Chương 10 : BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Giới thiệu 2. Nguyên lý hoạt động của rơle khoảng cách 3. Đặc tính hoạt động của rơle khoảng cách 4. Mối quan hệ giữa điện áp rơle và tỉ số 5. điện áp giới hạn để việc đo chính xác một vùng 6. Vùng bảo vệ 7. Đặc tính rơle khoảng cách

Chương 10 : BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

1 Giới thiệu

2 Nguyên lý hoạt động của rơle khoảng cách

3 Đặc tính hoạt động của rơle khoảng cách

4 Mối quan hệ giữa điện áp rơle và tỉ số

5 điện áp giới hạn để việc đo chính xác một vùng

6 Vùng bảo vệ

7 Đặc tính rơle khoảng cách

1 Introduction (giới thiệu)

Rơle khoảng cách đã được giới thiệu vào năm 1923 trong một nỗ lực để vượt qua những ứng dụng liên quan với thời gian quá dòng chuyển tiếp đã được phân loại Các rơ le đầu tiên là dựa trên nguyên tắc cảm ứng đĩa được thiết kế đặc biệt để có thời gian khoảng cách là tuyến tính (hoặc trở kháng) đặc trưng trong đó là tốc độ hoạt động là tỷ lệ thuận với sự cố trở kháng vòng lặp, i.e.t và Z rơ le này nằm ở điểm khác nhau trong một hệ thống sẽ có xu hướng hoạt động như sau rơle gần sự

cố nhất thì hoạt động đầu tiên Khi được sử dụng kết hợp với các yếu tố định

hướng hệ thống cung cấp một hình thức bảo vệ phân biệt cao mà không cần liên

kết thông tin và cung cấp một sự bảo vệ back-up (Power System Protection – Vol 2)

“ Fault loop impedence (sự cố Các trở kháng vòng lặp là khía cạnh quan trọng nhất để xem xét khi thiết kế một mạch điện Nó ảnh hưởng trực tiếp kích thước của

bộ ngắt mạch và kích thước của cáp có thể được sử dụng trên một cài đặt)

Fault loop impedence là chính xác những gì tên của nó ngụ ý - đó là trở kháng (hoặc kháng) của mạch kín (hoặc mạch) trong điều kiện sự cố

Mỗi sự cố thường được coi là một mạch ngắn ở cuối cuối đường dây hoặc tại các thiết bị đầu cuối của tải

Các "loop" trong trường hợp này để chỉ toàn bộ con đường mà các dòng điện sẽ chạy trong mạch trong điều kiện lỗi Có 2 khả năng cho một mạch ngắn ở cuối đường dây Đầu tiên là ngắn mạch một pha Thứ hai là ngắn mạch một pha chạm đất

Trở kháng của ngắn mạch pha chạm đât được sử dụng trong các tính toán Điều này là bởi vì các dây nối đất thường nhỏ hơn so với các dây đang hoạt động, do đó,

nó sẽ có sức đề kháng hơn sự cố phase to phase Tại sao chúng tôi muốn các giá trị điện trở cao hơn sẽ có ý nghĩa hơn sau này

http://www.mandrelectrical.com.au/faultloopimpedance.php

(Fault Loop Impedance)

“Backup protection” được thiết kế để hoạt động khi có một sự cố trong hệ thống điện không được xử lí hết hoặc một tình trạng bất thường không được phát hiện trong thời gian cần thiết vì sự thất bại hoặc không có khả năng bảo vệ khác để hoạt động hay thất bại của máy cắt thích hợp để chuyến ngắt.( http://electrical-

engineering-portal.com/download-center/books-and-guides/power-system-protection/backup-protection)

Tại sao Fault loop impedence quan trọng

trở kháng trên mạch xác định có bao nhiêu dòng sẽ chảy nếu có ngắn mạch Đườngdây dẫn hoạt động hiệu quả như một điện trở mà đã được đặt trên các máy cắt, nhưthể hiện trong biểu đồ dưới đây

Khi trở kháng cao, ít dòng sẽ chảy qua Nếu nó là quá cao, đó một khả năng rất thực tế rằng các máy cắt sẽ mất quá lâu để ngắt, nếu nó ngắt tại tất cả.

(Power System Protection – Vol 2)

Năm 1931, Lewis và Tippet phát triển các lý thuyết cổ điển bảo vệ rơle khoảng cách trong đó cung cấp các gói kích thích cho sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực bảo vệ này, ngoài sự phát triển này đến các khái niệm về bước chuyển tiếp thờigian đặt cho role khoảng cách là để khắc phục những vấn đề liên quan đến phụ thuộc thời gian đo trở kháng trong việc phát triển hệ thống truyền tải Bước chuyểntiếp thời gian cho rơ le khoảng cách vẫn là cơ sở để bảo vệ khoảng hiện đại, như sẽđược hiển thị sau này, trong đó để đảm bảo thời gian hoạt động tối thiểu cho

khoảng trở kháng , thời gian được tăng lên cho các phạm vi trở kháng cao hơn.Cũng trong suốt giai đoạn phát triển này , sự hiểu biết về các yêu cầu bảo vệ rơ le khoảng cách tăng lên nhanh chóng và đặc điểm mới nổi lên (như điện trở relay và điện kháng relay) mà là phù hợp hơn với yêu cầu của hệ thống điện

Trong nhiều năm gần đây, việc thành lập các phương pháp điện tử đã cung cấp mộtthiết kế linh hoạt hơn nhiều mà được phản ánh chủ yếu trong sự phát triển của các loại mới của bộ so sánh có tính chất phức tạp hơn mặc dù cũng cần lưu ý rằng sự linh hoạt như vậy đã không phải luôn luôn được phát triển để có lợi thế tốt nhất, đặc biệt là trong những năm đầu của sự phát triển

(NPAG)Vấn đề của việc kết hợp giải quyết sự cố nhanh với chọn ngắt cho nhà máy

là một mục tiêu quan trọng cho việc bảo vệ hệ thống điện Để đáp ứng các yêu cầu này, hệ thống bảo vệ tốc độ cao cho truyền tải và mạch phân phối chính phải phù hợp khi sử dụng với bộ phận ngắt mạch tự động và nó liên tục phát triển và được ứng dụng rất rộng rãi

Bảo vệ khoảng cách, ở dạng cơ bản của nó, là một hệ thống bảo vệ phi-đơn vị cungcấp đáng kể lợi thế về kinh tế và kỹ thuật Không giống như bảo vệ pha và quá dòng trung tính, các lợi thế quan trọng của bảo vệ khoảng cách là bảo hiểm sự cố của mạch bảo vệ là hầu như độc lập với nguồn trở kháng thay đổi

Điều này được minh họa trong hình 10.1, nơi nó có thể được nhìn thấy rằng bảo vệquá dòng không thể áp dụng một cách thỏa đáng Khoảng cách bảo vệ là tương đối đơn giản để áp dụng và nó có thể được nhanh chóng hoạt động cho những lỗi nằm dọc theo hầu hết một mạch bảo vệ Nó có thể cũng cung cấp cả cấp một và h ỗ tr ợ

từ xa chức năng trong một sơ đồ Nó có thể dễ dàng được điều chỉnh để tạo ra mộtđơn vị bảo vệ Đề án khi áp dụng với một kênh báo hiệu Trong hình thức này đó là rất thích hợp cho các ứng dụng với tốc độ cao tự động đóng lặp lại-, để bảo vệ các đường dây truyền tải quan trọng

Do đó,để relay hoạt động cho sự cố đường dây, dòng relay cài đặt <6640A và> 7380A Điều này là không thực tế, quá dòng rơle không phù hợp Phải sử dụng bảo

vệ khoảng cách và đơn vị

Hình 10.1 ưu điểm của khoảng cách trong bảo vệ quá dòng

2 Principles of Distance Relays (nguyên lý của relay khoảng cách)

Bởi vì trở kháng của một đường dây truyền tải tỷ lệ với nó chiều dài, để đo khoảngcách đó thì dùng rơle có khả năng đo trở kháng của một đường dây lên đến một điểm định trước (điểm tầm) như vậy Một relay này được mô tả như một rơle khoảng cách và được thiết kế để chỉ hoạt động cho những lỗi xảy ra giữa các vị trí

relay và tầm ho ạt đ ộng được lựa chọn, do đó c ó sự phân biệt đối với những lỗi

có thể xảy ra trong phần đường dây khác nhau

Các nguyên tắc cơ bản của bảo vệ khoảng cách liên quan đến việc phân chia điện

áp tại các điểm đặt relay bằng cách đo hiện tại việc tính các trở kháng được so sánh với điểm tầm trở kháng Nếu trở kháng đo được là nhỏ hơn điểm tầm trở kháng, nó được giả định rằng một sự cố tồn tại trên đường giữa relay và điểm tầm.Các điểm tầm với của một relay là quỹ tích điểm dọc theo đường dây trở kháng được cắt bởi các đặc điểm biên của relay Vì đây là phụ thuộc vào quan hệ của điện áp và dòng điện và góc pha giữa chúng, nó có thể được vẽ trên một R / X sơ

đồ điểm trở kháng hệ thống điện theo cách nhìn của relay trong suốt sự cố, nguồn không ổn định và tải thay đổi có thể được vẽ trên cùng một sơ đồ và theo cách này hiệu suất của các relay trong sự hiện diện của sự cố hệ thống và các rối loạn có thể được nghiên cứu.(NPAG)

9.3 Operating principles ( nguyên lý hoạt động) (Power System Protection – Vol 2)

9.3.1 Impedance measurement ( sự đo trở kháng)

Nguyên tắc hoạt động của bảo vệ khoảng cách là dựa trên thực tế rằng, từ bất kỳ điểm đo trong một hệ thống điện trên đường dây trở kháng để một sự cố trong hệ thống có thể được xác định bằng cách đo điện áp và dòng tại các điểm đo Trong thực tế, việc đo relay là để sắp đặt một điểm cân bằng như là , tại sự cố cụ thể thiết lập, một dòng hoặc điện áp tỷ lệ với dòng sự cố chính (khác với dòng cân bằng) hoặc điện áp tỷ lệ với điện áp chính Điểm cân bằng này được xác định bởi các thiết lập trở kháng relay, ZR Như vậy, các relay hoặc hoạt động hoặc kiềm chế, tùy thuộc vào việc các trở kháng sự cố là nhỏ hơn hoặc lớn hơn, các thiết lập rơle Các thiết lập của relay phải phù hợp với hệ thống chính bởi vì sau này bao gồm trở kháng đó là cần thiết để lấy số liệu của góc pha của đường dây bảo vệ Đây được xem chi tiết hơn sau

Relays như mô tả ở trên có thể được sử dụng tại các điểm khác nhau trên hệ thống

và bằng cách sắp xếp các rơle để cho nó gần sự cố hơn hoạt động sớm hơn so với những rơ le ở xa, phân biệt ngắt của máy cắt kiểm tra tuyến dây khác nhau có thể

đạt được Phân biệt như vậy đòi hỏi, ngoài việc trở kháng đo lường, một tính năng định hướng và một tính năng phụ thuộc thời gian Sau đó là thu được bằng cách cung cấp một sự kết hợp của các rơle khoảng cách với các cấp thời gian bước đặc trưng như hình Trong các ví dụ cụ thể cho thấy, các đặc trưng của bảo vệ khoảng cách tại bất kỳ địa điểm A, B, C hoặc D là trong 3 giai đoạn Mỗ rơle có đo trở kháng hướng.

Rơ le tại A có một giai đoạn 1 trở kháng phạm vi được thiết lập để hoạt động (ngaylập tức) và máy cắt liên quan sẽ ngắt khi có một sự cố xảy ra trong 80% đầu tiên

của feeder 1 và chỉ khi có sự cố hiện tại là theo định hướng như hiển thị Các thiết lập giai đoạn 2 của relay cùng được thiết lập để bao gồm toàn bộ các nhánh 1 và

(thường) 20-30% đầu tiên của feeder 2 nhưng việc ngắt được bắt đầu sau một thời gian trễ ngắn Các thiết lập giai đoạn 3 được thiết lập bao gồm sự cố trong 1 đường dây 1 và 2 và có thể xa hơn nữa và ngắt sau một thời gian chậm trễ hơn nữa.Kết hợp các giai đoạn đo lường và chồng lên những rơle B, C và D tương đối so với hai lộ và với hướng đo được chỉ định bởi các mũi tên, kết quả tất cả đặc trưng thời gian được hiển thị trong hình Rõ ràng là bất kỳ sự cố trên tuyến trung chuyển

2 được cách ngay lập tức bằng cách hoạt động của relay tại C và vì rơle tại A hoạt động chỉ sau một thời gian trễ cho những sự cố như vậy, feeder 1 vẫn còn trong dịch vụ

9.3.2) Derivation of basic measuring quantities(nguồn gốc cơ bản của đại lượng

đo lường)

Ngoài các yêu cầu cơ bản nêu trên, nó là cần thiết cho một bảo vệ khoảng cách để thích ứng với sự đa dạng của lỗi hệ thống điện (ba pha, pha-pha, pha-đất, hai pha-to-earth và ba -phase-to-earth) bằng cách sắp xếp các rơle thích hợp đo trở kháng tương tự cho tất cả các loại sự cố Điều này đạt được bằng cách bắt nguồn từ độ chính xác điện áp và dòng điện của hệ thống điện phù hợp với loại sự cố Như vậy,cho những sự cố liên quan đến hơn một pha là điện áp dây được đặt cho rơle cùng với sự khác biệt của các dòng pha như minh họa trong hình 9.3.2A Bởi điều này

có nghĩa là trở kháng đo được cho sự cố pha chạm pha và ba pha là tích cực tự trở kháng Z và nó có thể được hiển thị mà trở kháng này cũng được đo cho một tình trạng lỗi double-earth Cần lưu ý rằng đo trở kháng dựa trên điện áp pha-pha và giai đoạn hiện tại (chứ không phải là sự khác biệt của dòng pha) kết quả trong trở kháng khác nhau cho cả ba loại lỗi nhiều pha

3 Relay Performance(đặc tính hoạt động rơle)

Đặc tính hoạt động rơle khoảng cách được định nghĩa về độ chính xác và thời gian tác động Độ chính xác là một sự so sánh thực tế miền thuần trở của rơle trong điều kiện thực tế với giá trị cài đặt relay (trong ohms) độ chính xác nhất là phụ thuộc vào mức điện áp hiện tại của relay trong điều kiện sự cố các kỹ thuật đo trở kháng được dùng trong riêng từng dạng relay cũng có tác động ?

Thời gian thao tác có thể thay đổi tùy theo dòng sự cố ,với vị trí sự cố liên quan đến thiết lập relay, và với các điểm trên sóng điện áp mà tại đó các lỗi xảy ra Tùy thuộc vào các kỹ thuật đo lường làm việc trong một thiết kế đặc thù ralay, sai số khi đo tín hiệu trong thời gian ngắn, cũng có thể trì hoãn bất lợi đến hoạt động relay cho sự cố gần phạm vi hoạt động Nó là bình thường đối với điện cơ và rơle khoảng cách tĩnh để yêu cầu thời gian hoạt động cả tối đa và tối thiểu Tuy nhiên, đối với relay khoảng cách kỹ thuật số hoặc số hiện đại, sự biến đổi giữa chúng là nhỏ hơn nhiều điều kiện vận hành hệ thống và vị trí sự cố

3.1) relay khoảng cách điện cơ/tĩnh

Với thiết kế rơle cơ điện và trước relay tĩnh, độ lớn của số lượng đầu vào đặc biệt

là ảnh hưởng cả đến độ chính xác và thời gian hoạt động đó là thường lệ để trình bày thông tin về hoạt động relay biểu diễn bởi điện áp / đường cong, như thể hiện trong hình 10.2, và thời gian hoạt động / đường cong vị trí sự cố cho giá trị khác nhau của tỷ lệ nguồn trở kháng (SIR) như trong Hình 10.3, trong đó:

SIR =

là trở kháng nguồn của hệ thống đến vị trí đặt rơle

là trở kháng đường dây tương đương với tầm hoạt động thiết lập cho rơle

3.2 rơle khoảng cách số/kĩ thuật số

Ngoài ra, các thông tin trên đã được kết hợp trong một tập hợp đường cong cong, nơi vị trí sự cố như là một tỷ lệ phần tram của relay thiết lập tương phản với tỉ lệ nguồn trở kháng, như minh họa trong hình 10.4.

Một cách đơn giản ta có mạch tương đương như thể hiện trong hình 10.5 (a), có thểđại diện cho bất kỳ tình trạng sự cố trong một hệ thống điện ba pha Các điện áp V

áp dụng cho vòng lặp trở kháng là hở mạch điện áp của hệ thống điện Điểm R đại diện cho vị trí relay, và là dòng và điện áp đo bằng relay,

Trở kháng và được mô tả như là trở kháng nguồn và đường dây vì vị trí của nó liên quan đến vị trí đặt relay Trở kháng nguồn là thước đo mức độ sự cố tại điểm đặt relay Còn các sự cố liên quan đến đất nó phụ thuộc vào cách thức của hệ thống nối đất phía sau điểm đặt relay.

trở kháng đường dây là sự đo trở kháng của các phần bảo vệ Điện áp đặt cho relay và = Đối với mỗi sự cố ở trong tầm với, điều này có thể được thể hiện nhanh chóng trong điều kiện tỉ số bởi của biểu thức sau đây:

do đó

hoặc (đặc trương cho hình 10.b)

1 đối với sự cố pha, V điện áp dây và được xác định bởi tỉ số trở kháng thứ tự thuận nguồn và trở kháng dây Là điện áp dây relay và là dòng dây qua relay

2 đối với sự cố chạm đất, V là điện áp pha và là một sự hợp lại tỉ số gồm trở kháng thứ tự thuận và trở kháng thứ tự không là điện áp pha và là dòng relay

5 Điện áp giới hạn để việc đo chính xác một vùng.

Khả năng của một rơle khoảng cách để đo chính xác cho một miền điểm sự cố phụ thuộc vào điện áp tối thiểu ở các vị trí relay trong điều kiện này là trên một giá trị

đã kê khai Điện áp này, mà phụ thuộc vào việc thiết kế tiếp, cũng có thể được tríchdẫn trong các điều khoản của một tối đa tương đương hoặc SIR.

Khoảng cách rơ le được thiết kế sao cho, cung cấp các miền điện áp Tiêu chuẩn được đáp ứng, bất kỳ lỗi đo tăng thêm cho những sự cố gần rơle sẽ không ngăn cảnrelay hoạt động Relay hiện đại nhất được cung cấp với sự phân cực điện áp pha mạnh và hoặc điện áp phân cực bộ nhớ Mục đích chính của role điện áp phân cực

là để đảm bảo chính xác sự phản ứng có hướng của relay cho sự cố lân cận, hướng

về phía trước hoặc ngược lại, nơi sợ cố vòng lặp đo điện áp bằng relay có thể là rất nhỏ

6 Vùng bảo vệ

Cẩn thận lựa chọn các vùng cài đặt và thời gian ngắt cho các các vùng khác nhau

để có phép đo chính xác phối hợp giữa các rơle khoảng cách trên một hệ thống điện bảo vệ khoảng cách cơ bản sẽ bao gồm bảo vệ tức thời có hướng Zone 1 và một hoặc nhiều khu vực thời gian bị trì hoãn Tầm hoạt động chính và thời gian càiđặt cho 3 vùng bảo vệ khoảng cách được thể hiện trong hình 10.6 các rơle khoảngcách kỹ thuật số và số có thể có nhiều hơn ba khu vực (ví dụ như P44x lên đến năm, P43x lên đến tám), một số thiết lập để đo lường theo hướng ngược lại Thiết lập đặc trưng cho ba vùng tiên tiến c ủa bảo vệ khoảng cách cơ bản được đưa ra trong các phần dưới đây Để xác định các cài đặt cho một thiết kế relay chi tiết hoặc cho một đ phối hợp bảo vệ khoảng cách chi tiết , gồm đầu nối tín hiệu, nh ữngrelay này nên theo sự chỉ dẫn nhà sản xuất

6.1 cài đặt vùng 1

relay Điện cơ / tĩnh thường có bảo vệ vùng 1 được thiết lập bảo vệ tức thời lên đến80% của trở kháng đường dây Đối với relay số và kĩ thuật số, thiết lập lên đến 85% để có thể được an toàn Các kết quả 15-20% đảm bảo giới hạn an toàn rằng bảo vệ Vùng 1 mất chọn lọc do sai sót trong các máy biến dòng và điện áp, dữ liệu về tổng trở đường dây cung cấp không chính xác khi chỉnh định và đo lường relay Nếu không, nó sẽ là một thiệt hại của sự phân biệt với hoạt động bảo vệ nhanh chóng trên đường dây Vùng 2 của bảo vệ khoảng cách phải che còn lại 15-20% của đ ư ờng d ây