Bài giảng bảo vệ rơle đã được biên soạn theo chương trình giảng dậy làm tài liệu nghiên cứu cho các giảng viên và sinh viên. Nội dung được biên tập làm 4 chương như sau: Những vấn đề cơ bản về bảo vệ rơle và tự động hóa; Các nguyên lý thực hiện bảo vệ mạng và phụ tải điện bằng rơle; Bảo vệ các phần tử hệ thống điện trong xí nghiệp công nghiệp; Tự động hóa trong hệ thống điện.
LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ kinh tế nước ta yêu cầu chất lượng độ tin cậy cung cấp điện ngày nghiêm ngặt, điều địi hỏi hệ thống bảo vệ rơle phải ln cải tiến hồn thiện Những thành tựu to lớn khoa học kĩ thuật cải cách lĩnh vực khác vật liệu điện, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin,… Cho phép chế tạo loại rơle đại nhiều tính gọn nhẹ đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle tác dộng nhanh, nhạy, tin cậy chọn lọc Mặc dù có nhiều tính đại với loại sơ đồ bảo vệ rơle hệ hoạt động theo nguyên lý hoạt động cổ điển, việc thay loại rơle điện từ rơle kỹ thuật số áp dụng rộng rãi Bài giảng bảo vệ rơle biên soạn theo chương trình giảng dậy làm tài liệu nghiên cứu cho giảng viên sinh viên Bộ môn kỹ thuật điều khiển biên tập môn học làm chương: Chương I: Những vấn đề bảo vệ rơle tự động hóa Chương II: Các nguyên lý thực bảo vệ mạng phụ tải điện rơle Chương III: Bảo vệ phần tử hệ thống điện xí nghiệp cơng nghiệp Chương IV: Tự động hóa hệ thống điện Với kinh nghiệm giảng dạy, kiến thức tích lũy nhiều năm tác giả môn “Kỹ thuật điều khiển” biên tập nội dung kiến thức vấn đề cập nhật tốt kiến thức tiến khoa học kỹ thuật Nội dung chương viết theo tổng thể có tập mẫu tạo điều kiện cho sinh viên tự học nghiên cứu trình biên soạn tác giả tham khảo tài liệu, trao đổi ý kiến chuyên môn với đồng nghiệp song không tránh khỏi thiếu sót mong thầy bạn đọc đóng góp ý kiến mơn “Kỹ thuật điều khiển” để tập giảng bảo vệ rơle hoàn thiện i ii MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ BẢO VỆ RƠLE i VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 1.1 Khái quát chung 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các phép logic dùng bảo vệ rơle 1.1.3 Các yêu cầu bảo vệ rơle Yêu cầu chống ngắn mạch Đối với chế độ làm việc bất bình thường 1.1.4 Nguồn điện cung cấp cho mạch bảo vệ thiết bị bảo vệ Nguồn thao tác chiều Nguồn thao tác xoay chiều 10 Nguồn chiều cho phần tử thực điện tử, vi mạch 10 Nguồn thao tác tụ tích điện 10 1.2 Rơle bảo vệ sơ đồ nối dây với máy biến điện đo lường 12 1.2.1 Rơle bảo vệ 12 Rơle điện từ 12 Rơle tĩnh (static relay) 17 Rơle kỹ thuật số gọi tắt rơle số 20 1.2.2 Sơ đồ nối dây rơle bảo vệ với máy biến điện đo lường 26 Sơ đồ nối dây đủ 26 Sơ đồ nối thiếu 26 Sơ đồ hiệu dòng hai pha (số 8) 27 Sơ đồ nối máy biến dịng theo hình tam giác rơle – hình 27 Câu hỏi ơn tập chương 29 CHƯƠNG 2: CÁC NGUYÊN LÝ THỰC HIỆN BẢO VỆ MẠNG 30 VÀ PHỤ TẢI ĐIỆN BẰNG RƠLE 30 2.1 Bảo vệ dòng điện 30 2.1.1 Ý nghĩa bảo vệ dòng điện 30 2.1.2 Bảo vệ dòng điện cực đại 30 Dòng điện khởi động bảo vệ 31 Độ nhạy bảo vệ 32 Đặc tính thời gian bảo vệ dòng điện cực đại 33 Sơ đồ thực bảo vệ dòng điện cực đại 38 iii 2.1.3 Bảo vệ dòng cắt nhanh 41 Tính tốn bảo vệ cắt nhanh 41 Sơ đồ thực bảo vệ cắt nhanh 42 2.1.4 Sơ đồ bảo vệ dòng điện dùng rơle kỹ thuật số 45 2.1.5 Đánh giá bảo vệ dòng điện 47 2.1.6 Ví dụ 48 2.2 Bảo vệ dịng điện có hướng 64 2.2.1 Nguyên lý tác động 64 2.2.2 Rơle công suất bảo vệ dịng điện có hướng 65 2.2.3 Tính tốn bảo vệ có hướng 66 Xác định dòng điện khởi động 66 Thời gian tác động bảo vệ 67 Vị trí đặt cấu định hướng 68 Độ nhạy 68 Vùng chết (blind spot) 68 2.2.4 Sơ đồ thực bảo vệ dịng điện có hướng 69 2.2.5 Đánh giá phạm vi áp dụng bảo vệ dịng điện có hướng 71 Tính chọn lọc: 71 Tác động nhanh: 72 Độ nhạy: 72 2.2.6 Ví dụ 73 2.3 Bảo vệ so lệch 76 2.3.1 Nguyên lý tác động bảo vệ so lệch 76 Sơ đồ dịng tuần hồn 76 Sơ đồ loại cân áp 77 Nguyên lý bảo vệ so lệch ngang 78 2.3.2 Các biện pháp nâng cao độ nhạy bảo vệ so lệch 79 Sơ đồ mắc điện trở phụ mạch rơle 79 Sơ đồ bảo vệ dùng máy biến dòng bão hòa trung gian 80 Bảo vệ dùng rơle so lệch có hãm: 81 2.3.3 Rơle bảo vệ so lệch 82 Rơle bảo vệ so lệch điện từ 82 Rơle so lệch kỹ thuật số 83 2.3.4 Tính tốn bảo vệ so lệch 86 Đối với đường dây 87 iv Đối với máy biến áp 87 Đối với máy phát 87 Tính toán chỉnh định rơle kỹ thuật số 88 2.3.5 Ví dụ 89 2.4 Bảo vệ khoảng cách 97 2.4.1 Nguyên tắc hoạt động 97 2.4.2 Đặc tính thời gian vùng tác động bảo vệ khoảng cách 98 2.4.3 Sơ đồ thực bảo vệ khoảng cách 100 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy bảo vệ khoảng cách 101 Ảnh hưởng điện trở độ đến làm việc phận khoảng cách 101 Ảnh hưởng dòng điện bổ xung từ trạm biến áp 101 Ảnh hưởng tổ nối dây máy biến áp: 102 Ảnh hưởng sai số BI BU: 103 2.4.5 Đánh giá phạm vi áp dụng bảo vệ khoảng cách 103 Tính chọn lọc : 103 Tác động nhanh : 104 Độ nhạy : 104 Tính đảm bảo : 104 2.4.6 Ví dụ : 105 2.5 Bảo vệ cao tần vô tuyến 119 2.5.1 Khái quát 119 2.5.2 Bảo vệ có hướng dùng khóa cao tần 120 Nguyên tắc làm việc: 120 Sơ đồ thực bảo vệ: 120 Hoạt động sơ đồ ngắn mạch: 121 Lí đặt hai rơle dòng phận khởi động: 124 Đặc điểm làm việc bảo vệ ngắn mạch đường dây chế độ có nguồn cung cấp phía: 124 2.5.3 Bảo vệ so lệch pha cao tần 124 Nguyên tắc làm việc: 124 Sơ đồ thực bảo vệ: 125 Hoạt động bảo vệ ngắn mạch: 127 Lí đặt rơle phận khởi động bảo vệ: 129 Bộ phận điều khiển: 129 Tính chọn trị số đặt độ nhạy bảo vệ: 130 v CHƯƠNG 3: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐIỆN 133 TRONG XÍ NGHIỆP CƠNG NGHIỆP 133 3.1 Bảo vệ máy phát động điện 133 3.1.1 Khái quát 133 3.1.2 Bảo vệ cố phần tĩnh máy phát điện 133 Bảo vệ dòng điện 133 Bảo vệ so lệch 135 Bảo vệ khoảng cách 137 3.1.3 Bảo vệ ngắn mạch chạm mass mạch kích từ 138 Chống chạm mass điểm 138 Bảo vệ chống ngắn mạch chạm mass hai điểm mạch kích từ 139 3.1.4 Bảo vệ chế độ làm việc khơng bình thường máy phát 140 Bảo vệ chống áp 140 Bảo vệ chống giảm áp 141 Bảo vệ chống tải 141 Bảo vệ chống dịng cơng suất ngược 141 Bảo vệ chống kích từ 142 3.1.5 Sơ đồ bảo vệ máy phát động điện 142 Sơ đồ bảo vệ máy phát 142 Sơ đồ bảo vệ động điện 147 3.2 Bảo vệ máy biến áp 153 3.2.1 Khái quát 153 Sự cố bên MBA: 153 Dòng điện từ hố tăng vọt đóng MBA khơng tải: 154 Sự cố bên ảnh hưởng đến tình trạng làm việc MBA: 155 3.2.2 Bảo vệ cố MBA 155 Bảo vệ dòng điện: 155 Bảo vệ so lệch dọc: 156 Bảo vệ MBA ba cuộn dây dùng rơle so lệch có hãm: 157 Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây MBA: 158 Bảo vệ MBA tự ngẫu: 160 3.2.3 Bảo vệ dịng điện thứ tự khơng cho MBA 161 3.2.4 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp 162 3.3 Bảo vệ đường dây 164 3.3.1 Khái quát 164 vi 3.3.2 Bảo vệ ngắn mạch đường dây 164 Bảo vệ dòng 164 Bảo vệ so lệch đường dây bảo vệ cao tần 166 Bảo vệ khoảng cách 166 3.3.3 Bảo vệ ngắn mạch chạm đất 168 Bảo vệ mạng điện có dịng ngắn mạch chạm đất lớn 168 Bảo vệ chống ngắn mạch mạng điện có dịng ngắn mạch chạm đất nhỏ 170 3.3.4 Bảo vệ 171 Bảo vệ so lệch toàn phận 171 Bảo vệ so lệch khơng tồn phần 172 Câu hỏi ôn tập chương 175 CHƯƠNG 4: TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 176 4.1 Tự động điều chỉnh tần số 176 4.1.1 Khái quát 176 4.1.2 Sơ đồ động học điều chỉnh tần số 177 Sơ đồ động học điều chỉnh tần số với đặc tính tĩnh 177 Sơ đồ động học tự điều chỉnh tần số với đặc tính tĩnh 178 4.1.3 Quá trình tự động điều chỉnh tần số 179 Điều tần cấp 179 Điều tần cấp 181 Điều tần cấp 184 4.1.4 Điều chỉnh tần số trường hợp cố 184 4.2 Tự động điều chỉnh điện áp 187 4.2.1 Khái quát 187 Đặc điểm tự động điều chỉnh điện áp 187 Các loại so đồ điều tự động chỉnh điện áp 187 Phạm vi sử dụng cấu điều chỉnh với đặc tính tĩnh tĩnh 187 4.2.2 Tự động điều chỉnh kích từ theo ngun lý ổn dịng bù dịng 189 4.2.3 Tự động điều chỉnh kích từ máy phát 191 4.2.4 Điều chỉnh điện áp cấu phức hợp 193 4.2.5.Tự động điều áp tải 197 4.2.6 Tự động điều chỉnh điện áp phương pháp điều chỉnh dung lượng tụ bù 199 Sơ đồ tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo điện áp 199 vii Tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo dòng điện 200 Tự động điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên lý thời gian 201 Tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo hướng công suất phản kháng 202 Tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù thyristor 203 4.3 Tự động đóng trở lại nguồn điện 204 4.3.1 Ý nghĩa tự động đóng trở lại nguồn điện 204 4.3.2 Phân loại thiết bị tự động đóng trở lại nguồn điện 204 4.3.3 Các yêu cầu 205 4.3.4 Tự đóng lại đường dây nguồn cung cấp 205 Hoạt động sơ đồ 206 Đặc điểm sơ đồ 207 4.3.5 Phối hợp tự đóng lại với bảo vệ rơle 208 Tăng tốc độ tác động bảo vệ sau TĐL: 208 Tăng tốc độ tác động bảo vệ trước TĐL: 209 TĐL theo thứ tự: 210 4.3.6 Tự đóng lại đường dây hai nguồn cung cấp 211 Câu hỏi ôn tập chương 213 PHỤ LỤC 214 viii CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 1.1 Khái quát chung Hệ thống điện tồn chế độ làm việc khơng bình thường Những hư hỏng dẫn đến ngừng làm việc phần tử hệ thống điện gọi cố Trong số cố, cố ngắn mạch thường xảy nhiều nhất, cố loại thường kèm theo theo dòng giảm áp mạng điện số lệch khỏi giá trị cho phép Khi có dịng điện lớn chạy qua với phần tử hệ thống điện thường bị đốt nóng mức dẫn đến phá hủy thiết bị hỏng cách điện nhiệt lượng dòng điện hồ quang điện áp gây nên Một số dạng cố xảy phần tử: TT Các cố Động Máy phát MBA Đường dây Ngắn mạch pha x x x Ngắn mạch vòng dây x x x Ngắn mạch chạm mát x x x x Ngắn mạch cuộn kích từ x x Quá tải đối xứng x x x x Quá tải không đối xứng x x x x Quá áp cực máy phát Quá tải động Chế độ động đồng 10 Đứt dây x x 11 Mức dầu thấp x x x x x x x Các cố hệ thống điện dẫn đến ổn định nhà máy điện, xí nghiệp cơng nghiệp làm tan rã hệ thống điện dẫn đến cung cấp bị đình trệ cho hộ tiêu thụ gây thiệt hại đến nên kinh tế quốc dân Hiện tượng điện áp giảm tần số thay đổi làm cho động ngừng làm việc, mô men quay nhỏ mô men cản Cách tốt nhanh chóng lập phần tử bị cố khỏi hệ thống điện Nhiệm vụ giải thực nhờ thiết bị tự động bảo vệ mà thường gọi rơle 1.1.1 Khái niệm - Hiệu ứng rơle: Khả thiết bị thay đổi chế độ theo bước nhảy tín hiệu đầu vào đạt đến giá trị định gọi hiệu ứng rơle Ir Ir Itv Itv IKĐ I U UKĐ Hình 1.1 Sơ đồ giải thích hiệu ứng rơle Trên hình 1.1 biểu thị tác động rơle phụ thuộc vào tín hiệu vào Khi tín hiệu vào rơle đạt đến giá trị khởi động IKĐ (UKĐ) xuất tín hiệu Ir tín hiệu vào đạt giá trị trở Itv Sở dĩ giá trị khởi động giá trị trở khác tồn quán tính rơle Giá trị khởi động (pick-up) giá trị mà xuất chuyển động trạng thái rơle Dòng khởi động rơle giá trị nhỏ dòng điện mà làm cho rơle tác động Thiết bị làm việc theo nguyên tắc hiệu ứng rơle gọi rơle Tập hợp thiết bị cảm nhận thu thập thông tin trạng thái phần tử mạch điện nhằm phát định vệ cố gửi thông tin đến cấu thừa hành để thực thao tác cô lập loại cố trì chế độ làm việc bình thường phần tử mạng điện gọi bảo vệ rơle Tóm lại: Bảo vệ rơle hệ thống thiết bị tự động có khả phát nhanh chóng phần tử bị cố lập chúng để trì hoạt động bình thường cho đối tượng bảo vệ - Nhiệm vụ bảo vệ rơle Phát kịp thời cố Nhanh chóng tác động cắt phần tử bị cố khỏi lưới điện Tác động đến cấu khác tự động đóng lặp lại, tự động đóng dự phịng trì chế độ làm việc bình thường hệ thống điện lại Như chất, bảo vệ rơle hệ thống tự động điều khiển đơn gian mà q trình vận hành khơng ngừng tiếp nhận thông tin trạng thái đối tượng bảo vệ dạng dòng điện, điện áp, tần số, … giá trị mã hóa, xử lý thơng tin truyền tín hiệu đến cấu thực hành cần thiết để trì chế độ làm việc bình thường hệ thống điện 67N: Rơle dòng định hướng chống chạm đất 74: Rơle xố giám sát mạch cắt 76: Rơle q dịng DC 78: Mất đồng hay đo góc lệch pha 79: Tự đóng trở lại 80: Rơle phát nguồn DC 81: Rơle tần số 85: Bảo vệ tần số cao, viba hay cáp quang (pilot) 86: Rơle cắt khoá máy cắt 87: Rơle so lệch dọc 87G: So lệch máy phát 87T: So lệch máy biến áp 87B: So lệch góp 87M: So lệch đợng 87L: So lệch đường dây 87N: So lệch chống chạm đất 90: Rơle điều hoà điện 92: Rơle định hướng công suất điện áp 95: Rơle phát đứt mạch thứ cấp BI 96: Rơle 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 TÀI LIỆU THAM KHẢO + Giáo trình, tài liệu chính: [1] Trần Quang Khánh – Bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện, NXB Giáo dục, 2005 [2] Trần Đình Long Bảo vệ hệ thống điện, NXB KHKT, 2000 [3] Trần Đình Long, Trần Đình Chân, Nguyễn Hồng Thái – Bảo vệ rơle hệ thống điện - Đại học BK HN + Tài liệu tham khảo: [4] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê - Cung Cấp điện, NXB KHKT, 1998 [5] Nguyễn Hồng Thái, Vũ Văn Tẩm - Rơle số - lý thuyết ứng dụng, NXB Giáo dục, 2001 [6] http://www.tailieu.vn [7] http://www.ebook.edu.vn ix