Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện - Chương 8: Bảo vệ khoảng cách

Nội dung text: Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện - Chương 8: Bảo vệ khoảng cách

1. BÀI GIẢNG BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 8:
2. CHƯƠNG 8: 8.1 Nguyên tắc hoạt động và vùng bảo vệ 8.2 Đặc tuyến khởi động 8.3 Cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch giữa các pha 8.4 Cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch chạm đất 8.5 Bảo vệ khoảng cách 3 cấp 8.6 Các ảnh hưởng làm sai lệch 8.7 Đánh giá bảo vệ khoảng cách 2
3. 8.1 Bảo vệ khoảng cách cần các tín hiệu là dòng điện, điện áp và góc lệch φ giữa chúng. BVKC xác định tổng trở từ chỗ đặt BV đến điểm NM từ các tín hiệu trên, tác động khi tổng trở do rơle đo được bé hơn giá trị tổng trở chỉnh định của bảo vệ. ZZR kd Khi bình thường, điện áp rơle gần điện áp định mức và dòng qua rơle là dòng tải cho nên tổng trở rơle đo có giá trị lớn và rơle không tác động. Khi NM điện áp giảm còn dòng tăng cao cho nên tổng trở rơle đo được nhỏ nên rơle tác động. 3
4. 8.2 ZZR kd Từ phương trình ta thấy miền tác động là hình tròn tâm O bán kính ZR . Đặc tính tác động vô hướng Rơle tổng trở có hướng dùng phổ biến là loại thêm cuộn dây cường độ độ phụ quấn lên trên lõi thép. Từ thông phụ ngược chiều với từ thông do cuộn áp sinh ra khi dòng điện đi theo hướng dương – hướng tác động. Khi đó nó khữ bớt Momem do điện áp sinh ra và cho phép tiếp điểm đóng lại. Khi dòng điện ngược lại thì từ thông phụ cùng chiều từ thông điện áp nên khóa lại. Tùy theo tương quan giữa từ thông phụ và từ thông điện áp mà tâm hình tròn di chuyễn khỏi góc tọa độ. Loại phổ biến là có cung tròn đi qua góc tọa độ đặc tính MHO 4
5. 8.2 Ngoài ra còn có các đặc tính khác: elip, lệch tâm, điện kháng, đa giác 5
6. 8.2 Phương trình đặc tuyến j R Zkd = zkd e Zzkd =−kdmcos( CR R ) ZZZZ+− Z −CR1 CR2 − CR1 CR2 = 0 R 22 ZR− Z b − Z R − Z d =22 a = zcRm Zkd = jxkd = jz Ckdsin = jx Ckd = const 6 Ngoài ra còn có đặc tuyến đa giác, rất phú tạp, tuy nhiên nó thực tế thường dùng
7. 8.3 Phân tích sự cố NM tham khảo sách RƠLE IR UR A IA-IB UAB B IB-IC UBC C IC-IA UCA 7
8. 8.3 Phân tích sự cố NM tham khảo sách RƠLE IR0 UR A IA + 3kCI0 UA B IB + 3kCI0 UB C IC + 3kCI0 UC ZZLL01− KC = 8 3ZL1
9. 8.4 Vùng bảo vệ (hay cách tính đơn giản): Vùng I: 80 – 90% đường dây được bảo vệ Vùng II: Hoàn toàn đường dây được bảo vệ và 50% đường dây kề sau có tổng trở nhỏ nhất Vùng IIIF: 120% (đường dây đượczCkd bảo vệ + đường dây kề sau có tổng trở lớn nhất) Vùng IIIR: 20% đầu đường dây 9
10. 8.4 8.4.1 Bảo vệ cấp I 8.4.2 Bảo vệ cấp II 8.4.3 Bảo vệ cấp III zCkd 10
11. 8.4.1 8.4.1.1 Khỏi động 8.4.1.2 thời gian tác động 8.4.1.3 Vùng bảo vệ zCkd 11
12. 8.4.1.1 I Tổng trở khởi động Zkd= k at Z thietbiduocbaove kat = 0.8-0.85 12
13. 8.4.1.2 Thời gian tác động gần bằng zero 13
14. 8.4.1.3 Vùng bảo vệ chính bằng kat 14
15. 8.4.2 8.4.2.1 Khởi động 8.4.2.2 Thời gian tác động 8.4.2.3 Độ nhạy 8.4.2.4 Vùng bảo vệ 15
16. 8.4.2.1 Tổng trở khởi động kat = 0.8-0.85 k’at = 0.87-0.9 II ' kat Cách 1: Zkd=+ k at() Z thietbiduocbaove Z thietbikesau kpd Cách 2: II ZZZkd=+ thietbiduocbaove0.5 thietbikesaucot ongtro min 16
17. 8.4.2.2 Thời gian tác động Δt ( phụ thuộc vào độ nhạy và phối hợp với cấp I hay cấp II kề sau ) 17
18. 8.4.2.3 II Độ nhạy Zkd knh = 1.2 Zthietbiduocbaove Độ nhạy không thỏa phải chọn phối hợp với cấp II kề sau nó ' II ' kkat at Zkd= k at( Z thietbiduocbaove + ( Z thietbikesau + Z thietbikesau− sau )) kkpd pdsau 18
19. 8.4.2.4 Vùng bảo vệ lấy giá trị tổng trở khởi động chia cho tổng trở của phần tử được bảo vệ để biết nó bảo vệ được bao nhiêu phần trăm. 19
20. 8.4.3 8.4.3.1 Khởi động 8.4.3.2 Thời gian tác động 8.4.3.3 Độ nhạy 8.4.3.4 Vùng bảo vệ 20
21. 8.4.3.1 Tổng trở khởi động III Zlamviecmin Cách 1: Zkd = kat k tv k mm Umin ZUUlamviecmin=; min = (0.9 − 0.95). dm 3.Ilvmax kat = 1.1-1.2 ktv = 1.05-1.1 kmm = 1.2-1.3 21
22. 8.4.3.1 Tổng trở khởi động Cách 2: III ZZZkd=+1.2( thietbiduocbaove thietbiliensau ) 22
23. 8.4.3.2 Thời gian tác động Δt ( phụ thuộc vào độ nhạy và phối hợp với cấp II hay cấp III kề sau ) 23
24. 8.4.3.3 III Độ nhạy Zkd knh = 1.5 Zthietbiduocbaove 24
25. 8.4.2.4 Vùng bảo vệ lấy giá trị tổng trở khởi động chia cho tổng trở của phần tử được bảo vệ để biết nó bảo vệ được bao nhiêu phần trăm. 25
26. 8.6 8.6.1 Ảnh hưởng của góc pha đường dây gay vượt tầm 8.6.2 Ảnh hưởng của điện trở quá độ tải điểm NM gay dưới tầm 8.6.3 Ảnh hưởng của phân dòng gay quá tầm hoặc dưới tầm 8.6.4 Ảnh hưởng của điện áp đặt vào rơle 8.6.5 Sai số đo lường 8.6.6 Ảnh hưởng của cách nối dây MBA động lực đặt giữa chỗ đặt bảo vệ và chỗ NM 8.6.7 Ảnh hưởng của dao động điện 8.6.8 Ảnh hưởng tụ bù dọc 26
27. 8.6.1 Góc chỉnh định của rơle thường lấy bằng góc pha đường dây. Do nhiều nguyên nhân (nhiệt độ, chọn nấc rơle, tính toán) nên 2 góc này sẽ không bằng nhau. Khi đó trị số tác động của rơle các định theo tacdongR=− kdRcos( kdR duongday ) Như vậy ZtacdongR < ZkhoidongR có nghĩa là vùng tác động bị kéo dài ra so với trị số đặt và bảo vệ tác động vượt quá vùng chỉnh định, ta gọi đó là quá tầm. Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: Zkd kquatam %=− 100%( 1) Zkdcos( kdR− duongday ) 1 =−100%( 1) 27 cos( kdR− duongday )
28. 8.6.2 Khi NM ba pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt vào rơle tăng thêm một lượng Ra. ZR = ZL + Ra Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt vào rơle tăng thêm một lượng Ra. . U 2IZIRNM+ NM 1 ZZR=R =La = + R L2 a IIR 2 NM Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd với mạng 2 nguồn I NMquaR ZR= Z L + k pd R a; k pd = I NMdendiemNM Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm 28 ZtacdongR > ZkhoidongR
29. 8.6.2 Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm ZtacdongR > ZkhoidongR Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: ()Zkd+ kR a kduoitam %=− 100%( 1) Zkd kR =100%(a ) Zkd 29
30. 8.6.3 Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm. Ví dụ: Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: ()Zkd+ k pd Z Lkesau k pd R Lsau kduoitam %= 100%( − 1) = 100%( ) ZZkd kd kZ k %= 100%(pd Lkesau ) quatam Z kd 30
31. 8.6.4 1Xét hệ thống có điện áp US và tổng trở ZS cấp cho đường dây được bảo vệ ZL, khi xảy ra NM trên đường dây ta có: . U S 1 UIZZURS% =R LL = = ZSL++ Z1 SIR Z SIR = S system impedance ratio ZL 31
32. 8.6.5 Sai số BI và BU có ảnh hưởng đến trị số ZR và góc pha φR và do đó làm thay đổi vùng tác động của rơle. Đối với BI cần kiểm tra đường cong bội số giới hạn. Đối với BU cần chọn dây nối đủ tiết diện để tránh sụt áp lớn làm ảnh hưởng đến giá trị và góc pha của UR 32
33. 8.6.6 Khi NM sau MBA có tổ đấu dây sao – sao thì rơle tổng trở sẽ làm việc như trường hợp NM trên đường dây, tổng trở đặt vào rơle sẽ bằng tổng số các tổng trở của đường dây và MBA. Nếu tổ đấu dây của MBA sao – tam giác hoạc tam giác – sao thì rơle tổng trở sẽ làm việc khác đi, vì khi NM hai pha sau MBA dòng điện phía sơ cấp và thứ cấp của MBA khác nhau về trị số và góc pha. 33
34. 8.6.7 Dao động là trạng thái mất đồng bộ giữa hai nguồn điện hoặc hai bộ phận chứa nguồn trong hệ thống điện. Xét hai nguồn G và H có sức điện động EG và EH thông qua đường dây L có kháng điện xL. Dòng dao động E  IIdd==sin dd max sin X GH 22 Như vậy dòng dao động triệt tiêu khi = 0 độ, cực đại khi = 180 độ Khi dao động tổng trở giả tưởng giảm xuống xung quanh thời điểm = 180 độ và càng gần tâm dao động tổng trở càng giảm Có hai nguyên tắc để khóa dao động: thứ nhất là khóa tác động theo thành phần đối xứng và loại thứ hai là khóa tác động theo tốc độ biến thiên dòng, áp hay trở kháng tại chỗ đặt bảo vệ. 34
35. 8.6.8 Với đường dây dài cao áp và siêu cao áp người ta thường lắp bộ tụ nối tiếp vào đường dây (tập trung hoặc phận tán theo chiều dài đường dây) để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn thất. Đặc trưng của mức độ bù dọc là hệ số kC. kC là tỷ số của XC bù dọc và XL của đường dây (thường vào khoảng 0.25 đến 0.7). Ở Việt Nam thì kC = 0.6. Khi bù dọc thì ảnh hưởng đến rơle khoảng cách vì khi có NM sau bộ tụ bù dọc thì rơle không thể thấy điểm NM và cả một đoạn đường dây gần đó vì tổng trở đo được nằm sau lưng bảo vệ nên không tác động được. Điều này có thể làm cho bảo vệ trước đó tác động sai (vì không chọn lọc) 35
36. 8.6.8 Để ngăn việc tác động sai thì khi xảy ra NM ta cần nối tắc tụ điện lại để trở lại bình thường tuy nhiên cần trì hoãn lại tác động khoảng 0.1s – 0.15s. Ở các bộ tụ điện bù dọc hiện đại, người ta sử dụng hệ thống bảo vệ bằng điện trở phi tuyến, khe phóng điện và máy cắt đấu song song với bộ tụ. Khi có NM tùy theo điểm sự cố (độ lớn dòng NM) và thời gian tồn tại sự cố mà các thiết bị này sẽ làm việc và nối tắc bộ tụ. 36
37. 8.6.9 37
38. 8.7 Ưu điểm: Đảm bảo tính chọn lọc trong mạng có cấu trúc bất kỳ Thời gian tác động vùng I nhanh (quan trọng với tính ổn định hệ thống) Có độ nhạy cao Khuyết điểm: Sơ đồ phức tạp Không tác động tức thời trên toàn bộ vùng bảo vệ Cần thiết bị khóa khi dao động điện nên càng phức tạp 38