Các vùng cắt của rơle bảo vệ đờng dây 7SA511 có đặc tính đa giác, đợc xác định bởi đặc tính hớng và các giá trị điện trở, điện kháng. Điện kháng X và điện trở R có thể đợc chỉnh định một cách riên rẽ và độc lập lẫn nhau. Ngoài ra, R còn đợc chỉnh định riêng rẽ cho sự cố pha-pha và cho sự cố pha-đất, vì vậy cho phép mở rộng vùng sự cố theo hớng tăng điện trở nếu xảy ra sự cố với đất.
Nh trên hình 2, đặc tính đó của rơle có thể đợc chỉnh định một cách độc lập - Vùng 1 (vùng cắt nhanh Z1): với các thông số đợc chỉnh định nh sau: X1 Điện kháng chỉnh định cho vùng 1.
R1 Điện trở sự cố pha-pha chỉnh định cho vùng 1. R1E Điện trở sự cố pha-đất chỉnh định cho vùng 1.
T1 T1= 0 hoặc có thời gian trễ nếu cần, chỉnh định thời gian riêng rẽ cho sự cố một pha và sự cố nhiều pha
- Vùng 2 (vùng dự phòng trễ Z2): với các thông số đợc chỉnh định nh sau: X2 Điện kháng chỉnh định cho vùng 2.
R2 Điện trở sự cố pha-pha chỉnh định cho vùng 2. R2E Điện trở sự cố pha-đất chỉnh định cho vùng 2.
T2 Thời gian trễ (∆t), chỉnh định thời gian riêng rẽ cho sự cố một pha và sự cố nhiều pha
- Vùng 3 (vùng dự phòng trễ Z3): với các thông số đợc chỉnh định nh sau: X3 Điện kháng chỉnh định cho vùng 3.
R3 Điện trở sự cố pha-pha chỉnh định cho vùng 3. R3E Điện trở sự cố pha-đất chỉnh định cho vùng 3. T3 Thời gian trễ (∆t)
Bên cạnh những vùng bảo vệ độc lập trên, 2 vùng điều khiển sẵn sàng sử dụng trong những điều kiện logic cụ thể.
- Vùng bảo vệ Z1B cho các mục đích dài, ví dụ: dùng cho bảo vệ liên động, tự động đóng lại hoặc điều khiển bằng đầu vào nhị phân, có thể đợc chỉnh định nh sau:
X1B Điện kháng chỉnh định. R1B Điện trở sự cố pha-pha. R1BE Điện trở sự cố pha-đất .
T1B T1B = 0 hoặc thời gian trễ, nếu yêu cầu, chỉnh định thời gian riêng rẽ cho sự cố một pha và sự cố nhiều pha
- Vùng bảo vệ Z1L, dùng cho tự động đóng lại nhiều lần (lần 2 trở đi gọi là DAR), hoặc điều khiển bằng đầu vào nhị phân, có thể đợc chỉnh định nh sau: X1L Điện kháng chỉnh định.
R1L Điện trở sự cố pha-pha R1LE Điện trở sự cố pha-đất
T1L T1L = 0 hoặc thời gian trễ, nếu yêu cầu
Tất cả các vùng bảo vệ trên, đều có thể đợc chỉnh định theo chiều thuận, nghịch, hoặc không theo chiều nào cả
Hình 2 chỉ ra đặc tính cắt của bảo vệ khoảng cách. Để đơn giản, chỉnh định độc lập điện trở R trong sự cố với đất chỉ đợc miêu tả trong vùng 1, vùng Z1L cũng đ- ợc đơn giản do lý do tơng tự
45° X1 X2 X3 R1 R1E R1B R2 R3 X1B jX R R2 R3 R1B R1E R1 X3 X2 X1B X1 T1 T1B T2 T3 Fault detection T4 (→); Τ5 T4 (←); Τ5 Hình 2: Đặc tính cắt
Ngoài ra, vùng có hớng và vùng không hớng luôn sẵn sàng sử dụng. Đặc tính và phạm vi của chúng đợc xác định bởi việc lựa chọn nguyên lý phát hiện sự cố. Nếu chọn nguyên lý phát hiện sự cố tổng trở, vùng phát hiện sự cố ZA đợc sử dụng, nh hình 3. Giới hạn của vùng phát hiện sự cố đối với các nguyên lý phát hiện sự cố khác phụ thuộc vào chính đặc tính đó (ví dụ tỉ lệ tổng trở), vì vậy chúng không có hình dạng cố định trên hệ trục R-X. 52 X+A X-A R 450 Hình 3 : Đặc tính vùng phát hiện sự cố RA1 RA2 RAE Forwards direction
3. Logic cắt
Khi rơle phát hiện đợc sự cố, thời gian trễ đợc khởi động. Tổng trở của mạch vòng sự cố, đợc so sánh với ngỡng chỉnh định của các vùng bảo vệ. Tín hiệu cắt xảy ra khi tổng trở đo đợc nằm trong phạm vi của vùng bảo vệ ứng với thời gian trễ đã đợc đặt, và chiều sự cố tuân theo chiều đã chỉnh định cho vùng đó. Nh vùng Z1 (và Z1B), thời gian trễ là xấp xỉ không, tín hiệu cắt nhanh sẽ đợc đa ra nếu nh đờng dây sự cố nằm trong vùng này. Sự ghi lại tự động các giá trị đo đợc trở nên có hiệu quả, gần với điểm cân bằng để mà ngăn chặn bất kỳ sự vợt qua giá trị tới hạn thoáng qua. Điều này có thể dẫn đến sự gia tăng nhẹ trong thời gian phản ứng.
ở trạng thái Z1 và Z1B, sự cố một pha có thể đợc cắt bởi một pha máy cắt. Điều này luôn luôn có ý nghĩa khi mà hệ thống thực hiện yêu cầu tự động đóng lại một pha. Sự cố nhiều pha luôn luôn dẫn đến cắt cả 3 pha. Nếu chức năng tự động đóng lại không kịp thời thực hiện quá trình tự đóng lại, 3 pha máy cắt sẽ đợc cắt ra. Nếu tự đóng lại một pha không sẵn sàng sử dụng, mỗi lần tự động đóng lại một pha cũng tơng tự nh tự động đóng lại 3 pha. Nếu chức năng tự đóng lại bên ngoài của rơle đợc sử dụng, lệnh cắt có thể là một cặp: 3 pha và truyền tới đầu vào nhị phân. Hơn nữa, đầu vào nhị phân phía ngoài có thể dùng để đóng cắt vùng Z1B
T1B T1L R<R2 X<X2 BI TP RAR MC DAR T4 TP T5 TP MC ≥1 ≥1 & & & & & & ≥1 1 pole
permitted Fault detection L1 & L2 & L3 L2 & L3 & L1 L2 & L1 & L2 Gen. fault multi-phase Fault detec- tion Direc.1 = Direc.2 R<R1 X<X1 = Direc.3 = Dir.1B R<R3 X<X3 = R<R1B X<X1B Dir.1L = R<R1L X<X1L Gen. fault Dir.FD = ≥1 ≥1 & & & & & & & ≥1 T1 T2 T3 Gen.fault Trip L1 Trip L2 Trip L3 Trip L123 (three-pole) R<R2 X<X2
Direc.1 Direction set for zone Z1 (etc.)
Fault in zone 1 (etc.) T1 Time T1 (etc.) expired BI Control signal via binary input TP Control signal from teleprotection logic
RAR Control signal from auto-reclose logic (Rapid AR, first shot) DAR Control signal from auto-reclose logic (Delayed AR, further shot) MC Manual close command
Hình 4: Sơ đồ logic cắt của bảo vệ khoảng cách
Tổ hợp khoá-sự cố-logic có thể đợc chỉnh định để làm khởi động cả vùng Z1B (thông thờng là có hớng) hoặc phát hiện sự cố (không hớng và không có thời gian trễ). Hình 4 chỉ ra cả 2 khả năng trên.
Khi có lệnh cắt gửi tới máy cắt, sẽ có các rơle cắt đủ khỏe, một rơle gồm hai tiếp điểm đóng sẽ thực hiện lệnh này. Rơle cắt sẽ tự động trở về , khi bộ phận phát hiện sự cố trở về và dòng sự cố không còn nữa. Cho đến thời điểm này, mạch cắt phải bị cắt bởi một tiếp điểm trong máy cắt.
4. Tự động đóng lại
Thực tế chỉ ra rằng khoảng 85% ngắn mạch ở đờng dây trên không gây ra bởi hồ quang, và hồ quang sẽ tự dập đi sau khi bị thiết bị bảo vệ cô lập sự cố. Đờng dây sau đó có thể làm việc bình thờng, nhờ chức năng tự động đóng lại (AR). Hình 5 chỉ ra trình tự thời gian của chu trình tự động đóng lại một chu kỳ.
Nếu nh máy cắt cho phép đóng cắt từng pha, khi đó sẽ dùng tự động đóng lại 1 pha cho sự cố một pha, tự động đóng lại 3 pha cho sự cố nhiều pha, trong mạng trung tính nối đất trực tiếp. Nếu nh ngắn mạch vẫn tồn tại sau khi tự đóng lại (hồ quang không bị dập tắt hoặc ngắn mạch duy trì), thiết bị bảo vệ rơle cô lập điểm sự cố. Với một vài lới điện, cho phép tự động đóng lại nhiều lần, lần tự động đóng lại đầu tiên thờng không có thời gian trễ gọi là tự động đóng lại tác động nhanh (RAR), các lần tự động đóng lại tiếp theo sẽ có thời gian trễ (DAR)
Thiết bị 7SA511 cho phép cài đặt chỉnh định số lần tự đóng lại (1lần hay nhiều lần, tối đa 9 lần), và chế độ tự động đóng lại (tự động đóng lại 1 pha cho sự cố một pha, tự động đóng lại 3 pha cho sự cố nhiều pha, hay chỉ tự động đóng lại 3 pha). 7SA511 có thể làm việc trong kết nối với một hệ thống tự đóng lại bên ngoài. Trong trờng hợp này, tín hiệu trao đổi giữa 7SA511 với thiết bị tự động đóng lại bên ngoài phải thông qua đợc các đầu vào và đầu ra nhị phân
Thêm nữa, thiết bị 7SA511 cũng có khả năng cho phép chức năng tự động đóng lại bên trong nó đợc khởi động từ bộ rơle bảo vệ bên ngoài (ví dụ: từ bộ dự
phòng). Sử dụng 2 bộ 7SA511 với chức năng tự động đóng lại bên trong có thể thực hiện đợc tốt nh là việc sử dụng một bộ 7SA511 với chức năng tự động đóng lại và một bộ bảo vệ rơle thứ hai có khối chức năng tự động đóng lại riêng biệt. Chu trình tự động đóng lại lần thứ nhất của tự động đóng lại là: (thiết kế theo RAR: tự động đóng lại nhanh)
- RAR PROG = THREE-POLE, tức là tất cả các loại sự cố đều dẫn đến tự động đóng lại 3 pha.
- RAR PROG = SINGLE-POLE, tức là sự cố một pha, sẽ dẫn đến tự động
- RAR PROG = SINGLE/THREE-POLE, tức là sự cố một pha, sẽ dẫn đến tự động đóng lại một pha, sự cố nhiều pha sẽ dẫn đến tự động đóng lại ba pha.
Nếu sử dụng tự động đóng lại nhiều lần, các lần tự động đóng lại từ thứ 2 trở đi sẽ là loại tự động đóng lại có thời gian trễ, có thời gian chết (dead time) đợc chỉnh định độc lập nhau. Với tự động đóng lại có trễ, phải lựa chọn nh sau:
- DAR PROG = DAR AFTER RAR, tức là các chu trình DAR chỉ đợc bắt đầu sau khi RAR không thành công.
- DAR PROG = DAR WITHOUT RAR, tức là chu trình DAR có thể đợc hoạt động cả khi cha có chu trình RAR (ví dụ RAR bị khoá) - DAR PROG = NO DAR, tức là chu trình DAR không xảy ra, RAR không
thành công sẽ cô lập luôn sự cố.
1st dead time 3-pole RAR T-3PLO 1-pole RAR T-1PLO Fault detec. Trip Reclose Action time Discrimination time Reclaim time 2nd dead time (and further) DAR T-3PLO
RAR T-ACT DAR T-ACT
T-DiSCR
RAR T-3PLO
T-CLOSE
T-RECLAIM Reclaim time
Hình 5: 7SA511, chu trình tự động đóng lại
Switching over to RAR T-3PLO if 3-pole AR permitted
5. Tự động đóng lại ba pha
Bảo vệ khoảng cách sẽ cắt cả 3 pha khi có sự cố trong vùng Z1B. Chức năng tự động đóng lại sẽ đợc khởi động khi tín hiệu cắt xảy ra trong action time. Để loại bỏ sự cố, sẽ bắt đầu đếm thời gian chết RAR T-3PLO cho tự động đóng lại ba pha. Sau đó, máy cắt nhận lệnh đóng, khoảng thời gian chết đó đợc chỉnh định. Đồng thời reclaim time đợc khởi động.
Reclaim time là khoảng thời gian không cho phép bất cứ chu trình tự động đóng lại tiếp theo nào.Sau khi kết thúc reclaim time, tất cả các chức năng trở lại trạng thái bắt đầu; bất cứ một sự cố nào xuất hiện sau khi kết thúc thời gian phục hồi đ- ợc xem nh là một sự cố mới.
Nếu nh sự cố đợc loại trừ (tự động đóng lại thành công), reclaim time trôi qua và tất cả các chức năng trở lại trạng thái tĩnh.
Nếu nh sự cố không đợc loại trừ (tự động đóng lại không thành công) sau đó bảo vệ khoảng cách cô lập với vùng Z1. Cũng vậy, mọi sự cố trong reclaim time sẽ đa đến kết quả là cô lập sự cố.
Chuỗi trình tự trên, là cho tự động đóng lại 1 pha, nhanh, 1 lần. Với 7SA511, tự đóng lại nhiều lần là có thể xảy ra. Lần thứ hai và các lần tự động đóng lại tiếp theo, theo trình tự DAR đợc chỉnh định với thời gian chết đặt độc lập nhau DAR T-3POL.
6. Tự động đóng lại một pha
Khi chỉ có tự động đóng lại một pha đợc sử dụng, bảo vệ khoảng cách cắt một pha trong vùng Z1B sau sự cố một pha. Sau đó, mọi sự cố nhiều pha trong vùng Z1, thiết bị bảo vệ sẽ cắt cả 3 pha.
Sau khi cắt một pha, chức năng tự động đóng lại khởi động bằng tín hiệu xảy ra trong action time. Để dập tắt sự cố, cần chọn thời gian chết RAR T-1PLO cho tự động đóng lại một pha. Sau thời gian chết, máy cắt nhận lệnh đóng, đồng thời reclaim time đợc khởi động.
Nếu loại bỏ đợc sự cố (tự động đóng lại thành công), reclaim time kết thúc và tất cả các chức năng trở về trạng thài tĩnh.
Nếu không loại trừ đợc sự cố (tự động đóng lại không thành công), bảo vệ khoảng cách đa ra lệnh cắt vĩnh viễn với vùng Z1. Mọi sự cố trong reclaim time cũng sẽ bị cô lập bởi cắt 3 pha.
Trong chế độ này, chỉ có một lần tự đóng lại một lần đợc thực hiện.
7. Tự động đóng lại một pha và ba pha
Trong vùng Z1B, bảo vệ khoảng cách tác động cắt 1 pha khi sự cố một pha, tác động cắt 3 pha khi sự cố nhiều pha.
Chức năng tự động đóng lại khởi động nhờ lệnh cắt xảy ra trong action time. Để sự cố đợc loại bỏ, thời gian chết RAR T-1PLO đặt cho tự động đóng lại một pha, thời gian chết RAR T-3PLO cho tự động đóng lại 3 pha. Sau đó, máy cắt nhận lệnh đóng. Đồng thời reclaim time đợc khởi động.
Nếu loại bỏ đợc sự cố (tự động đóng lại thành công), reclaim time kết thúc và tất cả các chức năng trở về trạng thái ban đầu.
Nếu không loại trừ đợc sự cố (tự động đóng lại không thành công), bảo vệ khoảng cách đa ra lệnh cắt với vùng Z1. Sau đó mọi sự cố trong reclaim time đều đợc cắt bởi 3 pha.
Trong chế độ này, cho phép cài đặt tự động đóng lại nhiều lần. Lần thứ hai và các lần tự động đóng lại tiếp theo, luôn luôn theo tự động đóng lại 3 pha với thời gian chết đặt riêng rẽ DAR T-3POL.
Chơng III: Sơ đồ phơng thức bảo vệ
Thiết bị bảo vệ rơle có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ phần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện càng nhanh càng tốt, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả do sự cố mang lại cho hệ thống điện. Nếu sự cố không đợc loại trừ kịp thời thì các phần tử có dòng sự cố có dòng chạy qua có thể sẽ bị phá hỏng gây gián đoạn cung cấp điện. Vì vậy hệ thống bảo vệ rơle phải đảm bảo một số yêu cầu sau đây:
1. Yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ rơle.
Làm việc tin cậy: thiết bị bảo vệ luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắn, chống tất cả các loại ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ. Ngời ta phân biệt:
• Độ tin cậy khi tác động: khả năng bảo vệ làm việc đúng khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ
• Độ tin cậy không tác động: khả năng bảo vệ tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thờng hoặc sự cố xảy ra ngoài vùng bảo vệ
Tính chọn lọc: là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện. Cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp thì việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.
Theo nguyên lý làm việc, các bảo vệ đợc phân ra: bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho các phần tử lân cận; bảo vệ có độ chọn lọc tơng đối là những bảo vệ mà ngoài nhiệm vụ chính cho đối tợng đợc bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng bảo vệ cho các phần tử lân cận.
Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tơng đối, phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống, nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế đến mức