Là một phương pháp bảo vệ các phần tử của hệ thống, dựa trên nguyên lý cơ bản là so sánh dòng vào và dòng ra của phần tử được bảo vệ. TẠI SAO CẦN BVSL? BVSL khắc phục được nhược điểm về thời gian cắt lâu, độ nhạy và tính chọn lọc thấp của hệ thống bảo vệ quá dòng theo các cấp thời gian (chương 8).Là một phương pháp bảo vệ các phần tử của hệ thống, dựa trên nguyên lý cơ bản là so sánh dòng vào và dòng ra của phần tử được bảo vệ. TẠI SAO CẦN BVSL? BVSL khắc phục được nhược điểm về thời gian cắt lâu, độ nhạy và tính chọn lọc thấp của hệ thống bảo vệ quá dòng theo các cấp thời gian (chương 8).
Trang 2IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 3BVSL khắc phục được nhược điểm về thời gian cắt lâu,
độ nhạy và tính chọn lọc thấp của hệ thống bảo vệ quá dòng theo các cấp thời gian (chương 8)
Trang 4Bảo vệ so lệch dựa theo nguyên lý trong điều kiện bình
thường dòng vào bằng dòng ra nên dòng so lệch bằng 0
1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA BVSL
I Giới thiệu
(Trang 4 trong “Principles of Differential Relaying”)
Trang 51 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA BVSL
(Trang 5 trong “Principles of Differential Relaying”)
Trang 62 CÁC ƯU ĐIỂM CỦA BVSL
• Tính chọn lọc rất cao (chỉ hoạt động khi sự cố ở trong vùng
Trang 73 QUY ƯỚC HƯỚNG
• Quy ước hướng là quy ước hướng của dòng điện chảy
trong hệ thống
• Quy ước hướng giúp chúng ta mô tả dòng chảy trong
hệ thống từ đó có thể mở rộng ra hệ thống đa điểm phức tạp
I Giới thiệu
Trang 8Người ta thiết lập các quy ước về dòng như sau:
+ Khi dòng đi ra ngoài thanh cái sẽ có chiều dương+ Khi dòng đi vô thanh cái sẽ có chiều âm
I Giới thiệu
3 QUY ƯỚC HƯỚNG
Trang 94 ĐIỀU KIỆN SO SÁNH HƯỚNG:
• Hệ thống BVSL cần so sánh cả pha và biên độ của dòng
(full vectorical comparison)
• Độ lớn của dòng qua relay khi đối tượng bảo vệ hoạt động
bình thường phải phù hợp với dòng hoạt động của relay
I Giới thiệu
Trang 11cân bằng áp sử dụng relay quá dòng)
• Trong điều kiện bình thường, 2 biến dòng sẽ tạo ra 2 suất điện động cảm ứng có độ lớn tương đương và ngược nhau nên không
có dòng đi qua relay
• Trong điều kiện có sự cố, bên trong vùng bảo vệ (vùng giữa 2 CT) dòng vào và ra khác nhau dẫn đến sự chênh lệch về áp ở đầu và cuối đường dây, do đó sẽ có dòng đi qua relay làm cho relay hoạt động
II Hệ thống cân bằng áp
(Trang 13 trong “Principles
of Differential Relaying”)
Trang 12II Hệ thống cân bằng áp
(Trang 15 trong “Principles of Differential Relaying”)
Trang 13Trong điều kiện bình thường, dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp của 2 relays tạo ra 2 áp bằng nhau và ngược pha trên 2 cuộn thứ cấp nên không có dòng chạy qua kênh truyền và không tạo lực từ đóng tiếp điểm khép mạch.
II Hệ thống cân bằng áp
(Trang 249 sách “Network Protection & Automation Guide”)
Trang 14Khi có sự cố, sẽ có sự chênh lệch điện áp ở 2 cuộn thứ cấp của 2
relays, tạo dòng chạy qua kênh truyền, và tạo lực từ khép tiếp
điểm
Do 2 cuộn thứ cấp mắc ngược nhau nên khi xảy ra sự cố chỉ có 1
relay đóng
«Bias loop» có tác dụng tạo lực từ hãm nhằm trường hợp nó có
dòng không cân bằng (sẽ nói rõ ở những slide sắp tới) chạy qua
kênh truyền
II Hệ thống cân bằng áp
Trang 151 Hệ Thống Cân Bằng Dòng Merz And Price
Hệ thống cân bằng dòng đơn giản đầu tiên được Merz And Price
thiết lập như sau:
R: relay quá dòng Protected object: vùng bảo vệ (vùng nằm giữa hai CT)
Principles of Differential Relaying (trang 12)
Trang 16Trong điều kiện bình thường, 2 biến dòng sẽ tạo ra 2 dòng điện
có độ lớn tương đương và ngược nhau nên không có dòng đi qua
Trang 17Khi sự cố ngoài vùng bảo vệ dòng qua relay bằng hiệu hai dòng
thứ cấp máy biến dòng và bằng 0 nên relay không hoạt động
Trang 18Khi sự cố trong vùng bảo vệ dòng qua relay bằng tổng hai dòng
thứ cấp có giá trị lớn nên relay sẽ hoạt động và điều khiển mạch
Trang 19 Nguyên nhân của dòng không cân bằng:
• Sai số của máy biến dòng.
• Hiện tượng bão hoà của mạch từ máy biến dòng.
Các lý thuyết này đã được giới thiệu chi tiết trong Chương 5:
MÁY BIẾN DÒNG VÀ MÁY BIẾN ÁP
Trang 21Is : dòng thứ cấpR’pri và L’pri : trở kháng phía sơ cấp quy về thứ cấp
Rsec và Lsec : trở kháng phía thứ cấp
Rmag và Lmag : trở kháng kích từ
Io : dòng từ hóa (Magnetizing curren)
Zburden : trở kháng của relay và đường dây
Vsec : điện áp phía thứ cấp
Trang 22• Từ thông trong mạch biến thiên tạo suất điện động chính là điện
áp kích thích bằng với điện áp phía thứ cấp (Vsec)
Trang 23 Hiện tượng bão hoà của mạch từ máy biến dòng:
Dòng từ hóa và điện áp kích thích (= Vsec) không quan hệ tuyến
tính với nhau mà theo 1 đặc tuyến phi tuyến:
III Hệ thống cân bằng dòng
2 Dòng không cân bằng
Fundamentals_of_Power System Protection (trang 65)
Knee point: điểm mà tại đó đặc tuyến
không còn tuyến tính
Trang 24Fundamentals_of_Power System Protection (trang 65)
Điện áp phía thứ cấp tăng tuyến tính theo dòng từ hóa Io cho tới
điểm “knee point” thì sẽ bắt đầu bão hòa Lúc này, dù dòng Io có tiếp tục tăng thì điện áp cũng chỉ tăng rất ít
Trang 25• Trên thực tế, người ta dùng 2 CT có đặc tính giống nhau nhưng
có lúc 2 CT làm việc ở 2 điểm làm việc khác nhau dẫn đến dòng
thứ cấp của hai CT sẽ khác nhau và tạo dòng không cân bằng
qua relay ngay ở điều kiện bình thường
• Khi có sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ thì dòng phía sơ cấp càng lớn dẫn tới dòng không cân bằng càng lớn
Trang 27• Để khắc phục hiện tượng dòng không cân bằng, người ta sử
dụng 1 điện trở ổn định nối với relay nhằm nâng điện áp
hoạt động của hệ thống
• Dòng sự cố qua Rs lớn có thể gây nguy hiểm nên cần sử
dụng bộ hạn chế quá áp
• Mặc dù dễ lắp đặt nhưng hệ thống lại yêu hệ thống lại yêu
cầu 2 CT giống nhau (cùng đặc tuyến từ) để giảm dòng
Rs : Điện trở ổn định
R : Relay M: bộ hạn chế quá áp
Principles of Differential Relaying (trang 18)
Trang 28 Relay có cuộn hãm (Percentage differential relay) :
Restraining coil: cuộn hãm Operating coil: cuộn hoạt động
Nguyên lý hoạt động của relay có cuộn hãm là so sánh dòng trên cuộn hãm (I ) với dòng trên cuộn hoạt động (I )
Fundamentals_of_Power System Protection (trang 68)
Trang 29• Ta cần cài đặt dòng khởi động của relay lớn hơn dòng không
cân bằng theo đặc tuyến:
III Hệ thống cân bằng dòng
2 Dòng không cân bằng
NPAG(trang 246)
Trang 31Do máy biến áp có tỷ lệ áp, dòng tại 2 đầu khác nhau rất
nhiều nên cần dùng tới biến dòng trung gian (Interposing CT)
dùng để biến đổi dòng điện về cùng tỉ số
III Hệ thống cân bằng dòng
Sơ đồ cân bằng dòng bảo vệ cho máy biến áp
Numerical Differential Protection (trang 20)
Trang 32Sơ đồ cân bằng dòng bảo vệ cho thanh cái
Digital Differential Protection (trang 6)
Trang 332 HỆ THỐNG CÂN BẰNG DÒNG DÙNG RELAY KỸ THUẬT SỐ
Khi công nghệ ngày càng phát triển, người ta sử dụng sơ đồ
gồm 2 relays đặt ở hai đầu của vùng bảo vệ rồi sử dụng hệ
thống truyền tín hiệu để truyền tín hiệu biên độ và pha giữa 2
relay rồi so sánh
Trang 36Để loại bỏ ảnh hưởng của dòng nạp ta chọn Is1
Is1=2.5*Ic=4.1 (A) = 0.01 p.u
Dựa vào bảng giá trị hiệu chỉnh ta chọn 0.2
Ví dụ bảo vệ so lệch
Trang 37• Từ đó ta được đăc tuyến của relay
Dòng hoạt động min của relay Idmin
IL : Dòng tải
Ví dụ bảo vệ so lệch
Trang 38IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Kênh truyền được sử dụng ở mô hình này nhằm truyền tín hiệu
cả pha lẫn biên độ của dòng điện ở một đầu relay này đến relay kia, rồi từ đó sẽ so sánh với pha và biên độ của dòng điện tại
đầu đó
Kênh truyền sẽ truyền một tín hiệu logic tạo từ dạng sóng tần số của hai đầu Việc so sánh tín hiệu logic tại một đầu này với tín hiệu tương quan từ đầu kia là cơ sở cho việc tính toán độ lệch
pha giữa 2 đầu đường dây
Dòng điện nếu lớn hơn một ngưỡng nhất định, kênh truyền sẽ ngắt Việc thực hiện bảo vệ chỉ khi độ lệch giữa 2 tín hiệu lớn hơn góc lệch pha cho phép được cài đặt ban đầu
Trang 39• Dựa theo quy ước hướng ban đầu, thì dòng tải và dòng sự cố
bên ngoài của hai đầu bảo vệ sẽ ngược pha nhau Trong khi đó các dòng trong trường hợp có sự cố bên trong thường có xu
hướng cùng pha nhau Do đó nếu ta quy ước mối quan hệ về
pha của hai dòng ở hai đầu đường dây ở trường hợp có sự cố
bên ngoài làm chuẩn, tức là khi có sự cố bên trong sẽ gây một góc lệch pha 180o so với góc chuẩn
• |G - H| = 1800 TH : bình thường, sự cố bên ngoài
• |G - H| = 00 TH : sự cố bên trong
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 40IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
(Trang 257 sách “Network Protection & Automation Guide”)
Trang 41IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
(Trang 257 sách “Network Protection & Automation Guide”)
Trang 42IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
(Trang 258 sách “Network Protection & Automation Guide”)
Trang 43Mô hình bảo vệ so lệch pha
• Vì kênh truyền tín hiệu chỉ truyền tín hiệu nhị phân , nên có thể truyền những lệnh thực thi Do đó hai chế độ làm việc là chặn ( blocking mode ) và cho phép ngắt ( permissive trip mode ) có
thể thực hiện được
• Việc truyền tín hiệu thường thực hiện trên các kênh truyền tần
số sóng âm bằng phương pháp FSK ( Frequency shift keying ) hoặc PLC ( Power line carrier )
Trang 45Mô hình bảo vệ so lệch pha
• Phương pháp FSK có độ nhạy thấp đối với sự biến thiên của
thời gian trễ hoặc đáp ứng tần số khi toàn bộ băng thông được
sử dụng Có thể triển khai blocking mode và permissive trip
mode trên phương pháp này Bên cạnh hai tần số được dùng để truyền tín hiệu , người ta thường dùng thêm một tần số thứ ba
để điều khiển kênh truyền hoặc truyền tín hiệu cắt
• Đối với một bộ so sánh pha có độ nhạy cao thì việc tính toán
chính xác thời gian trễ cho kênh truyền là cần thiết Tuy nhiên
do chỉ truyền tín hiệu logic nên việc đồng bộ thời gian đơn giản
so với trong mô hình so lệch dòng
Trang 46 PLC ( Power Lines Carrier )
Phương pháp sử dụng chính dây truyền tải để truyền tín hiệu
giữa hai relay
Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 48Mô hình bảo vệ so lệch pha
• Ưu điểm của phương pháp PLC là do nó sử dụng đường dây
truyền tải để truyền tín hiệu nên nó tạo một kênh truyền mạnh , tin cậy , và ít tổn hao giữa hai relay Bên cạnh đó việc sự dụng tín hiệu logic chuyên dụng thì phù hợp cho mô hình so sánh pha block mode , và việc suy giảm tín hiệu truyền có thể bỏ qua
• Tính kháng nhiễu tín hiệu của phương pháp cũng rất tốt Thời gian trễ khi truyền tín hiệu dễ dàng được tính toán trong thiết
lập góc ổn định cũng làm tăng độ nhạy cho phương pháp
Trang 491.Đường dây có điện dung mắc song song
• Một vấn đề có thể xảy ra với dòng điện dung mắc song song Vìdòng điện này kết hợp với dòng tải bên ngoài đường dây làmcho dòng điện có thể lệch pha hơn 90o Đặc biệt là trong trườnghợp dòng tải thấp, sự dịch chuyển pha giữa các dòng ở hai đầuđường dây có thể xảy ra
• Sự dịch chuyển pha có thể làm cho hệ thống rơi vào vùng khóabảo vệ của đặc tuyến mặc dù góc ổn định đã được điều chỉnh đủlớn
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 50IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
(Trang 261 sách “Network Protection
& Automation Guide”)
Trang 533 Ảnh hưởng của dòng tải
Khi một đường dây mang quá nhiều tải, chúng có thể gây radòng sự cố với góc lệch pha có thể lên đến 500 Góc lệch nàykết hợp với góc lệch 2 đầu đường dây |G - H| 200 vẫn nằmtrong vùng bảo vệ của relay
Relay tác động bảo vệ khi dòng sự cố lớn hơn dòng tải (IF > IL)
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 55Sự cố pha chạm đất trở kháng cao, hệ thống vẫn duy trì dòng cân bằng để IL mang thứ tự thuận Và IF0= IF1= IF2= IF/3
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 56IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
(Trang 266 sách “Network Protection &
Automation Guide”)
Trang 57IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
(Trang 266 sách “Network Protection &
Automation Guide”)
Trang 58 Bộ phát hiện sự cố phải được giới hạn về độ nhạy.
Yêu cầu đối với bộ phát hiện sự cố là thay đổi loại kênh truyềnđược sử dụng, chế độ hoạt động trong việc tính toán góc pha
(khóa (blocking mode) hay cho phép (permissive)) và đặc điểm
sử dụng để cung cấp 1 lượng dung sai cần thiết với dòng dungkháng tương ứng
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 59- Để đảm bảo sự ổn định của vùng khóa bảo vệ, cần truyền 1
tín hiệu khởi động trước khi tính toán độ rộng của góc pha
cho phép
- Do tác động của dòng dung kháng, nên biên độ dòng ở 2
đầu dây có sự chênh lệch Khi đó, ta sử dụng 2 cấp khởi động
là “Low Set” và “High Set”
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 60- Chế độ “Low set” điều khiển khởi động truyền tín hiệu
+ Khi biên độ của tín hiệu hiệu chỉnh thấp hơn ngưỡng cho phép, chế độ “low set” sẽ phát 1 tín hiệu khóa
(blocking mode)+ Khi dòng vượt quá ngưỡng hiệu chỉnh (khoảng 2 lần),
nó sẽ phát 1 tín hiệu cho phép (permissive mode) cho bộ phát hiện sự cố làm việc
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha
Trang 61- Chế độ “High set” được cài đặt trễ hơn chế độ “Low set” từ
1.5 đến 2 lần, cho phép tiến hành tính toán góc lệch pha
- Việc cài đặt lại hệ thống xảy ra 1 cách tự nhiên sau 1 thời gian nhất định hoặc sau khi xóa xong sự cố
- Các đặc tuyến khi cài đặt lại phải đảm bảo rằng trong vùng
khóa bảo vệ, chế độ “High Set” không hoạt động
IV Mô hình bảo vệ so lệch pha