Chương 6 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG

Để đảm bảo và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, người ta thường dùng mạng vòng hay nhiều nguồn cung cấp. Đối với mạng điện này thì nếu không dùng thiết bị định hướng công suất thì tính chọn lọc của bảo vệ sẽ không được đảm bảo.Để đảm bảo và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, người ta thường dùng mạng vòng hay nhiều nguồn cung cấp. Đối với mạng điện này thì nếu không dùng thiết bị định hướng công suất thì tính chọn lọc của bảo vệ sẽ không được đảm bảo.

Chương 6 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN

Bảo vệ dòng điện có hướng

Để đảm bảo và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện , người ta thường dùng mạng vòng hay nhiều nguồn cung cấp Đối với mạng điện này thì nếu không dùng thiết bị định hướng công suất thì tính chọn lọc của bảo vệ sẽ không được đảm bảo

6.1 Nguyên tắc hoạt động

7

6.1 Nguyên tắc hoạt động

điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp của trạm có đặt bảo vệ Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện vượt quá giá

ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ

Trường hợp tổng quát, bảo vệ dòng điện có hướng gồm 3 bộ phận chính: khởi động, định hướng công suất và tạo thời gian Bộ phận định hướng

điện áp (BU) Để bảo vệ tác động đi cắt, tất cả các bộ phận của bảo vệ

Khảo sát các đồ thị vecto với chiều khác nhau của công suất ngắn mạch đi qua bảo vệ số 2

Khi N1, công suất ngắn mạch qua

BV2 đi từ thanh góp B vào đường dây,

lúc này dòng qua role IR = IN1 giả thiết

góc lệch pha có giá trị dương

6.2 Phần tử định hướng công suất

6.2 Phần tử định hướng công suất

Khi N2, công suất ngắn mạch qua

BV2 đi từ đường dây vào thanh góp B,

lúc này dòng role IR bằng –IN2 (theo giả

thiết ban đầu) góc lệch pha có giá trị

Nối rơle định hướng công suất để nó khởi

động khi nhận được góc ϕ (công suất ngắn

mạch hướng từ thanh góp vào đường dây)

và không khởi động khi nhận được góc ϕ’

(công suất ngắn mạch hướng từ đường dây

vào thanh góp) và như vậy ta đã thực hiện

được bảo vệ có hướng

U U

I = Φ

RU

Vùng tác động ứng với điều kiện

90

R R

α ϕ ϕ

RU

Rơ le định hướng sông suất có thể làm việc theo dòng và áp toàn phần Hay nó có thể làm việc theo dòng và áp thứ tự

Ta khảo sát sự phân cố công suất của các thành phần thứ tự

Sơ đồ có độ nhạy cao với tất cả các dạng sự cố bất đối xứng

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

17 6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

G iả thiết rơle có góc α = 45o

Đường độ nhạy bằng 0 lệch với điện áp Ubc(3) một

góc 900 - 450 = 450

Góc ϕN(3) giữa Ia(3) và Ua(3) được xác định bằng

tổng trở thứ tự thuận một pha của phần đường

dây trước điểm ngắn mạch N và điện trở quá độ

rqđ ở chỗ hư hỏng

Giá trị ϕN(3) nằm trong phạm vi 0 ≤ ϕN(3) ≤ 900

Ta thấy ở các giá trị ϕN(3) bất kỳ trong phạm vi

trên, rơle sẽ làm việc đúng nếu Ubc(3) có giá trị đủ

để rơle làm việc

Khi góc ϕN(3) = 450 hướng véctơ dòng điện trùng với đường độ nhạy cực đại và do đó sơ

đồ sẽ làm việc ở điều kiện thuận lợi nhất Khi chọn α = 0 sơ đồ có thể không tác động khi ngắn mạch ở đầu đường dây qua điện trở quá độ rqđ

Ngắn mạch 3 pha đối xứng:

Điều kiện làm việc của các rơle nối vào dòng các pha là giống nhau

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Ngắn mạch giữa 2 pha:

Điều kiện làm việc của các rơle nối vào dòng

các pha hư hỏng là không giống nhau

Ví dụ NM hai pha BC pha A không làm việc vì

IA=0

Vì vậy, chẳng hạn như khi ngắn mạch giữa hai

pha B, C cần xét đến sự làm việc của rơle số 2

rqđ; trị số của nó có thể thay đổi trong phạm vi

0 ≤ ϕN(2) ≤ 900 Từ đồ thị ta thấy, trị số của điện

áp U2R luôn luôn lớn và rơle (số 2) làm việc

đúng đắn ở giá trị ϕ (2) bất kỳ

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Operation zone

operation zone

Non-Ngắn mạch giữa 2 pha:

Vì vậy, chẳng hạn như khi ngắn mạch giữa hai

pha B, C cần xét đến sự làm việc của rơle số 3

23

Ngắn mạch một pha trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp:

Ta khảo sát sự làm việc của rơle nối vào dòng pha hư hỏng (rơle số 1 khi ngắn mạch pha A)

Trong trường hợp này Role pha A làm việc giống như trong NM 3 pha đối xứng

Qua đồ thị ta thấy, rơle nối vào dòng pha hư hỏng luôn luôn làm việc đúng

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Từ những phân tích trên có thể rút ra kết luận như sau đối với sơ đồ 900:

1) Sơ đồ có thể xác định đúng hướng công suất ngắn mạch trong các pha bị hư hỏng đối với tất cả các dạng hư hỏng cơ bản Để được như vậy rơle định hướng công suất cần phải có góc lệch α ≈450

2) Vùng chết chỉ có thể xảy ra khi ngắn mạch 3 pha gần chỗ nối bảo vệ (URgần bằng không)

3) Khi N(2) và N(1), các rơle nối vào dòng pha không hư hỏng có thể làm việc không đúng do tác dụng của dòng phụ tải và dòng hư hỏng trong các pha này

Vì vậy cần phải làm thế nào để sơ đồ vẫn làm việc đúng dù cho có một vài rơle tác động nhầm do dòng các pha không hư hỏng

4) Khi ngắn mạch không đối xứng sau MBA (Y/∆ hoặc ∆/Y) do lệc pha có thể làm bộ phaanuj định hướng tác động sai

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Tương tự như bảo bảo vệ 50/51

Ta phải tiến hành tính toán theo 2 chiều cho các bảo vệ rơle

6.4 Thời gian làm việc

Bảo vệ dòng có hướng thường được thực hiện với đặc tính thời gian độc lập, thời gian làm việc của các bảo vệ được xác định theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau

29

Bộ phận định hướng công suất chỉ làm việc khi hướng công suất ngắn mạch

đi từ thanh góp vào đường dây được bảo vệ (quy ước vẽ bằng mũi tên ở bảo vệ) Các bảo vệ được chia thành 2 nhóm : 2, 4, 6, và 5, 3, 1

Mỗi nhóm bảo vệ có thể chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang không phụ thuộc vào thời gian làm việc của nhóm kia

6.4 Thời gian làm việc

Cấp thứ nhất: Bảo vệ cĩ hướng cấp I là bảo vệ cắt nhanh,

thơng thường kèm theo bộ phận định hướng cơng suất

6.5 Bảo vệ dịng cĩ hướng 3 cấp

Rơle định hướng công suất trong BV cắt nhanh có hướng không cho phép

tác động khi công suất NM hướng tới thanh góp

Khi có dao động :

II

kđ = KatIkcbmax

Ikcbmax : dòng không cân bằng

Dòng khởi động:

Ikđ = KatINngmax

31

6.5 Bảo vệ dịng cĩ hướng 3 cấp

Dòng khởi động cấp I

6.5 Bảo vệ dòng có hướng 3 cấp

Chọn thời gian tII và dòng khởi động III

kđ được tính như cấp 2 không

có hướng nhưng chú ý hệ số phân dòng kpd

Cấp thứ hai: Bảo vệ có hướng cấp II là bảo vệ cắt nhanh,

thông thường kèm theo bộ phận định hướng công suất

Dòng khởi động cấp 2 tại A được chọn :

III

kđ1 = katkpdTINT

I I k

I I k

mm

k at

k

= kñ I

Chọn dòng khởi động IIII

kđ

Cấp thứ ba: Bảo vệ có hướng cấp III là bảo vệ cực đại, kèm

theo bộ phận định hướng công suất

Bảo vệ dòng có hướng thường được thực hiện với đặc tính thời gian độc lập, thời gian làm việc của các bảo vệ được xác định theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau

Chỉ cần xét hướng dòng từ thanh góp vào đường dây để tăng độ nhạy

Dòng khởi động phải lớn hơn dòng các pha không hư hỏng:

Ikđ = katIkh

Ikh: giá tri max của dòng các pha không hư hỏng

Phần chiều dài của đường dây được bảo vệ mà khi ngắn mạch trong

đó sẽ xảy ra hiện tượng khởi động không đồng thời được gọi là

bảo vệ là hiện tượng không tốt vì làm tăng thời gian loại trừ hư hỏng ở các mạng vòng

Khi nào không cần đặt phần tử định hướng công suất ?

Trên mỗi đoạn chỉ cần đặt phần tử định hướng ở bảo vệ nào có thời gian tác động nhỏ hơn ( ví dụ bảo vệ 1,2 có t1<t2 nên chỉ cần đặt

RW tại 2)

Trên đoạn nào có thời gian tác động như nhau thì không cần đặt phần tử định hướng ( Bảo vệ 3,4 có t3=t4 nên không cần đặt bảo vệ RW)

6.5 Một số lưu ý

Đường dây có 2 nguồn 2 phía

Đường dây có 2 nguồn 2 phía

39

Dòng lv ngược ( ra khỏi thanh góp A)

Dòng lv thuận (vào thanh góp A)

Dòng NM khi tại B, IN2 Dòng NM khi tại C IN3

Dòng NM khi tại A IN1

6.5 Một số lưu ý

1max 0.25 2 min; 1max 0.25 3min

I ≥ I I ≥ I Ilvmaxnguoc ≥ 0.25 Ilvmaxthuan

Theo thực tế cần bộ phận định hướng tai 1 nếu thoả nãm các điều kiện

sau:

Nếu dòng Ilvmaxnguoc > Ilvmax thuan , dùng bộ định hướng công suất sẽ cho

phép chon dòng với độ nhay cao hơn

Phân tích mạng vòng

Xét bảo vệ 2 và 9 cần chỉnh định cắt nhanh không có bộ phận thời gian

Xét bảo vệ 1 và 10 không cần đặt RW vì khi ngắn mạch trên thanh cái A không có dong NM qua 1 và 10

Vùng chết của rơle công suất: khi NM ba pha xảy ra gần nơi đặt bảo vệ thì UR = 0 nên rơle không tác động Để khắc phục ta dùng bảo vệ cắt nhanh không hướng

vc

U

n L

I

=

+

6.5 Đánh giá

Xét sơ đồ, gọi chiều dài vùng chết là lx, áp dư tại chỗ đặt bảo vệ khi ngắn mạch 3 pha tại điểm N (điểm giới hạn của vùng chết) là:

trong đó Z1: tổng trở thứ tự thuận của 1Km đường dây

Trường hợp bộ phận định hướng dùng rơle điện cơ, để rơle có thể khởi

động ở giới hạn của vùng chết cần có :

6.5 Đánh giá

Mặt khác ta có:

Với ϕR: góc giữa URvà IR

α : góc phụ của rơle, tùy thuộc cấu trúc của rơle

nU: tỷ số biến đổi của BU

,min (3)

vc

U

n L

I

=

+

6.5 Đánh giá

Tính chọn lọc:

Tính chọn lọc tác động của bảo vệ đạt được nhờ chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau và dùng các bộ phận định hướng công suất

Tính chọn lọc được đảm bảo trong các mạng vòng có một nguồn cung cấp khi không có những đường chéo không qua nguồn (hình 3.22a,b)

và trong các mạng hình tia có số nguồn cung cấp tùy ý (hình 3.22c)

6.5 Đánh giá

Tính chọn lọc:

Tính chọn lọc tác động của bảo vệ đạt được nhờ chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau và dùng các bộ phận định hướng công suất

Tính chọn lọc được đảm bảo trong các mạng vòng có một nguồn cung cấp khi không có những đường chéo không qua nguồn (a,b) và trong các mạng hình tia có số nguồn cung cấp tùy ý (hình c)

6.5 Đánh giá

Tính chọn lọc: Trong các mạng vòng có số nguồn cung cấp lớn hơn

một (hình d), tính chọn lọc không thể đảm bảo vì không thể chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang Bảo vệ cũng không đảm bảo chọn lọc trong các mạng vòng có một nguồn cung cấp có đường chéo không đi qua nguồn (hình e), trường hợp này phần mạng giới hạn bởi đường chéo có thể xem như có hai nguồn cung cấp

6.5 Đánh giá

Từ những nhận xét trên ta thấy rằng bảo vệ dòng có hướng có thể sử dụng làm bảo vệ chính trong các mạng phân phối điện áp dưới 35kV khi

nó đảm bảo được tính chọn lọc và tác động nhanh

Bảo vệ dòng có hướng cũng được sử dụng rộng rãi làm bậc dự trữ trong các bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp

Sơ đồ đấu dây bảo vệ thứ tự không có hướng Tín hiệu đưa vào rơle công suất thứ tự không: IR = 3I0 và UR = 3U0

6.6 bảo vệ thứ tự không có hướng

Ta xét quan hệ giữa IR = 3I0 và UR = 3U0 khi có sự cố chạm đất ta

thấy φ0 = - 900 khi bỏ qua R Thực tế thì khi có R thì φ0 khoảng

-1000 đến -1200 nên ta có góc nhạy nhất là -1100

cos( α ϕ + R ) = → 1 ( α + ϕR ) = → 0 ϕR = − = α ϕU − 90