Bài giảng bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN (45 tiết) Giảng viên TS NGUYỄN DUY KHIÊM ĐT 091 39 86 68; Email: ndkhiem@ftt.edu.vn NỘI DUNG CỦA HỌC PHẦN Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện  Mở đầu Khái niệm chung BVRL  Chương Các phần tử hệ thống BVRL  Chương Các nguyên lý đo lường phát cố HTĐ  Chương Bảo vệ đường dây truyền tải phân phối điện  Chương Bảo vệ máy biến áp điện lực  Chương Bảo vệ máy phát điện  Chương Bảo vệ hợp máy biến áp – máy phát  Chương Bảo vệ góp  Chương Bảo vệ động điện  Chương Bảo vệ cao tần vô tuyến TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện  [1] GS.TSKH.Trần Đình Long, “Bảo vệ hệ thống điện”, Nhà xuất KH&KT, Hà Nội, 2007  [2] TS Trần Quang Khánh, “Bảo vệ rơ le tự động hóa hệ thống điện”, Nhà xuất Giáo dục Hà Nội 2009  [3] TS Nguyễn Hoàng Việt, “Bảo vệ rơle tự động hoá hệ thống điện”, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2001  [4] TS Phạm Hồng Thái, Ks.Vũ Văn Tẩm, “Rơle số lý thuyết ứng dụng”, NXB Giáo dục, 2001  [5] GS.TS Lê Kim Hùng, “Bảo vệ phần tử hệ thống điện”, NXB Đà Nẵng, 2004  [6] GS.TSKH Trần Đình Long, “Tự động hóa hệ thống điện”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2004  [7] Richard Roeper, “Short - Circuit Currents in Three-Phase Systems” Second edition John Wiley and Sons Siemens Aktiengesellchaft 1985 CHƯƠNG MỞ ĐẦU Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện M1 Sự cố HTĐ M2 Khái niệm BVRL M3 Cấu trúc hệ thống BVRL M4 Những yêu cầu thiết bị bảo vệ M5 Phân loại M6 Ký hiệu M7 Những thông tin cần thiết phục vụ việc lựa chọn tính tốn HTĐ M1 SỰ CỐ TRONG HTĐ Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện  Các dạng NM: N(3) N(2) N(1,1) N(1)  Các chế độ làm việc khơng bình thường  Đứt dây pha; Đứt dây pha  Tuột lèo  Vừa NM vừa đứt dây; NM nhiều vị trí khác (sự cố phức tạp) M1 SỰ CỐ TRONG HTĐ Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện  Nguyên nhân  Cách điện thiết bị điện bị già cỗi;  Quá điện áp (sét đánh);  Các ngẫu nhiên khác (rắn bị, chim đậu, thả diều, gió bão…);  Do người rây (do thao tác nhầm, đóng điện sau sửa chữa quên tháo dây nối đất…)  Hậu  Phát nóng cục nhanh, nhiệt độ tăng cao, gây cháy nổ;  Tăng lực điện động;  Gây sụt áp lưới điện;  Tạo thành phần dịng điện khơng đối xứng;  Mất ổn định hệ thống điện; làm gián đoạn cung cấp điện M1 SỰ CỐ TRONG HTĐ Nguyễn Duy Khiêm – Bộ mơn Kỹ thuật điện  Mục đích việc tính tốn ngắn mạch  So sánh, đánh giá, lựa chọn sơ đồ nối điện thích hợp;  Chọn khí cụ điện, dây dẫn, thiết bị điện phù hợp;  Nghiên cứu phụ tải, phân tích cố, xác định phân bố dịng cơng suất…;  Lựa chọn thiết bị hạn chế dịng ngắn mạch;  Phân tích ổn định; phân tích tượng cộng hưởng, điện áp…;  Tính tốn, thiết kế, chỉnh định thiết bị bảo vệ rơle M2 KHÁI NIỆM VỀ BVRL Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện  Bảo vệ rơle Là hệ thống thiết bị tự động có khả phát nhanh phần tử bị cố lập chúng để trì hoạt động bình thường cho đối tượng bảo vệ  Lịch sử  Tiền thân dây chì;  Rơle máy cắt đời  Phát vào năm 30 kỷ 19;  Năm 60 xuất rơle tĩnh, rơle số đời vào năm 70;  Đưa vào sử dụng năm 80 phát triển qua hệ:  Thế hệ I: Đơn giản, chức năng, chưa giao tiếp mạnh;  Thế hệ II: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp SCADA;  Thế hệ III: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp linh hoạt, lập trình được, giao nhập mạnh với SCADA (TĐH – HTĐ) M3 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG BVRL Nguyễn Duy Khiêm – Bộ mơn Kỹ thuật điện  Các phần tử  BI, BU: Các thiết bị biến đổi đại lượng đầu vào;  Rơle: Thực chức bảo vệ (phát hiện, so sánh, định tác động);  Cơ cấu chấp hành: MC, cuộn cắt, tiếp điểm phụ…;  Nguồn thao tác: Ắc quy, nguồn xoay chiều chỉnh lưu, lượng nạp sẵn tụ điện  Các phần tử phụ trợ  Các hệ thống cảnh báo;  Hệ thống thông tin điện lực, điều khiển M4 NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BVRL Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện 10  Tác động nhanh t N  tbv  tmc   tbv ≤ 50ms (hiện tbv ≈ chu kỳ (20ms);  tmc - khoảng ÷ chu kỳ (40 ÷ 60ms) MC đại Tính chọn lọc Khả bảo vệ phát loại trừ phần tử bị cố khỏi hệ thống  Độ tin cậy Đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc chắn Chương BẢO VỆ CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN CÁC LOẠI BẢO VỆ Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện 137 5.2 Các dạng bảo vệ máy phát điện  Bảo vệ chống NM cuộn dây Stator  Chống chạm đất cuộn dây Stator có trung tính cách đất → I0>  Chống chạm đất cuộn dây Stator có trung tính nối đất qua tổng trở:  Tổng trở cao: U>; I>  Tổng trở thấp: I0>>  Chống NM cuộn dây Stator → So lệch dọc ΔI  Chống chập vòng dây cuộn dây → So lệch dọc ΔI, so lệch ngang ΔI  Bảo vệ chống NM cuộn dây Rotor  Dùng điện kế U>; nguồn phụ DC, AC Chương BẢO VỆ CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN CÁC LOẠI BẢO VỆ Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện 138 5.2 Các dạng bảo vệ máy phát điện  Bảo vệ cố khác  Chống dòng điện thứ tự nghịch I2>  Chống kích thích → Sử dụng rơle tổng trở Z<  Chống đồng → Sử dụng rơle tổng trở Z<  Chống tải cuộn dây → Sử dụng rơle I ≥  Quá điện áp máy phát → U> (59)  Chống dịng cơng suất ngược → P←  Bảo vệ tần số → f>; f< (81)  Bảo vệ tách nhà nhà máy khỏi hệ thống Kết thúc chương Bài tập áp dụng Chương BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN – MÁY BIẾN ÁP Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện 139 6.1 Đặt vấn đề Để đơn giản hóa sơ đồ đấu dây NMĐ thường dùng sơ đồ nối MPĐ với MBA 6.2 Bảo vệ chính: Sử dụng BVSL có hãm cho đối tượng  Bảo vệ so lệch MPĐ ΔIF  Bảo vệ so lệch MBA ΔIB  Bảo vệ so lệch góp ΔITG  Bảo vệ so lệch đường dây ΔIĐD 6.3 Bảo vệ dự phòng: Sử dụng BV tổng trở thấp với cấp tác động  Cấp I: Z I kđ  Z F  0,7 X B ; t I  100ms  Cấp II: ZkđII Toàn máy phát, MBA góp; tII = tI + Δt Chương BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN – MÁY BIẾN ÁP Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện 140 6.4 Bảo vệ chống kích thích MBA nối  Đang vận hành đầy tải xảy cắt MC phía cao áp  MBA bị kích thích làm xuất dịng điện xốy gây phát nóng lõi thép  Đặt bảo vệ chống kích thích với ngưỡng tác động Bbh  1,  1, Bdđ m U U B   k ( ),(T) S 4, 44.W.S f f Kết thúc chương Bài tập áp dụng Chương BẢO VỆ THANH GĨP VÀ BẢO VỆ DỰ PHỊNG HỎNG MC NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện 141 7.1 Đặt vấn đề  Xác suất hỏng hóc góp thấp so với phần tử khác  Do lỗi vận hành sửa chữa góp quên tháo tiếp địa  Vật lạ rơi vào góp  Khi NM phần tử nối vào TG mà MC khơng cắt BV góp tác đơng  Sẽ có hàng loạt phần tử bị cắt khỏi hệ thống TG bj cố  Bảo vệ góp  Bảo vệ MF đồng thời BV góp điện áp MF (Z )  Bảo vệ đường dây đồng thời bảo vệ góp trạm cắt (Z  Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây Stator  Q dịng thứ tự khơng I0>  Hướng công suất thứ tự không  Bảo vệ chống NM → Dùng cầu chì, áptơmát có rơle q dịng cắt nhanh I>> I kđ  k sđ ktc I mmDC nBI  Bảo vệ chống sụt áp → Dùng rơle điện áp thấp U Kết thúc chương Bài tập áp dụng Chương BẢO VỆ CAO TẦN VÀ VÔ TUYẾN Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện 149 9.1 Kênh tín hiệu  Hạn chế BVSL - Dây dẫn phụ (tổn thất, tốn kém) - Hỏng hóc dây dẫn phụ - Về kinh tế, độ tin cậy BVSL không đảm bảo cho đường dây dài  Giải vấn đề Kênh liên lạc tần số cao, truyền dây dẫn đối tượng BV, truyền tín hiệu radio (vơ tuyến điện), tín hiệu quang, vệ tinh…  BV thực theo phương pháp gọi BV tần số cao (BV cao tần) vô tuyến Chương BẢO VỆ CAO TẦN VÀ VƠ TUYẾN Nguyễn Duy Khiêm – Bộ mơn Kỹ thuật điện 150 9.2 Đánh giá BV cao tần  Không chịu ảnh hưởng đường dây tải điện  Cho phép cắt tức thời chọn lọc cho cố vùng BV mạng điện có cấu trúc  Sơ đồ phức tạp giá thành cao  Áp dụng cho hệ thống lớn BV khác không đáp ứng  Các rơle số BVKC, BVSL… thường chế tạo với chức khóa cao tần ưu điểm lĩnh vực truyền tin, điều khiển từ xa, kỹ thuật vi xử lý… phát triển mạnh Kết thúc chương 151 Kết thúc MÔN HỌC BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ... bị R? ?le thời gian R? ?le khóa liên động Công tắc tơ R? ?le khoảng cách R? ?le kiểm tra đồng R? ?le thiếu điện áp R? ?le tín hiệu R? ?le hướng công suất thuận R? ?le hướng công suất ngược R? ?le thiếu dòng điện. .. Loại thiết bị R? ?le nhiệt Quá dòng điện cắt nhanh Q dịng có thời gian Q dịng điện TTK Máy cắt điện R? ?le cosφ R? ?le điện áp R? ?le bảo vệ chống chạm đất R? ?le q dịng có hướng R? ?le lệch pha R? ?le tự động... mạch Cấu trúc hệ thống bảo vệ r? ?le Các yêu cầu hệ thống bảo vệ r? ?le Vì cần phải sử dụng hệ thống bảo vệ r? ?le Những lợi ích mang lại Kết thúc phần mở đầu Chương CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL Nguyễn