bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le Đặc điểm của HTĐ Rộng lớn về qui mô Trải dài trong không gian Đa dạng về thiết bị điện  Dễ phát sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thườ

Trang 2

Phần I

Bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Trang 3

Tài liệu tham khảo

1 Bảo vệ các Hệ thống Điện, Trần Đình Long, NXB KHKT

2 Giáo trình Bảo vệ Rơ le trong Hệ thống điện, Đại học Điện lực

3 Ebook: Power System Protection (P.M Anderson)

4 Ebook: Power System Relaying (Stanley H Horowitz)

5 Ebook: Protection of Electrical Networks (Christophe Prévé)

6 Ebook: Protection of electricity distribution networks (JuanM Gers and Edward J Holmes)

7 Ebook: Protective Relaying Principles and Applications (H LeeWillis)

8 Ebook: Protective relaying theory and application (Walter A Elmor)

và rất nhiều các tài liệu khác

Trang 4

Chương I

KHÁI NIỆM CHUNG

VỀ BẢO VỆ RƠ LE

Trang 5

I.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le

 Đặc điểm của HTĐ

Rộng lớn về qui mô

Trải dài trong không gian

Đa dạng về thiết bị điện

 Dễ phát sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường

 Yêu cầu vận hành HTĐ

An toàn

Tin cậy

Kinh tế

Trang 6

 Hư hỏng và sự cố trong HTĐ

Do các hiện tượng thiên nhiên: giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa…

Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót trong bảo dưỡng thiết bị điện…

Do các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm việc bất thường của HTĐ…

 Ngắn mạch: sự cố phổ biến và nguy hiểm nhất trong HTĐ

Dòng điện tăng cao từ nguồn đến điểm ngắn mạch  tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó chạy qua

Hồ quang tại chỗ ngắn mạch : đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn

Điện áp tại chỗ sự cố và lưới điện lân cận giảm thấp

Mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ

Trang 7

 Hư hỏng và sự cố trong HTĐ

Do các hiện tượng thiên nhiên: giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa…

Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót trong bảo dưỡng thiết bị điện…

Do các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm việc bất thường của HTĐ…

 Ngắn mạch: sự cố phổ biến và nguy hiểm nhất trong HTĐ

Dòng điện tăng cao từ nguồn đến điểm ngắn mạch  tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó chạy qua

Hồ quang tại chỗ ngắn mạch : đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn

Điện áp tại chỗ sự cố và lưới điện lân cận giảm thấp

Mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ

Trang 8

I.2 Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le

Bảo vệ nào không tác động?

- Độ tin cậy tác động: mức độ chắc chắn rơle/ hệ thống bảo vệ rơle sẽ tác động đúng  khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ

- Độ tin cậy không tác động: mức độ chắc chắn rằng rơle/ hệ thống rơle sẽ không làm việc sai  khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định

Trang 9

Bảo vệ nào không tác động?

- Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

- Chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận

Trang 10

3 Tính tác động nhanh

Là yêu cầu quan trọng nhằm cách ly càng nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch

 Hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị

 Giảm được thời gian sụt áp ở phụ tải

 Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn

 Nâng cao khả năng duy trì ổn định HTĐ

Nếu kết hợp với yêu cầu chọn lọc  phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền

Thời gian tác động của bảo vệ +

Bảo vệ tác động nhanh (tức thời)  thời gian cắt không quá 50ms



Trang 11

4 Độ nhạy

Đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle/ hệ thống bảo vệ

Hệ số độ nhạy Kn : tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố/ ngưỡng tác độngPhụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc của HTĐ, cấu hình của lưới điện, dạng ngắn mạch, vị trí của điểm ngắn mạch

Bảo vệ chính: Kn từ Bảo vệ dự phòng: Kn từ

5 Tính kinh tế

BVRL không để làm việc thường xuyên mà ở chế độ luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố trong HTĐ

 phải cân nhắc tính kinh tế và các yêu cầu kỹ thuật tùy thuộc vào tính chất/ vai trò của lưới điện được bảo vệ



Trang 12

I.3 Các bộ phận của hệ thống Bảo vệ rơ le

Các phần từ trong hệ thống điện

~

MBA MPĐ

…

Mạch điều khiển các tín hiệu, mạch máy cắt, …

Nguồn một chiều

Hiển thị và ghi nhớ sự kiện

Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ

Trang 13

I.3 Các bộ phận của hệ thống Bảo vệ rơ le

Trang 14

I.4 Máy biến dòng điện

1 Tên gọi chung: BI, TI, CT

2 Nhiệm vụ

.Biến đổi dòng điện lớn ở phía mạch sơ cấp về các dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (1A, hoặc 5A)

.Cách ly giữa mạch sơ cấp khỏi mạch bảo vệ ở phía thứ cấp

.Tạo ra sự phối hợp dòng điện giữa các pha

3 Nguyên lý hoạt động

t t s

s W I W

Trang 15

4 Sơ đồ thay thế

• Sai số của BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa

• Điện áp xuất hiện phía thứ cấp

Vthứ cấp=Ithứ cấp*(Zcuộn thứ cấp+Zdây dẫn phụ + Zthiết bị nối vào)

 Khi tải tăng  Vthứ cấp tăng  tăng dòng từ hoá Ie tăng sai số củaBI

Trang 16

Trang 17

Trang 18

7 Hiện tượng hở mạch thứ cấp BI

 Điện áp cảm ứng có giá trị lớn, gây quá điện áp, nguy hiểm

 Toàn bộ dòng sơ cấp làm nhiệm vụ từ hóa lõi từ

• Lõi từ bị bão hòa

• Từ thông tản ra ngoài lõi thép

Trang 19

8 Tải danh định và cấp chính xác

• Một BI: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác nhau.

• Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tuỳ thuộc vào loại tải.

• Các dụng cụ đo (kW, KVar, A, kWh, kVArh):

 Yêu cầu chính xác trong chế độ tải bình thường hoặc định mức

 Phạm vi hoạt động chính xác trong khoảng 5÷120% của dòng điện

 Độ chính xác thường là: 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC

 Hoặc 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE

Trang 20

9 So sánh BI dùng cho đo lường và bảo vệ

Trang 21

9 So sánh BI dùng cho đo lường và bảo vệ

Trang 22

10 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện

a Sơ đồ nối các BI theo hình sao đầy đủ

Trang 23

b Sơ đồ nối các BI theo hình sao khuyết

Trang 24

c Sơ đồ nối một rơ le vào hiệu dòng điện hai pha

- Biến dòng điện đặt 2 pha, sử dụng một rơ le duy nhất Dòng điện vào rơ le

Nên ta có

- Hệ số sơ đồ

- Độ nhạy phụ thuộc vào dạng ngắn mạch

RL

IR

I(3)R Ia

Ic Ib

Trang 25

d Sơ đồ nối các hình sao và tam giác

Bảo vệ cho máy biến áp có các tổ nối dây sao/tam giác  dùng sơ đồ nối BI hình sao ở phía cuộn dây nối tam giác và sơ đồ nối BI hình tam giác ở phía cuộn dây nối hình sao

Trang 26

e Sơ đồ nối bộ lọc dòng thứ tự không

- Phương thức: cộng trực tiếp dòng điện thứ cấp của ba pha

- Dùng trong lưới điện có dòng chạm đất lớn

- Nhược: dòng không cân bằng ở đầu ra của bộ lọc lớn ở chế độ làm việc bình thường

Dòng điện thu được

Trang 27

e Sơ đồ nối bộ lọc dòng thứ tự không

- Phương thức: cộng từ thông của ba pha dòng điện xoay chiều

- Dùng trong lưới điện có dòng chạm đất bé

Trang 28

Trang 29

Hình ảnh về BI

Thực tế, mỗi BI có thể có:

 1 hoặc 2 cuộn thứ cấp - Mục đích đo lường

 2 tới 4 cuộn thứ cấp - Ứng dụng bảo vệ rơle

Trang 30

I.5 Máy biến điện áp

1 Tên gọi chung: BU, TU, VT

2 Nhiệm vụ

•. Biến đổi điện áp lớn ở phía mạch sơ cấp về điện áp thứ cấp tiêu chuẩn (100V, hoặc 110V).

•. Cách ly giữa mạch sơ cấp khỏi mạch bảo vệ ở phía thứ cấp.

3 Quy ước về cực tính

•. Cực tính cùng tên được đánh dấu (hình sao, chấm tròn, chấm vuông…)

•. Trên bản vẽ, các cực tính cùng tên vẽ cạnh nhau

Trang 31

4 Điện áp danh định sơ cấp và thứ cấp

 BU làm việc ở chế độ hở mạch phía thứ cấp

BU ngoài trời thường sử dụng điện áp pha:

 Điện áp danh định của cuộn sơ cấp là điện áp danh định của lưới điện.

 Ứng dụng đo lường: phạm vi điện áp làm việc: 80÷120%

 Ứng dụng bảo vệ rơle: từ 0.05 ÷ 1.5 hoặc 1.9 lần điện áp danh định.

5 Chế độ làm việc bình thường

Trang 32

6 Phân loại

• BU loại cảm ứng điện từ thông thường

• Lựa chọn kinh tế nhất đối với cấp điện áp tới 145kV

• BU kiểu tụ phân áp (CVT – Coupled Voltage Transformer)

• Lựa chọn khi dùng ở cấp cao áp

• Thường được sử dụng kết hợp với hệ thống thông tin tải ba PLC

Trang 33

7 Các sơ đồ nối BU

a Sơ đồ nối BU theo hình sao

a. Đo điện áp dây

b. Đo điện áp pha

c. Đo điện áp giữa ba pha và dây trung tính hệ thốngThường sử dụng với biến điện áp loại ba pha năm trụ

Trang 34

Sơ đồ nối BU hình V (sao khuyết)

- Gồm hai biến điện áp một pha nối vào hai điện áp dây bất kỳ của mạng sơ cấp

- Dùng trong các hệ thống điện áp dưới 35kV khi không cần phải nhận điện áp pha đối với đất

Trang 35

Sơ đồ bộ lọc điện áp thứ tự không

- Gồm 3 biến điện áp một pha hoặc một biến điện áp ba pha năm trụ có hai cuộn dây thứ cấp, một cuộn dây nối hình sao có trung tính nối đất, một cuộn nối hình tam giác hở

- Điện áp đặt vào rơle nối vào cuộn tam giác hở:

Trang 36

C1 R1 C2 R2

Umn

Trang 37

Ví dụ về máy biến điện áp kiểu tụ phân áp

Trang 38

I.6 Nguồn điện thao tác

 Dùng để cung cấp điện cho hệ thống rơle bảo vệ, điều khiển, và báo tín hiệu, để thao tác đóng và cắt máy cắt và một số mục đích khác trong HTĐ

Yêu cầu:

Độc lập hoàn toàn với chế độ làm việc xoay chiều

Đủ năng lượng cung cấp cho hệ thống bảo vệ, điều khiển, tín hiệu, và làm việc chắc chắn trong quá trình làm việc

An toàn, tin cậy và kinh tế

Thường dùng: nguồn điện một chiều do ắc quy cung cấp và nguồn điện xoay chiều do biến dòng điện, biến điện áp và mạng điện áp thấp cung cấp.

Trang 39

I.7 Kênh thông tinh truyền tín hiệu

 Phục vụ cho việc truyền dữ liệu, thông tin liên lạc, điều khiển, bảo vệ và tự động hoá trong hệ thống điện

 Gồm có:

Dây dẫn phụ/cáp thông tin của ngành điện hoặc mạng bưu chính viễn thông

Kênh tải ba (PLC): Tải tín hiệu tần số cao bằng dây dẫn của đường dây tải điện

Kênh thông tin vô tuyến siêu cao tần (viba)

Cáp quang

Trang 40

I.8 Thông tin tính toán bảo vệ rơ le

1 Thông tin đo lường

Đo lường một đại lường đầu vào

Đo lường nhiều đại lượng đầu vào

Trang 41

I.9 Phân loại Rơ le

1 Phân loại theo nguyên lý cấu tạo: Rơ le điện cơ và rơ le số

Rơ le cơ: Chế tạo dựa trên các nguyên lý điện từ, hoặc sử dụng các bóng bán dẫn (diode, triode…).Còn được

sử dụng ở các rơ le trung gian.

Rơ le số: Làm việc dựa trên các nguyên tắc số Có nhiều ưu điểm

Chức năng rơ le được mở rộng Kết hợp nhiều nguyên lý bảo vệ trong một rơ le

Có thể thực hiện các nhiệm vụ :Ghi chép, định vị sự cố, thực hiện liên động giữa các thiết bị bảo vệ và tự động…

Dễ dàng ghép nối với nhau và với thiết bị đo lường, thông tin…

Chỉnh định dễ dàng tại chỗ hoặc từ xa

Công suất tiêu thụ nhỏ, dễ dàng chuẩn hóa kích thước…

Trang 42

1 Phân loại theo nguyên lý cấu tạo: Sơ đồ khối rơ le số:

Trang 43

2 Phân loại theo số đại lượng đầu vào

RL

Y

~

Trang 44

3 Phân loại theo nguyên tắc tác động

Rơ le cực đại

1

0Y

XXkđ

Điều kiện tác động : X≥Xkđ  Y=1 Điều kiện trở về : X≤Xtv  Y=0

Trang 45

3 Phân loại theo nguyên tắc tác động

Rơ le cực tiểu

Y1

Điều kiện tác động : X≤Xkđ  Y=1 Điều kiện trở về : X≥Xtv  Y=0

Trang 46

 Rơ le chức năng:

Rơ le trung gian RG

Rơ le thời gian RT

Rơ le tín hiệu Rth

 Một số chức năng Rơ le : 21, 27, 49, 50, 51, 87, etc

Trang 47

 Một số ký hiệu thường dùng

Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường mở - đóng có thời gian (đóng chậm)

Tiếp điểm thường đóng – mở có thời gian (mở chậm)

Trang 48

Chương II

CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Trang 49

II Các nguyên lý bảo vệ rơ le trong Hệ thống điện

II.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

 Bảo vệ quá dòng có thời gian (51)

 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)

 Bảo vệ quá dòng kết hợp với khóa điện áp thấp (51V)

 Bảo vệ quá dòng thứ tự không (50N&51N)

Trang 50

II.1.1 Nguyên lý tác động

 Tác động khi dòng điện (một pha, hai pha hoặc cả ba pha) qua phần tử bảo vệ vượt quá một ngưỡng cho trước

 Phối hợp để bảo vệ gần chỗ sự cố nhất tác động trước

 Chống lại các dạng sự cố quá dòng một pha, hai pha, ba pha và sự cố chạm đất

 Có thể tác động tức thời (Quá dòng cắt nhanh) hoặc tác động với thời gian trễ (Quá dòng có thời

gian)



N3 N2

N1

Trang 51

II.1.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian (I> hay 51)

1 Dòng điện khởi động

Điều kiện

- Phải KHÔNG khởi động ở chế độ làm việc bình thường

- Phải khởi động với dòng sự cố nhỏ nhất (đảm bảo độ nhạy)

- Phải đảm bảo tính chọn lọc

Dòng tải lớn nhất (Ilvmax)Dòng khởi động (Ikđ)Dòng sự cố nhỏ nhất (INmin)

1.5x hoặc lớn hơn2x hoặc lớn hơn

Khuyến cáo

Trang 52

1 Dòng điện khởi động

Cho lưới điện hai phân đoạn

Giả thiết: Dòng làm việc đang lớn nhất

??? Xác định dòng khởi động cho bảo vệ I1>

Trang 53

Thời điểm t1: xảy ra sự cố tại N2:

 Dòng điện tăng lên – Sau đó giảm đi một chút sau giai đoạn quá độ

 Điện áp TG2 giảm đi, các động cơ giảm tốc độ

 BV1 & BV2 khởi động đếm thời gian

Tại thời điểm t2: BV2 cắt máy cắt, loại trừ sự cố

 Dòng điện giảm đi do sự cố đã được loại trừ

 Điện áp TG2 hồi phục  các động cơ mở máy trở lại  xuất hiện dòng điện

mở máy lớn

 Dòng điện mở máy giảm dần theo thời gian đến giá trị ổn định  BV1 phải

dừng đếm thời gian dù đang có dòng mở máy  BV1 phải trở về

Trang 54

t2 Thời điểm MC2 cắt NM

2 Biểu diễn Imm theo Ilvmax  Imm=KmmIlvmax

Hệ số Kmm phụ thuộc vào loại ĐC, vị trí của ĐC…

mmat

K

K K

I =

[ ]maxlv

3sđmmat

I =

Trang 55

2. Thời gian tác động

Yêu cầu

.Đảm bảo tính chọn lọc giữa các bảo vệ bằng cách phân cấp thời gian

.Tên goi Bảo vệ quá dòng có thời gian

Nguyên tắc chọn thời gian

.Khi có sự cố, có thể nhiểu bảo vệ cùng khởi động

.Bảo vệ gần chỗ sự cố nhất sẽ phải tác động trước

.Khi xảy ra sự cố tại N2:

 BV1 và BV2 cùng khởi động và đếm thời gian

t BV 1 = BV 2 + ∆

Trang 56

2. Thời gian tác động

.Lựa chọn thời gian tác động tBV2<tBV1 hay

.Bậc phân cấp thời gian thường chọn ∆t=0.3÷0.6sec, xét tới các yếu tố:

 Sai số thời gian của rơ le: sự làm việc của rơ le không chính xác đúng theo lý thuyết

 Thời gian cắt của mày cắt: do nhà sản xuất cung cấp

 Thời gian quá tác động của rơ le: hiện tượng rơ le đã được ngắt điện nhưng vẫn tiếp tục vận hành thêm một khoảng thời gian rất ngắn (rơ le cơ)

 Sai số của máy biến dòng: các BI có sai số nên rơ le có thể vận hành nhanh hơn hoặc chậm hơn - thường với đặc tính thời gian phụ thuộc

 Thêm một phần thời gian dự trữ

.Nếu đường dây nhiều phân đoạn, có thể làm tăng thời gian loại trừ sự cố đối với các bảo vệ làm việc gần nguồn 

Nhược điểm

.Khắc phục bằng cách sử dụng đặc tính thời gian phụ thuộc

t t

t BV 1 = BV 2 + ∆

Trang 57

2 Thời gian tác động

Đặc tính độc lập: Thời gian tác động không phụ

thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch

t

Ikđ

Đặc tính độc lập

Đặc tính phụ thuộc

Đặc tính phụ thuộc : Thời gian tác động có

dạng đường cong phi tuyến

Với

Nr

kd

I I

I

=

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	2,54 MB