Giáo trình bảo vệ rờ le và tự động hóa

NHIỆM VỤ CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠLEĐối với các trạm biến áp, đường dây cao thế, cũng như trong quá trình vận hành HTĐ nói chung có thể xuất hiện tình trạng sự cố, hoặc chế độ làm việc bất th

Trang 2

TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ RƠLE

1 NHIỆM VỤ CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠLE

2 CÁC DẠNG SỰ CỐ VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG TRONG HTĐ

3 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI

4 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN

5 CHỈ DANH CỦA RƠLE

6 PHƯƠNG PHÁP NỐI DÂY VÀ TÁC ĐỘNG BẢO VỆ ĐẾN MÁY CẮT

7 NGUỒN ĐIỀU KHIỂN

Trang 3

Đối với các trạm biến áp, đường dây cao thế, cũng

như trong quá trình vận hành HTĐ nói chung có thể xuất hiện tình trạng sự cố, hoặc chế độ làm việc bất thường của các phần tử trong HTĐ

Các sự cố thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp.

Các chế độ làm việc không bình thường làm cho dòng, điện áp và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép.

→ Nếu để tình trạng này kéo dài, thì có thể sẽ xuất

hiện sự cố lan rộng.

Trang 4

Muốn duy trì hoạt động bình thường của HTĐ và các

hộ tiêu thụ khi xuất hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt nơi sự cố và cách ly các phần tử bị sự cố.

Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì được hoạt động bình thường, đồng thời cũng giảm được mức độ hư hại của phần tử bị sự cố Làm được điều này chỉ có các thiết

bị tự động mới thực hiện được Các thiết bị này gọi

chung là rơle bảo vệ (RLBV)

Trang 5

Trong HTĐ, RLBV sẽ theo dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong HTĐ Khi xuất hiện sự cố, RLBV sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị

sự cố nhờ máy cắt điện thông qua mạch điện kiểm soát

Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, RLBV sẽ phát tín hiệu và tuỳ theo yêu cầu cài đặt, có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo động cho nhân viên vận hành.

Trang 6

Tuỳ theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt RLBV chính, RLBV dự phòng:

- BV chính là BV tác động nhanh khi có sự cố xảy ra trong phạm vi giới hạn được BV.

- BV dự phòng là BV thay thế cho BV chính trong trường hợp BV chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ BVDP cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của BV chính, nhằm để cho BV chính loại phần tử bị sự cố trước (khi BV này tác động đúng).

Trang 7

CÁC DẠNG SỰ CỐ

- Ngắn mạch giữa các vòng dây trong MBA

- Ngắn mạch giữa các vòng dây trong máy phát

Trang 8

Trang 10

- Phát nóng: dòng ngắn mạch rất lớn so với dòng

định mức làm cho các phần tử có dòng ngắn mạch đi

qua nóng quá mức cho phép dù với 1 thời gian rất ngắn

- Tăng lực điện động: ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị lớn ở thời gian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị

Hậu quả

Trang 11

Hậu quả

- Điện áp giảm và mất đối xứng: ảnh hưởng đến phụ tải, điện áp giảm 30 đến 40% trong vòng 1 giây làm

động cơ ngừng quay, sx đình trệ, có thể làm hỏng sp

- Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần

- Gây mất ổn định: không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống mất ổn định và tan rã, đây là hậu quả trầm trọng nhất.

Trang 12

CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC K BÌNH THƯỜNG

Quá tải: Quá tải là hiện tượng dòng điện vượt quá

giá trị định mức, gây phát nóng quá trị số cho phép, làm cách điện già cỗi sớm Biện pháp khắc phục là giảm bớt tải hay cắt điện khi cần.

Giảm tần: Khi tần số giảm thấp quá mức cho phép,

hiệu suất của các thiết bị sẽ giảm, có thể gây ra sự cố nghiêm trọng trong sản xuất Biện pháp khắc phục là giảm bớt tải hay thêm máy phát điện dự phòng.

Trang 13

CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC K BÌNH THƯỜNG

Quá áp: Khi mất phụ tải đột ngột, các máy phát

thường bị vượt tốc làm cho điện áp tăng vọt quá trị số cho phép, gây nguy hiểm cho cách điện

Biện pháp khắc phục là giảm bớt kích từ máy phát Khi đóng cắt một phía của đường dây tải điện dài có

điện dung lớn cũng có hiện tượng quá áp.

Trang 14

CÔNG DỤNG

BVRL là thiết bị tự động xác định dạng và nơi sự cố (ngắn mạch, chạm đất, ) và các chế độ không bình thường (quá tải, lọt khí vào dầu ) để đi báo hiệu hoặc

đi cắt phần mạch điện bị sự cố ra khỏi phần còn lại.

Để thực hiện chức năng, BVRL có 3 bộ phận sau:

- Bộ phận đo lường

- Bộ phận logic

- Bộ phận chấp hành

Trang 15

CÔNG DỤNG

Các bộ phận của BVRL

Trang 16

CÔNG DỤNG

- Bộ phận đo lường: Để đo các thông số trạng thái

của thiết bị được bảo vệ như I, U, P, Z,

- Bộ phận logic: Để xác định dạng và vị trí điểm sự

cố, lựa chọn phương thức tác động (đi cắt, báo hiệu )

- Bộ phận chấp hành: Để đi cắt hoặc đi báo tín

hiệu.

Trang 17

PHÂN LOẠI

∗∗∗∗ Theo phương thức đấu và tác động

∗∗∗∗ Theo đại lượng tác động

∗∗∗∗ Theo nguyên lý kết cấu rơ le

∗∗∗∗ Theo kiểu tiếp điểm

∗∗∗∗ Theo nguồn thao tác

∗∗∗∗ Theo nguyên lý đo lường và xử lý tín hiệu

Trang 18

PHÂN LOẠI

BVRL nhất thứ tác động trực tiếp

BVRL nhị thứ tác động trực tiếp

Trang 19

PHÂN LOẠI

BVRL nhất thứ tác động gián tiếp

BVRL nhị thứ tác động gián tiếp

Trang 20

Trang 21

PHÂN LOẠI

∗∗∗∗ Theo nguyên lý kết cấu rơ le

- BVRL kiểu điện cơ

Trang 22

PHÂN LOẠI

- BVRL dùng nguồn thao tác điện DC

- BVRL dùng nguồn thao tác điện AC.

∗∗∗∗ Theo nguyên lý đo lường và xử lý tín hiệu

- BVRL kỹ thuật tương tự

- BVRL kỹ thuật số.

∗∗∗∗ Theo nguồn thao tác

Trang 23

VÙNG BẢO VỆ

Vùng bảo vệ MBA

Vùng bảo vệ ĐZ Vùng bảo vệ TG và MF

Vùng bảo vệ TC lộ ra

Trang 24

Đối với các dạng sự cố: có 4 yêu cầu cơ bản

∗∗∗∗ Tính chọn lọc:

∗∗∗∗ Tác động nhanh:

∗∗∗∗ Độ nhạy:

∗∗∗∗ Độ tin cậy:

Trang 25

Là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo

Trang 26

Cần phân biệt 2 khái niệm cắt chọn lọc:

- Chọn lọc tương đối: Theo nguyên tắc tác động

của mình, bảo vệ có thể làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận.

- Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc trong

trường hợp ngắn mạch ở chính phần tử được bảo vệ.

Trang 27

Giả sử cho mạch như hình vẽ:

Trang 28

Cắt nhanh sự cố sẽ hạn chế được phạm vi phá hoại,

hư hỏng, nâng cao hiệu suất tự động đóng điện trở lại, giảm thời gian sụt áp, như vậy các hộ tiêu thụ sẽ làm việc bình thường và hệ thống sẽ ổn định

Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch

Trang 29

Bảo vệ phải tác động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử hư hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm:

- Đảm bảo tính ổn định của hệ thống.

- Giảm tác hại của dòng ngắn mạch đối với thiết bị.

- Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp (khi ngắn mạch) lên các phụ tải.

Trang 30

Ví dụ:

- Đường dây U > 220 kV: 0,1 ~ 0,12 giây

- Đường dây U = 110 ~ 220 kV: 0,15 ~ 0,3 giây

- Đường dây U = 6 ~ 22 kV: 1,5 ~ 3 giây (ở xa nguồn cấp, ít ảnh hưởng đến ổn định của hệ thống).

Trang 31

Thời gian cắt phụ thuộc vào tác động của bảo vệ và thời gian tác động của máy cắt:

t cắt = t bảo vệ + t máy cắt (t máy cắt = 0,06 ~ 0,15 giây)

Nếu cắt nhanh ngắn mạch cần giảm thời gian tác

động của bảo vệ và máy cắt Bảo vệ có thời gian tác động dưới 0,1 s được xếp vào loại tác động nhanh Loại

Trang 32

Trang 33

Việc chế tạo BV vừa tác động nhanh vừa tác động chọn lọc là vấn đề khó Các loại này phức tạp và đắt

Tính tác động nhanh và tính tác động chọn lọc mâu thuẫn nhau, thường chọn 1 trong 2 sao cho kinh tế nhất

Để đơn giản, có thể thực hiện tác động nhanh ngắn

mạch không chọn lọc, sau đó dùng thiết bị tự đóng lại phần bị cắt không chọn lọc

Trang 34

∗∗∗∗ Độ nhạy:

Đặc trưng cho khả năng phân biệt sự cố (mức độ tác động chắc chắn) của bảo vệ.

Được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy

Trang 35

Khi sự cố ở đoạn BC, BV II sẽ tác động cho MC II cắt Nếu BV II bị hỏng hay MC II bị hỏng, BV I sẽ tác

động cho MC I tác động, nghĩa là BV I là dự phòng cho

BV II Để có thể làm bảo vệ dự phòng cho BV II, BV I phải có tính nhạy BV I không cần thiết phải làm bảo vệ

dự phòng cho BV III.

Trang 36

∗∗∗∗ Độ nhạy:

Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu, tức là một số nguồn được cắt ra nên dòng ngắn mạch nhỏ

Trang 37

∗∗∗∗ Độ nhạy:

Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy:

bv k

min N N

I

I K

ñ

=

max N

bv k N

U U

K = ñ

Trang 38

∗∗∗∗ Độ nhạy:

Đối với các BV tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ

như BV thiếu điện áp), hệ số nhạy được xác định ngược lại: trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu.

Trang 39

Độ tin cậy là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ

làm việc đúng, chắc chắn.

Trang 40

Khi có sự cố trong khu vực được giao BV thì RL tác

động một cách chắc chắn Khi có sự cố ngoài khu vực được giao BV, thì BV sẽ không tác động BV phải tác động chắc chắn khi xảy ra sự cố trong vùng được giao

và không được tác động sai đối với các trường hợp mà

nó không có nhiệm vụ tác động.

Trang 41

Một bảo vệ không tác động hoặc tác động sai có thể

sẽ dẫn đến hậu quả là 1 số lớn phụ tải bị mất điện hoặc

sự cố lan rộng trong hệ thống

Trang 42

Khi ngắn mạch ở N, nếu BV 1 bị hỏng không làm việc, BV 3 sẽ làm việc, nhưng BV 4 không được làm việc.

Trang 43

Bảo vệ kém tin cậy thì bản thân nó cũng chính là nguồn gây ra sự cố Để bảo vệ có độ tin cậy cao, cần phải:

- Dùng rơle tốt, các chỗ nối, tiếp xúc chắc chắn

- Chọn cấu trúc bảo vệ đơn giản, ít rơle, ít tiếp điểm

- Thường xuyên kiểm tra.

Trang 44

Đối với các chế độ làm việc không bình thường:

Có 3 yêu cầu cơ bản là tính chọn lọc, tính nhạy và tính tin cậy

Thời gian tác động của bảo vệ này được xác định theo tính chất và hậu quả của các chế độ làm việc không bình thường Tính tác động nhanh không đặt ra vì thông thường các chế độ làm việc không bình thường chỉ xảy

ra chốc lát, nếu tác động nhanh sẽ gây mất điện

Trang 45

Đối với các chế độ làm việc không bình thường:

Vì vậy, chỉ cần cắt thiết bị khi xuất hiện các chế độ làm việc không bình thường nếu có nguy cơ thực tế đối với thiết bị đó, nghĩa là sau khoảng thời gian nhất định Trong nhiều trường hợp, nhân viên vận hành có nhiệm

vụ loại trừ các chế độ làm việc không bình thường và như vậy chỉ cần yêu cầu bảo vệ báo tín hiệu

Trang 46

5 CHỈ DANH CỦA RƠLE TRONG HTĐ

Trang 47

Trang 48

- 79: Rơle tự đóng lại (máy cắt điện)

Trang 50

Tuỳ theo phạm vi, mức độ và đối tượng được bảo vệ, chỉ danh rơle có thể có phần mở rộng Sau đây là một số chỉ danh rơle có phần mở rộng thông dụng:

- 26.W: Rơle nhiệt độ cuộn dây MBA

- 26.O: Rơle nhiệt độ dầu (MBA, bộ đổi nấc MBA)

- 51P, 51S: Rơle quá dòng định thì sơ, thứ cấp MBA

Trang 51

- 50REF: Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (MBA)

- 67N: Rơle quá dòng chạm đất có hướng chống chạm đất

- 87B: Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái

- 87T: Rơle so lệch dọc bảo vệ máy biến áp

- 96-1: Rơle hơi cấp 1 (chỉ báo tín hiệu)

- 96-2: Rơle hơi cấp 2 (tác động cắt máy cắt điện)

Trang 58

6 PHƯƠNG PHÁP NỐI DÂY RƠLE

VÀ TÁC ĐỘNG BẢO VỆ ĐẾN MC

Phương pháp nối dây rơle

Khi cuộn dây của rơle được nối vào biến dòng hay biến áp đo lường thì gọi là rơle thứ cấp

Rơle thứ cấp nối qua trung gian biến dòng hay biến

áp có lợi là:

- Rơle được cách ly với điện áp cao, khi kiểm tra sửa chữa không cần cắt điện

- Rơle có cấu tạo đơn giản, gọn nhỏ vì chỉ cần thích

ứng với điện áp thấp (100 V) hay dòng điện thấp (5A và

1A)

- Rơle có thể đặt xa thiết bị mà nó cần BV.

Trang 59

Khi cuộn dây của rơle được nối trực tiếp vào dòng

điện hay điện áp của lưới thì gọi là rơle sơ cấp, như

trường hợp ở máy biến áp có công suất bé hay ở động

cơ, có lợi là đơn giản, không cần chính xác cao.

Trang 60

Phương pháp nối dây rơle (dòng điện)

Trang 61

Phương pháp nối dây rơle (điện áp)

Trang 62

Tác động bảo vệ đến máy cắt

Có 2 kiểu: trực tiếp và gián tiếp

- Kiểu trực tiếp: đơn giản, rẻ tiền, nhưng kém nhạy

Trang 63

Tác động bảo vệ đến máy cắt

Tác động bảo vệ đến máy cắt

Trang 64

Yêu cầu phải đủ công suất và điện áp lúc bảo vệ tác

động khi sự cố (để đóng/cắt máy cắt, để cho các tiếp điểm phụ làm việc…).

Nguồn điện thao tác cung cấp năng lượng cho các thiết bị bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh và báo hiệu ở nhà máy điện, trạm biến áp và các trung tâm điều độ HTĐ

Nguồn điện thao tác có thể là xoay chiều hoặc 1 chiều

Trang 65

Nguồn 1 chiều

Thường nguồn DC là: 24 V, 48 V, 110 V và 220 V

- Ưu điểm: không phụ thuộc vào điện áp lưới

- Khuyết điểm; tốn công chăm sóc, đắt tiền, phức tạp, khó tìm điểm chạm đất

Để bảo vệ cho nguồn, cần đặt bảo vệ chạm đất 1 điểm và đặt cầu chì bảo vệ quá dòng.

Trang 66

Nguồn xoay chiều

Nguồn xoay chiều dùng trực tiếp ở các trạm nhỏ để thao tác MC với mạch bảo vệ và điều khiển đơn giản.

Không dùng MBA đo lường hay MBA tự dùng để tạo nguồn cung cấp cho RLBV vì khi có ngắn mạch,

điện áp giảm rất thấp.

Dùng biến dòng để tạo nguồn cấp cho RLBV vì khi

có dòng ngắn mạch, dòng tăng cao, dòng thứ cấp của biến dòng đủ lớn để cho RLBV hoạt động.

Trang 67

Nguồn xoay chiều

Nhưng khi có chế độ làm việc không bình thường thì dòng điện thứ cấp không đủ lớn để cho bảo vệ rơle làm việc, vì vậy chỉ dùng cho bảo vệ ngắn mạch mà thôi.

Trang 68

ROLE CUA MOT SO HANG

ABB

Trang 74

Chương 3

BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

Trang 75

1 NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG

Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi dòng

điện đi qua chổ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá giá trị định

mức Bảo vệ làm việc khi I RL > I ng

Bảo vệ hoạt động theo đại lượng đầu vào là giá trị biên