bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TS Vũ Thị Anh Thơ 09 83 16 81 83 thovta@epu.edu.vn Phần I Bảo vệ rơ le hệ thống điện TS Vũ Thị Anh Thơ Tài liệu tham khảo Bảo vệ Hệ thống Điện, Trần Đình Long, NXB KHKT Giáo trình Bảo vệ Rơ le Hệ thống điện, Đại học Điện lực Ebook: Power System Protection (P.M Anderson) Ebook: Power System Relaying (Stanley H Horowitz) Ebook: Protection of Electrical Networks (Christophe Prévé) Ebook: Protection of electricity distribution networks (JuanM Gers and Edward J Holmes) Ebook: Protective Relaying Principles and Applications (H LeeWillis) Ebook: Protective relaying theory and application (Walter A Elmor) nhiều tài liệu khác TS Vũ Thị Anh Thơ Chương I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BẢO VỆ RƠ LE TS Vũ Thị Anh Thơ I.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơ le  Đặc điểm HTĐ Rộng lớn qui mô Trải dài không gian Đa dạng thiết bị điện  Dễ phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc không bình thường  Yêu cầu vận hành HTĐ An toàn Tin cậy Kinh tế TS Vũ Thị Anh Thơ I.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơ le  Hư hỏng cố HTĐ Do tượng thiên nhiên: giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa… Do người: sai sót tính toán thiết kế, sai lầm công tác vận hành, thiếu sót bảo dưỡng thiết bị điện… Do yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị cũ, hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm việc bất thường HTĐ…  Ngắn mạch: cố phổ biến nguy hiểm HTĐ Dòng điện tăng cao từ nguồn đến điểm ngắn mạch  tác động nhiệt nguy hiểm cho phần tử chạy qua Hồ quang chỗ ngắn mạch : đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn Điện áp chỗ cố lưới điện lân cận giảm thấp Mất ổn định tan rã hoàn toàn HTĐ TS Vũ Thị Anh Thơ I.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơ le  Hư hỏng cố HTĐ Do tượng thiên nhiên: giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa… Do người: sai sót tính toán thiết kế, sai lầm công tác vận hành, thiếu sót bảo dưỡng thiết bị điện… Do yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị cũ, hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm việc bất thường HTĐ…  Ngắn mạch: cố phổ biến nguy hiểm HTĐ Dòng điện tăng cao từ nguồn đến điểm ngắn mạch  tác động nhiệt nguy hiểm cho phần tử chạy qua Hồ quang chỗ ngắn mạch : đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn Điện áp chỗ cố lưới điện lân cận giảm thấp Mất ổn định tan rã hoàn toàn HTĐ TS Vũ Thị Anh Thơ I.2 Các yêu cầu bảo vệ rơ le Độ tin cậy Là tính đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng, chắn BV1 BV3 ~ BV2 N Bảo vệ tác động? A B Bảo vệ không tác động? - Độ tin cậy tác động: mức độ chắn rơle/ hệ thống bảo vệ rơle tác động  khả bảo vệ làm việc có cố xảy phạm vi xác định nhiệm vụ bảo vệ - Độ tin cậy không tác động: mức độ chắn rơle/ hệ thống rơle không làm việc sai  khả tránh làm việc nhầm chế độ vận hành bình thường cố xảy phạm vi bảo vệ qui định TS Vũ Thị Anh Thơ I.2 Các yêu cầu bảo vệ rơ le Tính chọn lọc Là khả bảo vệ phát loại trừ phần tử bị cố khỏi hệ thống điện BV1 BV3 ~ BV2 N Bảo vệ tác động? A - B Bảo vệ không tác động? Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ làm nhiệm vụ cố xảy phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt phần tử lân cận - Chọn lọc tương đối: nhiệm vụ bảo vệ cho đối tượng bảo vệ thực chức bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận TS Vũ Thị Anh Thơ I.2 Các yêu cầu bảo vệ rơ le  Tính tác động nhanh Là yêu cầu quan trọng nhằm cách ly nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch  Hạn chế mức độ phá hoại thiết bị  Giảm thời gian sụt áp phụ tải  Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng  Nâng cao khả trì ổn định HTĐ Nếu kết hợp với yêu cầu chọn lọc  phải sử dụng loại bảo vệ phức tạp đắt tiền Thời gian tác động bảo vệ + Bảo vệ tác động nhanh (tức thời)  thời gian cắt không 50ms TS Vũ Thị Anh Thơ 10 II.4.1 Nguyên lý bảo vệ khoảng cách Chế độ làm việc bình thường A B MC BI ~ Z< BU jX Điểm làm việc lúc bình thường ZAB Zpt Z R = Z AB + Z pt > Z AB R φD Zpt TS Vũ Thị Anh Thơ 101 II.4.1 Nguyên lý bảo vệ khoảng cách Chế độ cố A B MC BI ~ Z< N BU jX Điểm làm việc lúc bình thường Điểm cố dịch chuyển đường ZAB tổng trở đường dây Zpt Z R ( bt ) = Z AB + Z pt > Z AB Z R (sc) = Z AN < Z AB Điểm làm việc có cố R φD Zpt TS Vũ Thị Anh Thơ 102 II.4.2 Đặc tính làm việc bảo vệ khoảng cách Điểm làm việc lúc bình thường cố: Nếu cố điểm làm việc rơi vào đường tổng trở đường dây  Có thể cần chế tạo đặc tính tác động rơle đường thẳng trùng với đường tổng trở đường dây TS Vũ Thị Anh Thơ 103 II.4.2 Đặc tính làm việc bảo vệ khoảng cách  Do sai số, cố xảy qua tổng trở trung gian nên giá trị rơle đo cố rơi lân cận đường tổng trở đường dây  Nếu chế tạo đặc tính tác động đường thẳng rơle không làm việc trường hợp Để khắc phục nhà chế tạo thường cố ý mở rộng đặc tính tác động hai phía đường dây  Mở rộng thành vùng tác động TS Vũ Thị Anh Thơ 104 II.4.2 Đặc tính làm việc bảo vệ khoảng cách Thực tế, đặc tính làm việc mở rộng theo nhiều dạng khác nhằm đáp ứng tốt với loại cố chế độ vận hành hệ thống jX ZD+Zpt 100%ZD 80%ZD ZD+Zpt jX Điểm làm việc lúc bình 100%ZD 80%ZD thường Điểm cố Điểm làm việc lúc bình thường Điểm R cố Đặc tính hình tròn MhO R Đặc tính hình tròn jX jX ZD+Zpt 100%ZD Điểm làm việc lúc 80%ZD ZD+Zpt 100%ZD 80%ZD Điểm làm việc lúc bình thường bình thường Điểm cố Điểm cố Đặc tính Elipe R Đặc tính tứ giác R TS Vũ Thị Anh Thơ 105 II.4.3 Vùng tác động thời gian tác động bảo vệ khoảng cách Các vùng cài đặt bảo vệ khoảng cách  Thường chỉnh định với vùng tác động theo hướng thuận Vùng I: tác động tức thời Vùng II & III: tác động có trễ theo nguyên tắc phân cấp thời gian, phối hợpvới bảo vệ liền kề  Có thể bổ sung thêm vùng hướng ngược (Z3R) Vùng bảo vệ để gia tăng hiệu bảo vệ Bảo vệ dự phòng cho góp Đặt khoảng 25% tổng trở vùng I Có thể dùng đặc tính tác động vô hướng(hình tròn) TS Vũ Thị Anh Thơ 106 II.4.3 Vùng tác động thời gian tác động bảo vệ khoảng cách B R3 A C R2 R1 N2 R4 N1 D R5  Vùng (Z1): bảo vệ khoảng 80-90% đường dây AB  Không thể cài đặt để bảo vệ 100% đường dây: N3 R6  Sai số BI, BU: BI bị bão hòa ảnh hưởng tới độ xác tổng trởđo  Ảnh hưởng hệ số phân bố dòng điện  Tính toán tổng trở dựa giả thuyết: bỏ qua điện dung đường dây, pha đảo pha nhiên thực tế điều hoàn toàn xác TS Vũ Thị Anh Thơ 107 II.4.3 Vùng tác động thời gian tác động bảo vệ khoảng cách B R3 A C R2 R1 N2 R4 N1 D R5  N3 R6 Vùng (Z2): tối thiểu từ 120-150% ZAB (giá trị tối thiểu đảm bảo để cố sát góp B (N2, N3) không bị rơi vào vùng BV1)  Vùng BV1 bảo vệ dự phòng cho BV3 BV5 đó:  Vùng BV1 bảo vệ vượt Vùng bảo vệ liền kề (BV3;BV5)  Phối hợp với đường dây ngắn (bảo vệ tới 50% đường dây ngắn nhất) TS Vũ Thị Anh Thơ 108 II.4.3 Vùng tác động thời gian tác động bảo vệ khoảng cách B R3 A C R2 R1 N2 R4 N1 D R5  N3 R6 Vùng (Z3): bao trùm đường dây dài từ góp B (đường dây BD) – Tuy nhiên không vùng bảo vệ BV3; BV5  Vùng 3: tính tới khả ảnh hưởng tải nặng trường hợp xảy dao động công suất Có thể sử dụng bảo vệ dòng điện TS Vũ Thị Anh Thơ 109 II.4.3 Vùng tác động thời gian tác động bảo vệ khoảng cách B R3 A C R2 R1 N2 R4 N1 D R5 N3 R6 Vùng hướng ngược (Z3R)  Vùng bảo vệ để gia tăng hiệu bảo vệ  Bảo vệ dự phòng cho góp  Đặt khoảng 25% tổng trở vùng I TS Vũ Thị Anh Thơ 110 II.4.3 Vùng tác động thời gian tác động bảo vệ khoảng cách Ba vùng tác động theo hướng thuận ~ ZA< ZC< ZB< A t III A t IIA t IA ; A D C B t ZIA = 0.8ZAB ∆t ∆t t IB ; B t IIB ∆t Z IB = 0.8Z BC t III B C ∆t t CI ; ZCI = 0.8ZCD t CII ∆t L D ZIIA = 0.8(ZAB + ZIB ) ( ) I   ZIII A = 0.8  Z AB + 0.8 Z BC + Z C  Hoặc dòng cực đại TS Vũ Thị Anh Thơ 111 II.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến BVKC  Ảnh hưởng điện trở độ  Tổng trở đường dây nhỏ tổng trở cố  Tăng thời gian tác động bảo vệ khoảng cách A MC ~ B BI N Z< ZAB = R AB + jX AB BU jX Z AN = R AN + jX AN R qd Z'AN = Z AN + R qd φ’N φD R TS Vũ Thị Anh Thơ 112 II.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến BVKC  Ảnh hưởng phân bố dòng điện nhánh  Tổng trở đo  Thay đổi phân bô dòng điện ảnh hưởng đến tác động bảo vệ C & U Z&R = R & IR D C D ICD ICD IAB IAB A B N A N B TS Vũ Thị Anh Thơ 113 II.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến BVKC  Ảnh hưởng sai số máy biến áp đo lường  Ảnh hưởng dao động công suất (Power Swing)  Ảnh hưởng ngắn mạch gần nguồn  Ảnh hưởng đường dây với tụ bù dọc  Ảnh hưởng hỗ cảm đường dây TS Vũ Thị Anh Thơ 114 II.4.6 Đánh giá bảo vệ khoảng cách  Tính chọn lọc Đảm bảo tính chọn lọc mạng có hình dáng với số nguồn cung cấp tùy ý  Tác động nhanh Tác động không thời gian thực cấp I bảo vệ khoảng 85% chiều dài đường dây  Độ nhạy đảm bảo Làm việc tin cậy với dạng lưới điện Bộ phận tính toán khoảng cách phức tạp cần có thêm thêm định hướng công suất Phụ thuộc nhiều vào hệ thống đo lường, tính toán tổng trở: hồ quang chỗ ngắn mạch, thiết bị bù, dao động công suất mạch, hỗ cảm đường dây  Phạm vi ứng dụng Làm bảo vệ cho đường dây truyền tải, bảo vệ dự phòng cho MFĐ, MBA TS Vũ Thị Anh Thơ 115 [...]...I.2 Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le  4 Độ nhạy Đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của r le/ hệ thống bảo vệ Hệ số độ nhạy Kn : tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào r le khi có sự cố/ ngưỡng tác động Phụ 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... 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 TS Vũ Thị Anh Thơ 11 I.3 Các bộ phận của hệ thống Bảo vệ rơ le Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ Các phần từ trong hệ thống điện ~ Đ MPĐ MBA Đ/D Đ/C… Đo lường và xử lý tín hiệu (BI, Phân tích, so sánh... … Gồm các loại r le 21, 50, 51, 87 … ~ = Nguồn một chiều Hiển thị và ghi nhớ sự kiện TS Vũ Thị Anh Thơ 12 I.3 Các bộ phận của hệ thống Bảo vệ rơ le Một cấu trúc đơn giản của hệ thống bảo vệ Thanh góp Máy cắt điện BI Mạch điện được bảo vệ MC F CC Nguồn KĐK _ + RL BU Cầu chì Tín hiệu cắt TS Vũ Thị Anh Thơ 13 I.4 Máy biến dòng điện 1 Tên gọi chung: BI, TI, CT 2 Nhiệm vụ .Biến đổi dòng điện lớn ở phía... biến dòng điện 10 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện c Sơ đồ nối một rơ le vào hiệu dòng điện hai pha I B I A (3) I I C R I RL I R I c I b -  I a a Biến dòng điện đặt 2 pha, sử dụng một rơ le duy nhất Dòng điện vào rơ le I c Nên ta có - Hệ số sơ đồ Độ nhạy phụ thuộc vào dạng ngắn mạch TS Vũ Thị Anh Thơ 24 I.4 Máy biến dòng điện 10 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện d Sơ đồ nối các hình sao và tam giác MBA... Anh Thơ 19 I.4 Máy biến dòng điện 9 So sánh BI dùng cho đo lường và bảo vệ TS Vũ Thị Anh Thơ 20 I.4 Máy biến dòng điện 9 So sánh BI dùng cho đo lường và bảo vệ TS Vũ Thị Anh Thơ 21 I.4 Máy biến dòng điện 10 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện a Sơ đồ nối các BI theo hình sao đầy đủ -  Biến dòng điện đặt trên cả ba pha Dòng vào rơ le I I A I B C RL RL RL - Dây trung tính đảm bảo sơ đồ làm việc đúng khi... với hệ thống thông tin tải ba PLC TS Vũ Thị Anh Thơ 32 I.5 Máy biến điện áp 7 Các sơ đồ nối BU a Sơ đồ nối BU theo hình sao a b c Đo điện áp dây Đo điện áp pha Đo điện áp giữa ba pha và dây trung tính hệ thống Thường sử dụng với biến điện áp loại ba pha năm trụ TS Vũ Thị Anh Thơ 33 I.5 Máy biến điện áp 3 Các sơ đồ nối BU Sơ đồ nối BU hình V (sao khuyết) - Gồm hai biến điện áp một pha nối vào hai điện. .. mạng sơ cấp Dùng trong các hệ thống điện áp dưới 35kV khi không cần phải nhận điện áp pha đối với đất TS Vũ Thị Anh Thơ 34 I.5 Máy biến điện áp 3 Các sơ đồ nối BU 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 r le nối vào cuộn... bình thường Dòng điện thu được TS Vũ Thị Anh Thơ 26 I.4 Máy biến dòng điện 10 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện 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 TS Vũ Thị Anh Thơ 27 I.4 Máy biến dòng điện 10 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện f Sơ đồ nối bộ lọc dòng thứ tự nghịch - Không có điện áp trong chế độ làm... 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 TS Vũ Thị Anh Thơ 30 I.5 Máy biến điện áp 4 Điện áp danh định sơ cấp và 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... lường: phạm vi điện áp làm việc: 80÷120% Ứng dụng bảo vệ r le: từ 0.05 ÷ 1.5 hoặc 1.9 lần điện áp danh định 5 Chế độ làm việc bình thường  BU làm việc ở chế độ hở mạch phía thứ cấp TS Vũ Thị Anh Thơ 31 I.5 Máy biến điện áp 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