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 thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện
Tác động nhanh: càng cắt nhanh phần tử bị sự cố, càng hạn chế đợc mức độ thiệt hại do sự cố gây ra, đồng thời nâng cao khả năng làm việc ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền
Rơle bảo vệ đợc coi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vợt quá 50 ms. Rơle bảo vệ đợc coi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động của rơle.
Độ nhạy: độ nhạy đặc trng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, nó đợc biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức tỷ số giữa trị số của đại lợng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số của đại lợng vật lý đặt vào rơle và ngỡng khởi động của nó càng lớn rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện sự cố, hay thờng nói rơle tác động càng nhạy.
Vì những yêu cầu của thiết bị bảo vệ rơle rất ngiêm ngặt, nên khi đa ra phơng thức bảo vệ cần tuân thủ một số nguyên tắc sau.
2. Nguyên tắc lựa chọn phơng thức bảo vệ
• Để bảo vệ một phần tử cần đặt ít nhất hai bộ bảo vệ có nguyên lý hoạt động khác nhau. Trong trờng hợp hai bộ bảo vệ cùng nguyên lý thì phải do hai nhà chế tạo khác nhau sản suất, với nguyên tắc này hai bộ bảo vệ luôn ở trạng thái làm việc và dự phòng lẫn cho nhau.
• Nguồn dòng cấp cho thiết bị bảo vệ phải đợc lấy từ hai cuộn thứ cấp khác nhau của máy biến dòng BI, nhằm tránh những sự cố mạch dòng thứ cấp.
• Máy cắt phải có hai cuộn cắt để đảm bảo khi một cuộn cắt có trục trặc, thì sự cố vẫn đợc loại ra khỏi hệ thống bởi tác động của cuộn cắt còn lại.
Đối với đờng dây Hòa Khánh-Huế ta có thể lựa chọn phơng thức bảo vệ đợc trình bày nh hình 1 dới dây:
60 21/21N 67/67N 50/51 50N/51N 85 50BF 74-1 74-2 50N/51N 50/51 79/25 27/59 67/67N 21/21N 85 220kV Hũa Khỏnh Phối hợp với đầu đối diện Hình 1: Sơ đồ phương thức bảo vệ của đường dây 200kV
Hòa Khánh-Huế(bảo vệ đặt ở phía Hòa Khánh)
kV 3 0,11 / 3 0,11 / 3 220 kV 3 0,11 / 3 220
Trong đó:
: Bảo vệ chống h hỏng máy cắt
: Bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không : Bảo vệ khoảng cách pha-pha, pha-đất
: Bảo vệ quá dòng và quá dòng thứ tự không cắt nhanh
: bảo vệ quá dòng và quá dòng thứ tự không có thời gian
: Rơle tự đóng lại
: Rơle kiểm tra đồng bộ : Bảo vệ liên động : Bảo vệ chống giảm áp : Bảo vệ chống quá áp : Rơle tín hiệu
Nh vậy ta đã sử dụng hai bộ bảo vệ với hai nguyên lý phát hiện sự cố khác nhau. Bộ thứ nhất sử dụng nguyên lý quá dòng có hớng. Bộ thứ hai sử dụng nguyên lý tổng trở (khoảng cách). 50BF 67/67N 21/21N 50/50N 51/51N 79 25 85 27 27 74
chơng iv: tính toán chỉnh định và kiểm tra độ nhạy 1. Bảo vệ khoảng cách
Ký hiệu A: Đà Nẵng, B: Huế, C: Hòa Khánh Bảo vệ khoảng cách có 3 vùng bảo vệ, cụ thể có:
- Vùng I của bảo vệ khoảng cách đặt tại đầu C sẽ bảo vệ đợc 85% chiều dài đ- ờng dây CB, tính từ đầu thanh cái C.
- Điện kháng của đờng dây BA nhỏ hơn điện kháng của cuộn dây cao áp máy biến áp tự ngẫu T1
⇒Vùng II của bảo vệ khoảng cách BV1 đặt tại đầu C sẽ bảo vệ đợc toàn bộ chiều dài đờng dây CB, và bảo vệ thêm đợc 30% chiều dài đờng dây BA tính từ đầu thanh cái B
- Vùng III của bảo vệ khoảng cách BV1 sẽ bảo vệ cho toàn bộ đờng dây CB, và nó còn bảo vệ đợc toàn bộ chiều dài đờng dây BA
Cụ thể có:
• Vùng 1: Bảo vệ cắt nhanh - Thời gian tác động, tI ≈ 0 s - Điện kháng khởi động sơ cấp XI
kđ = 0,85ìXCB = 0,85ì0,415ì84 = 29,631 Ω
Với XCB = 0,415ì84 = 34,86 Ω là điện kháng thứ tự thuận của đờng dây Hòa Khánh-Huế
- Điện trở khởi động sơ cấp:
62 C B A T1 MC1 MC2 MC6 MC5 MC3 MC4 Hình 1
+ Đối với sự cố pha-pha:
RI
kd = 0,85ìRCB + 0,5ìRhq = 0,85ì6,72 + 0,5ì9 = 10,212 Ω
Với RCB = 0,08ì84 = 6,72 Ω là điện trở thứ tự thuận của đờng dây Hòa Khánh- Huế
Rhq là điện trở hồ quang, Rhq = 9 Ω + Đối với sự cố pha-đất:
RI
kd = 0,85ìRCB + Rhq + Rc = 0,85ì6,72 + 9 + 15 = 29,712 Ω Rc là điện trở cột điện nối đất, Rc = 15 Ω
• Vùng 2: Bảo vệ có thời gian
- Thời gian tác động: tII = tI + ∆t = 0,3s ∆t = 0,3s là cấp chọn lọc về thời gian - Điện kháng khởi động sơ cấp:
47,061Ω 40,67 0,3 34,86 X 0,3 X XII CB BA kd = + ì = + ì =
Với XBA = 0,415ì98 = 40,67Ω là điện kháng thứ tự thuận của đờng dây Đà Nẵng- Huế
- Điện trở khởi động sơ cấp
+ Đối với sự cố pha-pha:
= ì + ì + = CB BA hq II kd R 0,3 R 0,5 R R 6,72 + 0,3ì7,84 + 0,5ì9 = 13,572 Ω
Với RBA = 0,08ì98 = 7,84 Ω là điện trở thứ tự thuận của đờng dây Đà Nẵng-Huế
+ Đối với sự cố pha-đất:
= + + ì + = CB BA hq c II kd R 0,3 R R R R 6,72 + 0,3ì7,84 + 9 + 15 = 33,072 Ω
• Vùng III: Bảo vệ có thời gian
- Thời gian tác động tIII = tII +∆t = 0,6s - Điện kháng khởi động sơ cấp:
= + = CB BA III kd X X X 34,86 + 40,67 = 75,53 Ω
- Điện trở khởi động sơ cấp:
+ Đối với sự cố pha-pha
= ì + + = CB BA hq III kd R R 0,5 R R 6,72 +7,84 + 0,5ì9 = 19,06 Ω
+ Đối với sự cố pha-đất:
= + + + = CB BA hq c III kd R R R R R 6,72 +7,84 + 9 + 15 = 38,56 Ω
Hình dới đây sẽ biểu diễn vùng bảo vệ và thời gian tác động của rơle bảo vệ khoảng cách đặt tại Hòa Khánh; trong đó ký hiệu C: Hòa Khánh; B: Huế; A: Đà Nẵng
• Đặc tính khởi động của rơle khoảng cách đặt tại Hòa Khánh Tỷ lệ biến đổi dòng điện của BI là: nI = 600 A/1 A