L ỜI CẢM ƠN
1.8.1 Nguyên lý đó lường dùng trong mục đích bảo vệ
1.8.1.1 Đo lường một đại lượng đầu vào
Đại lượng đầu vào X của rơle thường là những đại lượng tương tự (dòng điện, điện áp…) được lấy ra từ phía thứ cấp của máy biến dòng điện và máy biến điện áp.
Trị số hiệu dụng, trị số tuyệt đối hoặc trị số tức thời của đại lượng đầu vào được so sánh với ngưỡng tác động của rơle (còn gọi là trị số chỉnh định của rơle). Nếu đại lượng đầu vào biến thiên vượt quá (đối với rơle cực đại) hoặc thấp hơn (đối với rơle cực tiểu) ngưỡng chỉnh định thì rơle sẽ tác động. Sau khi tác động xong nếu đại lượng đầu vào biến thiên theo chiều ngược lại và vượt quá trị số trở về XTV, rơle sẽ trở về trạng thái ban đầu trước lúc khởi động. Trị số XTV được gọi là ngưỡng trở về hoặc trị số trở về. Trị số trở về và trị số khởi động được liên hệ với nhau qua hệ số trở về kV:
kđ TV V X X k
Đối với các rơle điện cơ kV≠ 1, thông thường kV = 0,85 ÷ 0,9 đối với rơle cực đại. kV = 1,1 ÷ 1,15 đối với rơle cực tiểu. Đối với rơle tĩnh và rơle số kV≈ 1.
Khái niệm rơle cực đại (tác động khi đại lượng đầu vào tăng) và rơle cực tiểu (tác động khi đại lượng đầu vào giảm) có ảnh hưởng đến cấu trúc của rơle điện cơ (cuộn dây, lò xo, tiếp điểm). Đối với rơle tĩnh và rơle số chức năng cực đại và cực tiểu dễ dàng đổi chỗ cho nhau bằng phép nghịch đảo tín hiệu lô gic đầu ra của rơle.
1.8.1.2 So sánh nhiều đại lượng đầu vào
Rơle có thể tác động trên cơ sở so sánh nhiều đại lượng đầu vào như rơle khoảng cách, so lệch, định hướng công suất v.v.. làm việc với hai đại lượng đầu vào. Trong trường hợp tổng quát, hai đại lượng đầu vào X1, X2 là tổ hợp của dòng điện I và điện áp U của phần tử bảo vệ:
I K U K X I K U K X 4 3 2 2 1 1
Ở đây các hệ số tỷ lệ K1, K2, K3, K4 là những hệ số phức. Tùy từng loại bảo vệ (loại rơle) có thể chọn những trị số thích hợp cho những hệ số này. Như rơle so lệch dòng điện, hai đại lượng dùng để so sánh là véc tơ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ I1 và
2
I
, khi ấy
chọn K1 = K3 = 0 và K2 = K4 = 1. Đối với rơle khoảng cách, hai đại lượng dùng để so sánh là điện áp chỗ đặt bảo vệ và dòng điện chạy qua phần tử được bảo vệ nên ta chọn K1 = K4 = 1 và K2 = K3 = 0.
Với các rơle làm việc theo hai đại lượng đầu vào thường người ta dùng hai nguyên lý so sánh: so sánh biên độ và so sánh pha.
1.8.1.3 So sánh biên độ
Trong các rơle làm việc theo hai đại lượng đầu vào (chẳng hạn X1) tác động theo chiều hướng làm cho rơle khởi động còn đại lượng kia (X2) tác động theo chiều hướng ngược lại (hãm, cản trở sự tác động của rơle).
Tín hiệu đầu ra Y sẽ xuất hiện khi: X1 X2
trong đó: X1 tín hiệu đầu vào khởi động,
2
X tín hiệu đầu vào hãm
Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng điện được sử dụng trong bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng cách như Hình vẽ 1-24.
Hình vẽ 1-24: Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng đầu vào
1.8.1.4 So sánh pha.
So sánh pha phản ánh góc lệch pha giữa các đại lượng đầu vào, nếu góc lệch pha vượt quá (lớn hơn hay bé hơn) trị số pha định trước rơle sẽ tác động.
Các đại lượng tương tự đầu vào X1, X2 qua các bộ biến đổi BD1, BD2 biến thành các xung chữ nhật X’1, X’2 với thời gian trùng pha là tK được gọi là so sánh thời gian trùng hợp pha. Nếu thời gian trùng hợp pha tK lớn hơn thời gian đặt t của bộ phận thời gian thì sẽ xuất hiện tín hiệu đầu ra (Y = 1).
K
,
K tK
Hình vẽ 1-25: Nguyên lý so sánh pha (a) và biểu đồ so sánh hai tín hiệu đầu vào hình sin lệch pha nhau (b)
Trên Hình vẽ 1-25 trình bày biểu đồ so sánh nửa chu kỳ dương của hai đại lượng đầu vào hình sin X1 và X2. Cũng có thể tiến hành so sánh cả nửa chu kỳ âm để tăng mức độ tác động nhanh của bộ phận so sánh. Để tăng độ chính xác của bộ phận so sánh pha có thể lọc và khử thành phần một chiều cũng như các sóng hài bậc cao trong các đại lượng đầu vào X1 và X2 trước khi đưa vào bộ so sánh.
1.8.2 Tính toán ngắn mạch/sự cố
1.8.2.1 Chế độ hệ thống điện
Sự cố nguy hiểm nhất trong HTĐ đó chính là sự cố ngắn mạch. Hậu quả của ngắn mạch lại phụ thuộc rất nhiều vào chế độ làm việc, hay chế độ huy động công suất của HTĐ. Ngắn mạch ở các thời điểm vận hành HTĐ khác nhau sẽ cho kết quả tính toán khác nhau. Nếu chế độ huy động công suất max và min chênh lệch nhau lớn, thì dòng điện ngắn mạch sẽ khác nhau rất nhiều. Thông thường khi tính toán đặt thông số người ta thường tính cho chế độ huy động công suất max (các máy phát, máy/thiết bị bù huy động hết công suất, phụ tải trong hệ thống là lớn nhất). Còn chế độ huy động công suất min (một số máy phát có thể bị cắt ra để bảo dưỡng, sửa chữa…) thì dùng để kiểm tra độ nhạy của các bảo vệ.
1.8.2.2 Cấu hình hệ thống
Cấu hình hệ thống có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tính toán bảo vệ cho HTĐ, Cấu hình hệ thống cần thiết cho việc lựa chọn phương thức bảo vệ, cũng như loại bảo vệ. Ví dụ đường dây hình tia, một nguồn thì chỉ cần đặt một bảo vệ phía đầu nguồn, nhưng đường dây kép, hoặc mạch vòng thì có thể phải đặt thêm bộ phận định hướng công suất. Hơn nữa, trong HTĐ vận hành theo cơ chế thị trường, hoặc với sự có mặt với dung lượng lớn của hệ thống điện phân tán, thì dòng công suất/dòng điện có thay đổi liên tục, do đó cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn thông số bảo vệ, chiều/hướng tác động của bảo vệ. Các sơ đồ hệ thống thanh góp khác nhau, đường dây tải điện nhiều nhánh rẽ, hoặc có thiết bị bù, FACTS, hay HVDC cũng sẽ được quan tâm rất nhiều khi tính toán bảo vệ rơle.
1.8.2.3 Dạng/loại sự cố
Khi tính toán một hệ thống bảo vệ, người ta mong muốn nó sẽ bảo vệ được tất cả các dạng/loại sự cố có thể xảy ra trong hệ thống. Do đó các dạng/loại sự cố sẽ cần phải được quan tâm, nghiên cứu, tìm hiểu nguyên nhân, và cơ chế xảy ra đề từ đó có các phương thức bảo vệ tương ứng và hiệu quả. Có thể kể ví dụ ở đây một số sự cố như:
Đối với đường dây trên không/cáp ngầm:
Các dạng ngắn mạch: ba pha (N3), hai pha (N2), hai pha nối đất (N1-1), chạm đất một pha
Đối với máy phát điện:
Ngắn mạch giữa các pha, ngắn mạch giữa các vòng dây trong một pha, quá tải, quá điện áp, mất cân bằng pha, mất kích thích, quá tốc độ, suy giảm tần số, chạm đất cuộn dây roto, hư hỏng hệ thống làm mát …
Đối với máy biến áp:
Ngắn mạch giữa các pha, ngắn mạch giữa các vòng dây trong một pha, thủng thùng dầu, …
Đối với động cơ điện:
Ngắn mạch giữa các pha, chạm đất vỏ động cơ…
1.8.2.4 Tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn
Thông thường việc tính toán ngắn mạch được thực hiện bởi các công cụ trợ giúp, thường là các phần mềm máy tính chuyên dụng, và việc tính toán ngắn mạch cũng cần phải tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế. Hiện nay hay dùng tiêu chuẩn quốc tế IEC: 60909-0, 1, 2, 4.