Mô phỏng rơ le bảo vệ kỹ thuật số dựa trên nền matlabsimulink

Nhờ vậy bảo vệ có thể tác động chọn lọc không thời gian, bảo vệ loại này được gọi là “Bảo vệ dòng điện cắt nhanh” Với bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian trễ lại được chia thà

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi nghiên cứu, tính toán và phân tích Có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong

và ngoài nước đã được xuất bản

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sử dụng kết quả của người khác

Tác giả

Lê Sỹ Dũng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

PHẦN MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN 9

1.1 Nhiệm vụ của bảo vệ 9

1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống bảo vệ 9

1.2.1 Tính chọn lọc 9

1.2.2 Tác động nhanh 10

1.2.3 Độ nhạy 10

1.2.4 Độ tin cậy 10

1.2.5 Tính kinh tế 11

1.3 Bảo vệ quá dòng điện 11

1.3.1 Nguyên lý bảo vệ quá dòng 11

1.3.2 Tính toán dòng khởi động 12

1.3.3 Thời gian tác động của bảo vệ 14

1.4 Bảo vệ dòng cắt nhanh 17

1.4.1 Nguyên lý tác động của bảo vệ dòng cắt nhanh 17

1.4.2 Tính toán dòng bảo vệ cắt nhanh 18

1.4.3 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện 21

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ BẢO VỆ QUÁ DÕNG CÓ HƯỚNG 22

2.1 Nguyên lý tác động 22

2.2 Bộ phận định hướng công suất 23

2.2.1 Xét sơ đồ định hướng góc 90o -30o 26

2.2.2 Xét sơ đồ định hướng góc 90o -45o 27

2.3 Sơ đồ nối rơ le định hướng công suất 28

2.3.1 Ngắn mạch ba pha đối xứng 29

2.3.2 Ngắn mạch 2 pha 29

2.4 Đánh giá bảo vệ quá dòng có hướng 30

2.5 Bảo vệ quá dòng có hướng chạm đất 31

2.6 Bảo vệ dòng có hướng dự phòng 36

2.6.1 Nguyên lý tác động 36

2.6.2 Xác định hướng của rơ le 36

CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ LOGIC BẢO VỆ QUÁ DÕNG CÓ HƯỚNG 38

3.1 Nguyên lí hoạt động chung của rơle 7SJ621 38

3.1.1 Hệ thống vi xử lí 32 bit 38

3.1.2 Khối vi xử lí C bao gồm những chức năng điều khiển sau 39

3.1.3 Sơ đồ logic phổ biến của rơ le quá dòng có hướng 40

3.2 Các chức năng bảo vệ trong rơ le 7SJ621 42

3.2.1 Chức năng bảo vệ quá dòng và quá dòng có hướng 42

3.2.2 Các công thức biểu diễn các đường đặc tính 43

3.2.3 Chức năng tự động đóng lại 44

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ BẢO VỆ QUÁ DÕNG CÓ HƯỚNG TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK 45

4.1 Tổng quan về Matlab/Simulink 45

4.2 Xây dựng mô hình mô phỏng 45

4.3 Xây dựng sơ đồ thuật toán bảo vệ quá dòng có hướng 46

4.3.1 Sơ đồ bảo vệ quá dòng có hướng 46

4.3.2.Sơ đồ bảo vệ quá dòng có hướng thứ tự không 48

4.3.3.Sơ đồ bảo vệ quá dòng có hướng dự phòng 50

4.4 Kết quả mô phỏng 51

4.4.1 Xét các sự cố khi có ngắn mạch cùng hướng (hướng thuận 0km) 51

4.4.2 Xét các điển sự cố không cùng hướng với rơ le (hướng nghịch 0km) 59

4.4.3 Sự cố ngắn mạch cùng hướng(hướng thuận 30km với Rđ =5Ω) 67

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BVQD: Bảo vệ quá dòng

BI: Máy biến dòng

BU: Máy biến áp

HTĐ: Hệ thống điện

S/H: Trích và giữ mẫu ( Sample/Hold)

RMS: Giá trị hiệu dụng (Root mean squane)

MTA: Góc mô men lớn nhất (Maximun Torque Angle)

AD: Tương tự sang số(Analog to Digital)

BV: Bảo vệ

I>: Bảo vệ quá dòng

I>>: Bảo quá dòng cắt nhanh

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cắt chọn lọc các phần tử bị hư hỏng khi NM trong mạng 9

Hình 1.2 Đồ thị đặc trưng trạng thái của bảo vệ khi bị sự cố 12

Hình 1.3 Bảo vệ dòng điện cực đại trong mạng hình tia 1 nguồn cung cấp 13

Hình 1.4: Đặc tuyến dòng điện - thời gian làm việc của rơ le dòng điện 14

Hình 1.5 Các dạng đặc tính thời gian phụ thuộc 15

Hình 1.6 Sơ đồ bảo vệ dòng cắt nhanh đối với đường dây có một nguồn cung cấp 18

Hình 1.7 Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh 19

Hình 1 8 Bảo vệ cắt nhanh trên đường dây có hai nguồn cung cấp 20

Hình 2.1 Mạng hình tia có hai nguồn cung cấp 22

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc của bảo vệ dòng có hướng 23

Hình 2.3 Đồ thị điện áp và dòng điện, khi chiều công suất ngắn mạch thay đổi 24

Hình 2.4 Phân bố các thành phần thứ tự thuật và thứ tự nghịch khi có ngắn mạch 25 Hình 2.5 Giản đồ xác định vùng làm việc của phân tử định hướng công suất 25

Hình 2.6 Sơ đồ 900-300 26

Hình 2.7 Sơ đồ 900-450 27

Hình 2.8 Đặc tuyến làm việc của phần tử định hướng công suất 27

Hình 2.9 Các sơ đồ nối bộ phận định hướng công suất thông dụng 28

Hình 2.10 Đồ thị vectơ của dòng và áp tại chỗ đặt BV khi ngắn mạch 3 pha 29

Hình 2.11 Đồ thị véc tơ dòng và áp tại chỗ đặt bảo vệ khi ngắn mạch hai pha 30

Hình 2.12 Sơ đồ véc tơ khi có sự cố chạm đất pha A 33

Hình 2.13 Xác định hướng sự cố dựa trên điện áp 0 33

Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống điện và sơ đồ thay thế các thành phần đối xứng với sự cố một pha 34

Hình 2.15 Sơ đồ định hướng bằng các đại lượng thứ tự nghịch 35

Hình 2.16 Nguyên lý định hướng bằng dòng điện thứ tự không 36

Hình 2.17 Sơ đồ bảo vệ quá dòng theo hướng thuận và ngược 36

Hình 2.18 Véc tơ xác định hướng công suất 37

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc phần cứng role 7SJ62 39

Hình 4.3 Khối đưa tín hiệu đến máy cắt 46

Hình 4.4 Sơ đồ logic bảo vệ quá dòng có hướng 47

Hình 4.5 Sơ đồ khối mô phỏng bảo vệ quá dòng và quá dòng có hướng 48

Hình 4.6 Sơ đồ logic bảo vệ quá dòng có hướng thứ tự không 49

Hình 4.7 Khối logic bảo vệ quá dòng chạm đất và quá dòng có hướng chạm đất 49

Hình 4.8 Sơ đồ logic bảo vệ dự phòng 50

Hình 4.9 Khối locgic bảo vệ quá dòng dự phòng 50

Hình 4.10 Dòng điện và điện áp các pha trước và sau sự cố khi ngắn mạch 1 pha 51

Hình 4.11 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và sau sự cố ngắn mạch 1 pha 52

Hình 4.12 Dòng điện và điện áp các pha trước và sau sự cố ngắn mạch 2 pha 53

Hình 4.13 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và sau sự cố ngắn mach hai pha 54

Hình 4.14 Dòng điện và điện áp các pha trước và sau sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất 55

Hình 4.15 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và sau sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất 56

Hình 4.16 Dòng điện và điện áp các pha trước và sau sự cố ngắn mạch 3 pha 57

Hình 4.17 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và sau sự cố ngắn mạch 3 pha 58

Hình 4.18 Dòng điện, điện áp ngắn mạch 1 pha trước và trong sự cố 59

Hình 4.19 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và trong sự cố ngắn mạch 1 pha 60

Hình 4.20 Dòng điện và điện áp các pha trước và trong sự cố ngắn mạch 2 ph 61

Hình 4.21 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và trong sự cố ngắn mạch 2 pha 62

Hình 4.22 Dòng điện và điện áp các pha trước và trong sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất 63

Hình 4.23 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và trong sự cố ngắn mạch 2 pha cham đất 64

Hình 4.24 Dòng điện và điện áp các pha trước và trong sự cố ngắn mạch 3 pha 65

Hình 4.25 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và trong sự cố ngắn mạch 3 pha 66

Hình 4.26 Dòng điện và điện áp các pha trước và sau sự cố 67

Hình 4.27 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và sau sự cố 68

Hình 4.28 Dòng điện và điện áp các pha trước và sau ngắn mạch(N(3) ) 69

Hình 4.29 Sơ đồ tín hiệu các khối trước và sau sự cố ngắn mạch 3 pha 70

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế đất nước, yêu cầu về chất lượng điện và độ tin cậy ngày càng nghiêm ngặt, điều đó đòi hỏi hệ thống bảo vệ rơ

le phải luôn được cải tiến và hoàn thiện

Quá trình vận hành hệ thống điện xuất hiện những sự cố ngắn mạch, quá tải,

sự làm việc không bình thường của các phần tử Khi xảy ra sự cố thường kèm theo sự tăng đột ngột của dòng điện và sự giảm điện áp trên các pha Khi dòng điện tăng, các phần tử có dòng chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép hay bị biến dạng bởi lực từ gây hư hỏng Khi điện áp giảm các phụ tải không thể hoạt động bình thường, các máy phát điện làm việc không ổn định vì vậy các sự cố cần được phát hiện sớm

và chính xác để nhanh chóng cắt bỏ đoạn hư hỏng ra khỏi hệ thống, đảm bảo sự làm việc ổn định, bình thường

Với sự phát triển của mạng lưới truyền tải và sự đa dạng của các phụ tải, các yêu cầu bảo vệ cũng đa dạng, các rơ le điện cơ truyền thống khó có thể đáp ứng do không linh hoạt trong sự thay đổi thuật toán bảo vệ Các rơ le số với những ưu điểm của thiết bị khả trình ngày càng được sử dụng nhiều

Chính vì những ý nghĩa ở trên tác giả đã chọn đề tài “Mô phỏng rơ le bảo vệ

kỹ thuật số dựa trên nền Matlab/Simulink”

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài “sử dụng công cụ Matlab/Simulink để mô phỏng rơ le bảo vệ kỹ thuật số” nhằm tìm hiểu giải thuật số, sơ đồ logic của bảo vệ quá dòng có hướng và thực hiện tính toán các trường hợp sự cố để mô phỏng bảo vệ quá dòng có hướng trên Matlab/Simulink _ Simpowersystem

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Các trường hợp ngắn mạch xảy ra trên đường dây, để nhận biết được độ nhạy và chính xác của rơ le, ta dùng công cụ Matlab/Simulink _ Simpowersystem

để mô phỏng các vị trí ngắn mạch khác nhau trên đường dây

4 Nội dung luận văn

Phần nội dung luận văn được chia làm 4 chương:

● Chương1: Các vấn đề chung của bảo vệ hệ thống điện

● Chương 2: Nguyên lý bảo vệ quá dòng có hướng

● Chương 3: Sơ đồ logic bảo vệ quá dòng có hướng

● Chương 4: Mô hình và kết quả bảo vệ quá dòng có hướng trên nền Matlab/Simulink

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Nguyễn Đức Huy và các

thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện

CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Nhiệm vụ của bảo vệ

Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện sự cố và tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử, phần lớn các sự cố dòng điện tăng quá cao và điện áp giảm khá thấp Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua

có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hư hỏng khi điện áp giảm thấp

Muốn duy trì sự hoạt động bình thường của hệ thống thì khi xuất hiện sự

cố cần phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly ra khỏi phần tử để không

bị hư hỏng có như vậy phần tử còn lại mới hoạt động bình thường, đồng thời giảm mức độ hư hại của phần tử bị sự cố

Các mạng điện hiện đại không thể làm việc thiếu các hệ thống bảo vệ vì chúng theo dõi liên tục tình trạng làm việc của tất cả các phần tử của HTĐ Khi xuất hiện sự cố, bảo vệ phát hiện và cho tín hiệu đi cắt các phần tử hư hỏng thông qua máy cắt điện Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, bảo vệ sẽ phát hiện

và tùy thuộc theo yêu cầu có thể tác động để khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo tín hiệu cho nhân viên trực

1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống bảo vệ

1.2.1 Tính chọn lọc

Khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần tử hư hỏng khi ngắn mạch được gọi là tính chọn lọc, ở hình 1.1 khi bị sự cố tại điển N3: chỉ yêu cầu BV3 tác động, các bảo vệ còn lại sẽ trở về khi sự cố đã bị loại trừ

● Giảm tác hại dòng ngắn mạch tới các thiết bị

● Giảm xắc suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn

● Nâng cao hiệu quả tác động tự đóng lại

Thời gian cắt hư hỏng t bao gồm thời gian tác động của bảo vệ và thời gian cắt của máy cắt t = tbv + tmc (1.1)

Đối với các hệ thống điện hiện đại, thời gian cắt NM lớn nhất cho phép theo yêu cầu đảm bảo tính ổn định rất nhỏ Đối với đường dây tải điện 300 ÷ 500kv, cần phải cắt sự cố trong vòng 0,1 ÷ 0,12 giây (s) sau khi ngắn mạch xuất hiện, còn trong mạng 110 ÷ 220kv, thời gian 0,15 ÷ 0,3s Trong các mạng phân phối 6, 10, 15kv cách xa nguồn thời gian cắt cho phép 1,5 ÷ 3s

Giá trị rơ le đo được khi sự cố

Giá trị khởi động của rơ le

1.3 Bảo vệ quá dòng điện

1.3.1 Nguyên lý bảo vệ quá dòng

Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá giá trị định trước Có thể đảm bảo khả năng tác động chọn lọc của các bảo vệ bằng hai phương pháp khác nhau về nguyên tắc

● Bảo vệ được thực hiện có thời gian tác động càng lớn khi bảo vệ đặt gần về phía nguồn cung cấp, bảo vệ được thực hiện như vậy gọi là “Bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian trễ”

● Dựa trên tính chất dòng ngắn mạch đi qua chỗ đặt bảo vệ sẽ giảm xuống khi

hư hỏng càng cách xa nguồn cung cấp, dòng khởi động được chọn có giá trị lớn hơn trị số lớn nhất của dòng trên đoạn được bảo vệ khi ngắn mạch xảy ra ở đoạn kế cận Nhờ vậy bảo vệ có thể tác động chọn lọc không thời gian, bảo vệ loại này được gọi là “Bảo vệ dòng điện cắt nhanh”

Với bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian trễ lại được chia thành

2 loại tương ứng với cách lựa chọn thời gian trễ Khi thời gian trễ được lựa chọn 1 cách độc lập không phụ thuộc vào các thông số khác trong quá trình hoạt động ta

có loại “rơ le đặc tính thời gian độc lập”, khi thời gian trễ phụ thuộc dòng điện qua bảo vệ ta có loại “rơ le đặc tính thời gian phụ thuộc”

Bảo vệ dòng điện cực đại gồm 2 bộ phận chính:

● Bộ phận khởi động: nhiệm vụ phát hiện ra sự cố quá dòng điện vượt quá giá

1.3.2 Tính toán dòng khởi động

Hình 1.2 Đồ thị đặc trưng khi chọn dòng khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại

Theo nguyên tắc tác động, dòng khởi động Ikđ của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện phụ tải cực đại qua chỗ đặt bảo vệ, tuy nhiên trong thực tế việc lựa chọn dòng khởi động còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Đối với các rơ le quá dòng điện, dòng điện khởi động Ikđ của bảo vệ thường được chọn theo điều kiện

Trong đó:

● Km : hệ số mở máy (khởi động) của phụ tải động cơ có dòng điện chạy qua chỗ đặt bảo vệ Tùy theo tỷ lệ của phụ tải động cơ trong dòng điện tổng qua chỗ đặt bảo vệ và loại động cơ sử dụng mà hệ số Km có thể lấy trong khoảng 2 ÷ 5

● Kat : hệ số an toàn, thường lấy khoảng 1,1 (với rơ le tĩnh và rơ le số) đến 1,2 (với rơ le điện cơ)

●Ktv : hệ số trở về, với các rơ le điện cơ Ktv = 0,85 ÷ 0,9 với rơ le tĩnh và rơ le

số Ktv ≈1

● INmin : dòng cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho rơ le còn khởi động được

(1.2)

Khi xác định trị số của INmin cần lưu ý đến chế độ làm việc của hệ thống, cấu hình của lưới điện, vị trí điểm ngắn mạch, dạng ngắn mạch

Hình 1.3 Bảo vệ dòng điện cực đại trong mạng hình tia 1 nguồn cung cấp

Để chọn dòng khởi động cho bảo vệ, ta xét mạng điện như hình 1.3 khi có ngắn mạch tại N thuộc đường dây BC Khi các bảo vệ tác động đúng, tức chỉ có bảo

vệ 2’ cắt đoạn hư hỏng BC, bảo vệ 3’ do có thời gian trễ lớn hơn sẽ không tác động Muốn vậy dòng trở về Itv của bảo vệ 3’ phải có trị số lớn hơn trị số tính toán của dòng mở máy Imm đi qua đoạn AB đến các hộ tiêu thụ của trạm B: Itv > Immmax

Dòng Immmax thường lớn hơn rất nhiều dòng điện phụ tải cực đại Ilvmax Đưa vào hệ số mở máy kmm để tính dòng mở máy cực đại ta có: Immmax= kmm Ilvmax Để khắc phục sai số của dòng trở về của các bảo vệ và các tính toán không chính xác, ta có hệ số an toàn kat >1 Từ điều kiện trở về của đoạn AB ta có:

1.3.3 Thời gian tác động của bảo vệ

a Bậc thời gian

Để đảm bảo tính chọn lọc, thời gian tác động của bảo vệ dòng điện cực đại được chọn theo nguyên tắc bậc thang Độ chênh lệch giữa thời gian tác động của bảo vệ kề nhau được gọi là bậc thời gian hay bậc chọn lọc: ∆t = tn - t(n-1)

Giá trị của bậc thời gian ∆t được chọn sao cho đảm bảo tính chọn lọc, các bảo vệ gần sự cố sẽ cắt trước khi các bảo vệ xa hơn và gần nguồn kịp tác động

b Rơ le dòng điện có đặc tính thời gian độc lập

Thời gian trễ tác động của bảo vệ được tạo nên nhờ rơ le thời gian hoặc các bộ định thời và không phụ thuộc vào dòng sự cố Đặc tuyến này của rơle dòng có dạng đường thẳng

Đối với rơ le có đặc tính thời gian độc lập, bậc chọn lọc ∆t thường được chọn

từ 0,25 ÷ 0,6s

Hình 1.4: Đặc tuyến dòng điện - thời gian làm việc của rơ le dòng điện

d Rơ le dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc

Rơ le làm việc với thời gian xác định nào đó khi dòng điện vượt quá giá trị khởi động, đặc tính này giọi là phụ thuộc, đường cong 2 và 3 như trên hình 1.4 Rơ

le có đặc tính phụ thuộc khởi động khi dòng vượt quá giá trị khởi động, thời gian tác động của rơ le phụ thuộc vào trị số dòng điện qua rơ le Thời gian làm việc giảm khi dòng điện tăng cao

Dạng đặc tính phụ thuộc cho bởi hình 1.5

Trong đó:

● Đặc tính thời gian dốc chuẩn (Đường cong 1 hình 1.5): Khi dòng điện ngắn mạch nhỏ hơn 10 lần dòng định mức thì rơle làm việc theo đặc tính phụ thuộc Khi tỷ số dòng ngắn mạch trên dòng định mức 10 đến 20 lần thì đặc tính là đường thẳng, đặc tính này được dùng rộng rãi để bảo vệ mạng phân phối

● Đặc tính thời gian rất dốc (đường cong 2 hình 1.5): Loại này cho độ dốc phụ thuộc nhiều hơn loại độ dốc chuẩn, đặc tính phụ thuộc của nó nằm giữa đặc tính độ dốc chuẩn và loại cực dốc như đường cong 3 ở (hình 1.5) Đặc tính này được dùng khi đặc tính dốc chuẩn không đảm bảo tính chọn lọc

● Đặc tính thời gian cực dốc (đường cong 3 hình 1.5): Loại này cho đặc tính dốc nhiều hơn loại rất dốc và dốc chuẩn Đặc tính này thích hợp dùng để bảo vệ máy phát, máy biến áp động lực, máy biến áp nối đất, cáp, để chống quá nhiệt

Đối với rơ le đặc tính phụ thuộc thường chọn bậc thời gian ∆t = (0,3 ÷ 0,5)s Thời gian tác động của bảo vệ với đặc tuyến độc lập được chọn theo nguyên tắc bậc thang:

t1 = t2 + ∆t (1.3) Thời gian tác động của bảo vệ với đặc tính phụ thuộc có giới hạn cũng cần phải thỏa mản (1.3) nhưng vì thời gian tác động của rơ le này phụ thuộc vào dòng nên cần phải xác định giới hạn thay đổi dòng mà điều kiện này cần thỏa mãn

Ưu điểm của bảo vệ có đặc tuyến thời gian phụ thuộc là:

● Có thể phối hợp thời gian làm việc của bảo vệ các đoạn gần nhau để làm giảm thời gian cắt ngắn mạch của các bảo vệ đặt gần nguồn

● Có thể giảm hệ số mở máy Kmm khi chọn dòng điện khởi động của bảo vệ Khuyết điểm của loại bảo vệ này là:

● Thời gian cắt sự cố tăng khi dòng điện sự cố có giá trị gần bằng dòng điện khởi động

● Đôi khi sự phối hợp các đặc tính thời gian tương đối phức tạp

e Đánh giá bảo vệ dòng điện có thời gian trễ

Tính chọn lọc: bảo vệ dòng điện cực đại chỉ đảm bảo tính chọn lọc trong các mạng điện hình tia có 1 nguồn cung cấp bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang tăng dần theo hướng từ xa đến gần nguồn Khi có 2 nguồn cung cấp, yêu cầu chọn lọc không được thỏa mãn

Tác động nhanh: càng gần nguồn thời gian làm việc của bảo vệ càng lớn, ở các đoạn gần nguồn cần cắt nhanh ngắn mạch để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần còn lại của hệ thống điện Trong khi đó thời gian tác động của các bảo vệ

ở các đoạn này lại lớn nhất, thời gian tác động chọn theo nguyên tắc bậc thang có thể vượt quá giới hạn cho phép

Độ nhạy: Độ nhạy làm việc của bảo vệ bị hạn chế do phải chọn dòng khởi động lớn hơn dòng điện làm việc cực đại có kể đến hệ số mở máy của các động cơ, 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

Tính chọn lọc: Theo nguyên tắc làm việc và cấu tạo, bảo vệ dòng điện cực đại được xem là bảo vệ đơn giản nhất và làm việc khá đảm bảo Bảo vệ được dùng rộng rãi trong các mạng điện phân phối, hình tia điện áp nhỏ hơn 35KV có một nguồn cung cấp khi thời gian làm việc trong giới hạn cho phép

1.4 Bảo vệ dòng cắt nhanh

1.4.1 Nguyên lý tác động của bảo vệ dòng cắt nhanh

Bảo vệ cắt nhanh là một trong các dạng bảo vệ chống quá dòng tác động một cách tức thời Khác với bảo vệ dòng cực đại, bảo vệ dòng cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi hư hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện ngắn mạch sẽ lớn hơn dòng điện khởi động và bảo

vệ sẽ tác động Bảo vệ dòng cắt nhanh thường làm việc không thời gian hoặc có thời gian rất bé để nâng cao độ nhạy, mở rộng vùng bảo vệ và đề phòng khả năng bảo vệ mất chọn lọc khi có giông sét

1.4.2 Tính toán dòng bảo vệ cắt nhanh

Ikđ = Kat.INBmax (1.4) Trong đó:

● Kat = 1,2 ÷ 1,3 hệ số an toàn, xét tới ảnh hưởng của thành phần không chu

kỳ, việc tính toán không chính xác dòng ngắn mạch và sai số của rơ le

Để có INngmax cần phải chọn chế độ vận hành của hệ thống cũng như dạng ngắn mạch thích hợp (N3) Vì thời gian tác động của bản thân bảo vệ này khoảng vài phần trăm của giây, nên dòng ngắn mạch được tính ứng với thời điểm thời đầu của dòng xung kích ( t = 0)

b Vùng tác động của bảo vệ

Hình 1 7 Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh

Vùng tác động của bảo vệ dòng cắt nhanh có thể xác định bằng phương pháp

đồ thị (hình 1.7) Xây dựng các đường cong quan hệ In = f(lN) đối với chế độ cực đại và cực tiểu, điểm cắt giữa đường thẳng Ikđ với đường cong 1 xác định điểm cuối vùng bảo vệ trong chế độ cực đại, điểm cắt đường cong 2 ứng với điểm cuối vùng bảo vệ

trong chế độ cực tiểu

Vùng tác động của bảo vệ dòng cắt nhanh còn phụ thuộc vào độ dốc của đường cong IN = f(lN) Dòng IN khi ngắn mạch ở đầu và cuối đường dây càng khác

nhau nhiều thì vùng tác động của bảo vệ càng lớn

Người ta cho phép dùng bảo vệ dòng cắt nhanh, nếu vùng tác động của nó không nhỏ hơn 20% chiều dài đường dây được bảo vệ Vì bảo vệ dòng cắt nhanh rất đơn giản nên trong trường hợp vùng tác động của bảo vệ nhỏ hơn 20%, nó được dùng bổ sung cho bảo vệ chính của đường dây nếu bảo vệ này có vùng chết ở đầu đường dây

Thời gian tác động của bảo vệ khoảng 0,02 ÷ 0,06s Đối với các đường dây trên không có đặt chống sét ống để chống quá điện áp, khi làm việc nó tạo nên ngắn mạch tạm thời trên các đường dây khoảng 0,5 ÷ 1,5 chu kỳ dòng điện (0,01 ÷ 0.03s) Muốn cho bảo vệ không tác động trong trường hợp này có thể thêm phần tử trễ thời gian t = 0,06 ÷ 0.08s

d Bảo vệ cắt nhanh đường dây có hai nguồn cung cấp

Hình 1 8 Bảo vệ cắt nhanh trên đường dây có hai nguồn cung cấp

Giả thiết trên hai đầu đường dây có hai nguồn cung cấp AB (hình 1.8) có đặt bảo vệ dòng cắt nhanh CNA và CNB Để chúng không tác động sai khi ngắn mạch tác động tại điểm N1 và N2, dòng khởi động của chúng cần được chọn lớn hơn dòng từ nguồn A khi ngắn mạch tại N2 (IAN2) và dòng từ nguồn B khi ngắn mạch tại N1 (IBN1) Giả thiết IAN2 > IBN1 Dòng khởi động của CNA và CNB chọn theo điều kiện nêu trên sẽ có giá trị bằng nhau :

IkđA = IkđB = Kat IAN2 (1.5)

Ngoài ra, dòng khởi động của bảo vệ dòng cắt nhanh còn cần phải chọn lớn hơn dòng không cân bằng chạy giữa hai nguồn A và B khi nó dao động Dòng khởi động của bảo vệ lấy bằng giá trị lớn nhất trong hai giá trị nhận được

Điểm cắt của các đường cong ngắn mạch với đường thẳng nằm ngang Ikđ

(điểm 1 và 2) xác định vùng bảo vệ

1.4.3 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện

Ưu điểm của bảo vệ dòng điện cực đại là đơn giản, độ tin cậy cao, bảo vệ tác động chọn lọc trong mạng hình tia với một nguồn cung cấp Khuyết điểm là thời gian ngắn mạch khá lớn, nhất là các đoạn ở gần nguồn trong khi đó ngắn mạch ở gần nguồn cần được cắt nhanh để đảm bảo ổn định hệ thống và có độ nhạy kém trong mạng phân nhiều nhánh và phụ tải lớn, vùng tác động của bảo vệ không bao

gồm toàn bộ đường dây

Để tăng độ nhạy có thể kết hợp rơ le quá dòng điện với rơ le điện áp làm bộ phận khởi động Khi xảy ra ngắn mạch, điện áp tại điểm đặt bảo vệ sẽ giảm, bảo vệ chỉ tác động khi điện áp giảm quá một giá trị đặt cho trước

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ BẢO VỆ QUÁ DÕNG CÓ HƯỚNG

2.1 Nguyên lý tác động

Để tăng cường tính đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, hiện nay người ta thường thiết kế các mạng hình vòng và mạng có hai nguồn cung cấp Đối với loại mạng điện này, bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp không thể đảm bảo cắt ngắn mạch một cách chọn lọc

Hình 2.1 Mạng hình tia có hai nguồn cung cấp

Trong mạng hình tia hình 2.1 Giả thiết ở mỗi đầu đường dây đặt các bảo vệ quá dòng điện thông thường được đánh số thứ tự từ 1 đến 6, muốn thực hiện cắt chọn lọc ngắn mạch tại N1 cần thỏa mãn t3 < t2, nhưng muốn cắt ngắn mạch tại N2 thì yêu cầu ngược lại t2 < t3 Trong thực tế, đồng thời không thể thỏa mãn hai yêu cầu đó, ta có thể khắc phục tình trạng trên bằng cách chỉ cho bảo vệ tác động khi công suất ngắn mạch đi từ thanh góp đến đường dây Muốn vậy, mỗi bảo vệ có thêm bộ phận định hướng công suất, bộ phận này chỉ cho phép bảo vệ tác động khi công suất ngắn mạch đi từ thanh góp đến đường dây trên hình 2.1, các mũi tên chỉ hướng tác động của bảo vệ Nhờ vậy khi ngắn mạch tại N1 thì BV2 không tác động, còn ngắn mạch tại N2 thì BV3 không tác động

Khi dùng bảo vệ dòng điện có hướng, chỉ cần các bảo vệ cùng hướng tác động : t5 < t3 < t1 và t2 < t4 < t6

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc của bảo vệ dòng có hướng

Cấu trúc của hệ thống rơ le bảo vệ quá dòng có hướng cho bởi hình 2.2 Trong đó RI là bộ phận phát hiện quá dòng điện, RW là bộ phận phát hiện hướng công suất, RT là bộ phận tạo thời gian trễ Khi xảy ra quá dòng điện với hướng công suất phù hợp, bộ phận tạo thời gian trễ sẽ được khởi động Khi hết thời gian trễ rơ le

sẽ tác động cắt sự cố

2.2 Bộ phận định hướng công suất

Rơ le định hướng công suất làm việc trên cơ sở góc pha tương đối giữa dòng

và áp tại chỗ đặt bảo vệ Rơ le định hướng công suất có thể làm việc theo dòng và áp toàn phần hay dòng và áp các thành phần thứ tự Góc lệch pha φ giữa dòng điện và điện áp có giá trị dương nếu vectơ dòng điện chậm sau điện áp và âm nếu ngược lại Khi chọn và nối sơ đồ của rơ le định hướng phải lưu ý theo chiều công suất của dòng toàn phần hay theo các thành phần thứ tự Nếu phần tử định hướng công suất làm việc theo dòng, áp toàn phần và thứ tự thuận thì chiều công suất ngắn mạch

là từ thanh góp vào chỗ ngắn mạch, còn làm việc theo thành phần thứ tự nghịch và không thì chiều công suất ngắn mạch đi từ chỗ ngắn mạch đến thanh góp

Hình 2.3 Đồ thị điện áp và dòng điện, khi chiều công suất ngắn mạch thay đổi

Để phân tích cách làm việc của rơ le định hướng công suất, ta sẽ khảo sát các

đồ thị vectơ tương ứng với chiều khác nhau của công suất ngắn mạch đi qua BV2 trên hình 2.3 Lấy điện áp đưa vào rơ le là điện áp ở thanh góp trạm B làm gốc, góc lệch pha φ giữa dòng điện và điện áp có giá trị dương, nếu vectơ dòng điện chậm sau điện

áp và âm nếu ngược lại

● Khi ngắn mạch tại điểm N2 như trên hình 2.3 Giả thiết công suất ngắn mạch qua BV2 đi từ thanh góp vào đường dây IR = IN2 và φR = (UR ,IR)

● Khi ngắn mạch tại điểm N1, công suất ngắn mạch qua BV2 đi từ đường dây vào thanh góp B, dòng rơ le IR ( với chiều dương chấp nhận trước) bằng –IN và

φ 2 = φ1 – 180o

Như vậy khi dời điểm ngắn mạch từ vùng bảo vệ sang vùng không được bảo vệ pha dòng điện IR đối với điện áp UR đã thay đổi 180o

Hình 2.4 Phân bố các thành phần thứ tự thuật và thứ tự nghịch khi có ngắn mạch

Trên hình 2.4 ta thấy công suất ngắn mạch toàn phần và thứ tự thuận đi từ nguồn đến chỗ ngắn mạch, công suất thứ tự nghịch đi từ chỗ ngắn mạch đến nguồn, còn công suất thứ tự không đi từ chỗ ngắn mạch đến thanh góp, trung tính nối đất của máy biến áp

Với UR, IR là vectơ điện áp và dòng điện đưa vào rơle Nếu một trong hai tín hiệu đưa vào UR = 0 hay IR = 0 có thể bộ phận so sánh không đủ độ nhạy để tác động hoặc tác động nhầm Từ đó đối với RW có khái niệm góc có độ nhạy cực đại

α=-φnhmax

2.2.1 Xét sơ đồ định hướng góc 90 o -30 o

Hình 2.6 Sơ đồ 90 0 -30 0

Đây là sơ đồ định hướng thông dụng đối với các rơ le bảo vệ quá dòng điện

có hướng Bộ phận định hướng công suất của pha A sử dụng tín hiệu dòng điện pha

A (IA) và điện áp trên pha B-C (Vbc) dịch đi một góc 300 ngược chiều kim đồng hồ Trong trường hợp này, rơ le quá dòng sẽ có độ nhạy cao nhất khi dòng điện trễ pha điện áp một góc 600 Sơ đồ này cho phép rơ le tác động khi dòng điện ở vị trí từ 300

sớm pha đến 1500

trễ pha Khi dòng điện ngắn mạch đồng pha điện áp, độ nhạy đạt giá trị 50% Sơ đồ này thường được sử dụng để bảo vệ các xuất tuyến có nguồn dòng thứ tự không nằm trước vị trí đặt rơ le

trong điều kiện φkđR = φnhmax Chất lượng của RW được đánh giá bằng các giá trị khởi động Ukđmin, Ikđmin Dạng đặc tuyến ở hình 2.8 là dạng gần lý tưởng

2.3 Sơ đồ nối rơ le định hướng công suất

Phần tử định hướng công suất loại nối vào áp và dòng toàn phần cần chọn áp và dòng đưa vào rơle để cho nó xác định đúng hướng của công suất ngắn mạch đối với dạng ngắn mạch bất kỳ sao cho rơ le có độ nhạy cao nhất

Khi ngắn mạch gần chỗ đặt bảo vệ, UR có thể có giá trị gần bằng không, cũng như khi ngắn mạch có góc bất lợi rơ le công suất có thể không tác động được

Từ điều kiện trên có thể rút ra kết luận là cần phải nối rơle vào áp nào sao cho khi ngắn mạch gần, áp không giảm tới không; tổ hợp áp và dòng đưa vào mỗi rơle cần được chọn sao cho ngắn mạch góc φR không có giá trị bất lợi Yêu cầu đầu tiên trong hai yêu cầu trên chỉ có thể thực hiện được đối với ngắn mạch hai pha và một pha Khi có ngắn mạch ba pha, tất cả các áp pha cũng như áp dây có thể giảm tới không

Trong các sơ đồ bảo vệ dòng điện có hướng, ngày nay người ta thường nối

RW theo sơ đồ 90°,60° loại 1, 60° loại 2 và sơ đồ 30° (Tên gọi trên mang tính chất quy ước) Sơ đồ được đặt tên theo góc giữa áp và dòng đưa vào rơle trong chế độ đối xứng với điều kiện dòng trong các pha trùng với áp các pha cùng trên hình 2.9

Hình 2.9 Các sơ đồ nối bộ phận định hướng công suất thông dụng

Loại sơ đồ thông dụng nhất là sơ đồ 90°, ta tìm hiểu cách làm việc của sơ đồ này trong các dạng ngắn mạch khác nhau và chọn lựa φnhmax

2.3.1 Ngắn mạch ba pha đối xứng

Khi ngắn mạch ba pha đối xứng, tất cả các rơle của sơ đồ bảo vệ làm việc trong những điều kiện giống nhau, vì thế chỉ cần khảo sát cách làm việc của rơle pha A có UR = Ubc và IR = Ia Góc lệch pha φN3giữa dòng điện pha Ia và áp pha khi ngắn mạch ba pha là góc của tổng trở đoạn dây

Hình 2.10 Đồ thị vec tơ của dòng và áp tại chỗ đặt BV khi ngắn mạch 3 pha

Từ hình 2.10 ta thấy rằng, đối với bất cứ giá trị nào của Ia3 rơle cũng tác động đảm bảo nếu giá trị của điện áp đặt vào Ubc3 đủ để khởi động

2.3.2 Ngắn mạch 2 pha

Điều kiện làm việc của các rơle trong trường hợp này không giống nhau Ví

dụ, ngắn mạch hai pha BC rơle pha A không làm việc vì Ia(2) ≈ 0

Bằng đồ thị vectơ, ta sẽ khảo sát cách làm việc của rơle pha B và rơle pha C Trong trường hợp này, góc φ 2

là góc giữa điện áp dây và dòng điện pha

Hình 2.11 Đồ thị vectơ dòng và áp tại chỗ đặt bảo vệ khi ngắn mạch hai pha

Trên hình 2.11 là đồ thị vectơ làm việc của rơ le pha B và C Ta nhận thấy, nếu α = 45° thì vectơ IR nằm trong vùng tác động chắc chắn ở bất kỳ giá trị nào của

0 ≤ φN2 ≤ 90o

a Ngắn mạch một pha chạm đất trong mạng có trung tính với đất trực tiếp

Giả thiết ngắn mạch xảy ra ở pha A, ta khảo sát cách làm việc của rơle pha A nối vào dòng điện pha sự cố Trong trường hợp này, rơle pha A làm việc giống như trong trường hợp ngắn mạch ba pha đối xứng, còn rơ le pha B và pha C không làm việc Từ những trường hợp đã phân tích trên đây, có thể rút ra những kết luận đối với

2.4 Đánh giá bảo vệ quá dòng có hướng

Bảo vệ dòng điện có hướng đơn giản và đảm bảo tác động chọn lọc đối với

mạng điện được cung cấp từ hai phía, sử dụng kết hợp cắt nhanh có hướng với bảo vệ dòng điện có hướng ta nhận được bảo vệ trong nhiều trường hợp có độ nhạy cũng như thời gian tác động thỏa mãn yêu cầu

Dựa trên sự kết hợp giữa rơ le quá dòng điện và rơ le định hướng công suất nên dòng khởi động và thời gian tác động của rơ le quá dòng có hướng tương tự như với rơ le quá dòng cực đại

Bảo vệ có một số nhược điểm như sau:

● Thời gian tác động khá lớn, nhất là đối với bảo vệ gần nguồn

● Có độ nhạy kém trong mạng với phụ tải lớn và bội số dòng ngắn mạch nhỏ

● Có vùng chết khi ngắn mạch ba pha

Bảo vệ quá dòng điện có hướng dùng rộng rãi làm bảo vệ chính trong mạng điện tới 35kV được cung cấp từ hai phía Trong mạng điện 110kV và 220kV, nó chủ yếu làm bảo vệ dự trữ và đôi khi nó được sử dụng kết hợp với cắt nhanh có hướng làm bảo vệ chính

2.5 Bảo vệ quá dòng có hướng chạm đất

● Thuật toán xác định hướng với các sự cố chạm đất

Đối với các mạng điện nối mạch kín, việc sử dụng nguyên lý bảo vệ có hướng là cần thiết nhằm đảm bảo nguyên tắc làm việc chọn lọc của các rơ le bảo vệ

Trong các lưới điện truyền tải, sự cố chạm đất một pha là sự cố phổ biến nhất, chiếm đến hơn 90% các trường hợp sự cố ngắn mạch trên đường dây Vì vậy, giải thuật xác định hướng đối với các sự cố chạm đất cần có độ tin cậy cao, nhằm phát hiện chính xác vị trí đoạn sự cố và có quyết định phù hợp

Đối với các sự cố chạm đất, điện áp của pha chạm đất sẽ sụt giảm mạnh Biên độ dòng điện của pha sự cố tăng lên, góc trễ pha giữa điện áp và dòng điện của

a Định hướng bằng điện áp thứ tự không

Nguyên lý định hướng bằng điện áp thứ tự không đo lường độ lệch pha giữa

điện áp thứ tự không ( ̇ ) và dòng điện dư (3 ̇0) ̇ là tổng đại số điện áp trên ba

pha, và bằng 0 trong điều kiện làm việc bình thường Trong chế độ sự cố, điện áp

thứ tự không lệch pha so với dòng điện dư theo đặc tính của nguồn và đường dây

Sơ đồ thay thế cho sự cố chạm đất một pha được trình bày trên hình 2.12

tương ứng là tổng trở thứ tự thuận, nghịch, không của đường dây và m

là vị trí trên đường dây (tính theo phần trăm) xảy ra sự cố chạm đất Góc pha giữa

̇ và ̇ không phụ thuộc vào điện trở sự cố

Đối với hầu hết trường hợp sự cố, tổng trở của mạch sự cố có tỉ lệ X/R cao

Độ nhạy của bảo vệ quá dòng có hướng được chỉnh định để đạt giá trị cao nhất khi

dòng điện trễ pha so với điện áp một góc đặt trước (MTA: Maximum Torque

Angle), như công thức dưới đây (rơ le SEL)

| || | (2.2) (1) Đại lượng 32VT sẽ có giá trị dương khi sự cố trong vùng tác động (hướng

thuận) Hình 2.12 là sơ đồ véc tơ dòng điện và điện áp khi có sự cố chạm đất pha A

Với sự cố này, điện áp pha A sụt giảm, dòng điện pha A dâng cao và trễ pha so với

điện áp

Véc tơ điện áp ̇ ngược pha so với véc tơ điện áp pha A Vì vậy, để so sánh,

cần đảo ngược dấu của ̇ Kết quả, ta có được vùng tác động như trên hình 2.13

Tác động

Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống điện và sơ đồ thay thế các thành phần đối xứng với sự cố

một pha

b Định hướng bằng dòng thứ tự nghịch

Sử dụng các đại lượng thành phần thứ tự nghịch là một biện pháp rất hiệu

quả để xác định hướng của dòng điện sự cố Trong phương pháp này, dòng điện và

điện áp thứ tự nghịch ̇ ̇ được sử dụng thay cho ̇ ̇ Phương pháp này sẽ hiệu

quả khi phía trước vị trí đặt rơ le có nguồn dòng thứ tự không biến đổi, có hỗ cảm

thứ tự không

Sơ đồ định hướng sử dụng các đại lượng thứ tự nghịch được thể hiện trên

hình 2.15 Công thức tính mô men cho bộ phận định hướng thứ tự nghịch như sau:

| || | (2.3) (2)

Sơ đồ véc tơ của phương pháp định hướng theo các đại lượng thứ tự nghịch

cho một sự cố chạm đất được thể hiện trên hình 2.15

Hình 2.15 Sơ đồ định hướng bằng các đại lượng thứ tự nghịch

Một số ưu điểm của việc định hướng bằng dòng và áp thứ tự nghịch bao gồm:

Biên độ của điện áp ̇2 tại vị trí đặt rơ le có thể lớn hơn biên độ của thành phần ̇0, làm cho phần tử định hướng làm việc tin cậy hơn

● Các thành phần thứ tự nghịch không bị ảnh hưởng bởi hỗ cảm thứ tự không khi có hai lộ đường dây song song treo trên cùng một cột

● Không cần sử dụng thêm một biến dòng bổ sung để đo dòng điện dư

c Định hướng bằng dòng điện thứ tự không

Nếu điện áp thứ tự không không đủ lớn để định hướng dòng sự cố, có thể sử dụng dòng điện thứ tự không, được đo từ một máy biến áp có tổ đấu dây Y0 đặt trước rơ le Đối với sự cố hướng thuận như trên hình 2.16, dòng điện dư đo được tại

vị trí rơ le sẽ đồng pha với dòng điện thứ tự không đo được từ trung tính máy biến

áp Trong trường hợp sự cố ở phía hướng ngược lại, hai dòng điện này sẽ ngược pha

+90°

-90°

±180°

150.0 V40.0 A

mạch tại R được gọi là ngắn mạch ngược hướng với rơ le

● Ipre dòng thuận với hướng rơ le

● Ifwd dòng ngược với hướng rơ le

Tại thời điểm ban đầu ta có: ̇S > ̇G

Dòng điện trước và sau sự cố là

Hình 2.18 Vectơ xác định hướng công suất

Tại thời điểm bình thường, dòng điện và góc pha không thay đổi, ∆φ gần xấp xỉ bằng không Tại mỗi chu kỳ ta có n và n +1 với φn và φn +1 Dựa vào hai góc này ta phân biệt được hướng khi có ngắn mạch, nếu dòng ngắn mạch cùng chiều với dòng Ipre, được xác định là ngắn mạch cùng hướng, nếu dòng ngắn mạch ngược chiều với dòng I thì được xác định là ngắn mạch ngược hướng

CHƯƠNG 3

SƠ ĐỒ LOGIC BẢO VỆ QUÁ DÕNG CÓ HƯỚNG

Trong chương này ta trình bày sơ đồ logic của bảo vệ quá dòng có hướng thông dụng Các sơ đồ được dựa trên rơ le bảo vệ kỹ thuật số 7SJ621 của hãng Siemens

3.1 Nguyên lí hoạt động chung của rơle 7SJ621

3.1.1 Hệ thống vi xử lí 32 bit

● Thực hiện xử lí hoàn toàn bằng tín hiệu số các quá trình đo lường, lấy mẫu,

số hoá các đại lượng đầu vào tương tự

● Không liên hệ về điện giữa khối xử lí bên trong thiết bị với những mạch bên ngoài nhờ bộ biến đổi DC, các biến điện áp đầu vào tương tự, các đầu vào ra nhị phân

● Phát hiện quá dòng các pha riêng biệt, dòng điện tổng

● Chỉnh định đơn giản bằng bàn phím hoặc bằng phần mềm DIGSI4

● Lưu giữ số liệu sự cố…

Trên hình 3.1 thể hiện cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621:

Bộ biến đổi đầu vào ( MI ) biến đổi dòng điện thành các giá trị phù hợp với bộ

vi xử lí bên trong của rơle Có bốn dòng đầu vào ở MI gồm ba dòng pha, một dòng trung tính, chúng được chuyển tới tầng khuyếch đại

Tầng khuyếch đại đầu vào IA tạo các tín hiệu tổng trở cao từ các tín hiệu analog đầu vào Nó có các bộ lọc tối ưu về dải thông và tốc độ xử lí

Tầng chuyển đổi tương tự - số ( AD ) bao gồm bộ dồn kênh, bộ chuyển đổi tương tự - số ( A/D ) và những modul nhớ để truyền tín hiệu số sang khối vi xử lí

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc phần cứng role 7SJ62

3.1.2 Khối vi xử lí C bao gồm những chức năng điều khiển sau

● Lọc và sắp xếp các đại lượng đo

● Liên tục giám sát các đại lượng đo

● Giám sát các điều kiện làm việc của từng chức năng bảo vệ

● Kiểm soát các giá trị giới hạn và thứ tự thời gian

● Đưa ra các tín hiệu điều khiển cho các chức năng logic