Khi hệ thống điện bị quá tải, tần số dòng điện sữ giảm xuống. Tần số giảm nghiêm trọng có thể dẫn đến tan rã hệ thống điện. Vì vậy, do yêu cầu đảm bảo ổn định cho hệ thống điện, người ta đặt thiết bị tự động cắt tải theo tần số ở một số phụ tải lớn; khi tần số dòng điện thấp hơn mức quy định,
Thiết bị tự động cắt tải theo tần số TĐCTTS như quy định, thực hiện theo nguyên tắc nhiều nấc, và được phân biệt theo tần số làm việc. Thứ tự đầu tiên là TĐCTTS-I được tác động nhanh với thời gian làm việc là t = 0.1÷ 0.3s và bố trí theo tần xố 49 - 48.5 Hz. Thứ tự thứ hai là TĐCTTS-II được thưch hiện để khôi phục tần số đến trị số định mức nếu tần số liên tục còn giảm thấp (gần 48 Hz).
Thiết bị này tự động cắt bớt tải. Ở sơ đồ TĐCTTS, theo quy định có thiết bị TĐCTTS-I và TĐCTTS-II với cơ cấu đo lường dùng rơle cảm ứng tần số ИBЧ-3 và rơle bán dẫn loại PЧ-1.
Trong công nghiệp, theo quy định, người ta dùng TĐCTTS một nấc như hình 1-22. Trong sơ đồ, người ta đưa vào rơle tần số KF, rơle trung gian KL, máy biến điện áp TV. Rơle tần số tác động với tần số
được thiết lâp trong vùng
46.5÷49.5 Hz. Từ một rơle
tần số có thể ngắt được
Hình vẽ 1-22. Sơ đồ tự động cắt tải theo tần số 1.11.5. Điều khiển tín hiệu đo lường từ xa.
Điều khiển từ xa được dùng ở những xí nghiệp lớn có nhiều đối tượng điều khiển (đường dây máy biến áp, động cơ v.v...). Đặc biệt, điều khiển từ xa được dùng ở những nơi nóng, có khí độc, trên tầng cao hoặc dưới hầm sâu v.v...
Vì phạm vi của xí nghiệp không lớn lắm nên trong thực tế người ta thường dùng các sơ đồ điều khiển theo khoảng cách hay điều khiển từ xa hữu tuyến. Hệ thống điều khiển từ xa thường có cấu tạo khá phức tạp bao gồm những bộ phận sau:
Ở trạm điều khiển có:
- Người điều khiển hoặc máy điều khiển đêra những lệnh cần thiết. - Bộ phát để mã hóa các các lệnh điều khiển thành các tín hiệu gửi đi trên đường liên lạc.
Ở trạm chấp hành có:
- Bộ thu để nhận và dịch tín hiệu thành mệnh lệnh điều khiển và cho các mệnh lện đó tác động lên cơ cấu chấp hành để điều khiển đối tượng.
Để theo dõi mệnh lệnh điều khiển đã được chấp hành thế nào, thông thường bên cạnh hệ điều khiển từ xa còn có hệ tín hiệu từ xa, đo lường từ xa hoặc kiểm tra từ xa. Hình 1-23. Trình bày sơ đồ cấu trúc của một hệ điều khiển từ xa.
Hình 9-23. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển từ xa DK - Bộ phận điều khiển F – Bộ phát LL – Kênh liên lạc T – Bộ thu CH – Cơ cấu chấp hành. ĐT – Đối tượng.
Mặc dù kỹ thuật bán dẫn đã phát triển, sơ đồ hệ điều khiển từ xa vẫn còn khá phức tạp. Điều này hạn chế việc sử dụng rộng rãi các hệ điều khiển từ xa trong xí nghiệp công nghiệp.
Ngày nay các thiết bị điều khiển từ xa đã được chế tạo thành các khối và trọn bộ, do vậy nên giảm được công việc lắp ráp và chỉnh định.
Tín hiệu hóa từ xa và đo lường từ xa được dùng nhiều hơn điều khiển từ xa, vì cấu tạo đơn giản hơn.
Trong xí nghiệp, tín hiệu hóa tù xa được dùng để:
1. Chỉ vị trí, trạng thái làm việc (đóng, cắt) các đối tượngt rong hệ điều khiển từ xa.
2. Chỉ trạng thái làm việc của các thiết bị có công suất lớn, ảnh hưởng quan trọng đến sự vận hành của mạng điện (lò điện, trạm bơm v.v...)
3. Chỉ trạng thái đóng cắt của máy cắt.
4. Chỉ trạng thái làm làm việc của các bảo vệ rơlevà các thiết bị tự động hóa v.v...
5. Chỉ rạng thái cắt điện của mạng.
6. Chỉ trạng thái làm việc không bình thường như quá tải, sụt áp, tần số dao động v.v...
Đo lường từ xa dùng để:
1. Đo điện áp ở thanh cái trạm phân phối và trạm biến áp.
2. Đo dòng điện ở cuối đường dây, nếu đường dây có khả năng quá tải 3. Đo điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất của những phụ tải quan trọng, ảnh hưởng đến sự vận hành của mạng điện.
Các tìn hiệu và kết quả đo lường được tập trung về phòng điều độ trung tâm của xí nghiệp. Nhân viên vận hành sẽ căn cứ vào các tín hiệu
và kết quả đo lường để xử lý sự cố, định ra phương thức vận hành thích hợp cho mạng điện xí nghiệp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.12. Ví dụ: sơ đồ hoàn chỉnh bảo vệ máy biến áp
Hình 1-24 thiệu sơ đồ tổ hợp bảo vệ của một máy biến áp có công suất lớn hơn 5600KVA. Bảo vệ dòng điện cức đại được tạo thành bởi các rơle 1 và 3 đối với quá tải; các rơle 3, 4, 5, 8 bảo vệ đối với ngắn mạch đối xứng ở bên ngoài; bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch 6; rơle 7 đồng thời rơle 8 đối với sự cố không đối xứng ở bên ngoài; rơle 9 và 10 được trang bị bảo vệ dòng điện cực đại thứ tự không đối với ngắn mạch một pha phía cao áp 110 KV.
Hình 1-24 . Sơ đồ bảo vệ máy biến áp có công suất lớn hơn 5600KVA
Bảo vệ so lệch được thực hiện bởi rơle RDS gồm các rơle 11, 12, 13. Bảo vệ rơle hơi gồm rơle 14 và bộ phận 15; rơle trung gian khi tác động
Ở sơ đồ còn giới thiệu rơle tín hiệu S và khối thử BI.
Sơ đồ tổ hợp bảo vệ của máy biến áp hạ áp 3 cuộn dây, công suấ lớn hơn 5600 KVA với bộ phận diều chỉnh dưới tải, được giới thiệu ở hình 1-25:
Hình 1-25. Sơ đồ tổng hợp bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây.
Rơle dòng điện 1 và 2 kết hợp với rơle thời gian 3 tạo thành khối bảo vệ quá tải.
Rơle dòng điện 4, 5, 6 và tổ hợp gồm các rơle điện áp cực tiểu 7, bộ lọc điện áp thứ tự nghịch 8 và rơle 9, cung cấp từ máy biến điện áp từ các thanh cái 35KV, với rơle thời gian 10 tạ thành khối bảo vệ ngắn mạch bên ngoài; với thời gian duy trì đầu tiên, rơle 10 điều khiển mở máy cắt điện phía 35KV.
Nhờ tiếp điểm dừng của máy cắt điện nên sẽ ngát mối lien hệ giữa khối 7, 8, 9 với rơle 11; đồng thời sẽ thiết lập mối liên hệ (đóng tếp điểm RI2) giữa các khối 14, 15, 16 với rơle 11. Với tiếp điểm duy trì thứ hai, rơle 10 sẽ điều khiển rơle trung gian 23 và mở toàn bộ máy cắt.
Rơle trung gian được dự kiến với thời gian duy trì khi mở để không trở về trong thời gian giao hoán của các khối.
Rơle 12, 13 với các tổ hợp 14, bộ lọc điện áp thứ tự nghịch 15, rơle 16 và rơle thời gian 17 tạo thành khối bảo vệ ngắn mạch bên ngoài ở trên thanh cái và lưới 6KV.
Bảo vệ so lệch được thực hiện bởi các rơle RDS 19, 20, 21. Bảo vệ hơi được thực hiện bằng rơle 32, rơle trung gian 23.
Ở hình 1-25 còn được trang bị thêm các rơle tín hiệu S và các khối thử BI.
Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một số sơ đồ dùng trong tự động hoá cung cấp điện đường dây và trạm biến áp đến 35KV.
Sơ đồ thiết bị bảo vệ có hướng đối chạm đất dùng ở mạng điện phân phối 6-15KV với trung tính cách điện loại H3P.
Hình 1-26
Hình 1-27
Hình 1-28 Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ cực đại dùng rơle T3BP
3. Sơ đồ thiết bị tự động đóng lại hai lần laọi AΠ B-2Π (Nga) (Hình 1- 29)
Hình 1-29
Hình 1-30
Ở hình 1-27, khối: 1. Khối so sánh; 2. Rơle thời gian; 3. Khối khởi động; 4. thiết bị chấp hành; 5. Khối cung cấp.
Ở hình 1-30 TV1 và TV2 là các máy biến điện áp đo lường T1, T2 là các máy biến áp tự dùng.
W1 và W2 là các đường dây tương ứng ở phân đoạn 1 và 2.
Ở trạng thái bình thườg của lưới điện, sự cung cấp từ nguồn điện được thực hiện qua các máy cắt điện Q1 và Q2 tương ứng với các thanh cái phân đoạn 1 và 2 của đường dây W1 và W2. máy cắt phân đoạn Q nằm ở trạng thái mở.
Những tín hiệu nhận được từ máy biến điện áp đo lường TV1 và TV2 của hệ thống điện áp 3 pha sẽ được biến đổi trong khối 1 và 2 theo tỷ lệ thích hợp để tín hiệu kiểm tra đưa vào trong khối 3 sẽ được so sánh. Khi tồn tại điện áp ở cả hai đường dây, thì trên đường ra của khối 3 tín hiệu sẽ không có và các phần tử tiếp theo của sơ đồ sẽ không làm việc.
Khi mất điện áp của một trong các đường dây, khối so sánh điện áp 3 sẽ xác định đường dây bị mất điện áp và cho lệnh đưa vào làm việc đối với 4 hoặc 5. Đồng thời đưa vào khối cung cấp 6 và khối tạo xung 7. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khối 6 và 7 sẽ khởi động khối duy trì thời gian 8, khối này làm việc theo nguyên tắc mạch logic “VÀ”. Sau khoảng thời gian duy trì đầu tiên, tín hiệu đưa sang bộ phận biến đổi 9 và chuyển đến khối 10 là khối quyết định. Sau đó khối 4 và khối 5 sẽ làm việc và thông qua các khối
mở 11 và 12 sẽ tiến hành mở các máy cắt điện tương ứng Q1 và Q2 của đường dây cung cấp W1 hay W2.
Sau khi hết thời gian duy trì thứ hai ở cơ cấu duy trì thời gian, xung đóng truyền đến khối điều khiển 13, sau đó đưa đến khối 14 cho tín hiệu thực hiện đóng máy cắt điện phân đoạn Q.
Sau khi đóng máy cắt điện phân đoạn Q thì điện áp ở phân đoạn 1 và 2 sẽ được thiết lập trở lại. Khối 14 sẽ cho tín hiệu đóng máy cắt điện Q và đồng thời cho tín hiệu đến khối 15. Sau sự làm việc của chu trình tự động đóng dự rữ thì khối 15 sẽ cho tín hiệu để đưa khối 6 ra khỏi mạch làm việc.
1.13. Các mạch bán dẫn, vi mạch trong thực hiện bảo vệ rơle.
Như đã nêu trong mục 1-2, việc sử dụng máy vi tính trong thiết kế, lập chương trình làm việc của các bộ phận bảo vệ tại những điểm khác nhau trong lưới điện đang là vấn đề thời sự đối với chúng ta. Do sự phức tạp của hệ thống điện được bảo vệ cũng như yêu cầu được xử lý những thông tin một cách nhanh chóng và tiếp nhận quyết định cắt máy cắt, nên những nguyên tắc điều khiển học đóng một vai trò rất quan trọng nhằm đảm bảo sự làm việc tốt nhất của bộ phận bảo vệ.
Sau đây, để làm cơ sở cho việc nghiên cứu cụ thể các trường hợp bảo vệ trong lưới điện, chúng tôi xin trình bày một số ví dụ trong việc phân tích và thiết kế sơ đồ bảo vệ bằng điện tử, vi mạch với nhiều đại lượng ngõ vào khá điển hình trong lưới cung cấp điện đó là bảo vệ khoảng cách.
•BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH.
Bảo vệ khoảng cách là bảo vệ rất hay dùng trong bảo vệ đường dây điện áp cao. So sánh với bảo vệ thông qua tần số cao cũng được dùng đối với đường dây này, thì bảo vệ khoảng cách có ưu điểm là nó tác động tuỳ theo giá trị của một số đại lượng (điện áp, dòng điện), được đo ở cùng một điểm (ở điểm đặt của bảo vệ), trong khi bảo vệ thông qua tần số cao tác động tuỳ theo đại lượng ở những đầu khác nhau của đường dây, tức là cần phải có kênh viễn thông để truyền đi những đại lượng xác định nào đó. Trái lại, bảo vệ khoảng cách không thể đảm bảo loại trừ sự cố nhanh chóng ở trên toàn bộ chiều dài của đường dây được bảo vệ, còn bảo vệ thông qua tần số cao có thể đảm bảo loại nhanh sự cố tương tự.
Trong tình hình phát triển hiện nay, do tăng liên tục mức độ nối với hệ thống điện nên hệ thống điện ngày càng mở rộng. Do đó, đặc tính tác động của bảo vệ khoảng cách sẽ đặt ra những điều kiện ngày càng phức tạp nhằm đảm bảo tính chọn lọc và để tránh tác động sai.
Hình vẽ 1-31a
Những điều kiện đảm bảo tính chọn lọc sẽ ngày càng tốt hơn khi diện tích các hình tứ giác tương ứng với tất cả các điểm ngắn mạch trực tiếp hay thông qua hồ quang càng gần bằng diện tích được giới hạn bởi đường đặc tính tác độngtrong mặt phẳng phức (đôi khi hình tứ giác này có tên là hình tứ giác sự cố trong vùng hay tứ giác sự cố).
Ở trường hợp của bảo vệ khoảng cách 1 được đặt ở đầu A của đường dây L-1 (hình 1-31a) để bảo vệ đoạn AB của đường dây, thì hình tứ giác sự cố được giới thiệu ở hình 1-31b.
Hình vẽ 1-31b Hình vẽ 1-31c
Đối với sự cố trực tiếp (không thông qua hồ quang), ở điểm B là điểm giới hạn vùng được bảo vệ, thì tổng trở của đường dây giữa các điểm A và B được giới thiệu ở trong mặt phẳng phức của tổng trở là véc tơ phức Z ngmB. Khi sự cố trực tiếp càng gần điểm A, thì modun của véc tơ phức càng giảm dần và đến trị ׀ Z ngmB = ׀0 ở trường hợp sự cố tại A. Còn ac-gumen sẽ không đổi (trong thực tế nó có giá trị từ 60o - 80o được xác định bởi quan hệ giữa điện kháng và điện trở của đường dây).
Nếu ở điểm B xuất hiện sự cố thông qua hồ quang có điện trở R, hqB vậy ta có tổng trở ZtB của mạch có giá trị bằng tổng véc tơ hình học sau.:
ZtB = ZngmB + R hqB
Mộ cách tương tự, nếu sự cố thông qua hồ quang tại A ta được: ZtA = ZngmA + R hqA = R hqA
KHi sự cố thông qua hồ quang ở giữa điểm A và điểm B, ta sẽ được vectơ phức Zt mà đỉnh của vectơ này nằm trên đường thẳng M’N’.
Hình tứ giác MM’N’N biểu thị tứ giác sự cố. Thực tế ta thấy giá trị R hqA bé hơn giá trị R hqB một ít, còn trong đại đa số các trường hợp giữa môđun R hqB và ZngmB có quan hệ
R hqB = 0.6 ZngmB
Muốn cho bảo vệ tác động đúng ở bất kỳ sự cố nào nằm trong đoạn được bảo vệ AB ( vừa ở sự cố trực tiếp vừa ở sự cố thông qua hồ quang) thì toàn bộ hình tứ giác sự cố phải nằm bên trong vùng tác động của đặc tính bảo vệ khoảng cách 1 (hình 1-31c).
Mặt khác để đạt được xác xuất tác động không chọn lọc (tác động sai) bé nhất của bảo vệ đối với nhiều chế độ sự cố khác nhau ở đoạn được bảo vệ AB (ví dụ các sự cố ngắn mạch bên ngoài vùng, chế độ quá tải, sự cố giao động) thì diện tích chênh lệch của vùng tác động và diện tích hình tứ giác sự cố phải bé nhất. Chính vì vậy, người ta đã thực hiện những rơle tổng trở có đặc tính tác động hình elip (hình 1-31d). Ở hình 1-31d này diện tích đặc tính tác động và diện tích tứ giác sự cố hầu như xếp chồng nhau.
Trong trường hợp tối ưu theo quan điểm của tính lựa chọn, thì đặc tính tác động phải trùng với hình tứ giác sự cố này, tức là loại trừ khả năng một số tác động sai khi không có dòng điện ngắn mạch trong vùng được bảo vệ. Như đã nêu trên, chính vì lý do đó , trong những năm sau này người ta đã cố gắng thực hiện những rơle có đường đặc tính tác động có dạng đường cong đơn (ví dụ: elíp, vòng v.v…), đôi lúc người ta