Nguyen ly hoat dong co ban cua he thong role bao ve

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ I NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ Tính chọn lọc: Là khả phân biệt phần tử hư hỏng hệ thống rơle bảo vệ Tính chọn lọc bảo đảm thiết bị bảo vệ gần cố tác động để lập cố Tính chọn lọc yêu cầu hệ thống rơle bảo vệ Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, cố lan rộng Tác động nhanh: Bảo vệ phải tác động nhanh để kịp thời cô lập phần tử hư hỏng thuộc phạm vi bảo vệ Bảo vệ cần phải tác động nhanh để bảo đảm tính ổn định hệ thống, giảm tác hại dòng ngắn mạch thiết bị, giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng nâng cao hiệu chức tự đóng lại Độ nhạy: Là khả phát cố phạm vi bảo vệ Bảo vệ cần phải tác động trường hợp ngắn mạch qua điện trở trung gian trường hợp cố xảy hệ thống điện vận hành chế độ cực tiểu Độ tin cậy: Là khả bảo vệ tác động chắn cố xảy vùng bảo vệ khơng tác động cố ngồi vùng bảo vệ II BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN Bảo vệ dòng điện loại bảo vệ tác động dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng vượt ngưỡng cài đặt Có hai loại bảo vệ dòng điện: bảo vệ dòng điện cực đại bảo vệ dòng điện cắt nhanh, chúng khác cách thức bảo đảm yêu cầu tác động chọn lọc vùng bảo vệ Bảo vệ dòng điện cực đại: Xét đường dây hình tia có nguồn cung cấp hình vẽ: Trang 1/34 Khi ngắn mạch N1, dòng điện cố chạy qua bốn bảo vệ bốn bảo vệ khởi động Theo yêu cầu tác động chọn lọc, bảo vệ số tác động cô lập cố bảo vệ dịng điện cực đại cần có thời gian trì hỗn thích hợp theo cấp Dịng điện khởi động bảo vệ chọn lớn dòng điện phụ tải lớn qua chỗ đặt bảo vệ Vùng bảo vệ bảo vệ dòng điện cực đại gồm phần tử bảo vệ phần tử lân cận Bảo vệ dịng điện cực đại phản ứng theo dịng thứ tự khơng Thời gian tác động bảo vệ dòng điện cực đại thứ tự không chọn tăng dần theo nguyên tắc bậc thang Bảo vệ dịng điện cực đại thứ tự khơng có độ nhạy cao bảo vệ dịng điện cực đại phản ứng theo dịng tồn phần Bảo vệ dịng điện cực đại sử dụng đặc tuyến thời gian độc lập (definite time) có nhược điểm thời gian cắt ngắn mạch bảo vệ đặt gần nguồn lớn Để giảm thời gian tác động bảo vệ đặt gần nguồn dòng cố lớn, người ta thường sử dụng đặc tuyến thời gian phụ thuộc (inverse time) hình sau: Trang 2/34 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh bảo đảm tính chọn lọc cách chọn dịng điện khởi động bảo vệ lớn dòng điện ngắn mạch lớn qua chỗ đặt bảo vệ ngắn mạch cuối vùng bảo vệ Khi ngắn mạch vùng bảo vệ dòng ngắn mạch lớn dòng điện khởi động bảo vệ tác động Bảo vệ cắt nhanh thường tác động tức thời có thời gian trì hỗn bé a Bảo vệ dịng điện cắt nhanh cho đường dây có nguồn cung cấp: Dòng ngắn mạch điểm B: I NB = ES ZS + ZL với: ES: sức điện động nguồn ZS: tổng trở nguồn ZL: tổng trở đường dây AB Để bảo vệ cắt nhanh không tác động ngắn mạch phía sau điểm B, dịng khởi động bảo vệ chọn lớn dòng ngắn mạch B Khi vùng bảo vệ bao gồm phần đường dây AB Vùng bảo vệ bảo vệ cắt nhanh chế độ cực đại (đường số 1) cực tiểu (đường số 2) xác định theo hình vẽ sau Trang 3/34 b Bảo vệ dòng điện cắt nhanh cho đường dây có hai nguồn cung cấp: Để bảo vệ cắt nhanh không tác động sai ngắn mạch N N2, dòng khởi động chọn: Ikđ1 > max (IAN2, IBN1) Ikđ2 > max (IAN2, IBN1) với: IAN2: dòng ngắn mạch N2 cung cấp nguồn A IBN1: dòng ngắn mạch N1 cung cấp nguồn B Như dòng khởi động hai bảo vệ chọn Khi ngắn mạch vùng 1-A bảo vệ tác động, ngắn mạch vùng 2-B bảo vệ tác động, ngắn mạch vùng 1-2 khơng bảo vệ làm việc Bảo vệ dịng điện cắt nhanh phản ứng theo dịng thứ tự khơng Bảo vệ dịng điện có hướng: Trong mạng hình vịng mạng có nguồn cung cấp từ hai phía, bảo vệ dịng điện cực đại có thời gian cấp khơng bảo đảm cắt ngắn mạch chọn lọc Xét mạng điện hình vẽ: Trang 4/34 A N1 ∼ B N2 D ∼ Muốn cắt chọn lọc có cố N1 cần phải đặt t3 > t2 Ngược lại muốn cắt ngắn mạch chọn lọc N2 phải thỏa t2 > t3 Như vậy, bảo vệ dòng điện cực đại không bảo đảm cắt chọn lọc trường hợp Để bảo đảm tác động chọn lọc, khắc phục cách cho bảo vệ tác động công suất ngắn mạch từ đường dây Để thực yêu cầu này, bảo vệ trang bị thêm phận định hướng cơng suất Do đơn giản có tính chọn lọc cao, bảo vệ dịng điện có hướng sử dụng rộng rãi hệ thống điện Bảo vệ dịng điện có hướng phản ứng theo dịng áp thứ tự khơng III BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH Bảo vệ khoảng cách có phận phận khoảng cách làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch Về nguyên tắc, bảo vệ khoảng cách có hướng bảo đảm cắt chọn lọc phần tử hư hỏng mạng điện với thời gian bé Các dạng đặc tuyến tổng trở thường dùng: Đặc tuyến mho: Trang 5/34 Đặc tuyến đa giác: Lựa chọn tham số bảo vệ: Vùng I: tổng trở khởi động vùng I chọn cho bảo vệ không tác động ngắn mạch phạm vi bảo vệ Vùng II: vùng II phải bảo đảm bảo vệ chắn chắn toàn đường dây nên vùng II phải vượt ngồi phạm vi đường dây đồng thời khơng vượt vùng I bảo vệ đường dây kế cận Thời gian tác động vùng II thường đặt 0,5 giây để bảo đảm phối hợp chọn lọc Vùng III: vùng III bảo vệ dự trữ cho vùng I, vùng II dự trữ cho phần tử kế cận Vùng III chọn cho bảo đảm bảo vệ không làm việc chế độ vận hành bình thường Thời gian tác động vùng III thường đặt giây để bảo đảm phối hợp chọn lọc Trong thực tế thường chọn: ZI = 80 ÷ 90% tổng trở đường dây bảo vệ tI = giây ZII = tổng trở đường dây bảo vệ + 50% tổng trở đường dây kế cận ngắn tII = 0,5 giây ZII = 120% (tổng trở đường dây bảo vệ + tổng trở đường dây kế cận dài nhất) tIII = giây Những yếu tố làm sai lệch làm việc rơle khoảng cách: Xét đường dây truyền tải nằm hai trạm R Q, tồn phần hệ thống cịn lại mơ tả mạng hai cửa tích cực hình vẽ: Trang 6/34 IR ZL IQ I1 Mạng hai cửa tích cực tuyến tính I2 + + V1 = VQ - V1 = V R - Mạng hai cửa tích cực thay mạch tương đương đơn giản cho hình sau: IR I1 IQ ZL ZS I2 Q R ZE ZU + + + + ES V1 = VR V1 = VQ EU - - - - Xét ngắn mạch điểm N cách đầu đường dây R khoảng tương đối h theo chiều dài đường dây (0 ≤ h ≤ 1) hình vẽ Rơle R xác định vị trí ngắn mạch cách đo tổng trở đường dây nhìn từ điểm R Tổng trở đo R hàm thông số hệ thống tổng trở mạng, góc pha nguồn trước cố, điện trở chạm đất ZE R ZS + + ES V1 = VR - - IR hZL (1-h)ZL N ZF Trang 7/34 IQ Q ZU + + V1 = VQ EU - - Hình vẽ sau biểu diễn tổng trở đo rơle R ứng với thơng số hệ thống khác Trong hình vẽ tổng trở đường dây biểu diễn đường thẳng qua gốc O, ký hiệu ZL, đặc tuyến khởi động rơle khoảng cách đường tròn qua gốc O, đường kính 0,9ZL trùng với ZL Bảng sau cho kết tính tốn trường hợp khác (với h thay đổi từ đến 1) Trường hợp a b c d e f g h θS 00 00 600 00 00 00 00 00 XS 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 1 θU 00 00 00 600 600 600 600 600 XU 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 1,0 0,1 0,1 ZE 0,2 + j1,0 0,2 + j1,0 0,2 + j1,0 0,2 + j1,0 0,2 + j1,0 0,2 + j1,0 0,4 + j2,0 0,1 + j0,5 ZF 0,01 + j0 0,05 + j0 0,05 + j0 0,05 + j0 0,05 + j0 0,05 + j0 0,05 + j0 0,05 + j0 hcr 0,85 0,76 0,96 0,70 0,62 0,79 0,60 0,65 Nhận xét: - Điện trở cố lớn làm giảm giá trị hcr quỹ tích tổng trở biểu kiến bị dời sang phải nhiều - Tổng trở nguồn phía đặt rơle lớn làm cho rơle bị tầm (trường hợp e) - Tổng trở liên lạc mạch lớn làm giảm giá trị hcr (trường hợp g) - Sai số lớn góc pha nguồn EU sớm pha nguồn ES Trang 8/34 - Khi nguồn ES sớm pha nguồn EU rơle có khuynh hướng tầm (trường hợp c) Hiện tượng tầm (underreach): Hiện tượng tầm xảy tổng trở đo rơle (tổng trở biểu kiến apparent impedance) lớn tổng trở thực tế Khi xảy tượng này, vùng bảo vệ rơle bị thu hẹp lại (sự cố xảy vùng I rơle xác định cố rơi vào vùng II) Hiện tượng tầm (overreach) Hiện tượng tầm xảy tổng trở đo rơle (tổng trở biểu kiến apparent impedance) nhỏ tổng trở thực tế Khi xảy tượng này, vùng bảo vệ rơle bị kéo dài (sự cố xảy vùng II rơle xác định cố rơi vào vùng I) Trang 9/34 Các sơ đồ bảo vệ khoảng cách sử dụng kênh truyền thông tin: Các cố xảy cuối đường dây nằm vùng Z I cắt với thời gian trì hỗn vùng II Vì vậy, để bảo đảm cắt ngắn mạch tức thời toàn chiều dài đường dây, rơle bảo vệ khoảng cách hai đầu đường dây sử dụng kênh truyền thông tin để trao đổi thông tin với Khảo sát sơ đồ bảo vệ thường dùng (rơle Siemens 7SA513): a Sơ đồ truyền cắt tầm (Permissive Underreach Transfer Trip – PUTT): có dạng khác nhau: i Truyền cắt tầm với chức fault detection: Khi rơle đầu đường dây (rơle 1) phát cố xảy vùng I, gửi tín hiệu Intertrip đến rơle đầu đường dây bên (rơle 2) Khi rơle đầu đường dây bên (rơle 2) nhận tín hiệu Intertrip này, xuất lệnh trip máy cắt với điều kiện thân khởi động (chức fault detection phát cố) Sơ đồ truyền cắt hoạt động tương tự tín hiệu Intertrip gửi từ rơle sang rơle Trang 10/34 Hãm dòng điện pha lớn nhất: Dòng so lệch: ( )     I d ,G = k P ⋅ ∑ I A , I B , I C + k Y ⋅ I Y Dòng hãm: I R ,G = ( ( )     ⋅ k P ⋅ max I A , I B , I C + k Y ⋅ I Y ) Đặc tuyến tác động cho hình sau: Trang 20/34 Hiện tượng dịng từ hóa nhảy vọt (magnetising inrush current) đóng điện khơng tải MBA: Hiện tượng dịng từ hóa nhảy vọt xuất đóng điện khơng tải máy biến áp Dịng điện từ hóa có giá trị lớn khơng phải dịng cố yêu cầu bảo vệ so lệch không tác động Để tránh tác động sai, rơle khố tác động theo phương pháp khác nhau: Rơle KBCH 130: rơle phát dòng từ hóa cách phân tích dạng sóng dịng điện Dạng sóng dịng điện từ hố cho thấy dịng từ hố có khoảng có giá trị nhỏ gần khơng Rơle KBCH 130 đo khoảng thời gian dịng từ hóa có giá trị nhỏ khố chức bảo vệ so lệch phát dịng từ hóa Rơle SEL 387: để bảo đảm chức so lệch khơng tác động sai xuất dịng từ hố, rơle SEL 387 có tuỳ chọn sau: Hãm họa tần: Rơle tính tổng thành phần họa tần bậc họa tần bậc tịnh tiến đặc tuyến hãm theo trục tung đại lượng tổng họa tần bậc hai bậc bốn Khóa họa tần: Rơle SEL 387 sử dụng thành phần họa tần bậc 2, bậc để khóa chức so lệch So với dịng cố, dịng từ hóa đóng không tải máy biến áp chứa nhiều thành phần họa tần bậc chẵn (dịng từ hóa thường chứa 30% họa tần bậc hai) Rơle SEL 387 tính tốn thành phần họa tần bậc hai, họa tần bậc bốn thành phần DC dịng so lệch khóa chức bảo vệ so lệch đại lượng cao ngưỡng cài đặt V BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY Rơle MiCOM P546: Khi xảy cố ngồi vùng bảo vệ, dịng so lệch xuất CT bị bão hịa Để bảo đảm hoạt động tin cậy, rơle MiCOM P546 sử dụng đặc tuyến hãm với hai độ dốc hình vẽ: Trang 21/34 Dịng so lệch:    I diff = I + I + I Dòng hãm: I bias =    I1 + I + I Rơle xuất lệnh trip điểm cố nằm vùng tác động, tức thỏa điều kiện: I diff > k1 ⋅ I bias + I s1 I bias < I s I diff > k ⋅ I bias − (k − k1 ) ⋅ I s + I s1 I bias > I s Dòng điện dung (dòng nạp – charging current) đường dây không cáp ngầm gây dịng so lệch rơle tác động sai dịng điện dung đủ lớn Có hai loại dịng điện dung: dịng điện dung q độ đóng điện khơng tải đường dây dịng điện dung xác lập chế độ vận hành bình thường Dịng điện dung q độ đóng điện khơng tải đường dây chứa chủ yếu thành phần hài bậc cao, lọc Fourier rơle lọc thành phần hài bậc cao bảo đảm rơle hoạt động ổn định Dòng điện dung xác lập chứa chủ yếu thành phần Trang 22/34 làm rơle tác động sai Để tránh tác động sai, rơle MiCOM P546 loại trừ dòng điện dung tính tốn dịng so lệch theo biểu thức sau: B   B   I diff =  I L − j ⋅ U L ⋅ S  +  I R − j ⋅ U R ⋅ S      với BS dung dẫn đường dây Rơle SEL 311L: Rơle SEL 311L có phần tử so lệch dịng: ba phần tử cho pha, phần tử thứ tự nghịch phần tử thứ tự khơng Trong tình trạng vận hành bình thường, giả sử dịng điện vào đường dây có góc pha 00 dịng điện khỏi đường dây có góc pha 1800, biên độ dòng điện hai đầu đường dây 5A Tỉ số dòng điện hai đầu đường dây:  I AR 5∠180  = = 1∠180 0 5∠0 I AL  I BR 5∠60  = = 1∠180 0 I BL 5∠ − 120  I CR 5∠ − 60  = = 1∠180 0 ∠ 120 I CL Khi vận hành bình thường xảy cố ngồi vùng bảo vệ, tỉ số ln có giá trị 1∠1800 Tỉ số dòng điện hai đầu đường dây biểu diễn mặt phẳng phức hình sau: Trang 23/34 Trên mặt phẳng phức, rơle SEL 311L tạo xung quanh điểm 1∠1800 vùng hãm hình vẽ Chức so lệch tác động tỉ số dòng điện hai đầu đường dây vượt ngồi vùng hãm dịng so lệch cao ngưỡng cài đặt Rơle không tác động tỉ số dòng điện hai đầu đường dây nằm vùng hãm dòng so lệch nhỏ ngưỡng cài đặt Trang 24/34 Dòng so  lệch xác định theo biểu thức sau: I Adiff = I AL + I AR   I Bdiff = I BL + I BR   I Cdiff = I CL + I cR   I 2diff = ⋅ I L + ⋅ I R   I 0diff = ⋅ I L + ⋅ I R Logic hoạt động phần tử bảo vệ so lệch dọc cho hình sau: Logic hoạt động phần tử so lệch dịng tồn phần Trang 25/34 ... qua bốn bảo vệ bốn bảo vệ khởi động Theo yêu cầu tác động chọn lọc, bảo vệ số tác động cô lập cố bảo vệ dịng điện cực đại cần có thời gian trì hỗn thích hợp theo cấp Dòng điện khởi động bảo vệ... phần tử lân cận Bảo vệ dòng điện cực đại phản ứng theo dịng thứ tự khơng Thời gian tác động bảo vệ dịng điện cực đại thứ tự không chọn tăng dần theo nguyên tắc bậc thang Bảo vệ dòng điện cực đại... chọn lớn dòng ngắn mạch B Khi vùng bảo vệ bao gồm phần đường dây AB Vùng bảo vệ bảo vệ cắt nhanh chế độ cực đại (đường số 1) cực tiểu (đường số 2) xác định theo hình vẽ sau Trang 3/34 b Bảo vệ dịng