nguyên lý bảo vệ so lech doc

Connexions module: m11148 Bảo vệ so lệnh dọc∗ PGS.TS Lê Kim Hùng This work is produced by The Connexions Project and licensed under the Creative Commons Attribution License † BẢO VỆ SO LỆCH DỌC (87G) 1.1 Nhiệm vụ sơ đồ nguyên lý: Bảo vệ so lệch dọc (BVSLD) có nhiệm vụ chống ngắn mạch nhiều pha cuộn dây stator máy phát Sơ đồ thực bảo vệ hình 1.1 ∗ Version 1.1: Apr 9, 2010 11:33 am Universal † http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 Figure 1: Sơ đồ bảo vệ so lệch dọc cuộn stator MFĐ; sơ đồ tính toán (a) theo mã số (b) (Hình 1.1) Trong đó: • Rf: dùng để hạn chế dòng điện không cân (IKCB), nhằm nâng cao độ nhạy bảo vệ • 1RI, 2RI, 4Rth: phát cố đưa tín hiệu cắt máy cắt đầu cực máy phát không thời gian (thực tế thường t ≈ 0,1 sec) • 3RI, 5RT: báo tín hiệu xảy đứt mạch thứ sau thời gian cần thiết (thông qua 5RT) để tránh tượng báo nhầm ngắn mạch mà tưởng đứt mạch thứ Vùng tác động bảo vệ vùng giới hạn BI nối vào mạch so lệch Cụ thể cuộn dây stator MFĐ, đoạn dẫn từ đầu cực MFĐ đến máy cắt 1.2 Nguyên lý làm việc: BVSLD hoạt động theo nguyên tắc so sánh độ lệch dòng điện hai đầu cuộn dây stator, dòng vào rơle dòng so lệch: IR = I1T - I2T = ISL (1-1) Với I1T , I2T dòng điện thứ cấp BI hai đầu cuộn dây Bình thường ngắn mạch ngoài, dòng vào rơle 1RI, 2RI dòng không cân IKCB: ISL = I1T - I2T = IKCB< IKĐR (dòng khởi động rơle) (1-2) nên bảo vệ không tác động (hình 1.2a) Khi xảy chạm chập pha cuộn dây stator (hình 1.2b), dòng điện vào rơle 1RI, 2RI: http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 ISL = I1T - I2T = InNI > IKĐR (1-3) Trong đó: - IN: dòng điện ngắn mạch - nI: tỉ số biến dòng BI Bảo vệ tác động cắt 1MC đồng thời đưa tín hiệu đến phận tự động diệt từ (TDT) Trường hợp đứt mạch thứ BI, dòng vào rơle là: IR= InFI (1-4) Figure 2: Đồ thị véctơ dòng điện mạch BVSLD (a) Bình thường ngắn mạch (b) Khi ngắn mạch vùng bảo vệ (Hình 1.2) Dòng điện làm cho bảo vệ tác động nhầm, lúc có 3RI khởi động báo đứt mạch thứ với thời gian chậm trễ, để tránh tượng báo nhầm trình độ ngắn mạch có xung dòng lớn Ở sơ đồ hình 1.1, BI nối theo sơ đồ khuyết nên bảo vệ so lệch dọc không tác động xảy ngắn mạch pha pha không đặt BI Tuy nhiên bảo vệ khác tác động 1.3 Tính tham số chọn Rơle: 1.3.1 Tính chọn 1RI 2RI: Dòng điện khởi động rơle 1RI, 2RI chọn phải thoả mãn hai điều kiện sau: • Điều kiện 1: Bảo vệ không tác động dòng không cân cực đại IKCBmax ngắn mạch vùng bảo vệ IKĐB ≥ Kat.IKCBtt (1-5) IKCBtt = Kđn.KKCK.fi.INngmax (1-6) Trong đó: • Kat: hệ số an toàn tính đến sai số rơle dự trữ cần thiết Kat lấy 1,3 • KKCK: hệ số tính đến có mặt thành phần không chu kỳ dòng ngắn mạch, KKCK lấy từ đến tuỳ theo biện phấp sử dụng để nâng cao độ nhạy bảo vệ • Kđn: hệ số tính đến đồng BI (Kđn = 0,5÷1) • fi: sai số tương đối BI, fi lấy 0,1 (có kể đến dự trữ, máy biến dòng chọn theo đường cong sai số 10%) http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 • INngmax: thành phần chu kỳ dòng điện chạy qua BI thời điểm đầu ngắn mạch trực tiếp pha đầu cực máy phát • Điều kiện 2: Bảo vệ không tác động đứt mạch thứ BI Lúc dòng vào rơle 1RI, 2RI: (giả sử MF làm việc chế độ định mức) I ISL= âmF nI (1-7) Dòng khởi động bảo vệ: IâmF (1-8) IKĐB = Knat I Như vậy, điều kiện để chọn dòng khởi động cho 1RI, 2RI: IKĐB = max{Kat.IKCBtt; Kat.IđmF} (1-9) Dòng điện khởi động rơle: K (3) I ˆ KAB IKĐR = (1-10) nI (3) Với K hệ số sơ đồ Sau tính IKĐR ta chọn loại rơle cần thiết • Kiểm tra độ nhạy Kn bảo vệ: Kn = IN IKAB ˆ (1-11) Với INmin: dòng điện ngắn mạch pha đầu cực máy phát máy phát làm việc riêng lẻ Vì bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên yêu cầu Kn> 1.3.2 Tính chọn Rơle 3RI: Dòng khởi động sơ cấp rơle 3RI phải lớn dòng không cân cực đại ngắn mạch vùng bảo vệ Nhưng tính toán điều kiện ổn định nhiệt rơle định Theo kinh nghiệm chọn dòng khởi động cho 3RI: IKĐS(3RI) = 0,2.IđmF (1-12) Ta tính IKĐRcủa 3RI chọn loại rơle tương ứng 1.3.3 Thời gian làm việc 5RT: Khi xảy ngắn mạch vùng bảo vệ, xuất xung dòng lớn thoáng qua làm cho bảo vệ tác động nhầm phải chọn thời gian tác động 5RT thoả mãn điều kiện: t5RT > tcắt Nngoài (1-13) t5RT = tcắtNng + ∆ t (1-14) Trong đó: • tcắtNng: thời gian lớn bảo vệ nối vào góp điện áp máy phát • ∆ t: bậc chọn lọc thời gian, thường ∆ t = (0,25 ÷ 0,5) sec • Nhận xét: - Bảo vệ tác động ngắn mạch nhiều pha cuộn dây stator máy phát - Bảo vệ không tác động chạm chập vòng dây pha xảy chạm đất điểm cuộn dây phần tĩnh Để tăng độ nhạy bảo vệ so lệch người ta sử dụng rơle so lệch có hãm http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 Figure 3: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm cuộn dây stator MFĐ (Hình 1.3) 1.4 Bảo vệ so lệch có hãm: Sơ đồ bảo vệ hình 1.3 Rơle gồm có hai cuộn dây: Cuộn hãm cuộn làm việc Rơle làm việc nguyên tắc so sánh dòng điện ILV IH • Dòng điện vào cuộn làm việc ILV: I LV =| I1T − I2T |= I SL (1-15) • Dòngđiện hãm vào cuộn hãm IH: IH = | I1T + I2T | (1-16) Khi làm việc bình thường hay ngắn mạch vùng bảo vệ: Dòng điện I1T chiều với dòng I2T : |I1T | ≈ |I2T | ISL = ILV = |I1T - I2T | = IKCB (1-17) IH =|I1T + I2T | ≈ 2.|I1T |> ILV (1-18) nên bảo vệ không tác động Khi xảy ngắn mạch vùng bảo vệ: Dòng điện I1T ngược pha với I2T : |I1T | = |-I2T | IH = | I1T - I2T | ≈ ILV =|I1T + I2T | ≈ 2.|I1T | > IH (1-19) bảo vệ tác động • Nhận xét: • Bảo vệ hoạt động theo nguyên tắc so sánh dòng điện ILVvà IH, nên độ nhạy bảo vệ cao xảy ngắn mạch bảo vệ tác động cách chắn với thời gian tác động thường t = (15 ÷ 20) msec • Bảo vệ so lệch dọc dùng rơle có hãm ngăn chặn bảo vệ tác động nhầm ảnh hưởng bão hoà BI • Đối với máy phát điện có công suất lớn sử dụng sơ đồ bảo vệ so lệch hãm tác động nhanh (hình 1.4) http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 Ở chế độ làm việc bình thường, dòng điện thứ cấp I1T I2T nhóm biến dòng 1BI, 2BI chạy qua điện trở hãm RH, tạo nên điện áp hãm UH, hiệu dòng thứ cấp (dòng so lệch) ISL chạy qua biến dòng trung gian BIG, cầu chỉnh lưu CL điện trở làm việc RLV tạo nên điện áp làm việc ULV Giá trị điện áp UH > ULV, bảo vệ không tác động Khi ngắn mạch vùng bảo vệ, điện áp ULV UH, dòng điện chạy qua rơle RL1 làm rơle tác động đóng tiếp điểm RL1 lại Dòng điện làm việc sau nắn chạy qua rơle RL2 , RL2 đóng tiếp điểm lại, rơle cắt đầu cấp nguồn thao tác qua hai tiếp điểm nối tiếp RL1 RL2 cắt máy cắt đầu cực máy phát Ngoài ra, người ta dùng rơle so lệch tổng trở cao để bảo vệ so lệch máy phát điện (hình 1.5).Rơle so lệch RU sơ đồ có tổng trở lớn tác động theo điện áp so lệch USL, chế độ làm việc bình thường ngắn mạch ngoài, biến dòng 1BI, 2BI (được chọn giống nhau) có dòng điện máy phát qua sức điện động E1 E2 ngược pha nhau, L1 = L2 , phân bố điện áp mạch hình 1.5b Trị số điện áp đặt lên rơle so lệch RU phụ thuộc vào quan hệ điện trở R1 R2 Điện trở R1 , R2 gồm điện trở cuộn dây thứ cấp dây dẫn phụ nối hai nhóm biến dòng 1BI 2BI, với R1 = R2 ⇒ USL = Figure 4: Bảo vệ so lệch dùng rơle tổng trở cao cho MFĐ (a) Sơ đồ nguyên lý (b) Mạch điện đẳng trị phân bố điện áp chế độ làm việc bình thường (c) nhóm 2BI bị bão hoà ngắn mạch hoàn toàn d) có ngắn mạch trong.(Hình 1.5) Khi xảy ngắn mạch vùng bảo vệ: * Trường hợp máy phát làm việc biệt lập với hệ thống: Dòng điện qua 1BI dòng máy phát Dòng điện qua 2BI không E2 = Điện áp đặt lên rơle so lệch RU hình 1.5c: I ” (R +R ) USL1 = N n1I (vì RSL R2 ) (1-20) Trong đó: http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 ” ” • IN : trị hiệu dụng dòng siêu độ ngắn mạch đầu cực máy phát IN = I(3) Nngmax = (3) I Nđầu cực MF với: • nI: tỷ số biến dòng BI • RSL: điện trở mạch so lệch (gồm rơle dây nối) * Trường hợp máy phát nối với hệ thống: Khi điểm ngắn mạch, dòng điện thân ” ” máy phát cung cấp INF có thêm thành phần dòng điện hệ thống đổ INH Mạch điện đẳng trị phân bố điện áp hình 1.5d Giá trị điện áp đặt lên rơle so lệch RU: (I ” +I ” ).(R1 +R2 ) (1-21) USL2 = NF NHnI Để đảm bảo tính chọn lọc, điện áp khởi động rơle so lệch RU phải chọn lớn min{USL1 ; USL2 }, nghĩa là: K I ” (R +R ) UKĐR = Kat.USL1 = at N nI (1-22) Với Kat = (1,15 ÷ 1,2) hệ số an toàn Thời gian tác động bảo vệ thường: t = (15 ÷ 20) msec • Nhận xét: • Đối với MFĐ có công suất lớn, số thời gian tắt dần thành phần chiều dòng điện ngắn mạch đạt đến hàng trăm msec, gây bão hòa mạch từ máy biến dòng làm chậm tác động bảo vệ có ngắn mạch vùng bảo vệ Vì cần phải sử dụng sơ đồ bảo vệ tác động nhanh trước xảy bão hòa mạch từ máy biến dòng, tức là: tbh > tbv, với tbv thời gian cắt ngắn mạch bảo vệ; tbh thời gian bão hoà mạch từ BI 1.5 Bảo vệ khoảng cách (21): Đối với MFĐ công suất lớn người ta thường sử dụng bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ dự phòng cho BVSL (hình 1.6a) http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 Figure 5: Sơ đồ nguyên lý (a); đặc tính thời gian (b) đặc tuyến khởi động (c) bảo vệ khoảng cách cho MFĐ (Hình 1.6) Vì khoảng cách từ MBA đến máy cắt cao áp ngắn, để tránh tác động nhầm ngắn mạch MBA, vùng thứ bảo vệ khoảng cách chọn bao gồm điện kháng MFĐ khoảng 70% điện kháng MBA tăng áp (để bảo vệ hoàn toàn cuộn hạ MBA), nghĩa là: ZIkđ = ZF + 0,7.ZB (1-23) Thời gian làm việc vùng thứ thường chọn tI = (0,4 ÷ 0,5) sec (hình 1.6b) Vùng thứ hai thường bao gồm phần lại cuộn dây MBA, dẫn đường dây truyền tải nối với góp liền kề Đặc tuyến khởi động rơle khoảng cách có dạng vòng tròn với tâm góc toạ độ hình bình hành với độ nghiêng cạnh bên độ nghiêng véctơ điện áp UFhình 1.6c http://cnx.org/content/m11148/1.1/ ... so lệch người ta sử dụng rơle so lệch có hãm http://cnx.org/content/m11148/1.1/ Connexions module: m11148 Figure 3: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm cuộn dây stator MFĐ (Hình 1.3) 1.4 Bảo vệ so. .. phát Ngoài ra, người ta dùng rơle so lệch tổng trở cao để bảo vệ so lệch máy phát điện (hình 1.5).Rơle so lệch RU sơ đồ có tổng trở lớn tác động theo điện áp so lệch USL, chế độ làm việc bình... vệ vùng giới hạn BI nối vào mạch so lệch Cụ thể cuộn dây stator MFĐ, đoạn dẫn từ đầu cực MFĐ đến máy cắt 1.2 Nguyên lý làm việc: BVSLD hoạt động theo nguyên tắc so sánh độ lệch dòng điện hai đầu