Bài giảng chuyên đề tự đóng lại đường dây

Tự động đóng lại đường dây giúp cải thiện tính liên tục cung cấp điện, có khả năng giữ ổn định và đồng bộ hệ thống tránh hiện tượng nơi thì thiếu hụt công suất còn nơi thì dư thừa công s

TỰ ĐÓNG LẠI ĐƯỜNG

DÂY

80% - 90% sự cố trên đường dây là

sự cố thoáng qua do những nguyên nhân:

Tự động đóng lại đường dây giúp cải thiện tính liên tục cung cấp điện, có khả năng giữ ổn định và đồng bộ hệ thống tránh hiện tượng nơi thì thiếu hụt công suất còn nơi thì dư thừa công suất.

Có hai biện pháp thực hiện TĐL HTĐ

- TĐL bằng cách kết hợp MC với hệ thống TĐL (ARS-Auto

Reclosing Schemes – sơ đồ tự đóng lại)

- Sử dụng máy cắt TĐL (ACR-Automatic Circuit Recloser)

ACR gọn, nhẹ, chi phí thấp nhưng khả năng cắt dòng không cao

ARS sử dụng cho đường dây truyền tải cao áp công suất lớn và đường dây siêu cao áp

Ngày nay sự kết hợp rơle với ACR có độ tin cậy cao được dùng rộng rãi

TĐL có thể cho tác động một hay nhiều lần; theo thống kê hiệu quả của việc TĐL đường dây trên không theo số lần là:

a Tác động nhanh:

Càng nhanh càng tốt nhưng cũng phải tuỳ thuộc vào điện áp, địa điểm đường dây, trị số và thời gian dòng ngắn mạch, dạng NM, thời gian khử ion

1 Những yêu cầu chính đối với TĐL

b thiết bị TĐL phải làm việc với mọi dạng hư hỏng

Bất kỳ hư hỏng đường dây do nguyên nhân nào (trừ đóng MC bằng tay khi có NM) thì hệ thống phải TĐL

Nếu đóng MC bằng tay mà BV tác động mở MC thì trong lưới vẫn tồn tại điểm NM Khi đó cần khởi động TĐL bằng tiếp điểm phụ MC hoặc tiếp điểm rơle BV

c thiết bị TĐL không được làm việc khi mở MC bằng tay hoặc điều khiển từ xa.

Trường hợp này là muốn cắt điện một thời gian để bảo trì, sửa chữa Nên khoá hệ thống TĐL để nó không làm việc

1 Những yêu cầu chính đối với TĐL

d Sơ đồ TĐL có thể khoá hay cấm tác động trong trường hợp đặc biệt.

Ví dụ như BVSL hay BV của MBA làm việc khi có NM bên trong MBA

e TĐL không được lặp đi lặp lại nhiều lần.

Tránh tác động nhiều lần khi sự cố là lâu dài,

f TĐL phải tự động trở về vị trí ban đầu

Sau khi đã tác động một thời gian, TĐL phải trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho lần tác động tiếp theo

1 Những yêu cầu chính đối với TĐL

g Thời gian tối thiểu của tín hiệu đi đóng MC đủ để đóng

MC chắc chắn.

Thường thời gian này khoảng từ 1 đến 2 s

h Yêu cầu đối với sơ đồ TĐL một pha.

Sự cố pha đơn thì TĐL 1 pha tác động, nếu sự cố 1 pha là lâu dài thì phải khoá cả 2 pha còn lại

TĐL được phân loại theo các tiêu chuẩn sau:

II TĐL BẰNG CÁCH KẾT HỢP MC VỚI HỆ THỐNG TĐL (ARS)

2 Khái niệm về ổn định

Trong quá trình vận hành, khi xảy ra sự cố, đóng cắt các

phần tử của lưới điện hoặc thay đổi tải đột ngột sẽ dẫn đến

mất cân bằng trong HTĐ Nếu HT có thể trở về trạng thái

cân bằng (xác lập) ban đầu hoặc trạng thái cân bằng mới thì

ta nói HT là ổn định

NHIỄU NHỎ TRẠNG THÁI

XÁC LẬP

BAN ĐẦU

TRẠNG THÁI XÁC LẬP MỚI

II TĐL BẰNG CÁCH KẾT HỢP MC

VỚI HỆ THỐNG TĐL (ARS)

1 Khái niệm về ổn định

PHÂN LOẠI ỔN ĐỊNH

 Ổn định tĩnh: Là khả năng của HT sau những kích động nhỏ (nhiễu nhỏ) mà phục hồi được chế độ ban đầu.

 Ổn định động: Là khả năng của HT phục hồi được trạng thái ổn định ban đầu hoặc trạng thái ổn định khác sau những kích động lớn như: Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện, đóng cắt các phần tử của lưới điện hoặc tăng giảm tải đột ngột.

Xét sự ổn định của hai hệ sau:

A B

⇒ Do tính chất và vị trí trong hệ nên nó tự điều chỉnh đến vị trí cân bằng và ổn định.

Chế độ làm việc của HTĐ:

- Chế độ xác lập: Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc trong những thời gian tương đối ngắn chỉ biến thiên xung quanh các trị số định mức Chế độ làm việc bình thường, lâu dài của HTĐ thuộc về chế độ xác lập.

- Chế độ quá độ: là chế độ trung gian chuyển từ chế độ

xác lập này sang chế độ xác lập khác (thường diễn ra sau

những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử mang

công suất)

Chế độ làm việc bình thường (xác lập) tồn tại sự cân bằng giữa công suất cơ PT của tua-bin và công suất điện từ P(δ)

của máy phát (năng lượng phát bằng năng lượng tiêu thụ)

2 / X X

X

X H = F+ B + D

trong đó:

Xét hệ thống điện đơn giản:

Công suất truyền:

δ δ

X

U E

U E

H

=

= . )

(

Đặc tính công suất điện từ của máy phát và đặc tính công suất cơ của Tua-bin

U E

H

=

= . )

U E

H

=

= . )

(

∆δ

∆δ <0

P (δ) > P T

⇒ Điểm cân bằng b được coi là không ổn định.

Đặc tính công suất điện từ của máy phát và đặc tính công suất cơ của Tua-bin

U E

H

=

= . )

U E

H

=

= . )

(

∆δ <0

∆δ

P (δ) < P T

Điểm a như vậy được coi là có tính chất cân bằng bền, hay nói

cách khác là ổn định tĩnh Cũng với ý nghĩa trên ổn định tĩnh còn được gọi

là ổn định với những kích động bé.

Định nghĩa ổn định theo tiêu chuẩn năng lượng:

∆W - năng lượng dư, ∆W = ∆WF - ∆Wt

∆WF , ∆Wt : số gia năng lượng phát và tiêu tán

Một hệ ở chế độ xác lập khi có sự cân bằng giữa năng lượng phát

và tiêu thụ Nếu nhiễu (kích động) làm cho các thông số này thay đổi theo hướng khuếch đại thì hệ thống không ổn định Điều này xảy ra khi năng lượng phát lớn hơn năng lượng tiêu thụ

Tiêu chuẩn năng lượng về ổn định được mô tả:

( P

0

>

δ

d dP

Do chấp nhận giả thiết P T không đổi nên biểu thức viết lại:

Vậy hệ ổn định khi:

δ

= δ

% P

P

P K

T

T

gh dtEq − 100

PT=const nên HT tăng tốc lên Z tại đây MC phải cách ly NM nếu không để ĐC tăng quá góc giới hạn khiến Sht < Stt thì HT mất ổn định

2 ảnh hưởng tự đóng lại đối với ổn định hệ thống.

Đối với đường dây lộ kép, HT

sẽ tự ổn định khi bị cắt một

đường dây Do đó nên cho

TĐL với thời gian trễ để các

dao động sinh ra do sự cố kịp

giảm trước khi TĐL

Phải đảm bảo BV ở cả 2 đầu phải cắt MC đồng thời.

b Khử ion tại nơi xảy ra sự cố.

Đảm bảo thời gian khử ion tại nơi xảy ra sự cố để không cho hồquang cháy trở lại Nó phụ thuộc vào cấp U, khoảng cách phát sinh hồ quang, INM, thời gian kéo dài sự cố, tốc độ gió và điện dung của dây dẫn kề bên

II TĐL BẰNG CÁCH KẾT HỢP MC

VỚI HỆ THỐNG TĐL (ARS)

3 TĐL tốc độ cao, các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ TĐL

c Các đặc điểm của máy cắt:

MC phải chịu được chu kỳ làm việc nặng nề trên một dòng sự

cố lớn Các loại MC hay sử dụng như: MC dầu, không khí, SF6

d Lựa chọn thời gian phục hồi.

Đảm bảo cho MC có đủ thời gian để trở về sẵn sàng cho lần tác động tiếp theo

e Số lần đóng lại.

Với đường dây siêu cao áp thường chỉ cho TĐL 1 lần vì với INMlớn có thể gây mất ổn định HT

5 TĐL tốc độ chậm trên đường dây siêu cao áp

Các đường dây này thường đi lộ kép nên khi mất một lộ không gây chia cắt HT, do đó có thể dùng TĐL với thời gian trễ 5-6s.Cũng không cần quan tâm đến thời gian khử ion của hồ quang

sự dao động công suất cũng tự ổn định trước khi TĐL

Tuy nhiên trong trường hợp này cần lưu ý đường dây còn lại của

HT có góc lệch U giữa các đầu trạm nên thường phải có rơle

kiểm tra góc lệch pha, độ lệch điện áp, tần số…

II TĐL BẰNG CÁCH KẾT HỢP MC

VỚI HỆ THỐNG TĐL (ARS)

III MÁY CẮT TỰ ĐÓNG LẠI (ACR)

Là thiết bị trọn bộ gồm MC và mạch điều khiển cảm nhận tín hiệu dòng điện, định thời gian cắt và đóng lại đường dây tự động khi

có sự cố thoáng qua, tái lập cung cấp điện Nếu là sự cố lâu dài nó

sẽ khoá TĐL sau số lần tác động đã định trước

1 Phân loại ACR.

- Tác động một pha hoặc ba pha.

- Điều khiển bằng thuỷ lực hay điện tử

- Phương pháp dập hồ quang

a ACR một pha: BV và TĐL đường dây một pha Có thể dùng

cho mạng 3 pha khi đường dây đa số là thiết bị 1 pha Nếu sự cố

1 pha không thể cách ly thì khoá cả 3 pha

b ACR thuỷ lực hay điện tử:

Hệ thống điều khiển thuỷ lực được dùng trong cả ACR 1 và 3 pha Nhận biết quá dòng bằng cuộn cắt nối tiếp với đường dây Khi I qua cuộn dây > giá trị đặt, pittong được hút về phía cuộn cắt làm tiếp điểm mở ra

Hệ thống điều khiển điện tử dễ chỉnh và làm việc chính xác hơn, nó cho phép thay đổi đặc tính T-C với giá trị cắt và thời gian tịên lợi hơn

2 Các thông số khi chọn lựa ACR:

- Khả năng phối hợp với các loại thiết bị khác

-Độ nhạy đối với sự cố chạm đất

3 Vị trí của ACR:

bất kỳ nơi nào sao cho giá trị định mức của ACR phù hợp với những yêu cầu của hệ thống:

-Trong trạm phân phối như một thiết bị BV đầu nguồn

-Trên đường dây để phân đoạn những đường dây cung cấp có chiều dài lớn

-Trên những nhánh rẽ của đường dây chính nhằm BV đường dây chính khi có sự cố ở mạch rẽ

4 Các chức năg chính của ACR:

a Chức năng bảo vệ

BV chống chạm đất (E/F)

BV chống chạm đất độ nhạy cao (SEF)

BV quá dòng chống NM nhiều pha (PF)

BV mất pha (LOP)

BV quá và dưới tần số

BV chống sự cố mất đối xứng dùng thành phần thứ tự nghịch (NPS)

4 Các chức năg chính của ACR:

b Chức năng điều khiển

c Chức năng tự đóng lại

d Chức năng đo lường, giám sát, truyền thông

IV THIẾT BỊ PHÂN ĐOẠN TỰ ĐỘNG (SEC)

SEC (Sectionalizer): Là thiết bị BV có khả năng cô lập đoạn đường

dây sự cố ra khỏi lưới phân phối Có thể là LBS hoặc LBFCO

Không có khả năng cắt INM mà phải kết hợp với ACR, MC

SEC được dùng trong các trường hợp:

- đặt giữa 2 thiết bị BV, có đặc tính T-C gần sát nhau, khó phối hợp

- Có thể đặt gần các nhánh rẽ, nơi mà INM lớn, khó phối hợp giữa cầu chì với các thiết bị TĐL và MC

Các thông số chọn lựa SEC:

Thời gian NM<thời gian chịu đựng của SEC và khả năng phối hợp với các thiết bị BV khác

a chức năng phân đoạn.

để đảm bảo sự phối hợp giữa các cầu chì dọc theo một nhánh cung cấp chính xác hơn

Là sự đóng cắt đặc biệt phụ thuộc vào số lần TĐL đưa đến số lần gián đoạn nguồn Nó sẽ mở tiếp điểm sau khi INM đã được ngắt bởi ACR

b Chức năng giám sát, truyền thông (tương tự như ACR)

c Trình tự hoạt động của LBS

-Xác định có dòng sự cố pha qua LBS

-bộ đếm đếm số lần gián đoạn để biết số lần hoạt động của TĐL.-Khi bộ đếm đủ số lần cài đặt thì LBS mở trong thời gian đường dây mất điện

-sự cố được cách ly bằng LBS

-Nguồn cung cấp được khôi phục lại cho các phần tử không sự cố

V PHỐI HỢP ACR VỚI CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ KHÁC

5.1 ACR phối hợp với cầu chì

Phối hợp dựa trên các đặc

tính thời gian dòng điện T-C

Cầu chì phía nguồn BV cho

MBA là phần tử cơ bản để

chọn đặc tuyến của ACR

Sau khi chọn dung lượng và

đặc tuyến của ACR với CC

phía nguồn thì CC phía tải

mới được được chọn để phối

hợp với ACR

a Ph ối hợp ACR với CC phía tải

Độ tăng nhiệt độ nóng chảy của dây chì khi phối hợp với ACR phía nguồn.

curve) damage

(fuse curve

C fuse of

%

75

[ ]a',b' coordination limits

b Phối hợp cầu chì phía nguồn

N

Fuse C

ACR

CC phía ngu ồ n không được

chảy với bất kỳ NM nào trong

vùng BV của ACR

Phối hợp theo nguyên tắc: với

chảy min của CC >thời gian cắt

trung bình của ACR

Đặc tuyến cắt trung bình của ACR

Ctb=k.C C: đặc tuyến cho bởi nhà sản xuất.

k: hệ số nhân (tham khảo tài liệu)

Miscoordination

SEC Substation

SEC Substation

c Phối hợp ACR và SEC

c Phối hợp ACR và SEC

Trip 3

ACR Closed

c Phối hợp ACR và SEC

c.2 Phương pháp phối hợp thời gian làm việc

B Closed

C Open

Fault on A-B

Three-shot automatic reclosing

Reclose open inteval times: 0.5, 15 and 45 seconds

Lock out

c.2 Phương pháp phối hợp thời gian làm việc

B Closed, C Open, Permanent Fault on A-B

t

Fault on A-B A recloses A recloses A recloses

A Trips A Trips A Trips

A Trips

Figure: Timing Diagram for Permanent Fault on A-B

Lock out t1

B Opens

t4

C Closes

B Closed, C Open, Permanent Fault on B-C

Trip and Reclose

Breaker A twice

Trip and Reclose Breaker D twice

Fault on B-C A recloses A recloses D recloses

A Trips D Trips D Trips

B Closed, C Open, Permanent Fault on B-C

∆t

Khi phối hợp dạng này cần

lưu ý khoảng thời gian ∆t giữa

hai đường đặc tuyến

Cần chọn ∆t đảm bảo các

ACR không tác động đồng

thời

d Ph ối hợp ACR v ới Rơle

Đối với sơ đồ Rơle-ACR

Thì chỉ cần chọn đặc tính của ACR dưới đặc tính của Rơle BV và bảo đảm khoảng cách an toàn giữa hai đặc tính để trong mọi

trường hợp ACR luôn tác động trước Rơle là được

Đối với sơ đồ ACR-Rơle

Cần phải chú ý đến các sai số và thời gian trì hoãn của Rơle để đảm bảo Rơle luôn tác động trước ACR

VI TỰ ĐỘNG VẬN HÀNH MẠNG KÍN (LA)

LA là sơ đồ phối hợp tác động ACR nhằm thay đổi cấu trúc

mạng vòng để phục hồi cung cáp điện đến phân đoạn bị sự cố

Tên gọi của các LA:

-FR: các ACR ở đầu phát tuyến, thường ở trạng thái đóng

-TR: dùng như LBS tách hai phát tuyến thường ở trạng thái mở

-MiR: Nằm bất kỳ vị trí nào trên mạng giữa FR và TR

Nguyên lý hoạt động của LA:

-Quy luật 1: FR sẽ cắt khi bị mất nguồn

-Quy luật 2: MiR tự động chuyển đến nhóm BV và chế độ cắt đóng lại 1 lần trong khoảng thời gian ngắn khi bị mất điện

-Quy luật 3: TR đóng khi 1 phía mất nguồn và một phía có nguồn

VI TỰ ĐỘNG VẬN HÀNH MẠNG KÍN (LA)

Trình tự làm việc trong mạng như sau:

FR1 là BV quá dòng, không phải là chức năng LA

FR1 có thể đóng lại một vài lần theo trị số đặt Nếu hết số lần cài đặt mà không thành công thì nó sẽ bị khoá và LA khởi

TR

Hoạt động tái lập trạng thái ban đầu theo các quy luật sau:

Quy luật 4: FR đóng lại khi nhận thấy nguồn được cung cấp trở lại sau khi nó cắt ra bởi LA, hoặc khi nó nhận thấy có nguồn từ cả

TR