Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa: Chương 8 - Đặng Tuấn Khanh (2014)

Bài giảng "Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 8: Bảo vệ khoảng cách" cung cấp cho người học các kiến thức: Nguyên tắc hoạt động và vùng bảo vệ, đặc tuyến khởi động, cách chọn UR  và IR  đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch giữa các pha, cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch chạm đất,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

SINH VIÊN: 4/22/2014 Chương 8: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH Đại học quốc gia Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 21 8.1 Nguyên tắc hoạt động vùng bảo vệ 8.2 Đặc tuyến khởi động 8.3 Cách chọn UR IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch pha 8.4 Cách chọn UR IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch chạm đất 8.5 Bảo vệ khoảng cách cấp 8.6 Các ảnh hưởng làm sai lệch 8.7 Đánh giá bảo vệ khoảng cách BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH Company LOGO GV : ĐẶNG TUẤN KHANH Bảo vệ rơ le tự động hóa 8.1 Nguyên tắc hoạt động Z R  Z kd Khi bình thường, điện áp rơle gần điện áp định mức dòng qua rơle dòng tải tổng trở rơle đo có giá trị lớn rơle không tác động Khi NM điện áp giảm dòng tăng cao tổng trở rơle đo nhỏ nên rơle tác động BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 8.2 Đặc tuyến khởi động Bảo vệ khoảng cách cần tín hiệu dòng điện, điện áp góc lệch φ chúng BVKC xác định tổng trở từ chỗ đặt BV đến điểm NM từ tín hiệu trên, tác động khi: Bảo vệ rơ le tự động hóa Bảo vệ rơ le tự động hóa Z R  Z kd Từ phương trình ta thấy miền tác động hình tròn tâm O bán kính Zkd  Đặc tính tác động vơ hướng Rơle tổng trở có hướng dùng phổ biến loại thêm cuộn dây cường độ phụ quấn lên lõi thép Từ thông phụ ngược chiều với từ thông cuộn áp sinh dòng điện theo hướng dương – hướng tác động Khi khữ bớt Momen điện áp sinh cho phép tiếp điểm đóng lại Khi dòng điện ngược lại từ thơng phụ chiều từ thơng điện áp nên khóa lại Tùy theo tương quan từ thông phụ từ thông điện áp mà tâm hình tròn di chuyễn khỏi góc tọa độ Loại phổ biến có cung tròn qua góc tọa độ đặc tính MHO Góc nhạy khoảng 600 đến 850 Bảo vệ rơ le tự động hóa SINH VIÊN: 4/22/2014 8.2 Đặc tuyến khởi động 8.2 Đặc tuyến khởi động Hình tròn: Z kd  z kd e j R Mho: Z kd  z kdm cos( CR   R ) Elip: Z R  Z b  Z R  Z d  a  zcRm Lệch tâm: ZR  Điện kháng: Z kd  jxkd  jz Ckd sin   jxCkd  const Z kd  z kd e j R Z CR1  Z CR2 Z  Z CR2  CR1 0 2 R Z DZ  RDZ  jX DZ  (0.17  j 0.4).LDZ Đa giác: Thực tế thường dùng, dùng kỹ thuật vi xử lý Bảo vệ rơ le tự động hóa   0.43  LDZ  67 Bảo vệ rơ le tự động hóa 8.2 Đặc tuyến khởi động 8.2 Đặc tuyến khởi động jX Hình MHO: jX Hình tròn: Hình Elip: jX Z R  Z b  Z R  Z d  a  zcRm Z kd  z kdm cos( CR   R ) R Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH R Bảo vệ rơ le tự động hóa SINH VIÊN: 4/22/2014 8.2 Đặc tuyến khởi động 8.2 Đặc tuyến khởi động jX Hình Điện Kháng: Hình Elip: jX R Z kd  jxkd  jz Ckd sin   jxCkd  const Bảo vệ rơ le tự động hóa R Bảo vệ rơ le tự động hóa 8.3 Chọn UR IR 8.3 Chọn UR IR Phân tích cố NM ba pha: CT VT RƠLE 21A IR IA-IB UR UAB 21B 21C IB-IC IC-IA UBC UCA 10 (3) I R  I NM (3) U R  3U P  3.I NM Z ZR  UR Z IR Khi N(3) tất rơle tác động Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 11 Bảo vệ rơ le tự động hóa 12 SINH VIÊN: 4/22/2014 8.3 Chọn UR IR 400 : 2000 A Phân tích cố NM hai pha B-C: A ( 2) I RB  I B  I C  I NM B C Rơ le B: 25A ( 2) U RB  U BC  2.I NM Z U A   I NM  A Z Z RB  U RB Z I RB U B   I NM  B Z Rơle B tác động Bảo vệ rơ le tự động hóa 13 Bảo vệ rơ le tự động hóa 14 8.3 Chọn UR IR 400 : 2000 A Phân tích cố NM hai pha B-C: ( 2) I RA  I A  I B  I NM A B Rơ le A, C: C 25A U RA  U BC ( 2) I RC  I C  I A  I NM U RC  U BC U A   I NM  A Z U B   I NM  B Z Bảo vệ rơ le tự động hóa 15 BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH Z RA  UR Z IR Z RC  UR Z IR Rơle A, C không tác động Tương tự có cố NM hai pha chạm đất Bảo vệ rơ le tự động hóa 16 SINH VIÊN: 4/22/2014 8.4 Chọn UR IR 8.5 Bảo vệ khoảng cách cấp 21N CT RƠLE IR0 UR0 21N-A 21N-B IA + 3kCI0 IB + 3kCI0 UA UB 21N-C IC + 3kCI0 UC KC  Vùng bảo vệ: VT Vùng I: 80 – 90% đường dây bảo vệ Vùng II: Hoàn toàn đường dây bảo vệ 50% đường dây kề sau có tổng trở nhỏ Z L  Z L1 3Z L1 Vùng IIIF: 120% (đường dây bảo vệ + đường dây kề sau có tổng trở lớn nhất) Hệ số bù áp dụng cho đường dây truyền tải đơn Bảo vệ rơ le tự động hóa 17 Bảo vệ rơ le tự động hóa 18 8.5 Bảo vệ khoảng cách cấp 1Ω 1Ω 100A C B A 100A 20 Ω 15Ω 60 Ω 45 Ω Bảo vệ cấp I D 21 21 Bảo vệ cấp II 20 Ω 60 Ω Bảo vệ cấp III 150A 100A Isc = 200A Itc = 1A k = 0.3 BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 21 Isc = 80A Itc = A k = 0.3 19 Bảo vệ rơ le tự động hóa 20 SINH VIÊN: 4/22/2014 Cấp I Tổng trở khởi động: Cấp II Z kdI  k at Z Tổng trở khởi động: Z kdII  k at' ( Z1  Độ nhạy: k nh  Thời gian tác động: gần không Vùng bảo vệ: khoảng (80% - 90%) Z Z kdII  1.2 Z1 Độ nhạy không thỏa phải chọn phối hợp với cấp II kề sau Z kdII  k at' ( Z1  Bảo vệ rơ le tự động hóa k at I Z2 ) k pd k at II Z2 ) k pd Bảo vệ rơ le tự động hóa 21 Cấp II 22 Cấp III Tổng trở khởi động Thời gian tác động: t1II  t1I  t Z lamviec  Z kdIII  Z lamviec k at ktv k mm U ; U  (0.9  0.95).U dm 3.I lv max t1II  t 2II  t Vùng bảo vệ: Thời gian tác động: Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 23 t1III  t 2III   t Bảo vệ rơ le tự động hóa 24 SINH VIÊN: 4/22/2014 Cấp III Độ nhạy: k nh  Qui phía thứ cấp Z kdIII  1.5 Z1 UR  Dòng điện vào rơle: IR  Tổng trở rơle đo: Z kdR  Vùng bảo vệ: Bảo vệ rơ le tự động hóa 25 Cài đặt BV khoảng cách chống chạm đất BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH k sdBI I n BI nBI k sdBU Z kd nBU k sdBI Bảo vệ rơ le tự động hóa 26 8.6 Các yếu tố ảnh hưởng sai lệch Tương tự chống chạm pha có thêm hệ số bù kc Bảo vệ rơ le tự động hóa k sdBU U nBU Điện áp vào rơle: 8.6.1 Ảnh hưởng góc pha đường dây gay vượt tầm 8.6.2 Ảnh hưởng điện trở độ tải điểm NM gay tầm 8.6.3 Ảnh hưởng phân dòng gay tầm tầm 8.6.4 Ảnh hưởng điện áp đặt vào rơle 8.6.5 Sai số đo lường 8.6.6 Ảnh hưởng cách nối dây MBA động lực đặt chỗ đặt bảo vệ chỗ NM 8.6.7 Ảnh hưởng dao động điện 8.6.8 Ảnh hưởng tụ bù dọc 27 Bảo vệ rơ le tự động hóa 28 SINH VIÊN: 4/22/2014 Ảnh hưởng góc pha đZ Ảnh hưởng R độ Góc chỉnh định rơle thường lấy góc pha đường dây Do nhiều nguyên nhân (nhiệt độ, chọn nấc rơle, tính tốn) nên góc khơng Khi đó: Khi NM ba pha thông qua điện trở độ Rqd nên tổng trở đặt vào rơle tăng thêm lượng Ra: ZR = ZL + Ra  tacdongR   kdR cos( kdR   duongday ) Khi NM hai pha thông qua điện trở độ Rqd nên tổng trở đặt vào rơle tăng thêm lượng 0.5Ra: Như ZtacdongR < ZkhoidongR có nghĩa vùng tác động bị kéo dài so với trị số đặt bảo vệ tác động vượt vùng chỉnh định, ta gọi tầm Mức độ tầm tính theo phần trăm: k quatam %  100%( cos( kdR ZR   2I NM ZL  I NM Ra IR 2I NM  ZL  Ra Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi tầm ZtacdongR > ZkhoidongR  1)   duongday ) Bảo vệ rơ le tự động hóa UR Bảo vệ rơ le tự động hóa 29 Ảnh hưởng R độ 30 Ảnh hưởng R độ Khi NM hai pha thông qua điện trở độ Rqd với mạng nguồn Tổng quát: Z R  Z L  kRa Z R  Z L  kRa Mức độ tầm tính theo phần trăm: Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi tầm ZtacdongR > ZkhoidongR IG ~ ~ Ra  100%( Ik Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH k duoitam %  100%( I k k IG 31 ( Z kd  kRa )  1) Z kd kRa ) Z kd Bảo vệ rơ le tự động hóa 32 SINH VIÊN: 4/22/2014 Ảnh hưởng phân dòng Ảnh hưởng phân dòng Khi mạng điện có nhiều nguồn nhiều nhánh đường dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM tồn mạng khơng giống Nó gay tầm tầm Ví dụ: Khi mạng điện có nhiều nguồn nhiều nhánh đường dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM tồn mạng khơng giống Nó gay q tầm tầm Ví dụ: I kA Mức độ tầm tính theo phần trăm: kduoitam %  100%( ( Z kd  k pd Z Lkesau ) kquatam %  100%(  1)  100%( Z kd k pd Z Lkesau Z kd ~ k pd RLsau Z kd Ik I kB ) ~ Gay tượng tầm ) k duoitam %  100%( Bảo vệ rơ le tự động hóa ( Z kd  k pd Z L ) Z kd  1)  100%( k pd Z L Z kd Bảo vệ rơ le tự động hóa 33 Ảnh hưởng phân dòng ) 34 Ảnh hưởng điện áp đặt vào Rơle Khi mạng điện có nhiều nguồn nhiều nhánh đường dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM tồn mạng khơng giống Nó gay q tầm tầm Ví dụ: I k Xét hệ thống có điện áp US tổng trở ZS cấp cho đường dây bảo vệ ZL, xảy NM đường dây ta có: US U R %  I R ZL  ZL  US ZS  ZL  SIR I kA ~ SIR  ZS ZL system impedance ratio Gay tượng tầm k quatam %  100%( k pd Z L Z kd ) Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 35 Bảo vệ rơ le tự động hóa 36 SINH VIÊN: 4/22/2014 Sai số đo lường Ảnh hưởng cách đấu dây MBA Sai số BI BU có ảnh hưởng đến trị số ZR góc pha φR làm thay đổi vùng tác động rơle Đối với BI cần kiểm tra đường cong bội số giới hạn (Kiểm tra đường cong sai số 10% có NM ba pha trực tiếp cuối vùng bảo vệ) Đối với BU cần chọn dây nối đủ tiết diện để tránh sụt áp lớn làm ảnh hưởng đến giá trị góc pha UR Bảo vệ rơ le tự động hóa 37 Ảnh hưởng dao động điện MC xdd x MF E1 E2 MF2 MF1 M E1 ΔE I dd E    sin  I dd max sin X GH 2 BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH Bảo vệ rơ le tự động hóa 38 Bảo vệ khơng tác động có dao động Để bảo vệ không tác động ta cần thực hiện: Chọn đặc tuyến khởi động không chứa tâm dao động (cấp I) Bảo vệ tác động với thời gian trì hỗn khoảng đến s (khi không gay ảnh hưởng đến tính ổn định hệ thống Khóa tự động có dao động, dựa vào tốc độ thay đổi tổng trở Khi dao động tốc độ thay đổi tổng trở chậm so với ngắn mạch δ E2 Như dòng dao động triệt tiêu = độ, cực đại = Bảo vệ rơ le tự động hóa Nếu tổ đấu dây MBA Y – Δ Δ– Y rơle tổng trở làm việc khác đi, NM hai pha sau MBA dòng điện phía sơ cấp thứ cấp MBA khác trị số góc pha Ảnh hưởng dao động điện Dao động trạng thái đồng hai nguồn điện hai phận chứa nguồn hệ thống điện Xét hai nguồn G H có sức điện động EG EH thông qua đường dây L có kháng điện xL x MF Khi NM sau MBA có tổ đấu dây Y – Y rơle tổng trở làm việc trường hợp NM đường dây, tổng trở đặt vào rơle tổng số tổng trở đường dây MBA Tâm dao động M áp 0, góc lệch 180 độ 1800 39 Bảo vệ rơ le tự động hóa 40 10 SINH VIÊN: 4/22/2014 Ảnh hưởng tụ bù dọc Ảnh hưởng tụ bù dọc Với đường dây dài cao áp siêu cao áp người ta thường lắp tụ nối tiếp vào đường dây (tập trung phân tán theo chiều dài đường dây) để nâng cao khả truyền tải giảm tổn thất Đặc trưng mức độ bù dọc hệ số kC kC tỷ số XC bù dọc XL đường dây (thường vào khoảng 0.25 đến 0.7) Ở Việt Nam kC = 0.6 Khi bù dọc ảnh hưởng đến rơle khoảng cách có NM sau tụ bù dọc rơle khơng thể thấy điểm NM đoạn đường dây gần tổng trở đo nằm sau lưng bảo vệ nên không tác động Điều làm cho bảo vệ trước tác động sai Thơng thường tụ bù dọc đặt trạm Để ngăn việc tác động sai xảy NM ta cần nối tắc tụ điện lại để trở lại bình thường nhiên cần trì hỗn lại tác động khoảng 0.1s – 0.15s Ở tụ điện bù dọc đại, người ta sử dụng hệ thống bảo vệ điện trở phi tuyến, khe phóng điện máy cắt đấu song song với tụ Khi có NM tùy theo điểm cố (độ lớn dòng NM) thời gian tồn cố mà thiết bị làm việc nối tắc tụ A X CA RL , X L X CB B B A Bảo vệ rơ le tự động hóa Bảo vệ rơ le tự động hóa 41 Ảnh hưởng tụ bù dọc A X CA RL , X L Ảnh hưởng hỗ cảm B X CB Khi vận hành hai đường dây song song có hỗ cảm xuất Hỗ cảm thành phần TTT TTN nhỏ, hỗ cảm TTK lớn nên bỏ qua thành phần cài đặt rơle 42 X Hỗ cảm gay sai số đo lường nên gay tầm Z1II B tầm Z1I A R Z 3I Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 43 Bảo vệ rơ le tự động hóa 44 11 SINH VIÊN: 4/22/2014 8.7 Đánh giá Ưu điểm: Đảm bảo tính chọn lọc mạng có cấu trúc Thời gian tác động vùng I nhanh (quan trọng với tính ổn định hệ thống) Có độ nhạy cao Khuyết điểm: Sơ đồ phức tạp Khơng tác động tức thời tồn vùng bảo vệ Cần thiết bị khóa dao động điện nên phức tạp Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 45 Bảo vệ rơ le tự động hóa 46 12 ... cos( CR   R ) R Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH R Bảo vệ rơ le tự động hóa SINH VIÊN: 4/22/2014 8. 2 Đặc tuyến khởi động 8. 2 Đặc tuyến khởi động jX Hình Điện... tất rơle tác động Bảo vệ rơ le tự động hóa BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 11 Bảo vệ rơ le tự động hóa 12 SINH VIÊN: 4/22/2014 8. 3 Chọn UR IR 400 : 2000 A Phân tích cố NM hai pha B-C:... NM  B Z Bảo vệ rơ le tự động hóa 15 BV rơle tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH Z RA  UR Z IR Z RC  UR Z IR Rơle A, C khơng tác động Tương tự có cố NM hai pha chạm đất Bảo vệ rơ le tự động hóa