Phân tích ưu nhược điểm của rơ le tĩnh và rơ le cơ trong trạm điện 110KV

Rơ le

Đề thi số:

1 Ưu việt của rơle số so với rơle tĩnh và rơle cơ ? Phân tích chế độ làm việc bình thường và chế độ làm việc nguy hiểm của máy biến dòng điện (BI)

a)Ưu việt của rơle số so với rơle tĩnh và rơle cơ

 Ưu việt rất lớn của rơle số so với các loại rơle khác là khả năng tổ hợp các chức năng bảo vệ rấtthuận lợi và rộng lớn, việc trao đổi và xử lý thông tin với khối lượng lớn với tốc độ cao làmtăng độ nhạy, đọ chính xác, độ tin cậy cũng như mở rộng tính năng của bảo vệ

 Hạn chế được nhiễu và sai số do việc truyền thông tin bằng số

 Có khả năng tự lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối tượng bảo vệkhác nhau

 Công suất tiêu thụ nhỏ

 Có khả năng đo lường và có thể nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều chỉnh tự động

+) Thực hiện liên động các thiết bị bảo vệ và tự động của phần tử lân cận

+) Đóng mở trở lại máy cắt điện

 Dễ dàng ghép nối với nhau và với các thiết bị bảo vê tự động thông tin, và đo lường khác trong hệthống, dễ dàng ghép nối với máy tính

 Thông số của bảo vệ có thể chỉnh được giản tiện với độ chính xác cao và dễ dàng thực hiện công việc chỉnh định thông số từ xa và chỉnh định tự động theo nguyên lý tự thích nghi

b)Phân tích chế độ làm việc bình thường và chế độ làm việc nguy hiểm của máy biến dòng điện (BI)

I s'  T  mà

i

s T i

s

I I n

I

I'  , 

 I  T I s'  I 0

Để thỏa mãn điều kiện trên thì Ztải = 0, do đó phải nối tắt tải hay là ngắn mạch thứ cấp.

 chế độ làm việc nguy hiểm của máy biến dòng điện (BI) là hở mạch thứ cấp

Vì khi hở mạch thứ cấp thì Itải = 0 và I S' I tức là dòng điện sơ cấp lúc này sẽ hoàn toàn biến thành

dòng từ hóa, dẫn đến từ cảm Bm tăng lên đột ngột làm mạch từ bị bão hòa > từ thông và các đường cong biến thiên theo độ từ cảm sẽ có dạng bằng đầu > sức điện động cảm ứng có dạng nhọn đầu và có biên độ lớn

Đặc biệt khi có sự cố dòng IS đặt cấp bối số lớn, sức điện động thứ cấp có thể tăng lên vài trúc kV, rất nguy hiểm cho người và thiết bị

Vì vậy: không nên để hở mạch thứ cấp

2 Bảo vệ quá dòng có hướng có đảm bảo chọn lọc đối với mạnh kín có 2 nguồn cung cấp ? Giải thích bằng hình vẽ.

Vì sao nói : Bảo vệ so lệch là bảo vệ của Hệ thống điện ?

a) Bảo vệ quá dòng có hướng không đảm bảo chọn lọc đối với mạnh kín có 2 nguồn vì:

Dùng hình vẽ để chứng minh: Giả sử ngắn mạch tại N1 để đảm bảo chọn lọc thì phải thỏa mãn điều kiện:

t1>t5 Mặt khác giả sử ngắn mạch tại N2 để đảm bảo chọn lọc thì phải thỏa mãn điểu kiện: t1<t5 Vậy trong cùng một lúc bảo vệ quá dòng có hướng không thể đáp ứng hai điều kiện trên, do đó: Bảo vệ quá dòng có hướng không đảm bảo chọn lọc đối với mạnh kín có 2 nguồn

N1

N2

b) Vì sao nói : Bảo vệ so lệch là bảo vệ của Hệ thống điện ?

Câu 3: Nêu nguyên lý và thông số chỉnh định của bảo vệ quá dòng cắt nhanh và bảo vệ so lệch dòng

điện Ưu, nhược điểm của các bảo vệ trên

BV6

BV5 BV4

BV8

BV12 BV7

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là laoij bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động của bảo

vệ lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo

kat: hệ số an toàn, thường lấy bằng (1,2 ÷ 1,3)

INng max: là dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo ngắn mạch 3 pha trựctiếp tại điểm N với chế độ làm việc cực đại của hệ thống

-thời gian tác động: 0 giây

Ưu: tác động tức thời

Nhược:

- không bảo vệ được toàn bộ đường đây( chỉ bảo vệ được 70-80%)

- phạm vi bảo vệ không ổn định, phụ thuộc vào dạng ngắn mạch và chế độ làm việc của HTĐ

Bảo vệ so lệch:

Nguyên lý:

Bảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện

ở hai đầu phần tử được bảo vệ Nếu sự sai lệch giữa 2 dòng điện vượt quá trị số cho trước( giá trị không đổi) thì bảo vệ sẽ tác động

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

dòng điện so lệch chạy qua role:

I  I I  I I

-Tình trạng làm việc không bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (điểm N1):

Trong trường hợp lý tưởng ( giả sử các biến dòng giống hệt nhau và không có sai số), ta có: IS1IS2 nên

-Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ( N2):

Trường hợp có 2 nguồn cung cấp thì IS1IS2cả về trị số và góc pha, do đó các dòng điện thứ cấp cũng khác nhau: IT1IT2 và dòng điện vào role: IR IT1 IT2 0

Nếu IR  Ikd thì bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt của phần tử được bảo vệ

I T1

I T2 I R = 0

0

180

-Trường hợp nguồn chỉ có từ 1 phía( SB=0):

Khi đó dòng điện chạy qua role là: IR IT1, nếu: IR  Ikdthì bảo vệ sẽ tác động

kkck: hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch

INMNmax: thành phần chu kì của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất

fimax = 0,1: sai số cực đại cho phép của BI

Ưu:

- làm việc khá tin cậy

- đảm bảo tính chọn lọc trong các mạng khác nhau, là loại bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối

Câu 4: Trình bày bảo vệ chống chạm đất điểm thứ 2 cuộn dây rôto MFĐ ?

Tại sao bảo vệ này có vùng chết khi chạm đất điểm thứ nhất tại 1 cực cuộn kích thích ?

Trả lời:

Bảo vệ chống chạm đất điểm thứ 2 cuộn dây rôto MFĐ:

Khi có tín hiệu báo chạm đất 1 điểm trong máy phát thì nhân viên vận hành sẽ điều chỉnh con trượt để đưa Vonmet về vị trí 0 Sau đó đóng đổi nối( ĐN) để role làm việc Mạch bảo vệ lúc này được sử dụng là cầu điện trở 4 vai Khi chưa có chạm đất điểm thứ 2 thì dòng điện qua role = 0 do cầu cân bằng Khi xuất hiện điểm chạm đất thứ 2 làm cầu mất cân bằng dẫn đến có dòng điện chạy qua role khác 0 Như vậy làm cho role tác động

V

ĐN

Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất điểm thứ 2

Câu 5 Cho mạng điện như hình vẽ : (Các BV là BV DĐ có hướng )

- Tại sao phải phối hợp về độ nhạy

giữa các bảo vệ :1,3,5 và 2,4,6 ?

(I kđ1 > I kđ3 > I kđ5 ; I kđ6 > I kđ4 > I kđ2 )

- Phân tích hiện tượng khởi động

không đồng thời của BVDĐCH

trong mạng điện trên

a Phải phối hợp độ nhạy giữa các bảo vệ như vậy để đảm bảo rơle làm việc chọn lọc, tin cậy, tác động nhanh

b Hiện tượng khởi động không đồng thời là hiện tượng bảo vệ ở đầu này chỉ tác động khi và chỉ khi bảo

vệ ở đầu kia đã tác động cắt máy cắt của nó khỏi nguồn

Ví dụ: Bảo vệ dòng có hướng cho mạng điện trên đặt cho các bảo vệ

Khi ngắn mạch ở đường dây 1-2(điểm N1).Khi đó hầu như toàn bộ dòng ngắn mạch sẽ hướng đến điểm ngắn mạch qua BV1, còn dòng chạy qua BV6 thì gần như bằng 0 Vậy nên ngay khi sự cố thì BV1 sẽ tác động trước tiên để cắt máy cắt ra cho dù BV2 có thời gian tác động nhỏ nhất Sau kh bảo vệ 1 tác động thì bảo vệ 2 mới tác động để ngăn dòng ngắn mạch.Thứ tự tác động của các bảo vệ: BV1-BV2-BV4-BV6

Câu 6 Phân tích ảnh hưởng của: Hệ số phân bố dòng điện (k I >1 ) và dao động điện đến sự làm việc của bảo vệ khoảng cách

a Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện (k I >1):

+ Trong TH ở giữa chỗ đặt BV và điểm ngắn mạch có thêm nguồn phụ ( hình H1) Điện áp trên cực Role lúc này là:

Mà ICN = IAC + IBC nên UR = IAC.ZAC + (IAC + IBC).ZCN

Dòng đi vào Role trong TH này là IR =IAC

Điện trở trên đầu cực Role là:

ZR = UR/IR =ZAC +(1+IBC/IAC).ZCN = ZAC +KI.ZCN

Trong đó hệ số phân bố dòng KI = (1+IBC/IAC)>1

Như vậy khi có nguồn bổ xung thì điểm ngắn mạch dường như xa hơn và điện trở trên đầu cực Role sẽ lớn hơn

b ảnh hưởng của dao động điện

- Dao động điện là 1 chế độ làm việc bình thường của HTD Khi có dao động điện, i và U biến thiên theo chu kỳ rơle cảm nhận như ngắn mạch nên tác động nhầm

Câu 7: Các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của MFĐ ĐB Phân tích sự làm viêc của chức năng 50BF.

Đáp:

Các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của MFĐ ĐB

 Các dạng hư hỏng thường gặp:

1 Đối với cuộn dây stato:

- Một pha bị chạm đất ( chạm vỏ): Khi có một pha chạm đất có thể phát ra tia lửa điện đốt cháy

lá thép Stator và gây nên ngắn mạch giữa các pha

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây (các pha): Khi xảy ra sự cố ngắn mạch giữa các pha thì dòng điện tăng lên gấp nhiều lần so với định mức, do đó nó nguy hiểm cho MFĐ

- Ngắn mạch giữa các vòng dây trong một pha: Sự cố này làm hư hỏng các cuộn dây và làm lõithép phát nóng cục bộ

2 Đối với cuộn dây roto

- Quá tải đối xứng:

o Nguyên nhân: Do mất nguồn, Đóng tải đột ngột

o Hậu quả: dòng điện 3 pha tăng làm nhiệt độ tăng cao dẫn đến hư hỏng cách điện.

- Quá tải không đối xứng

o Nguyên nhân: Đường dây làm việc không toàn pha, phụ tải một pha công suất lớn ( lò điện, vận tải điện )

o Hậu quả: Xuất hiện dòng điện thứ tự nghịch sinh ra từ thông thứ tự nghịch cắt roto với tần số góc 2ωđb Làm SĐĐ cũ tăng kéo theo Dòng điện cũ tăng đót nóng MFĐ

2 Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài kéo dài:

dòng điện 3 pha tăng làm nhiệt độ tăng cao dẫn đến hư hỏng cách điện

3 Điện áp tăng cao, giảm thấp ( Quá điện áp ở MF tuabin nước)

4 Tần số tăng cao hoặc giảm thấp

5 Dao động điện mất kích thích, mất đồng bộ

Phân tích sự làm việc của chức năng 50BF.

Chức năng 50BF có thể làm việc ở hai chế độ: Chế độ làm việc phụ thuộc (External CBF) hoặc chế

độ làm việc độc lập (Internal CBF) hoặc kết hợp cả 2 chế độ nêu trên (On, Int or Ext.)

- Chế độ làm việc phụ thuộc: Là được khởi tạo từ các tác nhân bên ngoài đưa tới Lúc đó chứcnăng này sẽ tác động đi cắt MC vô điều kiện sau thời gian BF

- Chế độ làm việc độc lập cần thoả mãn các điều kiện sau:

+ Giám sát dòng chạy qua MC được bảo vệ

+ Bảo vệ có cài đặt 50BF đã xuất lệnh cắt do nguyên nhân nào đó

+ Sau khoảng thời gian BF nếu dòng chạy qua MC nhỏ hơn ngưỡng đặt của chức năng 50BF thì bảo vệ sẽ xác nhận MC đã dược cắt ra và tự trở về Nếu dòng chạy qua MC vượt quá ngưỡng đặt kết hợp với thời gian BF của nó thì chức năng 50BF sẽ tác động đi cắt các MC liền kề trước và sau MC bị lỗi

+ Phạm vi tác động của chức năng 50BF thường là rất rộng, gây gián đoạn cung cấp điện

8 Phân tích ảnh hưởng của: Hệ số phân bố dòng điện và điện trở quá độ đến sự làm việc của bảo vệ

khoảng cách Phân tích sự làm việc của BVKC dùng liên động bằng tín hiệu khóa Ưu, nhược điểm khi

sử dụng liên động bằng tín hiệu khóa.

Trả lời:

 Ảnh hưởng của K I :

 + Trong TH ở giữa chỗ đặt BV và điểm ngắn mạch ( hình H2) Điện áp trên cực Role lúc này là:

UR = IAC.ZAC + ICN.ZCN

Mà IAC = ICM + ICN nên UR = IAC.ZAC + (IAC - ICM).ZCN

Dòng đi vào Role trong TH này là IR =IAC

Điện trở trên đầu cực Role là:

ZR = UR/IR =ZAC +(1-ICM/IAC).ZCN = ZAC +KI.ZCN

Trong đó hệ số phân bố dòng KI = (1-ICM/IAC)<1

Như vậy khi không có nguồn bổ xung thì điểm ngắn mạch dường như rút ngắn lại và điện trở trên đầucực Role sẽ nhỏ hơn

 A/h của điện trở quá độ:

RQĐ làm tăng tổng trở trên đầu cực role làm cho điểm ngắn mạch dường như lùi xa hơn và sẽ tác động với thời gian trễ lớn hơn vì phải xét tới thời gian tắt hồ quang tại điểm ngắn mạch, nhưng vẫn không mất tính chọn lọc Giá trị tổng trở đo được đến chỗ ngắn mạch là Zd’ có tính đến điện trở quá độ là:

Zd’= Zd + 0,5.Rqđ

Zd : Điện trở thực tế của đường dây

Rqđ : Điện trở quá độ (điện trở hồ quang )

Có giá trị 0,5 là do điện trở quá độ tại điểm ngắn mạch được chia đều cho cả 2 pha Giá trị điện trở quá độ thường mang tính điện tác dụng và rất khó xác định Thực tế có công thức thực nghiệm:





Trong đó:

a là khoảng cách trung bình giữa các pha

v là tốc độ gió cực đại tác động đến đối tượng bảo vệ, m/s

tk là thời gian cắt dòng ngắn mạch, s

Ik là dòng điện ngắn mạch, AHoặc cũng có thể dùng công thức thực nghiệm sau:

Rqđ = 8750/I1,4k

Phân tích sự làm việc của BVKC dùng liên động bằng tín hiệu khóa

9 Đặc điểm khi thực hiện bảo vệ so lệch hoàn toàn Thanh góp.

Những đặc điểm khi thực hiện bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp

Khi thực hiện bảo vệ so lệch cho các thanh góp đơn hoặc thanh góp có phân

đoạn với các phần tử phân bố lên cả hai phân đoạn cần phải chú ý các đặc điểm

sau đây:

1 Cần đặt biến dòng điện trên tất cả các phần tử nối vào thanh góp.

2 Các biến dòng điện về nguyên tắc nên chọn có cùng dòng điện định mức chọn theo

dòng điện làm việc cực đại Ilv max của phần tử mang công suất lớn nhất Khi dùng các

biến dòng điện có hệ số biến khác nhau thì phải cân bằng các sức điện động do chúng

tạo ra bằng các biến dòng bão hoà trung gian

3 Bảo vệ tác động cắt các phần tử nối với nguồn, các phần tử không nối với nguồn có thể

không cắt để giảm nhẹ việc đóng trở lại nguồn điện

4 Trong sơ đồ bảo vệ thường dùng rơ le có biến dòng bão hoà trung gian để làm giảm ảnh hưởng các giá

trị quá độ của dòng điện không cân bằng

Hình vẽ: Bảo vệ so lệch toàn phần của thanh góp đơn

5 Nối đất chỉ thực hiện ở một điểm chung (trên bảng bảo vệ).

Để giảm số lượng cáp trong mạch thứ cấp và giảm phụ tải của các biến dòng điện, các

mạch thứ cấp của các biến dòng điện thường nối với nhau ở trạm phân phối

Hình vẽ: Bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp có phân đoạn với các phần tử phân bố lên

cả hai phân đoạn

Trong sơ đồ bảo vệ thanh góp có phân đoạn (hoặc hệ thống hai thanh góp) và các phần

tử phân bố cố định lên các phân đoạn (hoặc các thanh góp) dùng 3 bộ rơ le dòng điện: 3RI làm nhiệm vụ phân biệt ngắn mạch và làm nhiệm vụ khởi động 2 bộ 1RI và 2RI; 1RI và 2RI là nhiệm vụ chọn lọc phân đoạn (hoặc thanh góp) bị hư hỏng

10 Nguyên tắc tác động của BV quá dòng có hướng So sánh độ nhạy của bảo vệ quá dòng (pha) cắt

nhanh, quá dòng (pha) có thời gian, quá dòng thứ tự không ?

*Nguyên tắc tác động của bảo vệ quá dòng có hướng:

Bảo vệ dòng điện có định hướng công suất là loại bảo vệ làm việc theo trị số của dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ và góc lệch pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp của trạm có đặt bảo vệ Bảo

vệ tác động khi dòng điện vượt quá một giá trị định trước (giá trị khởi động) và pha của nó phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ (khi công suất ngắn mạch qua bảo vệ đi từ thanh góp

ra đường dây) Về mặt bản chất: bảo vệ dòng điện có định hướng công suất là sự kết hợp giữa bảo vệ quá dòng và bộ phận định hướng công suất ngắn mạch

*So sánh độ nhạy của bảo vệ quá dòng cắt nhanh, qua dòng có thời gian, quá dòng thứ tự không

-Độ nhạy của bảo vệ quá dòng có thời gian:

Độ nhạy của bảo vệ bị hạn chế do phải chọn dòng khởi động lớn hơn dòng làm việc cực đại Ilv max có kể đến hệ số mở máy kmm của các động cơ Khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối đường dây được bảo vệ, độ nhạy yêu cầu là ≥ 1,5 (khi làm nhiệm vụ bảo vệ chính) Độ nhạy như vậy trong nhiều trường hợp được đảm bảo Tuy nhiên khi công suất nguồn thay đổi nhiều, cũng như khi bảo vệ làm nhiệm vụ dự trữ trong trường hợp ngắn mạch ở đoạn kề , độ nhạy có thể không đạt yêu cầu Độ nhạy yêu cầu của bảo vệ khi làmnhiệm vụ dự trữ là ≥ 1,2

-Độ nhạy của bảo vệ cắt nhanh:

Như đã biết bảo vệ cắt nhanh làm việc tức thời hoặc với thời gian rất nhỏ (0,1s) nên không có độ nhạy hoặc có nhưng sẽ rất nhỏ

-Độ nhạy của bảo vệ quá dòng thứ tự không:

11 Trình bày sơ đồ bảo vệ chống chạm đất 100% cuộn dây Stato MFĐ (có đưa điện áp hãm 20Hz vào trung điểm MFĐ) ? Tại sao không dùng điện áp hãm có tần số cao,ví dụ 200kHz ?

Dòng điện I từ nguồn 20 Hz sau khi qua bộ lọc 1LF được phân thành hai thành phần: İĐ chạy vào BU0 nốivới trung tính máy phát điện và İB chạy qua điện trở đặt RĐ Thành phần İĐ thông qua máy biến dòng trunggian BIG và bộ lọc tần số 2LF được nắn thành dòng điện làm việc Dòng điện |Ilv| đưa vào rơ le để so sánhvới dòng điện hãm IH cũng do nguồn 20 Hz tạo ra thông qua điện trở đặt RC Dòng điện hãm có trị số