảo vệ trong mấy năm gần đây đã có những tiến bộ và biến đổi vượt bậc. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho phép chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhậy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có hư hỏng trong mạch điện áp hoặc khi có dao động điện. Nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hỏng hóc trong các sơ đồ bảo vệ và các sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc V V. . . Do đó các thiết bị rơle bảo vệ ra đời nằm mục đích ngăn ngừa hạn chế những sự cố, hư hỏng. Đảm bảo an toàn cho người, thiết bị, không bị phá huỷ, hoặc hạn chế tới mức tối đa có thế được những thiệt hại do sự cố gây ra, duy trì sự làm việc liên tục, ốn định cho hệ thống sản suất, truyền tải tiêu thụ điện năng NHỮNG YÊU CẦU VÈ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN Ngày nay, năng lượng điện được sử dụng rộng rãi trong đời sống kinh tế xã hội. Sự biến đối về chất lượng điện gây nhiều hậu quả không tốt tới quá trình công 2 nghệ và tỷ lệ hư hỏng các chế phâm cao. Có những trường hợp mất điện đột xuất, kéo dài gây những thiệt hại rất nghiêm trọng. Một hệ thống điện có chất lượng lý tưởng phải là một hệ thống có : - Điện áp 3 pha cân bàng và điện áp luôn duy trì ở mức danh định, không phụ thuộc và thời gian và phụ tải. - Tần số luôn on định ở mức 50Hz - Không bị mất điện đột xuất, duy trì được thời gian cung cấp điện mà người sử dụng đồng ỷ thoả thuận. Ta biết rằng hậu quả của việc tăng hay sụt áp đều gây tác hại. Giả sử tần số ổn định, điện áp bị tụt thì không phát huy được công suất phụ tải, gây tổn thất cao ; và điện áp tụt tới mức nào đó làm các máy quay công nghiệp ngừng hoạt động và dẫn đến hư hỏng má cùng với sản phẩm. Các phụ tải khác cũng không phát huy được công suất tối thiếu đế thực hiện mục đích ban đầu. Ngược lại, khi điện áp tăng cao, các máy quay công nghiệp sẽ phát nóng do bão hòa mạch từ, các phụ tải khác phát huy quá mức cần thiết, vượt công suất chịu đựng của thiết bị cũng dẫn đến cháy và hư hỏng. Giả sử thông số điện áp ổn định, tần số thay đổi cũng gây tác hại không kém. Trước hết là hệ thống truyền tải điện, các máy quay rất phụ thuộc vào sự thay đối tần số. Khi tần số tụt, tống trở truyền tải cũng tụt theo gây tụt về điện áp theo độ dài của các mắt xích hệ thống tăng hạ áp. Tụt tần số làm cho các máy quay giảm tốc độ. Ngoài ra vô công hẹ thống cũng tăng theo. Khi tần số tăng cao cung làm giảm sức truyền tải, các máy quay có tốc độ cao hơn yêu cầu, đều gây phiền toái ở mức độ tăng theo chiều tăng tần số. Tuy nhiên trong thực tế không xảy ra các hiện tượng độc lập như vậy. Trong một giới hạn nào đó thì giữa tần số và điện áp cũng bị ảnh hưởng tăng giảm và gây hậu quả càng nguy hại. Một yếu tố dáng chú ý là sự gian duy trì thời gian cấp điện liên tục.Các yếu tố về chất lượng điện trong thực tế chấp nhận một dung sai thay đối. 3 CÁC DẠNG Sự CÓ XẢY RA TRONG LƯỚT ĐIỆN Hệ thống điện là một hệ thống có kết cấu phức tạp, có hàng triệu chi tiết cùng vận hành. Tất cả các khâu đều có thể có khả năng xảy ra hư hỏng chạm chập. Ngoài ra, môi trường cũng là yếu tố làm giảm tuối thọ các thiệt bị nên sự cố có thế xảy ra trên các thiết bị bất cứ lúc nào. Mỗi lần xảy ra sự cố trên lưới điện sẽ gây hậuquảnghiêm trọng : hồ quang hủy hoại vật liệu cấu thành rất nhanh và còn gây cháy nghiêm trọng ; dòng điện tăng cao tới điếm ngan mạch sinh ra sức điện động làm biến dạng một số chi tiết đồng thời sinh ra nhiệt năng làm suy thoái cách điện dẫn tới cháy cách điện. Mỗi lần sự cố như vậy làm hệ thống điện mất ốn định, tần số bị thay đối, điện áp bị tụt xuống và làm nhừng máy quay điện 3 pha tê liệt, tất cả các quá trình sử dụng điện đều bị ảnh hưởng kèm theo những thiệt hại không lường. Ngày nay người ta đã có nhiều biện pháp hữu hiệu để hạn chế hậu quả do sự cố trên lưới điện gây ra. Trong đó biện pháp trang bị và lắp đặt các thiết bị tự động điều chỉnh, rơle bảo vệ để bảo vệ cũng như nhanh chóng bình ổn các thông số định mức về tần số và điện áp đang được sự dung rộng rãi kết hợp với việc tăng cường kiếm tra định kỳ các thiết bị vận hành. 1. Các khái niệm cơ sở về rơle báo vệ về mặt kinh tế, rơle bảo vệ là thiết bị TĐH đượcsdùngtrong hệ thống điện với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thế xảy ra cho chủ đầu tư khi có các sự cố. Các thiệt hại này thường rất lớn, đôi khi vượt quá nhiều lần chi phí cho hệ thống bảo vệ rơle. Vì vậy hiện nay các thiết bị bảo vệ này có vai trò không thế thay thế trong quá trình vận hành hệ thống điện, về phần mình, rơle bảo vệ ngày càng phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn về độ tin cậy như tính chọn lọc, tốc độ thao tác, độ nhạy và tính bảo đảm. về mặt kỹ thuật, rơle bảo vệ là các thiết bị tự động đóng vai trò người canh gác không biết mệt mỏi, liên tục theo dõi tình trạng làm việc của đối tượng được bảo vệ bằng cách đo lường các tham số điện và không điện của nó và phát ra các tín hiệu cảnh báo khi đối tượng chuyến sang trạng thái làm việc bất thường. Với sự tiến bộ 4 của KHKT và công nghệ, các chức năng bảo vệ của các tủ rơle điện cơ cồng kềnh đang được thay thế dần bằng các bộ rơle số đa năng nhỏ gọn, và đây chính là đoói tượng được xem xét chính trong nội dung bản báo cáo này. 2. Những yêu cầu cơ bản về rơle bảo vệ Hệ thống rơle bảo vệ có mục đích ngăn ngừa các sự cố, đảm bảo cho thiết bị lực không bị phá hủy hoặc được hạn chế mức hư hỏng ; duy trì sự làm việc on định của hệ thống đồng thời bảo đảm tách chọn lọc phần tử sự cố mà không gây ảnh hưởng tới các hộ tiêu thụ điện. • Tính chọn lọc của bảo vệ rơle chính là năng lực của bảo vệ chỉ cắt những máy cắt nằm sát trực tiếp nơi xảy ra sự cố đế tách riêng phàn sự cố ra khỏi hệ thống điện, duy trì nguồn cấp cho những phần không sự cố. Cắt chọn lọc là điều kiện cơ bản của bảo vệ rơle vì hiệu quả của nó là duy trì sự cấp điện bình thường cho các hộ tiêu thụ điện, trừ các hộ nằm trong phạm vi trục tiếp của sự cố. • Hệ thống rơle phải tác động nhanh Ngắn mạch giẫư các pha trên hệ thống điện là sự cố nguy hiếm nhất. Dòng ngắn mạch rất lớn có thế làm hư hỏng cách điện hoặc thậm chí hư hỏng các thiết bị dẫn tới những hậu quả nghiêm trọng gây thiệt hại lớn vè kinh tế và kỹ thuật. Vì thế dập tắt nhanh sự cố là yêu cầu quan trọng của bảo vệ. Tuy nhiên trong thực tế vẫn có một khoảng thời gian trễ khi cắt điện, đó là khoảng thời gian tác động của rơle và máy cắt. • Độ nhạy của bảo vệ Khi phát hiện sự cố, rơle phải tác động dứt khoát, bảo đảm tiếp điếm của nó phải tiếp xúc chắc chắn. Bản thân rơle chỉ tác động khi tín hiệu đo được vượt quá ngưỡng đặt khi mà sức từ động lớn hơn hăn lực cảc của nó. • Độ tin cậy của bảo vệ Bản thân rơle được cấu thành từ rất nhiều phần tủ’, bất kể phần tử nào hư hỏng cũng làm te lệi hệ thống bảo vệ. Vì vậy, độ tin cậy bảo vệ là khả năng làm việc hoàn hảo của tất cả các phần tử nằm trong mạng lưới của hệ thống bảo vệ. Mộy hệ thống tin cậy là hệ thống tác động chính xác khi có sự cố nằm trong vùng bảo vẹ của 5 nó. Độ tin cậy của bảo vệ phụ thuộc vào nhừng yếu ttó sau đây : - Độ phức tạp của mạng lưới bảo vệ - Quy chế bảo dưỡng và vận chuyến thiết bị trước khi lắp đặt - Quy chế bảo dưỡng kỹ thuật 3. Các phần tử tham gia trong hệ thống rơle bảo vệ : - Máy cắt điện - Rơ le trung gian đầu ra - Hệ thống nguồn tự dùng (một, xoay chiều) - Biến dòng đo lường - Biến áp đo lường - Cáp điều khiển cộng với các đầu nối - Các loại rơle dòng điện - Các rơle điện áp - Các rơle trung gian - Các rơle thời gian - Các rơle tổng trở - Các rơle so lệch - Các rơle ga và dòng dầu - Hệ thống hiện thị tín hiệu Trong đó, 2 thiết bị đầu tiên là những thiết bị bắt buộc đối với bất kỳ hệ thống bảo vệ nào. 4. Các loại bảo vệ cơ bản Như ta đã biết, có 4 yêu cầu cơ bản đối với các bảo vệ rơle, đó là : o Tính chọn lọc o Tác động nhanh o Độ nhạy o Tính bảo đảm BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN (QDĐ) a) Nguyên tắc tác động Khi xay ra ngắn mạch , dòng điện trọng sự cố tăng lên . Nhờ rơle dòng điện mắc vào phần tử được bảo vệ , bảo vệ quá dòng điện được khởi động và tác động đi cắt phần tử sự cố . Có thể chia bảo vệ quá dòng điện thành bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ cắt nhanh dòng điện . Chúng khác nhau cơ bản ở cách đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc . Đe bảo vệ dòng điện tác động chọn lọc , người ta tạo cho nó thời gian trì hoãn thích hợp , còn để đảm bảo tính chọn lọc cho bảo vệ cắt nhanh cần chọn dòng khởi động thích họp . b) Bảo vệ QDĐ cho đường dây tải điện Bảo vệ quá dòng điện cho đường dây hình tia có một nguồn cung cấp Đối với mạng có một nguần cung cấp , bảo vệ QDĐ là chủ yếu . Nó được đặt phía đầu nguần của đường dây . Như vậy mỗi đường dây có bảo vệ riêng biệt Khi NM xây ra tại N1 , dòng sự cố chạy trên cả đoạn , vì vậy các bảo vệ 1, 2, 3, 4 đều khởi động. Tuy nhiên theo yêu cầu chọn lọc , chỉ có bảo vệ 4 được tác động cắt phần tử sự cố . Muốn vậy bảo vệ quá dòng cần thời gian trì hoãn tác động thời gian này tăng dần tính từ hộ tiêu thụ tới nguồn ( xem hình trên) . Nhờ cách trọn này khi NM tại N1 , bảo vệ 4 tác động sớm nhất. Sau đó các bảo vệ 1, 2, 3 trở về vị trí ban đầu mà không kịp tác động , khi NM tại N2 bảo vệ 3 sẽ tác động .Nguyên tắc trộn thời gian trì hoãn tác động như trên gọi là nguyên tắc bậc thang. c) Dòng khởi động của bảo vệ Bảo vệ QDĐ cần phái tác động chắc chắn khi NM nhưng đồng thời không được tác động đối với dòng phụ tải cực đại cũng như đối với những biến động ngắn hạn của dòng này do các động cơ tự khởi động V . V Đe tránh tác động đối với dòng phụ tải cực đại cần thực hiện 2 điều kiện sau : Sơ đổ giải thích cách chọn dòng khởi động bảo vệ • Rơle dòng cần phải trở về vị trí ban đầu một cách chắc chắn , sau khi ngắn mạch ngoài được cắt ra . Ví dụ khi ngắn mạch tại điếm N của mạng các rơle dòng của bảo vệ 1 và 2 đều tác động . Sau khi bảo vệ 2 cắt đoạn sự cố , qua rơle dòng của bảo vệ 1 không còn dòng NM , nhưng có dòng phụ tải của các đường dây còn lại . Rơle dòng của bảo vệ 1 cần phải trở về vị trí ban đầu trong điều kiện có dòng khi tải này chạy qua . Neu không trở về bảo vệ 1 sẽ cắt hai đường dây hư hỏng , mặc dù sự cố đã được loại trừ . d) Bảo vệ quả dòng băng rơỉe áp giảm . Dòng khởi động của bảo vệ QDĐ phải chọn sau cho thoả mãn Ikđb ^ tvnax • Rơle bảo vệ không được tác động đối với dòng làm việc cực đại ỈLvmax, muốn vậy dòng khởi động của bảo vệ ỉkđb cần phái chọn lớn hơn ỈLvmax tl tl > t2 t2 Vì có giá trị lớn , bảo vệ nhiều khi có độ nhậy không đạt yêu cầu . Đe nâng cao độ nhậy của bảo vệ người ta dùng rơle áp giảm có bộ phận khởi động . Bảo vệ chỉ tác động sau khi rơle áp giảm 1 đã tác động . Trị số của rơle này chon sao cho nó tác động khi ngắn mạch , vì áp của mạng giảm nhiều , nhưng không tác động đối với áp làm việc nhỏ nhất mặc dù khi có rơle dòng 3 có thể khép tiếp điếm do quá tải. Rơle dòng 3 làm nhiệm vụ ngăn chặn bảo vệ tác động khi đứt cầu chì mạch điện cung cấp cho các rơle áp . Khi đó , tiếp điếm của rơle 1 khép , báo tín hiệu đứt cầu chì. Rơle áp giảm 1 gồm 3 chiếc nối vào áp dây của mạng , nhờ vậy bảo vệ chắc chắn dược khởi động khi NM hai pha . NHưng khi nối rơle áp giảm 1 vào áp dây , nó xẽ không nhậy cảm đối với NM một pha . Vì vậy trong mạng có trung điểm nối đất người ta đặt thêm rơle áp tăng 2 . Nó làm việc theo thứ tự Ưo xuất hiện khi ngắn mạch một pha. Trong mạng có trung điểm cách điện , rơle dòng chỉ đặt ở hai pha , vì bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ trống NM giữa các pha . Khi đó vẫn phải cần ba rơle áp giảm 1, còn rơle áp tăng 2 thì không cần đặt e) Đảnh giá và phạm vỉ ứng dụng bảo vệ QDĐ ưu điếm của bảo vệ QDĐ là đơn gản , độ tin cậy cao , giá thành hạ , bảo vệ tác động chọn lọc trong mạng hình tia với nguần cung cấp . Trong một số trường hợp có thế dùng cho mạng phức tạp hơn với hai nguồn cung cấp. Sau đây là một số nhược điếm của bảo vệ : - Thời gian cat NM khá lớn, nhất là ở gần nguần trong khi đó NM ở gần nguồn cần được cắt đế đảm bảo on định hệ thống. - Có độ nhậy kém đối với mạng phân thành nhiều nhánh, có nhiều nhánh song song và có dòng phụ tải lớn. Bảo vệ được dùng rộng rãi nhất trong các mạng hình tia của tất cả các cấp điện áp, trong mạng lOkV và thấp hơn, nó là bảo vệ chính. 9 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CẮT NHANH a) Nguyên tăc của bảo vệ dòng điện căt nhanh Bảo vệ cắt nhanh thuộc loại bảo vệ dòng điện, nhưng đảm bảo cắt nhanh ngắn mạch. Bảo vệ cắt nhanh gồm loại tác động tức thời và loại tác động có thời gian (khoảng 0,3- 0,6s). Đe đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc cần giới hạn vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh sao cho nó không tác động khi ngắn mạch ở những phần tử kề có bảo vệ với thời gian bằng hoặc lớn hơn bảo vệ cắt nhanh đang xét. Muốn vậy cần chọn thời gian dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh hơn dòng cực đại đi qua bảo vệ khi ngắn mạch ở cuối vùng đang xét. b) Bảo vệ không chọn lọc . Khi cần thực hiện cắt nhanh, toàn bộ đường dây được bảo vệ do yêu cầu đảm bảo on định của hệ thống chang hạn, có thế dùng bảo vệ cắt nhanh tác động không chọn lọc, sau đó dùng tác động của thiết bị TĐL để sửa lại. c) Bảo vệ dòng điện cắt nhanh tác động có thời gian Bảo vệ cắt nhanh không thời gian chỉ bảo vệ được một phần của đường dây. Đe bảo vệ phần còn lại của đường dây và làm dự trữ cho CN không thời gian, ta có thể dùng cắt nhanh tác động có thời gian. Đe đảm bảo yêu cầu tác động có chon lọc, vùng bảo vệ cũng như thời gian tác động của bảo vệ cần phối hợp với bảo vệ cắt nhanh không thời gian của đoạn kề. Đe đơn giản ta quy định bảo vệ không thời gian là bảo vệ cap I, còn bảo vệ có thời gian là bảo vệ cap II. d) Bao vệ dòng điện ba cấp Bảo vệ dòng điện ba cấp gồm cắt nhanh tức thời (cap I), cắt nhanh có thời gian (cấpll) và QDĐ (cap III). Bảo vệ này đảm bảo cắt nhanh đường dây được bảo vệ, đồng thời dự trữ cho đoạn kề sau. Khi chế độ làm việc của hệ thống thay đổi, chiều dài của các vùng bảo vệ cũng thay đối theo. e) Đảnh giả bảo vệ dòng điện cắt nhanh