Bảo vệ Rơ le và Tự động hóa trong hệ thống điện

Rôle ñieän cô ñöôïc söû duïng ñeå thöïc hieän caùc phaàn chöùc naêng cuûa baûo veä. Rôle ñieän cô laøm vieäc treân cô sôû löïc cô döôùi taùc duïng cuûa doøng ñieän chaïy trong rôle, rôl[r]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Nguyễn Hồng Việt

BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

(Tái lần thứ hai, có sửa chữa bổ sung)

LỜI NÓI ĐẦU

Trong trình vận hành hệ thống điện (HTĐ), gặp tình trạng hệ thống điện làm việc khơng bình thường, cố Ngun nhân chủ quan khách quan Hệ thống bảo vệ rơle giúp phát tình trạng để đề biện pháp xử lý kịp thời Một những yêu cầu quan trọng ngành điện phải cung ứng cho người tiêu thụ điện với chất lượng tốt Để thỏa mãn yêu cầu hệ thống điện thực phận tự động chức Cuốn sách BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HĨA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN nhằm trang bị cho bạn đọc kiến thức lĩnh vực nêu Cuốn sách viết chủ yếu cho sinh viên ngành Điện Trường Đại học Bách khoa, trường Kỹ thuật điện, học viên sau đại học nhà chuyên môn làm việc lĩnh vực liên quan tham khảo Giáo trình này chia làm ba phần:

Phần một: Các nguyên lý bảo vệ rơle

- Tìm hiểu nguyên lý thực bảo vệ phần tử hệ thống điện có tình trạng khơng bình thường cố xảy hệ thống điện;

- Tìm hiểu nguyên tắc công nghệ chế tạo rơle hệ khác

Phần hai: Bảo vệ phần tử hệ thống điện

Tìm hiểu cách thực hiện, sơ đồ bảo vệ phần tử hệ thống điện như: đường dây, máy biến áp, máy phát, góp

Phần ba: Tự động hóa hệ thống điện

Tìm hiểu phận tự động chức hệ thống điện như: tự động đóng trở lại nguồn điện, tự động điều chỉnh điện áp, tần số

Trong lần in chúng tơi có sửa chữa bổ sung thay đổi số chương mục so với đợt in

Để bổ trợ giúp cho sinh viên nắm vững phần lý thuyết trình bày sách này, chúng tơi biên soạn xuất tập CÁC BAØI TỐN TÍNH NGẮN MẠCH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HĨA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN trình bày tóm tắt lý thuyết phần ngắn mạch, các tập ngắn mạch, bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện

Thành thật cám ơn đóng góp ý kiến quý báu Thầy Phan Kế Phúc Cô Phan Thị Thu Vân Rất mong nhận nhiều ý kiến đóng góp quý đồng nghiệp độc giả Mọi ý kiến đóng góp xin gửi Bộ môn Hệ thống điện, Khoa Điện - Điện tử - Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc qia TP Hồ Chí Minh - 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP Hồ Chí Minh

Điện thoại: 8.651801

Xin chân thành cám ơn

MỤC LỤC

LỜI NĨI ĐẦU

PHẦN MỘT: CÁC NGUYÊN LÝ THỰC HIỆN BẢO VỆ RƠLE

Chương 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA BẢO VỆ

1.1 Nhiệm vụ bảo vệ

1.2 Các yêu cầu hệ thống bảo vệ

1.3 Các phận hệ thống bảo vệ 11

Chương 2 CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO RƠLE BẢO VỆ 34

2.1 Bảo vệ thực rơle điện 34 2.2 Sử dụng linh kiện bán dẫn, vi mạch sơ đồ bảo vệ 38

2.3 Bảo vệ dùng kỹ thuật số vi xử lý 46

Chương 3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN 60

3.1 Nguyên tắc tác động 60

3.2 Bảo vệ dòng điện cực đại 60

3.3 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh 65

3.4 Bảo vệ dịng điện cực đại có kiểm tra áp 67

3.5 Bảo vệ dòng điện ba cấp 68

3.6 Đánh giá bảo vệ dòng điện 68

Chương 4 BẢO VỆ DỊNG ĐIỆN CĨ HƯỚNG 70

4.1 Nguyên tắc hoạt động 70

4.2 Phần tử định hướng công suất 71

4.3 Bảo vệ dịng điện có hướng ba cấp 75

4.4 Một số lĩnh vực lưu ý áp dụng phận định hướng công suất cho

bảo vệ dòng điện 77

4.5 Đánh giá bảo vệ dịng điện có hướng 80

Chương 5 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CHỐNG CHẠM ĐẤT 81

5.1 Bảo vệ chống chạm đất mạng điện có dịng chạm đất lớn 81 5.2 Bảo vệ chống chạm đất mạng có dòng chạm đất nhỏ 88

Chương 6 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 97

6.1 Nguyên tắc hoạt động 97

6.2 Đặc tuyến khởi động bảo vệ khoảng cách biểu diễn chúng

mặt phẳng phức tổng trở Z 99

6.3 Nguyên tắc thực rơle khoảng cách 102

6.4 Cách chọn UR, IR đưa vào phận khoảng cách để phản ánh

6.5 Cách chọn UR, IR đưa vào phận khoảng cách để phản ánh

chạm đất pha 111

6.6 Chọn tham số bảo vệ 114

6.7 Những yếu tố làm sai lệch làm việc rơle khoảng cách 119 6.8 Đánh giá lĩnh vực ứng dụng bảo vệ khoảng cách 127

Chương 7 BẢO VỆ SO LEÄCH 129

7.1 Nguyên tắc thực 131

7.2 Dịng khơng cân bảo vệ so lệch dòng điện 131 7.3 Dòng điện khởi động bảo vệ so lệch dòng điện 132 7.4 Những biện pháp thường dùng để nâng cao độ nhạy tính đảm

bảo bảo vệ 132

7.5 Bảo vệ so leäch ngang 138

7.6 Đánh giá bảo vệ so lệch 142

PHẦN HAI: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐIỆN 143

Chương 8 BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 144

8.1 Tổng quát 144

8.2 Các hệ thống bảo vệ đường dây dài, điện cao, công suất lớn 145

8.3 Đường dây song song 168

8.4 Đường dây rẽ nhánh 180

8.5 Bảo vệ đường dây máy biến áp (MBA) 185

8.6 Bảo vệ đường dây có tụ nối tiếp 188

8.7 Các sơ đồ bảo vệ đường dây tiêu biểu 210

Chương 9 BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 213

9.1 Các cố chế độ làm việc khơng bình thường MBA 213 9.2 Bảo vệ chống cố trực tiếp bên MBA 216 9.3 Bảo vệ chống cố gián tiếp bên MBA 232 9.4 Các sơ đồ bảo vệ tiêu biểu loại máy biến áp 234

Chương 10 BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ BỘ MÁY PHÁT - MÁY BIẾN ÁP 238

10.1 Tổng quát 238

10.2 Bảo vệ stator máy phát 239

10.3 Bảo vệ rotor 245

10.4 Các bảo vệ khác 250

10.5 Bảo vệ máy phát - máy biến aùp 251

Chương 11 BẢO VỆ THANH CÁI 256 11.1 Bảo vệ phần tử nối kết 257 11.2 Bảo vệ chống rò, chạm đất tủ 259

11.3 Bảo vệ so lệch 260

11.4 Sơ đồ bảo vệ tiêu biểu 272

Chương 12 BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP 274

12.1 Phân loại bảo vệ 274

12.2 Phối hợp bảo vệ 293

12.3 Phân bố dòng cố từ động cảm ứng 298

12.4 Baûo vệ mạng hạ 299

12.5 Nâng cao hệ số cosϕ bảo vệ tụ điện 309

Chương 13 BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 312

13.1 Dòng khởi động dòng hãm động 312 13.2 Những tình trạng làm việc khơng bình thường động 313

13.3 Các sơ đồ bảo vệ động điện 319

PHẦN BA: TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 320

Chương 14 TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẠI ĐƯỜNG DÂY 326

14.1 Tổng quát 326

14.2 Tự đóng lại cách kết hợp MC với hệ thống tự đóng lại (ARS) 330

14.3 Máy cắt tự động đóng lại 345

14.4 Thiết bị phân đoạn tự động 356

14.5 Phối hợp ACR với thiết bị bảo vệ khác 358 14.6 Tự động vận hành mạng kín (LA) 372

Chương 15 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT ĐIỆN

VÀ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT KHÁNG 375

15.1 Tổng quát hệ thống kích từ 375

15.2 Chức điều khiển bảo vệ 385

15.3 Các hạn chế bảo vệ 394

15.4 Điều chỉnh điện áp phân phối công suất kháng

tổ máy làm việc song song 400

Chương 16 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ VAØ CƠNG SUẤT THỰC

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 404

16.1 Tổng quát 404

16.2 Ảnh hưởng tần số lên tổ turbine - máy phát 406

16.3 Điều chỉnh tốc độ turbine sơ cấp 409

16.4 Caùc tổ máy phát làm việc song song 412

16.5 Mơ hình đáp ứng tần số hệ thống 416

16.6 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến độ lệch tần số 421

16.7 Moâ hình cải tiến 427

16.8 Mơ hình đáp ứng tần số hệ thống khác 429

16.9 Tốc độ đáp ứng nhu hệ thống điều chỉnh tốc độ turbine 430 16.10 Cách thực điều chỉnh tốc độ turbine 431

16.11 Điều khiển tần số thứ cấp 438

Chương 17 BẢO VỆ TẦN SỐ – TỰ ĐỘNG SA THẢI PHỤ TẢI 445

17.1 Mục đích đặc điểm sa thải phụ tải 445

17.2 Bảo vệ tần số turbine 446

17.3 Bảo vệ tần số thấp 447

17.4 Thiết kế bảo vệ cắt tải theo tần số độ dốc 453 17.5 Sa thải phụ tải theo tần số thời gian 458

17.6 Các phương pháp khác 460

Chương 18 HÒA ĐIỆN GIỮA CÁC MÁY PHÁT LÀM VIỆC SONG SONG 462

18.1 Khái niệm chung 462

18.2 Hòa điện xác 464

18.3 Tự hịa điện 478

MÃ SỐ RƠLE 484

ANH VIỆT ĐỐI CHIẾU 486

PHẦN I

CÁC NGUYÊN LÝ

Chương1

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA BẢO VỆ 1.1 NHIỆM VỤ CỦA BẢO VỆ

Trong trình vận hành hệ thống điện (HTĐ) xuất tình trạng cố chế độ làm việc khơng bình thường phần tử Phần lớn cố thường kèm theo tượng dòng điện tăng cao điện áp giảm thấp Các thiết bị có dịng điện tăng cao chạy qua bị đốt nóng mức cho phép bị hư hỏng điện áp bị giảm thấp, hộ tiêu thụ làm việc bình thường mà tính ổn định máy phát làm việc song song toàn hệ thống bị giảm Các chế độ làm việc khơng bình thường làm cho áp, dòng tần số lệch khỏi giới hạn cho phép để kéo dài tình trạng xuất cố Có thể nói, cố làm rối loạn hoạt động bình thường HTĐ nói chung hộ tiêu thụ điện nói riêng

Chế độ làm việc khơng bình thường có nguy xuất cố làm giảm tuổi thọ máy móc Muốn trì hoạt động bình thường hệ thống hộ tiêu thụ xuất cố cần phát nhanh tốt chỗ cố để cách ly khỏi phần tử khơng bị hư hỏng, có phần tử cịn lại trì hoạt động bình thường, đồng thời giảm mức độ hư hại phần bị cố Như vậy, có thiết bị tự động bảo vệ (BV) thực tốt yêu cầu nêu Các thiết bị hợp thành hệ thống bảo vệ (HTBV)

Các mạng điện đại làm việc thiếu HTBV, chúng theo dõi liên tục tình trạng chế độ làm việc tất phần tử HTĐ

Khi xuất cố, BV phát cho tín hiệu cắt phần tử hư hỏng thông qua máy cắt điện (MC) Khi xuất chế độ làm việc khơng bình thường, BV phát tùy thuộc theo u cầu tác động để khơi phục chế độ làm việc bình thường báo tín hiệu cho nhân viên trực

Hệ thống BV tổ hợp phần tử rơle, nên gọi BV rơle 1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG BẢO VỆ

1.2.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch

1- Tính chọn lọc

Đối với ví dụ hình 1.1, yêu cầu thực sau: NM (NM) điểm N1,

máy cắt MC3 máy cắt gần chỗ cố cắt ra, nhờ phụ tải không nối vào đường dây hư hỏng nhận điện Khi NM điểm N2, đường dây cố II cắt từ hai

phía nhờ MC1 MC2, cịn đường dây I làm việc, tồn hộ tiêu thụ nhận điện Yêu cầu tác động chọn lọc yêu cầu để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho hộ tiêu thụ Nếu BV tác động không chọn lọc, cố lan rộng

MC6

MC5 MC1

MC4

MC7 MC8

MC2

MC3

BV1

BV3

BV2 II

I

II

D

C B

E N2

N1 I

Hình 1.1 Cắt chọn lọc phần tử bị hư hỏng NM mạng

2- Tác động nhanh

Tính tác động nhanh BV yêu cầu quan trọng có NM bên thiết bị Bảo vệ tác động nhanh thì:

- Đảm bảo tính ổn định làm việc song song máy phát hệ thống, làm giảm ảnh hưởng điện áp thấp lên phụ tải

- Giảm tác hại dòng NM tới thiết bị - Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng - Nâng cao hiệu thiết bị tự đóng lại

Thời gian cắt hư hỏng t bao gồm thời gian tác động (BV) tbv thời gian cắt MC tMC: t = tbv + tMC

Đối với HTĐ đại, thời gian cắt NM lớn cho phép theo yêu cầu đảm bảo tính ổn định nhỏ Ví dụ đường dây tải điện 300 ÷500kV, cần phải cắt cố vịng 0,1÷

0,12 giây (s) sau NM xuất hiện, cịn mạng 110 ÷220kV vịng 0,15÷0,3s Trong mạng phân phối 6,10,15kV cách xa nguồn thời gian cắt cố cho phép lên tới 1,5 ÷3s Muốn

cắt nhanh NM cần giảm thời gian tác động BV MC Hiện dùng phổ biến MC có tMC = 0,15 ÷ 0,06s Nếu cần cắt NM với thời gian t = 0,12s MC có tMC = 0,08s thời gian tác động BV không vượt 0,04s (hai chu kỳ) Bảo vệ có thời gian tác động 0,1s được xếp vào loại tác động nhanh Loại BV tác động nhanh đại có tBV = 0,01 ÷0,04s

3- Độ nhạy

Trên hình 1.1 ta thấy BV cần tác động cố xảy vùng BV (để bảo đảm vừa có BV BV dự trữ chỗ) Ví dụ, BV1 cần tác động NM xảy đoạn DE Ngồi ra, cịn cần tác động NM xảy đoạn BC BV3 Điều cần thiết để dự phòng trường hợp NM đoạn BC mà BV3 MC3 không làm việc Tác động BV đoạn gọi dự phòng xa Mỗi BV cần tác động không với trường hợp NM trực tiếp mà NM qua điện trở trung gian hồ quang Ngồi ra, cần tác động NM xảy lúc hệ thống làm việc chế độ cực tiểu (ở chế độ số nguồn cắt dịng NM có giá trị nhỏ)

Độ nhạy BV thường đánh giá hệ số nhạy knh Đối với BV cực đại tác động, đại lượng theo dõi tăng có hư hỏng (ví dụ q dịng điện) knh xác định

knh = bv

kđ N I I min

với: INmin - dịng NM nhỏ nhất; Ikđbv - giá trị dòng nhỏ mà BV tác động

Đối với BV cực tiểu tác động đại lượng theo dõi giảm hư hỏng (ví dụ điện áp cực tiểu), hệ số knhđược xác định ngược lại trị số điện áp khởi động chia cho điện áp dư lại lớn hư hỏng

BV cần có độ nhạy cho tác động chắn NM qua điện trở hồ quang cuối vùng giao BV chế độ cực tiểu hệ thống

4- Độ tin cậy

Độ tin cậy thể yêu cầu BV phải tác động chắn NM xảy vùng giao BV không tác động chế độ mà khơng có nhiệm vụ tác động. Đây yêu cầu quan trọng Một BV khơng tác động tác động nhầm dẫn đến hậu số phụ tải bị điện nhiều làm cho cố lan tràn Ví dụ, NM điểm N2 hình 1.1

mà BV không tác động cắt MC1 MC2được BV dự phịng xa khác số cắt nguồn II MC4, MC5 trạm B BV không tin cậy, làm điện nhiều, gây thiệt hại kinh tế

Để BV có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số lượng rơle tiếp xúc, cấu tạo đơn giản, chế độ lắp ráp đảm bảo chất lượng, đồng thời kiểm tra thường xuyên trình vận hành 1.2.2 Yêu cầu bảo vệ chống chế độ làm việc không bình thường

Tương tự BV chống NM, BV cần tác động chọn lọc, nhạy tin cậy Yêu cầu tác động nhanh không đề Thời gian tác động BV loại xác định theo tính chất hậu chế độ làm việc khơng bình thường Thơng thường chế độ xảy chốc lát tự tiêu tan, ví dụ tượng tải ngắn hạn khởi động động không đồng bộ.

1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ

Trong trường hợp tổng quát, sơ đồ BV gồm hai phần chính: phần đo lường phần lơgic (H.1.2)

BU MC

ĐO LƯỜNG

ĐL MẠCH LOGIC LG THỰC HIỆN

NGUOÀN THAO TÁC

TÍN HIỆU

TH HIỂN THỊ

Phần đo lường Phần logic

Tín hiệu từ BV khác BI

IR

Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống BV phần tử hệ thống điện

- Phần đo lường (PĐL) liên tục thu nhận tin tức tình trạng phần tử BV, ghi nhận xuất cố tình trạng làm việc khơng bình thường, đồng thời truyền tín hiệu đến phần lơgic Phần đo lường nhận thông tin đối tượng BV qua biến đổi đo lường sơ cấp máy biến dòng (BI) máy biến điện áp (BU)

- Phần lơgic tiếp nhận tín hiệu từ PĐL Nếu giá trị, thứ tự tổng hợp tín hiệu phù hợp với chương trình định trước phát tín hiệu điều khiển cần thiết (cắt MC báo tín hiệu) qua phận thực

Ngồi phần trên, để cung cấp nguồn chiều DC cho PĐL, phần lơgic, mạch báo tín hiệu, hình thể phận thực cần nguồn thao tác chiều

1.3.1 Đo lường sơ cấp

Máy biến dòng, máy biến điện áp dùng để:

- Giảm dòng điện điện áp đối tượng BV đến giá trị thấp đủ để hệ thống BV làm việc an tồn (dịng thứ cấp BI định mức 5A 1A, áp thứ cấp BU định mức 100V 120V) - Cách ly BV với đối tượng BV

- Cho phép dịng áp chuẩn thích ứng với hệ thống BV

Tổng trở thứ cấp BI thấp, ngược lại tổng trở thứ cấp BU cao Lõi BI chế tạo thép hay khe hở khơng khí, BI có lõi thép có cơng suất lớn có nhiều sai số chế độ làm việc bình thường hay độ BI có lõi khơng khí có cơng suất thấp thường không đủ cho rơle bán dẫn, vi mạch Chúng có đặc tính làm việc tuyến tính khơng có sai số chế độ độ

Hình 1.3 Mạch phân tụ điện Uht

C1

L1

C2 U2 U

T

U - điện hệ thống C , C - điện dung phận L - kháng trở

U - điện thứ cấp BU ht

1

1 T UT

U Cht C1 C2 =

+

Máy biến dòng điện (BI, TI, CT)

Tỷ số biến đổi dòng điện BI theo lý thuyết nghịch với số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp BI Nhưng thực tế dòng thứ cấp xác định

NI.IT = IS – Iµ

trong đó: IT,IS,Iµ - dịng thứ cấp, dịng sơ cấp, dịng từ hóa; NI- tỷ số dịng quấn

Dịng từ hóa tỷ lệ với tổng trở mạch thứ cấp, sai số BI tỷ lệ với tổng trở thứ cấp (phụ tải BI) Các BI đảm bảo độ xác chúng làm việc tình trạng gần với tình trạng nối tắt phía thứ cấp BI, nghĩa phụ tải phía thứ cấp BI bé lúc Iµ bé Ví dụ, phụ tải 30VA dòng điện định mức 5A, ta có điện thứ cấp UT = 6V Khi điện trở phụ tải thay đổi phạm vi giới hạn, dòng điện thứ cấp IT thực tế khơng biến đổi Iµ bé so với dịng điện sơ cấp IS Vì phụ tải BI luôn nối tiếp, khác với phụ tải BU luôn ghép song song Nối tắt thứ cấp trường hợp làm việc bình thường BI Khơng cho phép máy biến dịng làm việc tình trạng hở mạch thứ cấp dòng điện sơ cấp định mức Đặc biệt NM, dòng sơ cấp lớn, sức điện động phía thứ cấp (nếu hở mạch) đạt đến hàng chục kilô volt Cũng cần ý rằng, điện trở phụ tải mạch thứ cấp lớn gây điện áp nguy hiểm Độ xác BI tính tỷ số

% sai soá = .100

  



 −

s s T I

I I I N

Đối với số loại rơle độ xác 10% đến 15% NM chấp nhận được, ví dụ rơle dịng điện có thời gian Cịn rơle khác khoảng cách, so lệch yêu cầu độ xác cao 2÷3% Trong trường hợp tổng quát, dùng độ xác 5% Sai số cho phép

về góc δ≤ 7o

1- Cách xác định phụ tải BI sơ đồ bảo vệ

Trong sơ đồ BV phụ tải BI bao gồm điện trở rơle, dây nối phụ điện trở tiếp xúc Giá trị tính toán phụ tải BI xác định sau:

Z.pt =

cấp thứ cuộn điện Dòng

cấp thứ cuộn áp Điện I

U T

T =

Đối với dòng điện thứ cấp cho, điện áp đầu cuộn thứ cấp BI phụ thuộc vào sơ đồ nối BI phần đo lường, dạng NM phối hợp pha hư hỏng

Hình 1.4 Nối tiếp hai máy biến dòng

Trong số trường hợp để giảm phụ tải BI người ta giảm UT cách nối tiếp hai

(hay đơi ba, bốn) máy biến dịng có hệ số biến đổi giống (H.1.4) Lúc

Z.pt = 0,5( )

dd R

T

T Z Z

I U

+ =

với: ZR - tổng trở rơle; Zdd- tổng trở dây dẫn

2- Cách đánh dấu đầu cuộn dây

Trong sơ đồ BV cần phải nối đầu cuộn dây BI phần đo lường BV, cần phải biết cách đánh dấu cuộn dây sơ cấp thứ cấp BI

Các đầu cuộn sơ cấp đánh dấu S1 S2

Các đầu cuộn thứ cấp ta đánh dấu T1 T2

Xác định đầu dây theo quy tắc sau: chọn đầu S1 cuộn sơ

cấp tùy ý Đầu T1 cuộn thứ cấp xác định theo đầu S1

cuộn sơ cấp với quy ước giá trị tức thời dòng điện sơ cấp Is từ đầu S1 đến S2 dòng điện thứ cấp IT từ T2 đến T1

(H.1.5) Ở đầu S1 T1 người ta đánh dấu

sao (*) Nếu chọn đầu dây theo quy ước vừa nêu dịng điện thẳng từ mạch sơ cấp qua rơle khơng bị đổi chiều Vì thế, vẽ thường người ta không đánh dấu đầu cuộn dây mà hiểu ngầm đầu tên S1 T1 nằm

caïnh

Đối với BI lõi thép, chất lượng lõi thép, đặc tính bão hịa từ

của quan trọng Khi dòng điện NM lớn làm lõi thép bão hòa, điều gây ảnh hưởng nhiều hay đến BV tùy thuộc nguyên tắc BV, chẳng hạn khơng ảnh hưởng nhiều đến BV tín hiệu đầu vào BV dịng điện Mức độ xác BI ảnh hưởng lớn đến sơ đồ BV so lệch cần so sánh khác dịng điện Sự bão hịa BI tính đốn bằng ba phương pháp sau:

- Phương pháp đường cong từ hóa (đường cong bão hịa) - Phương pháp cơng thức

- Phương pháp mô máy tính

Trong trường hợp, biến dịng thay sơ đồ mạch tương đương hình 1.6 Dịng điện sơ cấp BI biến đổi máy biến dòng lý tưởng tỷ số 1/n

Mạch tương đương hình 1.6a đơn giản hóa thành hình 1.6b, tổng trở thứ cấp BI tổn thất nhiệt khơng kể BI đánh giá độ xác tỷ số dòng sơ cấp dòng thứ cấp Điều xác định điện áp thứ cấp lớn mà BI khơng bị bão hịa

Hình 1.5 Cách đánh dấu các đầu cuộn dây BI

R

S2 S1

IS

IT T*1

a)

b)

1 : n a

b

c

d

a

b c

d

e

f

e

f

1 : n Is / n

Rm Xm

Xm

ZL

ZT n2

Z&S Z&T

V&ef

V&cd

XT j RT Z&T = +

n

/ Is &

XL

IT j& I&c

ZL

IT & & Ie

&

RL

I&T I&T

I&T IS

Z - tổng trở sơ cấp BI; Z - tổng trở thứ cấp BI; X - thành phần từ hóa; R - tổn thất nhiệt lõi thép nhánh từ hóa

S m

m

T

Hình 1.6 Mạch tương đương giản đồ vectơ BI

Từ hình 1.6b xác định điện thứ cấp

V.cd = V.T = I.T(Z.T + Z.L) = I.T Z.B (1.1) đó: V.T - điện thứ cấp (V); I.T - dòng thứ cấp cực đại (A)

Z.L - tổng trở tải (Ω); Z.T - tổng trở thứ cấp BI (Ω)

Z.B - tổng trở phía thứ cấp (Ω)

Trong trường hợp áp dụng, dòng điện thứ cấp cực đại tính từ dịng điện NM chia cho tỷ số BI

Cấp xác theo tiêu chuẩn ANSI

Loại C: quy định tỷ số biến đổi tính tốn Bao gồm BI sứ có cuộn dây phân bố khơng đồng BI mà từ thông tản lõi thép không ảnh hưởng tới tỷ số biến đổi giới hạn xác định

Loại T: quy định tỷ số biến đổi phải xác định thử nghiệm Bao gồm BI loại dây quấn loại khác mà từ thông tản lõi thép ảnh hưởng đến tỷ số biến đổi

Biến dòng loại sứ thường rẻ loại dây quấn có độ xác thấp hơn, thường dùng cho BV rơle giá thành độ xác thỏa mãn BV Hơn nữa, loại BI sứ tiện lợi cho việc đặt đầu sứ máy biến áp máy cắt BI loại sứ xác dịng điện nhỏ có dịng từ hóa lớn nên dùng cho đo lường dịng điện bình thường

22 20 18 16 14 12 10

0 510 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 V

Đ

ie

än

th

ế

th

ứ

ca

áp

800 700 600 500 400 300 200 100

0 510 2030 40 50 60 70 80 90 100 V

A C800

C400 C200 C100 4Ω

2Ω

1Ω

B-10 B-20 B-40 B-80

Bội số Iđms

Hình 1.7 Đồ thị chuẩn xác ANSI, máy biến dịng loại C

Hình 1.8 Đường cong tỷ số dòng mẫu BI loại T

Ví dụ, tải BI 4Ω, đường cong sai số tỷ số cấp C400 không vượt (10%)

giữa 20 lần dịng điện thứ cấp bình thường Điều kiểm tra sau VT = 4Ω(100× 5A) = 400V

Cấp xác BI cho rơle cung cấp từ nhà sản xuất Đối với BI loại T, nhà sản xuất cung cấp đường cong tỷ số q dịng mẫu, hình 1.8

a- Phương pháp đường cong từ hóa

Phương pháp yêu cầu phải dùng đường cong từ hóa biến dịng cần chọn, đường cong cung cấp từ nhà sản xuất Họ đường cong tiêu biểu cho hình 1.9 Đường cong dùng đơn giản Từ (1.1) với dòng chạm tỷ số BI cho, ta xác định điện thứ cấp Từ hình 1.8 điện tính, ta kiểm tra điểm làm việc BI, việc chọn rõ ví dụ tập “Tính tốn NM BVRL HTĐ”, tác giả Nguyễn Hoàng Việt

Hình 1.9 Đường cong từ hóa BI loại C

0,001 -1 10 100 1000

0,01 0,1 10 100

Dòng từ hóa thứ cấp, Ie

Đ

ie

än

th

ế

tư

ø h

oùa

th

ứ

ca

áp,

Vs 600-5

b- Phương pháp công thức

Phương pháp đánh giá làm việc BI dựa vào nguyên lý thiết kế BI Bảng 1.1 cho quan hệ tải thứ cấp chuẩn BI điện thứ cấp định mức Điện thứ cấp định mức điện BI loại C cung cấp cho tải chuẩn với 20 lần dịng định mức mà khơng q sai số 10%

Bảng 1.1 Điện định mức tải chuẩn BI loại C

Loại C Tải chuẩn ZB (1) (Ω)

Điện định mức (2)

(V) Loại C

Tải chuẩn ZB (1) (Ω)

Điện định mức (2) (V)

C100 100 C400 400

C200 200 C800 800

(1) - giả thiết góc tổng trở 60o; (2) - tính 20 × 5A dịng thứ cấp

Điện thứ cấp hàm dòng điện NM thứ cấp BI IN tổng tải phía thứ cấp ZB

(V)

dt nd

v = φ

với: n - số vịng dây phía thứ cấp; φ - từ thơng lõi thép (webers)

hay ∫ ∫

        ω −         − =         ω − = = Φ − − t o t o L Rt N B L Rt N

Bi e t dt Z i RL e t

Z vdt

n cos sin

Lấy trị số cực đại dấu ngoặc biểu thức ta

      + = ω Φ L X i Z

n B N

Điện định mức thứ cấp BI điện thứ cấp cung cấp cho tải chuẩn 20 lần dịng định mức mà khơng gây sai số tỷ số 10% Từ điều kiện ta viết

      + ≤ 20 L X i Z N B

Trong tải tính đơn vị tương đối (ĐVTĐ) với tải BI chuẩn, dòng NM ĐVTĐ với dòng định mức BI Ví dụ, đường dây truyền tải có X/R 12 dòng NM cực đại bốn lần dịng định mức BI C800, bão hịa khơng xảy ZB < 0,38 (ĐVTĐ) tải chuẩn 8Ω, hay khoảng 3Ω

c- Phương pháp mô máy tính

Đồ thị 1.8 1.9 khơng cho ta biết xác dạng sóng méo dạng có dịng sơ cấp lớn làm bão hịa lõi thép BI Việc chụp hình dạng sóng thực tế mơ máy tính cho phép ta định dạng sóng sơ cấp thứ cấp lúc có dịng điện sơ cấp lớn Máy biến dòng làm việc chế độ độ

Khi có NM xảy ra, dịng điện NM xác định:

( ) ( )       φ − ψ + φ − ψ + ω

= −Lt

R

NM I t e

i max sin sin

Trong phương trình trên, R, L điện trở kháng trở, φ góc pha mạch sơ cấp ψ

thời gian (radian) tính từ thời điểm xảy NM đến điện áp thứ cấp vừa qua không Công thức thành phần không chu kỳ giảm chậm R/L nhỏ, nghĩa cảm kháng cao mạng có điện 110kV Thành phần không chu kỳ lớn ψ = 90o –φ, nghĩa

NM bắt đầu thời điểm điện không

Thành phần không chu kỳ dòng điện thứ cấp máy biến dòng hình 1.11a; ta thấy thành phần khơng chu kỳ dòng điện thứ cấp giảm nhanh dòng điện sơ cấp, đổi chiều sau vài chu kỳ

Sai số BI tạo thành phần khơng chu kỳ suy từ hình 1.11b, mà phần dòng điện sơ cấp dùng để từ hóa lõi thép Hình 1.12 cho dạng sóng dòng điện sơ cấp thứ cấp BI có NM

Giá trị X/L tăng theo điện mạng điện khoảng cách dây dẫn tăng lên mạng 220kV, X/L khoảng 10, từ thông không chu kỳ khoảng 10 lần/từ thông chu kỳ Is

đường bao

U

t

2

2Ik

=

2

2I

’’k

2

2Ik

A

g

T

Hình 1.10 Dạng sóng dòng điện ngắn mạch

Đường bao

Đường bao

iT iS

iµ

0,1 0,2 0,3 T(s)

a) amps

iϕ

t

b)

Is

IT is

Φ

a)

b)

Hình 1.11 Thành phần không chu kỳ

Hình 1.12 Dạng sóng dịng điện sơ cấp và thứ cấp BI có NM

a) Theo lý thuyết; b) Chụp dao động

3- Bộ biến đổi dòng điện quang

Để khắc phục tượng bão hòa lõi thép BI, ta dùng biến đổi dịng điện quang Nguyên tắc làm việc biến đổi đo lường vùng từ trường lân cận dây dẫn mang dòng điện Ưu điểm phương pháp là:

- Khoảng làm việc phận quang lớn nhiều so với loại BI điện từ - Bộ biến đổi quang gọn nhẹ

Hình 1.13 Các loại biến đổi dòng điện quang

Khuyết điểm loại này tín hiệu đầu nhỏ khoảng vài microwatt so với vài watt loại cổ điển Phần cứng biến đổi dòng điện quang ngày phát triển có năm dạng khác như:

Loại 1: BI cổ điển kết hợp với biến đổi quang cách điện

Bộ biến đổi điện - quang

dây dẫn lõi từ biến dịng

cáp quang

cảm quang cảm quang

cáp quang vào

đường ánh sáng

vào

cáp quang cáp quangvào cảm quang

dây dẫn

vào cáp quang caûm quang

Loại 2: dùng mạch từ quanh dây dẫn kết hợp đo từ trường bên lõi thép qua khe hở khơng khí

Loại 3: dùng đường ánh sáng bên khỏi vật liệu quang bao bọc dây dẫn điện

Loại 4: dùng dây quang quấn quanh dây dẫn

Loại 5: đo từ trường điểm gần dây dẫn

Máy biến điện áp (BU, TU, PT)

Máy biến điện áp chế tạo chuẩn hóa máy biến dịng điện Điện thứ cấp pha thường 100V (115V) Thường có hai loại từ điện dung Khi điện hệ thống lớn 500kV, máy biến áp điện dung hình 1.13 dùng

BU khác với máy biến áp điện lực chỗ làm nguội, cỡ dây dẫn độ yêu cầu làm việc xác Trị số sai số BU định theo hệ số

% sai soá = 100

S S T U

U U U

N −

với: NU - hệ số biến đổi điện áp; UT, US - điện áp thứ sơ cấp

Sai số phần điện sơ cấp tạo dòng điện từ hóa phần tải phía thứ cấp Để dùng cho BV, BU chế tạo thường ba pha có lõi trụ Mỗi pha có hai cuộn thứ cấp, cuộn nối điện ba pha cần thiết cho BV cuộn khác nối nối tiếp thành tam giác hở dùng để lọc thành phần thứ tự không (H.1.14a) BU pha dùng nơi không cần điện áp thứ tự khơng, lúc cần điện áp pha nối theo kiểu tam giác thiếu (H.1.14b)

Uo

US B

A C

a b c

a) b)

N US

UT

Hình 1.14 Máy biến điện áp

Sơ đồ nối BI, BU với phần đo lường mạch BV

Phần đo lường BV nhận thông tin đối tượng BV từ cuộn dây thứ cấp BI, BU Trạng thái, chế độ đầy đủ đối tượng BV xác định dòng áp ba pha chỗ đặt BV Trong vài trường hợp, BV tác động cần dòng hai pha hay cần điện áp pha (điện áp dây), trường hợp cần đặt BI hai pha hai biến áp pha

Đối với BV thực bán dẫn, vi mạch, thành phần thứ tự dòng sơ cấp tạo phần đo lường BV, sau phần nhận UT, IT từ BU, BI Vấn đề đặt cần dùng thêm BI, BU, phận thế, phần dòng trung gian để chuyển dòng áp định mức từ BI, BU (5A hay 1A 100V) xuống dịng áp thích hợp cho phần đo lường bán dẫn hay vi mạch

Đối với BV thực vi xử lý, thành phần họa tần nhận cách tính tốn biết dịng áp pha

a- Sơ đồ nối BI với phần đo lường BV

Ia Ic

Iv

a) b) c) d)

Iv I.b I.a

I.c

Hình 1.15 Sơ đồ nối BI

Trong mạng có dòng chạm đất bé, BV thường nối hai BI, thường tất mạch nối hai pha có tên (ví dụ A C) Trong mạng điện lớn 100kV, trung tính nối đất trực tiếp, để BV cần thiết đặt BI ba pha Từ có dạng nối BI sau:

Hình 1.15a: sơ đồ hình khuyết, đường dây làm việc bình thường có iv = ia + ic≠

Hình 1.15b: sơ đồ hình hồn tồn Đường dây có dịng iv = ia + ib + ic≠ NM pha (N1), nghĩa nhận thành phần thứ tự không 3i

o = ia + ib + ic Hình 1.15c: sơ đồ số 8; Hình 1.15d: sơ đồ hình tam giác

Trong sơ đồ hình 1.15c,d, dịng điện chạy vào phần đo lường BV iR = ia – ic Trong tình trạng đối xứng IR = Ia = Ic

Ia

a) Ia

Ib

Ib

Ic

Ic

Ia

Ic

-Ib-Ic

Ia-Ib

Ia

Ic

-Ia-Ib

Ia

Ib

Ic

Ib-Ic

Ic

Ia

Ib

b) Ia

Ic

-Ib

Ic

Ib I -b Ia

Ia-Ic

Ic

Ib

Ia

Ia

Ia

Ib

Ib

Ic

Ic

-Ib Ia

Ic-Ib

Ia-Ic

Hình 1.16 Sơ đồ BI hình tam giác

Đối với BV phản ứng theo thành phần thứ tự dòng điện, phần thứ cấp BI đưa qua lọc, ví dụ lọc thứ tự nghịch hình 1.17

Trong trường hợp BV chống chạm đất dùng cách đấu BI để tạo thành lọc thứ tự không Sau ta khảo sát lọc thứ tự không

LI2

KI2

RIo

Hình 1.17 Bảo vệ nối qua lọc thứ tự nghịch

Hình 1.18 Bộ lọc thứ tự không

Bộ lọc thứ tự khơng dùng ba máy biến dịng (H.1.18)

Dòng điện vào phân tử đo lường BV tổng dòng thứ cấp ba pha Nếu bỏ qua dịng từ hóa, ta có

IR = I&a+ I&b + I&c;

I o I C B A

R I NI I NI

I& = & + & + & = 3&

với: I&a, I&b, I&c - dòng thứ cấp ba pha; NI - tỷ số biến đổi BI I&A, I&B, I&C - dòng sơ cấp ba pha

Khi có NM nhiều pha (khơng kèm chạm đất), có dao động, dòng phụ tải lúc I&A +I&B+ I&C = I&o =

Trong thực tế, cần tính đến sai số BI gây nên dịng từ hóa chúng Như IA + IB + IC = 0, ta có Ia + Ib + Ic≠ 0, nghĩa có dịng điện qua phần đo lường BV Dòng gọi dòng khơng cân (Ikc)

Nếu kể đến dịng từ hóa (Iµ) dịng qua ĐL

I C B A I C B A I C C I B B I A A R N I I I N I I I N I I N I I N I I

I µ µ µ µ + µ + µ

− + + =         − +         − +         −

= & & & & & & & & & & & &

&

kc I o

R NI I

I& = 3& − & với

I C I B I A kc N I N I N I

I µ µ µ

+ +

= & & &

&

Tổng dịng từ hóa thường khác khơng, chúng khơng có dạng hình sin Ngồi ra, chúng khác suất lẫn pha gây nên đặc tuyến từ hóa khơng tuyến tính khơng phụ tải thứ cấp BI không Giá trị lớn dịng khơng cân Ikcmax tính

ứng với trường hợp NM ba pha Để hạn chế dịng khơng cân BI cần làm việc phần khơng bão hịa đặc tuyến từ hóa cần có dịng từ hóa nhau, muốn BI cung cấp cho BV cần phải:

- Thỏa mãn điều kiện sai số < 10% giá trị dịng NM ba pha - Có đặc tuyến từ hóa ba pha

Trong giai đoạn độ NM, dòng Ikclớn ảnh hưởng thành phần không chu kỳ dịng NM, thành phần làm dịng từ hóa tăng không giống BI, chọn tham số cho BV tác động tức thời, cần lưu ý đến điều Để BV không tác động sai với dịng khơng cân bằng, cần chọn dịng tác động BV lớn Ikc

Máy biến dịng thứ tự khơng (BIo)

Trong mạng điện có trung tính khơng nối đất, thường dịng chạm đất bé, dùng lọc 3BI không đủ độ nhạy để BV tác động Dòng khởi động sơ cấp BV khơng nhỏ 20÷

25A, trường hợp dùng BIo có độ nhạy cao

Ưu điểm BIo Ikc bé có khả chọn số vịng cuộn thứ cấp tùy điều kiện bảo đảm cho độ nhạy lớn mà không bị giới hạn phụ tải Nhờ BIo có khả làm cho

BV tác động với dịng sơ cấp 3÷5A

Nếu dùng BIo kết hợp với rơle có độ nhạy cao tạo nên BV tác động với dịng sơ cấp 1÷2A

ÑL ÑL

A

B Cx

x x

1

2

a) b)

iA iB iC

IV

Hình 1.19 Máy biến dịng thứ tự khơng BIo

Trên hình 1.19a giới thiệu cấu tạo BIo khung từ1 gồm thép biến áp, có dạng hình

vành khăn chữ nhật ôm lấy ba pha đường dây BV, dây dẫn pha A, B, C chui qua lỗ BIo, cịn cuộn thứ cấp quấn khung từ Các dòng IA, IB, IC tạo khung từ từ thông tương ứng φA, φB, φc Từ thông tổng cuộn sơ cấp φΣ =φA + φB + φc

Nếu φΣ≠ 0: cuộn thứ cấp có sức điện động e2 tạo nên dịng ĐL Giá trị từ thơng

và dịng tạo liên hệ qua φ = ωI/R = kI Khi dây dẫn pha có vị trí

khung từ cuộn thứ cấp, coi hệ số k pha nhau, φΣ = φA + φB + φc= k(I&A

+I&B+ I&C)

vì tổng dịng pha I&A +I&B+ I&C = 3Io nên nói từ thơng tổng tạo nên dịng sơ cấp BIo tỷ lệ với thành phần thứ tự không φΣ = k3Io

Từ thông tổng φΣ đại lượng mà tạo nên SĐĐ thứ cấp e2 dịng thứ cấp IR

có thể có tổng dịng pha khác khơng, hay nói cách khác mà dòng pha qua BIo có chứa thành phần thứ tự khơng

Trong thực tế, vị trí dây dẫn pha cuộn thứ không Hệ số hỗ cảm pha cuộn thứ cấp k có giá trị khác nhau, dịng sơ cấp hồn tồn cân bằng, từ thơng tổng khác khơng Đó từ thông không cân tạo nên cuộn thứ cấp sức điện động dịng khơng cân Dịng khơng cân BIo nhỏ nhiều so với

xứng vị trí dòng sơ cấp pha Để BV đường dây, động cơ, người ta chế tạo BIo loại

cáp Khi cần thiết BV đường dây không người ta làm thêm đoạn cáp đặt BIo đoạn

Khi có dịng Iv chạy trở vỏ cáp đường dây khơng cố mà có đặt BIo, BV đường dây

này tác động sai Kinh nghiệm vận hành cho biết theo vỏ cáp thép hay chì có dịng Iv chạy vòng qua đất Các dòng xuất chạm đất gần chỗ đặt cáp Dòng Iv chạy theo vỏ cáp đường dây không hư hỏng chạy qua BIo BV tác động sai

Để loại trừ điều nêu trên, triệt tiêu ảnh hưởng dịng sau: vỏ đoạn cáp từ phễu BIo đặt cách điện với đất, dây nối đất nối phễu cáp luồn qua lỗ BIo (H.1.19b) Nhờ vậy,

khi có Iv chạy theo vỏ cáp, dịng qua dây nối đất chạy ngược trở Từ thơng khung từ BIo dịng chạy vỏ dòng nối đất triệt tiêu nhau, nên không Khung từ BIo

cũng cần phải cách điện vỏ cáp

b- Sơ đồ nối BU với phần đo lường bảo vệ

Sơ đồ nối cuộn dây BU nối hình sao, tam giác, lọc áp thứ tự khơng

Sơ đồ hình (có thể dùng ba BU pha hay BU ba pha)

Sơ đồ ba máy biến áp thường dùng cho mạng từ 35kV trở lên BU ba pha năm trụ thường dùng cho mạng 15kV, lúc cần lấy điện áp thứ tự khơng

ĐL ĐL ĐL ĐL ĐL ÑL ÑL ÑL ÑL

A B C

a) b) c)

Hình 1.20 Sơ đồ hình

Trong sơ đồ này, cuộn dây sơ cấp BU nối hình sao, trung tính nối đất Bộ phận đo lường BV nhận điện áp dây (H.1.20a), điện áp pha (H.1.20b) nhận áp pha với trung tính giả (H.1.20c), giản đồ vectơ cho (H.1.21)

Trong trường hợp c, tổng trở ĐL

3 ;

3 ;

3

cb ca c ba bc b ac ab

a U U U U U U U U

U = + = + = +

Nếu trung tính sơ cấp BU khơng nối đất điện

áp sơ đồ hình 1.20b trường hợp c mà trung tính sơ cấp có nối đất

Sơ đồ tam giác khuyết

Sơ đồ thực hai biến áp dây (H.1.22) Bộ phận đo lường BV nối để nhận điện áp dây điện áp pha có trung tính giả Sơ đồ dùng không cần nhận điện pha với đất

Uca

Uba

Ucb N

A B C ÑL ÑL ÑL ÑL ĐL ĐL

Hình 1.22 Sơ đồ tam giác khuyết (sơ đồ nối hình chữ V)

Bộ lọc áp thứ tự không: để nhận thành phần điện áp thứ tự không thường dùng ba BU pha, hay ba pha năm trụ Cuộn sơ cấp nối hình sao, trung tính nối đất, cuộn thứ cấp nối tam giác hở, để nối ĐL vào hình 1.23a

A B C

a b

c ÑL

ĐL

a) b)

Hình 1.23 Sơ đồ nối BU nhận áp thứ tự không

Điện áp nhận ĐL

U o U

C B A c b a

R U U U U Uk U kU

U& = & + & + & ≈ & + & + & = 3&

Điện áp nhận tỷ lệ với điện áp thứ tự không, nên sơ đồ gọi lọc áp thứ tự không

a) b) c) R

ĐL ĐL ĐL

Hình 1.24 Bộ lọc thứ cấp áp thứ tự không

1.3.2 Phần đo lường thứ cấp bảo vệ - phận so sánh

Hệ thống BV hình 1.2 gồm có hai phần chính: phần đo lường lơgic Phần khảo sát biến đổi đo lường sơ cấp BI, BU Các đại lượng IR, UR từ BI BU đưa vào phần đo lường thứ cấp BV (gọi tắt phần đo lường)

Phần đo lường BV tùy thuộc vào nguyên tắc tác động BV mà thực hay nhiều phần tử đo lường Việc thực phần tử chức BV phụ thuộc vào nguyên tắc cấu tạo, thực BV chẳng hạn thực nguyên tắc điện cơ, linh kiện bán dẫn, vi mạch hay vi xử lý

Những thiết bị BV thực điện cơ, sau xuất phần tử điện tử, bán dẫn, vi mạch Thời đại ngày nay, việc áp dụng vi xử lý vào lĩnh vực BV rộng rãi Trong trường hợp tổng quát, dù BV thực phương tiện nào, phần tử BV có tính chất, nguyên tắc chung Sau trình bày nguyên tắc để thực phần đo lường BV

Vì xuất cố HTĐ kéo theo biến đổi đại lượng xoay chiều đặc trưng cho trạng thái hệ thống (dòng, áp) Cho nên, chức quan trọng phạm vi BV phát thay đổi đánh giá tình trạng đối tượng BV mà cho lệnh lập cố thích hợp

Ở BV đơn giản, thực rơle dòng điện so sánh dòng điện qua phần tử BV với giá trị chuẩn không đổi điều chỉnh tay rơle tác động dòng điện vượt giá trị chuẩn Rơle có đại lượng vào dòng điện giá trị chuẩn thiết lập qua trung gian lị xo, cịn có tên giá trị ngưỡng hay mức tới hạn thông số kiểm tra Những rơle điện tử thỏa mãn chức tương tự gọi phận phát hiện mức tới hạn, phận phát biên độ, hay phận phân biệt biên độ Giống rơle dòng điện loại điện cơ, phận phát mức tới hạn có đại lượng vào giá trị so sánh với giá trị chuẩn giá trị chuẩn thực nguồn ổn áp hay nhờ

điod ổn áp (Zener)

Những phận làm thỏa mãn chức so sánh đại lượng đưa vào, với đại lượng khác theo chương trình định sẵn gọi bộ so sánh Như khâu quan trọng phần đo lường so sánh, có một, hay nhiều tín hiệu từ BI, BU

đưa vào Bộ phận đo lường xác định phạm vi tác động BV Ta biểu diễn phạm vi tác động BV hình vẽ đặc tuyến Đối với phận đo lường có đại lượng đầu vào, phạm vi tác động biểu diễn điểm trục tọa độ (H.1.25a) Đối với phận có hai tín hiệu đầu vào, đặc tính khởi động diễn tả mặt phẳng hình 1.25b Cịn phận với ba hay lớn diễn tả không gian ba chiều hay nhiều Trong hầu hết sơ đồ BV, phận so sánh diễn so sánh biên độ, góc pha hay vừa biên độ (suất) góc pha đại lượng

Khi so sánh giá trị tuyệt đối (biên độ, suất) hai đại lượng, so sánh khởi động

A ≥ B không khởi động A không vượt qua giá trị B

Trong phương trình trên, với A B giá trị tuyệt đối hai đại lượng đưa vào so sánh, hay đại lượng đưa vào đại lượng chuẩn

Khi so sánh góc pha hai đại lượng, so sánh khởi động ϕ1≤ (

A,B.) ≤ϕ2 vaø

sẽ không khởi động điều kiện không thỏa Phương trình với A.,B

hai vectơ biểu diễn hai đại lượng điện (A.,B.) góc hai vectơ, B trễ pha so với A ϕ1 ϕ2 hai góc pha cho sẵn, thường ϕ1 – ϕ2 = 180o

a- Bộ phận so sánh với đại lượng đầu vào

Như nói, phận tiến hành so sánh đại lượng vào cần quan sát theo dõi với đại lượng chuẩn, chẳng hạn mơmen lị xo (rơle điện cơ), điện áp chuẩn (rơle điện tử), chương trình so sánh phần mềm rơle kỹ thuật số Thực tế đại lượng đầu vào hàm số dòng điện hay điện áp đối tượng BV:

A = f1(

R

I ); B = f2(

R U )

Bộ phận phải tác động trị số vào lớn (rơle cực đại) hay nhỏ (rơle cực tiểu) trị số chuẩn cho trước

Trị số đại lượng chuẩn cho trước gọi trị số khởi động Trị số xác định đặc tính khởi động điểm đường thẳng (H.1.25a)

Sơ đồ cấu trúc loại cho hình 1.26

Hình 1.25 Đặc tuyến tác động phận đo lường Vùng tác

động

Vùng không tác động Vùng không

tác động

Vùng tác động

B& A&

b- Bộ phận so sánh với hai đại lượng đầu vào

Trong phận này, so sánh diễn hai đại lượng thay đổi A B mà đại lượng tổ hợp từ hai tín hiệu đầu vào I.R (U.R):

A = k1

R U + k2

R

I ; A B = k3

R U + k4

R I

với k1, k2, k3, k4 hệ số, trường hợp tổng quát số phức

Sơ đồ cấu trúc đo lường với hai tín hiệu vào cho hình 1.27

Khi đầu phần tử thay đổi trạng thái (tiếp điểm rơle mở đóng hay ngược lại, điện mức thấp chuyển sang cao hay ngược lại) gọi khởi động Đặc tuyến khởi động so sánh đường cong nằm mặt phẳng (H.1.25)

c- Dùng mặt phẳng phức để khảo sát làm việc phận so sánh

Đại lượng điện biểu diễn dạng hàm mũ, vectơ Để biểu diễn làm việc so sánh, người ta dùng mặt phẳng phức để khảo sát

Dùng mặt phẳng phức W để khảo sát quan hệ hai đại lượng A B Dùng mặt phẳng tổng trở Z để khảo sát quan hệ hai đại lượng U.R I.R Các đặc tuyến làm việc hầu hết BV phức, người ta thường biểu diễn mặt phẳng tổng trở Z

So sánh hai đại lượng A B cho ta đặc tuyến khởi động mặt phẳng phức W, mà A B hàm U.R

R

I nên ta dễ dàng tìm đặc tuyến khởi động BV mặt phẳng tổng trở Z

So sánh hai đại lượng phức A B mặt phẳng phức R R R R I k U k I k U k B A W & & & & & & + + =

= (1.2)

mà xét mặt phẳng tổng trở Z Z& =

R R I

U (1.3)

từ (1.2) ( )

( ) k(z a)

b z k k z I k k k z I k W R R − − = + + = & & (1.4) B& ) U ( IR&R & A&

1- A& =f( )I&R ; 2- đại lượng chuẩn;

3- phần tử chỉnh định giá trị khởi động 4- mạch so sánh

Hình 1.26 Cấu trúc so sánh có một tín hiệu đầu vào

4 IR UR A B

1, 2- mạch tổ hợp tín hiệu; 4- mạch so sánh 3- phần tử điều chỉnh hệ số K

với

1

4

2 ; ;

k k k k k a k k

b = − = − = −

Ngược lại, ta nhận z từ w

w k k

k w k z

3

2

− −

= (1.5)

Từ quan hệ trên, chuyển đổi việc biểu diễn đặc tuyến mặt phẳng phức W mặt phẳng tổng trở Z liên quan với Vùng khởi động đặc tuyến làm việc mặt phẳng W tương ứng với vùng khởi động đặc tuyến làm việc mặt phẳng tổng trở Z Những vùng đặc tuyến không trùng mà liên hệ thông qua hệ số k1, , k4

d- Đặc tuyến làm việc so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng điện mặt phẳng phức mặt phẳng tổng trở

Đặc tuyến khởi động so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng A B (không phụ thuộc vào góc pha A B) xác định phương trình w =A/B =

Đặc tuyến vòng tròn tâm O, bán kính mặt phẳng phức

Vùng làm việc (khởi động) xác định bất phương trình Ví dụ, khởi động theo điều kiện w =A/B≤ phần nằm vòng tròn (phần gạch chéo (H.1.28a))

Tương ứng với đặc tuyến vùng khởi động mặt phẳng phức W, quan hệ (1.4) ta xác định đặc tuyến khởi động vùng khởi động mặt phẳng Z cho (H.1.28b) (H.1.28c)

O O

O

jX

b

z - b z - a a

z l

R jX

Zo Ro

j

a) b) c)

Hình 1.28 Đặc tuyến khởi động mặt phẳng phức W (a) mặt phẳng tổng trở Z (b, c)

Trong trường hợp so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng tương ứng với đặc tuyến vịng trịn tâm O, bán kính mặt phẳng phức W vòng tròn tâm Zo bán kính Ro mặt phẳng tổng trở Z với

1

2

− − = −

k b a k

Zo (1.6)

vaø

1 | |

2 −

− =

k b a k

- Nếu k≠1: đặc tuyến mặt phẳng Z vòng tròn tâm Z−o bán kính Roxác định (1.6) (1.7)

- Nếu k = 1: đặc tuyến mặt phẳng Z đường thẳng 1, trung tuyến đoạn thẳng b

a, , vùng khởi động nửa mặt phẳng có chứa điểm a

- Nếu k > 1: tương ứng với vùng khởi động nằm bên vịng trịn tâm O bán kính l

vùng khởi động mặt phẳng tổng trở nằm bên vòng tròn (Z−o,R−o)

- Nếuk<1 ngược lại, nghĩa vùng khởi động mặt phẳng Z nằm ngồi vịng trịn e- Đặc tuyến khởi động so sánh góc pha hai đại lượng A B mặt phẳng phức

Được xác định hai phương trình (A.,B.) = ϕ1 (

A,B.) = ϕ2

Vùng khởi động xác định bất phương trình: ϕ1< (

A,B.) <ϕ2

Đặc tuyến khởi động mặt phẳng phức hai nửa đường thẳng qua gốc O

và tạo với trục hồnh góc ϕ1 ϕ2 Vùng khởi động tương ứng với phần gạch chéo (H.1.29), ϕ1 –ϕ2 = 180o đặc tuyến đường

jX j

O

1

2

3

4

R b

a

O

a) b)

ϕ2 ϕ1

Hình 1.29 Đặc tuyến khởi động mặt phẳng phức W (a) mặt phẳng tổng trở Z (b)

trong trường hợp so sánh góc pha hai đại lượng điện

Hầu hết BV, người ta thường dùng đặc tuyến đường thẳng 3, nghĩa lúc ϕ1

–ϕ2 = 180o nên phần khảo sát trường hợp đặc biệt

Nếu ϕ1 – β ≠ ϕ2 – β ≠ 180o đặc tuyến vịng trịn đường kính với β =

argk3/k1 đặc tuyến mặt phẳng tổng trở Z tương ứng với đường thẳng mặt phẳng W vòng tròn qua hai điểm a, b (đường (H.1.29b))

Nếu ϕ1 – β = 90o ϕ2 – β = 270o đặc tuyến vịng trịn đường kính a,b (đường

(H.1.29b))

Nếu ϕ1 – β = ϕ2 – β = 180o, đặc tuyến khởi động tương ứng đường thẳng mặt

phẳng tổng trở Z vùng tác động nằm phía trái đường thẳng từ b đến a

Bộ so sánh trị số tuyệt đối trở thành so sánh pha hai tín hiệu đại lượng, ngược lại thay đổi tổ hợp tín hiệu vào Nói cách khác, so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng A B A& tương ứng so sánh góc pha hai tín hiệu U.R I.R

Ví dụ, quan sát hình 1.30, ta nhận thấy so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng R

R R

R I B U I

U

A& = & ÷ & ; & = & − & tương ứng với so sánh pha ϕ U.R I.R

B A IR ϕ B A ϕ IR B A ϕ IR

a) b) c)

Hình 1.30 Giản đồ vectơ so sánh trị số tuyệt đối dùng cho so sánh pha

g- Trường hợp rơle có dạng đặc tuyến đặc biệt

Người ta sử dụng so sánh nhiều tín hiệu đầu vào, so sánh suất hay pha, hay tổ hợp so sánh suất pha

1.3.3 Phần lôgic bảo vệ

Phần lơgic nhận tín hiệu phản ảnh tình trạng đối tượng BV từ phần đo lường Phần lơgic tổ hợp rơle trung gian (rơle điện cơ, bán dẫn ) hay mạch lơgic tín hiệu (0 - 1), rơle thời gian, phần tử điều khiển máy cắt Phần hoạt động theo chương trình định sẵn điều khiển máy cắt

Như khảo sát, phần đo lường diễn so sánh đại lượng đo lường với hay với đại lượng chuẩn Trường hợp tổng quát biểu diễn phần đo lường n hàm số chức có dạng: φi(Ai,Bj) =

    > ≤ j i j i B A khi B A khi

trong đó: AI = f1(UR, IR ); Bj= f2(UR, IR )

Đối với phần lơgic biểu diễn hàm: L(φ1, φ2, , φn) =   

Hàm số L liên hệ phần tử lôgic chuẩn, phần tử thời gian, tín hiệu Trạng thái L phụ thuộc vào phần đo lường Để thực chương trình làm việc phần lơgic dùng tiếp điểm rơle trung gian hay phần tử lôgic

Với ba tốn tử lơgic OR (y = x1 + x2 + x3), AND (y = x1.x2.x3) NO (y = x) phần tử

thời gian, báo tín hiệu ta thực phần lơgic mạch BV

Hình 1.31 giới thiệu tốn tử lơgic thực tiếp điểm rơle ký hiệu: Trong số mạch BV, phần lơgic có thêm phần tử CẤM (khóa) hay cần trì tín hiệu thời gian phần tử tự giữ (NHỚ) Ký hiệu cách thực cho hình 1.32

Cách làm việc mạch tự giữ sau: x1 = (cuộn x1 có điện) y = (y có điện

dòng qua tiếp điểm x1 tiếp điểm thường đóng x2) Trạng thái y = tiếp tục giữ (mặc

dù x1 trở 0) nhờ tiếp điểm tự giữ y y trở không x2 hở nghĩa x2 = Trong thực tế

có sơ đồ mạch BV phức tạp Để đơn giản hóa mạch lôgic, tùy theo công cụ chế tạo BV, người ta dùng quy luật biến đổi đại số lôgic

1.3.4 Mạch thực điều khiển máy cắt BI accu BU

cuộn cắt rơle rơle

Máy cắt 1)

BI

1 BU1 accu BI2 BU2

rôle rôle

cuộn cắt Máy cắt

2)

BI

1 BU1 accu BI2 BU2

rôle rôle

cuộn

cắt cuộncắt Máy cắt

3)

BI

1 BU1 accu1 accu2 BI2 BU2

rơle cuộn

cắt cuộncắt Máy cắt

rơle

4)

Hình 1.33 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy cắt tiêu biểu

Hệ thống mạch điều khiển máy cắt phải đảm bảo làm việc tin cậy Hình 1.33 giới thiệu sơ đồ khối dạng hệ thống điều khiển thường dùng hệ thống BV

Dạng 1: hệ thống hai rơle nhận điện từ nguồn thao tác chiều máy biến điện

Dạng 2: làm tin cậy cách dùng hai biến điện riêng biệt cung cấp cho hai rơle

Dạng 3: dùng máy cắt có hai cuộn cắt, rơle đưa tín hiệu đến cuộn cắt riêng

Dạng 4: hai hệ thống BV riêng biệt điều khiển máy cắt

Nhận xét:dạng tin cậy có hai biến điện riêng biệt cung cấp cho hai rơle Dạng

là dạng đắt tin cậy có hai hệ thống BV riêng biệt điều khiển máy cắt 1.3.5 Các nguồn thao tác

Dịng điện thao tác dùng để cung cấp cho rơle trung gian, thời gian, tín hiệu, phân cực linh kiện điện tử, đóng cắt điều khiển máy cắt điện số mục đích khác

Nguồn dịng điện thao tác cần phải đảm bảo cho BV làm việc cách chắn trường hợp NM, mà điện áp chỗ hư hỏng giảm đến khơng Vì vậy, máy biến áp tự dùng máy biến điện áp nguồn cung cấp cho BV

Hình 1.31 Những toán tử logic a) y = x1 + x2 + x3; b) y = x1.x2.x3; c) y = x x1

x3

x1

x2

x3

1

a)

x1

x3 x y

x1 x2 x3 x

y &

b) c)

Hình 1.32 a) Mạch khóa x1,x2 b) Mạch tự giữ y=(x1 + y)x2

a) b)

x1

x2 y

x1

x2

y y

y +

x1 x2

S R T

Hiện nay, thường dùng nguồn thao tác chiều accu cung cấp nguồn xoay chiều máy biến dòng, biến áp mạng điện áp thấp cung cấp

a- Nguoàn thao tác chiều

Accu điện áp 110÷220V, trạm biến áp nhỏ accu điện áp 24÷48V dùng làm nguồn

một chiều Accu bảo đảm cung cấp lượng điện cần thiết cho mạch thao tác thời điểm không phụ thuộc vào trạng thái mạng BV, nguồn cung cấp bảo đảm Tuy nhiên, nguồn accu đắt nhiều so với nguồn thao tác khác, địi hỏi thiết bị nạp, phịng riêng bảo trì thường xun

b- Nguồn thao tác xoay chiều

Đối với BV chống NM, máy biến dòng nguồn cung cấp bảo đảm cho mạch thao tác Khi có NM, dịng áp đầu cực máy biến dòng tăng lên đảm bảo cung cấp lượng cần thiết cho mạch thao tác Tuy nhiên, cố chế độ khơng bình thường mà dịng qua phần tử BV khơng tăng lên máy biến dịng khơng đảm bảo công suất cần thiết

Máy biến điện áp máy biến áp tự dùng dùng để cung cấp cho mạch thao tác BV chống NM áp mạng điện giảm Nhưng cố chế độ khơng bình thường áp khơng giảm nhiều chúng làm việc tốt

Tụ nạp sẵn, thông thường tụ nạp điện sẵn từ mạng chế độ bình thường Khi áp trạm bị mất, lượng tụ trì, tụ nạp sẵn dùng để cung cấp lượng cho BV thiết bị tự động làm việc áp trạm

Tổ cung cấp liên hợp, cung cấp cho ta dòng điện thao tác cách tổng hợp dòng điện chỉnh lưu từ nguồn dịng điện (có máy biến dòng) điện áp (máy biến áp) Trong tổ liên hợp cần phải ý đến việc chọn pha dòng điện điện áp để nhận cơng suất lớn

c- Nguồn chiều cho phần tử thực điện tử, vi mạch

Hệ thống BV bán dẫn, vi mạch cần nguồn điện áp chiều ổn định Trị số điện áp phụ thuộc vào transistor, hay vi mạch Những điện áp thông dụng cung cấp cho mạch ± 5V, ± 9V, ± 15V Để cung cấp nguồn chiều linh kiện bán dẫn, vi mạch người ta

thường dùng hai phương pháp sau:

- Dùng chia từ mạng 110V hay 220V

- Bộ biến đổi chiều 110V (220V DC) thành điện chiều có điện thích hợp Phương pháp thường dùng cho

mạch có rơle riêng biệt (rơle trung gian, dòng điện, thời gian ) lượng tiêu thụ phần không lớn Sơ đồ nguyên lý đơn giản phương pháp hình 1.34

Trong trường hợp nguồn cung cấp cho BV phức tạp, lúc cung cấp cho phần đo lường lôgic cần thiết dùng phương pháp thứ hai

CL

CL BU

+

1.3.6 Các ký hiệu thường gặp sơ đồ bảo vệ rơle

1- Cuộn dây rơle (ngõ vào rơle) 2- Tiếp điểm rơle (ngõ rơle)

Dạng Dạng Dạng Dạng Dạng Tiếp điểm

thường mở

Tiếp điểm “a” Tiếp điểm

thường đóng

Tiếp điểm “b” Tiếp điểm thường

mở đóng chậm

Tiếp điểm thường mơû (“a”) cho biết tiếp điểm mở cuộn dây khơng có điện (rơle chưa tác động)

Tiếp điểm thường đóng (“b”) cho biết tiếp điểm đóng cuộn dây khơng có điện Khi rơle tác động trạng thái tiếp điểm thay đổi

Trong sách sử dụng ký hiệu d) cho ngõ vào rơle ký hiệu tiếp điểm theo dạng

Câu hỏi chương

1- 1- Các yêu cầu hệ thống bảo vệ hệ thống điện

2- 2- Phân tích tổ đấu dây máy biến dịng điện máy biến điện áp 3- 3- Cách chọn thơng số máy biến dịng máy biến áp

Websides tham khảo :

www.rflelect.com www.nxtphase.com www.newage-avkseg.com www.crmagnetics.com www.vamp.fi

a) b) c) d)

50 50

Chương 2

CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO RƠLE BẢO VỆ 2.1 BẢO VỆ ĐƯỢC THỰC HIỆN BẰNG CÁC RƠLE ĐIỆN CƠ

Rơle điện sử dụng để thực phần chức bảo vệ Rơle điện làm việc sở lực tác dụng dòng điện chạy rơle, rơle điện biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu trạng thái đóng, mở tiếp điểm Trong rơle điện cơ, lượng điện từ chuyển đổi thành lượng cơ, làm chuyển đổi phần động rơle

Nếu gọi ϕ góc quay phần động tác dụng lực điện từ phương trình mơmen

quay điện từ có dạng

α =

d dW

M ñt

ñt (2.1)

với Wđt lượng điện từ thời điểm t Wđt tính theo phương trình

∑ ∑ ∑

+ = − = =

+ =

n p

R R R R

n p n

R R R

ñt L i M i i

W

1 1

2

,

0 (2.2)

trong đó: iR, iR - dịng điện vào rơle; LR, MR - hệ số tự cảm hỗ cảm dịng điện

Có thể chế tạo rơle điện với đại lượng, hai hay nhiều đại lượng đầu vào Rơle với tín hiệu vào, làm việc cách so sánh mômen quay Mđt với mơmen cản Mc Thường lị xo mômen ma sát Mms

Để rơle khởi động trở về, phần chuyển động rơle luôn thỏa mãn điều kiện

ms c

ñt M M

M kđ ≥ + Mđttv ≤ Mc −Mms

Trên hình 2.1, ta quan sát mơmen rơle điện theo góc di chuyển α phần động

Mômen ma sát số không phụ thuộc vào góc quay:

Mc = Mco + k(α – αo)

Mômen cản đường thẳng tăng theo

α Mômen điện từ tăng nhanh mômen cản,

tại vị trí α = α1 có lượng mômen thừa M∆, lượng mômen thừa xác định lực giữ chặt tiếp điểm rơle, lượng làm ảnh hưởng trở rơle muốn rơle trở trạng thái cũ Mđt ≤ Mc −Mms

Hình 2.1 Quan hệ mômen theo góc di chuyển

Mc M

Mms Mms

αo α1 α

Mc - Mms

M∆

Đánh giá trở rơle hệ số trở ktv, xác định đại lượng trở đại lượng khởi động Ví dụ, rơle cực đại

∆ + +

− =

=

M M

M

M M M

M k

ms c

ms c

ñt ñv tv

kñ tv

Đối với rơle điện hệ số thường nhỏ

Dùng rơle điện phần đo lường, người ta tìm nhiều cách để nâng hệ số ktv lên gần bằng cách giảm Mcvà M∆

Sau giới thiệu vài loại cấu trúc rơle điện thường gặp

Hình 2.2 Các cấu trúc rơle điện thông dụng

a) Loại điện từ có phần động di chuyển thẳng; b) Loại điện từ có phần động đóng, mở c) Loại điện từ có cần cân bằng; d) Loại điện từ có phân cực nam châm

e) Loại có cuộn dây quay; f, g) Loại cảm ứng có phần quay hình trống h, i) Loại cảm ứng có phần quay đĩa

2.1.1 Sử dụng nguyên tắc điện từ để chế tạo rơle

Rơle điện từ làm việc nguyên tắc tác động lực điện từ sinh từ cuộn dây phần tĩnh lên phần động sắt từ Mômen quay xác định từ (2.2) với số hạng thứ hai không

Ví dụ: Cho dịng điện iR vào cuộn dây rơle điện từ, lượng từ trường nhận Wđt =0,5iR2.L

Dòng điện iR từ biến dịng nguồn dịng khơng phụ thuộc vào thơng số mạch từ vị trí phần động, nên mômen quay phụ thuộc vào hệ số L, nghĩa

α =

d dL i

Mñt 0,5R2 (2.3)

Từ (2.3), trị số mômen quay không phụ thuộc vào dấu iR Do đó, hệ thống điện từ làm việc với dịng điện xoay chiều chiều

Nếu iR hình sin (iR = IR.sin.ω.t)

α ω −

α =

α ω =

d dL t I

k d dL I k d dL t

Mñt 0,5sin2 R2 R2.cos.2 (2.4)

IR

a) b) c)

e) d)

i)

Số hạng thứ Mdtkhơng phụ thuộc vào thời gian, cịn số hạng thứ hai có tần số gấp đơi Để giảm phần động rung thành phần thứ hai, người ta dùng vòng NM bọc lấy phần cực rơle Hình 2.3 biểu diễn Mđttheo thời gian

Mñt

L = k NR

k I1 ndLdα

iR

K1 RI2cos2 tω ddLα Hình 2.3 Mômen điện từ rơle điện từ

Do quán tính hệ thống chuyển động, gần phân tích mơmen quay mơmen trung bình

α =

d dL I k Mtb R2

1

Trị số L tỷ lệ với số vòng dây quấn N rơle: L = kR.N2 với kR hệ số cấu trúc rơle

Từ 0,5 2. . 2.

R R

R

tb I N dkd kN I

M =

α

=

trong kR số tỷ lệ tùy vào cấu trúc rơle

Quan sát làm việc rơle điện từ sơ đồ cấu trúc Khi quan sát sơ đồ bảo vệ, trường hợp nghiên cứu hệ thống điều khiển, người ta sử dụng rộng rãi sơ đồ cấu trúc Trên sơ đồ này, khâu bảo vệ trình bày quan hệ chúng với Đối với khâu sơ đồ cấu trúc mô tả phương trình liên hệ đầu vào Trên quan điểm này, rơle điện từ mô tả sơ đồ cấu trúc

iR

iR

k φ kφ2

1

Mc

3

1 T1

2p2

+ T + 12p

xo

Hình 2.4 Rơle điện từ sơ đồ cấu trúc Ta biết mômen quay Mđt = k.IR(1−2cosωt)= Mo+M≈

2

1

Phương trình chuyển động phần động biểu diễn

qx

dt dx n dt

x d

m + + = Mthừa = Mđt– MΣc (2.5)

Từ (2.5) (mp2 +np+q)x(t) = M

th với p = d/dt Hàm số truyền ( ) ( )

( ) mp np q

M n x p W p

th + +

=

= 2

Nếu đặt k

q =

1 ;

1

T q m

= ; T2

q n

= hàm số truyền có dạng

( )

1 2

1 + +

= p T T k p W

Đây hàm số truyền phần tử quán tính bậc hai tương ứng với lọc tần số thấp Sơ đồ cấu trúc rơle dòng điện điện từ cho hình 2.4 Phần tử biểu diễn biến đổi dịng thành từ thơng mơmen quay Những phần tử khơng qn tính có tính chất lọc tần số Thực tế M không ảnh hưởng nên tín hiệu xo phụ thuộc vào Mo

2.1.2 Sử dụng nguyên tắc cảm ứng để chế tạo rơle

Rơle cảm ứng làm việc sở tác động từ trường xoay chiều sinh cuộn dây quấn phần tĩnh với dòng điện cảm ứng từ trường phần động khơng sắt từ (đĩa quay hay vành hình trống)

Mômen quay xác định số hạng tứ hai (2.2) Do khơng có cảm ứng L phần động di chuyển, để sinh mômen quay hệ thống cảm ứng phải có hai từ thông lệch pha không gian thời gian, rơle làm việc với dịng điện xoay chiều

Trong hệ thống có dịng điện đưa vào, để tạo hai từ thông lệch pha người ta dùng vòng ngắn mạch gắn vào phần cực từ (H.2.2h, i)

Trong hệ thống rơle cảm ứng bốn cực từ, hai cuộn dây hình 2.2f có dịng i1 i2 vào lượng từ trường mômen quay xác định theo (2.1) (2.2)

α       + α       = + = d dM dt di i d dM dt di i dt di i M dt di i M

Wdt 21

2 12 1 21 12

hay 

     − = dt di i dt di i k

Mdt 1

Nếu hệ thống từ rơle khơng bão hịa (từ thơng φ tỷ lệ với dịng điện) dịng điện i1

i2 hình sin tần số lệch góc γ

cos ; 2 2 cos( )

1

1 ≈ φ = ω ≈ φ = I ωt−γ

dt d dt di t I dt d dt di m m

Từ Mđt= k.I1m.I2msin γ

Nếu trường hợp hệ thống cảm ứng dịng điện tạo nên mômen quay Mđt =

k/Im2 Như vậy, mômen tỷ lệ với góc lệch pha γ hai dịng điện Người ta thường dùng hệ thống cảm ứng để chế tạo so sánh pha hai đại lượng điện A B Trong trường hợp lý tưởng, hệ thống khởi động 0o ≤γ≤ 180o

Trường hợp tổng qt viết mơmen quay hệ thống cảm ứng dạng Mđt= φ1m.φ2m sin γ

Dưới tác dụng hai từ thông φ1 = φ1msinωt φ2 = φ2m sin(ωt + γ) hai dịng cảm ứng i1 i2 vẽ sơ đồ cấu trúc hình 2.5

UR kU T + 1p

i

2 kφ1

3 d dt

e i1,1 x

x

8 LFT

x IR

5 kφ2

6 d dt

e i2,2

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống cảm ứng có hai tín hiệu vào UR IR

Giả thuyết hai tín hiệu vào UR và IRở từ thơng φ1 tạo dịng I chạy qua cuộn dây điện áp UR

Do

dt di L R

UR = i ÷ với R, L thông số cuộn dây điện áp nên hàm số truyền phần tử

1 coù daïng ( )

( ) +1

= p

U

T k p U

p i

Phần tử 2: biến I thành từ thông φ1, phần tử khơng qn tính

Phần tử 3: vi phân để tạo dòng cảm ứng từ thông φ1:

1 1

1 ; R

e i dt k

e = φ =

Phần tử 4: nhân, qua ta nhận mômen quay từ dịng cảm ứng φ1 từ thơng φ2 iR sinh

Tương tự, ta có phần tử 5, 6, Phần tử biểu diễn quán tính chuyển động phần quay rơle, rơle điện từ mômen làm quay rơle Hàm số truyền phần tử hàm số quán tính bậc hai giống lọc tần số thấp LF

2.2 SỬ DỤNG LINH KIỆN BÁN DẪN, VI MẠCH TRONG CÁC SƠ ĐỒ BẢO VEÄ

Giai đoạn đầu tiên, linh kiện bán dẫn dùng hệ thống bảo vệ chủ yếu rơle điện cơ, sau tỷ lệ sử dụng phần tử bán dẫn, vi mạch hệ thống bảo vệ tăng dần lên, nhiều trường hợp có phần tử cuối dùng rơle điện

2.2.1 Diod bán dẫn

Trong bảo vệ bán dẫn, diod có ứng dụng rộng rãi Chúng vừa làm chỉnh lưu, vừa dùng để ổn định điện áp

Diod chỉnh lưu dùng để đổi điện áp xoay chiều Đặc trưng diod bán dẫn cho hình 2.6a ký hiệu dùng sơ đồ cho hình 2.6b

I(A)

0,3 0,2 0,1

100 40

50

0,4 0,8 U (V)th

Ingµ(A)

i

u

a) b)

Hình 2.6 Đặc tính ký hiệu diod chỉnh lưu

Từ hình 2.6 ta nhận thấy cực tính thuận, quan hệ điện áp u dòng điện i (tức điện trở thuận) bé; cực tính ngược quan hệ (tức điện trở ngược) lớn Đánh giá diod xét quan hệ M điện trở ngược điện trở thuận Nếu M lớn diod tốt Diod chỉnh lưu đặc trưng hàng loạt giá trị giới hạn giá trị làm việc định

Những số liệu đặc trưng hay dùng diod chỉnh lưu sau:

- Dòng điện thuận tương ứng với điện áp cực tính thuận định (kết điện trở thuận giá trị tương ứng điện áp)

- Dòng điện ngược tương ứng với điện áp cực tính ngược (kết điện trở ngược) - Dòng điện thuận lớn

- Điện áp ngược lớn - Công suất tiêu tán

- Dải nhiệt làm việc cho phép - Phạm vi tần số làm việc

- Điện dung chế độ cực tính ngược

Diod điều áp dùng diod Zener; đặc tính ký hiệu diod Zener cho hình 2.7 Trong sơ đồ bảo vệ, diod Zener thường sử dụng để làm điện áp chuẩn, phục vụ cho việc so sánh với điện áp thay đổi khác

U (V)ng

30 20 10 0,5 1,5 V

10

Ing(A) Ith(A)

Hình 2.7 Đặc tính ký hiệu diod Zener

Những diod ổn áp chế tạo để ổn định điện áp bao gồm 1V 1000V Những số liệu hay dùng diod ổn áp sau:

- Điện áp ổn định

- Điện trở động (là quan hệ biến thiên điện áp u biến thiên dòng điện ∆i) chế độ ổn định, điện trở có giá trị bé

- Công suất tiêu tán lớn max

- Dịng điện ổn áp max, xác định cơng suất tiêu tán max - Dòng điện thuận max

- Hệ số nhiệt độ điện áp ổn định, đặc trưng thay đổi theo phần trăm điện áp ổn định với nhiệt độ

- Dải nhiệt độ làm việc

- Điện dung diod, xảy vùng điện áp ngược đến xuyên thủng, điện dung diod ổn áp chế độ làm việc lớn nhiều so với điện dung diod chỉnh lưu có cơng suất

2.2.2 Transistor

Trong sơ đồ bảo vệ, transistor dùng phần tử tương tự hay phần tử logic Trong trường hợp đầu, transistor làm việc chế độ tuyến tính, trường hợp sau transistor làm việc chế độ chuyển mạch Trong sơ đồ bảo vệ, phần tương tự phần logic, cách mắc hay nhiều transistor cách mắc cực phát chung EC

Cách mắc có số ưu điểm sau:

- Tín hiệu đưa đến ngõ vào khuếch đại vừa dòng, vừa áp, với đảo pha, cách mắc cực góp chung BC khơng có khuếch đại dịng, cịn cách mắc cực góp chung CC khơng có khuếch đại áp

- Khuếch đại công suất đạt lớn so với cách mắc khác

- Điện trở ngõ vào lớn, ngõ nhỏ thích ứng để dễ dàng phần tử ghép nối tiếp

iB

B

E

UcE

EC

ic Rt

-E

-UcE V

1 A1

Ec

Rcb

A6

A5

A4

A3

A2

Hình 2.8 Sơ đồ mắc cực phát chung transistor pnp đặc tuyến làm việc

Những đặc tính biểu thị phụ thuộc dịng cực góp ic với điện áp cực góp–phát UCE giá trị khác dịng điện góc iB.Những đặc tính ngõ đường thẳng phụ tải (H.2.8b) xác định ranh giới vùng ngừng dẫn vùng dẫn transistor Đối với dòng điện ngõ vào ib≈ 0, điểm làm việc A1, transistor trạng thái ngừng dẫn dòng điện ic có giá trị dịng điện rị (u cầu dòng điện phải bé) uCE điện áp cực góp có giá trị cực đại

Nếu cho dòng điện cực gốc iB tăng lên, điểm làm việc tăng lên A2, A3 điểm A2, A3 thuộc vùng dẫn transistor, transistor chưa vào vùng bão hịa (vì dịng điện ic cịn tăng tăng iB) Nếu tiếp tục tăng iBđến lúc ic tăng (điểm A6), điểm A6 thuộc vùng bão hòa Ở trạng thái bão hòa, điện áp UCE trở nên bé, tức cực góp nhận điện gần điện cực phát Ở khuếch đại phần tử tương tự bảo vệ, transistor làm việc vùng dẫn điện chưa bão hòa (chế độ tuyến tính) cịn sơ đồ phần tử logic, transistor làm việc chế độ chuyển mạch, từ trạng thái ngừng đến trạng thái dẫn bão hòa ngược lại

Ưu điểm chuyển mạch transistor làm việc bão hịa tính ổn định nhiễu đại lượng ngõ ta nhận điện áp giáng lớn điện trở tải Rt (khi bão hòa

+

RT +T2 T1

Rf E

+

RT

T1 _

R1

Rf

C’ B

Rt +E

C B

_ E

+E

B E a)

-E B

E

-E

B E b) +E

RT +T2

T1 T2

R1 R2

E

+

RT T1 _ R1 R2

T2 B

d)

e)

E

+

RT

T1 _

B T2

ra

T1

f) E

+E

RT

T1 _

c) B

Hình 2.9 Sơ đồ tương đương cách mắc transistor rơle điện từ

Hình 2.9a mắc cực phát chung loại transistor n-p-n Nếu tín hiệu vào có điện b

dương so với E transistor dẫn có dịng điện qua Rt Nếu tín hiệu vào hình sin transistor theo bán chu kỳ dương có xung vng chiều chạy qua Rt giải thích tương tự cho transistor p-n-p (H.2.9b) Với mục đích khuếch đại hay trigger, dùng hai transistor khác loại hay loại ghép nối tiếp hình 2.9c hình 2.9d Kiểu c lúc bình thường (UB ≤UE) hai transistor T1 T2 không dẫn Kiểu d lúc bình thường T2 dẫn, lúc điện giáng tối đa đặt điện trở R2 Ura =

Trong lĩnh vực bảo vệ, rơle cần có tác động dứt khốt, chắn, sơ đồ có linh kiện transistor dùng hồi tiếp dương qua điện trở Rf (H.2.9e,f) Trong hình 2.9e, khi T1 làm

T2 dẫn, điểm C' trở thành dương hơn, điều làm cho B dương qua điện trở Rfvà làm cho T1 dẫn hồn tồn, tín hiệu vào vừa vượt q ngưỡng

Ở sơ đồ hình 2.9f, T1 dẫn làm T2 ngưng làm điểm D âm hơn, điều phân cực làm T1 dẫn mạnh

2.2.3 Thyristor

Thyristor (SCR) phần tử công suất lớn thường sử dụng khối điều khiển máy cắt bảo vệ

SRC

mc G

cuộn cắt MC + cổng điều khiển

K +

_

_

K

mc

cuộn cắt MC

Hình 2.10 Thyristor sơ đồ làm việc tương đương

Trong hình 2.10, khóa K đóng có tín hiệu dương vào cổng G làm SCR dẫn Nếu sau K mở SCR tiếp tục dẫn (trong sơ đồ tương đương, diod tiếp tục dẫn cuộn dự trữ B, SCR ngưng dẫn khóa mc mở (mc tiếp điểm phụ máy cắt) Sau số liệu đặc trưng thông thường SCR

Về giá trị giới hạn:

a) Dòng điện thuận lớn nhất; b) Điện áp thuận lớn c) Công suất tiêu tán lớn nhất; d) Điện áp ngược lớn e) Dòng điện điều khiển lớn

Về giá trị đặc tính, theo quy định liên hệ chặt chẽ với dịng điện thời gian chuyển mạch a) Dòng điện thuận định mức; b) Dòng điện dư

Dòng điện chuyển mạch (dịng điện điều khiển tối thiểu mà đảm bảo chuyển mạch giá trị định điện áp nhiệt độ môi trường xung quanh)

a) Thời gian chuyển mạch thuận; b) Thời gian chuyển mạch nghịch

2.2.4 Linh kiện vi mạch, khuếch đại thuật toán

Phụ thuộc vào chức linh kiện vi mạch chia làm hai loại: loại tương tự số Khuếch đại thuật toán (KĐTT) phần tử vi mạch tương tự thường dùng phần đo lường bảo vệ Các phần tử số dùng để biến đổi thiết lập

các tín hiệu có dạng 1–0 Thường linh kiện có dạng số thường dùng phần logic bảo vệ

Sau đây, ta khảo sát số sơ đồ thông dụng KĐTT thường dùng sơ đồ bảo vệ

KĐTT khuếch đại transistor với hệ số khuếch đại lớn (k = 104

÷105), điện trở vào lớn (Rr = 10 ÷102 Ω), dòng điện vào bé (10–6 ÷10–9A), vùng

hoạt động theo tần số từ đến 105

÷106Hz)

+

_

Hình 2.11 Khuếch đại thuật toán

+ Uv

Uv Uv

E

E

KĐTT làm việc cung cấp từ hai nguồn chiều E có điện ngược (thường ± 15V) với trung tính chung (O), từ điểm đo điện áp vào

KĐTT hình 2.11 có hai đầu vào đầu Một đầu vào gọi nghịch (ký hiệu dấu -), cho điện áp dương vào điểm (còn điểm đầu vào nối trung tính) điện áp đầu nhận âm ngược lại Một đầu vào khác gọi thuận (ký hiệu dấu +), tín hiệu đầu vào đấu dấu (khi đầu vào nối điểm chung O)

a) Sơ đồ với khuếch đại ngược:

1 2 R R U U = −

b) Sơ đồ với khuếch đại thuận: 

     + =

2 R

R U

U

c) Sơ đồ so lệch: 1

1 2 / / U R R U R R R R

Uo −

+ + =

Sơ đồ khuếch đại thuận so với khuếch đại nghịch có điện trở vào lớn tín hiệu vào khơng đổi dấu Các sơ đồ thơng dụng KĐTT có điện trở nối tiếp cho hình 2.12

Sơ đồ hình d có chức cộng đại số tín hiệu vào ∑

= − =

n

j J J

o

o RR U

U

1

Sơ đồ hình e sơ đồ biến đổi dòng thành áp ω1 ω2 vịng BI trung gian ω1 = điện áp

2

ω = I R

U + R1 R3 U2 R2 U1 Umax Umax U1 Umax Umax Umax -Umax U1 Umax Umax

-Umax Uo

+

R1

Uo

R2

U1

U2 R3

+

R2 U

o Ro U1 U2 Rn Un R + U I

W2 W1

R -+ R1 U1 R1 R2 U2 a) b)

c) d) e)

Hình 2.12 Các sơ đồ thơng dụng KĐTT đặc tuyến làm việc

Nếu biết tỷ số dòng điện ngắn mạch, số vòng ω2 trị số R tính

dm m

kI U R = ω2

Trong sơ đồ trên, điểm làm việc giới hạn đoạn khuếch đại tuyến tính, nghĩa |Uvào| hay |U1 - U2| nhỏ Uttmax với Utt- điện tuyến tính cực đại

Nếu điện vào lớn Uttmax điện đạt trị số giới hạn + Umax, nhỏ áp nguồn Do hệ số khuếch đại KĐTT lớn Rvào→ ∞ Uttmax nhỏ, xem Uttmax

≈ Từ xem Uvào > hay U1 >U2 Ura= Uramax Như vậy, xem KĐTT làm việc trường hợp phần tử so sánh

Trong hình 2.13a, U1 tín hiệu vào hình sin cịn U2 nguồn chiều Đầu chuyển trạng thái U1 = U2 điện áp có dạng xung vng Nếu U1 hình sin khơng thay đổi chu kỳ chiều rộng xung phụ thuộc vào U2

Hình 2.13b cho sơ đồ so sánh tín hiệu với tín hiệu chuẩn hay lúc so sánh nhiều tín hiệu khác đặc tuyến làm việc

Hình 2.13c tương tự sơ đồ điều chỉnh điện áp đầu Hình 2.13d cho sơ đồ dạng Smith trigger Đặc tuyến làm việc kiểu từ trễ Sơ đồ dùng rộng rãi mạch bảo vệ Điện áp ngưỡng xác định biểu thức

2 max 1

1 R R

R U R R R E

Un ñ

+ + + = ; 2 max 1

2 R R

R U R R R E

Un ñ

+ − + = + + -+ + U1 U2 Ura Ura U1 U2 U1 -Ud Un R1

R2 U

ra

Ura max

Ura

EñR1

R2

Ura

U

Ura max

Ura

R2

R1

Eñ

EñR1

R2

E R5

R6

E R3

R4 Ura Ura U -Eñ R1 R2 R6 R4 +E Ura -E R5 a) b) c) d)

Hình 2.13 KĐTT làm việc so saùnh

Chiều rộng khoảng trễ Un1 –Un2 tăng tăng tỷ số R2/R1 Dùng KĐTT ta thực sơ đồ vi phân tích phân sau:

Trong sơ đồ vi phân (H.2.14a), trị số điện áp tức thời tỷ lệ với đạo hàm điện áp vào Ura = i1.R1,khi

+ -+

-Uv C1

R1

Ura Ura

C1

U R

a) b)

Hình 2.14 Sơ đồ vi phân tích phân dùng KĐTT

Từ

dt dU C R

U v

ra = 1

Điện áp sơ đồ tích phân tỷ lệ với tín hiệu vào khoảng thời gian tích phân Điện áp sơ đồ tích phân đơn giản (H.2.14b)

= − ∫

t v

r R C U dt

U

0 1

1

Phần vừa giới thiệu vài sơ đồ thông dụng KĐTT Người ta dùng KĐTT để chế tạo phần chức khác bảo vệ

2.3 BẢO VỆ DÙNG KỸ THUẬT SỐ VI XỬ LÝ 2.3.1 Cấu trúc rơle kỹ thuật số vi xử lý

Trong thời gian gần đây, người ta có khả xử lý khối lượng lớn thông tin thời gian ngắn chế độ làm việc trang thiết bị điện bảo vệ Hiện nay, hệ thống điện thông tin xử lý máy vi tính Do đó, tạo nên thay đổi quan trọng việc thực hệ thống bảo vệ Việc sử dụng hệ thống vi tính thiết kế, thực phần bảo vệ vấn đề thời Cũng tương tự bảo vệ thực điện cơ, điện tử, bảo vệ vi tính kỹ thuật số có phần chức đo lường, tạo thời gian, phần logic hoạt động theo chương trình định trước để điều khiển máy cắt

Với khả linh động rơle dùng kỹ thuật số, chức phát ngắn mạch, làm nhiệm vụ đo lường, định vị trí cố, lưu trữ tượng trước sau thời điểm ngắn mạch, phân tích liệu hệ thống, dễ dàng giao tiếp với bảo vệ khác, hiển thị thông tin rõ ràng cho người sử dụng Sau giới thiệu sơ lược nguyên lý hoạt động rơle kỹ thuật số

Một rơle kỹ thuật số bao gồm phận: biến đổi I sang V, lọc, chỉnh lưu xác, dịch pha, phát qua điểm zero, chọn kênh, mạch lấy mẫu giữ, biến đổi ADC, vi xử lý, xuất nhập, tiếp điểm rơle điều khiển

Đo đường

Tín hiệu

dòng áp

ADC 0001 0101 0011 Từ BI, BU

Loïc

Lấy mẫu giữ khuếch đại chỉnh lưu Chọn kênh

Giao tiếp

nối tiếp Bàn phím

Bộ xuất nhập

Bộ vi Xử lý

Bộ nhớ ROM RAM EEPROM EPROM

ADC

KT tương tự 100V/1A.5A

KT tương tự

10V Kỹ thuật số Tiếp điểm điều khiển

PC

Hình 2.15 Sơ đồ khối bảo vệ vi xử lý

Đầu biến đổi AD tín hiệu số tương ứng với tín hiệu tương tự đầu vào đưa vào vi xử lý Tác động liên thông vi xử lý trung tâm với nhớ (chương trình phần mềm) cho phép đo trị số đặt, xác định đặc tuyến khởi động bảo vệ theo chương trình định trước, xác định thời gian làm việc, logic tác động, tự động thay đổi quan hệ phần logic phụ thuộc vào tín hiệu từ đối tượng bảo vệ, sau cho định điều khiển máy cắt, thông qua xuất nhập, DAC, tiếp điểm rơle ngõ rơle cần xác định hướng cơng suất, dịch pha phát tín hiệu qua điểm zero dùng

1- Bộ vi xử lý

Bộ vi xử lý thiết bị số lập trình được, thực tất chức CPU máy tính chế tạo thành khối IC kỹ thuật VLSI Nó phát triển lãnh vực kỹ thuật máy tính Nó tìm kiếm thị nhớ, giải mã thi hành thị đó, thực phép toán số học luận lý, nhận liệu từ thiết bị nhập gởi kết cho thiết bị xuất Phần vi xử lý giống CPU thông thường, nghĩa bao gồm: số học luận lý (Arithmetic and Logic Unit - ALU), định điều khiển (Timing and Control Unit - TCU), ghi Bộ vi xử lý liên kết với nhớ thiết bị nhập xuất có dạng máy tính

Với ưu điểm như: giá thành hạ, kích thước nhỏ, lập trình vi xử lý thích hợp với nhiều ứng dụng Bộ vi xử lý sản phẩm khác ứng dụng kỹ thuật LSI VLSI làm thay đổi mạnh mẽ phần lớn hệ thống số

Kích thước từ (word size) vi xử lý số bit (số nhị phân) mà xử lý nối tiếp song song lúc Ngày nay, vi xử lý với kích thước từ khác 4, 8, 16, 32 64 bit sử dụng rộng rãi thị trường

2- Các thiết bị nhập xuất

Thiết bị nhập: bàn phím, biến đổi tương tự số

Bộ cảm biến: dùng để nhận biết thông số vật lý thay đổi biến đổi chúng thành dạng điện tử để đưa vào xử lý

Màn hình: dùng để biến đổi tín hiệu thành dạng mà người đọc

Thiết bị xuất: dùng để dịch tín hiệu ngõ dạng logic sang tín hiệu điện dạng tương tự (đèn bảy đoạn, LEDS, máy in, biến đổi số tương tự )

Các thiết bị địi hỏi có khơng, phụ thuộc vào ứng dụng mà vi xử lý sử dụng đòi hỏi

Sự truyền liệu thiết bị nhập xuất vi xử lý thông qua cổng xuất nhập Các thiết bị xuất nhập giao tiếp với vi xử lý qua cổng xuất nhập hình 2.16

Thiết bị nhập

Thanh ghi địa Cổng

nhaäp

xuất Thanh ghi liệu

Thanh ghi liệu

Bộ vi xử lý Thiết bị

xuất

Hình 2.16 3- Bộ nhớ

Bộ vi xử lý cần có nhớ để lưu trữ chương trình liệu Bộ nhớ tập hợp ghi, ghi lưu trữ từ có số bit khác Bộ nhớ bán dẫn có hai loại: ROM RAM

RAM: nhớ chủ yếu máy tính gọi loại thay đổi được, liệu lưu trữ RAM bị bị nguồn Có hai loại RAM tĩnh RAM động

RAM tĩnh sử dụng dễ dàng giá thành đắt loại động

RAM động cần chu kỳ làm tươi nhớ để bảo quản thông tin lưu trữ

RAM dùng chương trình liệu địi hỏi phải lưu trữ thay đổi cần thiết RAM dùng để lưu trữ tín hiệu đo lường dòng áp khoảng thời gian cho mục đích ghi nhận dạng cố Từ vị trí truy xuất mà khơng cần quan tâm đến vị trí khác Nó gọi nhớ truy xuất trực tiếp

ROM: được dùng lưu trữ chương trình cố định Nó gọi nhớ khơng thay đổi liệu khơng bị mất nguồn ROM rẻ nhanh RAM

Có loại ROM sau:

- Loại lập trình sẵn, liệu chương trình viết vào ROM sản xuất

- Loại cho phép người dùng lập trình Programmable ROM (PROM) loại lập trình xóa EPROM

4- Các chuyển đổi tương tự–số số–tương tự a- Bộ chuyển đổi tương tự–số

Để phối ghép nguồn tín hiệu tương tự với hệ thống xử lý số, người ta dùng

mạch chuyển đổi tương tự (ADC) nhằm biến đổi tín hiệu tương tự sang số, dùng mạch chuyển đổi số–tương tự (DAC) trường hợp cần biến đổi tín hiệu số sang dạng tương tự Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang dạng số minh họa đặc tính truyền đạt hình 2.16

Tín hiệu tương tự UA chuyển thành tín hiệu có dạng bậc thang Với đặc tính truyền đạt vậy, phạm vi giá trị UA biểu diễn giá trị đại diện số thích hợp Các giá trị đại diện số giá trị rời rạc Có nhiều cách biểu diễn giá trị rời rạc Trong trường hợp sau, mạch biến đổi AD thiết bị số thường dùng hệ số 2 (mã nhị phân) để biểu diễn tín hiệu số hình 2.17

1 Umax

UA

111 101 101 100 011 101 001 000

UD

U - điện áp vào tương tự U - điện áp số

A

D

Hình 2.17 Đặc tuyến truyền đạt mạch biến đổi tương tự - số

Một cách tổng quát, gọi tín hiệu tương tự SA (UA), tín hiệu số SD (UD), SDđược biểu diễn dạng mã nhị phân sau

SD = bn–1.2n–1 + bn–2.2n–2 + + bo2o

trong đó: hệ số bk = (với k = 0, , n-1) gọi bit

bn-1 - gọi bit có nghĩa lớn (MSB), tương ứng với cột đứng đầu bên trái dãy mã số Mỗi biến đổi giá trị MSB ứng với biến đổi tín hiệu nửa dãy làm việc bo - gọi bit có nghĩa nhỏ (LSB), tương ứng với cột đứng đầu bên phải mã số Mỗi biến

đổi tín hiệu mức lượng tử (một nấc hình bậc thang)

Với mạch biến đổi có N bit, tức N số hạng dãy nhị phân, (trong ví dụ hình 16n = 3) nấc hình bậc thang chiếm giá trị

Q = ULSB= 1

2N− AM

U

trong UAMlà giá trị cực đại cho phép điện áp tương tự đầu vào ADC Giá trị ULSB hay

Do tín hiệu số tín hiệu rời rạc, nên trình chuyển đổi, DA xuất sai số gọi sai số lượng tử hóa, xác định sau UQ Q

2

= ∆

Khi chuyển đổi AD phải thực việc lấy mẫu tín hiệu tương tự Để bảo đảm khơi phục lại tín hiệu cách trung thực, tần số lấy mẫu fM phải thỏa mãn điều kiện sau

Fm≥ 2fthmax≈ 2b

trong đó: fthmax - tần số cực đại tín hiệu; B - dải tần số tín hiệu

b- Bộ chuyển đổi số–tương tự

Các phương pháp chuyển đổi số tương tự (DA)

Chuyển đổi số–tương tự q trình tìm lại tín hiệu tương tự từ n số hạng (N bit) biết tín hiệu số với độ xác mức lượng tử, tức LSB

Chuyển đổi số–tương tự phép nghịch đảo chuyển đổi tương tự–số, khơng thể thực phép nghịch đảo q trình lượng tử hóa Q trình chuyển đổi số–tương tự đơn giản trình chuyển đổi tương tự–số nhiều Vì chuyển đổi số–tương tự ứng dụng nhiều mạch chuyển đổi tương tự–số

Để lấy tín hiệu tương tự từ tín hiệu số, dùng sơ đồ nguyên tắc hình 2.18 Theo sơ đồ trình chuyển đổi số–tương tự q trình tìm lại tín hiệu tương tự lấy mẫu Tín hiệu đầu tín hiệu rời rạc theo thời gian 2.19 Tín hiệu đưa qua lọc thông thấp lý tưởng Trên đầu lọc có tín hiệu UA biến thiên liên tục theo thời gian tín hiệu nội suy UM Ở lọc thơng thấp đóng vai trị lọc ngoại suy

O

Hình 2.18 Sơ đồ khối nguyên tắc biểu diễn

UD UM UA

LTT DAC

UA UM

t

Hình 2.18 Sơ đồ khối nguyên tắc biểu diễn Hình 2.19 Đồ thị thời gian trình tìm lại tín hiệu tương tín hiệu sau mạch chuyển đổi DA tự từ tín hiệu số

5- Bộ lấy mẫu giữ

Khi ADC thực chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số phải thời gian biến đổi Nếu tín hiệu tương tự đầu vào khơng số chu kỳ biến đổi, tín hiệu số ADC không tương ứng với giá trị tín hiệu tương tự khởi đầu Một mạch lấy mẫu giữ (S/H) dùng để giữ giá trị tức thời thay đổi tín hiệu tương tự số chu kỳ biến đổi Mạch có hai chức năng, lấy mẫu giữ

6- Bộ chọn kênh

Các chọn kênh hệ logic tổ hợp có nhiều đầu vào hai đầu (liên hợp với nhau) đầu vào gồm có ba loại:

Các đầu vào liệu: dùng để đưa liệu vào

Các đầu vào địa chỉ: dùng để chọn địa

Đầu vào cho phép: thực chức điều khiển

Một chọn kênh biểu diễn hình 2.20 Nhiệm vụ chọn kênh chuyển thông tin từ đầu vào liệu,

có địa xác định nhờ đầu vào địa đến đầu không đảo đầu vào cho phép trạng thái tích cực

Như có K đầu vào địa mạch chọn kênh có khả chọn số tối đa 2k đầu vào liệu Nói cách khác, chọn kênh chuyển thông tin dạng song song đầu vào thành nối tiếp đầu

Nói chung chọn kênh có 2k đầu vào liệu song song gọi chọn

kênh 2kbit Trong thực tế người ta chế tạo chọn kênh có 4, 16 bit 7- Bộ lọc thông thấp

Bộ lọc có hai nhiệm vụ hiệu chỉnh cố làm việc ADC: theo định lý lấy mẫu Nyquist, thành phần tần số cao đầu lọc fm không lớn 1/2 tốc độ lấy mẫu fs chuyển đổi tương tự số ADC fm≤ 1/2 fs Khi đó, chuỗi mẫu rời rạc từ sau ADC biểu thị trung thực tín hiệu tương tự đầu vào lọc Nếu tiêu chuẩn không đạt được, sai số phát sinh mẫu thu Hơn nữa, khoảng thời gian hai lần lấy mẫu phải đủ lớn để vi xử lý có đủ thời gian thực giải thuật xử lý tín hiệu bước thời gian

Nếu gọi thời gian ∆tmin ta có 2fm≤fs≤ 1/∆tmin

Loại thành phần sóng họa tần nguồn nhiễu cho tín hiệu quan sát có tần số Tuy nhiên, chất đáp ứng độ, lọc sinh thời gian trễ, ảnh hưởng đêán đáp ứng chung hệ thống 8- Vài kỹ thuật toán phần mềm

Khi thực bảo vệ vi xử lý cần lưu ý thông tin đầu vào dạng số rời rạc Bộ vi xử lý trung tâm tiến hành thuật tốn cộng, trừ, nhân, chia Để thích hợp với algoric chức phần đo lường cần thực phép tính vi phân hay tích phân Để thực phép tính người ta dùng phương pháp gần Tùy theo yêu cầu mức độ xác, việc tính lấy hai, ba hay nhiều mẫu tín hiệu vào

Tính gần tích phân vài hàm số x(t) khoảng thời gian [to, tn] chứa n+1 trị số hàm số Khoảng thời gian hai mẫu trị số ∆t = (tn– to)/n (H.2.21a)

BỘ CHỌN KÊNH

Đầu khơng đảo

Đầu đảo F

F Đầu vào

dữ liệu

to t1 t2 tn - tn x(n)

x2 x1 xo

x(t)

t

to t1 t2 tn - tn x(n)

x2 x1 xo

x(t)

t

a) b)

Hình 2.21 Cách tính tích phân gần đúng

Giá trị tích phân nhận diện tích giới hạn hai đường to, tn

∫ ( ) ∑ ( )

= ∆ =

n

t n

i i

t t x dt t x

0

Nếu xác hình 2.21b

∫ ( ) = ∆ ( + + + − + )

n o

t

t n n

x x x

x t dt t

x 0 1 1

2

hay xác

∫x( )t dt ≈ ∆t(x0 +4x1 +2x2 + +2xn−2 + xn)

3

Cịn tính gần giá trị đạo hàm hàm số thực theo phương trình tính từ hình 2.22

k k

k k

t t

t x t

x dt

t dx

+ − =

+ +

1

1) ( )]

( [ ) (

Một vấn đề quan trọng bảo vệ rơle vi xử lý việc xây dựng phần đo lường sở xử lý thông tin số thời điểm Để thực phần đo lường với tín hiệu số, người ta sử dụng trị số tức thời hay giá trị, tích phân khoảng thời gian định Sau giới thiệu vài cách xử lý tín hiệu số trị số tức thời hay tích phân phương pháp xác tín hiệu vào hình sin (qua lọc) Việc thực phần đo lường dựa việc tính tốn vectơ tương ứng với tín hiệu hình sin đặc trưng cho đối tượng bảo vệ

Hình 2.22 Tính gần đúng Hình 2.23

x(t )k+1 x(t )k

U(t)

t U(nT)

nt T

To

Tín hiệu vào mẫu có trị số u(nT), i(nT) tương ứng với tín hiệu u(t), i(t) (H.2.23)

u(nT) = U sin(ωonT + ϕu) (2.6)

i(nT) = I sin(ωonT + ϕi) (2.7)

ωo = 2πfo - vận tốc gốc định mức To - chu kỳ tần số định mức

N = To/T - số mẫu chu kỳ định mức

N - số nguyên

Phương trình (2.6), (2.7) biểu diễn vectơ

( )

( ) ( ) ( ) ( )

(nT) Ie ( ) Ue ( ) I (nT) jI (nT) I nT jU nT U Ue Ue nT U y x nT j nT j y x nT j nT j I i o u u o + = = = + = = = ϕ ϕ + ω ϕ ϕ + ω

Từ tiến hành so sánh với đại lượng chuẩn Ví dụ U(nT) ≤ KU; I(nT) ≥ KI

với KU, KI số

Trong trường hợp thực so sánh đại lượng có hai tín hiệu vào cần tính tốn tổ hợp tín hiệu

A= k1U(nT)+k2I(nT); B= k3U(nT)+k4I(nT)

và sau tiến hành so sánh trị số tuyệt đối hay pha đại lượng đạt đặc tuyến làm việc theo yêu cầu

Phương pháp xác định đại lượng vectơ biểu diễn cho hình sin

Dùng trị số tức thời trị số đạo hàm tín hiệu để xác định vectơ biểu diễn đại lượng hình sin (H.2.24)

Hình 2.24 Biểu diễn hàm số sin vectơ

Ux U Uy ϕω a) U(t) t b)

U = Usin(w + )y τϕ

U = Usin(w + )x τϕ

i

Ta xác định trị số tuyệt đối góc pha tín hiệu hình sin u(t) = U sin(ωot + ϕu) trị số u(t) đạo hàm u/(t), u//(t) thời điểm

Ta coù u(t) = U sin(ωot + ϕu) maø u/(t) =

ωoUcos(ωot + ϕu)

neân ( ) ( )        ω + ϕ + ω       ω + = t u t u arctg t t u t u U o o o / / ) ( ) (

Phương trình (2.8) tương ứng với vectơ

U t Ue Ue u ( )t ju( )t

o t j t

j o o

+ ω = =

= ϕω ω

/ )

(

Từ tín hiệu số tương ứng với u(t) u(nT) = U sin(ωonT + ϕo)

Ta tính u(t) = u(nT); u/(t) =1/T [u(nT) – u(nT – T)] Maø ωoT =

N N To

o = π

ω

Từ tính vectơ U−(nT) sở hai trị số mẫu lân cận nhau u(nT) u(nT – T): U(nT) N j u(nT) N u(nT−T)

π −

   

 

+ π =

2

Nếu cần độ xác người ta lấy ba mẫu để tính Chẳng hạn:

u( )t =u(nT−T); ( ) ( )

T T nT nT

u uu

2

/ ≈ − −

Lúc ( )

4 ) (

) ( )

(nT N u nT ju nT T N u nT T

U −

π − − +

π

= − −

Duøng hai mẫu tín hiệu lệch T/4

Ta bieát ( )ωt + ωT =cosωt

4

sin

Như thời điểm t1 nhận được: Uy = U sin (ωt1 + ϕ)

Tại thời điểm

2

4

1

π + =

+ T t

t o

Từ U(nT)=Ux + jUy ( ) 

  



 π

+ +

2

2 nT u nT

u U hay U = u2(nT)+u2(nT− NT/4)

Đến nay, loại rơle hệ khác làm việc hồn thành nhiệm vụ Hình 2.25 giới thiệu bước thay đổi sản lượng loại rơle hệ khác hãng sản xuất rơle lớn giới

2.3.2 Đặc điểm rơle kỹ thuật số

- Thiết kế kiểu tích hợp giá thành rẻ tích hợp nhiều chức rơle Điều làm tăng độ tin cậy cho rơle giảm thiểu số dây nối bên ngồi

- Có thể sử dụng lâu dài mà khơng cần phải bảo trì thường xun có chức tự giám sát - Có độ nhạy, xác cao, thời gian tác động nhanh

- Các thông số kôhng bị nhiễu nguyên lý xử lý tín hiệu số - Có độ xác cao lọc số, giải thuật đo lường tối ưu

- Các phím thao tác rơle hình hiển thị thiết kế theo tiêu chuẩn khoa học đại, hiển thị trạng thái hệ thống điện

- Dễ dàng đảm bảo việc xuất liệu, thơng qua chương trình máy tính chỗ từ thiết bị điều khiển từ xa qua cổng giao tiếp giao thức truyền thông

- Có thể truyền thơng với hệ thống điều khiển cấp cao sử dụng giao thức chuẩn - Có khả lập trình nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối tượng

bảo vệ khác

1- Khái niệm phần tử–một rơle

Sơ đồ bảo vệ dùng rơle tương tự (rơle hay rơle tĩnh) thiết lập từ nhiều rơle riêng lẻ nên tồn dây nối rơle việc kiểm tra sơ đồ phải thực tay trường

Đối với rơle số đại, việc chia sẻ thơng tin cho phép tích hợp nhiều chức bảo vệ quan hệ bảo vệ, tạo thành sơ đồ bảo vệ hoàn chỉnh Điều giảm bớt giá thành cho việc thiết kế, dây dẫn bảng điều khiển, dễ dàng kiểm tra, phát lỗi sửa chữa dễ dàng

2- Thực đo lường

Đo lường giá trị hiệu dụng hay tức thời điện áp, dòng điện, tần số, công suất thực kháng chỗ đặt bảo vệ

3- Thay đổi liệu từ xa trực tuyến

Với thiết bị rơle số cung cấp khả truy cập tới thông số đo lường thông số khác lưu trữ nhớ rơle bảo vệ, phục vụ cho việc in làm nguồn thông tin xử lý thêm cấp trạm cấp điều khiển hệ thống, thông qua cổng nối tiếp rơle giao thức truyền thông chuẩn

Ngược lại, việc sửa đổi thông số cài đặt cho rơle bắt đầu chu trình kiểm tra thực từ trung tâm điều khiển từ xa

Các sản phẩm rơle số điều khiển hoạt động từ máy tính từ xa, thơng qua kết nối modem–điện thoại Bằng cách này, đảm bảo tiết kiệm thời gian cài đặt từ xa đọc ngồi liệu

Có thể chuẩn đốn điều khiển q trình kiểm tra mà khơng cần đến quan sát trạm 4- Truy cập liệu rơle

Điều cho phép người vận hành thao tác với rơle bảo vệ Kết xuất hình hiển thị hoạt động rơle

Thao tác rơle nhằm ba mục đích chính:

- Cài đặt thông số vào, thông số đọc - Kiểm tra chức thiết bị bảo vệ

5- Quản lý hệ thống bảo vệ đại

Caáp hệ thống Cấp trạm

Cấp thiết bị 52

Rơle Điều khiển

Điều khiển từ xa

Mem

Dữ liệu

ERTU RTU

Hình 2.25 Trao đổi thơng tin

Rơle cài đặt theo hai bước: đầu tiên, tất rơle cài đặt chuẩn bị nơi làm việc với phương tiện máy tính liệu cài đặt lưu trữ đĩa cứng đĩa mềm Tiếp sau đó, việc cài đặt chuyển từ PC đến rơle Rơle tiếp nhận giá trị cài đặt

Ngược lại, sau cố hệ thống liệu nhớ rơle chuyển đến máy tính q trình phân tích cố thực văn phịng

Tồn quan hệ rơle cấp khác hướng dẫn từ thiết bị điều khiển từ xa, thông qua liên kết modem–điện thoại

Trong hầu hết hệ thống thiết bị, chủ trạm quét qua thiết bị đầu cuối ở xa (RTU) cách gửi thông báo đến RTU xem RTU có vấn đề phải báo cáo Nếu có, thiết bị gửi thông báo ngược lại cho thiết bị chủ liệu nhận lưu trữ máy tính (H.2.25)

6- Quản lý liệu rơle

Mỗi rơle có khoảng từ 20 ÷ 30 điểm cài đặt Nếu coi hệ thống điện có khoảng 500

rơle số điểm cài đặt cho rơle 10.000 điểm cài đặt Điều đòi hỏi dùng số lượng đáng kể việc cài đặt cho rơle lưu trữ, phục hồi điểm cài đặt

Máy tính cá nhân trợ giúp chương trình đối thoại người–máy chương trình lưu trữ

7- Tự giám sát kiểm tra

Các rơle số tự giám sát cấu hình phần cứng phần mềm Chu trình tự giám sát phần cứng, phần mềm chẩn đoán hư hỏng thực thường xuyên không hạn chế đến chức bảo vệ rơle

Hệ thống tự giám sát rơle số bao gồm chức (H.2.26):

- Giám sát tín hiệu vào tương tự - Giám sát hệ thống vi xử lý - Giám sát lệnh thực thi rơle - Giám sát mạch cắt

- Kiểm tra tự đóng lại

Kiểm tra tín hiệu vào i + i + i = i L1 L2 L3 E u + u + i = u L1 L2 L3 E

Kiểm tra chuyển đổi từ analog sang digita dựa vào chuyển đổi chuẩn

Giám sát phần cứng phần mềm hệ thống vi xử lý chu trình kiểm tra nhớ

Giám sát hoạt động cắt relay

Kiểm tra cắt đóng lại điều khiển từ xa cục

Hình 2.26 Hệ thống tự giám sát

8- Sự tự điều khiển thích nghi rơle

Các rơle số ngày thuận lợi, đảm bảo dễ dàng thay đổi để thích nghi với điều kiện hoạt động khác Sự thay đổi để thích nghi khởi động khả thơng minh rơle từ tín hiệu bên qua tiếp điểm phụ đưa đến ngõ vào rơle

Các rơle đại chứa thơng số mà nhóm bảo vệ thích hợp với chế độ hoạt động Hoạt động bình thường với cài đặt, việc chuyển đổi từ điểm cài đặt sang điểm cài đặt khác điều khiển thơng qua ngõ vào số liên kết liệu nối tiếp

Với nhiều thơng số cài đặt, nâng cấp sơ đồ thực bảo vệ số ứng dụng như:

- Điều khiển phụ thuộc điện áp vào giá trị vượt ngưỡng tác động rơle q dịng để giảm dịng điện cố thiết bị AVR không tự động làm việc

- Để trì thời gian tác động ngắn với dòng điện cố nhỏ Chẳng hạn tự động thay đổi dòng điện cài đặt, máy biến áp cung cấp bị cắt khỏi hệ thống

- Cho trình tự tự đóng lại, chẳng hạn tác động tức thời cho lần cắt tác động có thời gian trễ cho lần tác động tiếp, sau tự đóng lại khơng thành cơng

- Cho hoạt động “mạng vịng hở” “mạng vịng kín” 9- Phân tích cố

Việc xác định cố thực đơn giản rơle số Khi cố xảy hệ thống, tất kiện dạng sóng dịng điện hay điện áp ghi lưu lại

Các loại nhớ trang bị:

- Bộ nhớ lưu lại kiện hoạt động (các tín hiệu cảnh báo giám sát, thay đổi giá trị cài đặt, khóa chức tự động đóng lại )

- Bộ nhớ lưu lại nhiều cố xảy

- Chu kỳ tự đóng lại với hay nhiều lần tự đóng lại xem cố Mỗi cố hệ thống ghi đè lên mẫu cố cũ

- Bộ nhớ lưu trữ thông tin cố cho giá trị dòng điện điện áp 10- Cấu hình

Các rơle số đại có sẵn nhiều chức bảo vệ Bên cạnh đó, khả xử lý nhanh thiết bị số đại cho phép tích hợp thêm chức chức bảo vệ

Các rơle hoạt động riêng lẻ kết hợp với cho chức bảo vệ điều khiển khác ứng dụng Trong cấp truyền tải, rơle hoạt riêng lẻ nên sử dụng cấu trúc đơn giản mạng điện cấp truyền tải Trái lại, cấp phân phối, xu hướng cần tích hợp nhiều chức bảo vệ, cần phối hợp rơle cho chức điều khiển bảo vệ giám sát

Hầu hết rơle thiết bị bảo vệ trọn độc lập Trên nhánh cần rơle, trường hợp này, ta giảm không gian dây nối

Với rơle đại có hỗ trợ hai chức độc lập kết hợp, dựa sở phần cứng tảng giải thuật phần mềm Người sử dụng định giới hạn cấu hình chức điều khiển bảo vệ nhánh, mà không thay đổi độ tin cậy chức bảo vệ

Các giải pháp cấu hình có sẵn họ rơle:

- Rơle điều khiển bảo vệ độc lập

- Rơle bảo vệ bao gồm chức điều khiển từ xa máy cắt nhánh cung cấp, thông qua liên kết truyền thông trực tiếp

- Các rơle bảo vệ cho nhánh kết hợp với cho chức bảo vệ, điều khiển, giám sát

100

85 88 90

naêm 1973 74

Sản lượng 100%

rơle điện rơ le tĩnh rơle vi xử lý

Hình 2.27 Sản lượng hệ rơle khác

Câu hỏi chương

1- Trình bày giai đoạn phát triển công nghệ chế tảo rơle 2- Đặc điểm bật rơle kỹ thuật số

3- Vai trò viễn thông rơle bảo vệ Websides tham khảo

www.gemultillin.com

Chương 3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

3.1 NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG

Bảo vệ dòng điện (BVQDĐ) loại BV tác động dòng điện qua chỗ đặt thiết bị BV tăng giá trị định trước Có thể chọn BVQDĐ thành BV dòng điện cực đại hay BV dòng điện cắt nhanh Chúng khác chỗ cách đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc vùng BV tác động Để BV dòng điện cực đại tác động chọn lọc, người ta tạo cho thời gian trì hỗn thích hợp Để đảm bảo xác chọn lọc cho BVCN cần chọn dịng khởi động thích hợp Vùng BV BVDCĐ gồm phần tử BV phần tử lân cận Vùng bảo vệ cắt nhanh (BVCN) phần phần tử BV

3.2 BẢO VỆ DỊNG ĐIỆN CỰC ĐẠI

Đ

A B C D

N1 N2

N3 N4

N6 N5

t1

∆t

∆t

∆t t4 l

t3 t2

1

a)

b)

Hình 3.1 Bảo vệ dịng điện cực đại cho đường dây hình tia nguồn cung cấp

Khảo sát đường dây hình tia, có nguồn cung cấp, có đặt BVDCĐ, đầu phía nguồn đoạn đường dây (H.3.1a) Như vậy, đoạn đường dây có BV riêng biệt

Khi NM xảy N1, dòng cố chạy bốn đoạn, BV 1, 2, 3, khởi động Tuy nhiên, theo yêu cầu chọn lọc, có BV4 tác động cắt phần tử hư hỏng Muốn vậy, BVDCĐ cần có đặc tính thời gian trì hỗn tác động, thời gian tăng dần tính từ hộ tiêu thụ đến nguồn (H.3.1b) Nhờ cách chọn NM N1, BV4 tác động sớm cắt đoạn cố khỏi mạng Sau BV1, 2, trở vị trí ban đầu mà không tác động Tương tự trên, NM N2 BV3 tác động trước BV2

Ngun tắc chọn thời gian trì hỗn tác động (thời gian tác động) nêu gọi nguyên tắc cấp

3.2.1 Dòng điện khởi động bảo vệ

Theo nguyên tắc tác động, dòng điện khởi động BV phải lớn dòng điện phụ tải cực đại qua chỗ đặt BV, nhiên thực tế, việc chọn dòng khởi động phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác Ikđ > Ilv max

Khi NM N3 (H.3.1a) rơle dòng BV1, BV2 khởi động Sau BV2 cắt đoạn cố BV1 khơng cịn dịng NM cịn dịng phụ tải đoạn dây lại Yêu cầu BV phải trở vị trí ban đầu

điều kiện có dịng phụ tải chạy qua, khơng trở BV cắt sai đường dây không hư hỏng, cố loại trừ

Khi NM điện áp bị tụt xuống, tốc độ động bị hãm lại Sau cắt NM động tự khởi động lại lúc với dòng lớn ITK (H.3.2a) Dòng giảm dần tới giá trị Ilv(Ilv < Ilvmax) viết

ITK = kmm.Ilvmax

với kmm hệ số mở máy, phụ thuộc vào loại động cơ, vị trí tương đối chỗ đặt BV động cơ, sơ đồ mạng điện nhiều yếu tố khác

Giá trị thường gặp kmm = ÷

Từ điều kiện rơle dòng phải trở vị trí ban đầu sau cắt mạch, ta viết

Itv> ITK = kmm.Ilvmax; Itv = kat.kmm.Ilvmax

Quan hệ dòng điện khởi động Ikđ dòng điện trở rơle đặt trưng hệ số

trở p1

ñ k

tv

tv II

k =

Từ dịng điện khởi động BV

max

lv tv

mm at

k k kk I

I ñ = (3.1)

Trong số sơ đồ nối dây, dòng điện IT cuộn thứ cấp BI khác với dòng điện IR chạy vào BV (H.1.11) Ở tình trạng đối xứng có: IR(3) = Ksđ(3).IT(3)

trong ksđ hệ số sơ đồ Nếu kể đến sơ đồ nối dây hệ số biến đổi nBIcủa biến dịng

max

lv BI tv

s mm at

k k kkn k I

I ñ

ñR = (3.2)

Trong trường hợp có đặt thiết bị tự động đóng trở lại vị trí MC1, dịng khởi động phải lớn dịng tự mở máy sau tự đóng lại đường dây có NM N4 Sau cắt đoạn AB, dịng qua BV khơng có BV trở trạng thái ban đầu

(H.3.2b) Sau tự đóng lại đoạn AB MC1 dòng vào BV1 dòng tự khởi động động Ikđ Dòng xác định

I’TK = k’mm.Ilvmax (3.3)

trong dịng khởi động tính Ikđ= kat.k’mm.Ilvmax Dịng khởi động BV1 chọn giá trị lớn (3.1) (3.3) Hệ số

k’mm > kmm

Ta thấy dòng khởi động BV phụ thuộc vào ktv

Imax ITKmax

Itv Ikñ I

ITK Ilv

Thời gian NM

a)

Imax I’TKmax Ikñ

I

I’

TK

Ilv

tNM Thời điểm TĐL tMC mở

Hình 3.2 Dòng điện qua BV b)

Hình 3.3 Các trường hợp cần ý tính Ilv max

ATS

và Ilvmax; muốn giảm dòng khởi động để tăng độ nhạy người ta dùng rơle có hệ số trở cao (gần 1)

Khi xác định dòng làm việc cực đại, cần tính đến trường hợp tăng lớn xảy dịng phụ tải xảy chế độ khơng bình thường mạng Ví dụ, hai đường dây song song (H.3.3a), cần tính đến trường hợp 1, đường dây thiết bị tự đóng cắt phụ tải cịn lại đường dây tăng gấp đơi Khi có thiết bị tự động đóng nguồn dự trữ cần tính đến trường hợp đường dây nhận thêm tải đường dây (H.3.3b)

3.2.2 Độ nhạy bảo vệ

Vùng tác động BV gồm phần tử BV (ví dụ đoạn AB BV1 (H.3.1a) phần tử lân cận (các phần tử nối với trạm B ) Phần tử lân cận BV thuộc vùng BV dự trữ Độ nhạy đánh giá hệ số nhạy

kñ N

nh II

k =

với INmin dòng NM cực tiểu NM cuối vùng BV

- Khi NM cuối phần tử BV (vùng chính) yêu cầu knh > 1,5 - Khi NM cuối vùng dự trữ yêu cầu knh > 1,2

3.2.3 Thời gian tác động bảo vệ 1- Bậc thời gian

Để đảm bảo tính chọn lọc, thời gian tác động BVDCĐ chọn theo nguyên tắc bậc thang (H.3.1b) Độ chênh lệch thời gian tác động BV kề gọi bậc thời gian hay bậc chọn lọc ∆t = t1 – t2

Giá trị bậc thời gian ∆t chọn cho NM N3, BV1 không kịp tác động khởi động Ta xét xem giá trị ∆t phụ thuộc vào yếu tố Khi NM đoạn đường dây BC BV1 làm việc khoảng thời gian NM chạy qua

T1= tBV + tss + tMC

với: tBV- thời gian tác động BV; tss - sai số rơle thời gian tMC - thời gian cắt MC2

Như vậy, BV1 không kịp tác động ngắn mạch đoạn BC thời gian tác động

nó phaûi t1 > t2 + tBV + tMC; ∆t = tBV + tss + tMC

Khi chọn ∆t phải phân biệt loại rơle có đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc

2- Rơle dòng điện có đặc tính thời gian độc lập

Thời gian trì hỗn tác động BV tạo nên nhờ rơle thời gian không phụ thuộc vào dịng ngắn mạch, BV gọi có đặc tính thời gian độc lập Đặc tuyến

của rơle dịng có dạng đường thẳng (H.3.4) Hình 3.4điện thời gian rơle dịng điệnĐặc tuyến làm việc dịng

Đặc tính phụ thuộc

Đặc tính phụ thuộc có giới hạn Đặc tính độc lập

1

3 t

tkñ

IN

3- Rơle có đặc tính thời gian phụ thuộc

Rơle làm việc với thời gian xác định dịng điện vượt giá trị khởi động, đặc tính gọi phụ thuộc, đường cong (H.3.4) Rơle có đặc tính phụ thuộc khởi động dịng vượt giá trị khởi động; thời gian tác động rơle phụ thuộc vào trị số dòng điện qua rơle Thời gian làm việc giảm dịng

điện tăng cao

Đặc tính–thời gian phụ thuộc có giới hạn nhỏ (độ dốc chuẩn): Loại làm việc theo đặc tính dịng điện–thời gian phụ thuộc giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ đặc tính phụ thuộc có giới hạn dịng điện ngắn mạch lớn Nói cách khác, dịng điện ngắn mạch nhỏ 10 lần dòng định mức rơle làm việc theo đặc tính phụ thuộc Khi tỷ số dòng NM dòng định mức 10 đến 20 lần đặc tính đường thẳng, nghĩa đặc tính thời gian giới hạn Đường cong (H.3.5) cho dạng đặc tính độ dốc chuẩn Loại đặc tính dùng rộng rãi để BV mạng phân phối

Đặc tính thời gian dốc (đường cong (H.3.5)): Loại cho độ dốc phụ thuộc nhiều loại độ dốc chuẩn đặc tính phụ thuộc nằm đặc tính độ dốc chuẩn loại cực dốc đường cong hình 3.5 Đặc tính phụ thuộc nhiều có đặc tính chọn lọc tốt loại

dốc chuẩn Vì thế, đặc tính dùng đặc tính dốc chuẩn khơng đảm bảo tính chọn lọc

Đặc tính thời gian cực dốc: Loại cho đặc tính dốc nhiều loại dốc dốc chuẩn hình 3.5 Đặc tính thích hợp dùng để BV máy phát, máy biến áp động lực, máy biến áp nối đất, cáp để chống nhiệt

Đối với rơle có đặc tính thời gian độc lập, bậc chọn lọc t thường chọn từ 0,35÷0,6s Thời gian tác động BV với đặc tuyến độc lập chọn theo nguyên tắc bậc thang:

t1 = t2 + ∆t (3.4)

Đối với rơle đặc tính phụ thuộc thường chọn ∆t = (0,3 ÷ 0,5)s, dùng rơle cảm ứng cần phải thêm thời gian quán tính BV mà rơle tiếp tục làm việc dòng NM cắt nên người ta thường chọn:

∆t = (0,6 ÷1)s

Thời gian tác động BV với đặc tính phụ thuộc phụ thuộc có giới hạn cần phải thỏa mãn (3.4) thời gian tác động rơle phụ thuộc vào dòng nên cần phải xác định giới hạn thay đổi dòng mà điều kiện cần thỏa mãn Giả thiết đường dây

T

hô

øi g

ia

n

ta

ùc

ño

äng

, s

s

Bộïi số ikđ

Hình 3.5 Các dạng đặc tính thời gian phụ thuộc 20

10 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.5

0.2 0.1 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0 4,0

3

2

(H.3.6a) trang bị BV với đặc tuyến phụ thuộc có giới hạn, cần chọn đặc tuyến phụ thuộc A phối hợp với đặc tuyến BV B Giả thuyết đặc tuyến BV B chọn trước Trong suốt vùng mà hai BV A B làm việc (đường dây B hình 3.6a), BV A cần có thời gian tác động lớn BV B ∆t Giả thiết IN1 dòng NM qua BV A B NM đầu đường dây B Rõ ràng NM sau điểm đó, dịng nhỏ Như điều kiện (3.4) cần thỏa với IN2max Khi NM đường dây A, có BV A làm việc, nên khơng cần phối hợp với B, NM đường dây A, dịng có giá trị lớn, thời gian tác động BV A nhỏ Từ điều kiện nêu dẫn quy tắc chọn đặc tuyến phụ thuộc sau:

- Vẽ đặc tuyến cho trước BV B1 = f(I) (H.3.6b) Đặc tuyến xây dựng từ điều kiện phối hợp BV B với BV trước (BV đường dây, phần tử từ trạm đặt cuối đường dây B)

- Xác định giá trị cực đại dòng NM IN2max dòng qua BV A B NM đầu đường dây B(N2)

- Theo đặc tuyến cho trước BV B ứng với giá trị IN2max tìm thời gian tác động BV B: tB1 Như tB1 thời gian tác động BV B ngắn mạch N2

- Để đảm bảo yêu cầu chọn lọc, thời gian tác động BV A NM điểm N2 phải thỏa mãn điều kiện

tA1 ≥ tB1 + ∆t (3.5)

Như ta xác định điểm A1 hình 3.6c đặc tuyến BV A

Dựa vào đặc tuyến chuẩn cho catalô rơle, chọn đường cong họ đặc tuyến rơle cho điều kiện (3.5) thỏa mãn dòng IN ≤ IN2max Nếu BV cần phối hợp phía máy biến áp cần phải xây dựng đặc tuyến ứng với dòng quy đổi cấp điện áp

~

A B

B A N2 N1

A B t

b) a)

A B

A1

tA1

tB1

I

I

t

IKñB IKñA

c) A1

B1

IN2

Hình 3.6 Chọn thời gian tác động BV có đặc tính thời gian phụ thuộc

Ưu điểm BV có đặc tuyến thời gian phụ thuộc là:

- Có thể phối hợp thời gian làm việc BV đoạn gần để làm giảm thời gian cắt ngắn mạch BV đặt gần nguồn

Khuyết điểmcủa loại BV là:

- Thời gian cắt NM tăng dịng điện NM có giá trị gần dòng điện khởi động - Đơi phối hợp đặc tính thời gian tương đối phức tạp

3.3 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CẮT NHANH

Bảo vệ dịng điện cắt nhanh loại BV đảm bảo tính chọn lọc cách chọn dòng điện khởi động lớn dòng điện ngắn mạch lớn qua chỗ đặt BV ngắn mạch phần tử BV (cuối vùng BV phần tử BV)

Khi ngắn mạch vùng BV, dòng điện ngắn mạch lớn dòng điện khởi động, BV tác động Bảo vệ dòng điện cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian bé 3.3.1 Bảo vệ cắt nhanh đường dây có nguồn cung cấp

Xét ví dụ hình 3.7 Dịng NM chạy đường dây

N H

H N

H H

N x E x x E xl

I

+ = +

= (3.6)

trong đó: EH, Sđđ - tương đương hệ thống

x - kháng trở 1km đường dây

xH, xN - kháng trở hệ thống đoạn đường dây tới chỗ NM

lN - chiều dài đường dây tính từ đầu đến chỗ NM

Đường cong biểu diễn quan hệ IN =

f(lN) theo (3.6) trình bày hình 3.7b Muốn BVCN, khơng tác động NM phần tử từ trạm B, cần chọn dòng khởi động BVCN

Ikđ > INB (3.7) Như vậy, vùng BV BVCN bao gồm phần tồn đường dây BV (H.3.7b)

1-Dịng khởi động bảo vệ

Muốn BV không tác động NM đường dây BV AB, cần chọn dòng khởi động phù hợp với (3.7)

Ikđ = kat.INBmax

trong đó: INBmax - dịng điện NM lớn cuối vùng BV (tại trạm B)

kat= 1,2 ÷1,3 - hệ số an tồn tính đến sai số tính tốn dịng NM sai số rơle

Để có INBmax cần phải chọn chế độ vận hành hệ thống dạng NM thích hợp (N3) Vì thời gian tác động thân BV khoảng vài phần trăm giây, nên dòng NM tính ứng với thời điểm đầu NM (t = 0)

Hình 3.7 Chọn Ikđ BV cắt nhanh ~

A A B

IN

Ikñ

INB a)

b)

HT

2- Vùng tác động bảo vệ

Vùng BVCN xác định phương pháp đồ thị (H.3.8)

Ta xây dựng đường cong quan hệ In = f(lN) chế độ cực đại (đường cong 1) cực tiểu (đường cong 2, hình 3.8) Điểm cắt đường thẳng Ikđ với đường cong (điểm L1) xác định điểm cuối vùng BV chế độ cực đại điểm cắt đường thẳng với đường cong (điểm L2) ứng với điểm cuối vùng BV chế độ cực tiểu

Vùng tác động BVCN phụ thuộc vào độ dốc đường cong IN = f(ln) Dòng IN NM đầu cuối đường dây khác nhiều, vùng tác động BV lớn Người ta cho phép dùng BVCN, vùng tác động khơng nhỏ 20% chiều dài đường dây BV (đảm bảo độ nhạy)

Nếu đường dây làm việc thành khối với MBA (H.3.9) BVCN cần tránh tác động NM sau MBA N Trong trường hợp này, BVCN có hiệu vùng BV bao gồm tồn đường dây Vì BVCN đơn giản nên trường hợp vùng tác động BV nhỏ 20%, dùng bổ sung cho BV đường dây BV có vùng chết đầu đường dây

~

lmin lmax

L1 L2

L1 L2

L

IN

Ikñ A

1

~

CN

A B N

l l

IN

IN Vùng cắt nhanh

Ikđ

INl xB xl

Hình 3.8 Vùng tác động bảo vệ cắt nhanh

Hình 3.9 Trường hợp đường dây thành khối với máy biến áp

3- Thời gian tác động bảo vệ

3.3.2 Bảo vệ cắt nhanh đường dây có hai nguồn cung cấp Giả thiết hai đầu đường dây có hai nguồn cung cấp AB (H.3.10) có đặt BVCN CNA

CNB Để chúng không tác

động sai NM tác động điểm N1 N2 dòng khởi động

của chúng cần chọn lớn hơn dòng từ nguồn A NM tại N2 (IAN2) dòng từ nguồn

B NM N1 (IBN1) Giả

thiết IAN2 >>>> IBN1 Dòng khởi

động CNA CNB chọn

theo điều kiện nêu có giá trị

IkñA= IkñB = kat.IAN2 (3.8)

Ngồi ra, dịng khởi động BVCN cịn cần phải chọn lớn dịng khơng cân

chạy hai nguồn A B dao động:

Dòng khởi động BV lấy giá trị lớn hai giá trị nhận từ (3.8) (3.9) Điểm cắt đường cong NM với đường thẳng nằm ngang Ikđ (điểm 2) xác định vùng BV (H.3.10b) Tùy thuộc vào khác tham số nguồn A B, vùng BVCN A B khác nhiều hay Trường hợp ứng với (H.3.10) ta thấy, NM vùng lA, BV CNA làm việc, NM vùng lB - có CNB làm việc Khi NM vùng điểm khơng có BV làm việc

3.4 BẢO VỆ DỊNG ĐIỆN CỰC ĐẠI CĨ KIỂM TRA ÁP

Dịng khởi động BVDCĐ chọn theo (3.1), có giá trị lớn BV nhiều có độ nhạy không đạt yêu cầu Để nâng cao độ nhạy BV người ta dùng rơle điện áp giảm làm phận khởi động (H.3.11) Bảo vệ tác động sau rơle giảm áp RU tác động Trị số rơle chọn cho tác động có NM, áp mạng giảm nhiều, không tác động áp làm việc nhỏ nhất, rơle dịng tác động q tải

Dịng khởi động RI chọn theo điều kiện không tác động phụ tải bình thường lâu dài Ilv

lv

tv at

kñ kk I

I =

Vì dịng Ilv thường nhỏ Ilvmax khoảng 1,5 lần, nên BV có độ nhạy cao Áp khởi động rơle giảm áp RU chọn theo điều kiện sau:

- Rơle giảm áp RU không tác động áp làm việc tối thiểu

Hình 3.10 BV cắt nhanh đường dây có hai nguồn cung cấp

~

1 N1

CN N

N2

A B

1

IAN1 IBN2

lA lB

- Rơle giảm áp RU phải trở trạng thái bình thường sau NM loại trừ Khi yêu cầu thỏa mãn yêu cầu

cũng thỏa mãn Vì áp khởi động RU chọn theo điều kiện thứ Thường chọn: Ukđ = 0,7 – 0,75Ulvmax

Độ nhạy BV kiểm tra theo giá trị áp đủ lớn NM cuối vùng BV

Yêu cầu 1,5

max

≥ =

N kñ

nh UU

k

3.5 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN BA CẤP

Bảo vệ dòng điện ba cấp gồm cắt nhanh tức thời (cấp I), cắt nhanh có thời gian (cấp II) dòng điện cực đại (cấp III). Ta quan sát ví dụ hình 3.12, giả thiết BV đặt đường dây BV dòng điện ba cấp Thời gian tác động cấp I thời gian làm việc BV thời gian cắt máy cắt Đối với đường dây cao áp tI ≤ 0,01s hay có 0,01

÷0,02s - Vùng BV cấp I đoạn đường dây AB (lAI)

Dòng khởi động cấp I IkđAI = kat.INBmax

- Vuøng BV caáp hai II A

l đoạn AB phần đoạn kế nối vào trạm B, cấp II BV dự trữ cho cấp I Thời gian cấp II t tI t

A II

A = +∆ cuûa

BVCN thường chọn nhỏ ∆t theo cấp

BVDCĐ Thường chọn tII s

A =(0,3÷0,5)

Dịng khởi động cấp II chọn theo phối hợp với dòng khởi động cấp I BV nối vào trạm B

IkñAII = k'at IkñBI (k'at=1,1÷1,2)

hay theo điều kiện ngắn mạch sau máy biến áp nối vào trạm B: II kđA

I = kat.IN2max Dòng khởi động giá trị lớn hai điều kiện nêu

BV cấp II BVCN tác động có thời gian

BV cấp III BVDCĐ Thời gian tác động chọn theo nguyên tắc bậc thang

t tII t

A III

A = +∆

Dòng khởi động chọn (3.1) Như BV dòng điện ba cấp bảo đảm cắt nhanh đường dây BV, đồng thời dự trữ cho đường dây BV trạm đường dây sau

3.6 ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

Ưu điểm BV dòng điện cực đại đơn giản, độ tin cậy cao Bảo vệ tác động chọn lọc mạng hình tia với nguồn cung cấp

Hình 3.11 BV dịng cực đại có kiểm tra áp

~ BI

BU RI

RU

AND

A B C

l 1 2 N 3

2

t

tl2 IN

tl1 t ll

2 t

l 3

lllkñl

llkñl

Khuyết điểm thời gian ngắn mạch lớn, đoạn gần nguồn NM gần nguồn cần cắt nhanh để đảm bảo ổn định hệ thống, có độ nhạy mạng phân nhiều nhánh phụ tải lớn

Bảo vệ dùng rộng rãi mạng hình tia tất cấp điện áp Trong mạng thấp 15kV, BV chính, cịn mạng điện áp cao hơn, thường BV dự trữ BVCN có ưu điểm tác động nhanh, đơn giản, độ tin cậy cao Nhược điểm chúng vùng tác động BV khơng bao gồm tồn đường dây BV dòng điện ba cấp kết hợp với BVCN dòng điện cực đại Trong nhiều trường hợp dùng thay BV phức tạp

Câu hỏi chương

1- Phân biệt bảo vệ dòng điện cực đại cắt nhanh

2- Cách tính tốn dịng điện làm việc lớn nhất,cho ví dụ cụ thể

3- Cho biết đặc tính rơ le dòng điện phải quan tâm sử dụng.Giải thích cách làm việc rơ le dịng có đặc tính thới gian –dịng điện độc lập,phụ thuộc

4- Ưu khuyết điểm đặc tính độc lập phụ thuộc,lĩnh vực áp dụng 5- Tại sau phải phối hợp tác động rơ le ?

6- Nguyên tác phối hợp tác động chọn lọc rơ le có đặc tính độc lập,phụ thuộc 7- Cách xác định vùng bảo vệ bảo vệ dịng cực đại,cắt nhanh

8- Cách tính độ nhạy bảo vệ dòng cực đại cắt nhanh 9- Trình bày bảo vệ dịng điện ba cấp

Websides tham khaûo www.abb.com www.areva-td.com www.cooperpower.com

www.GEindustrial.com/pm

www.gemultillin.com www.nulec.com

www.schneider-electric.com

www.tde.alstom.com

www.teamarteche.com

www.toshiba.co.jp

Chương 4

BẢO VỆ DỊNG ĐIỆN CĨ HƯỚNG 4.1 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Để tăng cường tính đảm bảo cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, người ta thường thiết kế mạng hình vịng mạng có hai đầu cung cấp Đối với loại mạng điện này, BV dòng điện cực đại có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc cấp đảm bảo cắt NM cách chọn lọc

Ví dụ, mạng hình tia (H.4.1), giả thiết đầu đường dây đặt BV q dịng điện thơng thường đánh số thứ tự từ đến Muốn thực cắt chọn lọc NM N1 cần thỏa mãn t3 < t2 Nhưng muốn cắt chọn lọc NM N2 yêu cầu ngược lại t2 <t3 Trong thực tế, đồng thời thỏa mãn hai yêu cầu Ta khắc phục khó khăn cách, cho BV tác động cơng suất NM từ góp đến đường dây Muốn vậy, BV cần có thêm phận định hướng công suất, phận cho phép BV tác động công suất NM từ góp đến đường dây Trên hình 4.1, mũi tên hướng tác động BV Nhờ NM N1 BV2 khơng tác động, cịn NM N2 BV3 không tác động Khi dùng BV dịng điện có hướng, cần BV hướng tác động: t5 <t3 <t1 t2 <t4 < t6

1 2

A

1 2 3 4

3 4

5 6

~ ~

5 6

B C D

a)

~

B 2 3

4 5 6 1

N2

N1

A

I,N

I,,N

C b)

N2 N1

Hình 4.1 Mạng hình tia có hai nguồn cung cấp (a) mạng vòng (b)

Trong BV dịng điện có hướng, rơle công suất làm nhiệm vụ phận định hướng cơng suất Trên hình 4.2 cho sơ đồ cấu trúc BV dịng điện có hướng: RI - rơle dịng điện; AND - mạch lơgic “VÀ”

RW - phần tử định hướng công suất

4.2 PHẦN TỬ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT

~

RI RT

AND RW

BU BI

UR

Để phân tích cách làm việc rơle định hướng công suất, khảo sát đồ thị vectơ tương ứng với chiều khác công suất NM qua BV2 hình 4.3 Lấy điện áp đưa vào rơle RW điện áp góp trạm B, lấy UB làm gốc Góc lệch pha ϕ dịng điện điện áp có giá trị dương vectơ dịng điện chậm sau điện áp âm ngược lại

- Khi NM điểm N2 (H.4.3), giả thiết công suất NM qua BV2 từ

thanh góp vào đường dây IR = IN2 ϕR= (UR, IR)

- Khi NM điểm N1, công suất NM qua BV2 từ đường dây vào góp B, dịng rơle IR (với chiều dương chấp nhận trước) - IN1 ϕ2 = ϕ1 – 180°

Như vậy, dời điểm NM từ vùng BV sang vùng khơng BV pha dịng điện IR điện áp UR thay đổi 180° giống chiều công suất NM Như rơle định hướng công suất làm việc sở góc pha tương đối dòng áp chỗ đặt BV Rơle định hướng cơng suất làm việc theo dịng áp tồn phần hay dịng áp thành phần thứ tự

Để cho rơle làm việc theo hướng mong muốn, ta quan sát phân bố áp thành phần thứ tự có NM hình 4.4, ta nhận xét cơng suất NM tồn phần thứ tự thuận từ nguồn đến chỗ NM, công suất thứ tự nghịch từ chỗ NM đến nguồn, cịn cơng suất thứ tự khơng từ chỗ NM đến góp (trung tính nối đất máy biến áp (MBA))

Do chọn nối sơ đồ rơle định hướng, phải lưu ý theo chiều cơng suất

của dịng tồn phần hay theo thành phần thứ tự, phần tử định hướng cơng suất làm việc theo dịng áp tồn phần thứ tự thuận chiều cơng suất NM từ góp vào chỗ NM, cịn làm việc theo thành phần thứ tự nghịch khơng chiều công suất NM từ chỗ NM đến góp

Hình 4.3 Đồ thị vectơ điện áp dịng điện, chiều cơng suất ngắn mạch thay đổi

UB

UR

ϕ1

UB

UR

IRN2

IRN1

a) b)

Hình 4.4 Sự phân bố thành phần

thứ tự có ngắn mạch

~ ~

N

4.2.1 Đặc tính làm việc phần tử định hướng cơng suất

Vùng tác động

Đường có độ nhạy cực đại

Vùng không tác động

IR

UR

X Z

R Vùng tác động

ϕR ϕ1

jx

(90 - )o α

(90 + )o α

α ϕ- nhmax

Vùng khơng tác động

Đường có độ nhạy cực đại

Hình 4.5 Giản đồ xác định vùng làm việc phân tử định hướng công suất

Để xác định hướng công suất, người ta dùng so sánh pha để xác định quan hệ hai đại lượng U&R I&R đưa vào rơle dùng so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng tổ hợp hai tín hiệu U&R I&R (mục phần 1.3) cho ta quan hệ góc pha U&R I&R

Người ta dùng giản đồ sau để biểu diễn làm việc phần tử định hướng cơng suất (H.4.5) Đặc tính làm việc phân tử định hướng công suất (RW) đặc trưng phương trình:

(4.1)

với URIR, UR, IR vectơ áp dòng đưa vào rơle

Từ (4.1) ta xác định vùng tác động không tác động phần tử định hướng công suất (H.4.5a) Nếu hai tín hiệu đưa vào UR = hay IR = hay vectơ IR nằm gần biên giới tác động phận so sánh không đủ độ nhạy để tác động tác động nhầm Từ RW có khái niệm góc có độ nhạy cực đại ϕR = ϕnhmax, góc RW làm việc với độ nhạy cao Người ta thường chọn α = –ϕnhmax Phương trình khởi động RW trở thành:

–(90°–ϕnhmax) ≤ϕR≤ (90°÷ϕnhmax) Đặc tính làm việc RW đặc tính góc UkđR = f(ϕR) IkđR số (H.4.6a), đặc tính volt-ampe UkđR = f(IkđR) ϕRlà số (H.4.6b) Các đặc tuyến rơle xây dựng điều kiện ϕkđR = ϕnhmax Chất lượng RW đánh giá giá trị khởi động Ukđmin, Ikđmin Dạng đặc

tuyến cho hình 4.6 dạng gần lý tưởng Đặc tuyến thực tế khác so với đặc tính nhiều hay ít, tùy thuộc RW cấu tạo loại (điện cơ, điện tử )

Ta xem phần tử định hướng công suất trường hợp riêng phần tử xác định tổng trở đối tượng BV (chương 5) Khi biểu diễn đặc tính làm việc đường thẳng qua gốc O mặt phẳng tổng trở Z Đường chia mặt phẳng tổng trở thành hai vùng, vùng tác động vùng khơng tác động (H.4.6b) Nếu chiều cơng suất tổng trở đối tượng BV nằm

) 90 ( )

90

( o +α ≤ϕR ≤ o−α −

180o

UkñR 90 -oϕnhmax

90 +o ϕnhmax

ϕR

Ukñ

Ukñmin~~ Ukñmin

~ ~ Ukñmin~~

vùng tác động ngược lại Điện áp UR, IR đưa vào rơle áp, dịng tồn phần hay thành phần thứ tự, tùy theo yêu cầu BV

4.2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Phần tử định hướng cơng suất loại nối vào áp dịng tồn phần, cần chọn áp dòng đưa vào rơle cho xác định dấu cơng suất NM dạng NM cho rơle có độ nhạy cao (ϕRN gần trùng ϕnhmax)

Khi NM gần chỗ đặt BV, UR có giá trị gần khơng, NM có gốc bất lợi rơle cơng suất khơng tác động Từ điều kiện rút kết luận cần phải nối rơle vào áp cho NM gần, áp không giảm tới không tổ hợp áp dòng đưa vào rơle cần chọn cho NM góc ϕR khơng có giá trị bất lợi Lẽ dĩ nhiên, yêu cầu hai yêu cầu thực NM hai pha pha Khi có NM ba pha, tất áp pha áp dây giảm tới khơng

Trong sơ đồ BV dịng điện có hướng, ngày người ta thường nối RW theo sơ đồ 90°, 60° loại 1, 60° loại sơ đồ 30° Tên gọi mang tính chất quy ước Sơ đồ đặt tên theo góc áp dịng đưa vào rơle chế độ đối xứng với điều kiện dòng pha trùng với áp pha tên (xem bảng 4.1 hình 4.7)

Bảng 4.1

Rơle pha UR IR Rơle pha UR IR Sơ đồ 90°

A Ubc Ia

Sơ đồ 60°

Loại

A – Vc Ia

B Uca Ib B – Va Ib

C Uab Ic C – Vb Ic

Sơ đồ 60°

Loại

A Uac Iab

Sơ đồ 30°

A Vac Ia

B Uba Ibc B Vba Ib

C Ucb Ica C Vcb Ic

a

c b

a

c b

a

c b

a

c b

Ubc

I2 I2

I2

I2b -Uc

Uac Uac

Uac

a) b) c) d)

Hình 4.7 Các sơ đồ nối RW thông dụng

Loại sơ đồ thông dụng sơ đồ 90°, ta tìm hiểu cách làm việc sơ đồ dạng NM khác chọn lựa ϕnhmax

1- Ngắn mạch ba pha đối xứng

Khi NM ba pha đối xứng, tất rơle sơ đồ BV làm việc điều kiện giống nhau, cần khảo sát cách làm việc rơle pha A có UR = Ubc IR = Ia Góc lệch pha ϕN3 dòng điện pha Iavà áp pha NM ba pha góc tổng trở đoạn dây Từ chỗ NM đến chỗ BV điện trở độ (rt) chỗ NM

Góc có độ nhạy cực đại tính: 90°<ϕ3R = ϕnhmax < 90°; 0°< –ϕnhmax < 90°

Giả thiết chọn α = 45 ϕN3 = 45o, phương vectơ dịng điện trùng với đường có độ nhạy cực đại rơle làm việc điều kiện thuận lợi Từ đồ thị hình 4.8 ta thấy rằng, giá trị I3

a, rơle tác động đảm bảo giá trị điện áp đặt vào U3

bc đủ để khởi động

Vùng không tác động

U = UR ab

Ua

IR

Vùng không tác động a

Vùng không

tác đo äng

Ua

Ubc

U = UR ca

IR = Ib

Ua

i = iR a

2- Ngắn mạch hai pha

Điều kiện làm việc rơle trường hợp không giống Ví dụ, NM hai pha BC rơle pha A khơng làm việc Ia(2) =

Bằng đồ thị vectơ, ta khảo sát cách làm việc rơle pha B (U&R= U&ca;I&R= I&b) rơle pha C (U&R= U&ab;I&R =I&c) Lưu ý trường hợp này, N2 góc

ϕN2 góc áp dây dịng pha Trên hình 4.9a đồ thị vectơ làm việc rơle pha B hình 4.9b đồ thị vectơ làm việc rơle pha C Ta nhận thấy, α = 45° vectơ IRnằm vùng tác động chắn giá trị ≤ϕN2≤ 90o

3- Ngắn mạch pha chạm đất mạng có trung tính với đất trực tiếp

Giả thiết NM xảy pha A, khảo sát cách làm việc rơle pha A nối vào dòng điện pha hư hỏng Trong trường hợp này, rơle pha A làm việc giống trường hợp NM ba pha đối xứng Cịn rơle pha B pha C khơng làm việc Từ trường hợp phân tích đây, rút kết luận sơ đồ 90°

- Sơ đồ làm việc tốt trường hợp có cố 30°< –ϕnhmax < 60° Góc tối ưu α = –ϕnhạy = 45°

- Vùng chết xảy trường hợp NM ba pha trực tiếp gần chỗ đặt BV UR ≈ - Khi NM hai pha pha, tác dụng dòng điện phụ tải dòng cố, rơle nối

tiếp vào dịng điện pha khơng cố tác động nhầm

4.3 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG BA CẤP

4.3.1 Bảo vệ dịng điện có hướng cấp I

Bảo vệ có hướng cấp I BV cắt nhanh, thơng thường kèm thêm phận định hướng công suất Quan sát hình 4.10a, dịng khởi động

của BV cắt nhanh, thông thường đường dây cung cấp từ hai phía, cần chọn lớn dịng lớn qua BV xét NM góp trạm đối diện với nguồn (mục hai phần 3.3) Dòng khởi động chọn nhiều lớn BV không đủ độ nhạy

Rơle định hướng cơng suất BV

cắt nhanh có hướng không cho phép tác động công suất NM hướng tới góp Vì vậy, dịng khởi động BV cần chọn lớn dòng NM từ góp trạm đó, điểm khác BV cắt nhanh có hướng thơng thường Dịng khởi động BV cắt nhanh có hướng nhỏ Vì vậy, vùng tác động lớn nhiều so với BV cắt nhanh thông thường

Dòng khởi động chọn Ikđ = kat.INngmax

với INngmax dòng NM cực đại từ góp trạm xét Ví dụ, BV1 hình 4.10: II

kđ1 = kat.INbmax; IIkđ2 = kat.INAmax

Khi có dao động dịng khơng cân bằng, Ikcbcó thể lớn dịng NM ngồi cực đại Những trường hợp không cho phép BV làm việc Phân tử định hướng cơng suất tác động sai dao động Do dịng khởi động cấp I kèm theo điều kiện: II

kđ = kat.Ikcbmax 4.3.2 Bảo vệ dịng điện có hướng cấp II

Bảo vệ dịng điện có hướng cấp II BV cắt nhanh có hướng Việc chọn thời gian tII và dòng khởi động III

kđ tính tương tự trường hợp cấp II khơng có hướng để ý đến hệ số phân dòng kpd

~ ~

A

1

INT NT

C

B ~ ~

A B C

1

~

INA INB

INA

INB

IIIkđ1 I

I

kđ1

Hình 4.11 Chọn dịng khởi động

cấp II có rẽ nhánh Hình 4.12khi trạm B có nguồn Chọn dịng khởi động cấp II

Trường hợp trạm B có rẽ nhánh (H.4.11), dịng khởi động cấp II đặt trạm A chọn IkđII1 = kat.kpđT.INT

Hình 4.10

~ ~

1

A B C D

IIkñ2

IN

với kpđ= <1 NT NA I I

Trường hợp trạm B có nguồn (H.4.12), dòng khởi động cấp II đặt trạm A chọn

I

kñ pñ at II

kñ k k I

I = với = <1

NB NA pđ II k 4.3.3 Bảo vệ dịng điện có hướng cấp III

Bảo vệ dịng điện có hướng cấp III BV dịng điện cực đại có hướng Dòng khởi động BV cần chọn theo điều kiện sau:

-Bảo vệ phải trở sau NM loại trừ

lvmax

tv mm at

kñ k kk I

I =

Để tăng độ nhạy BV, khơng cần xét đến phụ tải cực đại với hướng từ đường dây vào góp, lúc phần tử cơng suất khơng tác động

- Dòng khởi động BV phải lớn dịng điện pha khơng hư hỏng Trong số dạng NM, ví dụ NM pha mạng có trung tính nối đất trực tiếp, dịng điện pha khơng hư hỏng tổng dịng điện phụ tải Dịng điện hư hỏng đơi có giá trị lớn, làm cho BV có hướng tác động nhầm Vì thế, dịng khởi động BV cần phải chọn lọc lớn giá trị cực đại dịng điện pha khơng hư hỏng Ikđ = kat .Ikh

với: Ik = Ipt ÷kIN; IN - phần dòng NM

kat = 1,15 ÷ 1,3 - tùy thuộc vào độ xác đánh giá lượng Ikh

Đối với mạng có dịng chạm đất nhỏ (Ikh = Ipt) mạng có trung tính trực tiếp nối đất, BV khóa có NM chạm đất, dịng khởi động BV cần chọn theo điều kiện đầu Để BV chống chạm đất người ta dùng BV có hướng thứ tự không đặc biệt

- Phải phối hợp độ nhạy với BV lân cận Ngoài hai điều kiện nêu trên, mạng vịng có nguồn cung cấp phải thực phối hợp BV tác động theo hướng Điều kiện để thực phối hợp sau (H.4.1b)

Ikđ6 >Ikđ4 >Ikđ2 (4.2) Ikđ1 >Ikđ3 >Ikđ5 (4.3) Cần đảm bảo cho dòng khởi động BV kề theo hướng phải khác 10% Điều kiện nêu giải thích sau

Trong mạng vịng có nguồn cung cấp (H.4.1b) quan sát dòng I/

N I//N ngược với quan hệ tổng trở nhánh tương ứng: /// ///

N N N N

Z Z I

I

=

Như vậy, NM gần nguồn (điểm N2), Z/

N nhỏ so với Z//N, I//N nhỏ I/N Nếu I/N nhỏ đến mức gần Ikđ2, BV1 tác động trước (mặc dầu t1 >t2) máy cắt đặt phía đầu nguồn đường dây cố Chỉ sau dòng tăng vọt lên BV2 tác động cắt máy cắt đầu đường dây cố Hiện tượng tác động chờ nối tiếp gọi tượng khởi động không đồng thời Khi NM xảy biên giới vùng này, I/

Thời gian tác động BV cấp III chọn theo nguyên tắc bậc thang Theo hướng tác động, chia BV thành hai nhóm

(H.4.13):

- Các BV1, 3, tác động hướng công suất NM theo chiều mũi tên từ trái sang phải

- Các BV0, 2, tác động hướng công suất NM theo chiều ngược lại

~ ~

A B C D

7

4

2

t1

t2 t

4

t5

t3

t6

t7

to

Hình 4.13 Nguyên tắc bậc thang để chọn thời gian bảo vệ

Theo yêu cầu tác động chọn lọc, thời gian tác động BV nhóm cần thỏa mãn: t7 <t5 <t3 <t1; to <t2 <t4 <t6

Nguyên tắc gọi nguyên tắc bậc thang ngược chiều

Cần lưu ý, BV xét cần phối hợp thời gian với BV đặt đường trục mạng mà với BV phần tử từ góp trạm đối diện (ví dụ t7 to)

Xét đặc tuyến thời gian hình 4.13 ta thấy, không thiết tất BV cần phận định hướng cơng suất Ví dụ, theo hình vẽ ta có t3 >t2, BV3 khơng cần phận định hướng công suất mà không tác động sai Quy tắc chung để xét vấn đề sau: phận định hướng công suất cần đặt cho BV mà hướng công suất NM từ đường dây đến góp BV tác động sai Để xét xem BV cần đặt phận định hướng công suất, trước tiên phải chọn thời gian tác động BV theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều

4.4 MỘT SỐ LĨNH VỰC VAØ LƯU Ý KHI ÁP DỤNG BỘ PHẬN ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT CHO BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN

4.4.1 Hai đường dây song song

Khi dùng rơle dòng điện BV hai đường song song, cần thiết phải đặt phận định hướng công suất tất vị trí máy cắt hình 4.14

4.4.2 Đường dây có hai nguồn cung cấp từ hai phía

Việc định chọn phận định hướng thường xác định tỷ số dòng điện chạy qua rơle hai đầu đường dây Từ hình 4.15, theo yêu cầu thực tế, cần phận định hướng cơng suất (ĐHCS) đặt vị trí 1, dòng tải dòng NM N1, N2, N3 thỏa:

IN1max ≥ 0,25 IN2min; IN1max ≥ 0,25 IN3min; Ilvmax ngược ≥ 0,25 Ilvmax thuận

~ ~

Hình 4.14 Bảo vệ dịng điện có hướng

hai đường dây song song

Es Eu

1

với IN1, IN2, IN3, Ilvmax ngược, Ilvmax thuận dòng điện NM N1, N2, N3 dòng điện tải vào A

~ ~

IN1 IN2 IN3 Ilv thuận Ilv ngược

A

B

C

4 EU

ES

N1 N2 N3

3

Hình 4.15 BV dịng điện có hướng đường dây có hai nguồn

Dịng NM N1 chạy ngược từ đường dây vào A dòng NM N2, N3 chạy từ đường dây Nếu dòng NM hay dòng tải chạy phía trái vượt q dịng khởi động rơle dịng điện cần thiết phải đặt phận ĐHCS Nếu dòng tải từ B tới A (Ilvmaxngược) lớn dịng tải từ A tới B (Ilvmaxthuận) dùng phận ĐHCS cho phép chỉnh định trị số đặt dịng để có độ nhạy cao Giả sử rơle BV dự trữ từ xa cho rơle có cố đường dây BC

4.4.3 Mạng vòng kín hai nguồn

Từ mạng vịng kín nguồn hình 4.16 ta nhận thấy: vị trí 10 khơng cần đặt RW, NM A khơng có dịng NM qua vị trí 10 Trong mạng, có máy cắt mở, mạng trở thành sơ đồ hình tia nguồn Đối với rơle phía phải B E, dịng điện tải chảy theo hai hướng tùy thuộc vào tải điều phải lưu ý tính tốn trị số khởi động tất rơle, dịng điện qua rơle có hai hướng

~

R G Q

ES

6

8

10

5 S J

Hình 4.16 Bảo vệ dịng điện có hướng mạng vịng kín có nguồn

Khi NM A khơng có dịng cố đường dây AB Khi điểm NM dời phía phải, dòng điện NM rơle tăng lên đến trị số NM B Vì trị số dịng NM qua rơle từ nên rơle chỉnh định tác động tức thời với dòng khởi động nhỏ Điều rơle rơle cắt nhanh khơng có phận thời gian Tương tự cho rơle số

Khi điểm NM di chuyển từ A đến B, dòng điện NM bắt đầu tăng từ 0, rơle từ trị số dòng NM cực đại giảm dần điểm cố gần tới B Vì dịng NM lớn nên rơle chỉnh để cắt đầu tiên, mạng vịng hở tạo mạng hình tia ngược chiều kim đồng hồ từ rơle 10 đến Điều làm tăng dòng NM qua rơle 2, 4, 6, 8, 10 Chúng ta lưu ý phối hợp rơle giống mạng hình tia

Từ đây, tính dịng NM tổng B C, phân bố dòng NM thay đổi dịng đường dây rơle khơng hướng 10 cắt

Giải: Kết tính dịng NM cho bảng 4.2 Đầu tiên khảo sát NM B Dòng rơle đường dây AB tăng từ 4,44 vịng kín tới 5,0 ĐVTĐ đường dây AB mở (tại máy cắt 3) Dòng rơle đường dây BC tăng từ 1,11 tới 2,00 đường dây AB mở (tại máy cắt 1) nhận thấy rơle tăng lên sau mạng hở

Bảng 4.2 Dòng ngắn mạch tính tốn

Than h cố

Kháng trở NM tổng

Doøng NM tổng

Vòng mạch kín rơle

Dịng đường dây

rơle

Mạng hở đường

daây

Dòng đường dây rơle

B 0,180 5,555

AB (1) CB (4)

4,444 1,111

BC AB

AB (1) = 5,00 CB (4) = 2,00

C 0,220 4,545

BC (3) DC (6)

2,727 1,818

DC BC

BC (3) = 3,33 DC (6) = 2,50

Đối với rơle dịng điện, đặc tính thời gian phụ thuộc điều kiện phối hợp ln ln tình trạng dịng điện lớn nhất, điều kiện phối hợp rơle dòng mạng vòng nguồn sau:

- Khảo sát tình trạng cực đại

- Chỉnh rơle đầu mạng vòng (2 hay 9) cắt tức thời - Mở vòng đầu (2 hay 9)

- Tính dịng cực đại B hay E - Phối hợp rơle mạng hở

- Lặp lại cho hướng khác

Lưu yù, rơle không thời gian tác động sai dịng điện chạm A zero Do đó, rơle chỉnh định dịng khởi động nhỏ nhỏ dòng tải Để xác định dịng khởi động, tính dịng điện tải cực đại lưu ý đến hệ số an tồn; tính dịng khởi động mạng vịng hở

Vì NM cực đại chảy qua vị trí rơle khảo sát mạng vòng hở, cho phép ta nên phối hợp rơle điều kiện này, nghĩa mạng mở đầu Sự phối hợp điều kiện dòng cực chắn bậc thời gian phối hợp tác động hai BV gần lớn (∆t) Trong mạng hình tia, rơle phối hợp cặp máy cắt mở, phối hợp với 4, với 4, với 10 với 8; tương tự, phối hợp hướng cịn lại

4.4.4 Mạng vòng có nhiều nguồn cung caáp

4.5 ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ DỊNG ĐIỆN CĨ HƯỚNG

Bảo vệ dịng điện có hướng đơn giản đảm bảo tác động chọn lọc mạng điện cung cấp từ hai phía Sử dụng kết hợp cắt nhanh có hướng với BV dịng điện có hướng, ta nhận BV nhiều trường hợp có độ nhạy thời gian tác động thỏa mãn yêu cầu Kinh nghiệm vận hành cho thấy BV làm việc chắn Bảo vệ có số nhược điểm sau:

- Thời gian tác động lớn, BV gần nguồn

- Có độ nhạy mạng với phụ tải lớn bội số dịng NM nhỏ - Có vùng chết NM ba pha

Bảo vêï q dịng điện có hướng dùng rộng rãi làm BV mạng điện tới 35kV cung cấp từ hai phía Trong mạng điện 110kV 220kV, chủ yếu làm BV dự trữ đơi sử dụng kết hợp với cắt nhanh có hướng làm BV

Câu hỏi chương 4:

1-Khi bảo vệ dịng điện cần phận định hướng cơng suất 2-Hướng dòng điện thành phần thứ tự giống hay khác nhau? 3-Các sơ đồ nối dây thông dụng rơ le định hướng công suất 4-Cách xác định độ nhạy rơ le định hướng công suất Websides tham khảo

www.abb.com www.areva-td.com www.cooperpower.com www.GEindustrial.com/pm

www.gemultillin.com www.nulec.com

www.schneider-electric.com www.tde.alstom.com

Chương 5 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CHỐNG CHẠM ĐẤT

5.1 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT TRONG MẠNG ĐIỆN CĨ DỊNG CHẠM ĐẤT LỚN Mạng điện có dịng chạm đất lớn, có trung tính nối trực tiếp với đất

Bảo vệ phản ứng theo dòng áp thứ tự không Io Vo Để chống NM chạm đất N1, N1,1

(NM chạm đất thường xảy ra), người ta dùng BV thứ tự không riêng biệt để chống chạm đất; BV thực đơn giản có nhiều ưu điểm so với BV phản ứng theo dịng tồn phần xét Bảo vệ thứ tự khơng thực dạng BV dòng cực đại, BV cắt nhanh đơn giản có hướng Bảo vệ khoảng cách, so lệch (BV thứ tự không dạng khoảng cách, so lệch) trình bày chương sau Để nhận thành phần thứ tự không, người ta thường dùng lọc Io hay Uo trình bày mục 1.3.1 phần 1.3

5.1.1 Bảo vệ dịng cực đại thứ tự khơng

Rơle nối vào lọc dịng thứ tự khơng (H.5.1)

Thời gian tác động BV chọn theo nguyên tắc bậc thang tăng dần lên tính từ đầu nhận điện phía có MBA, có trung tính nối đất (H.5.2): t’3 < t’2 < t’1

RT Io

~ T1 T2 T3

t

t’1 t1 t

2 t’2 t3 t4 t’3

a)

b) RI

Hình 5.1 Sơ đồ khối bảo vệ dòng thứ tự khơng

Hình 5.2 Thời gian tác động bảo vệ dịng cực đại thứ tự khơng

Nếu mạng áp cao thấp nối qua MBA có tổ nối dây Yo/∆ hay ∆/Yo (ví dụ MBA

T3 hình 5.2) BV thứ tự khơng đặt phía cao, MBA tác động không thời gian

(BV3)

Ta thực điều kiện trên, NM chạm đất phía áp thấp, phía cao áp khơng có dịng thứ tự khơng qua BV nên khơng tác động sai Nhờ t’3 = nên thời gian tác động

của BV khác nhỏ so với dòng cực đại tương ứng t’2 < t2, t’1 < t1 Điều giải

phải phối hợp thời gian tác động BV dịng cực đại phía áp cao với phía áp thấp t3 > t’3 = Nếu

MBA T3 hình 5.2 tự ngẫu mạng điện hai phía MBA mạng có trung tính nối đất,

khi NM phía này, phía xuất Io Trong trường hợp này, cần phải phối hợp BV thứ tự

không hai máy ta coù t3 = t’3; t2 = t’2; t1 = t’1

Dòng tác động rơle, dịng cực đại thứ tự khơng chọn từ điều kiện bảo đảm tác động cách chắn chạm đất, cuối đoạn tránh dòng không cân

- Điều kiện thứ Ikđ < 3.IoNmin

- Điều kiện thứ hai Ikđ > iKcbmax

Điều kiện thứ hai định Theo điều kiện

Ikñ = kat.IKcbmax (5.1)

trong kat = 1,2 ÷ 1,5

Dịng IKcbmax tính ứng với chế độ bình thường, NM tùy thuộc vào thời gian tác

động BV

Nếu thời gian tác động to BV thứ tự không lớn thời gian tác động tGP BV

chống NM pha đặt đoạn tiếp sau, Ikđ BV cần chọn lớn dịng IKcb

trong chế độ bình thường Do NM pha, BV dịng cực đại cắt sớm, trước BV thứ tự không, đoạn sau kịp tác động sai

Dịng khơng cân chế độ bình thường xác định dụng cụ đo Với máy biến dịng (MBI) có Iđm = 5A, dịng khơng cân IKcb khoảng 0,01÷0,2A Vì vậy, dịng

khởi động BV chọn theo (5.1) nhỏ IkđR= 0,5÷1A (khoảng 10% ÷ 20% dịng định mức thứ

cấp BI)

Nếu to < tGP BV cần phải tránh dịng không cân ứng với NM ba pha đầu đoạn

tiếp sau Vì BV tác động với thời gian 0,5s lớn nên cần tránh giá trị ổn định dòng KCB lớn Theo kinh nghiệm vận hành, MBI chọn phụ tải chúng nhau, ta chọn IkđR= ÷ 4A, tùy thuộc vào bội số dịng điện NM (40 ÷ 80% IđmBI)

Trường hợp chung, để xác định dòng KCB ổn định NM, cần xác định họa tần bậc (Ikc1, Ikc3) dịng KCB theo cơng thức thực nghiệm, sau tính Ikc theo

Ikc = Ikc21 +Ikc22

Nếu BI làm việc phần đường thẳng đặc tuyến, thành phần họa tần bậc dịng từ hóa IµS nhỏ Trong trường hợp này, tính

. . (3)

N i ñn kcb k f I

I =

trong đó: kđn- hệ số đồng lấy 0,5÷1 tùy thuộc vào độ đồng đặc tuyến phụ

tải BI

fI - sai số BI, BI chọn theo đường cong sai số 10%, lấy fI = 0,1

(3)

N

I - giá trị lớn dòng NM ba pha hư hỏng xảy đoạn tiếp sau Độ nhạy BV đặc trưng hệ số nhạy:

kñ o nh II

với Iomin dòng thứ tự không nhỏ NM pha hai pha chạm đất cuối đoạn tiếp sau

Yeâu cầu: knh > 1,5

5.1.2 Bảo vệ dịng cực đại thứ tự khơng có hướng

Đối với mạng có trung tính nối đất phân bố hai đoạn xét BV dịng cực đại thứ tự khơng tác động chọn lọc có thêm phận ĐHCS (H.5.3)

~

RWO

RIO

AND RT

Io

Uo

Hình 5.3 Sơ đồ khối bảo vệ thứ tự khơng có hướng

Bộ phận ĐHCS xác định dấu, hướng công suất thứ tự không, NM Nhờ BV thứ tự khơng có hướng tác động NM xảy đường dây BV Khi NM xảy nhánh khác nối chung với đường dây xét phận cơng suất không cho phép, nên BV đường dây xét không tác động Phần tử ĐHCS thứ tự không, cấu tạo phần tử ĐHCS theo dòng áp tồn phần, tín hiệu đưa vào dịng áp thứ tự không (UR= 3.Uo, IR = 3.Io)

Để rút kết luận cần thiết điều kiện làm việc rơle công suất thứ tự không, ta xét đồ thị vectơ áp Uo dòng Io NM pha chạm đất (H.5.4) Để đơn giản, coi

đường dây không tải (H.5.4a) vectơ áp nguồn EA, EB, EC không đổi suốt trình NM

Giả thiết pha Achạm đất

Từ hình 5.4 ta nêu điểm sau:

- Trong pha cố (pha A), tác động sức điện động EA có dịng NM I&A = I&B Vì coi

trở tác dụng mạng không, nên IA chậm pha sau sức điện động EA góc 90o

(thực tế ϕA < 90o, vectơ chấm–gạch hình 5.4)

- Dòng pha không hư hỏng không

Hình 5.4 Đồ thị vectơ dòng áp NM pha a) Sơ đồ mạng; b) Đồ thị điểm N; c) Đồ thị điểm R

(V/

R, I/R - vectơ dịng áp thứ tự khơng thực tế)

Đồ thị vectơ dòng áp chỗ NM (điểm N) cho hình 5.4b Từ phương trình thành phần đối xứng chỗ NM, ta viết

3

A C B A

ON I I I I

I& = & + & + & = & ; 3

CN BN

CN BN AN

ON U U U U U

U& = & + & + & = & + &

nhöng U&BN +U&CN = E&B +E&C = −EA

Vì vậy, ta vieát

3

A

ON E

U& = − &

Từ đồ thị hình 5.4b ta thấy, dòng I&ON vượt trước điện áp U&ON góc 90o (trường hợp lý

tưởng) Trên hình 5.4a, đồ thị vectơ dòng áp chỗ đặt rơle (điểm R) Áp pha A đặt điểm R

bằng áp giáng đoạn R - N: U&AR = jI&Nx&R−N

Đối với pha B pha C có U&BR = E&B; U&CR = E&C

Dịng thứ tự khơng, qua chỗ đặt rơle

3

A ON I

Cịn áp thứ tự khơng

3 3

3

ON AR

A AR CR

BR AR

OR U U U U E U U

U& = & + & + & = & − & = & + &

Như vậy, UOR < UON Từ hiểu chạm đất, dịng thứ tự khơng chạy từ điểm

NM trung tính (chương 4)

Nếu xét trường hợp NM hai pha chạm đất có đặc điểm tương tự: dịng thứ tự khơng vượt trước áp Uo góc 90o áp Uo chỗ NM có giá trị lớn Sau số

kết luận sở xét đồ thị vectơ hình 5.4: - Góc lệch pha o

o

R =ϕ = −90

ϕ bỏ qua điện trở tác dụng, thực tế:

) 120 100

( o

o = − ÷

ϕ Như vậy, BV dịng thứ tự khơng, có hướng cần sử dụng rơle

cơng suất có góc có độ nhạy cực đại ϕnhmax = −(100÷120o) (xem lại mục phần

4.2 chương 4) (chọn α = 100 ÷ 120o)

- Áp 3Uo có giá trị lớn (khoảng áp pha) chỗ NM (điểm N) Càng xa điểm NM,

áp giảm Như vậy, rơle công suất đặt xa điểm NM làm việc Để mở rộng vùng tác động BV thứ tự khơng cần dùng rơle cơng suất có độ nhạy cao - Góc ϕo có dấu ngược với dấu góc tổng trở NM Điều có nghĩa công suất So

công suất NM pha hư hỏng có dấu ngược Ví dụ, NM pha công suất NM pha A có dấu dương hướng từ nguồn tới chỗ NM, cơng suất thứ tự khơng có dấu âm hướng từ chỗ NM đến điểm trung tính MBA

Thời gian tác động BV hướng chọn theo nguyên tắc bậc thang Trên hình 5.5 giới thiệu phân bố BV thứ tự khơng có hướng BV thứ tự khơng có hướng phối hợp thời gian tác động chúng Dòng khởi động BV chọn tương tự BV thứ tự khơng bình thường Độ nhạy BV kiểm tra điểm NM cuối vùng tiếp sau theo (5.2)

5.1.3 Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không

Bảo vệ cắt nhanh (BVCN) phản ứng theo dòng thứ tự khơng, có nhiệm vụ cắt nhanh NM chạm đất, mạng có trung tính trực tiếp nối đất Bảo vệ tác động theo nguyên tắc tương tự cắt nhanh phản ứng theo dịng tồn phần Bảo vệ cắt nhanh thứ tự khơng, BV đơn giản có hướng, tác động tức thời có thời gian trì hỗn

1- Bảo vệ cắt nhanh thứ tự khơng khơng có hướng

Bảo vệ dùng cho đường dây mà dịng Io có phía NM chạm đất Nói

cách khác, dùng trung tính nối đất MBA nằm phía đường dây, BV cắt nhanh tác động tức thời Dòng khởi động thứ tự khơng tính theo dịng 3Iomax NM chạm

đất góp trạm đối diện Ikđ = kat.3Iomax

BVCN tác động có thời gian trì hỗn cần phải phối hợp dịng thời gian với BV thứ tự không tác động tức thời đường dây sau

Hình 5.5 Bố trí bảo vệ dịng cực đại thứ tự khơng

~

~

4 a)

t4 t3

t1 t

Khi trung tính nằm phía đường dây BV L1 dòng 3Io qua BV2

khi NM Vì chọn IkdB2 = (1,1÷1,2)IkdB3; thời gian tác động t2 = t3 + ∆t

I

3ION1

3ION2

3IONAmax 3IkdA 3I ONBmax

A B

B

A 3ION1

3ION2

1

Ikd3

Ikd1

Ikd2

3Io

1- bảo vệ cắt nhanh tức thời 2- bảo vệ cắt nhanh có thời gian

Hình 5.6 Bảo vệ cắt nhanh thứ tự khơng

Hình 5.7 Bảo vệ cắt nhanh thứ tự khơng có hướng Vùng tác động BVCN xác định phương pháp đồ thị theo điểm cắt đường cong 3Io = f(l) với đường thẳng Ikđ Bảo vệ cắt nhanh thứ tự khơng đơn giản, dùng

được cho mạng có trung tính phân bố hai phía đường dây BV Khi cần chọn Ikđ theo

điều kiện tránh dòng 3Io qua BV NM góp trạm đối diện B NM

thanh góp trạm A, nơi đặt BV xét (H.5.7) Nếu 3ION2 không đủ nhạy, trường hợp

phải dùng BV cắt nhanh thứ tự khơng có hướng

2- Bảo vệ cắt nhanh thứ tự khơng có hướng

Bộ phận ĐHCS BV A có hướng khóa NM góp trạm A (H.5.7) Khi lượng cơng suất thứ tự khơng từ góp trạm A tới đường dây BV ngược với hướng tác động rơle công suất, nên rơle không tác động Nhờ vậy, dịng khởi động BV khơng cần chọn lớn 3IoNamax

Như vậy, dòng khởi động BVCN có hướng A, cần chọn lớn dịng 3IONBmax qua

BV NM góp đối diện

Đối với đường dây song song, chọn Ikđcủa BVCN tức thời, cần tính đến hỗ cảm lớn

của nhánh song song bên cạnh Hỗ cảm ảnh hưởng nhiều đến tổng trở thứ tự khơng Nếu chiều dịng Io nhánh song song hỗ cảm đường dây làm tăng trở

đường dây Nếu chiều Iongược lại giảm Kết trường hợp thứ nhất, dòng Io

trong nhánh song song giảm, trường hợp thứ hai lại tăng

Từ nhận xét trên, ta xem ba trường hợp sau, trường hợp dòng Iolớn

khi có NM ngồi (H.5.8)

Điểm NM lớn điểm N1 góp trạm đối diện (H.5.8a,b) Trong hai trường hợp a b, trường hợp b có dịng lớn đường dây song song bên cạnh cắt nối hai đầu, dòng cảm ứng Io2 chạy đoạn nhờ hỗ cảm, làm giảm trở đường dây L2,

~ ~

N1 A

L1 L2 A I

o1 B

~ ~

N1 A

L1 L2 A I

o1 B

N2

~ ~

N1 A

L1 L2 A I

o1 B

~ ~

A

L1 A I

o1 B

L2

Io2 = ION

Io1

Io2 Io

a)

b)

c)

Hình 5.8 Cách chọn điểm NM tính tốn

Tùy thuộc vào trở thứ tự không xo phần tử mạng xét, dòng đường

dây L1 có giá trị lớn NM ngồi khơng phải góp trạm đối diện (điểm N1), mà

điểm N2 đường dây song song bên cạnh, cắt đầu (H.5.8c) Mặc dù điểm N2

điểm NM xa điển N1, ảnh hưởng hỗ cảm mạnh đường dây L2 nên N2

là điểm tính tốn cho dịng khởi động

Hình 5.8a minh họa cho trường hợp nêu trên, giới thiệu đặc điểm thay đổi Io1và dịng tồn

phần chỗ NM IoN tùy thuộc vào điểm NM Như vậy, đường dây song song, xác định Iomax cần phải so sánh với giá trị Io1 chọn giá trị lớn Cần chọn dạng NM chạm đất

sao cho dịng I01 có giá trị lớn Dịng khởi động BV cắt nhanh có hướng tác động với thời

gian trì hỗn, chọn lớn dòng Iomax qua rơle, NM cuối vùng BV tác động tức thời B

(H.5.8b), đặt đoạn tiếp sau L2 Biểu thức tính tốn Ikđ = kat.Iomax

Trên hình 5.9 giới thiệu phương pháp đồ thị xác định giá trịIomax cắt nhanh A.Nội

dung phương pháp sau:

- Xây dựng đường cong IRA IRB, thay đổi dòng 3Ioqua rơle BVCN A B

các điểm NM khác đường dây L2 Điểm cắt đường cong IRB với đường thẳng IkđB

xác định điểm cuối (điểm M) vùng tác động BVCN tức thời B đặt L2

- Xác định đường cong IRA, giá trị 3Io qua cắtnhanh A NM cuối vùng cắt nhanh B (NM

A

IRA

L1 ~

B

IRB

C

L2 M

~

I

IRA IRB

IkdA IkđB Iomax

M A

Hình 5.9 Tính tốn bảo vệ cắt nhanh thứ tự khơng

~

Đối với đường dây song song, tương tự cắt nhanh tức thời, việc chọn IkđA phải

dựa vào tính tốn hình 5.8 Trong trường hợp này, phải phối hợp độ nhạy cắt nhanh có thời gian A, với cắt nhanh tức thời B

Cũng BV dòng tác động theo dịng tồn phần, để BV hồn chỉnh mạng trung tính nối đất trực tiếp BV thứ tự khơng đơn giản, có hướng dùng ba cấp Cấp cắt nhanh tức thời Cấp cắt nhanh có thời gian cấp BV dịng cực đại thứ tự khơng

5.1.4 Đánh giá phạm vi sử dụng bảo vệ

Trong mạng điện 110 - 220kV, BV thứ tự không, dùng rộng rãi Các ưu điểm BV thực tế vận hành xác nhận, có sơ đồ đơn giản có độ tin cậy cao Bảo vệ có độ nhạy cao, dịng tác động khơng cần chọn lớn dòng phụ tải Bộ phận ĐHCS làm việc điều kiện thuận lợi Đối với trường hợp NM, nặng nề sát góp trạm nhà máy Rơle công suất nhận giá trị Uo lớn, khác với

rơle cơng suất nối vào dịng áp tồn phần, làm việc bảo đảm Góc lệch pha ϕR IR

và UR đưa vào rơle công suất thứ tự không, luôn gần với giá trị tối ưu Vì vậy, rơle làm

việc vùng có độ nhạy cao Trong trạm mạng 110 - 220kV, MBA nối với trung tính nối đất nguồn dịng thứ tự khơng Vì vậy, có khả to lớn sử dụng BVCN thứ tự không, BV thứ tự không nhiều cấp

Nhược điểm gắn liền với nguyên lý tác động BV phản ứng theo dịng chế độ khơng tồn pha tác động sai đứt dây pha mạch thứ cấp MBI

5.2 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT TRONG MẠNG CĨ DỊNG CHẠM ĐẤT NHỎ

Trong điều kiện bình thường áp dây dẫn A, B, C so với đất áp pha tương ứng

C B

A U U

U& , & , & Các áp suất điện động E&A,E&B,E&C giả thiết mạng khơng tải Các

vectơ áp pha thành lập hình đối xứng (H.5.10b), tổng vectơ khơng, áp điểm trung tính UTT = Các điện áp pha tạo nên dòng điện tương ứng qua điện dung

pha so với đất Các dòng vượt trước áp tương ứng góc 90o:

c C C c

B B c

A

A Ujx I Ujx I Ujx

I& = & ; & = & ; & = &

U = EA A IB

IA TT

U = EB B IC

U = EC C

B C

TT iC

3io iB

A

io

3Uo

Uo id

b) c)

UTT

iB iC

C B A a)

N TT

IC IB

Hình 5.10 Chạm đất pha mạng có trung tính cách điện

Tổng dòng điện dung chế độ bình thường khơng, khơng có Io

Khi chạm đất trực tiếp pha (ví dụ pha A) Áp pha so với đất giảm tới không

)

(U&A = (Khi pha A chạm đất, điểm Nthế điểm đất)

Áp điểm trung tính UTT so với đất áp hai điểm N vàTT

UTT =U&N−TT = −E&A

Áp pha B C so với đất tăng giá trị áp dây U&B, =U&BA, U&C, =U&CA

Tại chỗ chạm đất có dịng Dịng chạy qua điện dung pha khơng hư hỏng Vì UA = nên IA = Trong pha khác có dịng vượt trước áp tạo chúng

goùc 90o

c CA C

c BA

B Ujx I Ujx

I

, =

= &

&

Dòng Iđ chỗ hư hỏng với chiều dương quy ước hình 5.11a

Thay vào    

  

+ −

=

c CA c

BA

ñ Ujx Ujx

I& & &

Từ hình 5.10c, ta có U&BA +U&CA = −3E&A

Vì viết

c P c

A

ñ j xE j xU

i = 3.& = 3.& (5.3)

Như vậy, dòng Iđ ba lần dòng điện dung pha chế độ bình thường Dịng Iđ

chậm pha sau UTT góc 90o, tỷ lệ với áp mạng điện dung pha (xc = 1/ωC)

được tính theo công thức

3 3U C l.10 6(A)

x U I

I P o

c P P

ñ = = = ω −

trong đó: l - chiều dài tổng cộng dây dẫn pha

Co - suất điện dung pha so với đất km, điện dung pha đất đường

dây không nhỏ nhiều so với dây cáp Áp thứ tự khơng có chạm đất

Uo UA UB UC E&A U&TT

& & &

= − = +

+ =

3 , , ,

Như vậy, áp thứ tự không ngược chiều với áp pha cố Nếu bỏ qua trở dây dẫn (vì nhỏ so với xc) ta thấy áp thứ tự không điểm mạng

và U&o =U&TT

Dưới tác dụng áp Uo có dịng Io qua, điện dung pha trung tính máy

phát MBA

Dịng thứ tự không A B C B C đ

o I I I I I I

I& = & + & + & = & + & = −&

3

Dòng I&o vượt trước U&o góc 90o

Lưu yù: góc lệch pha chọn góc nhạy rơle ĐHCS thứ tự khơng mạng có dịng

chạm đất bé

Nếu chạm đất qua điện trở trung gian (H.5.11) áp pha bị hư hỏng U&A = I&drtg =U&N

còn áp điểm trung tính U&TT = −E&A +U&N

Như vậy, UTT nhỏ so với trường hợp chạm

đất trực tiếp Áp pha khơng hư hỏng so với đất, dịng Io Iđ giảm Trong điện dung so

với đất pha hư hỏng có dịng

c N A Ujx

I& = &

Trong tính tốn, người ta dùng hệ số

chạm β để đánh giá độ giảm dòng áp thứ tự không chạm đất qua điện trở trung gian P

o

U U

=

β , đó UP áp bình thường pha hư hỏng

U = U - EN o A rtg

C B A N

TT

Hình 5.11 Chạm đất pha

- Khi chạm đất trực tiếp β = Uo = UP

- Khi chạm đất khơng hồn tồn ta có Uo = β.UP;

c P o Ux

I = β

còn dòng đất

c P o

d I Ux

I = =3β

Trong mạng có trung tính nối qua cuộn dập hồ quang (DHQ), cuộn có nhiệm vụ bù dòng điện dung chỗ bị hư hỏng

Khi có chạm đất, áp tất điểm mạng có giá trị giống mạng có trung tính cách điện Dưới tác dụng áp thứ tự khơng Uoxuất chỗ cố, ngồi

dòng I&o(C) qua điện dung pha, pha xuất dòng I&o(L) = U&o/jxL qua

cuộn DHQ Dòng I&o(C) vượt trước Uo góc 90o, dịng I&o(L) chậm sau Uomột góc 90o Như

vậy, góc pha I&o(C) I&o(L) ngược dòng Iđ chỗ hư hỏng hiệu chúng

(H.5.12b): Iñ = 3(I&o(C) – I&o(L))

C B A N

a)

90o 90o

U = -Eo A

io(C)

io(L)

b)

Io(C)

Io(C)

Hình 5.12 Chạm đất pha mạng bù

Khi bù hoàn toàn I&o(C) – I&o(L) =

Đôi khi, người ta mắc trở tác dụng rB song song với cuộn DHQ Khi đó, ngồi I&o(C), I&o(L)

cịn có dịng I&r =U&o/rB Dịng trùng pha với Uo lệch 90o so với I&o(C) I&o(L) Như vậy,

khi có điện trở tác dụng rB, dòng chỗ hư hỏng

) (

) ( )

( ) (3 )

3

( oL oC or

d I I I

I = − +

5.2.1 Những yêu cầu bảo vệ

Kinh nghiệm vận hành cho biết mạng có bù, mạng có dịng chạm đất nhỏ (20÷30A),

và mạng 10kV, 6kV chạm đất tồn lâu (khoảng hai giờ) mà không gây hư hỏng thêm, khơng ảnh hưởng đến phụ tải, BV chống chạm đất mạng có dịng chạm đất nhỏ cần báo tín hiệu có chạm đất, người trực chuyển phụ tải đường dây hư hỏng sang nguồn khác, sau cắt hẳn đường dây

Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể thiết bị mà xử lý thích hợp

Ví duï: động làm việc điều kiện ẩm ướt, máy phát thủy điện từ chạm đất pha dễ dàng chuyển sang NM nên yêu cầu có chạm đất phải cắt điểm chạm đất Bảo vệ chống chạm đất cần tác động chọn lọc có độ nhạy cao u cầu thứ hai đề dịng chạm đất mà BV cần tác động nhỏ (5÷10A)

5.2.2 Nguyên tắc thực bảo vệ

Bảo vệ đơn giản BV chung, cho tín hiệu chạm đất mà khơng rõ điểm chạm Bảo vệ dùng ba rơle áp giảm (H.5.13a) nối vào áp pha so với đất rơle nối qua lọc áp thứ tự khơng (H.5.13b) Khi có chạm đất, BV báo tín hiệu, sau người trực kiểm tra phần tử xác định phần tử hư hỏng Bảo vệ phản ứng theo dịng thứ tự khơng, BV có hướng phản ứng theo dịng cơng suất thứ tự khơng BV tác động có chọn lọc dùng Khi chạm đất xảy phần tử BV ngồi nó, dịng qua phần tử có giá trị hướng khác Lợi dụng khác này, người ta thực BV tác động hư hỏng xảy phần tử BV (giải thích H.5.15)

a) RU

Th Th

Th RUo

Th b)

RU RU

Trong mạng trung tính cách điện, phương án đơn giản dùng BV dòng điện làm việc theo dòng điện dung Io(c) mạng Phương án dùng tốt số đường dây nhiều,

dịng điện dung tổng lớn nhiều so với dòng điện dung đường dây Sự khác dòng điện dung tổng (khơng kể dịng điện dung thân phần tử BV) với dòng điện dung phần tử BV, khác giá trị dòng qua phần tử chạm đất ngồi Như vậy, tính tác động chọn lọc BV cao khác nêu nhiều

Trong mạng bù, dòng điện dung tần số bù dòng cuộn dập hồ quang Như vậy, mạng bù, dù để BV tác động được, cần phải cố ý tạo nên dòng, sử dụng dòng dư khơng bù hết (ví dụ sử dụng thành phần tác dụng dòng họa tần bậc lẻ), sử dụng BV phần ứng theo dòng áp xuất thoáng qua thời điểm đầu có cố Có thể chọn loại BV sử dụng thành ba nhóm:

- Bảo vệ phản ứng theo dòng thứ tự khơng

- Bảo vệ phản ứng theo dịng dư ổn định qua đường dây bị hư hỏng trường hợp mạng bù hoàn toàn

- BV phản ứng theo dòng giai đoạn độ xuất điểm đầu xảy cố

1- Bảo vệ phản ứng theo dòng thứ tự khơng

Trong mạng điện có bù, người ta cho mạng làm việc chế độ bù Trong chế độ dòng cuộn DHQ lớn dòng điện dung mạng

Dòng dư 3Io(L) – 3Io(c) có tính chất điện cảm làm BV tác động Giá trị dòng dư

chọn theo điều kiện dập tắt hồ quang ngăn ngừa khơng cho cố phát triển mạng điện 6÷

10kV, dịng dư khơng vượt q 10÷25A Việc đặt mạng chế độ lệch bù, độ lệch bù

này có giới hạn, làm xấu điều kiện hoạt động mạng Trong mạng khơng có bù, người ta dùng dịng 3Io áp 3Uo có chạm đất làm tín hiệu đưa vào BV

Hình 5.14a, b giới thiệu hai phương án BV khác độ nhạy Phương án a dùng lọc gồm ba BI (xem mục phần 1.3) Bảo vệ có độ nhạy tương đối thấp Dịng khởi động sơ cấp BV khơng nhỏ 20÷25A Phương án b dùng lọc MBI thứ tự không BIo Bảo vệ

có độ nhạy cao nhiều BIo có khả làm cho BV tác động với dịng sơ cấp khoảng 3÷5A Nếu

dùng BIokết hợp với rơle có độ nhạy cao tạo nên BV tác động với dịng sơ cấp 1÷2A Do đóù BIo BV mạng có đường dây cáp dòng chạm đất nhỏ

Th Th

RWo

∆ Y

a) b) c)

RIo RIo

3Io

Th

Hình 5.14 Sơ đồ BV dòng điện chống chạm đất

Hình 5.14c giới thiệu BV thứ tự khơng có hướng Bảo vệ dùng cho mạng hình tia, mà dịng điện dung thân đường dây có giá trị lớn tương đương với dòng điện điện dung tồn phần mạng Trong trường hợp này, khơng đòi hỏi phải chỉnh định tránh dòng điện dung thân đường dây BV Ta thấy hướng dịng (cơng suất) đường dây hư hỏng khơng hư hỏng khác minh họa tiếp sau

Hình 5.15 giới thiệu phân bố Io Khi pha đường dây L1 bị chạm đất (ví dụ

điểm N) chỗ cố xuất áp thứ tự không Uo Dưới tác dụng áp có dịng thứ tự

khơng (Io) chạy vòng qua điện dung, pha đường dây cuộn DHQ (nếu có đặt

Uo L3

L2

L1 A B C

N DHQ

RI

RI

RI

Hình 5.15 Sự phân bố dịng thứ tự khơng có chạm đất pha

Quan sát phân bố dịng rút nhận xét sau:

Dịng điện dung thứ tự khơng chạy tất đường dây hư hỏng khơng hư hỏng mạng Dịng cuộn DHQ chạy đường dây hư hỏng L1 Qua BIo đường dây

không hư hỏng L2 L3 có dịng điện dung thứ tự khơng Các dịng chạy vòng qua điện dung

pha CL2 CL3 thân đường dây Các dòng hướng rời khỏi góp

3IoL2 = 3UoωCL2 vaø 3IoL3 = 3UoωCL3 (5.4)

Dòng điện dung qua BIo đường dây bị hư hỏng L1 tổng dòng điện dung tất

cả đường dây không bị hư hỏng, tổng dịng điện dung mạng 3IoC, trừ dòng 3IoL1

chạy vòng qua điện dung CL1 đường dây bị hư hỏng

IBio = 3IoC– 3IoL1 = 3UoωC– 3UoωCL1 (5.5)

trong C điện dung pha tồn mạng

Dịng hướng vào góp ngược hướng với hướng dịng đường dây khơng hư hỏng Khi đó, có cuộn DHQ ngồi dịng nêu cịn có dịng điện cuộn DHQ có giá trị

L o oL xU

I

3 =

Trong trường hợp này,dòng tổng BIo đường dây bị hư hỏng tính cơng thức

01 (3 1) 3 o ( L1)

L o L

C L

BI I I I xU U C C

I = − − = − ω − (5.6)

Hướng dòng tổng IBIO trùng với hướng thành phần (điện cảm hay điện dung) có

giá trị lớn

Trong mạng làm việc chế độ bù, không dùng BV tác động theo hướng cơng suất phản kháng dịng phản kháng đường dây hư hỏng không hư hỏng có hướng

Dịng khởi động BV chọn lớn dòng điện dung qua đường dây BV (L1)

chạm đất nhánh khác lớn dịng khơng cân NM mạng kđ = kt.k.3UPωCL

với: CL - điện dung pha đường dây BV

kat - hệ số an toàn 1,1÷1,2

kv- hệ số tính tốn đến độ nhảy vọt dịng điện dung có hồ quang lập chọn

bằng 4÷5, tác động có thời gian kv = ÷

Dòng khởi động chọn theo điều kiện đồng thời thỏa mãn u cầu lớn dịng khơng cân tổng BIo chế độ bình thường NM pha

Độ nhạy BV chạm đất đường dây BV

kd BIO nh II

k =

trong IBIO dòng qua BIo đường dây cố tính theo (5.5) hay (5.6)

Yêu cầu knh > 1,25 đường dây cáp knh > 1,5 đường dây không

2- Bảo vệ làm việc theo dòng với tần số khác 50Hz

Bảo vệ dùng phương pháp xếp chồng dịng có tần số, khơng phải tần số cơng nghiệp (ví dụ 100Hz hay 25Hz) lên dịng cố Dịng lấy từ nguồn riêng đặt mạch cuộn DHQ Dòng phụ chạy mạch với dòng cuộn DHQ làm BV tác động Ta chọn tần số 100Hz hay 25Hz dịng điện dung khơng, có họa tần này: có cố, đường dây khơng hư hỏng, khơng có dịng phụ chạy qua, cịn đường dây hư hỏng có Nhờ BV tác động chọn lọc Nếu đặt BV với độ nhạy cao, để BV tác động cách chắn, cần tạo dịng phụ khoảng ÷ 5A

RU

RU Th

Io100

L100

Io

Trên hình 5.16 giới thiệu BV làm việc với tần số 100Hz Cuộn DHQ người ta quấn thêm cuộn thứ cấp Mạch cuộn dây khép kín nhờ tiếp điểm rơle điện áp thứ tự khơng Bình thường cuộn DHQ khơng có dịng Khi có chạm đất, cuộn DHQ có dịng, dịng làm cảm ứng qua cuộn thứ cấp Đồng thời RUo làm việc, làm mạch thứ cấp kín Nhờ chỉnh lưu

nửa chu kỳ, dòng cuộn phụ chứa thành phần họa tần bậc hai (100Hz) Thành phần lại gây trở lại thành phần bậc hai dòng sơ cấp cuộn DHQ

Vì dịng cuộn DHQ tới chỗ hư hỏng qua BIo đường dây cố, nên BV làm việc

với thành phần bậc hai đặt đường dây hư hỏng tác động cách chọn lọc Rơle RIo nhận

được thành phần họa tần bậc hai qua lọc họa tần bậc hai Đối với họa tần bậc khác, dịng lọc có điện trở cao

3- Bảo vệ phần ứng theo dòng độ

Bảo vệ tác động theo xuất dòng tần số cao, hay theo dấu sóng dịng, cơng suất tương ứng Khi NM chạm đất, trình độ, xuất dịng tần số cao Kết tính tốn thực nghiệm cho biết tần số dòng q độ khoảng 200÷300Hz tùy thuộc vào tham số mạng, cịn thời gian tắt dần nhỏ khoảng từ

0,025s÷0,01s Dịng q độ lớn dòng xác lập vài chục lần Trên đường dây hư hỏng, dịng

q độ có giá trị lớn Trên đường dây khơng hư hỏng, dịng có giá trị nhỏ hơn, cịn hướng ngược với hướng dòng đường dây hư hỏng Bảo vệ loại cần phải gồm rơle tác động nhanh nối vào lọc, cho phép thành phần tần số cao chạy vào rơle BV làm việc chắn BV phải có phận giữ tín hiệu q độ q trình làm việc

Ở thời điểm đầu chạm đất, điện dung pha bị chạm đất phóng điện làm xuất sóng dịng áp thứ tự khơng Các sóng lan truyền hai phía chỗ hư hỏng theo mạch vòng pha–đất Trong trường hợp này, chiều dịng cơng suất tức thời nhánh hư hỏng không hư hỏng ngược chiều Sự khác dấu sử dụng để chế tạo BV phản ứng theo dấu sóng dịng dấu cơng suất tức thời đầu sóng

Câu hỏi chương

1-Các dạng nối đất làm việc hệ thống điện 2-Tại sau cần thiết đặt them bảo vệ chống chạm đất

2-Sự khác để phát chạm đất mạng có dịng chạm đất lớn bé 4-Ưu điểm bảo vệ chống chạm đất so với chống ngắn mạch chạm pha

5-Cách xác định dòng khởi động thời gian tác động bảo vệ dòng điện chống chạm đất mạng trung tính trực tiếp nối đất

6-Cách xác định nhánh rẽ bị chạm đất mạng trung tính cách điện Websides tham khảo

www.abb.com www.areva-td.com www.cooperpower.com

www.GEindustrial.com/pm

www.schneider-electric.com

www.tde.alstom.com

Chương 6

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

6.1 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Bảo vệ dịng điện cực đại, có hướng khơng hướng, có thời gian làm việc chọn theo ngun tắc cấp, lớn mạng vịng có số nguồn lớn hai, mạng vịng có nguồn có đường chéo khơng qua nguồn, đảm bảo cắt chọn lọc phần tử hư hỏng Như vậy, cần phải tìm nguyên tắc BV khác vừa đảm bảo tác động nhanh, vừa chọn lọc có độ nhạy tốt mạng phức tạp Một BV bảo vệ khoảng cách (BVKC)

Bảo vệ khoảng cách loại BV có phận phận đo khoảng cách, làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt BV tới điểm NM Thời gian làm việc BV phụ thuộc vào quan hệ điện áp UR, dòng điện IR đưa vào phần đo lường BV góc lệch pha ϕR chúng Thời gian

này tăng lên, tăng khoảng cách từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt BV Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng có thời gian làm việc bé Vì thế, BVKC nguyên tắc bảo đảm cắt chọn lọc đoạn hư hỏng mạng có hình dáng với số lượng nguồn cung cấp tùy ý với thời gian tương đối bé

Người ta dùng rơle tổng trở làm phận đo khoảng cách Nó phản ứng trực tổng trở, điện trở kháng trở đường dây (Z& , R, X) Tùy phận khoảng cách phản ứng theo Z& , R, X người ta

phân biệt BVKC loại tổng trở, điện trở điện kháng Bảo vệ khoảng cách dùng thông dụng loại tổng trở

Để bảo đảm tác dụng chọn lọc mạng phức tạp, người ta dùng BVKC có hướng, tác động hướng công suất NM từ góp đến đường dây Thời gian tác động BV theo hướng phối hợp với cho, NM phạm vi đường dây BV, thời gian tác động BV lớn cấp, so với BV đoạn bị NM

Sự phối hợp xác rơle khoảng cách hệ thống điện đạt việc chỉnh định vùng thời gian tác động vùng khác Thông thường, BVKC bao gồm BV vùng I có hướng tức thời nhiều vùng với thời gian trì hỗn Các tầm chỉnh định thời gian tác động cho ba vùng BVKC đặt MC hai đầu đường dây B, C cho hình 6.1

của phần đường dây kế tiếp, bao gồm BVKC cấp I cộng với thời gian cắt máy cắt

B23 (a)

vuøng I (b) (c) (e)

(d) B34

vuøng II

B32

2 3

vuøng III

4

Vùng = 80% tổng trở đường dây bảo vệ

Vùng = đường dây bảo vệ + 50% đường dây thứ hai ngắn Vùng T = 1,2 (đường dây bảo vệ + đường dây thứ hai dài nhất) Vùng N = 20% hướng ngược đường dây bảo vệ

I II III III

(g)

Hình 6.1 Đặc tính thời gian/khoảng cách cho ba vùng bảo vệ khoảng cách

Bảo vệ dự trữ từ xa cho tất cố đường dây kế cận, thường cung cấp BV cấp III, có thời gian trì hoãn lớn để phân biệt với BV vùng II cộng với thời gian cắt máy cắt Vùng III có tầm chỉnh định phải 1,2 lần tổng trở đường dây BV tổng trở đường dây dài Ở hệ thống điện kết nối với nhau, ảnh hưởng nguồn CS cố từ xa nguyên nhân làm cho tổng trở biểu kiến đo rơle lớn nhiều tổng trở thực tới điểm cố điều cần phải xem xét chỉnh định cho vùng III Trong hệ thống phân phối hình tia với đầu cung cấp nguồn khơng bị ảnh hưởng

Bảo vệ dự trữ từ xa cấp đơi có vùng BV ngược nhỏ (thường khoảng 20% phần đường dây BV) thêm vào với tầm chỉnh định thuận (đặc tính offset) Vùng BV dự trữ chỗ cung cấp với thời gian trì hỗn để BV cố cố ba pha gần BV khác không tác động Trong vài sơ đồ, tiếp điểm tức thời khởi động với cố bên đặc tính offset vùng III dùng để cung cấp BV cho

sự cố gần kiểm tra đường dây để BV đóng MC vào đường dây bị cố Nhất trường hợp cố ba pha gần không loại bỏ dao cách ly nối đất an tồn từ việc sửa chữa đường dây trước Đối với ứng dụng này, thời gian trì hỗn vùng III nối tắt thời gian ngắn đóng MC tay

Giản đồ vùng BV thời gian phối hợp ba cấp BVKC tổng quát cho hình 6.2

Xét ví dụ hình 6.2 mạng có hai nguồn BV đặt hai phía đầu đường dây giả thiết hoạt động có hướng (BV1,2,3 ,6) Phối hợp thời gian làm việc BVKC theo đặc tuyến hình nấc thang (H.6.2b)

Khi NM điểm N1 trạm BC, BV3, gần chỗ NM (khoảng cách l3, l4) tác động

với thời gian nhỏ cấp tI

3, t4I; BV1 có khoảng cách l1, l6 khởi động,

có thể tác động với thời gian trì hỗn tIII

1 , t6III coi BV dự trữ trường hợp

Trong trường hợp NM góp C, cố lập BV3 với thời gian cấp II

II t3 tII

6 cịn BV4 BV5 khơng khởi động BVKC có đặc tính thời gian cấp trên,

nay sử dụng rộng rãi, số lượng vùng BV cấp thời gian thường Chiều dài vùng BV thời gian vùng chỉnh định

~

L1

L3 L4

N1 N2

B C

4

~

D

L6

t2II

t1

I

t4

III

t2

I

t1II

t6

III

t4II

t3I t

3II

t4

I

t1III

t6

II

t5

I

t5

II

t6

I

t5

III

6 A

Hình 6.2 Phối hợp thời gian bảo vệ khoảng cách

6.2 ĐẶC TUYẾN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VAØ BIỂU DIỄN CHÚNG TRONG MẶT PHẲNG PHỨC TỔNG TRỞ Z

Người ta quan sát làm việc rơle tổng trở mặt phẳng Z Trục thực đặt điện trở r, trục ảo j đặt kháng trở x Tổng trở cực rơle Z&R =U&R /I&R biểu diễn qua

điện trở kháng trở dạng Z&R = rR + jxR hay tọa độ cực có giá trị tuyệt đối

2 R R

R r x

Z& = + góc pha laø tgϕR = xR/rR

Đặc tuyến khởi động BV đường biên xác định điều kiện tác động BV biểu diễn mặt phẳng tạp Z Một đoạn mạng điện, ví dụ đường dây AB biểu diễn theo trục r, x vectơ Z&AB = Z&lAB Nếu điện trở đoạn mạng

có góc ϕl = artg xl/rl quỹ tích điểm mặt phẳng phức đặc trưng cho tổng trở đường

dây đường thẳng với góc nghiêng ϕl (đối với đường dây truyền tải ϕl ≈ 65÷85o)

Điểm đầu đường dây BV, nơi đặt BV A, đặt gốc tọa độ (H.6.3b) Các điểm nằm vùng tác động BV A có tọa độ dương nằm phần tư thứ mặt phẳng Các điểm mạng nằm bên trái A biểu diễn điểm có tọa độ âm nằm phần tư thứ ba mặt phẳng tạp Tổng trở đường dây AB biểu diễn đoạn AB, đường dây L2 ứng với đoạn BC, L3 ứng với đoạn AD

~ Z

N

L3 L2

D A

N B C

J

rhq

I

ZDA ZAB ZBC

N

~

C jx

B B’

N’

rhq

A r

N’’ D

ϕL

ϕN

a) b)

Hình 6.3 Biểu diễn đường dây mặt phẳng phức Z

Tổng trở Z&N từ chỗ đặt BV A đến chỗ NM (điểm N hình 6.3a) biểu diễn

đoạn AN nghiêng góc ϕN = ϕl với trục r Nếu NM qua hồ quang (trở hồ quang trở tác

dụng), tổng trở tới chỗ NM biểu diễn vectơ A&N, tổng hình học vectơ AN

và trở hồ quang rhq

AN, = ZN + rhq (6.1)

Biểu thức (6.1) trường hợp có nguồn I cung cấp cho điểm NM Khi có hai nguồn cung cấp, dòng NM từ nguồn I J có góc lệch pha, vectơ NN, nằm nghiêng so với trục r Khi

Z&R = Z&N + K.rhq

trong đó: k - hệ số phức;

N hq

hq I

l k r =

lhq - điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ dài dòng IN hồ quang

Từ biểu thức ta thấy, NM đầu đường dây rhqnhỏ NM cuối đường dây,

jx jx jx

R R

Zkñmax

Zkñmax

ϕL R

Zkñ

jx

R

ϕR

Zkñ

R

jx jx jx

Zkñmax

ϕ R X = kkñ

R

ϕR

a) b) c)

g) f)

e) d)

Hình 6.4 Các dạng đặc tuyến khởi động bảo vệ khoảng cách

Hình 6.4 giới thiệu loại đặc tuyến khởi động BVKC thông dụng Đặc tuyến rơle quỹ tích điểm thỏa điều kiện Z&R = Z&kđR Phần gạch nghiêng đặc tuyến mà

trong Z&R < Z&kđR ứng với vùng tác động rơle Ngoài vùng Z&R > Z&kđR rơle không tác

động Đặc tuyến khởi động biểu diễn phương trình đặc tính Z&kđ = f(ϕR,UR,IR) mặt phẳng phức Z

Hình 6.4a: đặc tuyến khởi động vòng tròn tâm (OHM).Zkđ= k = số

Bảo vệ tác động ZR < ZkđR khơng phụ thuộc vào góc ϕR Đặc tuyến gọi tổng trở

khơng có hướng Loại đặc tuyến thường áp dụng cho mạng điện 35kV

Hình 6.4b: đặc tuyến vòng tròn qua gốc (tổng dẫn MHO).Điện trở khởi động BV phụ thuộc vào góc ϕR Tổng trở khởi động có độ nhạy cực đại ϕR = ϕRn hay = ϕl Bảo vệ

không khởi động ZR nằm phần tử thứ ba mặt phẳng phức nên gọi BV

tổng trở có hướng Đặc tuyến thực tế khơng qua gốc tọa độ thân phận so sánh khơng đủ nhạy Vì thế, NM đầu đường dây gần chỗ đặt BV BV khơng làm việc, đoạn gọi vùng chết BV

Hình 6.4c: đặc tuyến khởi động đường thẳng song song với trục R; đặc tuyến khởi động biểu diễn phương trình xR = k = số, gọi đặc tuyến điện kháng Bảo vệ với đặc tuyến

làm việc không phụ thuộc vào điện trở NM trung gian

Hình 6.4d: đặc tuyến có dạng hình ellip Đặc tuyến qua gốc tọa độ có độ nhạy cực đại ϕl = ϕRnhaymax Đây đặc tuyến BV tổng trở có hướng, có tính chọn lọc cao

Hình 6.4e: đặc tuyến có dạng hình đa giác Đặc tuyến trùng khít với tứ giác cố, cấu trúc phận BV có đặc tuyến phức tạp, nên dùng cho đường dây quan trọng, điện cao, công suất lớn chống chạm đất

6.3 NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN RƠLE KHOẢNG CÁCH

Baûng 6.1 Bộ phận so sánh có dạng đặc tuyến khác

Đặc tuyến Dạng đặc tuyến So sánh suất So sánh pha

Có hướng

A& B& A& B&

R ñ

R Z I

U& + & & U&R−Z&ñ&IR Z&ñI&R U&R

Tổng trở khơng hướng

R đI

Z& & U&R U&R−Z&đ&IR U&R+Z&đI&R

Tổng trở có hướng

R ñI

Z& & U&R+Z&ñ&IR Z&ñI&R− U&R U&R

Tổng trở có hướng đặc biệt

(Z&đ−Z&o)I&R 2U&R−(Z&đ −Z&o) Z&ñ&IR− U&R U&R−Z&oI&R

Kháng trở 2Z&đI&R−2R&&IR−U&R U&R Z&đI&R Z&đI&R− U&R

trong đó: Z&đ = Rđ + jxđ - tổng trở khởi động đường dây BV

Z&o - tổng trở xác định vòng tròn lệch tâm

Nguyên tắc tác động tất phận đo khoảng cách dựa so sánh giá trị tuyệt đối hay góc pha hai đại lượng vectơ A& B& Chúng hàm dòng IR UR đưa vào

rơle Trường hợp tổng quát

A& = k1U&R +k2U&R; B& = k3U&R +k4U&R (6.2)

trong k1, k2 k4 số phức

Bằng cách thay đổi k1, k2… k4 (6.2), ta nhận phận khoảng cách với

dạng đặc tuyến khác (xem mục phần 1.3) Sau giới thiệu bảng 6.1 cho vài phận so sánh phận khoảng cách có đặc tuyến

R R

R R

R jx

jx

jx jx

jx

Zo

Z R jx

6.4 CÁCH CHỌN UR, IR ĐƯA VAØO BỘ PHẬN KHOẢNG CÁCH ĐỂ PHẢN ÁNH NGẮN MẠCH GIỮA CÁC PHA

Dòng điện IR áp UR nhận từ BI BU phải chọn đưa vào rơle tổng trở tổng

trở ZR đo hai đầu cực rơle khoảng cách phải tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt BV đến chỗ

NM không phụ thuộc vào dạng NM Để thỏa mãn yêu cầu đó, điện áp U&R phải điện

áp giáng tính đến điểm NM I&NZ&RN, cịn dịng IRbằng dịng NM IN,

RN

N RN N R

R

R UI I IZ Z

Z &

& & & & &

& = = =

Như vậy, phận khoảng cách phải nối vào áp dòng vòng NM Để cho phận khoảng cách làm việc xác có NM hai pha, cần phải đặt ba rơle ứng với cố pha AB, BC AC Cũng có loại sơ đồ dùng phận khoảng cách cần có thiết bị đổi nối truyền qua áp dòng pha tương ứng tùy theo cố xảy pha Các sơ đồ nối dây bảo đảm tỷ lệ ZR INkhi có NM pha khơng dùng cho trường hợp pha

chạm đất Vì vậy, rơle khoảng cách chống chạm đất có sơ đồ nối dây khác

Sau giới thiệu sơ đồ nối dây phần đo lường BVKC chống NM nhiều pha sử dụng rộng rãi

6.4.1 Sơ đồ nối rơle tổng trở nối vào điện áp dây hiệu số dòng pha

Cách chọn dòng điện điện áp nối vào rơle cho bảng 6.2 hình 6.5 Khi NM ba pha ba phận khoảng cách nằm điều kiện

h Z I U

U I

IR(3) 3 N(3) ; R(3) 3 p 3 n(3) 1 =

= =

với: (3) N

I - doøng NM ba pha pha

Z1 - tổng trở thứ tự thuận 1km đường dây

h- chiều dài từ chỗ đặt BV đến chỗ NM

Như Z h

I U Z

R R

R (3)

) ( )

( &

& &

& = =

Trong trường hợp NM hai pha, ví dụ pha B C (H.6.6b), có rơle B làm việc Đối với rơle

(2) 2 (2)

N c b

R I I I

I = & − & = & ; UR(2) U&BC 2I&N(2).Z1.h =

=

vaø Z h

I U Z

R R

R (2)

) ( )

( &

& &

& = =

Rôle I&R U&R

A I&a−I&b U&ab

B I&b−I&c U&bc

C I&c−I&a U&ca

RZC

RZB

A B C

A B C

Hình 6.5 Sơ đồ nối rơle khoảng cách

chống NM nhiều pha

RZA

RI

IN

(3) IN(3)

IN

(3)

UR

UR

UR

h

A B C

RZ

IN

(2)

UR

A B C

a) b)

Hình 6.6 Ngắn mạch nhiều pha đường dây bảo vệ

h

Trên cực rơle A C có dịng (2) N

I điện áp lớn (2) bc

U , tổng trở cực rơle lớn Z1 rơle không tác động Bảo vệ cần mợt rơle B tác

động để mở máy cắt Khi NM hai pha AB AC rơle A rơle C làm việc Khảo sát tương tự NM hai pha chạm đất BC hay AB hay CA tương ứng rơle B, A C làm việc

Như vậy, sơ đồ bảo đảm tổng trở đặt rơle ZR tất dạng NM nhiều

pha điểm Đó ưu điểm lớn sơ đồ Để hiểu rõ ràng hơn, tính tổng trở đo rơle từ vị trí rơle tới chỗ NM

Khảo sát tổng trở biểu kiến đo rơle khoảng cách đặt đường dây truyền tải: tính tổng trở biểu kiến đo rơle cần thiết phải tính NM đường dây truyền tải Q trình tính tốn NM chi tiết trình bày Các tốn tính NM BV rơle tác giả, giới thiệu bước kết đạt Mạng tính tốn tiêu biểu cho hình 6.7

~ ~

h

ZN

R C Es

A ZL N

ZE

D Q

B EU

RS

Es

+

Zs ZN ZU

+ EU

hZL N (1 - h)ZLQ

Hình 6.7 Mạng điện tiêu biểu tính

bảo vệ khoảng cách cho đường dây Hình 6.8

Trong hình 6.7:

RQ - đường dây có đặt BVKC

Z&E - tổng trở liên kết mạng đường dây

Z&L - tổng trở đường dây BV RQ; Z&N - tổng trở chạm trung gian h - khoảng cách từ chỗ đặt rơle tới điểm chạm

Hình 6.8 sơ đồ thay mạng hai cửa Thevenin mạng điện hình 6.7 Mạch thứ tự tương đương mạng trên, sau biến đổi ∆/Y, vẽ hình 6.9, (chọn pha chuẩn pha a)

hZLo (1-h)ZLo

ZEo ZUo ZSo VRo + Qo Ro Vo + IRo No Io N2 I2 (1-h)ZLo hZLo Zjo ZTo ZKo ZP + E1 ZI2

O2

Vo

+ Zo

Io

Jo Ko

Oo

Oo

No

R

hZL2 (1-h)ZL1

ZE2 ZS2 VR2 + Q2 R2 V2 + IR2 N2

I2 N2 I2

(1-h)ZL2 hZL2 Zj2 ZT2 ZK2 ZP2 + E1

ZI2

O2

V2

+ Z2

I2

J2 K2

O2

O2

N2

R

hZL1 (1-h)ZL1

ZE1 ZU1 ZS1 + EN O1 VR2 + Q2 R1 V1 + IR1 N1 I1

N1 I

1 (1-h)ZL1 hZL1 Zj1 ZT1 ZK1 Zp1 + E1

ZI1

O1

V1

+ Z1

+ N1 I1 EN J1 O1

R K1

a)

b)

c)

ZU2

Trên sơ đồ với giá trị tính tốn             + + =             U Ei Ei Si Si Ui Ui Ei Si Ki Ji Ii Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z & & & & & & & & & & & &

với i = 1, 2,

1- Mạng thứ tự thuận N

E& - điện N trước lúc cố

1

1 J L

T Z hZ

Z& = & + & - tổng trở nhánh rơle thứ tự thuận (nhánh trái)

1

1 K ( ) L

P Z l h Z

Z& = & + − & - tổng trở nhánh song song thứ tự thuận (nhánh phải) 1 1 1 P T P T

I ZZ ZZ

Z Z & & & & & & + +

= - tổng trở tương đương thứ tự thuận

1

1 a

R C I

I& = & & - thành phần dòng qua rơle thứ tự thuận

với 1 1 P T P Z Z Z C & & & & +

= - hệ số phân bố dịng thứ tự thuận

nên 1 1 K C Z Z E C I N N R & & & & & & & = +

= hay K&1I&R1 = C&1

với N N E Z Z K & & & & = +

1 ; 1 1 K C Z h Z

V N L

R &

& & &

& = +

hay K&1V&R1 = Z&N +hZ&L1C&1

2- Mạng thứ tự nghịch

2

2 J L

T Z hZ

Z& = & + & - tổng trở nhánh rơle thứ tự nghịch

2

2 K ( ) L

P Z l h Z

Z& = & + + & - tổng trở nhánh song song thứ tự nghịch

T2 P2 I2 T2 P2 Z Z Z Z Z Z = + + & & & &

& & - tổng trở tương đương thứ tự nghịch

R2 a2

I =C I&

& & - thành phần dòng qua rơle thứ tự nghịch

với P2

2 T2 P2 Z C Z Z = + & &

& & - hệ số phân bố dòng thứ tự nghịch 3- Mạng thứ tự không

TO PO PO o PO TO PO TO IO

o Z Z

Z C Z Z Z Z Z Z & & & & & & & & & & + = + + = ;

và bảo vệ rơle” Trong phần này, sử dụng kết tính tốn để tính tổng trở biểu kiến đo rơle có NM đường dây

6.4.2 Phân tích tổng trở biểu kiến đo rơle

Giả sử sơ đồ nối rơle điện áp dây hiệu hai dòng pha

1- Tổng trở đo rơle ngắn mạch ba pha

1 1 ) ( C Z Z h C Z I I k U K Z Z N L N b a ab ab A & & & & & & & & &

& = = +

− = = (6.3) 1 1 ) ( C Z Z h C Z I I k U K Z Z N L N c b bc bc B & & & & & & & & &

& = = +

− = = (6.4) 1 1 ) ( C Z Z h C Z I I k U K Z Z N L N a c ca ca C & & & & & & & & &

& = = +

− = = (6.5) với 1 1 1 1 P T T P P Z Z Z Z Z C & & & & & & + = +

= (6.6)

(hệ số phân bố dòng thứ tự thuận hàm Z&S, Z&E, Z&U) đó: Z&T1 - tổng trở nhánh rơle (phía trái)

Z&P1 - tổng trở nhánh song song (phía phải)

Từ (6.3), (6.4), (6.5), thấy tổng trở đo rơle tổng trở tổng trở đường dây, từ vị trí đặt rơle tới điểm NM cộng với phần tổng trở cố tính số

C1 Khi NM gần điểm đặt rơle

ZP1 >> ZT1 neân C1→ (6.7)

Khi NM gần với điểm cuối đường dây đặt BV

ZP1 << ZT1 neân C1→ (6.8)

Trong nhiều trường hợp, ngoại trừ đường dây ngắn, tổng trở nguồn nhỏ so với tổng trở đường dây, ZT xác định tổng trở đường dây Trong trường hợp trị số

gần C1

h Z h Z h Z h Z Z Z C L L L T P

P = −

− + − ≈ + = ) ( ) ( 1 1 1

1 & &

& &

& & &

Như vậy, trị số giới hạn thực tế theo (6.8) khoảng 0,1 mà tượng trưng tầm BV đường dây hay điểm cân 90% chiều dài đường dây Lưu ý rằng, C1 = 0,1 tổng trở đo theo

(6.3), (6.4), (6.5) bị ảnh hưởng nhiều tổng trở chạm (ZN/0,1 = 10ZN) Điều ảnh hưởng

đến độ nhạy rơle, đường dây ngắn Đối với đường dây dài thành phần hZ&L1

Nhận xét: Tổng trở biểu kiến đo rơle lớn tổng trở thực từ điểm đặt rơle tới điểm NM, nên vùng BV thực bị thu nhỏ lại Tình trạng gọi tầm

2- Tổng trở đo rơle ngắn mạch hai pha B, C

2 2 1 ) ( ) ( C a C a Z C a C Z Z h Z Z N L ab

A & &

& & & & & & & − + + + + + = = (6.9) 1 C C

Z Z h Z Z N L bc

B & &

& & & & + + =

= (6.10)

2 2 1 ) ( ) ( C a C a Z C a C Z Z h Z Z N L ca

C & &

& & & & & & & − + − + + + = = (6.11) với 2 2 T P P Z Z Z C & & & & +

= - hệ số phân bố mạng thứ tự nghịch

Z2 - tổng trở tương ứng thứ tự nghịch

Trường hợp này, rơle B đo tổng trở tổng trở đường dây cộng với tổng trở NM, hai rơle A C tổng trở đo gồm tổng trở NM đường dây cộng với tổng trở phức khác Thường hầu hết trường hợp C1 gần C2

Bảng 6.3 Cho kết tính tốn tổng trở đo NM nhiều pha (C1≠ C2)

Rôle N3 N2

A N L C Z Z h & & & + 1 o 2 N L C d C d Z C a C Z Z h & & & & & & & + + + + B N L C Z Z h & & & + N L C C Z Z h & & & & + + C N L C Z Z h & & & + o 1 2 N L C d C d Z C a C Z Z h & & & & & & & + − + +

6.4.3 Tổng trở đo rơle ngắn mạch chạm đất (C1 ≠≠≠≠ C2)

Bảng 6.4 Kết tính tốn tổng trở biểu kiến đo rơle NM chạm đất

Rôle N1 N1,1

A 2 o N L a C Z a Z Z Z h − − + + & & & &

& ( )

(o 1 2) ox x o ox ox x N o L Z C d C d Z C d Z Z Z Z Z d Z h & & & & & & & & & & & + + + + + B 2 o N L C C Z Z Z Z h & & & & & & − + + + ( )

( 2) ox x ox x N L Z C C Z C Z Z Z Z h & & & & & & & & & + + + + C 2 o N L C a C Z a Z Z Z h & & & & & & − − + + ( )

(1 o 2) ox x 1 ox ox x N 1 L Z C d C d Z C d Z Z Z Z Z d Z h & & & & & & & & & & & + + − + +

với o

o a

d =1− = ∠ 30 ; d1 = a−1= ∠150o; d2 = a2 −a = ∠ −90o

2

2 Z Z

Z& x = &N + & ; Z&ox = Z&N +Z&o +3Z&G

tổng trở đo gồm, tổng trở chạm thực tế cộng với tổng trở lớn, có nghĩa rơle không tác động trường hợp cố Đối với NM hai pha chạm đất, tổng trở đo tất ba rơle gồm tổng trở thực tới điểm NM cộng với hàm phức tổng trở cố pha Lưu ý sơ đồ có chạm đất, tổng trở rơle đo sai số nhiều so với tổng trở thực, nên để chống BV chạm đất người ta chọn sơ đồ khác có bù thành phần thứ tự khơng

Trong trường hợp đặc biệt C1 = C2, biểu thức tính tổng trở biểu kiến đo rơle

được tóm tắt bảng 6.5 6.6 Thực tế C1 C2 gần nên biểu thức bảng

được dùng rộng rãi để tính tốn

Rôle N1 N1,1

A hZL1 3ZdN1C1Zo j Z32C&1 & &

& &

& − + + ( )

( o 2x ox)

1 ox ox x N o L Z d Z d C Z Z Z Z Z d Z h & & & & & & & & & − + + +

B ∞ L1 CN1

Z Z h & & & +

C L1 dN1C1o j Z32C1

Z Z Z h & & & & &

& + + − ( )

(1 2x ox)

1 ox ox x N 1 L Z d Z d C Z Z Z Z Z d Z h & & & & & & & & & − − + +

Ví dụ:Đường dây 161kV dài 160km BV rơle khoảng cách dùng sơ đồ điện áp dây hiệu dòng hai pha Tổng trở thứ tự thuận không đường dây

Z&L1 = 27,99 + j66,71 Ω

Z&L0 = 56,57 + j48,50 Ω

Một cố NM hai pha b–c xảy N cách vị trí đặt rơle 70% đường dây Ở thời điểm xảy NM tổng trở nguồn sau

2 S

S Z

Z& = & = 0,002 + j0,005 ñvtñ; Z&S0 = 0,004 + j0,010 ñvtñ

1 U

U Z

Z& = & = 0,003 + j0,006 ñvtñ; Z&U0 = 0,006 + j0,012 ñvtñ

1 E

E Z

Z& = & = 0,2 + j0,5 ñvtñ; Z&E0 = 0,4 + j2 đvtđ

Các giá trị tính với bản: Scb= 100MVA; Zcb= 259,21 Ω Điện trở NM trung gian hồ

quang ZN = 0,04 đvtđ, với Tính

- Tổng trở (đvtđ) từ điểm rơle tới điểm NM hZ&L1

- Tổng trở Z&T1 Z&P1

- Hằng số C&1 vaø C&2

- Tổng trở biểu kiến đo rơle

Vẽ điểm đo mặt phẳng tổng trở

Rôle N3 N2

A N L C Z Z h & & & + N L C Z j C Z a Z h & & & &

& − −

B N L C Z Z h & & & + N L C Z Z h & & & + C N L C Z Z h & & & + N L C Z j C Z a Z h & & & &

& − −

Bảng 6.5 Tổng trở rơle đo khi NM nhiều pha (C1 = C2)

Bảng 6.6 Tổng trở đo lường

Giải: Tính tổng trở đường dây BV đvtđ (Scb = 100MVA; Zcb= 259,21 Ω) 21 , 259 71 , 66 99 , 27 j Z

Z&L = &L = + = 0,1080 + j0,2574 ñvtñ

Theo đầu bài, vị trí chạm h = 0,7 nên

hZ&L1 = 0,7 (0,1080 + j0,2574) = 0,0756 + j0,1802 đvtđ

và Z&N = 0,04 + j0 ñvtñ

Từ biểu thức tính giá trị sơ đồ thay

1 1 1 U E S S U

I Z ZZZ Z

Z & & & & & & + +

= = 0,00017 ∠ 68,1986o

1 1 1 U E S E S

J Z ZZZ Z

Z & & & & & & + +

= = 0,00542 ∠ 68,1986o

1 1 1 U E S E U

K Z ZZZ Z

Z & & & & & & + +

= = 0,00381 ∠ 68,1986o

Tính tổng trở nhánh sơ đồ thay

1

1 L J

T hZ Z

Z& = & + & = 0,0776 + j0,1852 ñvtñ

1 (1 ) L K

P h Z Z

Z& = − & + & = 0,0363 + j0,0896 ñvtñ

1 P

T Z

Z& + & = 0,1139 + j0,2721 ñvtñ

Tổng trở tương ứng thứ tự

1 1 1 L P T P T Z Z Z Z Z Z & & & & & & + +

= = 0,0248 + j0,0592 ñvtñ

1 1 P T P Z Z Z C & & & & +

= = 0,3192 + 0,0028 đvtđ

Vì mạch thứ tự thuận nghịch giống nhau, nên Z&2 = Z&1; C&2 = C&1

Dùng kết bảng tính tổng trở biểu kiến đo rơle (bảng 6.5):

Rôle A: 2

2 1 Z C j C a Z Z h

Zab L N &

& &

& &

& = − −

= 0,1954∠67,24 + 0,1253 ∠ – 59,95 + 0,3481 ∠–22,78

Rôle B: bc L ZN

C Z h Z & & & & 1 +

= =0 1954 67 24, , ° +0 0627 05, − ,

Rôle: 2

1 Z C j Z C a Z h

Zca L N &

& &

& &

& = − +

= 0,1957 67,24o 0,1288 60,22o 0,3481 157,27o +

Tổng trở biểu kiến đo ba rơle vẽ hình 6.10; cách vẽ vectơ tổng trở đo tổng vectơ hZ&L1 vectơ biểu diễn

các số hạng tính tổng trở đo

Giả thiết sử dụng rơle khoảng cách có đặc tuyến khởi động MHO vịng trịn có đường kính với chiều dài đường dây ZL Nhận thấy

rằng, rơle B tác động tổng trở đo nằm vịng trịn đặc tính cịn rơle A C không tác động Thực tế, cần rơle B tác động mở máy cắt đầu đường dây

6.5 CÁCH CHỌN UR, IR ĐƯA VAØO BỘ PHẬN KHOẢNG CÁCH ĐỂ PHẢN ÁNH

CHẠM ĐẤT MỘT PHA

Hầu hết hệ thống đường dây truyền tải cao siêu cao áp nối đất trung tính trực tiếp thơng qua điện trở điện kháng Trong loại cố xuất đường dây truyền tải điện, cố chạm đất chiếm 90% số trường hợp Giả thiết hệ thống đường dây nối đất nhiều điểm (tại trung tính MBA) Khi đó, dịng thứ tự khơng đổ qua điện trở hồ quang pha dẫn đất tạo từ trung tính nối đất, dịng điện thứ tự khơng lớn Các điện áp thứ tự khơng dịng thứ tự khơng đo vị trí rơle, sử dụng để thực BV chống chạm đất, tín hiệu đảm bảo chắn hệ thống “khơng bình thường” Khi hệ thống vận hành bình thường, dịng thứ tự khơng có khơng cân pha, dòng nhỏ nhiều so sánh với dòng cố

Tổng trở thứ tự hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống Cấu trúc không phụ thuộc vào tình trạng tải mà phụ thuộc vào việc đóng cắt mạch Điều này, có nghĩa tổng trở thứ tự khơng số hệ thống khơng có đóng cắt mạch Đây tính chất cho thấy khác biệt dịng thứ tự khơng dịng thứ tự thuận, bị thay đổi tùy theo tải đường dây tương ứng với hệ thống tải nguồn thay đổi

Một đặc tính khác mạng thứ tự khơng tổng trở thứ tự khơng có độ lớn vào khoảng từ hai đến sáu lần lớn thành phần tổng trở thứ tự thuận đường dây Do đường dây dài, tổng trở thứ tự không thay đổi lớn cố di chuyển từ đầu đường dây đến cuối đường dây

Rơle khoảng cách chống chạm đất cung cấp tín hiệu điện áp pha dịng điện “bù” từ dòng điện đường dây

Xem xét cố pha chạm đất (pha a) thành phần thứ tự nối với hình 6.11 Tổng thành phần điện áp vị trí N, ta có

V&ao +V&a1 +V&a2 = 3Z&NI&ao

hay (V&Ro−hZ&LoI&Ro)+(V&R1 −hZ&L1I&R1)+(V&R2 −hZ&L1I&R2) = 3Z&NI&ao jX ZCa

ZN

a2 C1

+ j C1Z2

ZL1

Zbc

hZL1

Zab

ZN

a C1

-j 3C

1

Z2

-R ZN

2c1

O

Hình 6.10 Tổng trở biểu kiến đo

3ZN

hZL1 (1 - h)ZL1

ZE1

ZS1 ZU1

R1

IRo

Io = = I1 I2

hZLo (1 - h)ZLo

ZEo

ZSo ZUo

Ro

IRo

Io

Vo

Oo

VRo

+

E +

O1

V1

I1

hZL2 (1 - h)ZL2

ZE2

ZS2 ZU2

R2

IR2

I2

V2

O2

VR2

+

N2

VRo

+

Hình 6.11 Mạng nối kết thứ tự chọn đặt pha

Tra bảng giá trị tương ứng với cố pha chạm đất trình bày phần tính tốn NM Các tốn tính NM BV rơle tác giả, ta có

2

1

1 ;

; R a R o a

ao o

Ro C I I C I I C I

I& = & & & = & & & = & & (6.12)

do (V&Ro −CohZ&LoI&ao)+(V&R1 −C1hZ&L1I&a1)+(V&R2 −C2hZ&L1I&a2) = 3Z&NI&ao (6.13)

Điện áp R pha cố (a)

ao N a

L a

L Lo

o R R Ro

aR V V V C hZ C hZ I C hZ I Z I

V& = & + & 1 + & 2 = & & + &1 & 1& 1 + &2 & 1& 2 +3& &

= hZ&L1IaR+C&oI&o(hZ&Lo −hZ&L1)+3Z&NI&ao

= V&aR = hZ&L1[I&aR +C&oI&ao(Z&Lo /ZL1 −1)] (6.15) hZ&L1 =

                −

+ o ao

L Lo aR aR I C Z Z I V & & & & & & (6.16)

Biểu thức cho thấy, rơle chống chạm đất pha a cấp tín hiệu điện áp pha a dòng điện pha a cho kết có sai số (tương ứng với dấu ngoặc) Do đó, dịng điện cung cấp cho rơle phải hiệu chỉnh gọi dịng bù Có thể thực thơng qua biến dịng điện hình 6.12

3Co aoI

IaR

IbR

IcR

N1 N2 N1 a’RI AG

BG CG AB BC CA rơle chống chạm pha rơle chống chạm đất

Hình 6.12 Sơ đồ đấu BI có bù dịng thứ tự khơng

Lúc dịng điện cung cấp vào rơle

; , ; , 2 N N I C I I N N I C I

I&a = &aR + &o&ao &b = &bR+ &o&ao

1 , N N I C I

I&c = &cR + &o&ao (6.17)

hay I&a = I&aR+ I&buø

,

' ; I&b = I&bR +I&buø

,

'

I&c,' = I&cR +I&bù; I&bù = 3C&oI&ao(N2 /N1) (6.18)

Nếu chọn tỷ số MBI sau 

      − = 1 L Lo Z Z N N & &

Khi rơle xác định xác tổng trở từ điểm đạt rơle đến điểm cố

GR C aR aR ao o C aR aR

L I Vk C I I Vk I

Z h & & & & & & & & & & + = + =

1 (6.19)

trong đó: kC - hệ số bù; IGR - dịng điện thứ tự khơng

với 1 L L Lo

C Z Z Z

k

& & &

& = − ; I&GR = 3C&oI&ao (6.20)

Phân tích thực với giả thiết đường dây chuyển vị hoàn toàn Đối với trường hợp đường dây khơng chuyển vị, phần dịng bù có khác đi, xác định dựa điện áp rơi đường dây

Baûng 6.7

Rôle URa IRo

A U&a I&a+ 3KcIo

B U&b I&b+ 3KcIo

Như dùng sơ đồ bù dòng điện, tổng trở hai đầu rơle tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt BV đến chỗ chạm đất, không phụ thuộc vào dạng chạm đất Sơ đồ sử dụng rộng rãi Tổng trở cực rơle B C pha không cố ZR> Zl BV khơng tác động nhầm

Tóm lại, áp dòng đưa vào rơle khoảng cách chống chạm đất cho bảng 6.7 Với KC theo

công thức (6.20) BV đường dây đơn Trong trường hợp đường dây song song hệ số bù thay đổi khảo sát chương

6.6 CHỌN CÁC THAM SỐ CỦA BẢO VỆ

Chọn tham số BVKC chọn thời gian tác động đặc tuyến làm việc tổng trở khởi động vùng BV khác Quan sát mạng điện cho hình 6.13 Giả thiết trạm A B C D có đặt BVKC có hướng tác động lên máy cắt MC1, MC2, MC6 Nguyên tắc để tính tốn BV tính chọn lọc, ví dụ NM N1 có MC1 MC2 cắt để lập cố

Cấp I bảo vệ

- Đặc tính làm việc rơle tổng trở thường chọn dạng có hướng, đặc tuyến MHOhoặc tứ giác ellip (H.6.4) tùy theo nhiệm vụ đối tượng BV

- Thời gian làm việc BV cấp I thời gian tác động riêng BV (tác động tức thời không cần phận thời gian)

- Tổng trở khởi động cấp I I kđ

Z chọn theo điều kiện cho phận khoảng cách cấp I không tác động có NM ngồi phạm vi đường dây BV

~

~ ~

FB T1

INT1

N3

N2

N1

MC1

A B N4 C

MC4 MC5 MC6

MC3

MC2 F

C

ZII

kña

ZI

kña

tII

A

tI

A

tIII

A

FA

Hình 6.13 Chọn tham số bảo vệ khoảng cách

Do I kđ

Z chọn nhỏ tổng trở đường dây BV với sai số lớn đảm bảo Tổng trở khởi động BVKC cấp I chống NM nhiều pha

ZkñI =k1Z&L1 = k1Z&1l

trong đó: Z1 - tổng trở thứ tự thuận km đường dây BV

l - chiều dài đường dây BV

k1 = 0,8 ÷ 0,9 - hệ số xét đến sai số BI, BU, điện trở chạm trung gian

ZkñI =koZ&L1 =koZ&1l

với ko = 0,75 ÷0,85, ko thường chọn nhỏ k1 điện trở chạm trung gian pha với đất

thường lớn chạm pha

Hệ số bù cho sơ đồ BV chống chạm đất

1 L

L o L

c Z

Z Z

k = −

với Z&L ,Z&Lo

1 tổng trở thứ tự thuận không đường dây BV

Hệ số bù biểu thức (6.23) dùng cho đường dây đơn Trong trường hợp BV đường dây song song, dùng hệ số bù (6.23) có tượng hỗ cảm, vùng BV cấp I chống chạm đất pha bị tình trạng tầm, nhiều trường hợp cần thiết hiệu chỉnh hệ số bù Vấn đề khảo sát chương

Cấp II bảo vệ

Tổng trở khởi động cấp II ( II kđ

Z ) chọn theo điều kiện cho vùng BV cấp II phải bao phủ toàn đường dây cách chắn để BV phần lại đường dây mà BV cấp II phải vượt phạm vi đường dây BV (theo yêu cầu độ nhạy vùng cấp II phải bao phủ 120% đường dây BV knh=ZkđII/ZL1 ≥1,2)

Để đảm bảo tính chọn lọc thời gian tác động nhanh, độ dài vùng II thời gian làm việc phải tính tốn phối hợp với BV phần tử nối với đường dây (chẳng hạn đường BC, MBA T1 sơ đồ hình 6.13)

Thơng thường, thời gian làm việc BV cấp II máy cắt lân cận chọn

nhau tII =tI +∆t (6.24)

với tI thời gian tác động nhanh cấp I phần tử tiếp theo; ∆t = 0,3 ÷0,5s

Để thỏa mãn chọn lọc điều kiện yêu cầu độ dài vùng II không vượt phạm vi BVCN cấp I phần tử nối vào cuối đường dây BV Tổng trở khởi động cấp II tính tốn phối hợp theo điều kiện với phần tử nối vào thanh cuối đường dây có tổng trở nhỏ

Từ điều kiện tổng trở khởi động cấp II tính

ZAII =k11(Z1lAB +k1ZBI) (6.25)

với: k1 = 0,85÷0,9 - hệ số phối hợp với BV cấp I tiếp sau kể đến sai số BV

k11 = 0,8÷1 - hệ số tính đến sai số BV cấp II

lAB - chiều dài đường dây BV

Z1 - tổng trở đường dây BV km

I B

Z - tổng trở khởi động cấp I nhỏ phần tử xuất phát từ cuối đường dây BV

Khi tính tốn chọn giá trị I kđ

Ví dụ, hệ thống điện (H.6.13) có nguồn B nên dòng NM BV1 khác với dòng điểm NM N2 Trong trường hợp này, giá trị tổng trở khởi động cấp II vị trí MC1 cần

tính theo

( )

1

11 BI

pd AB II

A k Z l kk Z

Z = & + & (6.26)

với

2

NBN NAD pd II

k = hệ số phân dòng tỷ số dòng NM qua điểm đặt rơle INAB so với dòng NM

điểm NM INBN2 điểm cuối vùng II BV A(N2)

Trường hợp nhắc lại hình 6.19 rõ

Tương tự, cần hiệu chỉnh giá trị tổng trở khởi động cấp II theo điều kiện NM sau MBA T1

( 1)

1

1

11 T

T AB II

A k Z l kk Z

Z = & + & (6.27)

với: Z&T1 - tổng trở MBA có cơng suất lớn nối với trạm B

1 / NIT NAB

T I I

K = - hệ số phân dòng tỷ số dòng NM qua vị trí đặt BV INABvà dòng NM

qua MBA - T1 NM sau MBA

Giá trị tổng trở khởi động cấp II MC1 trạm A chọn giá trị nhỏ (6.25), (6.26), (6.27)

Giá trị chọn phải kiểm tra độ nhạy có NM trạm B, (điểm NH) Với đường dây ngắn, tổng trở đường dây nhỏ (5÷10Ω) yêu cầu độ nhạy cao

5 ,

≥ II nh

k BV đường dây NM xảy hồ quang

Trong trường hợp độ nhạy vùng II không đảm bảo (knhII < 1,2) đường dây sau ngắn tổng trở phần tử tiếp sau nhỏ tổng trở khởi động cấp II phối hợp chỉnh định theo BV cấp II phần tử từ góp cuối đường dây Theo điều kiện thời gian cấp II phối hợp với thời gian cấp II phần tử tiếp sau

t tII t

B II

A = +∆ (6.28)

( )

1

11 BII

pd AB II

A k Z l kk Z

Z = & + & (6.29)

Việc phối hợp vùng BV thời gian minh họa hình 6.14

cách khoảng t

A

I A

t

I A

Z

II A

t

I B

Z

t

∆

II A

Z

II B

t

B C D

Đối với BV cấp II chống chạm đất pha cho đường dây đơn, điều kiện tính tốn chọn giá trị đặt tương tự chống NM nhiều pha hệ số bù tính theo (6.23)

Trong trường hợp BV cho đường dây có hỗ cảm, cần lưu ý tượng vùng BV hiệu cấp II nới rộng giá trị chỉnh định (hiện tượng tầm) vận hành đường dây với chế độ khác Cần thiết hiệu chỉnh hệ số bù, vấn đề khảo sát kỹ chương

Cấp III bảo vệ

Mục đích vùng BV cấp II dự trữ cho đường dây BV phần tử nối vào cuối đường dây BV

Tổng trở khởi động cấp III chọn hai điều kiện:

- Vùng BV cấp III bao phủ toàn đường dây BV nối từ cuối đường dây BV Ví dụ, theo sơ đồ hình 6.13 III AB BC

A Z Z

Z > & + & ;

1

T AB III

A Z Z

Z > & + &

Tổng trở chọn ZAIII =1,2{Z&AB+max{Z&BC;Z&T1 } (6.30) Thời gian làm việc cấp III t tII t

B III

A = +∆

Đường liền nét hình 6.15 biểu diễn minh họa vùng BV thời gian làm việc cấp III BV A chọn theo điều kiện

- Bảo vệ cấp III không tác động tải làm việc cực đại

ZIII Zmin

A ≤

& (6.31)

với Zmin giá trị tổng trở nhỏ nhìn từ vị trí rơle phụ tải hệ thống chế độ cực đại

max max

min pt

pt IU

Z =

trong đó: Umin- điện áp nhỏ phụ tải cực đại (0,9÷0,95Uđm)

Iptmax - dòng điện làm việc lớn qua BV

Vùng BV cấp III chọn theo điều kiện thường rộng nên thời gian cấp III phải phối hợp với thời gian cấp III phần tử tiếp sau t tIII t

B III

A = +∆

'

Đường đứt nét hình 6.15 biểu diễn vùng BV thời gian làm việc cấp III chọn theo điều kiện tải cực đại

Đối với BVKC cấp III chống chạm đất pha đường dây đơn, điều kiện tính tốn tương tự chống NM nhiều pha với hệ số bù dòng theo biểu thức (6.23)

t

A B C D

cách khoảng

I A

Z

II A

Z

I B

Z t

∆

III A

Z

II B

Z

II B

t

III B

t t

∆ III

B

Z

Trong trường hợp BV đường dây có hỗ cảm, cần lưu ý tượng tầm để chọn thời gian tác động cấp III hợp lý

Bảo vệ khoảng cách cấp III, chức dự trữ cho đường dây dự trữ cho NM NM gần vị trí đặt BV Để thực chức này, người ta dùng đặt tính tổng trở có hướng ngược (offset-MHO) Giá trị tổng trở đặt hướng ngược khoảng 10÷25% tổng trở khởi động

cấp I cấp IV BV Trong trường hợp khơng sử dụng đặc tính off-set MHO, người ta dùng thêm cấp BV thứ tự BV phần ngược đường dây Tổng trở khởi động hướng ngược 25% tổng trở khởi động cấp I đường dây BV ngắn (< 30km) hay ZII = 10% ZInếu đường dây BV dài

Bảo vệ cấp IV hướng ngược dùng cho sơ đồ BVKC pilot khóa hay cho phép (sẽ khảo sát chương 8) Vùng BV cấp IV trường hợp tính tốn lớn vùng BV cấp II BV đầu đường dây, nghĩa

ZAIV ≥ 120%.ZBII −ZAB (6.32)

Trong thực tế áp dụng tính tốn, kiểm tra yếu tố ảnh hưởng đến sai số tổng trở nằm giới hạn cho phép, người ta thường chọn tổng trở ba cấp sau:

Cấp I: 85÷90% tổng trở đường dây BV

Cấp II: tổng trở đường dây BV +50% tổng trở phần tử tiếp sau ngắn

Cấp III: 1,2 × (tổng trở đường dây BV + tổng trở phần tử tiếp sau dài nhất)

Trên hình 6.16 giới thiệu dạng đặc tuyến BVKC cấp thường gặp:

Trường hợp a: dùng ba rơle tổng trở khơng có hướng phối hợp rơle định hướng công suất để xác định vùng làm việc ba cấp

Trường hợp b: dùng ba rơle tổng trở có hướng cho ba cấp khác

Trường hợp c: dùng đặc tính tứ giác

C B III

II I

A

R

jx

B C

III II I

C

III

B II

I

A R

IV

jx jx

R

a) b) c)

A

Hình 6.16 Các dạng đặc tuyến bảo vệ

Bảo vệ cấp III, ngồi chức dự trữ cho đường dây, dự trữ cho điểm NM gần chỗ đặt BV Người ta thường dùng đặc tính off-set-MHO (H.6.16b) cấp IV (H.6.16c) Tổng trở biểu kiến thứ cấp rơle tính

BU BI kđ

R Z nn

6.7 NHỮNG YẾU TỐ LAØM SAI LỆCH SỰ LAØM VIỆC CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH

6.7.1 Ảnh hưởng điện trở độ chỗ ngắn mạch, tổng trở nguồn tổng trở liên kết mạch

Khảo sát làm việc rơle khoảng cách đặt trạm A BV đường dây RQ hình 6.17 Đường CD tượng trưng tổng trở tương đương liên kết mạch khác hai trạm A B Chúng ta muốn rơle R cắt NM R cố khoảng hs đoạn RQ (hs tính đơn vị

tương đối gọi hệ số đặt rơle khoảng cách) Điều có nghĩa rơle tác động cắt NM xảy trước điểm đặt này, sau điểm đặt tác động cắt có thời gian cấp II Điểm đặt trở thành điểm cân rơle R, hay ngưỡng tác động phận khoảng cách Khảo sát N3 trực tiếp điểm cân bằng, tính

V&R = hsZ&LI&RS (6.33)

với: VR - điện rơle; IRS - dòng điện qua rơle; ZL - tổng trở đường dây RQ hs - hệ số đặt (tỷ số tổng trở từ R đến điểm cân so với tổng trở đường dây RQ)

Vì tổng trở đo rơle tỷ số điện áp đưa vào rơle với dịng qua rơle, nên ta tính tổng trở đo

s L

RS R

RS IV h Z

Z &

& &

& = = (6.34)

Giá trị Z&RS ranh giới tác động không tác động gọi ngưỡng tác động, NM

xảy gần R, điện rơle nhỏ dòng qua rơle tăng lên, nên tổng trở đo

ZR≤hsZL (6.35)

Còn cố xảy từ R lớn hệ số hs (6.34) rơle khơng tác động

Tiêu chuẩn tác động BVKC theo biểu thức (6.35) độc lập với tình trạng làm việc hệ thống nguồn phát hệ thống cực đại hay cực tiểu, điều kiện vận hành đóng ngắt đường dây khác Tiêu chuẩn đánh giá khoảng cách theo (6.35) vị trí đo lường rơle đo, nên phận đo lường đo khơng xác tổng trở từ vị trí đặt rơle đến điểm NM

~ ~

A C

B D Q N

R ZL

ZE

ES EU

IRS

hS

ES

+

R N Q

EU

+ ZN

iS

iR

hZL

ZE

(1-h)hZL ZU

iQ

Hình 6.17 Bảo vệ khoảng

cách đường dây RQ Hình 6.18 Mạng tương đương đường dây

Để hiểu rõ yếu tố ảnh hưởng khảo sát mạng điện hình 6.17 Theo tiêu chuẩn tác động (6.35), số đặt hslà số Đối với đường dây, hs chọn khoảng 0,8÷

0,9, nghĩa vùng BV đường dây khoảng 80÷90% đường dây, cố xảy

khoảng từ 20÷10% cịn lại đường dây, rơle đường dây đầu B cắt, sau rơle đầu A

Mạng tương đương cho hình 6.18 với ZL tổng trở đường dây BV RQ, NM ba pha xảy

ra đường dây vị trí N cách R khoảng h, rơle R xác định vị trí NM cách đo tổng trở đường dây nhìn từ R, chiều dài đường dây biết, giả thiết chọn trị đặt hs = 0,9 Khoảng

cách đo lường rơle R hàm số biến số hệ thống, chẳng hạn tổng trở mạng góc pha nguồn trước cố, tất biến số ảnh hưởng đến dịng áp R

Tính vẽ đặc tính mạch cho đường dây BV tổng trở đo rơle R chế độ làm việc khác hệ thống mặt phẳng tổng trở cho hình 6.19

Nhận xét: Tổng trở đường dây biểu diễn đường thẳng vẽ từ góc O ký hiệu: ZL

- Đặc tính khởi động rơle khoảng cách MHO đường trịn qua góc O, đường kính 0,9ZL có góc với góc đường dây RQ

- Đường nằm bên phải gần đường ZL đường tổng trở đo rơle Rkhi h thay đổi

từ 0÷1, NM qua điện trở trung gian 0,01 đvtđ Ta thấy, khoảng cách đo ngưỡng tác

động rơle hc= 0,85 thay 0,9 (90% đường dây) mong muốn (trị số đặt hs= 0,9), điều

xảy yếu tố tổng trở nguồn, trị số tổng trở tương đương mạch làm phần dòng điện NM qua mạch khác Ở ta lưu ý, NM điểm 0,9 đường dây khơng làm khởi động rơle Tình trạng người ta gọi dưới tầm (vùng BV bị thu nhỏ lại)

- Đường vẽ điện trở chạm trung gian 0,05 đvtđ (Zn lớn năm lần đường 1),

đường cắt đặc tuyến khởi động h = 0,76 Nhận thấy sai số đo lường nhiều có điện trở chạm nhỏ (đường 1) Trường hợp đưa đến tầm

- Đường biểu diễn tổng trở đo rơle, tải hệ thống trước cố thay đổi Đường cắt đặc tuyến khởi động h = 0,96 đường mà trước cố có nguồn ES = đvtđ

góc điện áp sớm trước góc điện áp EU góc 60 (trường hợp hc > hs đưa đến vùng BV

mở rộng thêm, gọi tượng tầm) Đường biểu diễn tình trạng nguồn trước cố EU = 1,0 sớm trước nguồn ES góc 60 , đường cắt đặc tuyến khởi động h = 0,7 (có

sai số lớn nhất)

h = 0,85 ZL

h = 0,96

1 2

3 h = 0,76 h = 0,9s

X (ñvtñ) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

4

R (ñvtñ) h = 0,070

1: = ; Z = 0,01θ o N 2: = ; Z = 0,05θ o N 3: = 60 ; Z = 0,05θ o N 4: = -60 ; Z = 0,05θ o N

ZL

Sau giới thiệu bảng 6.8 kết tính tốn với thơng số hệ thống thay đổi mạng (H.6.17) Trị số hc (ngưỡng tác động rơle) cột cuối giao điểm đường đặc tuyến khởi động

rơle đường tổng trở biểu kiến đo rơle Tính tốn với giả thiết tổng trở nguồn kháng tổng trở chạm trung gian trở

Bảng 6.8 Sự làm việc rơle khoảng cách chế độ khác hệ thống

Trường hợp θθθθS XS θθθθU XU ZE ZN hC Hiện tượng sai số

a 0,1 0,1 0,2 + j 1,0 0,01 + j 0,85 Dưới tầm

b 0,1 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,76 Dưới tầm

c 60o 0,1 0 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,96 Quá tầm

d 0,1 60o 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,70 Dưới tầm

e 1,0 60o 0,1 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,62 Dưới tầm

f 0,1 60o 1,0 0,2 + j 1,0 0,05 + j 0,79 Dưới tầm

g 1,0 60o 0,1 0,4 + j 2,0 0,05 + j 0,60 Dưới tầm

h 1,0 60o 0,1 0,1 + j 5,0 0,05 + j 0,65 Dưới tầm

Từ bảng kết ta nhận xét:

- Trị số điện trở chạm trung gian lớn có khuynh hướng làm giảm trị số hcvì tổng trở

sang phía phải nhiều, đưa đến tình trạng tầm nhiều

-Tổng trở nguồn phía đặt rơle cao làm rơle bị tầm (trường hợp e) - Tổng trở liên lạc mạch lớn làm giảm hc (trường hợp g)

Nếu ba trường hợp xảy lúc sai số đo lường lớn (trường hợp g) Tải hệ thống ảnh hưởng quan trọng, sai số lớn góc pha nguồn EU sớm

nguồn ES Khi nguồn phía trái (ES) sớm nguồn EU rơle có khuynh hướng bị tầm (trường

hợp c)

Từ khảo sát trên, có khái niệm rơle khoảng cách gọi tầm tổng trở đường dây nhỏ tổng trở biểu kiến đo tới điểm NM Phần trăm tầm định nghĩa

100%

R BV R

Z Z Z

& & & −

với: Z&R - tổng trở đặt rơle BV

Z& - tổng trở khoảng đường dây BV thực (vùng BV hiệu quả)

Một rơle khoảng cách gọi tầm tổng trở thực đường dây tới điểm chạm lớn tổng trở biểu kiến đo rơle Phần trăm tầm định nghĩa

.100%

R N R

Z Z Z

& & & −

Để khắc phục sai số đo lường nêu trên, cần thiết đưa vào rơle nhiều tín hiệu đo lường vị trí khác nhiều hơn, rơle làm việc chọn lọc hơn, cấu tạo rơle phức tạp giá thành tăng cao

1- Ảnh hưởng điện trở hồ quang lên thời gian tác động cấp BVKC

Việc vùng BV bị thu nhỏ chấp nhận vùng BV cấp I, nhiên vùng II việc thu nhỏ vùng BV (hoặc vùng BV cấp II bị tầm ảnh hưởng điện trở hồ quang) ảnh hưởng đến điểm NM cuối đường dây BV, vùng cấp II bị cắt với thời gian cấp III Do đó, chọn trị đặt cho thời gian cấp II cần tính tốn kiểm tra khoảng bị thu nhỏ Việc tính tốn thực cho rơle có đặc tính MHO BV cấp II đường dây truyền tải sau

Tổng trở điểm cuối vùng II Z&2 = Z&L+k&Z = d

jX d a Kz φ1 ϕL b ZL Rhq R jX Kz Rhq b R

ϕLφ1

a) b)

ZL

d a

Hình 6.20 Tính tốn vùng bị thu nhỏ điện trở trung gian hồ quang đặc tính MHO

Điểm tương ứng với đường kính d vịng trịn MHO Từ hình 6.20

;

2 2 a b

d = + a2 = Rhq2 +k&Z2 −2Rhqk&Zcosφ; b2 = (Z&Lcosφ+ Rhq)2 +Z&Lsinφ)2 Giải phương trình trên, ta

        φ       − ± + φ       −

= cos cos

2 2 2 L Z L Z L Z L

hq Z Zk Zk Zk

R & & & & & &

Trị số Rhqnày trị số lớn để BV cấp II cắt thời gian cấp II tất điểm

NM đường dây BV (tổng trở biểu kiến đo rơle nằm vòng trịn đặc tính cấp II)

Ví dụ: Khi kZ = 0,2 φ = 60o Rhq= 0,29ZL hay ZL= 3,45Rhq

Một cách để giảm ảnh hưởng điện trở hồ quang đường kính vịng trịn đặc tính khơng trùng với đặc tính đường dây lệch theo chiều kim đồng hồ hình 6.20b

Đối với đường dây có hai nguồn, việc xác định điện trở trung gian hồ quang không đơn giản mạng hình tia Trường hợp tổng quát, khảo sát đường dây có hai nguồn phía trái phía phải đường dây cố Xác định tổng trở tương đương phía trái phải Z1, Z2 Khi có NM

đường dây, dòng điện NM gồm hai thành phần I1 từ phía nguồn trái I2 từ phía nguồn phải

Người ta tính tổng trở tổng, nhìn rơle phía trái

L hq

R R

R VI Z ZZ R

Z 

      + + = = & & & & & &

Như thế, tổng trở hồ quang biểu kiến đo tăng từ giá trị thực tới giá trị số hạng thứ hai ZR Vì tổng trở nguồn phụ thuộc vào công suất phát, nên tỷ số tổng trở biểu

kiến phụ thuộc vào tình trạng hệ thống, điện trở hồ quang biểu kiến lớn điểm chạm gần rơle Lưu ý, điện trở hồ quang biểu kiến số ảo tỷ số tổng trở số hạng thứ hai có góc pha khác không

2- Ảnh hưởng khác dòng điện nhánh chỗ đặt bảo vệ chỗ ngắn mạch

Khi khảo sát vùng thứ II BVKC cần phải kể đến ảnh hưởng dòng điện phụ vào nguồn nằm chỗ NM chỗ đặt BV Ví dụ mạng cho hình 6.21, NM điểm N, tổng trở cực rơle đặt trạm A:

Z l

k l Z l Z I I l Z I

l Z I l Z I I

U Z

pd AB AB

BN AB AB

BN AB AB

AB A

RA 1 & &1 &1

& &

&

& & &

& &

&

& = = + = + = +

trong = <1

BN AB pd II

k - hệ số phân bố dòng điện ) (

1

1l k Z l Z l l Z

Z AB

pd AB

RA = & + & > & + &

Có nghĩa là, tổng trở đặt vào rơle lớn tổng trở thực tế đường dây từ chỗ đặt BV đến chỗ NM rơle làm việc trường hợp NM bị dời xa đoạn (đưa đến tình trạng tầm)

~ ~

~

IAB

ICB

IAB

IBN L

LAB

A

B

N

N C

RZ

RZ

Hình 6.21 Ảnh hưởng hệ số phân nhánh dịng k1 lên làm việc rơle tổng trở

Trường hợp b ngược lại I&AB > I&BN nên kpd >

Z Z1.l k1 Z1.l Z1(lAB l)

pd AB

RA = & + & < & + &

điểm NM chuyển dịch gần phía đặt BV (đưa đến tình trạng q tầm) 6.7.2 Ảnh hưởng điểm ngắn mạch gần chỗ đặt bảo vệ

cường đặc tính có hướng đặc tính MHO Sự phân cực bù khơng có hiệu trường hợp cố ba pha gần vị trí đặt BV, tất điện áp pha có tượng sụp đổ điện áp Để khắc phục trường hợp này, người ta sử dụng phương pháp “nhớ” điện áp trước cố Rơle khoảng cách hệ kỹ thuật số có đặc tính “Micromho” “Quadramho” có mạch phân cực đồng số

Các mạch phân cực đồng nhớ vài chu kỳ điện áp trước cố với thơng tin xác tần số pha Khi đường dây đóng điện, vài chu kỳ cần phải phân cực đồng để tự động khóa tần số pha nguồn cung cấp chính, nhằm mục đích cho đơn vị offset MHO vùng III tức thời cố lúc đóng điện đường dây bị cố Các mạch phân cực bù nhớ cho phép tác động nhanh cố gần vị trí đặt rơle theo chiều thuận rơle đảm bảo ổn định cố gần theo hướng ngược Các đặc tính “Micromho” “Quaramho” đảm bảo việc thực thi trường hợp có xét đến sai số độ MBA kiểu tụ điện Các phương án điện áp bù cho tập

6.7.3 Ảnh hưởng sai số đo lường

Sai số BI, BU làm cho trị số tổng trở ZR đặt cực rơle thay đổi Vì thế, BI dùng

trong BV phải kiểm tra theo đường cong sai số 10% NM trực tiếp ba pha cuối vùng BV thứ Để giảm tổn hao điện áp dây dẫn phụ mạch điện áp, phải dùng dây có tiết diện lớn dùng MBA đo lường có điện thứ cấp 200V thay 100V

6.7.4 Ảnh hưởng cách nối dây máy biến áp động lực đặt chỗ bảo vệ chỗ ngắn mạch

Khi NM sau MBA có tổ nối 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 Nếu tổ nối dây MBA Y/∆ ∆/Y rơle tổng trở làm việc khác đi, NM hai pha sau MBA

dịng điện phía sơ cấp thứ cấp MBA khơng khác trị số mà cịn khác góc pha

6.7.5 Ảnh hưởng dao động điện

Dao động điện (DĐĐ) phát sinh máy phát điện hệ thống (HT) làm việc đồng Khi có DĐĐ, dịng tăng lên, áp giảm BV phản ứng giống lúc có NM đối xứng Trong trường hợp có DĐĐ, u cầu khơng cắt MC mà phải tìm biện pháp để khơi phục tính đồng hệ thống Quan sát hệ thống điện tương đương hai máy phát (MF) có suất điện động

Es, ER đường dây tải điện AB (H.6.22a) Góc

lệch pha hai suất điện động δ,

công suất truyền tải đoạn AB lớn góc

δ tăng Nhưng δ tăng có giới hạn, để bảo

đảm tính ổn định hệ thống Từ hình d dịng điện dao động chênh lệch Es ER:

Z E E

I s R

dd & & & & = −

với Z& tổng trở tương đương mạch có dịng dao động chạy qua

Hình 6.22 Đồ thị vectơ dòng áp có dao động

~ A B ~~

A B

ES

-ES

UA

C C

UB

ER

ER

S A

Idñ

R ES

UA 180o δ

δ

UB

Neáu E&S = E&R =E

2 sin

2 δ

= Z

E Idd

Từ hình 6.22d ta thấy, điện giảm dần tiến dần đến trung tâm đường dây, điện giảm δ tăng lên, điện tiến tới δ = 180o (khi vectơ ESvà ER ngược chiều nhau, hình c) Điểm có điện gọi tâm điện HT hay tâm

DĐĐ Trong trình dao động δ thay

đổi kéo theo thay đổi điện áp tất điểm mạng điện Khi δ = 0,

điện áp tất điểm mạng có giá trị cực đại Umax =

E Khi δ tăng, điện áp mạng điện

giảm xuống có giá trị cực tiểu tâm điện Khi δ = 180o điện áp tâm điện

giảm xuống đến khơng, cịn tất điểm khác hệ thống U = Idđ.Z Ta

quan sát thấy thay đổi tổng trở đặt đầu cực rơle trình dao động mặt phẳng tổng trở Z

(H.6.23)

Giả thiết trạm A đường

dây AB, có đặt BVKC, có đặc tuyến khởi động tổng trở có hướng Khi hệ thống làm việc bình thường, δ khơng vượt 15 ÷ 20o đỉnh tổng trở mà BVKC đo lúc nằm ngồi

vùng tác động đặc tuyến (ví dụ điểm P1 ứng với trường hợp E&S = E&R , P2 ứng với trường hợp

R

S E

E& > & , P3 ứng với trường hợp E&S < E&R ) Khi có dao động, δ thay đổi E&S ≠ E&R

quỹ đạo đỉnh tổng trở nhìn rơle khoảng cách họ đường cong (đường nằm họ đó) đường thẳng E&S = E&R

Khi có NM, rơle khoảng cách đo tổng trở đường dây AB, cịn trường hợp có dao động đo tổng trở AP Khi δ tăng điểm P di chuyển điểm P nằm vùng khởi

động BV Cần phân biệt hai trường hợp dao động đồng không đồng

Trường hợp dao động đồng bộ: không làm cho MF ổn định, BV khơng phép làm việc để hệ thống nhanh chóng khôi phục ổn định

Trường hợp dao động không đồng bộ: MF làm việc ổn định, kết nghiên cứu năm gần cho thấy với điều kiện định trường hợp MF trở lại làm việc đồng với Nói tóm lại, yêu cầu quan trọng BV không tác động có dao động

Đối với BVKC, để tránh tác động nhầm có dao động, người ta chọn đặc tuyến khởi động khơng có chứa tâm DĐĐ Trên thực tếâ, biện pháp áp dụng cho vùng I BV, cách thứ hai làm cho BV tác động với thời gian trì hỗn khoảng ÷ 2s Biện pháp áp

dụng trì hỗn khơng làm ảnh hưởng đến ổn định hệ thống Cách thứ 3, dùng rộng rãi cho đường dây cao dùng khóa tự động có xuất DĐĐ, dựa vào nguyên tắc đo tốc độ tổng trở thay đổi Khi dao động tốc độ thay đổi chậm nhiều so với NM

Hình 6.23 Sự thay đổi tổng trở đầu cực rơle có dao động

1

2

A

B

S

P2

123 R R

R

P3

δ

δ δ

δ

δ

Z (E < E )R S R

Z (E < E )R S R

6.7.6 Ảnh hưởng tụ điện bù dọc lên bảo vệ khoảng cách

Trên đường dây dài, siêu cao áp, người ta thường lắp nối tiếp vào đường dây tụ điện gọi tụ bù dọc Các tụ làm giảm kháng trở đường dây, tăng giới hạn truyền tải công suất theo điều kiện ổn định hệ thống, giảm tổn thất cải thiện điều kiện phân bố điện áp dọc theo chiều dài đường dây chế độ công suất khác

Z

N X = 0,6XC L

XL

X = 0,6XC L

X 0,5X

L

L XC

0,4XL

0,4XL

XN

-XC

-0,6XL

-0,1XL

XC = 0,6XL

L

L XL

0,4XL

XC

L X

L

X

L 0,4XL

0,4XL

XC

2

XC

2

XC

2 XL

3

XC

2 = 0,3X1

XC

XC = 0,3X1

XC

a) b) c)

d) e) g)

XC L XL

Hình 6.24 Tổng trở biểu kiến đo rơle đặt đầu đường dây có tụ nối tiếp

Các tụ điện bù dọc đặt tập trung phân tán theo chiều dài đường dây Tùy theo mức độ bù vị trí đặt tụ mà tổng trở đo đầu đường dây khác Mức độ bù dọc đặc trưng hệ số bù dọc kC biểu diễn tỷ số chung trở XC tụ dọc kháng trở XL của đường dây Đối với đường dây truyền tải siêu cao áp thường chọn hệ số bù dọc kC = 0,25÷0,7

(đường dây 500kV Bắc - Nam Việt Nam có kC = 0,6) Hình 6.24 trình bày quan hệ biến thiên

tổng trở đo đầu đường dây có hệ số bù kC = 0,6 với phương án đặt tụ bù khác Thông

thường, để dễ dàng việc lắp đặt, vận hành bảo quản, người ta đặt tụ bù dọc gần trạm đứng đầu đường dây (H.6.24b,d,g) Đối với đường dây có đặt tụ bù dọc, làm việc BVKC bị sai lệch, NM xảy vị trí khác đường dây Chẳng hạn, rơle khoảng cách RZ đặt đầu A (H.6.24b) “nhìn thấy” NM N1 sau tụ XCA (H6.24a),

cả phần đường dây gần tổng trở tụ phần đường dây nằm phía “sau lưng” ngồi vùng tác động rơle khoảng cách RZ1 Ngược lại, rơle khoảng cách RZ3 làm nhiệm vụ BV

đoạn đường dây trước phản ứng sai, tác động chọn lọc điểm N1 lại rơi vào miền tác động RZ3 (H.6.25) Để ngăn chặn tác động sai rơle khoảng cách, trường hợp

Khi tụ bị nối tắt, đặc tính tổng trở đường dây BV trở lại giống đường dây bình thường khơng có tụ bù dọc rơle khoảng cách đảm bảo tính chọn lọc bình thường (H.6.25b)

3 A XCA N1 XCB

B

2

XL

RL

jX

R XL

A

XCA

Z’3

RL

ZL

Z’1

Z’’1

B B’

jX

Z’’1

Z’1

Z’3

A XCB

XCB

RL

B’ XL

R

RZ3 RZ1 RZ2 RZ1

Hình 6.25 Bảo vệ khoảng cách đường dây có đặt bù dọc a) Khi tụ làm việc bình thường; b) Khi tụ bị nối tắt

Ở tụ điện bù dọc đại, người ta sử dụng HTBV điện trở phi tuyến (Variston ZnO), khe phóng điện máy cắt điện đấu song song với tụ Khi có NM tùy theo điểm cố (trị số dòng NM) thời gian tồn cố mà thiết bị làm việc nối tắt tụ lại Tất nhiên, nối tắt tụ cho vùng I rơle khoảng cách làm việc trễ ảnh hưởng đến tính tác động nhanh BV

Các nguyên lý BV khác so lệch dòng điện, so sánh pha khơng bị ảnh hưởng bù dọc dùng để BV song song với BVKC

Ảnh hưởng tụ nối tiếp đường dây khảo sát kỹ chương BV đường dây 6.7.7 Ảnh hưởng hỗ cảm đường dây song song

Trường hợp trình bày chương BV đường dây

6.8 ĐÁNH GIÁ LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Nhờ có số ưu điểm định nên BVKC ứng dụng rộng rãi mạng điện cao áp

1- Các ưu điểm bảo vệ khoảng cách

- Đảm bảo tính chọn lọc mạng có cấu trúc có số nguồn cung cấp tùy ý - Vùng I BV chiếm gần 80 ÷ 90% độ dài phần tử BV có thời gian làm việc

bé Điều quan trọng điều kiện ổn định hệ thống phải cắt nhanh phần tử cố gần góp nhà máy điện trạm điểm nút công suất lớn

2- Các nhược điểm bảo vệ khoảng cách

- Phức tạp mặt sơ đồ thân rơle thuộc sơ đồ BV BVKC dùng rơle điện loại BV có nhiều rơle cần nhiều tiếp điểm

- Các sơ đồ BV không tiếp điểm dùng bán dẫn, vi mạch phức tạp mặt sơ đồ logic có nhiều phần tử chức

- Khơng đảm bảo cắt tức thời NM toàn đường dây BV

- Phản ứng theo dao động phụ tải, việc tránh phụ tải làm giảm độ nhạy BV, giảm tác dụng dự trữ cho phần tử kê Để chống dao động phải dùng thiết bị khóa BV trở nên phức tạp

Tuy khuyết điểm trên, BVKC BV thông dụng dùng để BV hay dự trữ cho đường dây cao áp hay trung áp

Câu hỏi chương 6:

1-Xác định khoảng cách từ chổ đặt rơ le đến điểm ngắn mạch thông qua giá trị đo nào? 2-Giải thích cấp I bảo vệ khoảng cách tính tốn 80% đến 90% tổng trở đường dây

bảo vệ

3-Giả thích giá trị tính tốn cấp II bảo vệ khoảng cách theo điều kiện tổng trở khởi động phải lớn 120% tổng trở đường dây bảo vệ vùng bảo vệ nhỏ vùng bảo vệ cấp I bảo vệ đường dây ngắn tiếp sau

4-Trình bày cách tính tốn tổng trở khởi động cấp III bảo vệ khoảng cách 5-Tại cần có bảo vệ vùng ngược cấp IV?

6-Tại sau phải dùng hai bảo vệ khoảng cách chống ngắn mạch nhiều pha pha riêng biệt

7-Cách kiểm tra độ nhạy bảo vệ khoảng cách

8-Hiện tượng tầm,quá tầm ? cho ví dụ dùng bảo vệ khoảng cách

9-Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số bảo vệ khoảng cách,trường hợp đưa đến tầm hay tầm

Websides tham khaûo

www.abb.com www.areva-td.com

www.GEindustrial.com/pm

www.schneider-electric.com www.tde.alstom.com

Chương7

BẢO VỆ SO LỆCH

7.1 NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN

Theo định luật Kirchoff, tổng vectơ tất dòng điện vào nhánh đối tượng BV khơng, ngoại trừ trường hợp có NM bên đối tượng BV Do đó, tất thứ cấp MBI nhánh đối tượng BV ghép song song với với rơle dịng điện khơng có dịng điện chạy rơle trừ có NM bên đối tượng BV

Bảo vệ dựa vào nguyên tắc gọi bảo vệ so lệch (BVSL) dọc (H.7.1), có tính chọn lọc tuyệt đối, phân biệt NM đối tượng BV cho phép cắt cố phần tử BV nhanh chóng Nói cách khác, BVSL làm việc dựa so sánh trực tiếp dòng điện nhánh đối tượng BV Đối với đường dây làm việc song song, người ta dùng so lệch ngang so sánh dòng chạy nhánh song song Để thực BVSL dọc người ta dùng loại sơ đồ dịng tuần hồn hay sơ đồ cân áp

Đối tượng bảo vệ

I = I =

a) b) Đối tượng bảo vệ

Hình 7.1 Nguyên tắc bảo vệ so lệch dọc

7.1.1 Sơ đồ dịng tuần hồn

Để dễ hiểu ta quan sát ví dụï đối tượng BV có hai nhánh (đường dây, MF ) (H.7.2)

Đối tượng bảo vệ

ITI ITII

II III

ITII

ITI

ITI ITII

I III

ITII

ITI I I + I

N= I II

Hình 7.2 Sơ đồ so lệch dịng tuần hoàn

TII TI

R I I

I& = & + & Khi NM vùng BV (giới hạn BI) chế độ bình thường TII

TI I

I& =−& Dòng thứ I&TI I&TII qua rơle đối chiều

II II I I R TII

TI

R I I I nI nI

I& = & + & = 0; & = & + &

Trong điều kiện nI = nII = n BI làm việc khơng có sai số, ta có I&TI = −I&TII IR = rơle không tác động Khi có dao động có phân bố tương tự Như vậy, BVSL nguyên tắc không phản ứng theo NM ngồi, dịng phụ tải dao động, thực tác động tức thời dịng khởi động khơng cần chọn theo điều kiện lớn dòng phụ tải dao động

Khi NM vùng BV (H.7.2b) dòng sơ cấp II IIIđều có hướng từ góp trạm tới chỗ NM

Dòng rơle

0

≠ = + = + =

n I n I n

I I

I

I N

II II I I TII TI R

& & &

& &

trong đó: IR - làm BV tác động

IN -dịng NM tổng tạichỗ NM Trên hình 7.3, đồ thị vectơ đơn giản dòng điện thứ cấp MBI dòng điện vào rơle sơ đồ BVSL tình trạng làm việc bình thường NM (a) NM vùng BV (b)

7.1.2 Sơ đồ loại cân áp

Các cuộn thứ cấp BI nối cho NM ngồi làm việc bình thường, sđđ chúng ngược chiều mạch Rơle mắc nối tiếp mạch dây dẫn phụ

- Khi NM ngồi, có dịng phụ tải chạy qua sđđ E&TI E&TII nhau, ví dụ I&I = I&II nI = nII nên

= − =

Z E E

I TI TII

R

& & &

trong Z tổng trở tồn mạch vịng

- Khi NM toàn vùng BV (H.7.4b), sđđ E&TI E&TII cộng tạo nên dòng

trong rơle làm BV tác động

Hiện BVSL với dịng tuần hồn, dùng phổ biến, sau ta xét loại

Hình 7.3 Đồ thị vectơ dịng điện

trong mạch bảo vệ so lệch

TI

I

&

TII

I

&

R

I

&

TI

I

& I&TII

Hình 7.4 Sơ đồ so lệch loại cân áp

II III

ETI

II III

ETII

N

a) b)

ETI

ETII

I = 0R I = 0R

7.2 DÒNG KHÔNG CÂN BẰNG TRONG BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN

Khi khảo sát nguyên tắc tác động BVSL, giả thiết trường hợp lý tưởng trường hợp bình thường NM ngồi khơng có dịng điện chạy vào rơle Thực tế tìm hiểu làm việc BI chương dịng điện thứ cấp BI

I&TI =I&SI −I&Iµ; I&TII =I&SII −I&IIµ

và dịng rơle I&R =I&TI −I&TII = I&IIµ − I&Iµ = I&kcb, dịng điện từ hóa I&Iµ I&IIµ

thường khác trường hợp BI giống

Ngồi dịng điện từ hóa ra, dịng khơng cân chịu ảnh hưởng điện trở dây dẫn phụ nhánh mạch BV Nếu dùng BI có tỷ số biến đổi khơng giống (cho phần tử MBA 2, dây quấn, tự ngẫu, góp ) dịng khơng cân tăng lên nhiều dịng từ hóa khác nhiều

Đặc biệt dịng I&kcb đạt giá trị lớn có NM ngoài, mạch từ

BI bão hòa với mức độ khác ảnh hưởng thành phần khơng chu kỳ dịng NM lên dòng thứ cấp MBI khác

Từ hình 1.8 cho dạng thành phần khơng chu kỳ I&µ (tỷ lệ với dịng I&kcb) hình 1.9

dòng thứ cấp BI NM rút kết luận sau cho dịng I&kcb:

- I&kcb tình trạng q độ vượt giá trị ổn định gấp nhiều lần lớn dịng điện làm việc cực đại

- I&kcb có giá trị lớn thời điểm đầu NM mà chậm

- Có giá trị ổn định I&kcb sau lúc NM lớn nhiều so với trước lúc NM từ

cảm thừa lõi thép

- I&kcb tắt tương đối nhanh (thời gian tồn giá trị I&kcb lớn không vượt vài phần

mười giây)

Hiện nay, chưa có phương pháp tính tốn cách xác thuận tiện dịng I&kcb

7.3 DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN

Để BVSL làm việc đúng, phải chỉnh định dịng khởi động lớn dịng điện khơng cân tính tốn lớn NM ngồi vùng BV:

Ikñ ≥ Kat.Ikcbttmax

với I&kcbttmax dịng khơng cân tính tốn cực đại

max

max i

kcbtt f

I& = kđn.kkck.Ingồimax

trong đó: fimax - sai số cực đại cho phép BI tình trạng ổn định fimax = 10% = 0,1

kdn - hệ số đồng BI; kdn= 0÷1 kđn= - BI hoàn toàn giống kđn= - BI khác hoàn toàn

kkck - hệ số kể đến ảnh hưởng thành phần không chu kỳ dịng NM Ingồi max - thành phần chu kỳ dòng NM lớn

Yêu cầu độ nhạy BVSL Kn =

kđ N

I

vệ bảo vuøng trong

I min >

Thường dịng điện khơng cân Ikcb lớn nên, không dùng biện pháp đặc biệt để hạn chế nó, BV khó đảm bảo yêu cầu độ nhạy nêu

7.4 NHỮNG BIỆN PHÁP THƯỜNG DÙNG ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ NHẠY VÀ TÍNH ĐẢM BẢO CỦA BẢO VỆ

Như nói, dịng điện khơng cân có giá trị lớn số trường hợp khó xác định trị số xác nó, để làm tăng độ nhạy BV cần phải dùng biện pháp đặc biệt để hạn chế dòng điện khơng cân Có nhiều phương pháp để tăng tính đảm bảo độ nhạy BV với mức độ phức tạp hiệu khác Các phương pháp thường gặp là:

- Cho BV làm việc chậm khoảng 0,3÷0,5s Để giá trị độ Ikcb kịp tắt đến trị số bé Phương pháp dùng làm cho BV tính tác động nhanh

- Nối tiếp rơle điện trở tác dụng phụ, điện trở mạch so lệch tăng, dịng điện khơng cân dòng NM thứ cấp giảm xuống, nhiên mức độ giảm dịng khơng cân nhiều dịng điện khơng cân thành phần khơng chu kỳ nhiều dịng di chuyển mạch

- Nối rơle qua biến dòng bão hịa trung gian - Dùng rơle có tác động hãm

- Dùng rơle có hãm khóa họa tần bậc cao dòng điện

7.4.1 Nối rơle qua máy biến dòng bão hòa trung gian

Máy biến dịng bão hịa trung gian MBI có độ bão hịa từ sớm Như ta biết, dịng NM có hai thành phần chu kỳ không chu kỳ (H.1.7) Thành phần chu kỳ đối xứng qua trục thời gian Cịn thành phần khơng chu kỳ lệch hẳn phía Thành phần khơng chu kỳ rơi vào vùng bão hịa đường cong từ hóa nên gây độ thay đổi tự cảm bé hay nói cách khác sđđ thứ cấp thành phần bé Trong thành phần chu kỳ nằm vùng tuyến tính đường cong từ hóa nên có độ từ cảm lớn sđđ thành phần lớn, nghĩa chuyển tốt sang phía thứ cấp MBI bão hịa trung gian phận lọc thành phần khơng chu kỳ dịng NM Người ta dùng MBI bão hịa thường hình 7.5b hay bão hịa mạnh hình 7.5c

RI ISI IN

ILS IR IR

ISL

a) b) c)

Hình 7.5 Sơ đồ nối rơle qua MBI bão hòa trung gian (a), MBI bão hòa loại thường (b) loại tác động mạnh (c)

7.4.2 Dùng rơle so lệch tác động hãm

Rơle so lệch tác động hãm có dịng điện khởi động thay đổi dòng điện nhánh mạch BV thay đổi Bộ phận so sánh rơle so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng

Đối với BV có hai đầu (MBA hai cuộn dây, MF )

- Đại lượng làm việc tỷ lệ với dòng điện so lệch

Ilv = I&lv = I&sl = I&TI +I&TII

- Đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu hai vectơ dòng điện hay tổng số học hai dòng điện

- Trường hợp rơle dùng đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu vectơ hai dòng (H.7.6)

Ih= I&h = k I&TI − I&TII với k số tỷ lệ thường chọn k = 1/2

Rơle tác động Ilv > Ih

Ta dùng đồ thị vectơ để cắt nghĩa tình trạng làm việc sơ đồ trường hợp NM (H.7.7a) NM (H.7.7b)

ITI ITII

II

ITI

ITII ITI

ISL

Hình 7.6 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ

- Khi NM vùng BV Trong trường hợp này, hai vectơ dịng điện thứ cấp ITI ITII có phương ngược nên dòng điện

hãm lớn dịng làm việc, rơle khơng tác động hình 7.7a

Khi NM vùng BV, vectơ ITI ITII có phương gần trùng (H.7.7b) nên I&lv > I&h Lúc

rơle tác động

Trường hợp rơle so lệch dùng đại lượng hãm tổng số học hai dịng với trường hợp NM khác làm việc rơle sau:

Khi NM vùng BV (I&TI = −I&TII)

Ilv= I&TI +I&TII = I&TI −I&TII = 0; Ih = k(ITI + ITII ) với k số

Nếu chọn k = Ih= ITI + ITII = ITI + ITI =2ITI ; Ih >Ilv- rơle không tác động

Khi NM bên đối tượng BV có nguồn cung cấp từ hai phía

I&TII = I&TI neân I&TH = I&TI ; I&lv = I&TI + I&TII = I&TI + I&TI =2I&TI

Ih = I&TI +I&TII = I&TI +I&TI = 2I&TI

Đại lượng làm việc đại lượng hãm tổng dòng điện NM

Khi NM bên nguồn cung cấp từ phía Lúc I&TI =

Ilv = I&TI +I&TII = I&TI +0 = I&TI ; Ih = I&TI + I&TII = I&TI +0= I&TI Đại lượng làm việc đại lượng hãm

và dòng cung cấp từ phía

Với k = ta nhận thấy Ilv = Ih NM bên đối tượng BV Như vậy, đặc tính NM đường thẳng có độ dốc Theo nguyên tắc này, để rơle làm việc có độ nhạy định, người ta chọn số K khác để thay đổi đặc tính hãm Hình 7.8 cho ta đặc tính làm việc rơle so lệch có đặc tính hãm

Nhánh a: đặc trưng cho ngưỡng độ nhạy

BVSL ảnh hưởng sai số BI (dịng từ hóa)

Nhánh b: kể đến ảnh hưởng sai số từ tỷ số BI, sơ đồ đấu dây BI, đấu phân áp

Nhánh c: ảnh hưởng hãm lớn kể đến bão hòa BI

1

1

a b

c

Vùng khơng tác động Vùng tác động

Đặc tính NM

Hình 7.8 Đặc tính làm việc

bảo vệ so lệch

Hình 7.7 Đồ thị vectơ dòng điện mạch rơle a- Khi ngắn mạch ngoài; b- Khi ngắn mạch

δ - góc lệch pha ITI ITII số BI

δ

δ

a) b)

Ilv = ( + )ITI ITII

-ITII

I = (I - I )h ½ T I TII

ITI

ITII

ITI

ITI

Ih

Ilv

Trong trình đối tượng BV làm việc dòng điện Ilvđược so sánh với dòng hãm Ih, điểm làm việc nằm vùng tác động (NM xảy đối tượng BV) rơle cho tín hiệu tác động mở MC

Trong trường hợp đối tượng BVlà phần tử có hai nhánh (như MBA ba cuộn dây, tự ngẫu, góp ) đại lượng làm việc tổng vectơ dòng nhánh riêng biệt, đại lượng hãm tổng số học dòng nhánh

Ilv = T T Tn

n

k Tk

lv I I I I

I& = ∑ & = & + & + + &

=

2 1

Ih = ( T T Tn)

n

k Tk

h k I K I I I

I& = ∑ & = & + & + + &

=

2

1 đó: n - số nhánh; k - số tỷ lệ

Tổng qt phương trình khởi động rơle so lệch có tác động hãm viết dạng Ikđ= Ikđ + kh.Ih

Ikđ - dòng khởi động cực tiểu (Ih= 0); kh - hệ số hãm

Hình 7.9a biểu diễn phương trình khởi động rơle có hãm đặc tuyến không hãm đặc tuyến

Ta thấy dòng khởi động Ikd tự động thay đổi dòng điện Ih thay đổi Người ta biểu diễn tác động hãm hệ số hãm

 = α =0,2−0,6

    

= tg

I I k

h kd h

Trong hệ thống so sánh điện cơ, tính chất bão hịa lõi thép, đặc tuyến khởi động nhận thường có dạng phi tuyến (H.7.9b)

Ikđ

Ikđ

Ih Ih

không có hãm

Ikñ

Ikñmin α

α

a) b)

1

Hình 7.9 Đặc tuyến khởi động rơle so lệch có tác động hãm

Từ đồ thị hình 7.9a ta so sánh đặc tính rơle loại có tác động hãm (đường 1) thấy NM vùng BV dòng Ih giảm xuống, dòng khởi động Ikd giảm theo BV vùng rơle có tác động hãm có Ikd bé Ikd BV khơng có tác động hãm, nghĩa độ nhạy cao Ta biết độ nhạy BVSL khơng có tác động hãm đặc trưng hệ số knh

kd N

nh I I

Đối với BV có tác động hãm, hệ số độ nhạy xác định dịng điện khởi động nói hàm số dịng điện hãm, dòng điện hãm lại phụ thuộc vào dòng NM Vì rơle có tác động hãm dùng phương pháp đồ thị tính tốn hình 7.10 để xác định độ nhạy BV, đường cong đặc tuyến khởi động rơle cho nhà sản xuất Ikdtt - dịng khởi động tính tốn xác định tung độ giao điểm K đường cong đường thẳng qua gốc O điểm A có tọa độ (tính tốn NM nhỏ vùng BV)

Ikñ

IlvA

Ikñtt

Ikñmin

K

IhA

Ih

A

1

O

Rơle so lệch thứ tự không

IN

Io

IA

IB

IC

Hình 7.10 Đồ thị xác định độ nhạy

của bảo vệ so lệch có tác dụng hãm

Hình 7.11 Nguyên lý bảo vệ

so lệch thứ tự không

INmin

n1

Il=

IVA = INmin, IhA tính tương ứng với INmin rhq = Hệ số nhạy xác định

knh= kñtt N

I I min

Đối với MBA, MF có trung tính nối đất trực tiếp nối đất, để BV chạm đất điểm cuộn dây dùng BVSL thứ tự khơng có hãm Hình 7.11 cho sơ đồ nguyên lý BV Bảo vệ so sánh dịng chạy dây trung tính IN tổng dòng điện ba pha (Io) Chọn INlà thành phần làm việc ln ln xuất có chạm đất vùng BV Khi chạm đất vùng BV dịng thứ tự khơng tổng dịng pha I&o có trị số ngược pha với dịng qua trung tính

N

I& Các đại lượng làm việc hãm sau

Ilv =|I&N|

Đại lượng hãm Ih = k(I&N −I&o − I&N + I&o) với: I&N - dịng trung tính

o

I& ≈ I&A +I&B +I&C; k - số tỷ lệ

Khảo sát cách làm việc rơle

Khi chạm đất bên ngoài, I&o ngược pha với I&N trị số I&o = −I&N

Khi chạm đất trong, có thành phần qua trung tính: I&o = 0; Ilv = I&N ; Ih = I&N −0 − I&N +0 =0 Khi chạm đất bên trong:

I&o = I&N ; Ilv = I&N ; Ih = I&N −I&o − I&N +I&o = –2I&N ; Ih <

Từ phân tích ta thấy rằng, chạm đất bên thành phần hãm không xuất hiện, lúc ih khơng âm Như cần dòng chạm đất nhỏ vùng BV rơle, cho tín hiệu tác động Ngược lại, chạm đất bên tác dụng hãm mạnh, BV chống chạm đất dùng nguyên tắc so lệch thứ tự khơng có hãm cho độ nhạy cao Hình 7.12 cho đặc tính làm việc BV Nhận thấy rằng, tác động hãm lớn tỷ số –Io/IN lớn, trường hợp MBI lý tưởng Io/IN = –1

Như nói, chạm đất bên ngồi dòng sơ cấp I&o I&N ngược pha Dòng vào rơle qua MBI bị bão hòa làm dòng lệch pha gây ảnh hưởng đến thành phần hãm Nếu góc lệch pha φ(I&o,I&N) = ±90o tác động hãm khơng Điều hiểu giản đồ vectơ hình 7.13 Đại lượng hãm bị ảnh hưởng số k góc φlimit (φ giới hạn) quan hệ với Góc φlimit xác định góc lệch pha I&o I&N, trị số khởi động tiến đến vô I&o = I&N, nghĩa khơng có tác động Tác động hãm lớn φlimit = 90o; k = ∞

Khi –90o < φ < 90o có đại lượng làm việc xuất hiện, φ khác, đại lượng làm việc tiến đến vô

Hình 7.14 cho đặc tuyến làm việc BV phụ thuộc vào góc lệch pha I&o I&N N

o I

I& = &

Hình 7.12 Đặc tuyến làm việc bảo vệ so lệch thứ tự khơng có hãm Iđ: trị số đặt; 0:

I I

N

o < chạm đất ngồi

Hình 7.13 Giản đồ vectơ ngắn mạch chạm đất

5

4

3

2

1

1

90o

-0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

I Io/N

I IN kñ/

-Io I

h

IN +Io

I IN o- IN+Io

130o 120o 110o 100o

Vùng không tác động

Bảng cho ta quan hệ góc đặt giới hạn hệ số hãm k:

φ φφ

φLimit 13

0o

12 0o

11 0o

10

0o 90o

K 1,4 ∝

7.5 BẢO VỆ SO LỆCH NGANG

Bảo vệ so lệch dọc BV thuộc loại đơn giản tin cậy Bảo vệ không phản ứng theo dao động, tải tác động không thời gian NM xảy điểm vùng BV Đối với đường dây tải điện dài, nhược điểm BV việc truyền tín hiệu, tổn phí cho dây dẫn phụ cao Ngồi ra, BV tác động sai dây dẫn bị hư hỏng Để BV cho đường dây song song, dài có điện trở dây nhau, hay MF có hai cuộn dây quấn song song, người ta dùng BVSL ngang Nguyên lý tác động dựa so sánh trực tiếp dòng điện chạy nhánh song song

Vì điện trở nhánh làm việc song song nên bình thường NM ngồi, vectơ dịng điện nhánh nhau, I&I =I&II (H.7.15a) Khi NM xảy

trong hai nhánh, dòng khơng cịn Tại đầu A dịng II III trùng pha biên độ khác nhau, B dòng khác pha lẫn biên độ (H.7.15b)

~ ~ ~ ~

A II B

III III

II II

III III

a) b)

Hình 7.15 Phân bố dịng đường dây song song a) Khi bình thường NM ngoài; b) NM đường

Hình 7.14

2

0 130o 120o 110o100o

I IN kñ/

φlimit

1 1,4

k ~~

130o 120o 110o 100o 90o 80o 70o 60o 50o

φ ( , )I Io N

Vùng không tác động

Như vậy, cân dòng nhánh song song mặt biên độ góc pha dấu hiệu phản ánh cố hai đường dây Có hai loại BVSL ngang: phần tử có hai nhánh song song, nối vào máy cắt chung dùng BVSL ngang dòng điện Tại đường dây song song có máy cắt riêng đường dây dùng BVSL ngang có hướng

7.5.1 Bảo vệ so lệch ngang dòng điện

m m

A III B

II

N

IKCB

INB II IR = + II III

A B

IN

III

lAB

a)

b)

L1 L2

a)

II III

N

b)

2

Hình 7.16 Bảo vệ so lệch ngang dòng điện

Hình 7.17 Vùng chết bảo vệ so lệch ngang dòng điện

Khi có đầu đường dây có nguồn cung cấp, BV đặt phía có nguồn, cịn đường dây có nguồn cung cấp hai đầu đặt hai phía đường dây song song Hình 7.16 giới thiệu sơ đồ BV vẽ cho pha MBI với hệ số biến đổi n đặt pha tên Các cuộn thứ chúng đấu với cực đổi tên, cuộn dây rơle đấu song song với chúng

Khi bình thường NM ngồi (H.7.11a), dòng qua rơle I&R = I&TI +I&TII =0

Bảo vệ khơng tác động. Thực tế IR có dịng không cân Ikcb sai số BI điện trở đường dây khơng hồn tồn Để rơle không tác động nhầm cần chọn IKđ > Ikcb

Khi NM xảy ra, ví dụï đường L1 điểm N hình 7.11b, ta có II > III, rơle có dịng I&R = I&TI + I&TII ≠

Nếu IR> Ikđthì BV tác động cắt máy cắt chung đường dây Dòng IIvà IIIđi đến điểm NM N theo hai nhánh song song tỷ lệ nghịch với tổng trở chúng (H.7.17)

Chiều dài bảo vệ m xác định m = N kđbv

I

I l

AB

với: Ikđbv - dòng khởi động BV; IN - dòng NM B; LAB- chiều dài đoạn AB

Bảo vệ coi hiệu vùng chết BV không vượt 10% Khi cắt đường dây song song, BVSL ngang trở thành BV dòng tác động tức thời đường dây Vì vậy, tác động khơng chọn lọc; để tránh điều cần khóa BV cắt đường dây song song

7.5.2 Bảo vệ so lệch ngang có hướng

Bảo vệ so lệch ngang có hướng dùng cho đường dây song song có MC riêng đường dây BV cắt đường dây hư hỏng Để làm cần có phận định hướng cơng suất bổ sung cho phần so lệch ngang xét Bộ phận phần tử định hướng cơng suất tác động hai hướng, hai phần tử định hướng khác nhau, dùng để cắt đường dây

Hình 7.18 cho sơ đồ cấu trúc so lệch ngang có hướng riêng biệt đặt trạm A Ở trạm B đặt BV tương tự

RW RW RI1

AND AND

AND

AND

L1 L

2

MC1 MC2

MC3 MC4

N2

th2 caét MC1 th1 cắt MC2

Cắt MC1

Cắt MC2

Hình 7.18 Sơ đồ cấu trúc so lệch ngang có hướng hai đường dây song song

Trên sơ đồ, phần tử RI để phát dòng so lệch có NM hai đường dây, cịn RW1 hay RW2 xác định NM đường dây để cắt MC đường dây Đường dây phải cắt từ hai phía Muốn vậy, hai đầu đường dây phải có hai tương tự Tín hiệu cắt MC khóa tín hiệu phản ảnh vị trí MC (th1, th2) MC1và MC2 đặt đường dây 1, Khi cắt hai đường dây song song, BV lại đường dây biến thành BV q dịng có hướng tác động khơng thời gian Nó tác động sau NM ngồi, cần khóa lại trường hợp

Do có trường hợp tượng khởi động khơng đồng thời xét sau

Khi NM đường dây, ví dụï L1, máy cắt MC3 cắt sớm máy cắt MC1 Lúc cịn dịng NM qua đường dây L2, làm cho BV cắt sai đường dây không hư L2 Để loại trừ trường hợp cắt sai cần tín hiệu phản ảnh trạng thái MC

trường hợp so lệch ngang dòng điện

a) b)

~

A

2

3 B

4 L2

L1

N1

ISL

RA RB

~

A

2

3 B

4 L2

L1

N2

RA RB

Hình 7.19 Sự phân bố dịng rơle so lệchkhi NM hai đường dây

Cũng giống BVSL ngang dòng điện, so lệch ngang có hướng đầu trạm A B, có đoạn m mà NM đoạn IR< Ikđ, khơng thể tác động Tuy nhiên, BV đầu cắt máy cắt đầu đường dây hư hỏng sau BV đầu cắt máy cắt cịn lại Ví dụï, NM N vùng chết BV A (H.7.20), BV A lúc đầu không tác động sau L1 cắt từ đầu B (MC số 4) (ISL= 2I”), toàn dòng IN từ A đến chỗ NM theo đường L1, làm cho dòng IR= IN tăng vọt lên BV A cắt máy cắt lại đường dây L1 (MC số 2) Khi NM xảy gần góp trạm A có tượng tương tự: đầu BV gần chỗ NM BV A tác động, sau đến BV B

1 ~

mB mA

N L2

L1

A B

2

RA RB

3

4

Hình 7.20 Vùng khởi động khơng đồng thời bảo vệ so lệch ngang có hướng

Hiện tượng tác động nối BV nêu gọi tượng khởi động khơng đồng thời, cịn vùng mA mB vùng khởi động không đồng thời

Vùng không đồng thời xác định tương tự vùng chết BVSL ngang dịng điện Khi BV khởi động khơng đồng thời, thời gian cắt NM tăng gấp đơi, nhược điểm BV BV có dùng phần tử ĐHCS nên có vùng chết gần chỗ đặt BV rơle cơng suất khơng thể tác động được, nhược điểm Dòng khởi động rơle dòng chọn theo điều kiện sau:

- Rơle dịng khơng tác động dịng khơng cân NM góp trạm đối diện Ikđ = kat.Ikcbmax

- Khi đường song song cắt từ đầu kia, rơle dòng không tác động Ikđ = kat.Iptmax

Độ nhạy BV đặc trưng giá trị khởi động không đồng thời vùng chết rơle ĐHCS Vùng khởi động khơng đồng thời tính cho BV đầu đường dây không 25% chiều dài đường dây

Độ nhạy phận khởi động kiểm tra với hai trường hợp (H.7.21)

~ ~ ~ ~

RARB lB

N2

N1

a) b)

Hình 7.21 Sơ đồ tính tốn để kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch ngang

a) Chế độ khởi động khơng đồng thời, NMphía đối diện cắt (H.7.21a)

kdR R

nh II

k, =

với IaR dòng qua rơle ứng với điểm NM điểm biên vùng khởi động không đồng thời MC B cắt, yêu cầu: knh > 1,5

b) Trường hợp tất máy cắt đường dây đóng (H.7.21b) Xác định knh, NM điểm mà hai có độ nhạy

B

A kd

RB kd

RA

I I I

I

=

trong IRA, IRB dòng rơle BV Avà B NM điểm N2 Nếu đặt khoảng cách từ điểm N2 tới BV B lB xác định

AB

kd kd

kd

B I I I

I I

B A

B + =

Sau xác định vị trí điểm N2, tính dịng NM dòng rơle BV A B, tìm độ nhạy

B

A kd

RB kd

RA

nh II II

k,, = = , yêu cầu knh,, ≥2 7.6 ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ SO LỆCH

Bảo vệ so lệch dọc thuộc loại đơn giản, tin cậy, BV không phản ứng theo dao động, tải, NM tác động tức thời NM xảy điểm vùng BV Nguyên tắc BV sử dụng rộng rãi để làm BV chống NM bên MF, MBA, góp, động cơ, đường dây

Câu hỏi chương :

1-Xác định vùng bảo vệ thời gian tác động bảo vệ so lệch

2-Tại co xuất dịng khơng cân rơ le nhánh so lệch? 3-Giải thích cách làm việc rơ le có tác động hãm

4-Giải thích đặc tuyến làm việc rơ le so lệch có tác động hãm

5-Nguyên tác làm việc bảo vệ so lệch ngang,giải thích bảo vệ so lệch ngang có tượng tác dộng không đồng thời máy cắt hai đầu đường dây

Websides tham khaûo

www.abb.com www.areva-td.com

www.GEindustrial.com/pm

www.gemultillin.com

www.schneider-electric.com www.tde.alstom.com

www.toshiba.co.jp

PHAÀN HAI

Chương8

BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY

8.1 TỔNG QUÁT

Đường dây BV nguyên tắc dòng điện, khoảng cách, so lệch Bảo vệ dòng điện (BVDĐ) đơn giản, rẻ dễ dàng thay thế, hiệu chỉnh HTĐ thay đổi, BV thường dùng để BV chống NM nhiều pha, chạm đất pha cho mạng phân phối, HT công nghiệp vài đường dây truyền tải công suất nhỏ, nơi mà giá thành BVKC thỏa mãn BVDĐ thứ tự không thường dùng làm bảo vệ (BVC) chống chạm đất cho đường dây BVDĐ BVC chống chạm nhiều pha, BVDT cho đường dây có BVSL BVC Tuy nhiên, ngày BVKC thay cho BVDĐ làm BVC chống chạm đất pha BVDT cho BVSL đường dây Thực tế, người ta thường dùng hai hay ba rơle dòng điện để chống chạm nhiều pha rơle dùng riêng chống pha chạm đất (tác động theo Io) Dùng rơle

chạm đất riêng để dễ dàng điều chỉnh việc tác động nhanh độ nhạy cao BVDĐ thích hợp cho BVHT phân phối nhiều lý do: BVDĐ đơn giản, rẻ tiền mà cịn thực BV nhiều cấp nhiều mạch phân phối Thường rơle không cần có hướng cho mạng hình tia nguồn khơng cần nguồn áp DC, cần hai rơle pha rơle chạm đất đủ

Trong mạng phân phối tiêu dùng, thuận lợi dùng rơle dịng điện có đặc tính phụ thuộc giá trị dịng chạm phụ thuộc vào vị trí chạm, thực tế không bị ảnh hưởng nguồn phát đường dây truyền tải điện cao Đặc tính cực dốc rơle dịng điện phối hợp với đặc tính cầu chì tự đóng lại để đạt độ nhạy tốt Tuy nhiên, mạng công nghiệp có trung tính nối đất qua tổng trở, dịng chạm đất bị giới hạn, không thuận lợi dùng đặc tính phụ thuộc cho BV chống chạm đất BVKC dùng BVDĐ khơng đảm bảo tính chọn lọc tác động nhanh BVKC thường dùng làm BVC chống NM nhiều pha bảo vệ dự trữ (BVDT) cho đường dây truyền tải BVKC có ưu điểm BVDĐ không bị ảnh hưởng nhiễu thay đổi dòng NM, thay đổi nguồn phát hay cấu trúc HT

khơng có phân chia rõ rệt việc dùng đặc tính cho loại đường dây nào, trường hợp cụ thể mà chọn dạng đặc tuyến thích hợp

Bảo vệ so lệch (BVSL) đường dây, gọi BV pilot, loại có nguyên lý làm việc BV tốt nhất, sử dụng có yêu cầu cắt nhanh dạng NM vị trí cố Với đường dây đơn, rẽ nhánh, MC đầu đường dây cắt đồng thời cho phép tự đóng lại nhanh, việc kết hợp cắt nhanh, đóng nhanh cho phép đường dây mang tải gần giới hạn ổn định Trong đường dây có rẽ nhánh khơng cần thiết phải cắt nhanh, đóng nhanh khơng thể dùng BVKC cấu trúc mạch khơng cho phép sử dụng BV pilot Ngồi ra, đường dây ngắn khơng thể dùng rơle khoảng cách sai số đo ohm lớn, sử dụng BV pilot dùng mạch pilot để BV cho đường dây truyền tải siêu cao, cao phân phối Các dạng mạch pilot là: dây dẫn nhị thứ, sóng mang tần số cao, viba, cáp quang

Trong phần I việc tính tốn chọn lựa trị số đặt, phối hợp BV đối tượng đường dây trình bày Trong phần khảo sát BV loại đường dây sau:

- Đường dây dài, công suất lớn, điện cao - Đường dây rẽ nhánh; đường dây song song - Bộ đường dây máy biến áp

- Đường dây có tụ nối tiếp

8.2 CÁC HỆ THỐNG BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN THẾ CAO, CƠNG SUẤT LỚN

Nhiều phương pháp bảo vệ đường dây (BVĐD) phần trước tìm hiểu rơle làm việc từ phép đo thực vị trí rơle Việc có thuận lợi rõ ràng, đơn giản thường đảm bảo đáp ứng nhanh chất lượng BV cao Tuy nhiên, vài trường hợp, sơ đồ đơn giản không thỏa mãn đáp ứng nhanh Ví dụ trường hợp tác động có thời gian để cắt cố cấp II rơle khoảng cách chấp nhận Điều thường thực tế HT siêu cao áp EHV, nơi mà đường dây chứa MBA công suất lớn việc tác động trễ cắt cố gây vấn đề ổn định mạng lưới nghiêm trọng Trong trường hợp đó, sơ đồ BVĐD phức tạp yêu cầu Một vài số sơ đồ phức tạp trình bày phần này, với ví dụ số chọn lựa khác cho việc cô lập cố với tốc độ nhanh

Các HT tìm hiểu HT rơle pilot Hệ thống pilot HT sử dụng đường thơng tin để gởi tín hiệu từ HT rơle đầu đường dây đến đầu Hình 8.1 giới thiệu sơ đồ cấu trúc HTBV

Các HT rơle đầu kiểm tra dòng áp chỗ Các tín hiệu gởi đến thiết bị rơle chỗ (được đường đứt nét hình 8.1) Các thiết bị bổ sung gởi tín hiệu đến thiết bị rơle đầu cách xa đường dây Điều cung cấp cho rơle chỗ thông tin mới, liên quan đến yêu cầu tác động Cả hai rơle làm việc dựa sở điều kiện quan sát từ hai vị trí rơle

Hệ thống pilot khắc phục nhược điểm BVKC trường hợp: - Bảo vệ không tức thời đường dây nhiều đầu

Rôle Thiết bị thông tin

Rơle

Thiết bị thông tin Kênh

thông tin

Hình 8.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bảo vệ pilot

Những trường hợp ảnh hưởng đến sai số đo lường BVKC dẫn đến tác động không chọn lọc, nên cần bổ sung xử lý logic rơle thông tin từ tất đầu đường dây Tác dụng rơle pilot phát triển nhiều năm dùng phổ biến giới

Một vấn đền cần lưu ý HTBV pilot tính đảm bảo kênh thơng tin Giả sử rằng, tín hiệu tác động sai gởi từ đầu đến đầu khác, việc lỗi rơle nhiễu thông tin, nguồn nhiễu khác Nó gây tác động sai lên đường dây truyền tải kênh pilot khơng chắn Phải có biện pháp để ngăn chặn cố đó, số biện pháp trình bày phần

Để tránh vấn đề trên, HTBV có kênh thơng tin dự trữ Điều hướng đến kênh thông tin thứ hai thiết lập hai đầu, dùng phương pháp thơng tin khác, đường truyền tín hiệu khác hai

8.2.1 Các khái niệm chung bảo veä pilot

Phần giới thiệu số cấu trúc khác việc truyền tín hiệu hai đầu đường dây truyền tải cho mục đích rơle BV Các HT truyền tín hiệu gọi HT pilot Thuật ngữ pilot cũng dùng để làm rõ chức phải thực thi phần HTBV Ví dụ, thuật ngữ rơle pilot có nghĩa rơle hai đầu đường dây thông tin thông tin với Thuật ngữ pilot cũng dùng để làm rõ chức BV khác, chẳng hạn như: pilot tác động truyền xa, pilot cho phép pilot khóa Thuật ngữ làm rõ liên quan đến cách thông tin là: pilot dây dẫn phụ, pilot vi sóng pilot sóng mang đường dây truyền tải (tần số cao), pilot cáp quang

Bảo vệ pilot dạng BVĐD, mà sử dụng kênh thông tin phương tiện so sánh trạng thái điện đầu dây Điều hồn thành nhờ việc truyền tín hiệu thơng tin, tín hiệu dùng để xác định cần thiết tác động đường dây

1- Hệ thống pilot dây dẫn

Các HT rơle pilot dây dẫn sử dụng từ nhiều năm để BV đường dây truyền tải sơ đồ bị giới hạn ứng dụng chúng Trước hết, kỹ thuật bị giới hạn đường dây mà đủ ngắn để mức chi phí cho lắp đặt thuê mạch pilot thích hợp Thứ hai, mạch pilot thân chúng dây dẫn truyền tải tín hiệu, với điện trở trở kháng nối tiếp điện cảm song song Khi dây dẫn pilot trở nên dài, địi hỏi điều hưởng đặc biệt để tới ưu việc truyền tín hiệu, xác suất hư hỏng dây dẫn xảy lớn nên giới hạn việc ứng dụng dây dẫn pilot đường dây truyền tải dài

Các sơ đồ pilot dây dẫn chia thành hai loại

Loại thứ (H.8.2): gọi sơ đồ so lệch dịng tuần hồn Lưu ý rằng, rơle cân dòng dùng đầu đường dây Dòng hình đặc trưng cho trạng thái bình thường, với dòng nhập vào đầu dây rời khỏi đầu dây khác Trong điều kiện này, dòng sơ cấp chảy cuộn dây hãm rơle khơng có dịng cuộn dây làm việc Nếu cố xảy đường dây, dòng đầu phải đường dây ngược lại, điều gây dòng chảy cuộn dây làm việc hai rơle

daây dẫn pilot làm việc

hãm làm việc hãm Rơle cân dòng Rơle cân dòng

Hình 8.2 Sơ đồ hệ thống bảo vệ pilot

dây dẫn dịng tuần hồn

Loại thứ hai (H.8.3): HT cân áp, dây pilot nối chéo khơng có dịng chảy dây pilot điều kiện làm việc bình thường

Với hai sơ đồ pilot dây dẫn vẽ cho pha Nếu dùng nguyên tắc cần ba HT cho đầu đường dây, điều mà tăng chi phí tính phức tạp Trong thực tế, dòng ba pha nối theo cách khác để cung cấp hoạt động rơle cho tất loại cố Một số sơ đồ tạo nhà sản xuất rơle Một phương pháp việc kết nối dòng pha thành tín hiệu cho hình 8.4 với máy biến áp loại HT tổng cho dòng ba pha

làm việc hãm

làm việc haõm

Ic Ib Ia

Đến hệ thống rơle

Ia

Ib

Ic

Hình 8.3 Sơ đồ hệ thống pilot

dây dẫn cân aùp

Hình 8.4 Bộ lọc thứ tự dùng

2- Hệ thống pilot sóng mang tần số cao đường dây tải điện

Hình 8.5 dạng đơn giản rơle pilot sóng mang đường dây tải điện Rơle pilot loại này, tín hiệu từ rơle đến rơle khác truyền qua đường dây truyền tải lượng tần số sóng mang Việc kết nối vào đường dây cơng suất thực điều hướng đường dây biến điện áp tụ điện liên kết (CVT), với phối hợp trở kháng thực lọc, tín hiệu pilot di chuyển đường dây truyền tải điện Trong thực tế, mạch hình 8.5 hoạt động sau Các rơle đầu giả sử có khả đo khoảng cách Một cố gần đầu cắt nhờ rơle đầu đó, rơle đầu đối diện gặp khó khăn việc phân biệt cố đường dây BV hay đường dây BV Tuy nhiên, rơle gần cố gởi xác nhận cố thực đường dây BV rơle đối diện cho phép tác động khơng trì trễ Đây tác động cho phép Nó có khả ngăn chặn trì trễ dài cố tác động đường dây BV Điều cần thiết Một mạch lọc dùng hai đầu đường dây BV để ngăn chặn tín hiệu tần số sóng mang khỏi lan rộng sang mạch khác gây tác động sai đường dây

đường dây

truyền tải Lọc

LOÏC CVT

MC MC

Bộ xử lý logic rơle LỌC

HYB THU

PHAÙT

Lọc

LỌC CVT

MC MC

Bộ xử lý logic rơle

LOÏC HYB PHÁT

THU

Hình 8.5 Sơ đồ khối hệ thống pilot sóng mang đường dây truyền tải 3- Hệ thống pilot vi sóng

Việc truyền tín hiệu cho BV cung cấp nhờ dùng thơng tin vi sóng đầu đường dây, với thiết bị xếp hình 8.6 Tín hiệu sóng âm băng qua thiết bị điều biên giải điều biên trước truyền tần số vi sóng đến đầu đường dây khác Sự xếp gọi sơ đồ cho phép tín hiệu sóng âm cho phép rơle đường dây đầu đối diện tác động cố phát

đường dây truyền tải

Loïc

MC MC

Bộ xử lý

THU PHAÙT

MW

Demod MWmod PHÁT

THU THU

PHÁT Lọc MC

MC

Bộ xử lý PHÁT MW Demod MW

mod THU

vi sóng

cáp quang

Hình 8.6 Sơ đồ khối hệ thống bảo vệ pilot vi sóng 4- Hệ thống pilot sợi quang

Sơ đồ khối HTBV truyền tín hiệu sợi quang tương tự HTVS hình 8.6, thay truyền tín hiệu vi ba truyền cáp quang HT khơng có khác sợi quang phần HT thông tin riêng biệt, chèn dây dẫn truyền tải cao áp

Ba HT pilot cuối trình bày, dịng sóng mang đường dây truyền tải, vi sóng sợi quang, tất có chung đặc điểm cung cấp đường dẫn thông tin rơle đặt hai đầu dây truyền tải Thiết bị vật lý thiết bị truyền tín hiệu biến đổi dựa theo cơng nghệ thơng tin dùng để truyền thông tin Nhiều rơle không bị ảnh hưởng cách thức thơng tin nối với ba loại HT Việc chọn lựa HT dùng phụ thuộc vào số phần tử, chẳng hạn giá trị đường dẫn sợi quang vi

sóng, chi phí, độ tin cậy loại sơ đồ rơle

8.2.2 Phân loại bảo vệ pilot

Gồm có hai loại: sơ đồ tồn phần sơ đồ khơng tồn phần (H.8.7) Sơ đồ BV đường dây tương tự BVSL, tức phép đo thực tất đầu, thông tin cho đầu cách xa

8.2.3 Các sơ đồ pilot khơng tồn phần

Hai sơ đồ BV pilot khơng tồn phần quan trọng phân loại sơ đồ truyền cắt sơ đồ truyền khóa Trong sơ đồ truyền cắt, rơle đầu đường dây phát cố vùng BV mình, gởi tín hiệu tác động tới rơle đầu đường dây HT truyền khóa thực ngược lại, tức gởi tín hiệu khóa cách liên tục để ngăn cản rơle đầu tác động Rơle cách xa tác động tín hiệu khóa loại bỏ Sau giới thiệu vài dạng sơ đồ tiêu biểu

Hình 8.7 Dạng tổng quát sơ đồ bảo vệ pilot

Các sơ đồ bảo vệ pilot

Các sơ đồ khơng tồn phần Các sơ đồ

tồn phần

Bảo vệ so lệch pilot So saùnh pha

1- Các sơ đồ so sánh hướng

Rơle pilot so sánh hướng phát hướng NM từ vị trí đặt rơle Dịng cố trường hợp chảy từ đầu đường dây vị trí cố Các rơle định hướng thứ tự khơng thứ tự nghịch dùng Đại lượng phân cực thứ tự khơng áp dòng Ngay trường hợp đường dây song song, đường dây có hỗ cảm BV kỹ thuật so sánh hướng

Bảo vệ cố pha dùng rơle tận dụng thay đổi đột ngột áp dòng xảy cố để xác định hướng cố từ rơle Việc so sánh thông tin định hướng hai đầu đường dây truyền tải dùng để xác định vị trí cố

2- Sơ đồ pilot dùng rơle khoảng cách

Một sơ đồ pilot khơng tồn phần dùng rộng rãi dùng rơle khoảng cách hai đầu đường dây BV BVKC kết hợp với việc truyền tín hiệu cho phép đảm bảo tính chọn lọc cắt nhanh đường dây Dĩ nhiên cố vùng I BVKC khơng cần truyền tín hiệu pilot, vùng II cấp thời gian thứ hai nhiều không thỏa mãn việc cắt cố nhanh theo yêu cầu, nên trường hợp cần tín hiệu pilot

Để hiểu rõ cần thiết xử lý logic khóa cắt, trước hết khảo sát lại đường dây truyền tải BV sơ đồ khoảng cách Hình 8.8 hình 8.9 cho đặc tính rơle vùng BVKC Vùng I đặt tới 80% chiều dài đường dây, vùng II 120%, vùng III bao phủ đường dây kế sau đường dây BV Vùng I đặt tác động tức thời Vùng II có trì trễ thời gian định trước khoảng 0,3 ÷0,4ms, cịn vùng III có trì trễ

thời gian lớn Vùng IV có hướng ngược (H.8.8.b)

Mạch điều khiển cho BVKC loại (H.8.9b) thích hợp với nhiều loại đường dây truyền tải thường dùng tới mức điện áp truyền tải trung gian Các HT khơng thích hợp với nhiều đường dây cao áp tác động chậm cố xảy khoảng 40% chiều dài đường dây (mỗi đầu đường dây 20% cấp II), dẫn đến ảnh hưởng ổn định hay vấn đề khác xảy cắt cố chậm

Truyền tín hiệu pilot dùng để cải thiện làm việc hệ thống BVKC cách cắt nhanh sự cố vị trí vị trí đường dây BV.

C B III

II I

A

III II I

B C

IV jx

R jx

R

a) b)

B A

ZAI

ZAII TZIIA

ZAIII

ZBI ZBII TZBII ZIIIB

TZB III

ZBIV ZAIV

TZA III

a)

ZAI

Caét A

AND

ZIIA

TZAII

AND

ZA III

TZA III

AND

ZAIV

TZIVA

b)

OR

Caét B

ZBI

AND

ZBIV

TZBIV

AND

ZBII

TZIIB

AND

TZB III ZB

III OR

Hình 8.9 Vùng bảo vệ sơ đồ điều khiển bảo vệ khoảng cách nhiều cấp truyền thống 3- Sơ đồ truyền cắt

Bảo vệ pilot truyền cắt thiết kế thỏa mãn tác động tức thời cố nơi toàn chiều dài đường dây BVDT phần đường dây kế sau Sự phối hợp đặc tính rơle vùng BV tương tự hình 8.8 hình 8.9 HT thay đổi để trao đổi thông tin HT rơle hai đầu đường dây Thiết kế sơ đồ truyền cắt loại định hướng, cho phép Sơ đồ định hướng gởi tín hiệu cắt từ HT rơle tới đầu cách xa cắt tức thời Các HT cho phép giám sát tín hiệu liên động truyền xa, ví dụ, kiểm tra điều kiện đường dây để xác định cố phát vùng II hay vùng III

vùng I phát HT rơle A Điều khởi động rơle ZI Rơle ZII, ZIII khởi động

các đếm thời gian vùng II III, cung cấp BVDT Rơle ZI gởi tín hiệu đến MC chỗ

A, đồng thời truyền tín hiệu liên động đến HT rơle B đầu đường dây Tín hiệu tác động truyền qua kênh thơng tin đến đầu đối diện đường dây, đồng thời khởi động cuộn cắt CC máy cắt A mở A tiếp điểm rơle vùng I Tại HT rơle B, tín hiệu truyền cắt từ A nhận nhận (UT) Bộ nhận cho tín hiệu đến cuộn cắt MC B mở MC B Như thế, thông qua kênh thông tin hai MC A B mở tức thời

UT Boä thu Bộ phát

ZIII

ZII

TZIII

ZI

TZIII

TZII

TZII

CC 52a

a)

TZII

OR TZIII

ZII ZI

ZIII UT

cắt Phát tín hiệu truyền

Tín hiệu thu b)

Hình 8.10 Mạch điều khiển sơ đồ truyền cắt tầm có hướng a) Mạch tiếp điểm; b) Mạch logic

Khi kênh thông tin bị hư hỏng, sơ đồ truyền cắt tầm định hướng này, đường dây bị cố cắt hai đầu rơle chỗ sơ đồ Với cố vùng I, việc cắt xảy với thời gian vùng II Như tính chắn HT không phụ thuộc vào kênh truyền pilot, tốc độ phụ thuộc vào kênh thông tin

Hệ thống hình 8.10 bị nhầm lẫn kênh thông tin bị nhiễu làm cho mạch nhận truyền cắt, nhận tín hiệu, tín hiệu khơng truyền HT dễ bị ảnh hưởng đường dây thơng tin dài, thời tiết hỗ cảm HT khác Vì vậy, HT dùng HT hình 8.10 thực chắn rơle nhận tín hiệu truyền cắt có giám sát, với tiếp điểm ZII từ rơle vùng III, hình 8.11 hay phần tử có hướng, hình 8.12

Với sơ đồ truyền cắt tầm định hướng, thực tế thường dùng rơle khoảng cách định hướng cho cố pha BV cố chạm đất BV q dịng khoảng cách, phụ thuộc vào nguồn biên độ dòng chạm đất

Sơ đồ truyền cắt tầm cho phép:một dạng khác sơ đồ truyền cắt tầm gọi cho phép với ý nghĩa dùng thêm phần tử cho phép làm việc xác Các vùng rơle giống sơ đồ bản, thêm thứ hai cắt nhanh đường dây, vùng BV bao phủ thêm ngồi đầu xa đường dây truyền tải Điều minh họa hình 8.13 có phần tử q tầm tức thời o

A

Z vaø o B

Z

Caét A

OR Caét BOR

B A

ZII B

A ZI

B

ZI

A B

ZII A

Bộ phát Bộ phát

ZA III

ZA I

TZA III

ZA II

TZA II

AND AND

AND

Boä thu Boä thu AND AND

AND ZB

III

ZB I

TZB III

ZB II

TZB II

ZA I

ZA II

TZA III

ZA III

TZA II

Z< RW ZB II

ZB I

ZA I

ZA II

Bộ phát Bộ phát

AND AND

AND

Boä thu Boä thu ZB

I

ZB II

TZB III

ZB II

TZB III

Các rơle Zo tầm phát cố Các rơle tầm

các phần tử cho phép phải tác động phép tín hiệu liên động truyền xa thu tác động cắt MC Mạch điều khiển cho loại BV cho hình 8.14

Hệ thống truyền cắt tầm cho phép làm việc sau Khi cố xảy gần đầu A đường dây Phần tử cấp I A thấy cố vùng tác động đưa tín hiệu đến cắt MC A đồng thời điều khiển máy phát tín hiệu chuyển từ tần số kiểm sốt đến tần số cắt, theo thay đổi trạng thái để chuẩn bị cắt MC B Các rơle o

B

Z đầu Q, có trị đặt tầm, nhận thấy cố gần đầu A đóng tiếp điểm o

B

Z B, hoàn thành việc tác động MC đầu cách xa B

Đối với cố vùng chồng chập, hai đầu tác động MC chúng, gởi tín hiệu truyền xa đến đầu cách xa, bảo đảm tác động chắn phần tử tầm Zo

sẽ nhận cố Loại BV thường dùng rơle khoảng cách cho cố pha BVKC BV dòng cho cố chạm đất

Sơ đồ truyền cắt tầm cho phép:vùng BV phối hợp thời gian mạch điều khiển sơ đồ cho hình 8.14 Ở đây, vùng I sơ đồ bản, vùng II bao phủ góp đầu xa đường dây Tuy nhiên, việc điều khiển khác, với HT tầm sử dụng rơle định hướng vùng II kích truyền tín hiệu giám sát tín hiệu thu liên động truyền cắt từ đầu đường dây

Hình 8.12 Sơ đồ truyền cắt tầm có hướng

Trong sơ đồ hình 8.12 cấp II III cắt máy cắt thơng qua phần tử định hướng RW, kênh truyền thông tin kích khởi động cấp I đầu đường dây phần

tử tổng trở kích cấp II III

Hình 8.11 Sơ đồ truyền cắt

dưới tầm có giám sát - Phát tín hiệu truyền: cấp I; - Cắt máy cắt:

B A

OR Caét A Caét BOR

B

A ZA

I

ZIIA

ZB

II ZB

I

OR Caét A Caét BOR

ZII

B

Zo

B ZBI

ZII

A

Zo

A

Bộ phát Bộ phát ZA

I

ZA

II

TZA

III

ZA

III

TZA

II

ZA

o

AND

AND AND

AND AND

AND ZA

I

ZA

II

TZA

III

ZA

III

TZA

II

ZA

o

ZA

I

ZA

III

TZA

III

ZA

II

TZA

II AND

AND AND

Boä thu Bộ phát

Bộ thu Bộ phát

AND AND

AND

ZB

I

ZB

III

TZB

III

ZB

II

TZB

II

Bộ phát Bộ phát

- Phát tín hiệu truyền: cấp I - Cắt máy cắt, phần tử tầm Z nhận tín hiệu truyền đến

o - Phát tín hiệu truyền: cấp I

- Cắt máy cắt: cấp II nhận tín hiệu truyền đến

Hình 8.13 Sơ đồ truyền cắt Hình 8.14 Sơ đồ truyền cắt tầm cho phép tầm cho phép dùng rơle cấp II khởi động tín hiệu truyền Quan sát cố gần rơle A hình 8.14 Sự cố cắt A rơle cấp I, B nhận tín hiệu truyền xa từ A kích phần tử vùng II HT A rơle cấp II B Nếu cố đường dây AB, rơle vùng II rơle B khởi động, thu B khơng có tín hiệu liên động truyền xa từ A rơle vùng II A không phát cố Sơ đồ ưu điểm sơ đồ tầm BV cho đường dây truyền tử ngắn

Với HT truyền cắt, việc truyền tín hiệu liên động truyền xa yêu cầu gởi suốt thời gian cố Nếu truyền tín hiệu tác động truyền xa dùng sóng mang tần số cao đường dây tải điện, việc truyền tín hiệu qua chỗ đường dây truyền tải bị cố bị ảnh hưởng Tín hiệu chuyển qua, khả truyền chắn bị giảm Trong vài HT, cơng suất tín hiệu pilot tăng cường có cố để cải tiến khả truyền tín hiệu thành cơng qua đường dây bị cố Khi tín hiệu kênh truyền hỏng sơ đồ làm việc giống sơ đồ

Sơ đồ truyền cắt tầm cấp I:một thiết kế khác HT truyền cắt tầm HT cho phép cho hình 8.15 Sơ đồ sử dụng phần tử khoảng cách cấp I, vùng BV đặt tầm bao phủ đầu cách xa, kích kênh truyền tín hiệu

thông tin Trong thực tế, số tần số sử dụng chọn để khơng có ảnh hưởng kênh truyền khác Hơn nữa, máy phát thu tín hiệu cặp, tức tần số truyền cho trước nhận máy thu đầu đối diện đường dây khơng có máy thu khác tương tự HT tương tự Tất sơ đồ truyền cắt có chung khó khăn việc truyền tín hiệu cắt q trình cố xảy Điều khó khăn dùng sóng mang tần số cao để truyền tải tín hiệu, tín hiệu phải băng qua cố để đến đầu đường dây Trong thực tế, tín hiệu cắt truyền thường băng qua đường dây bị cố, không đảm bảo Điều không thành vấn đề HTVS cáp quang, trừ cáp quang mang pha bị cố đường dây cao áp

Bảo vệ pilot truyền khóa truyền khơng khóa:cách làm việc BV truyền khóa ngược với BV truyền cắt Trong sơ đồ truyền cắt, tín hiệu gởi từ rơle đến rơle khác để tác động MC đầu phát cố để xác minh NM nằm vùng BV Tác động truyền cắt có bất lợi hư hỏng việc truyền thông tin gây tác động chậm cấp NM xảy cuối vùng BV

Hình 8.15 Sơ đồ truyền cắt tầm cho phép

dùng rơle cấp I khởi động tín hiệu truyền - Phát tín hiệu truyền: cấp I tầm

- Cắt máy cắt: cấp I nhận tín hiệu truyền đến

B

A ZAI

ZAII

ZB

II

ZIB

Bộ phát OR

Bộ thu ZA

I

AND ZA

III

TZA

III

AND

Caét A Caét B

AND ZA

II

TZA

II

AND

Bộ phát OR

Bộ thu

ZB

I

AND AND

ZB

II

TZB

II

ZB

III

TZB

III

Một sơ đồ truyền khóa thực ngược với sơ đồ tác động truyền cắt Trong sơ đồ truyền khóa, rơle gởi tín hiệu kênh truyền có NM ngồi kênh truyền đường dây không cố Bất kỳ cố phát nằm ngồi vùng BV cố mà việc cắt đường dây BV điều khơng mong muốn Do khởi động tín hiệu khóa từ rơle gởi đến rơle nhận để ngăn cản tác động nhầm cách làm hở mạch tác động rơle đầu

Sơ đồ truyền khóa định hướng:người ta sử dụng phần tử khoảng cách thông thường

ba cấp hướng phần tử cấp IV ngược hướng khơng có thời gian trễ kích khởi kênh truyền thơng tin Sơ đồ minh họa hình 8.16 Với cố không nằm vùng BV đường dây AB, phần tử ngược hướng ZIV xác định cố ngồi đường dây AB

khóa khơng cho MC hai đầu đường dây AB không tác động Để làm điều rơle A khóa MC chỗ gởi đến rơle B tín hiệu khóa để khóa cách chắn việc tác động mở MC B Điều hợp lý việc truyền tín hiệu khóa thực đường dây khơng hư hỏng Do đó, sơ đồ thích hợp dùng sóng mang tần số cao truyền đường dây truyền tải dạng khác việc truyền tín hiệu pilot

Một mạch điều khiển tiêu biểu cho sơ đồ truyền khóa cho hình 8.16, với cố phía trái rơle A, rơle B cấp II III khởi động Các rơle bị ngăn cản tác động nhận tín hiệu khóa từ rơle ngược hướng IV

A

Z A Rõ ràng, rơle ngược hướng phải nhanh phần tử hướng thuận ZII, kênh tín hiệu phải nhanh Sự phối hợp hoạt động

thường thực cách chắn việc chèn phần tử thời gian đường dẫn điều khiển ZII < ZIIIvới:

RT = thời gian làm việc kênh truyền + 14 ms

Từ hình 8.16 quan sát cố phần trùng BV vùng I đường dây AB Một cố cố vùng rơle hai đầu MC cắt cách tức thời Việc truyền tín hiệu khơng xảy khơng có cố theo hướng ngược với rơle

Khi cố đường dây AB gần vị trí, nằm vùng cấp I A MC A cắt Sự cố khởi động rơle cấp II cấp III B, tác động sau trì trễ thời gian

Với cố bên đường dây AB, rơle hướng thuận A không tác động, rơle B tác động theo vùng II vùng III, phần tử hướng ngược A gởi tín hiệu khóa đến B để ngăn cản vùng II III khơng cho tác động tức thời, đảm bảo vận hành HTBV

Bộ phát

OR ZAIV

AND AND

ZAII

TZAII

ZAIII

TZAIII

AND

Caét A

B A

ZAI

ZIIA

ZIIB ZB

I

ZAI RT

ZIIIB

ZAIII

ZAIV

ZBIV

Bộ phát

OR

Bộ thu Cắt B

ZBI

AND AND

ZBII

TZBII

ZBIII TZIIIB

AND RT ZIVB

OR

Boä thu AND

ZIIA

TZAII

ZAIII

TZAIII

AND

Caét A

B A

ZAII

ZIIB ZBI

ZAI

RT ZIIIB

ZIIIA

ZAIV

ZBIV

AND ZAIV

TZAIV

AND

AND

OR

Caét B

ZIB

AND

ZBII

TZBII

ZBIII

TZB III AND RT AND ZB TZB IV IV AND AND AND Boä phát ZAI

Bộ thu

Bộ phát

Bộ thu

Hình 8.16 Sơ đồ truyền khóa định hướng Hình 8.17 Sơ đồ truyền khóa định hướng

- Phát tín hiệu truyền: cấp IV hướng ngược - Cắt máy cắt: cấp II khơng nhận tín hiệu truyền tới với thời gian trì hỗn RT

- Phát tín hiệu truyền: cấp IV ngược - Cắt máy cắt: cấp I khơng nhận tín hiệu truyền tới trì hỗn với thời gian RT

Sơ đồ cho phép - logic khơng khóa

Có hai dạng logic thực cho sơ đồ cho phép:

Mất tín hiệu kiểm sốt: Dạng dùng cho kênh truyền tần số cao đường dây truyền tải Khi đường dây BV làm việc bình thường, tần số kiểm sốt gời hai đầu đường dây, điều chứng tỏ kênh truyền làm việc tốt Khi cố đường dây, tín hiệu cắt cho phép phải gởi tần số gọi tần số cắt Như rơle khoảng cách nhận tần số kiểm sốt nhận tần số cắt mà khơng nhận đồng thời hai tần số Với dạng sơ đồ này, kênh thông tin PLC truyền đường dây tải điện bị cố vài trường hợp cố đường dây ảnh hưởng đến tín hiệu PLC đưa đến tín hiệu cho phép cắt bị đầu khơng nhận tín hiệu này, khơng thể mở MC Để khắc phục trường hợp này, tần số kiểm soát (có NM) khơng nhận tần số “cắt” (kênh truyền thơng tin hỏng), rơle bỏ ngỏ (khơng khóa) khoảng thời gian 150ms cho phép tác động cắt MC giống tín hiệu “cắt” nhận

Bảng 8.1 Tình trạng Nhận tần số cắt Mất tần số kiểm soát Cắt MC Báo hỏng

Đường dây tốt Không Không

(kênh truyền tốt) Không Không Sự cố đường dây Nhận

(kênh truyền tốt) Mất Cắt Khơng Khơng khóa Khơng (hư kênh truyền) Mất (có cố

đường dây)

Cắt, khoảng

150ms Có, sau 150ms Tín hiệu khơng bình thường Có Khơng Khơng Có, sau 150ms

Khoảng thời gian bỏ ngỏ khơng khóa 150ms được bắt đầu sau 10ms kể từ lúc tín hiệu kiểm sốt mất, thời gian trì hỗn 10ms đủ để thiết bị chuyển tần số làm việc chuyển tần số bình thường

Mất tín hiệu sóng mang: Trong dạng này, kênh thông tin truyền liên tục liệu đường dây làm việc Khi cố đường dây tín hiệu cắt cho phép giữ thêm vào sóng mang, MC mở nhận hai tín hiệu sóng mang cắt cho phép lúc Nếu tín hiệu sóng mang, rơle bỏ ngỏ khơng khóa Bảng tổ hợp trình trạng làm việc sau (bảng 8.2)

Bảng 8.2

Tình trạng Nhận tín hiệu cắt Mất sóng mang Cắt MC Báo hư

Đường dây tốt Không Không Không Không Sự cố đường dây Nhận Không Cắt Không

Khơng khóa Khơng (kênh truyền hỏng) Mất Cắt, khoảng 150ms Có, sau 150ms Tín hiệu khơng bình thường Nhận Mất Khơng Có, sau 150ms

Các sơ đồ so sánh hướng: tất đòi hỏi đảm bảo tính chọn lọc vận hành Điều thực tế, cho dù sơ đồ dựa nguyên tắc truyền cắt, khóa, khơng khóa hay ngun tắc khác Bộ phận phát cố thường dùng đo lường khoảng cách Trong HT số đại, đặc tính có dạng khác phù hợp với việc chọn lọc đặc biệt Các trị đặt chỉnh dạng tầm, tầm hay dạng đặc biệt khác Một số ví dụ dạng hình 8.18

+ X

Z3

ZE

Z2

Z1

+ R

+ X

+ R

2 4

3 1

3

a) b)

Hình 8.18 Một số dạng đặc tính khoảng cách tiêu biểu

Hình 8.18a minh họa họ đặc tính đưa nhà sản xuất rơle Các vòng tròn đặc trưng cho ba vùng BV, với vùng bổ sung E độc lập với ba vùng dùng vùng dự trữ Các vùng hình tứ giác dùng cho cố chạm đất Loại đặc tính tứ giác chứng minh tốt so với đặc tính MHO cố chạm đất Tất phép đo khoảng cách thực thi nhờ dùng kỹ thuật so sánh pha

Hình 8.18b đặc trưng cho nhóm phần tử khởi động dùng cho mục đích khác Các đặc tính dùng với sơ đồ khác liên động truyền xa tầm tầm cho phép, sơ đồ khóa

Các sơ đồ so sánh hướng thường bổ sung số đặc tính như:

Đóng lại tốc độ cao: đóng lại tốc độ cao khái niệm quan trọng dùng để chọn lựa sơ đồ pilot Đóng lại tốc độ cao dùng nhiều vị trí để cách ly cố tạm thời, việc đóng lại ln ln thành cơng.Nếu đóng lại không thành công, rơle mở MC không cho đóng lại

Xét HT hình 8.19, với cố đường dây hai điểm N1 N2, đường dây BV

được khảo sát phần từ A đến B Giả sử cố thoáng qua xảy N1, đường dây gần

với đường dây BV Trước hết, giả sử đường dây AB BV sơ đồ khóa thiết

bị đóng lại dùng tất các đường dây Nếu kênh pilot bị hư trường hợp này, việc khóa khơng xảy rơle X A cắt đóng lại, khơi phục HT làm việc bình thường

Bây xét cố tạm thời N1, với sơ đồ truyền cắt tầm đường dây AB

và với HT pilot bị hỏng Trong trường hợp này, có MC R cắt đóng lại Như thế, ví dụ này, cố xảy N1, sơ đồ khóa gây tác động đóng lại không cần thiết cho

đường dây tốt

Bây xét cố tạm thời N1, xét đến khả truyền tải tín hiệu

pilot bị hỏng Trước hết, xét HT khóa Vì cố bên nên khơng cần truyền tải tín hiệu MC hai đầu X Y tác động đóng lại khơi phục HT bình thường Thực tế, tác động khơng bộc lộ diện HT pilot bị cố

Bây xét cố thoáng qua điểm N2, với BV pilot truyền cắt Trong trường

hợp này, với cố gần rơle Y, rơle Y cắt MC chỗ Y với thời gian cấp I Nếu HT pilot bị cố, khơng có cách để gởi tín hiệu tác động truyền xa đến X, nơi tác động với trì trễ thời gian vùng II, Y đóng lại Tuy nhiên, đóng lại Y khơng thành cơng cố trì X Như đóng lại Y cố, Y cắt khóa Ví dụ giả sử đóng lại Y xảy trước thời gian cắt vùng II X

Khóa dao động cơng suất: Các khóa dao động cơng suất phát dao động cơng suất khóa khơng cho rơle tác động Trong số trường hợp, khóa bị vơ hiệu dịng thứ tự khơng, cho phép rơle tác động cố đất dao động công suất phát

Chức cắt nhanh MC đóng đường dây vào cố: Chức cung cấp tác động tức thời mở MC đóng đường dây bị cố Các loại khác xử lý logic cung cấp để thực thi loại chức

Hình 8.19 Các cố

đường dây truyền tải

X Y R Q

C B

A

Các sơ đồ tổng hợp:HTBV tổng hợp dùng rộng rãi sử dụng hai HT rơle phụ để nhận diện cách ly cố Bộ rơle đo lường khoảng cách thứ tự thuận, dùng làm BVC để cắt cố ba pha Bộ có đo lường tĩnh cho ứng dụng bình thường động cho đường dây có bù nối tiếp Bộ rơle thứ hai rơle dòng thứ tự nghịch, sử dụng đo lường thứ tự nghịch đặc tính định hướng để phát cố bất đối xứng Điều có lợi điểm khơng bị ảnh hưởng hỗ cảm thứ tự không, thường khó khăn đường dây cao áp Các sơ đồ tổng hợp địi hỏi tín hiệu tác động chỗ cho phép từ đầu cách xa để khởi động cắt Một logic so sánh hướng dùng để xác định xem cố bên hay bên đường dây BV Nếu cố bên trong, nhiều chức tác động đầu phát cố tác động máy phát truyền cắt tới tần số cắt Việc nhận tần số cắt hoạt động nhiều chức cắt động đủ để khởi động cắt đầu Như thế, trạng thái bình thường, sơ đồ tổng hợp hoạt động cách xác sơ đồ truyền cắt tầm cho phép

Bây xét đầu có nguồn nhỏ. Nếu nguồn NM khơng đủ để tác động cắt đầu đó, tín hiệu cho phép không khởi động việc cắt MC khơng xảy cố phải phát tất đầu đường dây Sơ đồ tổng hợp loại bỏ thiếu sót tác dụng chức khóa vài logic bổ sung Tín hiệu tác động cắt nhận từ đầu mạnh khuếch đại lặp lại đến đầu yếu, theo cho phép đầu mạnh tác động cắt Đầu yếu tác động cắt xử lý logic bổ sung Tín hiệu đầu yếu cho phép lặp lại chức khóa khơng vận hành, tín hiệu tác động cố bên Với cố bên ngồi, chức khóa vận hành để khóa khuếch đại tín hiệu

Các sơ đồ rơle so sánh hướng dùng cho đường dây có bù nối tiếp dịng cố đủ cao để tạo mạch nối tắt tụ điện Lưu ý, điện áp đảo ngược xảy cho cố sau tụ điện, gây ảnh sai số thiết bị đo lường khoảng cách, khiến cho tổng trở cố đo bị dời mặt phẳng tổng trở Z Sơ đồ tổng hợp diễn tả cải tiến nguyên tắc bản, dựa vào đặc tính độ phần tử MHO Bộ thứ tự thuận dùng nguyên tắc so sánh pha để mơ tả đặc tính định hướng MHO mặt phẳng phức (H.8.20) Đặc tính MHO hình 8.21 phân cực dùng điện áp trước cố V&p tốt điện áp thực mà đo cố xảy

Điện áp trước cố nhớ rơle thời gian ngắn, tác động nhớ giúp cho rơle làm việc cố xảy gần điểm đặt rơle

Hình 8.20 Đặc tính

phân cực MHO ổn định

Hình 8.21 Đặc tính

phân cực MHO độ

I1X

I1 RZ - V1

I1 RZ V - V1 r

I1R

I1R

I1 RZ - V1

I1 RZ V - E1 S

I1X

Ngưỡng tác động góc 90o trên đường trịn điện áp phân cực

p

V& điện áp

1 1Z V

90o, tọa độ điểm NM đo nằm vòng tròn, tác động xảy Đại lượng

1 1Z V

I& &R − & diễn

tả đường trịn mặt phẳng phức góc đại lượng điện áp phân cực góc vng Nếu góc nhỏ 90o, điểm nằm ngồi đường trịn khơng có tác động xảy

Khi đảo ngược điện áp xảy ra, V&1 V&p bị đảo ngược, điện áp phân cực

vẫn trùng pha với áp nguồn Trong suốt trình chuyển tiếp này, vịng trịn MHO thay đổi hình 8.21 Trong hình này, vùng kháng trở âm đặc trưng cho tổng trở cố nhìn từ rơle vị trí cố kháng trở tụ điện thuận hướng Do đó, tác động cố vùng

Đối với cố trước rơle, có nghĩa cố hướng nghịch, đặc tính MHO độ bao trùm vùng trở kháng cố Do đó, đặc tính phân cực MHO độ cung cấp xử lý logic rơle khả dụng cho tất cố ba pha, với cố mà điện áp rơle giảm không

Việc phát tất cố bất đối xứng rơle thực thi nhờ dùng so sánh pha bù độ, dựa đại lượng thứ tự nghịch thứ tự thuận Các lý cho việc dùng đại lượng thứ tự nghịch sau:

- Các đo lường thứ tự nghịch thoát khỏi ảnh hưởng hỗ cảm thứ tự không đường dây song song gần

- Các dịng áp tín hiệu nhập nhận từ máy biến điện đo lường giống để cung cấp tín hiệu nhập thứ tự thuận

- Các dịng thứ tự nghịch có biên độ lớn dịng thứ tự khơng cố chạm đất đầu đường dây cách xa, có độ nhạy lớn

- Thiết bị đo lường thứ tự nghịch dễ kiểm tra cách đóng mở mạch thích hợp rơle để mô trạng thái cố

- Điện áp phân cực cho đo lường thứ tự nghịch cho V&P =V&2 +kI&2Z&R

Điện áp chuẩn V&2 bổ sung đại lượng bù điều chỉnh I&2Z&R, để đảm bảo

sự phân cực cho trường hợp rơle nằm gần nguồn mạnh với V&2 nhỏ,

sự cố gần đầu đường dây có bù nối tiếp dịng cố nhỏ mức BV tụ điện Hệ số k cung cấp để điều chỉnh đại lượng bù Điện áp phân cực bù (hãm) đại lượng tác động (làm việc), tỷ lệ với dòng thứ tự nghịch, so sánh pha nửa chu kỳ để tạo chức khóa tác động

Sơ đồ tổng hợp dùng từ nhiều năm đường dây có bù nối tiếp với có kết tốt Một lợi điểm sơ đồ ứng dụng đại lượng thứ tự nghịch cho tất cố kể chạm đất Điều làm cho BV tránh khỏi vấn đề hỗ cảm đường dây Một mođun rơle riêng biệt dùng để phát cố ba pha, BV tất dạng NM

8.2.4 Các sơ đồ pilot bảo vệ toàn phần

1- Các sơ đồ so sánh pha

Loại BV toàn phần phổ biến cho đường dây truyền tải loại so sánh pha Có loại sơ đồ so sánh pha thông dụng sau:

- So sánh pha đơn - So sánh pha kép - So sánh pha riêng biệt

Hệ thống thứ ba HT đo dịng tín hiệu, tiện lợi cho đường dây truyền tải, đặc biệt đường dây có tụ điện nối tiếp Cả ba loại so sánh pha dùng tín hiệu dịng HT đo lường khoảng cách

Khái niệm rơle so sánh pha ghi nhận xác thời gian dịng qua zero hay qua giá trị ngưỡng âm dương Các lưu trữ mẫu truyền đến đầu đối diện đường dây, nơi mà chúng so sánh Nếu xác định hai đầu dòng vào đường dây, rõ ràng cố đường dây BV, rơle hai đầu mở MC hai đầu đường dây Việc so sánh dạng sóng dịng thực việc biến đổi dạng sóng vng từ dạng sóng dịng hình sin khơng lọc hình 8.23 Sóng vng góc ký hiệu ISW có từ lần qua ngưỡng sóng dịng Các xung mẫu

được phát sóng dịng vượt trội mức ngưỡng âm mức ngưỡng dương vẽ đường đứt nét ngang hình 8.22 Các sóng vng góc tương ứng ký hiệu ISWP ISW để xác

định sóng vng góc dương âm theo thứ tự

doøng pha

ISW

ISWP

ISWN

khuếch đại sóng vng

tại choã

từ xa 3Iao

Ic

Ib Ia Lọc thứ tự

Hình 8.22 Quy trình xử lý sóng vng Hình 8.23 Mạng thứ tự cho việc từ dạng sóng dịng pha hình sin liên kết dòng ba pha

Trong số sơ đồ so sánh pha, dòng đo xử lý qua lọc thành phần thứ tự hình 8.23 sau chuyển đổi thành sóng vng góc Một sóng vng góc tương tự phát đầu đối diện đường dây truyền tải, sóng vng góc từ xa truyền nhờ kênh truyền pilot đến rơle chỗ để so sánh với sóng vng phát chỗ Một mạch trì hỗn thời gian cung cấp để đếm trì trễ thời gian việc truyền liệu Nếu hai dạng sóng vng pha, nghĩa dòng pha qua đường dây Đây điều kiện thường, cố bên đường dây Nếu hai sóng ngược pha, nói lên dịng hai đầu chảy vào đường dây cho biết cố xảy bên đường dây Khái niệm áp dụng cho tất loại sơ đồ so sánh pha Một sơ đồ toàn phần sử dụng đại lượng tổ hợp dòng pha gọi loại tổng hợp Khái niệm mở rộng đến đại lượng đo lường tổ hợp dòng thứ tự Hoặc dịng pha dịng thứ tự tổ hợp thành đại lượng đo lường tổng hợp

Sơ đồ khóa so sánh pha đơn:so sánh 1/2 chu kỳ dòng điện dạng đơn giản sơ đồ

dùng, hai có logic tương tự cho hình 8.24 FD1 gọi khởi động phát FD1 đặt nhạy FD2 bố trí phép sóng vng chỗ kích phát kênh truyền thông tin FD2 chỉnh định với trị khởi động cao FD1, dùng để báo cho HT tác động cắt Với đường dây truyền tải có chiều dài lên đến 150km FD2 chỉnh định vào khoảng 125% FD1, với đường dây dài hơn, mức đặt đặt tăng lên 200% Sự so sánh pha bắt đầu FD2 khởi động Việc dùng hai phát cố cho phép phối hợp việc phát sóng mang vng góc với so sánh sóng vng góc chỗ từ xa

Sự làm việc HT giải thích hình 8.24 Với cố xảy bên đường dây, phát cố dòng hai đầu đường dây bị cố làm việc Một flip-flop cung cấp nguồn có tín hiệu vào AND liên tục 4ms cung cấp tín hiệu xuất liên tục đến mạch cắt, kiểm tra FD2 Với điều kiện này, tín hiệu nhập sóng vng từ nhập tín hiệu chỗ, tín hiệu xuất nhận đến cổng AND pha việc tác động cắt thực thi HT tác động dòng hai đầu lệch tới 90o Lưu ý rằng, việc

xác nhận tín hiệu từ kênh truyền ngăn cản việc tác động, loại HT khóa Điều có nghĩa tín hiệu sóng mang khơng cần truyền qua điểm cố đường dây BV

xử lý logic nhận dạng cố phát

boä thu

AND

tín hiệu thu 40

cắt A báo hiệu

tín hiệu chỗ

FD

bộ phát thu

AND

tín hiệu thu

0

cắt B báo hiệu Tín hiệu nhập chỗ

FD

Kênh truyền

K

( )I

N1

N2

Q H

R

1 1 1

1

1 1 tín hiệu chỗ vào AND

tín hiệu thu tín hiệu thu vào AND

tín hiệu xuất AND

tín hiệu xuất cắt

Hình 8.24 Sơ đồ so sánh pha đơn

Với cố bên ngồi, việc khóa liên tục pha tín hiệu thu lệch pha với sóng vng chỗ Thơng thường NM ngồi, dòng điện qua đường dây pha Tuy nhiên, HT khóa tác động dịng lệch pha lên đến 90o

Sơ đồ so sánh pha kép:Sơ đồ so sánh pha kép thực phép so sánh pha hai nửa chu kỳ sóng dịng, nên tác động nhanh sơ đồ so sánh dòng đơn Sơ đồ so sánh pha kép đòi hỏi kênh truyền kép với tần số cho đầu đường dây

Hình 8.25 ví dụ sơ đồ so sánh pha kép Sơ đồ dùng thiết bị di tần đầu đường dây Một tần số gọi “điểm” tần số khác gọi “khoảng” Sơ đồ cung cấp kiểm tra kênh truyền liên tục tín hiệu sóng mang “điểm” “khoảng” truyền cách liên tục Do khơng cần khởi động phát cố sóng mang Máy phát kích tần số điểm sóng vng dương kích tần số “khoảng” sóng vng zero

( )I

N1

1 1 1

0 1 1

xử lý logic nhận biết cố phát

boä thu

AND

40

Kênh truyền H

OR

báo hiệu khoảng

điểm sóng âm

chỗ

sóng dương chỗ

f1

f2

tác động máy cắt R AND

AND

bộ phát thu

(2)

khoảng

điểm sóng âm chỗ

sóng dương chỗ

AND

4 OR

báo hiệu

tác động máy cắt R

AND AND

f1

f2

N2

K

1 1

1

1 Sóng chỗ

(nửa chu kỳ dương) tín hiệu thu (điểm)

tín hiệu (AND 1)

Sóng chỗ (nửa chu kỳ âm) tín hiệu thu (khoảng)

tín hiệu (AND 2) tín hiệu OR

tín hiệu xuất tác động

0

Hình 8.25 Sơ đồ so sánh pha kép

Sự làm việc sơ đồ so sánh pha kép diễn tả sau: với cố bên trong, tín hiệu pha đơn mạng dịng thứ tự trùng pha cho dù dịng thực lệch 180o Tín hiệu

thời gian trễ kênh truyền Tín hiệu mạch sau phát triển thành hai sóng vng bổ sung gọi sóng dương chỗ sóng âm chỗ Sóng dương có trạng thái dương nửa chu kỳ dương dịng thứ tự so sánh với tín hiệu “điểm” máy thu cổng AND1 Sóng âm chỗ có trạng thái dương suốt nửa chu kỳ âm dòng thứ tự so sánh với tín hiệu “khoảng” máy thu cổng AND2 Với cố bên trong, sóng dương chỗ sóng “điểm” thu trùng pha, cho tín hiệu xuất từ cổng AND1 Tương tự, sóng âm chỗ sóng “khoảng” thu trùng pha, cho tín hiệu xuất từ cổng AND2 Nếu tín hiệu báo nhận từ phát cố từ rơle BV cổng AND3 có tín hiệu xuất Nếu tín hiệu tồn khoảng 4ms tín hiệu xuất gởi đến flip-flop để khởi động mở MC Lưu ý rằng, tác động cắt địi hỏi hai tín hiệu “điểm” “khoảng” truyền qua cố nhờ phương tiện sóng mang đường dây truyền tải Nếu hư hỏng hai tần số nhận kênh truyền hai mạch so sánh, việc cho phép HT cắt dựa dạng sóng vng góc chỗ

Với cố bên ngoài, chẳng hạn (N2) (H.8.25), đảo ngược 180o

dịng pha làm dịch chuyển sóng vng góc 180o, ngăn cổng AND có tín hiệu

Một phương án khác HT kênh truyền kép sử dụng giám sát khoảng cách Loại HT dùng đường dây truyền tải dài, mức tải nặng, với cố ba pha xảy

Sơ đồ so sánh pha riêng biệt:So sánh pha riêng biệt phát triển để giải vấn đề BV đường dây bù nối tiếp ứng dụng khác mà bị ảnh hưởng méo dạng sóng Trong HT đó, mạng dịng thứ tự thiết kế làm việc tần số

Hình 8.26là HT đo dịng dùng cho so sánh pha riêng biệt Vì dịng đo cách riêng biệt nên khơng cần thiết dịng đo tần số Các dạng đại HT rơle so sánh pha riêng biệt HT số, chủ yếu dựa vào HTBV dòng, gồm BVDT khoảng cách tối ưu Hệ thống làm việc xác chọn lọc đường dây có tụ bù nối tiếp Đường dây có tụ nối tiếp gây vấn đề:

- Đảo ngược điện áp gây kháng trở âm tụ bù nối tiếp - Sự bất đối xứng pha vận hành nối tắt đóng lại HT tụ

- Các tần số khác thường từ 20 - 400Hz suốt thời điểm trước sau cố

khuếch đại sóng vng

tại chỗ từ xa

Ia

Ib

Ic

3Iao

3Iao

tương tự pha a

Hình 8.26 Hệ thống đo lường

so sánh pha riêng biệt

Một số ưu điểm dùng sơ đồ so sánh pha riêng biệt:

- BV so sánh pha riêng biệt loại bỏ ba vấn đề liên quan với đường dây có bù nối tiếp, là: tần số khác thường dạng sóng dịng; bất đối xứng trở kháng pha điện áp ngược

- Sự vận hành tốc độ cao, dựa theo tính đa dạng góc pha loại bỏ lọc đòi hỏi mạch so sánh pha

- Tần số cung cấp bốn thiết bị logic độc lập Bất kỳ chúng thiết kế để phát cố tác động đường dây

Ưu điểm phương pháp:

- Khơng bị ảnh hưởng dao động công suất - Tránh khỏi sai số hỗ cảm đường dây - Không bị ảnh hưởng tổn hao điện

- Vận hành hợp lý đối cố ba pha gần chỗ đặt BV (UR = 0)

- Không bị ảnh hưởng độ điện áp BU

- Tính chọn lọc pha vốn có cho tất loại cố, cung cấp tính linh động mạch tác động rơle MC để đạt tính chọn lọc tác động pha

So sánh pha riêng biệt dùng cho BV đường dây song song với ưu điểm sau:

- Cắt tức thời cố kép liên quan đến hai đường dây - Không bị ảnh hưởng hỗ cảm

- Tính chọn lọc pha cho tất loại cố đơn phức

2- Các sơ đồ pilot so lệch dọc

Loại khác BV toàn phần bảo vệ so lệch (BVSL) dọc BVSL dọc bị hạn chế HT pilot dây dẫn phụ So lệch dây dẫn phụ áp dụng cho đường dây dài từ 20km trở xuống Một số sơ đồ so lệch dọc đại dùng kênh pilot để đo đại lượng đầu đường dây để so sánh xử lý

Các sơ đồ pilot dây dẫn dạng BVSL dọc Việc sử dụng kênh thông tin dây dẫn pilot cung cấp biên độ góc pha dòng sơ cấp đường dây truyền tải BV Các đại lượng thứ cấp dịng áp tỷ lệ với đại lượng sơ cấp Điều hình thành nên sở cho sơ đồ rơle cân dòng cân áp so lệch Trong hầu hết HT, đại lượng ba pha biến đổi thành dòng xoay chiều pha đơn dùng cho rơle Tuy nhiên, hình thành HT ba pha riêng biệt Một HT riêng biệt đòi hỏi cho mạch để thực việc đóng lại pha

Với đường dây dài, pilot dây dẫn không thực tế theo chiều dài đường dây truyền tải BV Tuy nhiên, kỹ thuật điều biến dùng cho đường dây truyền tải dài để mở rộng đáng kể ứng dụng BVSL Thông thường, đường dây dẫn thông tin sợi quang HTVS, thay cho pilot dây dẫn dùng đường dây truyền tải ngắn

điều biến tần số(FM) điều biến mã hóa xung(PCM)

Trong HT FM, giá trị dòng tức thời truyền đại lượng tương tự đến đầu khác dùng dải tần âm với điều biến tần số Khái niệm minh họa hình 8.27, với sóng tín hiệu, hình dưới, điều biến tần số sóng mang, với tín hiệu cao mang lại kết sóng mang điều biến cao Do tần số sóng mang phụ theo biên độ tín hiệu Các nguyên tắc so lệch dòng dùng đầu nhận để xác định tác động đường dây Hình 8.28 mơ hình HT bản, giá trị dịng tức thời điều biến theo tín hiệu FM tầm 0,3 - 0,4KHz

Kênh thông tin R

∆I DEL

V/ F F LI I/ V

F LI DET

tín hiệu khố

H

Q

∆I

V/ F F LI I/ V

F LI DET

tín hiệu khóa K

I/ V - biến đổi sóng - áp V/ F - biến đổi áp - tần số FIL - lọc dải thông DEL - mạch bù trễ DET - phát hiệu nhiễu

F/ V F/ V

DEL

Hình 8.28 Sơ đồ so lệch dọc dòng FM

Trong sơ đồ PCM, giá trị dòng tức thời đầu truyền đến đầu khác biến điệu mã hóa xung tín hiệu truyền Hình 8.29 giới thiệu mạch cho HT

Kênh thông tin R

H

MCT A/D P/S T

∆I S/P R

Q K

MCT A/D P/S T

∆I S/P R

R - thu T - phát

S/P - biến đổi nối tiếp - song song P/S - biến đổi song song - nối tiếp A/D - biến đổi tương tự - số

Hình 8.29 Sơ đồ so lệch dịng PCM

Tín hiệu xuất MBI trộn cung cấp đại lượng mà tỷ lệ với giá trị dịng sơ cấp Tín hiệu đưa đến đầu, nơi mà biến đổi tương tự–số thực tín hiệu truyền dạng nối tiếp đến đầu khác Tại trạm nhận, tín hiệu biến đổi trở lại thành liệu song song định giá nhờ dùng vi xử lý để so sánh dòng nhận với dòng khác đo chỗ

8.3 ĐƯỜNG DÂY SONG SONG

Nếu có hai đường dây kéo trụ gần nhau, tồn chiều dài có hỗ cảm hai đường dây Hỗ cảm thành phần thứ tự thuận nghịch hai đường dây nhỏ nên thường bỏ qua, hỗ cảm thành phần thứ tự khơng có giá trị lớn khơng thể bỏ qua ảnh hưởng

Loại BV, mà sử dụng dòng điện (như HT so sánh pha tần số cao hay HTSL pilot), không bị ảnh hưởng hỗ cảm đường dây, loại BV sử dụng dòng áp, đặc biệt BVKC, thường bị ảnh hưởng tượng hỗ cảm cần phải xem xét đến Hình 8.30 giới thiệu dạng khác đường dây song song có gây hỗ cảm

ZMO ZMO

a) b) c)

Hình 8.30 Các dạng khác đường dây truyền tải gây hỗ cảm

Việc xem xét hỗ cảm đường gây phân chia làm ba dạng theo cấu trúc đường dây sau:

Dạng 1: đường dây song song có chung nguồn thứ tự thuận thứ tự không

Dạng 2: đường dây song song có chung nguồn thứ tự thuận, tách biệt nguồn thứ tự không

Dạng 3: đường dây song song có nguồn thứ tự thuận thứ tự khơng riêng biệt

8.3.1 Bảo vệ khoảng cách chống chạm đất cho dạng

Hình 8.31 giới thiệu hai đường dây song song dạng

Bảo vệ khoảng cách chống chạm đất thông thường trường hợp có sai số lớn dịng điện đất 3Io đường dây bị cố bị cảm ứng điện áp từ đường dây không bị cố

Bảo vệ khoảng cách chống chạm đất có bù thành phần thứ khơng đường dây A xác

định chương phần 6.5, công thức sau

Y

ZMO R

AR

BR

AQ Q BQ A

B

Hình 8.31 Hai đường dây song song

0

1 AR CA GA

AR AÙ AO ao o AR AR

L I kV I

Z Z I C I V Z h × + =       − + = & & & & & (8.1)

trong kCA = ;

3 1 A A Ao Z Z Z & & & −

I&AR =CoI&ao +C1I&a1 +C2I&a2; I&GAo = 3CoI&ao (8.2)

Dòng điện I&GAo dịng điện thứ tự

khơng đường dây A kCA hệ số bù phức

Các giá trị xác định chương cho đường dây đơn Trong trường hợp xét đến hỗ cảm đường dây song song, cần xác định lại hệ số kCA để bù xác

Xem xét sơ đồ thành phần thứ tự khơng có tính hỗ cảm hai đường dây song song A B nối hai điểm R Q (H.8.32)

Khảo sát rơle đặt AR trường hợp chạm đất pha trực tiếp (ZN = 0), ta có

V&a=V&ao +V&a1 +V&a2 =0 (8.3)

vaø V&ao =V&Ro − hZ&AoI&ARo −hZ&MoI&BRo; 1

1

1 R A AR

a V hZ I

V& = & − & & ;

2 2

2 R A AR

a V hZ I

V& = & − & & (8.4)

với V&aivà

i

R

V& (i=0,1,2) điện áp thành phần thứ tự điểm NM vị trí đặt rơle R Cộng (8.4) lưu ý (8.3), ta có

2

1

1 R A A M BR A AR A AR

R R

R V V V hZ I hZ I hZ I hZ I

V& = & o + & + & = & o & o + & o& o + & & + & & (8.5)

Xác định hệ số phân bố dịng thứ tự vị trí rơle so với điểm NM

2 2

1

1 ; ;

; a AR A a BR B a AR A a AR A I I C I I C I I C I I C o o o o o

o = = = = (8.6)

Thay hệ số naøy vaøo (8.5)

o BR o o o o o o

oI C I C I h Z Z C I hZ C I

C Z h

V&R = &A1( A &A + A1&A1 + A2&A2)+ (&A − &A1) A &A + &M B & (8.7)

Biết CAoI&Ao +CA I&A +CA I&A = I&AR

2

1 , với I&AR dịng tổng qua rơle AR, cơng thức

(8.7) trở thành

o BR o o o o

o Z C I hZ C I

Z h I Z h

V&AR= &A1&AR+ (&A − &A1)&A &A + &M &B & (8.8)

Gọi: I&GAo =3CAo.Iaolà dòng điện thứ tự không đường dây A qua rơle AR

o o

o B a

GB C I

I& =3 dòng điện thứ tự không đường dây B qua rơle BR

Công thức (8.8) viết lại

       + − + = GBo A Mo GA A A A AR L

AR Z I ZZ I

Z Z I hZ

V& & o & o & &

1

1

1 3 3 (8.9)

hZA

hZA

(1 - h)ZA

(1 - h)ZB

ZEO

ZSO ZUO

Iao ao No Q BQ AQ R AR

BRhZM

(1 - h)ZM

O IBRo

IRo IARo

Hình 8.32 Mạch thứ tự

Đặt 1 ; A Mo MA A A Ao

SA Z k ZZ

Z Z

k = − = (8.10)

công thức (8.9) trở thành

V&AR hZL (I&AR kSA.I&GAo kMA.IGBo) hZL .I&ARM

1 + + =

= (8.11)

I&ARM =I&AR+kSA.I&GAo +kMA.I&GBo (8.12)

trong đó: kSA, kMA - thông số đường dây A; kMA - hệ số hỗ cảm

kSA - hệ số bù cho đường dây đơn A (được tính từ 6.20 hay (8.1))

Các hệ số thông số đường dây B: kSB, kMB xác định tương tự cách thay ký

hiệu A thành B, hai đường dây có thơng số khác hệ số khác Gọi I&ARC dòng điện vào rơle chống chạm đất đường dây A

Chia (8.11) cho I&ARC, ta tìm tổng trở biểu kiến đo rơle chạm đất pha

L e ARC ARM L ARC AR

AR IV hZ II hZ k

Z 1 & 1

& & & &

&

& = = = (8.13)

trong ke=IARM/IARC gọi số đo Chỉ số gần tổng trở đo rơle

càng xác Z&AR→ hZ&L1

Để kegần 1, người ta thay đổi I&ACR cách hiệu chỉnh hệ số bù đường dây làm

vieäc có hỗ cảm

Trong trường hợp khơng hiệu chỉnh hệ số bù sử dụng dòng vào rơle giống trường hợp đường dây đơn (phương trình (6.19)), lúc

IARC = I&AR+kCAI&GAo

với 1 A A Ao SA CA Z Z Z k

k = = & − &

Trong trường hợp muốn giảm sai số đo tổng trở ảnh hưởng hỗ cảm cần thiết thay đổi hệ số bù kAC, lúc kAC đường dây có hỗ cảm khác với hệ số bù kSA cho đường dây đơn

= + + + = ⇒ ⇒ GAo CA AR GBo MA GAo SA AR ARC ARM

e II I Ik Ik Ik I

k & & & & & & GAo GBo MA GAo SA

CA k I I k I

k & & & + = ⇒ (8.14)

Nhận xét: Chỉ số kelà hàm số kAS kCA hỗ cảm đường dây lân cận kMA

và IGBo nên sai số đo lường tổng trở tỷ lệ với tổng trở hỗ cảm, dòng điện thứ tự không đường

dây B Rơle bị tầm I&GBo pha với I&AR+I&GAo bị tầm I&GBo khác pha

Một số trường hợp trạng thái đóng mở MC xem xét đây, khảo sát đường dây A bị cố chạm đất pha trường hợp trước lúc cố sau

1- Khi hai đường dây vận hành, nguồn Q hở (H.8.33)

ZMO R AR BR AQ Q BQ A B Y Y hS N

Hình 8.33 Sự cố đường dây A

hai đường dây làm việc song song

Khi có cố chạm đất, dịng đường dây chạm đất dịng thứ tự khơng

I&AR = I&GA0

Phương trình điện áp R N V&RN0 = I&AR0hZ&A0 + I&BR0hZ&M0

= I&BR0Z&B0 + I&AR0hZ&M0 −I&BR0(1−h)Z&M0 +I&BR0(1−h)Z&A0 −I&BR0(1−h)Z&M0 (8.16)

hay I&AR0h(Z&A0 −Z&M0)= I&BR0[Z&B0 +(1−h)Z&A0 −2(1−h)Z&B0 −Z&M0]

= I&BR0[(1−h)(Z&A0 −Z&M0)+Z&B0 −Z&M0]

do 0 0 0 0 0 0 ) )( ( ) ( M A M B M B M A M A BR AR Z Z Z Z h h Z Z Z Z h Z Z h I I & & & & & & & & & & & & − − + − = − + − − − = (8.17) Mặt khác 0 0 0 0 3 BR AR a B a A GB GA I I I C I C I I & & & & & & & & =

= , đặt

0 0 M A M B AB Z Z Z Z k & & & & − − = (8.18)

ta 0 0

1 AB GA

GB hh k I

I& &

+ −

= (8.19)

Thay (8.15) (8.19) vào biểu thức tính tổng trở biểu kiến rơle (8.13)

1 1 1 1 A e CA AB MA SA A

AR k h k hk Z

hk k

Z h

Z& & = &             + + − + + =

(8.20) R ZMO

AR BR AQ Q BQ A B Y Y hS N

Hình 8.34 Một đường dây song song

Biểu thức cho thấy ZAR, số ke1 phụ thuộc vào thông số đường dây vị

trí cố khơng phụ thuộc vào dịng điện

2- Khi có đường dây khơng vận hành, máy cắt hai đầu mở (H.8.34)

Đường dây không vận hành, không nối đất hai đầu nối đất đầu Điều có nghĩa khơng có dịng đường dây B

Trong trường hợp này, áp dụng biểu thức trường hợp a, với dòng đường dây B không Biểu thức tổng trở vị trí đặt rơle viết lại sau

2 1 2 2 1

1 A e CA SA A

AR h Z kk h k Z

Z& &  = &      + + = (8.21)

Ta thấy, tổng trở đo giảm so với trường hợp hai đường dây song song làm việc Tổng trở đo nhỏ dẫn đến tầm lớn

3- Khi đường dây không vận hành nối đất hai đầu(H.8.35)

(1-h)(Z -Z )AO MO (1-h)ZMO NO

IO h(Z - Z )AO MO hZMO

Q

Q’ 1:1

IBR

R’

IBR N’’ IBR

ZEO O

ZSO ZUO

ZMO RAR BR AQ Q BQ A B Y hS N

h(Z - Z )BO MO IAR

Hình 8.35 Đường dây B cắt

và nối đất hai đầu Hình 8.36 Sơ đồ mạng thứ tự không

Sơ đồ thành phần thứ tự không trường hợp cho hình 8.36 Hỗ cảm biểu diễn máy biến áp lý tưởng 1/1

Giả thiết điện nút biết trước, hiệu điện nút

[ M AR M AQ]

B

BR Z hZ I h Z I

I& & 0& & 0&

0 ) ( − + − = (8.24)

Dòng IBR chạy theo hướng ngược lại với mũi tên nên có giá trị âm (IBR < 0) (H.8.46)

AQ

AR h I

I

h& > (1− )& (8.25)

Khi khơng có nguồn đầu Q (MC mở), dịng IBR viết lại sau

0 B AR M BR hZZ I

I

& & &

& = −

Do vậy, cố pha chạm đất, ta có I&AR = I&GA0;

0 0 B GA M GA

BR I hZZ I

I

& & & &

& = = −

Tổng trở biểu kiến đo trường hợp thay vào (8.13)

1 3 0 0 0 1 A e CA B M MA SA A GA CA GA GB MA GA SA GA A

AR k Z h k Z

Z h k k Z h I k I I k I k I Z h

Z & &

& & & & & & & & & =               + − + =         + + +

= (8.27)

với CA B M MA SA

e k k khZ Z

k + − + = /

1 0 0

3

& &

(8.28) Ta nhận thấy tổng trở đo trường hợp nhỏ nhất, đưa đến tầm nhiều Tóm lại, tổng trở đo từ rơle ba trường hợp

ZAR = hkeiZA1; với: i = 1, 2, tương ứng với ba trường hợp

Trường hợp 1: 

     + − + + + = AB MA SA CA

e k k hkh k

k 1 1 (8.29)

Trường hợp 2: ( SA)

CA

e k k

k + + = 1 (8.30)

Trường hợp 3: 

     − + + = 0 1 B M MA SA CA

e k k hk ZZ

k (8.31)

Ta nhận thấy ke1 > ke2 > ke3 sai số rơle số phức khác cho trường

hợp đường dây Nó số thực đường dây cao lúc X/R cao

Xét điểm NM đường dây tính tổng trở biểu kiến đo rơle ba trường hợp ta ZAR1 > ZAR2 > ZAR3 Điều có nghĩa tổng trở đo rơle trường hợp nhỏ

nhất đưa đến tầm BV lớn tổng trở đo rơle trường hợp a lớn đưa đến tầm BV nhỏ Do để bù cho trường hợp xấu nhất, chọn kCA thỏa mãn trường hợp

Tóm lại, ảnh hưởng trường hợp làm rơle tầm dẫn đến tác động nhầm Sai số trường hợp không dẫn đến cắt nhầm làm giảm vùng BV cấp I

Cách tính tốn BVKC cấp I phải đảm bảo:

- Chắc chắn chọn lọc để không bị tác động nhầm có trình trạng q tầm đường dây vận hành trường hợp

- Vùng BV cấp I lớn tốt (ít 50%) đường dây vận hành trường hợp Một khuynh hướng tính tốn chọn vùng BV cấp I 80% đường dây cho trường hợp dùng hệ số bù kCA có kể đến hổ cảm kiểm tra vùng BV nhỏ đường dây vận hành trường hợp

Trong nhiều trường hợp chỉnh định theo khuynh hướng vùng BV cấp I trường hợp (cả hai đường dây làm việc) nhỏ đưa đến vùng BV trùng cấp I hai BV hai đầu đường dây nhỏ Ví dụ, vùng BV cấp I vận hành trường hợp cho hai BV hai đầu 60% vùng BV trùng 20% đường dây

Một khuynh hướng khác xác định vùng BV cấp I với điều kiện sau: - Không nối đất hai đầu đường dây cắt

- Có thể nối đất hai đầu đường dây cắt phía Qcó nguồn (lúc tầm giảm) phải kiểm tra cẩn thận

- Dùng tự đóng đường dây đường dây bị cắt nhầm - Khắc phục tượng tầm dùng sơ đồ pilot

Theo khuynh hướng đầu chọn vùng BV cấp I cho đường dây A lớn tốt không tầm qua bên đường dây Điều kiện tính tốn theo trường hợp vận hành với hệ số bù kCA có hỗ cảm để giảm bớt sai số đo sau kiểm tra vùng BV cấp I trường hợp

vận hành

Từ (8.27)       + − + = CA B M MA SA A AR k Z Z k h k Z h

Z o o

1 / 3 3

Chọn kCAđể đo xác ngưỡng tác động (trị đặt tổng trở)

o o B M MA S SA CA Z Z k h k

k = − (8.32)

Cân tổng trở biểu kiến đo rơle với trị đặt

1 1 / 3 A S CA B M MA SA A

AR k h Z

Z Z k h k Z h

Z o o =

      + − + = (8.33)

Khai trieån (8.33) 32 (1 ) (1 )

Giá trị đặt tổng trở hS = 0,8 hay 0,9 Dùng phương trình (8.32) tính kCA sau kiểm tra

vùng BV cho trường hợp từ phương trình (8.16) trường hợp 2, tổng trở đo ngưỡng tác động rơle

      + + = = CA SA A A S

AR h Z h Z kk

Z 1 1 2 (8.35) tìm CA CA s k k h h + + = ) (

2 (8.36)

Trong trường hợp từ phương trình (8.15) ngưỡng tác động CA AB MA SA A A S AR k k h k h k Z h Z h Z + − − + + = = ) /( ) ( 1 1 (8.37)

Khai trieån (8.37)

(1 + kSA– kMA)h12 – [(1 + kSA)(1 + kAB) + hS(1 + kAS)]h1 + hS(1 + kCA)(1 + kAB) = (8.38)

Giải phương trình tìm h1

Tính tốn vùng BV hiệu BVKC cấp I chương cho mạng hình tia phù hợp cho trường hợp sai số xấu (trường hợp 3) Dùng hệ số bù tự cảm hay hỗ cảm

Tính vùng BV hiệu từ cơng thức

S ei

ARM ARC S

i h II h K

h = =

với hS trị đặt tổng trở vùng BV

Vùng BV hiệu phụ thuộc vào cấu trúc đường dây vận hành trước lúc xảy có loại dòng điện đưa vào rơle khoảng cách chống NM chạm đất pha (tùy vào hệ số bù)

Cách tính tốn bảo vệ khoảng cách cấp II đường dây có hỗ cảm Sơ đồ tính tốn trường hợp vận hành 1(H.8.37)

R AR

A

B

BR BQ

AQ

ZRQ ZQN

Q N

C hc

CG G

Hình 8.37 Các thành phần tổng trở đo rơle từ vị trí AR

ZARII =ZRQ+ZQN (8.39)

Số hạng (8.39) xác định hai đường dây làm việc song song công thức (8.38), số hạng thứ hai phụ thuộc vào vị trí chạm hC

Điện Q tính theo dịng điện đường dây C (theo 6.19):

V&Q=hCZ&C1(I&QN +kSCI&GCo) (8.40)

Dòng điện chạm đất pha đường dây C

I&QN =I&AR +I&BR=I&GAo +I&CBo≡I&GCo (8.41)

1 C C C SC Z Z Z

k = o − (8.42)

Đặt o o GB GA AB I I

k = lúc h = 1, ta viết GAo AB

QN k I

I       +

= 1

& (8.43)

Thay (8.43) vaøo (8.40): SC GAo

AB C

C

Q h Z k k I

V& = 1(1+ )(1+ ) (8.44)

Chia điện cho dòng vào rơle bù lại AR theo công thức (8.11), ta nhận giá trị tổng trở ZQN

AB CA SE AB C C

QN k k

k k Z h Z ) ( ) )( ( + + + = (8.45)

Như vậy, tổng trở cấp II đo rơle AR tổng giá trị công thức (8.36) (8.45)

AB CA SC AB C C AB MA SA CA A II

AR k k

k k Z h k k k k Z Z ) ( ) )( ( 1 1 + + + +       + + + = (8.46)

Trong trường hợp đường dây C thiết kế tương tự đường dây A, lúc đơn giản hóa (8.46) hệ số

1 A C XA Z Z

k = (8.47)

Viết lại công thức (8.46)

      + + + + + + = AB SC AB XA C AB MA SA CA A II

AR k k kk h k kk k

Z

Z (1 )(1 )

1 (8.48)

Nếu độ làm việc thường xuyên hai đường dây làm việc song song, để đo tổng trở cho trường hợp ta chọn hệ số bù có hỗ cảm:

      + + + + = ) ( ) )( ( 1 CA AB SC AB XA C A II

AR Z h k k k k k

Z (8.49)

Tính tốn trường hợp vận hành

              + − + = CA B M MA SA A RQ k Z Z k k Z Z o o 1 (8.50)

Khi pha chạm đất N, tính ZQN từ điện Q theo công thức (8.40) lưu ý

I&QN =I&AC =I&GAo (8.51)

lúc V&Q=hCZC1(1+kSC)IQAo (8.52)

CA SC C C GA CA QN QN k k Z h I k V Z o + + = + = ) ( ) ( (8.53)

Tổng trở rơle đo II RQ QN

AR Z Z

Z = & + &

              + + + − + = CA SC XA C B M MA SA A k k k h Z Z k k Z o o ) ( 1 (8.54)

Độ mở rộng vùng BV hiệu cắt đường dây B nối đất hai đầu tính từ (8.50) (8.55) CA AB SC XA C B M AB MA A II AB k k k k h Z Z k k Z

Z o o

+ + + + = ∆ / ) ( ) / / ( (8.55)

Cách tính tốn vùng BV hiệu cấp II rơle AR

Trị đặt tổng trở cấp II rơle AR:

1

A II AR II

S ZZ

h = (8.56)

Vùng BV cấp II rơle AR hiệu (thực sự) đường dây C cho hai trường hợp vận hành tính từ (8.57) cách giải để tìm hC có trị số đặt hSkhác

Các giá trị II AB

Z cho trường hợp cho từ (8.50) (8.55) Có thể xếp biểu diễn dạng công thức chung cho hai trường hợp để tính hC sau

      + + + − + + = CA MT MA SA II S SC LT XA CA X

C k k k k h k kk k

h ) ( (8.57)

trong kLTvà kMT gọi thơng số nhạy có giá trị khác tùy vào trường hợp vận hành

hay cho bảng 8.3

Baûng 8.3 Thông số nhạy

Trường hợp vận hành kLT kMT

1 1+1/kAB 1/kAB

Nhận thấy chế độ vận hành chuyển từ sang kLT trở nên nhỏ kMTthay

đổi từ dương sang âm (tăng hC)

Các nguyên tắc tổng quát để chỉnh đặt vùng BV cấp II BV chống chạm đất sau: - Độ nhạy phải đảm bảo 1,2

- Hệ số bù chạm đất phải tính tồn hiệu chỉnh đệ tối ưu trị số đặt rơle

- Kiểm tra vùng BV hiệu trường hợp vận hành cắt đường dây nối đất đầu Lưu ý, công thức xác định vùng BV hiệu viết dạng

      − + + = ARC ARM II S SA LC XA CA

C k k k k h II

h ) ( (8.58)

Công thức sử dụng để kiểm tra đường dây C có nguồn hai đầu - Tổng trở đo rơle BR

ARC GBo MA GAo SA AR A ARC AR AR I I k I k I hZ I V

Z = = 1( + + ) (8.59)

Dòng bù tối ưu cho rơle AR

IARC = IAR + kSA.IGao + kMA.IGbo (8.60)

Lúc rơle AR đo xác tổng trở ZAR = hZA1

Nếu dòng bù (8.60) dùng, rơle BR đo

BRC AR BRC

BR BR IV IV

Z = = (8.61)

GAo MB GBo SB BR AR BRC BR

BR IV I k IV I I

Z + + = = (8.62)

Giá trị tổng trở nhỏ giá trị so với dịng bù có dịng NM IGao đường dây A

Dòng điện lớn dịng đường dây B Do giá trị ZBRsẽ nhỏ đưa đến rơle

đường dây không bị cố bị tầm Tỷ số GAo MB GBo SB BR GBo MA GAo SA AR AR BR I I I k I I k I k I Z Z + + + + = (8.63)

với IRA = IGAo; IBR = IGBo (8.64)

Sự cố xảy cách rơle AR h thì: h k h I I AB GAo GBo − + = (8.65) ( ) ) ( ) ( ) )(

( f h

h k k k h hk h k k Z Z AB MB SB MA AB SA AR BR = − + + + + − + + = ⇒ (8.66)

Nếu đường dây bị cố bù đủ, ZARsẽ đo xác ZBRsẽ có sai số theo h

ZAB = hZA1 (8.67)

Chúng ta tính sai số cách tìm h, trước hết phải biết trị đặt rơle để xác định vùng mở rộng tầm Đặt hSB trị đặt rơle B

ZRB không chọn lọc ZRB ≤ hSBZB1 (8.69)

Từ (8.68) (8.69) đơn giản



  

 

− + +

+

+ − + +

≤

)

( )

1 (

)

)(

(

1 h k k k h

hk h k k

hk h

AB MB

SB

MA AB

SA BA

SB (8.70)

Đặt

1 1

B A

BA Z

Z

k = (8.71)

Bất phương trình (8.70) viết dạng ah2−bh+c≥0 (8.72)

với a = kBA(1 + kSA – kMA); c = hSB.kMB(1 + kAB)

b = kBA1(1 + kSA)(1 + kAB) – hSB(1 + kSB – kMB) (8.73)

Biết trị đặt rơle BR, từ (8.73) giải tìm h biên giới chọn lọc Rơle BR không chọn lọc h nhỏ giá trị biên

8.3.2 Bảo vệ khoảng cách chống chạm đất cho dạng

- Hình 8.38: dạng tương ứng với trường hợp hai đường dây song song có chung nguồn thành phần thứ tự thuận không chung nguồn thành phần thứ tự khơng Phân tích dạng tương tự mạng dạng trường hợp đường dây cắt nối đất hai đầu

ZMO

A B

Hình 8.38 Mạch hai đường dây song song dạng 2

- Hình 8.39: dạng tương ứng với trường hợp hai đường dây song song có nguồn thứ tự thuận thứ tự khơng khác Trường hợp thấy HT có khuynh hướng nối kết với Trường hợp tìm thấy hai đường dây có cấp điện áp khác cấp điện áp liên kết với thông qua tổng trở tương đối lớn

ZMO

A B

Hình 8.39 Mạng hai đường dây dạng

tương đương; riêng thành phần thứ tự khơng địi hỏi phải phân tích kỹ lưỡng xét đến hỗ cảm tương hỗ đường dây song song Khảo sát HT nhỏ dạng NM xảy bên hai đường dây song song

ZMO

A B R

C D

Q L N

G

Hình 8.40 Ngắn mạch xảy bên ngồi mạng đường dây dạng

- Hình 8.41: cố xuất đoạn QG, nằm phía sau đoạn có hỗ cảm đường dây song song A B Sơ đồ tương đương để phân tích cho hình 8.41

ZA hZL (1 - h)ZL

ZTU

HZL

Z2

ZTS

Z2

ZB

Z2

Z1

C ZM D

R Q Io No

O1

VN+

N1

I1

Io

Oo

O2

N2

I2

VRO

+

-ZTR ZTQ

Hình 8.41 Sơ đồ mạng thứ tự

Tùy theo tình trạng vận hành đường dây mà biểu thức tổng trở nhìn từ vị trí đặt rơle khác có sai số khác gây nên tác động nhầm, BVKC chống chạm đất dòng điện dòng điện thứ tự không Đối với mạng dạng 3, để BV chống chạm đất, người ta thường dùng BV so sánh pha

8.4 ĐƯỜNG DÂY RẼ NHÁNH

Đường dây rẽ nhánh đường dây có ba hay nhiều đầu, tải máy phát Những đầu tải gọi nhánh rẽ Đường dây rẽ nhánh đơn giản ba nhánh (H.8.42), loại thường gặp thực tế Những sơ đồ BV, nói rõ trước đường dây có hai nhánh, áp dụng cho đường dây rẽ nhánh, nhiên có nhiều phức tạp đòi hỏi phải xem xét kỹ lưỡng Loại sử dụng cho đường dây rẽ nhánh BVSL pilot, sơ đồ so sánh pha, rơle định hướng BVKC

8.4.1 Bảo vệ pilot dây dẫn phuï

Rơle với mạch pilot AC loại BV nhanh rẻ tiền Nó khơng nhạy cảm với độ dao động cơng suất, có tính đơn giản có độ tin cậy cao Khuyết điểm loại BV bị giới hạn chiều dài đường dây Điện trở mạch pilot tăng theo chiều dài đường dây, xác suất hở mạch tăng Dung dẫn dọc theo chiều dài dây dẫn (tụ shunt) tăng có khuynh hướng thành mạch NM AC mạch pilot Nếu giá trị điện trở tụ điện mạch pilot vượt giới hạn đáng, làm giảm độ nhạy NM vùng BV tác động sai có cố bên ngồi

Sơ đồ rơle khoảng cách sử dụng rộng rãi để BV cho đường dây rẽ nhánh Tuy nhiên, cần phải quan tâm kiểm tra tình trạng nêu sau:

Sai số tổng trở đo rơle khoảng cách: điều đề cập chương BVKC Trong phần nói rõ cụ thể Xem xét hình 8.42 với cố góp H

~ ~

~

ZG G I

G

ZLG ZLj

Ij

ZLH

IH

ZH

chaïm J

H

Zj

I

Hình 8.42 Sự cố H đường dây rẽ nhánh Điện áp VG góp G: V&G = I&GZ&LG +I&HZ&LH

Tổng trở đo rơle G:

G LH J LH LG G

LH H LG G

G

G VI Z I IZ Z Z I IZ

Z & & & & &

& & & &

& = = + = + +

trong ZG phụ thuộc vào tỷ số I&J/I&G dòng

tải trước lúc cố 0, dòng I&G I&J pha tỷ

số (I&J/I&G)ZLH số thực, tổng trở biểu kiến

rơle G đo là:

LH

LJ J

LG G LH LG

G Z Z ZZ ZZ Z

Z &

& &

& & &

& &

+ + + + =

Ta nhận thấy, giá trị lớn khoảng cách thực (Z&LG +Z&LH) nên rơle bị tầm

Số hạng thứ biểu thức hàm theo tổng trở tổng nhánh G J, đạt giá trị lớn dòng cố từ nhánh J lớn từ nhánh G Hình 8.43 minh họa rơle với đặc tính MHO, chỉnh 120% (BV cấp II G) để BV cho đoạn GH đo sai có cố góp H Giả sử điểm T nằm G H (ZLG = ZLH) dòng cố IG IJ độ lớn góc pha

Với điều kiện rơle đo cố xuất H’ thay H Rơle khơng làm việc

Hiện tượng tầm đường dây rẽ nhánh thấy loại cố Để đơn giản phần trước xét cho cố đối xứng Với cố không đối xứng, đặc biệt cố chạm đất, trở nên phức tạp nhiều, tỷ số thành phần cố từ G J khơng Xem xét hình 8.44a, nhánh rẽ khơng có máy phát có máy biến áp mà cuộn thứ cấp Y nối đất trực tiếp Sơ đồ thứ tự tương đương cho hình 8.44b

H’ H T

R jx

G

Hình 8.43 Tổng trở đo

Hình 8.44 Nhánh rẽ MBA với trung tính sơ cấp trực tiếp nối đất sơ đồ

tương đương cố chạm đất pha A

Theo hình vẽ cho thấy rằng, rơle G có khuynh hướng tầm ảnh hưởng nhỏ MBA lên mạch thứ tự thuận nghịch ảnh hưởng tổng trở thứ tự khơng nhánh nối song song dịng thứ tự khơng nhánh G Một giải pháp cho vấn đề bao gồm tăng hệ số bù dòng thứ tự không cho rơle khoảng cách Phương pháp gặp hai giới hạn:

- Rơle khoảng cách có khuynh hướng tầm máy biến áp không nối vào, hoạt động sai cố bên

R T

H H’1

x H’2

Hình 8.45 Ảnh hưởng dịng

tải trước lúc cố đến giá trị tổng trở đo rơle

~ ~

ZG G I G

ZT

ZLJ

ZH

Pha A chạm đất J

H

taûi

∆

Y

M ZLG T ZLH

ZG1 ZLG1 ZLH1 ZH1

EH

ZLJI

ZTI

ZMI

EG

T1

G1 I

G1 H1

ZG2 ZLG2 ZLH2 ZH2

ZLJ2

ZT2

ZM2

T2

G2 IG2 H2

ZGo ZLGo ZLHo ZHo

ZLJo

ZTo

To

Go I

Go Ho

IJo

a)

- Khả hoạt động sai vốn có với cố chạm đất rơle khoảng cách tăng lên hệ số bù thành phần thứ tự khơng tăng lên

Ảnh hưởng dịng tải trước lúc cố: trình bày thừa nhận với trường hợp công suất truyền đầu đường dây trước lúc cố Nếu khơng thỏa điều kiện này, dịng cố I&G I&J không pha hệ số I&J/I&G biểu thức tổng trở thấy

rơle G lượng phức với góc pha dương hay âm phụ thuộc vào dòng IJ sớm hay trễ pha dịng IG

Đối với cố hình 8.42 hình 8.43, dịng trước lúc cố làm dời tổng trở đo thành H’1 hay H’2 đượcminh họa hình 8.45 phụ thuộc vào góc lệch pha độ lớn dòng trước lúc cố

Chính ảnh hưởng cần cẩn thận chọn dạng đặc tính khác rơle khoảng cách

Ảnh hưởng chiều dòng cố: Dòng cố J G chảy vào đường dây (H.8.42) dẫn đến điểm cố góp H Ở vài trường hợp, dịng nhánh I đổ thay đổ vào,

G

I& đổ vào T, I&J khỏi T Hình 8.46 trường hợp tiêu biểu minh họa đường dây song song

có rẽ nhánh với đầu nhánh mở (đầu G) Bởi IG IJbây có dấu ngược nhau, hệ số IJ/IG trở thành âm Kết

quả tổng trở đo rơle G nhỏ tổng trở cần BV (ZG+ ZH),

vậy có khuynh hướng q tầm Trong vài trường hợp tổng trở đo 50% tổng trở đường dây BV chí thấp hơn, có tồn đường dây khác J H Tóm lại, có vấn đề gặp phải cần lưu ý ứng dụng rơle khoảng cách để BVĐD rẽ nhánh:

- Dưới tầm cố bên dòng đổ vào điểm T (H.8.48), (H.8.49), (H.8.50)

- Ảnh hưởng dòng trước lúc cố lên tổng trở đo rơle (H.8.49) - Quá tầm cố bên ngoài, dòng đổ khỏi đầu (H.8.50) Các sơ đồ để BV cho đường dây

không rẽ nhánh sử dụng cho đường dây rẽ nhánh Sơ đồ phải đạt yêu cầu không hoạt động cố bên chắn hoạt động cố bên vùng BV

8.4.3 Bảo vệ pilot truyền cắt

u cầu sơ đồ truyền

cắt tầm bảo đường dây rẽ nhánh BV cấp I đầu đường dây phải phát NM qua nhánh khác đường dây, nghĩa vùng BV cấp đầu phải có vùng trùng Khi chỉnh định đặc tính BV cấp I sơ đồ phải kiểm tra trường hợp đưa đến tầm, tầm (H.8.44), (H.8.46)

Sơ đồ truyền cắt thích hợp cho đường dây hình T có chiều dài nhánh gần Nếu nhánh q ngắn khó khăn chọn đặêc tính vùng I trùng Vùng I đầu thường chọn đặt khoảng 80% chiều dài ngắn hai đầu đường dây Vùng I sử dụng để khởi động tín hiệu truyền cắt Nếu có đoạn đường dây cấp I trùng

~ ~

G I

G IH H

I

ZH

I’H

Hình 8.46 Dịng cố

đổ ngắn mạch H

I’J

IJ

H G’ H’

G H’ J’

Hình 8.47 Đường dây hình T có vùng ba

thì xảy NM đoạn MC mở với cấp thứ hai (mất tính thời gian)

Hình 8.47: đường dây G-G’ vùng BV cấp I rơle G, H-H’ vùng BV cấp I rơle H J-J’ vùng cấp I rơle J Do chiều dài nhánh chênh lệch nhiều nên đoạn G’-H’-J’ không nằm vùng I BVKC đầu G, H, J

Đối với sơ đồ truyền cắt tầm lưu ý trường hợp hình 8.48 Giả thiết MC H mở khơng có nguồn đầu H Khi NM xảy

N gần H tín hiệu cắt khơng thể truyền từ rơle đầu H Do đó, cố cách ly cấp II rơle đầu G J (mất tính cắt nhanh)

Sơ đồ truyền cắt tầm dùng cho đường dây rẽ nhánh tổng trở nhìn thấy rơle NM xảy đầu cuối đường dây lớn (H.8.42, H.8.43, H.8.44)

8.4.4 Bảo vệ pilot truyền khóa

Sơ đồ truyền khóa đặc biệt thích hợp để BVĐD nhiều đầu tác động nhanh thực NM bên gần khơng có nguồn Trong trường NM này, BV khơng khởi động tín hiệu khóa có nghĩa giống trường hợp NM bên đường dây Khi NM bên ngồi đường dây, tín hiệu khóa khởi động đầu gần cố BV đầu khác bị ngăn cản tác động nhận tín hiệu khóa

8.4.5 Bảo vệ so lệch pha tần số cao

Sự hoạt động BV trình bày nguyên tắc làm việc so sánh góc pha hai tín hiệu tổng hợp thành phần thứ tự hai đầu đường dây Khi góc pha vượt giá trị chỉnh định trước có tín hiệu mở MC hai đầu đường dây Để ngăn ngừa tác động nhằm có NM, ngồi hai phận khởi động có giá trị chỉnh định khác dùng Bộ khởi động chỉnh định trị số thấp khởi động tín hiệu tần số cao, khởi động chỉnh định trị số cao dùng để điều khiển tín hiệu cắt Nếu khơng lưu ý việc này, sơ đồ tác động nhằm NM ngồi sai số thiết bị đo lường dòng điện xung đường dây Trường hợp ảnh hưởng xấu

hơn đường dây rẽ nhánh dịng đầu đường dây không giống trường hợp NM

Trong trường hợp đường dây có ba đầu hình 8.49, muốn khơng bị tác động nhầm NM ngồi khởi động trị số thấp đầu G hay đầu H phải khởi động dòng điện đầu J đủ lớn tác động khởi động trị số cao đầu Chỉ có khởi động trị số thấp

đầu G hay đầu H khởi động để làm việc đúng, trường hợp không thuận lợi dòng IG IH

bằng Để ổn định trường hợp tỷ số chỉnh định khởi động cao so với thấp phải lớn hai lần so với sơ đồ đường dây có hai đầu làm giảm độ nhạy khơng tác động dịng NM nhỏ

Một trường hợp không mong muốn hình 8.50 Nếu NM xảy gần

H G

N

J

Hình 8.48 Sự cố xảy gần

đầu khơng có nguồn

H

G J

T IJ IH

Chạm

IG

Hình 8.49 Ngắn mạch ngoài

H

G T I J

J

IH Chaïm

IG

đầu đường dây (đầu H) đầu J khơng có nguồn nhỏ dịng điện đầu đổ BV khơng tác động dịng phân bố tương tự NM ngồi hình 8.50 Sự cố cắt nhờ BVDT, yêu cầu cắt nhanh phải sử dụng sơ đồ BVC khác

8.5 BẢO VỆ BỘ ĐƯỜNG DÂY VAØ MÁY BIẾN ÁP

Bộ đường dây MBA máy biến áp trực tiếp nối với đường dây khơng qua MC hình 8.51 Bảo vệ cho đường dây MBA dùng sơ đồ khơng tồn phần BV dịng cắt nhanh khoảng cách hay sơ đồ toàn phần BVSL Trong trường hợp dùng BV dòng khoảng cách cần lưu ý điểm sau:

- Có thể dùng rơle khoảng cách BV tốc độ cao chống cố chạm pha, chạm đất đặt đầu tuyến cách xa MBA Vùng thứ sơ đồ khoảng cách áp dụng cho MBA-đường dây đường dây đặt khoảng 80 - 85% tổng trở đường dây cộng MBA, BVKC bao tồn đường dây phần MBA

- Sơ đồ khoảng cách khơng bị ảnh hưởng mức dịng cố góp điện áp cao, áp dụng sơ đồ tốt mức dòng cố thay đổi rộng, trường hợp khác áp dụng sử dụng rơle q dịng cắt nhanh với điều kiện tầm độ thấp

Quá tầm độ xác định

100%

N N ñ

I I I i

& & & − =

với: Iđ- dòng đặt, giá trị hiệu dụng dòng xác lập khởi động rơle

IN - trị hiệu dụng dòng cố

Rơle dòng cắt nhanh phải chỉnh định cho khơng hoạt động cố phía sau MBA (H.8.52)

~

Hình 8.52 Áp dụng tính tốn q

tầm bảo vệ đường dây MBA

50

ZS ZL ZT

IN1 IN2

Trị số đặt yêu cầu phải đảm bảo rơle không tác động dòng cố I&N2

Id = 1,2(1 + i)I&N2

với: IN2 - dòng cố nguồn lớn nhất, tức ZS nhỏ

hệ số 1,2 - sai số tổng trở HT tính tốn IN2, sai số BI rơle

cao

hạ cao hạ thế

cao hạ

Vì BV dịng cắt nhanh phải cắt cố pha điểm đường dây điều kiện làm việc thay đổi HT, cần phải chỉnh định dòng khởi động rơle nhỏ dòng IN1 để đảm bảo tác động nhanh tin cậy

Tỷ số đặt theo giá trị Iđ:

1 N ñ I I r & & =

Do rI&N1 =1,2(1+i)I&N2

) ( ) ( , ) )( ( ) )( ( , ) ( ) )( ( , x i Z Z x Z Z i Z Z Z Z Z i r L S L S T L S L S + + = + + + + = + + + + = & & & & & & & & & với )

( S T

T Z Z Z x + =

Tỷ số đặt rơle có đặc tính q tầm q độ khác chỉnh định cho không tác động dòng IN2 Bảng 8.4 cho giá trị r theo giá trị khác tổng trở MBA ZT

Bảng 8.4 Tỷ số r = Iñ/IN

T S T Z Z Z x & & & −

= Quá tầm độ (%)

5 25 50 100 0,25 1,01 1,20 1,44 1,92 0,50 0,84 1,00 1,20 1,60 1,00 0,63 0,75 0,90 1,20 2,00 0,42 0,50 0,60 0,80 4,00 0,25 0,30 0,36 0,48 8,00 0,14 0,17 0,20 0,27

Có thể thấy rằng, với công suất MBA cho trước, BV nhạy cho đường dây đạt cách sử dụng rơle có độ tầm độ thấp nhất, cần lưu ý với r > 1, BV khơng bao phủ tồn đường dây

Bảo vệ cắt nhanh thường ứng dụng với rơle q dịng có thời gian trễ với dịng chỉnh định thấp Trong trường hợp này, BV cắt nhanh cung cấp cho đường dây với rơle có thời gian trễ để BV tồn MBA Khi cơng suất chạy đường dây–MBA hai hướng, rơle dòng phải đặt hai đầu Trong trường hợp đường dây MBA song song, rơle q dịng đầu dây có điện áp thấp phải có hướng tác động cố có dịng đổ vào MBA–đường dây; điều cần thiết rơle hai nhánh có giá trị đặt thời gian, dòng điện nên tác động cố nhánh khơng có sử dụng phận định hướng

Sau giới thiệu vài phương án BV đường dây–MBA tiêu biểu

8.5.1 Sơ đồ bảo vệ tồn phần

51 87L Mạch cắt

Gởi Nhận

Kênh thông tin

87N MBA 87T

Mạch cắt

Gởi Nhận

A M Đường dây MC B

87L

Hình 8.53 Bảo vệ đường dây MBA dùng BV so lệch

8.5.2 Sơ đồ bảo vệ khơng tồn phần

Bảo vệ đường dây MBA dùng BVKC hình 8.54 Vùng BV1 bao gồm toàn đường dây phần MBA BVKC tác động mở MC A thông qua kênh thông tin mở MC B BVDT dòng điện làm việc mở MC A mở từ xa MC B

Trong sơ đồ MBA BVSL dọc, chống NM nhiều pha pha chạm đất phía cuộn dây nối BVDĐ có hướng BV MBA làm việc mở MC B mở từ xa MC A

21 51 Mạch cắt

gởi Nhận

Kênh thông tin

87N 87T

MBA

67

Gởi Nhận

A M Đường dây MC B

Mạch cắt

Hình 8.54 Bảo vệ đường dây MBA dùng bảo vệ khoảng cách

Trong trường hợp, không dùng kênh thông tin để mở MC từ xa, sơ đồ dùng cầu dao nối đất tạo NM (H.8.55) Khi cố MBA BV MBA làm việc mở MC B đồng thời cho tín hiệu đóng cầu dao chống NM phía đường dây làm BVĐD tác động mở MC A

Trong sơ đồ bảo vệ MBA BVSL Bảo vệ đường dây khoảng cách dòng điện dự trữ

21 51 Mạch cắt

87N MBA

A Đường dây MC B

Mạch cắt 87T

8.6 BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY CÓ TỤ NỐI TIẾP

8.6.1 Giới thiệu

Mục đích việc sử dụng tụ nối tiếp đường dây truyền tải làm giảm kháng trở đường dây, tức làm giảm tổng trở đường dây để tăng khả truyền tải Tụ nối tiếp dùng để điều chỉnh dịng cơng suất mạng cách thay đổi số lượng tụ tham gia Sự tăng khả tải cải thiện tính ổn định HT Tụ nối tiếp giúp giữ điện đầu nhận đường dây truyền tải mức hợp lý

Một tụ nối tiếp đường dây gồm nhiều tụ nhỏ ghép nối tiếp song song để có dung trở lớn dòng điện định mức cao Tụ điện nhạy cảm với điện áp tuổi thọ thấp so với đường dây nên tụ phải bảo quản, bảo trì thường xuyên Tụ điện nằm mạng điện dễ gây tượng cộng hưởng với phần tử khác có tính chất cảm kháng

Thơng thường, có tụ đường dây tụ chia thành hai hay nhiều hơn, đặt vị trí khác đường dây Dạng phổ biến tụ đầu đường dây Việc chia nhỏ nhiều tụ đặt nhiều vị trí khác đường dây làm cho điện áp toàn đường dây phẳng Nếu tụ đặt đường dây chia nhỏ đặt đầu cuối đường dây tryền tải khác điện áp hướng công suất kháng thay đổi nhỏ

Nếu cơng suất kháng phát theo hướng nên đặt tụ đầu nhận đường dây truyền tải để có điện áp chất lượng tốt cuối đường dây truyền tải

Tụ điện chọn phải chịu điện áp NM xảy HT dịng điện cố lớn qua tụ. Do đó, tụ phải BV chống điện áp khe hở khơng khí, hay ngày thường dùng điện trở khơng tuyến tính Cần xác định vị trí tụ để khe hở khơng khí khơng phóng điện với cố bên đường dây, trường hợp đường dây song song Mất bù lúc với đường dây song song bị cắt tình trạng nặng nề HT Không thể thỏa mãn yêu cầu tụ đặt gần đầu đường dây khe hở khơng khí BV tụ nối tiếp chống điện áp Một vài sơ đồ mở tự động MC nối tắt tụ dùng để nhanh chóng đưa tụ vào mạng điện Điện trở BV tụ đáp ứng thuận lợi trường hợp tồn tụ khơng bị ngắt phần dòng điện NM qua điện trở (H.8.56)

MC K

X11 X12

XC

a)

MC

X11 X12

XC

b) R

Hình 8.56 Bảo vệ tụ khe hở khơng khí A (a) điện trở phi tuyến (b)

Tỷ số dung trở tụ kháng trở đường dây gọi hệ số bù k

12 11 X

X X

X X

k C = C +

=

Hệ số bù thường khoảng 40% đến 60%

8.6.2 Các vấn đề thường gặp bảo vệ đường dây có tụ nối tiếp

- Kháng trở âm tập trung tụ nối tiếp với kháng trở dương rải đường dây

- Thay đổi tổng trở biểu kiến đo rơle khoảng cách tùy thuộc vào khe hở BV tụ có phóng điện hay khơng

- Đảo ngược điện áp dòng điện tổng trở NM âm

- Dao động đồng mạch R_L_C nối tiếp tụ với tổng trở nguồn đường dây

- Không đối xứng khe hở BV đưa đến xuất thành phần thứ tự nghịch - Q trình q độ dịng NM chậm mạch R_L_C xuất thêm thành phần độ

dưới đồng

1- Tổng trở biểu kiến

Hình 8.57 8.58 biểu diễn tổng trở biểu kiến rơle đặt A tụ đặt đầu đường dây

Trong hình 8.57, đường dây ACD’B’ đường tổng trở biểu kiến đo khe hở phóng điện (nối tắt tụ) cịn đường ACDB khe hở khơng phóng điện (tụ tham gia nối tiếp)

Nhận xét rằng, có NM sau tụ (điểm N), khơng nối tắt tụ tổng trở biểu kiến đo nhỏ hơn, giống cố dời đến gần nguồn A Trong trường hợp này, đưa đến tượng tầm Để tránh tượng tác động nhầm BV, khoảng cách cấp I cần chỉnh định trị số đặt cấp I nhỏ

Trong hình 8.58, đường AD’ đường đo nối tắt tụ, đường ACD tụ tham gia nối tiếp với đường dây Nhận xét rằng, NM N, có tụ tham gia (khe hở khơng phóng điện) tổng trở đo có giá trị âm, giống NM trước trạm A (ngược hướng) Để BV làm việc trường hợp cần dùng phận phát ngược hướng

RZ K

D C

X = 50%11 X = 50%C X = 50%12 N

X

B’ D’

C B

D A

R

ACDB (có tụ nối tiếp) ACD’B’ (tụ nối tắt)

A B

RZ K

D C

X = 70%C X = 100%L N

X B’

D’ C

A

R

ACDB (có tụ nối tiếp) AB’ (tụ nối tắt)

A B

C 100%

B

70% D Hình 8.57 Tổng trở biểu kiến

đo rơle đặt trạm A khi tụ đặt đường dây

Hình 8.58 Tổng trở biểu kiến đo được rơle đường dây có tụ bù nối tiếp tụ đặt đầu đường dây

X = 0,6XC L

X C

2 = 0,3X1 X C

2 L

3

L

X C

2 = 0,3X1

X C

2

0,4XL

L

XL XC

3

XL

XC

2 XC

0,4XL

L

0,4XL

XC

2 XC

a) b) c)

Hình 8.59 Tổng trở đo rơle theo vị trí đặt tụ khác a) Tụ đặt cuối đường dây; b) Tụ đặt rải; c) Tụ đặt hai đầu đường dây

2- Sự đảo điện áp (điện áp âm)

Trong trường hợp tụ điện nối tiếp tham gia vào đường dây, |Xs + XL1|>|Xc|, điện

áp đo lường vị trí rơle bị đảo ngược chiều Điều gây tác động nhầm cho rơle định hướng công suất Hiện tượng minh họa hình 8.60

|Xs+ XL1|>|Xc|

với: Xs - kháng trở nguồn

Xc - kháng trở tụ

XL1 - kháng trở đường dây

3- Sự đảo chiều dòng điện (dòng điện âm)

Tình trạng dịng điện đảo chiều xảy đường dây có tụ nối tiếp kháng trở âm tụ nối tiếp lớn tổng kháng trở nguồn

đường dây tính đến điểm NM |Xc| > |Xs + XL

(H.8.61)

|Xc| > |XS+ XL|

Trong trường hợp này, dòng điện NM có tính “dung”, nghĩa dịng sớm pha so với áp, lúc phận định hướng đánh giá nhầm Do đó, lưu ý tượng Tuy nhiên, dòng dung tạo điện áp tăng HT truyền tải làm khe hở phóng nối tắt tụ

Những điều nêu trên, yêu cầu chỉnh phận đo đạc khoảng cách, phải chỉnh định ngắn để tránh tầm Hơn nữa, cố gần rơle xuất bên ngồi vùng ngắt rơle khoảng cách Những tình trạng xảy trước tụ bù nối tắt, mà phải tốn thời gian để nối tắt tụ Một số HTBVĐD thiết kế để chờ tụ bù nối tiếp nối tắt trước lúc xác định rõ cố để ngắt Tuy nhiên, số trường hợp đường dây có bù nối tiếp, thời gian làm trễ không chấp nhận Trong trường hợp này, sơ đồ rơle phải có

~

RZ

N XL1

XS

XC

IN

Um Lúc cố

Trước cố Điện áp

U

Hình 8.60 Đảo ngược điện

trên đường dây có tụ nối tiếp

~ +XS -XC +Xl1 N

IN

Um

Hình 8.61 Đảo ngược dòng điện

trên đường dây có tụ nối tiếp

khả giải cách xác bất chấp tình trạng thiết bị nối tắt, xuất tần số đồng đại lượng đo được, đảo dòng điện hay điện áp thay đổi độ xảy cố hoạt động thiết bị nối tắt

Tóm lại, đường dây có tụ nối tiếp dùng rơle khoảng cách, trường hợp phải khảo sát cụ thể Các rơle khoảng cách dùng phải có đặc điểm thiết kế đặc biệt, mạch nhớ Để khắc phục thay đổi tổng trở đo đạc gây nên cố, phóng điện khe hở khơng khí điện trở phi tuyến, chỉnh định vùng tác động phải giữ nhỏ chỉnh định tính tốn cho đường dây với tụ bù nối tiếp không nối tắt Hơn nữa, tầm chỉnh vùng tầm phải lớn tính tốn cho đường dây khơng có bù nối tiếp

4- Ảnh hưởng tượng độ

Khi có cố xảy đường dây, đưa đến thay đổi đột ngột HT, thay đổi với đáp ứng độ Ngay sau cố độ tần số cao (100 - 1000Hz) bị kích thích kháng trở dung trở HT đáp ứng thay đổi mạng Giả sử rằng, cố đủ lớn để tạo nên nối tắt tụ điện, rơle phát dòng điện điện áp thay đổi khác nhiều Hơn nữa, q trình từ đường dây khơng có cố khơng nối tắt tụ đến có cố nối tắt tụ, HT chịu thay đổi độ nhanh Rơle phải thiết kế để có định xác với trình trạng HT thay đổi nhanh này, mà bao gồm cộng hưởng độ tần số siêu đồng đồng Trong điều kiện rơle phải làm việc nhanh tin cậy

Đáp ứng độ HT cố gây có hai loại: quá độ tần số cao độ tần số thấp Quá độ tần số cao tần số tự nhiên nối tiếp kháng trở dung trở HT Bất kỳ thay đổi mạng, chẳng hạn cố hay nối tắt tụ bù nối tiếp, yêu cầu điều chỉnh lại lượng chứa kháng trở đường dây tụ phân bố, tạo nên dịng có tần số cao chạy mạng Đặc tính tiêu biểu đường dây siêu cao áp cho cố NM pha chạm đất mô tả bảng 8.5

Bảng 8.5 Các đặc tính tình trạng cố xảy đường dây truyền tải siêu cao áp

Sự cố NM nhiều pha Sự cố NM chạm đất

Tổng trở đặc tính, ZC 300 Ω 600 Ω

Tốc độ truyền tín hiệu × 105 km/s × 105 km/s

Thời 35 75ms

R L

1 1= −

=

τ 15ms

R L

o o o= ≤ τ

Độ lớn ban đầu dòng cố kết hợp với cố NM pha hay cố chạm đất tính tốn cách giả sử rằng, sóng điện áp chạy từ cố bao gồm độ lớn sóng chạy theo hướng Sau đó, tính tốn giá trị hiệu dụng dòng ban đầu

C day

Z V I

3 ,

= (A)

Sự độ khởi đầu tạo thành thành phần chu kỳ với tần số dao động hàm số khoảng cách đến cố tổng trở nguồn, tổng quát, tần số tham khảo bảng 8.6

Bảng 8.6 Tần số dao động độ

Độ dài đường dây (km) Tần số (Hz) Độ dài đường dây (km) Tần số (Hz)

150 500 -1000 600 125 - 250

300 250 - 500

Các tần số lớn 1000Hz có độ lớn 15% thành phần Các dịng có tần số cao suy giảm nhanh chóng theo số thời gian bảng 8.5, tồn vài chu kỳ lớn thời gian cắt bình thường rơle HTBV tác động nhanh Hầu hết rơle thiết kế làm việc theo tần số phải lọc hết thành phần độ tần số cao cách sử dụng lọc thông thấp Trên đường dây truyền tải dài, độ tần số cao khác hồn tồn hai đầu đường dây Các rơle giống hai đầu đường dây nhận thấy dịng, áp độ hoàn toàn khác Phạm vi thành phần độ tần số cao lớn, cố xảy vị trí mạng, nên khó khăn để dự đốn mức đo lường xác

Quá độ tần số thấp cộng hưởng xảy tụ nối tiếp với kháng trở nối tiếp mạng ln có độ với tần số tần số đồng Khi cố xảy ra, HT có tụ bù nối tiếp chịu độ chuyển từ trước cố đến trạng thái cố Như mô tả mặt phẳng Z, quỹ tích tổng trở biểu kiến di chuyển từ giá trị trước cố, thường cách xa gốc tọa độ đến vị trí gần gốc dọc theo tổng trở đường dây Sự độ gây ảnh hưởng đến phận đo khoảng cách tầm tầm gây phát sai hướng Sự sai lệch tầm khắc phục lọc thơng thấp giá trị đo Sự sai lệch hướng làm phân cực rơle, sử dụng điện áp pha không cố hay phân cực với mạch nhớ Tính chất độ tần số thấp hoạt động giống với thành phần khơng chu kỳ, dịng NM gây bão hòa MBI Tuy nhiên, nhờ tụ bù nối tiếp, nên khơng có thành phần khơng chu kỳ đường dây có bù nối tiếp Một nghiên cứu cho thấy rằng, đặc tính MBI thỏa mãn thành phần chiều, thích hợp có mặt tần số khơng đồng tín hiệu Theo quy định, rơle BVĐD phải thiết kế để làm việc cách xác cho dù có mặt thành phần độ tần số thấp Quá độ tần số thấp gây vấn đề cộng hưởng đồng

5- Các ảnh hưởng cộng hưởng đồng

Một vấn đề khác ảnh hưởng đến HTBV đường dây có bù nối tiếp tượng cộng hưởng đồng Đây tình trạng cộng hưởng xảy với mạch LC nối tiếp, tần số cộng hưởng tính

f k

X X f X X LC

f o

L C o L C o

er =

π ω π

=

2

1

với: fer - tần số cộng hưởng HTĐ

fo - tần số HT

XL - kháng trở đường dây tần số

Tần số dao động nhỏ tần số bản, dung trở ln ln nhỏ kháng trở đường dây Trong thực tế, tần số cộng hưởng đồng nằm khoảng từ 15% đến 90% tần số mạng

Đáp ứng tần số đồng với thành phần đồng dòng điện điện đo đạc rơle BVĐD truyền tải Bởi tần số tương đối thấp, nên khó khăn để lọc thành phần tần số đồng cách nhanh chóng đề thỏa mãn tốc độ nhanh rơle Vì lý này, nên rơle BVĐD thường thiết kế để hoạt động cách xác dịng điện điện áp có mặt thành phần đồng Thành phần tần số đồng tương đối lớn đỉnh dịng điện vượt đỉnh dòng điện đường dây khơng có bù nối tiếp thêm vào giá trị đồng đồng Các dịng điện lớn làm thiết bị áp tụ bù nối tắt tụ bù

6- Ảnh hưởng không cân tổng trở pha

Không cân tổng trở pha xảy ảnh hưởng HT nối tắt tụ không đối xứng Một vài phương thức dùng để giải vấn đề Một phương thức đơn giản yêu cầu tụ nối tắt trước rơle cắt Điều làm trễ thời gian ngắt cố nên không chấp nhận số trường hợp Một phương thức khác lắp đặt rơle riêng lẻ cho pha Trường hợp mắc hơn, thường sử dụng đường dây siêu cao áp để khắc phục cố không cân tổng trở pha

8.6.3 Khảo sát ảnh hưởng tụ nối tiếp lên loại bảo vệ khác

Các đường dây có tụ nối tiếp có vai trị quan trọng HT truyền tải không cho phép cắt chậm cố Điều cho thấy cần thiết lắp đặt BV kết hợp với HT thông tin BV phổ biến BVKC tầm cho phép

Hầu hết vấn đề BV đường dây có tụ bù nối tiếp xuất sử dụng BVKC Với lý đó, ta nên phân tích ảnh hưởng tụ nối tiếp với BVKC tìm cách BV BV khác, BVKC bổ sung để đối phó với vấn đề gặp phải đường dây có tụ bù nối tiếp với sơ đồ BV khơng tồn phần với sơ đồ BV toàn phần

1- Bảo vệ khoảng cách

Vùng BVKC phải có giá trị nhỏ kháng trở đường dây có tụ bù nối tiếp (H.8.62) Khi khơng tính đến tụ khơng bị nối tắt lúc NM, trị số đặt vùng I

ZI = 0,85

× [X11 + X12 - XC]

X11

X12 caáp I

caáp II

cấp I cấp II

Hình 8.62 Tầm chỉnh định bảo vệ cấp I II bảo veä

khoảng cách đường dây có tụ bù nối tiếp

Xc

X12

caáp I

caáp II

caáp I

cấp II

Hình 8.63 Tầm bảo vệ cấp I II bảo vệ khoảng cách tụ bị nối tắt

G X11

Choïn vùng I theo: ZI = 0,85

× (X11 + X12 – XC)

Chọn vùng II theo: ZII = 1,2

× (X11 + X12), tính đến nối tắt tụ để đảm bảo không bị

tầm vùng II

Vì có đoạn vùng BV cấp I không trùng (khoảng G) nên khoảng bị cắt chậm (cắt có thời gian trễ), dùng sơ đồ BVKC tầm cho phép mà phải dùng sơ đồ BVKC tầm hay dùng sơ đồ BV khác

Bảo vệ tầm phải sử dụng tụ điện bị lập BV cấp I sử dụng để BV tất đường dây BV dự bị để ngắt cố gần chỗ đặt BV BV tầm thường dùng vùng BV BV cấp II Khi tụ điện khơng ngắt BV cấp A BV cấp II có tượng tầm lớn, điều không phù hợp với quan điểm BV an tồn (H.8.64)

Lúc tụ điện bị nối tắt: ZA =1,2

× (X11 + X12)

X11 X12

Hình 8.64 Bảo vệ khoảng cách tầm cho phép

Vuøng A Vuøng A

Xs1 Xs2

Tổng trở rơle âm, dòng cố dương

Giả sử [XC] > [X11] cố ba pha phía sau tụ (H.8.65) Tổng trở đo rơle tính từ điểm

Trạm Traïm Traïm

X1

X2

X3

I3

I2

I1

X11 XC

I

a)

X

R X1

X C I

I1

X 11 I

I1

Zr1

Xr1

b)

Hình 8.65 Bảo vệ khoảng cách cho đường dây lân cận bị ảnh hưởng kháng trở âm

Quan sát hình 8.65, giả sử [XC] > [X11]

Kháng trở đo rơle trạm 1: XR1 = X1 – I/I1 × (XC – X11)

Kháng trở đo rơle trạm 2: XR2 = X2 – I/I2 × (XC – X11)

Kháng trở đo rơle trạm 3: XR3 = X3 – I/I3 × (XC – X11); I = I1 + I2 + I3

với XR kháng trở đo rơle đầu trạm 1, 2,

Nếu [XS1 + X11] > [XC] (H.8.66), dòng cố hướng với dòng cố tụ nối

tắt, sử dụng đặc tính vịng trịn qua gốc O, rơle khơng làm việc Tuy nhiên, rơle có mạch nhớ để bao phủ vùng tổng trở sử dụng để BVNM nhiều pha (H.8.66).

X X

12

R zs1

xC

X11

MHO

MHO đặc biệt

ZS

XC

X11

X

X12

R

Zs

XC

X11

X

X12

R

Hình 8.66 Đặc tính của

bảo vệ khoảng cách Hình 8.67 khởi động MHO đặc biệt Đặc tuyến

Hình 8.68 Đặc tuyến khởi động hình tứ giác

Nếu BVKC có phần tử chống chạm đất tổng trở âm xảy [3XC] > [2X111 + X110]

BVKC có đặc tuyến đặc biệt khơng qua gốc O phát cố chạm đất tổng trở âm nằm đường đặc tính khởi động Vùng cắt cố tổng trở âm phụ thuộc vào độ lớn tổng trở nguồn kết tính tốn phải tính từ trường hợp Xem hình 8.67 hình 8.68

Bảo vệ khoảng cách đường dây lân cận cho hình 8.65 bị ảnh hưởng tổng trở âm Nếu xét đến nguồn cố NM đường dây khác điện áp rơi âm XC tăng lên

Tổng trở rơle âm, dòng cố âm

Nếu {XC}>{X11 +XS1} cố xảy phía sau tụ bù (H.8.69), tổng trở đo đường

dây âm dòng cố có hướng ngược với dịng cố đường dây khơng có tụ bù nối tiếp Tình trạng dịng điện ngược hướng trì khe hở khơng khí phóng điện Đơi khi, khe hở khơng khí khơng phóng điện, giá trị dịng điện NM nhỏ dịng tối thiểu làm khe hở khơng khí phóng điện Dịng cố âm gây điện áp cao mạng điện Trình trạng giống hai trường hợp khe hở không khí điện trở khơng tuyến tính sử dụng Tuy nhiên, tùy thuộc vào tầm chỉnh định điện trở, dịng cố phóng qua thành phần điện trở

11 12

XL11 XL10 X

XS10S11

L21 L20

X X

X XS20S21

Hình 8.69 Dòng ngắn mạch âm

Những vấn đề nói liên quan đến cố NM ba pha hay hai pha, dòng NM âm có cố NM pha chạm đất Điều kiện để dòng NM âm trường hợp NM chạm đất

[3XC] > [2XL11 + XL10 + 2XS11 + XS10]

Một HT có BV tốt phải có khả xử lý hai trường hợp dòng NM âm dương trường hợp tương tự xảy

Bảo vệ khoảng cách hoạt động tốt trường hợp dòng NM âm phận định hướng phát hướng nhầm Vì vậy, cố có tồn dịng NM âm BVKC khơng phải BV thích hợp, cố xảy Trong mạng điện bình thường khe hở khơng khí phóng điện trường hợp

Cách xác định vùng bảo vệ

Sơ đồ so sánh hướng yêu cầu đo đạc khoảng cách Đối với sơ đồ tầm, tổng trở khởi động nhỏ tổng chiều dài đường dây Sơ đồ tầm mở rộng tầm vượt qua đầu cuối phía xa đường dây BV Những đo đạc khoảng cách bị ảnh hưởng tụ bù nối tiếp gây sai số đo đếm rơle

Sơ đồ tầm: BV tầm đường dây truyền tải cho phép tầm vùng I điều chỉnh ngắn so với chiều dài đường dây, với chỉnh định phổ biến khoảng 80% đến 90% tổng chiều dài đường dây Sai số phận đo đạc khoảng cách phụ thuộc vào bố trí tụ bù nối tiếp đường dây giả định liên quan đến nối tắt tụ điện thực việc chỉnh định tầm rơle Hình 8.70 cho thấy ba xếp thông dụng cho tụ nối tiếp yêu cầu chỉnh định tầm, mô tả giá trị hS

hS= L S

X X

Tổng trở sử dụng tính tốn, lúc tầm chỉnh định số phức, đường dây cao áp cần tính theo kháng trở X

XS phụ thuộc nhiều vào có mặt hay nhiều tụ bù nối tiếp tụ điện

được giả sử diện hay bị nối tắt Để tính tốn cho thay đổi này, biểu diễn Xs hàm

XS = fS (XLi, XCK, mS, b)

với: XLi - kháng trở i nối XS; XCK- dung trở k nối XS

mS - khoảng cách (đvtđ) từ tụ cuối đến điểm cuối tầm đặt

b - biểu diễn chức đóng ngắt nhị phân phận nối tắt tụ bù

hs

ms

R

XL1 Xc

b

XL2

R b

Q

Q b

R Q

a)

b)

c)

ms

hs

XL2

ms

ms

(A)hs

B(h )s

XL1 X

c1 XL2 Xc2 XL3

Hình 8.70 Các trường hợp khảo sát theo vị trí tụ

Cơng thức cho thấy XS lớn đoạn đường dây đoạn biểu

thị số i Tương tự XScó nhiều tụ nối tiếp mơ tả bảng số k Thông số mSlà

một khoảng cách đo đạc từ tụ cuối đến ngưỡng tầm Sự đo đạc không bị ảnh hưởng nối tắt tụ điện Thông số b thơng số nhị phân thể đóng mở, cho biết số tụ bù nối tiếp có bị nối tắt hay khơng Chức mơ tả cơng thức tốn học sau:

XC= bXCO = XCO b = (bộ phận nối tắt mở)

hoặc XC = bXCO = b = (bộ phận nối tắt đóng)

với XCO dung kháng lúc bình thường tụ bù

Xét tổng trở đo rơle đặt nơi cố cho cố vị trí ngưỡng tầm điểm cuối BV Tầm mơ tả hàm

XR = fR(XLi, XCK, m, b)

XR - hàm giống hàm XS

Tại ngưỡng tác động

fS(XLi, XCK, mS, bS) = fR(XLi, XCK, m, bR)

Phương trình giải tìm thơng số m đo rơle để định rõ theo giá trị khác mS

Đối với đường dây truyền tải cho trước, tính chỉnh định tầm sau XS = mSi ∑ ∑

= = − C óN N K CK N i Li X X 1

Ví dụ, xét đến tình trạng HT hình 8.70 trường hợp một, với tụ bù đường dây Trong trường hợp này, chỉnh định tầm đặt phụ thuộc vào giả định liên quan đến nối tắt tụ bù nối tiếp

hS = L S

X X

(S1) Tầm đặt với giả sử tụ nối tiếp bị nối tắt (b = 1)

hS1 =

L L S L L X X m X

X 1 3

+

(S2) Tầm đặt với giả sử tụ bù nối tiếp không bị nối tắt (b = 0)

hS2 =

L L S L L L L S L C L X X m k X X X X m X X

X 1 3 1 3

+ − =

+ −

với k là hệ số bù

Bây giờ, với cố ngưỡng tầm (m = mS) viết vùng BV thực

tế rơle hai cách, phụ thuộc vào hoạt động nối tắt Sau đó, so sánh tầm rơle BV với tầm chỉnh định sử dụng

(b1, s1) chỉnh định s1, cố m = mS tụ nối tắt (b = 1)

hR =

L L S L L X X m X

X + ; h

S1 =

L L S L L X X m X

X + hR = hS1

(b1, s2) chỉnh định s2, cố m = mS tụ nối tắt (b = 1)

hR=

L L S L L X X m X

X + ; h

S2 =

L L S L L X X m k X

X − + → h

R = hS2 + k

Chúng ta tính cho hai trường hợp tụ không nối tắt lúc cố (b0, b1) chỉnh định s1, cố m = mS không nối tắt tụ (b = 0)

hR=

L L S L L X X m k X

X − + ; h

S1 =

L L S L L X X m X

X + → h

R= hS1 – k

(b0,b2) chỉnh định s2, cố m = mS không nối tắt tụ (b = 0)

hS2 =

L L S L L X X m k X

X 1 3

+

− → hR = hS2

Bảng 8.7 Tính tốn m cho cố ngưỡng tầm ngắt trường hợp (a) Sự nối tắt giả sử cho

chỉnh định rơle

Giá trị hR cố ngưỡng tầm

Nối tắt Không nối tắt

Coù: S1 hR = hS1 hR = hS1 – k

Khoâng: S2 hR = hS2 + k hR = hS2

Từ bảng trên, ta thấy tầm đo rơle với chỉnh định giả sử liên quan đến đóng ngắt nối tắt đúng, tầm không giả sử không khớp với tầm đo Nếu hệ số bù lớn, sai lệch tầm đo lớn Trường hợp với hR= hS1 – k diễn tả tình

trạng tầm Hơn nữa, chỉnh định tính tốn với giả sử khơng nối tắt (b = 0), tầm BV rơle q đường dây BV, tình trạng mà khơng thể chấp nhận đưa đến tác động nhầm Vì thế, với BV tầm tốt chỉnh định tầm rơle cho vùng với giả sử nối tắt tụ bù xảy Tụ bù không nên bị nối tắt suốt cố, mâu thuẫn với giả sử chỉnh định, tầm lớn mong muốn Điều đưa đến khoảng đường dây bị NM bị cắt với thời gian vùng trễ, tác động nhầm tránh Tuy nhiên, độ lớn chấp nhận sai số phải xem xét

Thật quan trọng xét đến nối tắt tụ bù việc chỉnh định tầm rơle Sự nối tắt tụ điện phụ thuộc vào vị trí cố tỷ số bù Một tính tốn hữu ích việc ước tính khả nối tắt cho cố ngưỡng tầm ngắt, giống với cố đường dây Cũng có xem xét thiết kế, cố vị trí đó, tụ bù bị nối tắt tụ khác không bị nối tắt Điều phụ thuộc vào tỷ số bù, vị trí đặt tụ bù đường dây truyền tải phụ thuộc vào độ lớn dòng điện gây nên cố

Sơ đồ tầm:Được thiết kế vùng I kéo dài đầu xa đường dây truyền tải có bù nối tiếp Một ví dụ cho sơ đồ tầm mơ tả hình 8.71 Độ q tầm khoảng 20 - 50% tổng trở đường dây Sự tính tốn tầm phụ thuộc vào cỡ vị trí đặt tụ bù nối tiếp đường dây N, đường dây L vị tụ bù nối tiếp nằm tầm Cả tầm chỉnh định tầm đo thực phụ thuộc vào nối tắt tụ điện hai đường dây Sự tầm phải lớn đủ để bao phủ Q tụ bù bị nối tắt lý

R

b

XL2

b

Q Xc1 XC2

XL1 XL3

b

XN1

b

G XN3

XN1

XS

Đường dây L Đường dây N

XCN1 XCN2

Hình 8.71 Bảo vệ theo phương pháp BVKC tầm cho phép

Chúng ta viết cơng thức tổng qt tầm chỉnh định đơn vị tương đối cho trường hợp tầm sau

hS = – kL+ ∑ ∑

= =

− CN

XN N

k L

CNk N

i L

Ni

i XX XX

m

1