bảo vệ rơle trên hệ thống điện

bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện bảo vệ rơle trên hệ thống điện

B¶o vÖ r¬le tr£N

hÖ thèng ®iÖn

Nội dung:

 Các trạng thái làm việc của hệ thống điện.

 Nguyên lý chung các loại bảo vệ

 Bảo vệ đường dây.

 Bảo vệ MBA.

 Bảo vệ máy phát điện

 Bảo vệ tụ điện

 R le b o v sân phân phối 110kV ND R le b o v sân phân phối 110kV ND ơ ơ ả ả ệ ệ

Mông Dương 1

I Các trạng tháI làm việc của htđ

cho phép, khi có sự cân bằng công suất cơ Pt

sai khác giá trị định mức.

giá trị định mức: đường dây, MBA, MF

Các trạng tháI làm việc của htđ

Khi ngắn mạch duy trì thì thông số chế độ của hệ thống

điện thay đổi lớn so với giá trị định mức, tần số và điện

áp hệ thống sụt giảm mạnh, mất cân bằng công suất xảy ra, tốc độ roto tăng lên, các máy phát làm việc mất

đồng bộ-> HTĐ mất ổn định -> dẫn đến tan rã HTĐ

C¸c tr¹ng th¸I lµm viÖc cña ht®

o Hở mạch:

Một pha (đứt dây, tụt lèo)Hai pha

Ba pha

o Sự cố đồng thời: Hai hay nhiều sự cố xảy ra cùng một

thời điểm, các sự cố này có thể cùng loại sự cố hoặc khác loại và có thể xảy ra ở cùng hay khác vị trí nhau

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRÊN HTĐ1

Mục đích tính toán ngắn mạch

- Tính rơle bảo vệ: bảo vệ quá dòng, khoảng

cách, so lệch thanh cái

- Kiểm tra tính chọn lọc của rơle bảo vệ

- Kiểm tra chịu đựng dòng ngắn mạch của các

thiết bị-> khuyến cáo cho đơn vị vận hành

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRÊN HTĐ1

Kết quả tính ngắn mạch:

 Dòng điện tổng tại điểm sự cố, dòng điện pha và

dòng điện thứ tự không (3I0)

 Dòng điện trên các nhánh, dòng điện pha và

dòng điện thứ tự không (3I0)

 Điện áp các pha tại điểm sự cố, tại các nút liên

quan gần điểm ngắn mạch, điện áp pha và điện

áp thứ tự không (3U0)

 Tổng trở tại điểm rơle đo được

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ

Tác động nhanh

Cắt ngắn mạch cần phải được tiến hành với khả năng nhanh nhất để

hạn chế tác hại do dòng ngắn mạch gây ra:

 giảm thiểu thời gian các hộ tiêu thụ phải làm việc với điện

áp giảm thấp

 bảo toàn sự làm việc ổn định của hệ thống điện.

 nâng cao hiệu quả đóng tự động đường dây và thanh cái

dự phòng

Trong hệ thống điện hiện đại để bảo toàn tính ổn định yêu cầu thời

gian cắt ngắn mạch rất nhỏ Thí dụ với đường dây truyền tải điện năng (300 ÷ 500) kV cần phải cắt sự cố sau khoảng

(0,1 ÷ 0,2)s kể từ khi xuất hiện ngắn mạch, với đường dây

(110 ÷ 220)kV sau khoảng (0,15 ÷ 0,3)s, với lưới phân phối

(6 ÷ 10)kV ở xa nguồn thời gian cắt ngắn mạch cho phép

khoảng (1,5 ÷ 3)s vì chúng không ảnh hưởng đến tính ổn định

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ- TÍNH CHỌN LỌC

khi ngắn mạch tại N1 bảo vệ cần phải cắt đường dây bị sự cố bằng máy cắt MC7

Khi ngắn mạch tại N2 chỉ cho phép máy cắt MC4 và máy cắt MC6 tác động, cắt đường dây sự cố 1, còn đường dây 2 tiếp tục vận

hành

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ- TÍNH CHỌN LỌC

Bảo vệ phải tác động khi xuất hiện sự cố trong vùng tác động của nó và vùng bảo vệ của bảo vệ ngay sau nó nếu bảo vệ này vì một lý do nào đó không tác động.

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ

Bảo vệ I phải tác động khi xuất hiện sự cố trên bất kỳ điểm nào ở đoạn 1 và phải tác động khi xuất hiện sự cố trên bất

kỳ điểm nào ở đoạn 2 nếu bảo vệ II vì một lý do nào đó

không tác động Bảo vệ I không cần tác động khi xuất hiện

sự cố trên đoạn 3 vì nếu bảo vệ III từ chối tác động thì bảo

vệ II phải tác động

Bảo vệ dự phòng là một yêu cầu quan trọng, nếu không có bảo vệ dự phòng thì có thể dẫn tới chỗ ngừng cung cấp điện cho tất cả các hộ tiêu thụ

Có một số loại bảo vệ không tác động khi xuất hiện sự cố ở đoạn mạch tiếp theo Để bảo vệ dự phòng cho đoạn mạch lân cận cần phải đặt thêm bảo vệ phụ

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ

Độ chọn lọc của hệ thống bảo vệ được phân làm 2 nhóm:

Nhóm 1: Chọn lọc tương đối:

+ Nhóm bảo vệ này phản ứng với tất cả các dạng sự cố với sự

biến đổi các thông số vượt quá một ngưỡng nào đó, như bảo vệ trở kháng thấp (khoảng cách), bảo vệ quá dòng, quá dòng chạm đất…

Nhóm 2: Chọn lọc tuyệt đối :

+ Nhóm bảo vệ này chỉ phản ứng với sự cố xảy ra ở các phần tử mà thiết bị cần phải bảo vệ, mà nó không phản ứng với sự cố xảy ra ở ngoài vùng của bảo vệ như bảo vệ so lệch dòng điện, bảo vệ so lệch pha, bảo vệ khoảng cách liên lạc qua cáp quang, bảo vệ rơle hơi

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ

Phải có độ nhạy cao

Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Đối với bảo vệ phản ứng với dòng ngắn mạch

Knh = Inm min/Ikđ

Knh = Zđo/Zkđ

Inm min là dòng ngắn mạch nhỏ nhất chảy qua bảo vệ khi

ngắn mạch ở cuối vùng bảo vệ

Ikđ và Zkđ là dòng điện, tổng trở khởi động của bảo vệ

Bảo vệ được gọi là có đủ độ nhạy nếu knh tính toán lớn hơn hoặc bằng knh yêu cầu đối với từng loại bảo vệ

YÊU CẦU ĐỐI VỚI RƠLE BẢO VỆ

Phải tác động tin cậy

BVRL không được từ chối tác động khi NM trong vùng BV của nó và không được tác động nhẫm lẫn Yêu cầu về độ tin cậy rất quan trọng bởi vì từ chối làm việc hay tác động sai của

1 BV nào đó đều dẫn tới chỗ cắt sai một số hộ tiêu thụ

Khi ngắn mạch tại N mà bảo vệ I không làm việc thì bảo vệ III sẽ làm việc và dẫn tới chỗ cắt sai trạm B và trạm C Nếu vì một lý do nào đó mà bảo vệ IV tác động nhầm lẫn thì dẫn tới chỗ ngừng cung cấp điện hoàn toàn cho hộ tiêu thụ

Độ tin cậy của bảo vệ phụ thuộc vào chất lượng rơle (rơ le cơ hay số), các thiết bị khác trong sơ đồ và vào kết cấu của sơ đồ

KÝ HIỆU RƠLE THEO ANSI

F21 Distance protection, phase

F21N Distance protection, earth (ground)

KÝ HIỆU RƠLE THEO ANSI

F49 Thermal overload

F49R Rotor thermal protection

F49S Stator thermal protection

F50 Instantaneous overcurrent

F50N Instantaneous earth-fault overcurrent

F50BF Breaker failure

F51 Overcurrent-time relay, phase

F51N Overcurrent-time relay, earth

F51V Overcurrent-time relay voltage controlled

F59 Overvoltage

F59GN Stator earth-fault protection

F64R Rotor earth fault

KÝ HIỆU RƠLE THEO ANSI

F67 Directional overcurrent

F67N Directional earth-fault overcurrent

F68 Power swing detection

F78 Out-of-step protection

F79 Auto-reclosure

F81 Frequency protection

F87G Differential protection generator

F87T Differential protection transformer

F87BB Differential protection busbar

F87M Differential protection motor

F87L Differential protection line

NGUYÊN LÝ CHUNG CÁC

LOẠI BẢO VỆ

BẢO VỆ QUÁ DềNG ĐIỆN

1 Nguyên tắc tác động:

Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ phản ứng với thành phần dòng điện trong phần tử được bảo vệ Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt

thiết bị bảo vệ tăng quá giá trị cài đặt và thời gian

đặt cho bảo vệ đã trôi qua.

- Quỏ dũng pha: Iph> Iset, và t > tset

- Quỏ dũng thứ tự khụng: Io> Io set và t > tset

BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

2 Các loại bảo vệ quá dòng:

- Bảo vệ quá dòng có hướng F67

- Bảo vệ quá dòng không hướng F50, F51

- Bảo vệ quá dòng pha F50, F51, F67

BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

Các loại rơle quá dòng dùng trên HTĐ1

REF610, REF541, REF542, REX525, SPAJ140C,SPAJ141C… (ABB)

SEL551, SEL351… (SEL)

GRD 110,130,140,150 (TOSHIBA)

Idiff =| I1 + I2 | (đối với ĐZ, MF, MBA 2 cuộn dây…)

Idiff = | I1 + I2 + I3 | (đối với MBA 3 cuộn dây)

+ Dòng hãm:

Ih = | I1| + |I2| (đối với ĐZ, MF, MBA 2 cuộn dây…)

Ih = |I1 + I2 + I3| (đối với MBA 3 cuộn dây)

Phạm vi ứng dụng:

Bảo vệ MBA, MF, đường dây tải điện (đường dây ngắn)

BẢO VỆ SO LỆCH

BẢO VỆ SO LỆCH

Phạm vi ứng dụng:

Bảo vệ MBA so lệch dọc

Bảo vệ đường dây

Bảo vệ máy phát so lệch dọc và so lệch ngang

BẢO VỆ QUÁ ÁP, KÉM ÁP

Bảo vệ quá áp, kém áp:

Bảo vệ tác động theo đại lượng điện áp

Bảo vệ sẽ làm việc khi:

- Kém áp: điện áp đo nhỏ hơn điện áp chỉnh

đinh Um< Uset -> đưa tín hiệu cắt

- Quá áp: điện áp đo lớn hơn điện áp chỉnh đinh

Um> Uset -> đưa tín hiệu cắt

BẢO VỆ TẦN SỐ

Bảo vệ tần số thấp, tần số cao:

Bảo vệ tác động theo đại lượng tần số

Bảo vệ sẽ làm việc khi:

- Tần số thấp: tần số mà rơle đo nhỏ hơn tần số

chỉnh định fm< fset

- Tần số cao: tần số đo lớn hơn tần số chỉnh

định fm> fset

MỘT SỐ BẢO VỆ CỤ THỂ

TRÊN HTĐ MIỀN BẮC

B¶o vÖ MBA

Các dạng sự cố bên trong MBA:

- Chạm chập các vòng dây trong cùng 1 pha

- Chạm chập tại điểm trung tính MBA, tại các đỉnh cuộn tam

giác

- Chạm vỏ MBA

- Ngắn mạch giữa các pha trong MBA

- Sự cố cạn dầu trong thùng dầu MBA, trong thùng điều

chỉnh nấc phân áp: do nhiệt độ môi trường giảm, rò rỉ thùng dầu

- Lọt khí vào thùng dầu trong quá trình vận hành.

- Cách điện giữa các lá thép của mạch từ bị phá huỷ, dòng điên

xoáy lớn quá đốt cháy cả lõi thép

B¶o vÖ MBA

Các dạng sự cố bên ngoài MBA:

- Ngắn mạch các loại trong HTĐ -> dòng ngắn mạch qua MBA lớn-> có thế làm xê dịch cuộn dây -> rơle hơi có thể tác

động nhầm

- Quá tải MBA

- Quá bảo hòa mạch từ

- Quá điện áp: thường xảy ra khi có chạm đất trong hệ thống

hoặc do sự dư thừa vô công khi có sự cố

B¶o vÖ MBA

Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho MBA 220/110kV

Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho MBA 220/110kV (Theo QĐ 2896 EVN )

 Bảo vệ chính 1: được tích hợp các chức năng bảo vệ

87T, 49, 64, 50/51, 50/51N tín hiệu dòng điện các phía được lấy từ máy biến dòng chân sứ MBA

 Bảo vệ chính 2: được tích hợp các chức năng bảo vệ

87T, 49, 50/51/50/51N, tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào các phía MBA

 Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây 220kV: được tích hợp

các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59, 50BF, 74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào phía 220kV của MBA, tín hiệu điện áp được lấy từ máy biến điện áp thanh cái 220kV

B¶o vÖ MBA

 Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây 110kV: được tích hợp

các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59, 50BF, 74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào phía 110kV của MBA, tín hiệu điện áp được lấy từ máy biến điện áp thanh cái 110kV

 Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây trung áp: được tích

hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N, 50BF, 74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng chân sứ

cuộn trung áp của MBAChức năng rơ le bảo vệ nhiệt độ dầu /cuộn dây MBA (26),

rơ le áp lực MBA (63), rơ le gaz cho bình dầu chính và

ngăn điều áp dưới tải (96), rơ le báo mức dầu tăng cao

(71) được trang bị đồng bộ với MBA, được gửi đi cắt trực tiếp máy cắt ba phía thông qua rơ le chỉ huy cắt hoặc được gửi đi cắt đồng thời thông qua hai bộ bảo vệ chính và dự phòng của MBA (87T1, 87T2)

dòng chân sứ 110kV của MBA, tín hiệu điện áp được lấy từ máy biến điện áp thanh cái 110kV.

 Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây trung áp 1 (2): được

tích hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N, 50BF,

74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng chân

sứ cuộn trung áp 1 (2) của MBA.

Chức năng rơ le bảo vệ nhiệt độ dầu /cuộn dây MBA (26), rơ le áp lực MBA (63), rơ le gaz

cho bình dầu chính và ngăn điều áp dưới tải

(96), rơ le báo mức dầu tăng cao (71) được

trang bị đồng bộ với MBA, được gửi đi cắt

trực tiếp máy cắt ba phía thông qua rơ le chỉ huy cắt hoặc được gửi đi cắt đồng thời thông qua bảo vệ chính và dự phòng phía 110kV của MBA (87T, 67/67N).

B¶o vÖ MBA

Bảo vệ so lệch MBA

Bảo vệ so lệch MBA: là bảo vệ chính, có 2 cấp

+ Cấp ngưỡng thấp Idif>, cắt 0s, có hãm.

+ Cấp ngưỡng cao Idif>>, cắt 0s , không hãm

+ Hãm sóng hài bậc 2: khi đóng xung kích MBA

+ hãm sóng hài bậc 5: khi quá kích thích mạch từ MBA + Phạm vi bảo vệ: giới hạn bởi các TI các phía

Bảo vệ MBA

Bảo vệ so lệch MBA_ Cỏch thưc tớnh toỏn và lưu ý:

• Xỏc định cấp Idif khi xột đến dũng ko cõn bằng:

• Kh dòng Io trung tính MBA: Kh dòng Io trung tính MBA: ử ử

nguồn thứ tự không trong vùng bảo vệ so lệch (dao TT nối

đất trực tiếp)- > khi sự cố trên lưới

-> có 3Io chạy qua MBA - > bảo vệ tác động nhầm loại bỏ

thành phần dòng 3Io trong dòng so lệch

• Hóm súng hài:

BẢO VỆ MBA

Dòng không cân bằng sinh ra:

- Do sai số các TI gây nên, do các TI không đồng nhất.

- Do thành phần dòng điện không chu kỳ: dòng 1 chiều trong

dòng nm không chuyển sang phía thứ cấp của TI

- Do dòng từ hóa gây nên.

- Do điều chỉnh nấc phân áp MBA: thay đổi nấc phân áp ->

thay đổi điện kháng -> trong khi tính toán là nấc phân áp cố định

Khi ngắn mạch ngoài, khi một số TI đã bảo hòa, khi đóng

không tải MBA -> dòng cân bằng lớn nhất

Vậy cần chọn Idif > Ikcb max

BẢO VỆ MBA

Hãm sóng hài trong bảo vệ so lệch:

Hãm sóng hài bậc 2:

Khi đóng xung kích MBA, dòng xung kích chỉ chạy vào cuộn

sơ cấp chính là dòng từ hóa MBA Io -> dòng so lệch đo

được Idiff = Io -> rơle có thể tác động nhầm cắt MBA

Để khắc phục: trong dòng xung kích có thành phần hài bậc 2 -> rơle đo thành phần hài bậc 2 lớn hơn ngưỡng đặt -> không đưa tín hiệu cắt

BẢO VỆ MBA

Hãm sóng hài bậc 5:

Khi tần số giảm, điện áp tăng dẫn đến hiện tượng quá kích

thích trong MBA, thường xảy ra ở các MBA tại các nhà

máy điện khi khởi động MF hoặc mất tải đột ngột

Quá kích thích sẽ sinh ra sóng hài bậc lẻ và xuất hiện như dòng

so lệch-> MBA có thể bị cắt ra-> rơle có chức năng phát

hiện sóng hài bậc 5 -> khóa không cho bảo vệ tác động

BẢO VỆ MBA

Đóng điện xung kích MBA:

Trong điều kiện làm việc bình thường, dòng từ hóa = 2-5% dòng tải max

Nếu MBA đóng điện khi sóng hình sin U qua điểm 0-> thì từ thông trong chu kỳ đầu sẽ = 2 lần từ thông max-> bão hòa lõi thép-> dòng từ hóa sẽ ko hình sin tồn tại trong nhiều chu kỳ tiếp theo với độ lớn = 8-30 lần dòng tải định mức, dòng xung kích có thể suất hiện trong 1 pha, 2 pha, và thường là cả 3 pha.

BẢO VỆ MBA

Bảo vệ so lệch_đóng xung kích

- Dòng xung kích có thể xuất hiện trong các

trường hợp: ngắn mạch ngoài HTĐ, loại trừ sự

cố, sự cố lan tràn (1pha dẫn đến 2 pha, 3 pha) Trường hợp xấu nhất là khi loại trừ nm max

bên ngoài ngay gần MBA

-Trong những trường hợp trên, F87 không được cắt (bị khóa).

-Rơle đo dòng hài 2 trong dòng so lệch-> khóa bảo vệ.

ĐẶC TÍNH TỪ HÓA MBA

BẢO VỆ MBA

BẢO VỆ MBA

Bảo vệ so lệch_Quá kích thích

Nếu MBA lắp đặt trong khu vực thường có điện áp tăng cao, tần số giảm -> xuất hiện quá kích thích -> F87 có thể làm việc->

rơle so lệch lọc thành phần hài bậc 5 lớn hơn thành phần cơ bản-> khóa

B¶o vÖ MBA

Bảo vệ quá dòng các phía:

Dùng bảo vệ dự phòng cho các đường dây trung

BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

• Kết hợp bảo vệ quá dòng, kém áp:

Bảo vệ làm việc khi:

Im> Iset và Um< Uset

Với khóa kém áp U1<, U2<

Dùng chủ yếu ở các phía trung hạ áp MBA và các xuất tuyến,

nơi có điện áp thấp, nhằm tăng độ nhạy cho bảo vệ

• Giá trị chỉnh định:

B¶o vÖ MBA

Bảo vệ quá tải

Khi dòng tải lớn hơn 1.2-1.3 lần dòng định mức MBA-> 9s báo tín hiệu và khóa tự động điều chỉnh điện áp

Bảo vệ rơle hơi là bảo vệ chính, phạm vi bảo

vệ là nội bộ thùng dầu MBA

Hai cấp:

1 cấp báo tín hiệu: hơi nhẹ

1 cấp cắt cả 3 phía MBA

B¶o vÖ MBA

Bảo vệ rơle hơi:

Những hư hỏng bên trong thùng của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động Các máy biến áp dầu thường được bảo vệ bằng rơ le khí có một cấp tác động hoặc 2 cấp tác động Rơ le khí thường đặt trên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình dãn dầu của máy biến áp Rơ le với 2 cấp tác động gồm có 2 phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinh con có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ Ở chế độ làm việc bình thường trong bình rơ le đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơ le ở trạng thái hở Khi khí bốc ra yếu, khí tập trung lên phía trên của bình rơ le đẩy phao số 1 xuống, rơ le gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo Nếu khí bốc ra mạnh luồng dầu vận chuyển từ thùng lên bình dãn dầu xô phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp Rơ le khí còn có thể tác động khi

mức dầu trong bình rơ le hạ thấp do dầu bị rò hoặc thùng biến áp

bị thủng.