BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Bảo vệ rơle TĐH Nguyễn Hoàng Việt Giáo trình bảo vệ rơle (1999) Trần Hữu Thanh Tính toán ngắn mạch và chỉnh định bảo vệ rơ le và trang bị tự động trên Hoàng Hữu Thuận Bảo vệ rơle TĐH Lê Kim Hùng và Đoàn Ngọc Minh Tú Các tài liệu khác: Tài liệu nước ngoài Phần mềm: PSSADEPT; ETAP; VPROBảo vệ rơle TĐH Nguyễn Hoàng Việt Giáo trình bảo vệ rơle (1999) Trần Hữu Thanh Tính toán ngắn mạch và chỉnh định bảo vệ rơ le và trang bị tự động trên Hoàng Hữu Thuận Bảo vệ rơle TĐH Lê Kim Hùng và Đoàn Ngọc Minh Tú Các tài liệu khác: Tài liệu nước ngoài Phần mềm: PSSADEPT; ETAP; VPROBảo vệ rơle TĐH Nguyễn Hoàng Việt Giáo trình bảo vệ rơle (1999) Trần Hữu Thanh Tính toán ngắn mạch và chỉnh định bảo vệ rơ le và trang bị tự động trên Hoàng Hữu Thuận Bảo vệ rơle TĐH Lê Kim Hùng và Đoàn Ngọc Minh Tú Các tài liệu khác: Tài liệu nước ngoài Phần mềm: PSSADEPT; ETAP; VPRO

Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

TÀI LIỆU CHÍNH

 Bảo vệ rơle &TĐH Nguyễn Hoàng Việt

 Giáo trình bảo vệ rơle (1999) Trần Hữu Thanh

 Tính toán ngắn mạch và chỉnh định bảo vệ rơ le và trang bị tự động trên Hoàng Hữu Thuận

 Bảo vệ rơle &TĐH Lê Kim Hùng và Đoàn Ngọc Minh Tú

 Các tài liệu khác: Tài liệu nước ngoài

Chương 1: Tổng quan về hệ thống bảo vệ rơle

Chương 2: Kỹ thuật chế tạo rơle

Chương 3: Các loại bảo vệ rơle

Chương 4: Các khí cụ điện đo lường

Chương 5: Bảo vệ quá dòng điện

Chương 6: Bảo vệ quá dòng điện có hướng

Chương 7: Bảo vệ dòng điện chống chạm đất

Chương 8: Bảo vệ khoảng cách

Chương 9: Bảo vệ so lệch

Chuong 10: Tự đóng lại

Phần 1: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠLE

Phần 2: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ TRONG HTĐ

Bảo vệ máy phát (Generator)

Bảo vệ máy biến áp (Transformer)

Bảo vệ đường dây (Line)

Bảo vệ động cơ (Motor)

Bảo vệ thanh cái / thanh góp (Bus)

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ

Tổng quan về hệ thống bảo vệ

1.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle

1.2 Các dạng sự cố và trạng thái làm việc không bình thường HTĐ 1.3 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bảo vệ

1.1 Nhiệm vụ của BVRL

Trong vận hành HTĐ có thể xuất hiện tình trạng sự cố

và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử Lúc này, hiện tượng là dòng điện tăng cao nhưng điện áp lại thấp.

Như vậy muốn HTĐ hoạt động bình thường thi HTĐ phải

có hệ thống bảo vệ rơle để phát hiện sự cố và cô lập nó càng nhanh càng tốt

1.2 Sự cố và trạng thái không bình thường

 Sự cố: Ngắn mạch N (3) , N (2) , N (1) , N (1,1) , ngắn mạch các vòng dây trong MBA, ngắn mạch giữa các vòng dây trong máy phát điện

 Trạng thái không bình thường: Quá tải, quá áp, giảm tần.

 Nguyên nhân:

 Do cách điện già cõi

 Thao tác sai, nhằm lẫn

 …

1.3.2 Tác động nhanh

Tác động nhanh: Đảm bảo tính ổn định của các máy phát làm việc song song trong HTĐ Giảm tác hại của dòng ngắn mạch đến các thiết

bị, giảm xác suất gây hư hỏng nặng hơn, nâng cao hiệu quả tự đóng lại.

Thời gian cắt = T relay + T CB

Ví dụ:

Đường dây 300 → 500 Kv:0.1 → 0.12 s Đường dây 110 → 220 Kv: 0.15 → 0.3 s Đường dây 6 → 10 Kv :1.5 → 3 s Càng xa nguồn càng ít ảnh hưởng đến tính ổn định của HTĐ

U

1.3.4 Độ tin cậy

Độ tin cậy:

Khi có sự cố trong vùng BV thì BV phải tác động chắc chắn Nhưng nó không tác động đối với các sự cố mà nó

không được giao

Để bảo vệ tin cậy cao cần phải dùng các sơ đồ đơn giản, giảm số lượng rơle và các tiếp xúc, cấu tạo đơn giản, chế độ lắp ráp bảo đảm chất lượng đồng thời kiểm tra, bảo trì thường xuyên.

1.3.5 Kinh tế

Kinh tế:

Phải lựa chọn phù hợp yêu cầu để luôn đảm bảo

giá thành phải chăng

1.4 Các bộ phận của hệ thống điện

oPhần đo lường: liên tục thu nhận tín hiệu về trạng thái của đối tượng được bảo vệ Ghi nhận xuất hiện sự cố và tình trạng làm việc không bình thường rồi truyền tín hiệu đến phần logic Phần

đo lường nhận tín hiệu thông qua biến dòng điện và biến điện áp

oPhần logic: nhận tính hiệu từ phần đo lường để phản ánh tình

trạng của đối tượng bảo vệ Phần logic có thể là tổ hợp các rơle trung gian hay mạch logic tín hiệu (0-1), rơle thời gian và phần tử điều khiển máy cắt Phần này hoạt động theo chương trình định sẵn

đi khiển máy cắt.

1.5 Mã rơle / ký hiệu

Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Tên gọi

21 BV khoảng cách 47 BV thứ tự pha

21N BV khoảng cách chống chạm đất 48 BV mất gia tốc

24 BV quá từ 49 R-S BV nhiệt độ Rôto – Stato

25 BV đồng bộ 50/50N BV quá dòng điện cắt nhanh

26 BV dầu 51BF BV hư hỏng máy cắt

27 BV thấp áp 51G BV quá dòng chống chạm đất

30 BV chỉ thị vùng bảo vệ 51GS BV quá dòng chống chạm đất S

32F BV định hướng cs thứ tự thuận 51/51N BV QDCCĐ thời gian trễ

32R BV định hướng cs thứ tự nghịch 51V BV QD có kiểm tra điện áp

33 BV chị thị mức dầu thấp 52 Máy AC

37 BV dòng điện thấp và cs thấp 59 BV điện áp

40 BV phát hiện mất kích thích MF 59N BV điện áp thứ tự không

1.5 Mã rơle / ký hiệu

Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Tên gọi

62 Rơle thời gian 86 Rơle cắt và khóa máy cắt

63 Rơle áp suất 87 Bảo vệ so lệch

64 Rơle chống chạm đất 87G Bảo vệ so lệch máy phát

64R Rơle chống chạm đất Rôto 87T Bảo vệ so lệch máy biến áp

67 Rơle dòng định hướng 87B Bảo vệ so lệch thanh cái

67N Rơle dòng định hướng chống cđ 87N Bảo vệ so lệch chống chạm đất

74 Rơle xóa giám sat mạch cắt 90 Rơle điều hòa điện thế

76 Rơle quá dòng điện DC 92 Rơle định hướng cs và điện áp

78 Rơ le MĐB hay đo góc lệch pha 95 Rơle phát hiện đứt mạch thứ cấp BI

79 Tự đóng lại 96 Rơle hơi

80 Rơle phát hiện mất nguồn DC

 50 : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha cắt

 64 : Rơ le bảo vệ chạm đất (3Uo hoặc 3Io)

 27 : Rơ le bảo vệ điện áp thấp

 59 : Rơ le bảo vệ điện áp cao

 51VP : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha

MBT phía sơ cấp có khóa điện áp

 51QTP : Rơ le bảo vệ quá tải MBT phía sơ cấp

 51NP : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT phía

 51QTS : Rơ le bảo vệ quá tải MBT cuộn thứ 2

 51NS : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT cuộn thứ 2

 51GNS : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT tại trung tính cuộn thứ 2

 51T : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 3

 51VT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 3 có khóa điện áp

 51QTT : Rơ le bảo vệ quá tải MBT cuộn thứ 3

 51NT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT cuộn thứ 3

 51GNT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT tại trung tính cuộn thứ 3

 51B : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha trên thanh cái

 51NB : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất trên thanh cái

 87B : Rơ le bảo vệ so lệch thanh cái

1.5 Mã rơle / ký hiệu (bổ sung)

1.6 Nguồn điều khiển

Yêu cầu phải đảm bảo công suất và điện áp lúc bảo vệ

tác động khi có sự cố.

Loại nguồn:

1 Nguồn DC: 24V, 48V, 110V, 220V Ưu điểm không phụ thuộc vào điện lưới, khuyết điểm tốn công chăm sóc, bảo trì, phức tạp…

2 Nguồn AC: không nên dùng MBA đo lường hay MBA tự dùng để tạo nguồn cung cấp vì khi có sự cố ngắn mạch thì điện

áp giảm rất thấp Có thể dùng biến dòng để tạo nguồn cung cấp

vì khi có sự cố ngắn mạch thì dòng điện tăng cao nên dòng điện thứ cấp đủ lớn để tác động Tuy nhiên, lúc trạng thái không bình

1.7 Bảo vệ các phần tử trong HTĐ

Bảo vệ máy phát (Generator)

Bảo vệ máy biến áp (Transformer)

Bảo vệ đường dây (Line)

Bảo vệ động cơ (Motor)

Bảo vệ thanh cái / thanh góp (Bus)

1.7 Bảo vệ các phần tử trong HTĐ

Bảo vệ đường dây

 Đối với đường dây từ 220KV gồm có các bảo vệ chính : 87L, 21, bảo vệ dự phòng: 21, 67/ 67N, 50/ 51, 50/51N.

 Đối với đường dây từ 66KV -110KV gồm có các bảo vệ chính :

1.7 Bảo vệ các phần tử trong HTĐ

Bảo vệ thanh cái

Bảo vệ chính: 87Bus,

Bảo vệ dự phòng: 50/51, 50/51N

 Ngoài các rơ le trên còn có các rơ le mức dầu thấp, rơ le nhiệt độ dầu , rơ

le nhiệt độ cuộn dây, rơ le áp lực (rơ le này đo tốc độ thay đổi áp lực trong dầu).

Bảo vệ dự phòng:

 Rơ le quá dòng chạm pha, chạm đất phía cao (51P, 51NP) và hạ (51S,

51NS) của máy biến thế

 Rơ le quá dòng thứ tự không lấy tín hiệu từ biến dòng điện ở trung tính phía cao máy biến thế (51 GNP ) hay ở trung tính phía hạ máy biến thế

1.8 Các rơle dùng trong lưới điện miền Nam

ABB: BV khoảng cách REL 511, REL 521, REL 670; BV so lệch RET 521, SPAD 346, RED 5213C; BV quá dòng SPAJ 140C, SPAA 341C, SPAS 348C, REF 54, REF 610, REX 521

Siemens: BV khoảng cách 7SA511, 7SA513, 7SA522; BV

so lệch 7UT512, 7UT513, 7UT612, 7UT613, 7SS522, 7SS523; BV quá dòng 7SJ511, 7SJ611, 7SJ622, 7SJ 64, 7SJ635, 7SJ600

ALSTOM: BV khoảng cách EPAC 3000, EPAC 3522, MICOM P441, P442, P443, P437, LFZP 111; BV so lệch KBCH 120, 130, 140, P632, P633, P634, LFCB 122, P543,DIB CL; BV quá dòng P120, P122, P123, P127, P141, KCGG 140, KCEG 142

1.8 Các rơle dùng trong lưới điện miền Nam

SEL: BV khoảng cách SEL 311L, SEL 421, SEL 321, SEL 311C ; BV so lệch SEL 387, SEL387E, SEL487; BV quá dòng SEL551, SEL351,SEL451

TOSHIBA: BV khoảng cách GRZ; BV so lệch GRT, D2L7E, D2B; BV quá dòng TCO 29S, GRD140

KẾT THÚC CHƯƠNG 1

LOGO

Chương 2: Kỹ thuật chế tạo rơle

GV : PHẠM THỊ MINH THÁI Đại học quốc gia Tp.HCM

Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

Thời gian vừa qua đã chứng kiến bao thay đổi to lớn trong công nghệ chế tạo rơle bảo vệ

Rơle điện cơ rơle tĩnh

Rơle digital rơle numerical

Mỗi thế hệ rơle đều được cải tiến về kích cỡ và các chức năng, cấp độ tin cậy không ngừng được nâng cao

Kỹ thuật chế tạo rơle

Kỹ thuật chế tạo rơle

Relay điện cơ

Đây là thế hệ rơle đầu tiên dùng cho hệ thống điện, đã có lịch sử gần 100 năm Loại rơle này làm việc trên nguyên lý điện cơ, lực điện động tác động làm cơ cấu hoạt động khi có tác nhân kích thích

Kỹ thuật chế tạo rơle

Static relay (relay tĩnh)

Thuật ngữ “tĩnh“ chỉ rằng rơle loại này không

có các bộ phận chuyển động Trong phạm vi bảo

vệ, khái niệm "tĩnh" muốn nói tới việc không có phần chuyển động để tạo các đặc tính của rơle

Kỹ thuật chế tạo rơle

Static relay (relay tĩnh)

 Rơle tĩnh được giới thiệu vào đầu thập niên 60 Thiết kế của nó dựa trên những thiết bị điện tử tương tự để thay thế lõi sắt và nam châm tạo ra đường đặc tính của rơle

 Mỗi rơle loại này chủ yếu vẫn bị giới hạn trong 01 loại bảo vệ Để có thể bảo vệ đa chức năng, người

ta phải nối nhiều hộp rơle lại với nhau

Kỹ thuật chế tạo rơle

Static relay (relay tĩnh)

Lập trình cho rơle tĩnh cũng giới hạn với một vài hàm cơ bản để điều chỉnh đường đặc tính của rơle

Như vậy, rơle tĩnh là sự thay thế các phần điện

cơ bằng mạch điện tử tương tự, với một vài thiết lập thuận tiện hơn, tiết kiệm hơn về không gian…

Kỹ thuật chế tạo rơle

Digital relay (relay kỹ thuật số)

 Sự ra đời của Digital relay là sự phát triển mới trong bảo vệ rơ le Vi xử lý và vi điều khiển đã thay thế những mạch điện tương tự dùng trong rơle tĩnh để thực thi các chức năng

 Những digital relay đầu tiên được đưa vào khoảng những năm 80, và với sự cải thiện không ngừng khả năng của nó, đến nay digital relay vẫn được coi là công nghệ hiện đại cho rất nhiều ứng dụng

Kỹ thuật chế tạo rơle

Digital relay (relay kỹ thuật số)

 So với rơle tĩnh, digital relay đưa vào bộ chuyển đổi tương tự/số cho mọi đại lượng tương tự đo được, sử dụng vi xử lý để thực thi các thuật toán bảo vệ

 Digital relay có thể thiết lập thông số rộng hơn và chính xác hơn rơle điện cơ hay rơle tĩnh Nó có thể đường giao tiếp với các máy tính điều khiển

Kỹ thuật chế tạo rơle

Numerical relay

Sự khác biệt giữa digital relay và numerical relay nằm trên quan điểm độ hoàn thiện về công nghệ chứ không phải ở nguyên lý bảo vệ Có thể xem đây như một sự phát triển tự nhiên của digital relay như một kết quả của sự tiến bộ trong công nghệ

Chi phí vi xử lý và các thiết bị số liên quan (bộ nhớ, cổng ra vào, ) ngày càng giảm, đã dẫn đến việc tiếp cận công nghệ này theo cách sử dụng một thiết bị phần cứng đơn để xử lý một lượng lớn các chức năng (‘one-box solution’ approach)

Kỹ thuật chế tạo rơle

Numerical relay

 Sử dụng bộ vi xử lý đa chức năng đã cung cấp cho rơle khả năng tính toán cần thiết đối với một

số lượng lớn các chức năng mà trước đây được

thực thi trong các phần tử phần cứng riêng biệt Tất cả chỉ gói gọn trong một phần cứng

 Chính vì vậy chỉ cần một lỗi của numerical rơle cũng có thể làm cho rất nhiều chức năng bị kéo theo, điều này khác với việc các chức năng khác nhau được thực thi bởi các thiết bị riêng

KẾT THÚC CHƯƠNG 2

Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

Giới thiệu một số loại rơle

Chương 3: Các loại rơle

Gồm có:

 Lõi sắt 1 làm khung sườn và mạch tĩnh

 Phần động 2 và là giá mang tiếp điểm 5

 Lò xo 3 kéo phần động 2 luôn cho tiếp điểm 5 hở

 Cuộn dây 4 tạo từ thông

1

2

3

4 5

rơle điện từ - cấu tạo

R

I



oKhi có dòng điện chạy vào cuộn dây 4 sẽ sinh ra sức từ động

và từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2

oTừ thông Φ sinh ra lực hút

oVì lõi sắt không bảo hòa nên

rơle điện từ - nguyên lý hoạt động

Đóng cắt mạng điện

Rơle dòng điện

Rơle kém điện áp

rơle điện từ - ứng dụng

oGiống như rơle điện từ, nhưng rơle trung gian điện từ có kích thước lớn hơn vì có nhiều tiếp điểm thường đóng (NO) thường hở (NC) và tiếp điểm có kích thước lớn hơn

oCó khả năng đóng cắt đồng thời nhiều mạch và có công suất lớn

rơle trung gian điện từ - cấu tạo

oLõi sắt 1 làm khung sườn và là phần tĩnh

oCuộn dây quấn 2 trên lõi sắt

oPhần động giá 3 (lõi sắt) trên đó có khớp giữ

o Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây sẽ sinh ra sức từ động

và từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2

1

2

3 5

oĐể báo động và lưu lại dấu tích đã tác động

rơle tín hiệu - ứng dụng

oGồm mạch từ có khe hở không khí và đĩa nhôm đặt tại khe hở không khí Trên đĩa nhôm có tiếp điểm và lò xo

oTrên mạch từ có quấn cuộn dây

oCó nam châm hình chữ U để đĩa nhôm không bị dao động và

có nhiệm vụ làm cho đĩa nhôm quay chậm lại

oKhi có điện IR vào cuộn dây sẽ tạo ra từ thông ΦR Từ thông

Φ R tách ta thành Φ R1 và Φ R2 Từ thông Φ R1 xuyên qua vòng ngắn mạch, cảm ứng vòng ngắn mạch sinh ra sức điện động E N và dòng ngắn mạch I N Dòng I N sinh ra từ thông Φ N

oTại khe hở không khí ta có ;

oMoment điện từ tác động lên đĩa nhôm

rơle cảm ứng – nguyên lý hoạt động

oThời gian tác động của tiếp điểm rơle cảm ứng tùy thuộc vào khoảng hở tiếp điểm, lực kéo lò xo và dòng điện I R

oVì khoảng hở tiếp điểm và lực kéo lò xo được chỉnh cố định nên thời gian tác động chỉ còn phụ thuộc vào I R

oTuy nhiên, trên thực tế thì do lọi sắt bị bảo hòa nên khi I tăng

mà Φ không tăng nên M cũng không tăng, thời gian tác động không giảm.

oĐồ thị đặc tính nằm ngang Phần phụ thuộc

Phần độc lập

Thực tế

Lý thuyết

rơle cảm ứng – đặc tính

oDùng bảo vệ mạch điện

oThông thường người ta đặt chung rơle điện từ và rơle cảm ứng chung với nhau, tiếp điểm của chúng được nối song song nhau Cho nên đường cong đặc tính (rơle cảm ứng dùng để bảo vệ quá tải, rơle điện từ dùng để bảo vệ ngắn mạch):

rơle cảm ứng – ứng dụng

Gồm có:

 Lõi sắt có cực từ hướng vào trong

 Ở giữa có 1 ống hình trụ bằng nhôm quay quanh 1 trục, trên trục có gắn tiếp điểm và lò xo.

 Trên lõi sắt có 2 bộ cuộn dây.

rơle công suất – cấu tạo

oĐặt điện áp UR vào cuộn dây điện áp sẽ sinh ra dòng điện I U

qua cuộn dây và sinh từ thông ΦU

oCho dòng I R qua cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra từ thông Φ I

oKhi mạch từ chưa bảo hòa: U R tỷ lệ với I U , I U tỷ lệ với Φ U , I R tỷ

Momen quay cực đại khi

Là hướng nhạy nhất của rơle công suất

Nhớ lại

Thông thường nên

Thông thường nên

oĐường đặc tính thời gian tác động của rơle công suất tương

tự như đường đặc tính thời gian tác động rơle cảm ứng

oMột trong hai đại lượng U R hay I R đổi chiều thì ống nhôm quay đổi chiều.

rơle công suất – đặc tính

oDùng cho hệ thống bảo vệ có định hướng công suất, mạng nhiều nguồn.

oVí dụ:

rơle công suất – ứng dụng

oThanh ngang bị lò xo kéo nên luôn luôn áp sát vật cản.

o Khi cho dòng điện IR vào cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra moment điện hút thanh ngang

1

6

rơle tổng trở - nguyên lý hoạt động

o Đặt điện áp áp U vào cuộn dây điện áp sẽ sinh ra moment điện hút thanh ngang