bảo vệ role và tự động hóa

Chương 1: Tổng quan về hệ thống bảo vệ rơleChương 2: Kỹ thuật chế tạo rơle Chương 3: Các loại bảo vệ rơle Chương 4: Các khí cụ điện đo lường Chương 5: Bảo vệ quá dòng điện Chương 6: Bảo

Đại học quốc gia Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

TÀI LIỆU CHÍNH

 Bảo vệ rơle &TĐH Nguyễn Hoàng Việt

 Giáo trình bảo vệ rơle (1999) Trần Hữu Thanh

 Tính toán ngắn mạch và chỉnh định bảo vệ rơ le và trang bị tự động trên Hoàng Hữu Thuận

 Bảo vệ rơle &TĐH Lê Kim Hùng và Đoàn Ngọc Minh Tú

 Các tài liệu khác: Tài liệu nước ngoài

 Phần mềm: PSS/ADEPT; ETAP; V-PRO II

Chương 1: Tổng quan về hệ thống bảo vệ rơle

Chương 2: Kỹ thuật chế tạo rơle

Chương 3: Các loại bảo vệ rơle

Chương 4: Các khí cụ điện đo lường

Chương 5: Bảo vệ quá dòng điện

Chương 6: Bảo vệ quá dòng điện có hướng

Chương 7: Bảo vệ dòng điện chống chạm đất

Chương 8: Bảo vệ khoảng cách

Chương 9: Bảo vệ so lệch

Chuong 10: Tự đóng lại

Phần 1: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠLE

Phần 2: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ TRONG HTĐ

Bảo vệ máy phát (Generator)

Bảo vệ máy biến áp (Transformer)

Bảo vệ đường dây (Line)

Bảo vệ động cơ (Motor)

Bảo vệ thanh cái / thanh góp (Bus)

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ

Tổng quan về hệ thống bảo vệ

1.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle

1.2 Các dạng sự cố và trạng thái làm việc không bình thường HTĐ 1.3 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bảo vệ

1.1 Nhiệm vụ của BVRL

 Trong vận hành HTĐ có thể xuất hiện tình trạng sự cố vàchế độ làm việc không bình thường của các phần tử Lúcnày, hiện tượng là dòng điện tăng cao nhưng điện áp lại thấp.

 Như vậy muốn HTĐ hoạt động bình thường thi HTĐ phải

có hệ thống bảo vệ rơle để phát hiện sự cố và cô lập nó càngnhanh càng tốt

1.2 Sự cố và trạng thái không bình thường

 Sự cố: Ngắn mạch N (3) , N (2) , N (1) , N (1,1) , ngắn mạch các vòng dây trong MBA, ngắn mạch giữa các vòng dây trong máy phát

1.3.2 Tác động nhanh

Tác động nhanh: Đảm bảo tính ổn định của các máy phát làm việc song song trong HTĐ Giảm tác hại của dòng ngắn mạch đến các thiết

bị, giảm xác suất gây hư hỏng nặng hơn, nâng cao hiệu quả tự đóng lại.

Ví dụ:

Đường dây 300 → 500 Kv: 0.1 → 0.12 s Đường dây 110 → 220 Kv: 0.15 → 0.3 s Đường dây 6 → 10 Kv : 1.5 → 3 s

Càng xa nguồn càng ít ảnh hưởng đến tính ổn định của HTĐ

I K

I



max

kd nh

N

U K

U



1.3.4 Độ tin cậy

Độ tin cậy:

Khi có sự cố trong vùng BV thì BV phải tác động chắc chắn Nhưng nó không tác động đối với các sự cố mà nó

không được giao

Để bảo vệ tin cậy cao cần phải dùng các sơ đồ đơn giản, giảm số lượng rơle và các tiếp xúc, cấu tạo đơn giản,chế độ lắp ráp bảo đảm chất lượng đồng thời kiểm tra, bảo trì thường xuyên.

1.3.5 Kinh tế

Kinh tế:

Phải lựa chọn phù hợp yêu cầu để luôn đảm bảo

giá thành phải chăng

1.4 Các bộ phận của hệ thống điện

o Phần đo lường: liên tục thu nhận tín hiệu về trạng thái của đối tượng được bảo vệ Ghi nhận xuất hiện sự cố và tình trạng làm việc không bình thường rồi truyền tín hiệu đến phần logic Phần đo lường nhận tín hiệu thông qua biến dòng điện và biến điện áp

o Phần logic: nhận tính hiệu từ phần đo lường để phản ánh tình

trạng của đối tượng bảo vệ Phần logic có thể là tổ hợp các rơle trung gian hay mạch logic tín hiệu (0-1), rơle thời gian và phần tử điều khiển máy cắt Phần này hoạt động theo chương trình định sẵn

đi khiển máy cắt.

1.5 Mã rơle / ký hiệu

Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Tên gọi

24 BV quá từ 49 R-S BV nhiệt độ Rôto – Stato

27 BV thấp áp 51G BV quá dòng chống chạm đất

30 BV chỉ thị vùng bảo vệ 51GS BV quá dòng chống chạm đất S

32F BV định hướng cs thứ tự thuận 51/51N BV QDCC Đ thời gian trễ

32R BV định hướng cs thứ tự nghịch 51V BV QD có kiểm tra điện áp

33 BV chị thị mức dầu thấp 52 Máy AC

37 BV dòng điện thấp và cs thấp 59 BV điện áp

40 BV phát hiện mất kích thích MF 59N BV điện áp thứ tự không

BV dòng điện thứ tự nghịch cân bằng dòng và điện áp

1.5 Mã rơle / ký hiệu

Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Tên gọi

62 Rơle thời gian 86 Rơle cắt và khóa máy cắt

64R Rơle chống chạm đất Rôto 87T Bảo vệ so lệch máy biến áp

74 Rơle xóa giám sat mạch cắt 90 Rơle điều hòa điện thế

76 Rơle quá dòng điện DC 92 Rơle định hướng cs và điện áp

78 Rơ le MĐB hay đo góc lệch pha 95 Rơle phát hiện đứt mạch thứ cấp BI

80 Rơle phát hiện mất nguồn DC

 50 : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha cắt

 27 : Rơ le bảo vệ điện áp thấp

 59 : Rơ le bảo vệ điện áp cao

 51VP : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha

MBT phía sơ cấp có khóa điện áp

 51QTP : Rơ le bảo vệ quá tải MBT phía sơ cấp

 51NP : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT phía

 51QTS : Rơ le bảo vệ quá tải MBT cuộn thứ 2

 51NS : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT cuộn thứ 2

 51GNS : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT tại trung tính cuộn thứ 2

 51T : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 3

 51VT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 3 có khóa điện áp

 51QTT : Rơ le bảo vệ quá tải MBT cuộn thứ 3

 51NT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT cuộn thứ 3

 51GNT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT tại trung tính cuộn thứ 3

 51B : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha trên thanh cái

 51NB : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất trên thanh cái

 87B : Rơ le bảo vệ so lệch thanh cái

: Rơ le bảo vệ chống máy cắt từ chối tác

1.5 Mã rơle / ký hiệu (bổ sung)

1.6 Nguồn điều khiển

Yêu cầu phải đảm bảo công suất và điện áp lúc bảo

vệ tác động khi có sự cố.

Loại nguồn:

1 Nguồn DC: 24V, 48V, 110V, 220V Ưu điểm không phụ thuộc vào điện lưới, khuyết điểm tốn công chăm sóc, bảo trì, phức tạp…

2 Nguồn AC: không nên dùng MBA đo lường hay MBA tự dùng để tạo nguồn cung cấp vì khi có sự cố ngắn mạch thì điện

áp giảm rất thấp Có thể dùng biến dòng để tạo nguồn cung cấp

vì khi có sự cố ngắn mạch thì dòng điện tăng cao nên dòng điện thứ cấp đủ lớn để tác động Tuy nhiên, lúc trạng thái không bình thường thì dòng điện thứ cấp có thể không đủ lớn để tác động.

1.7 Bảo vệ các phần tử trong HTĐ

Bảo vệ máy phát (Generator)

Bảo vệ máy biến áp (Transformer)

Bảo vệ đường dây (Line)

Bảo vệ động cơ (Motor)

Bảo vệ thanh cái / thanh góp (Bus)

1.7 Bảo vệ các phần tử trong HTĐ

Bảo vệ đường dây

 Đối với đường dây từ 220KV gồm có các bảo vệ chính : 87L,

1.7 Bảo vệ các phần tử trong HTĐ

Bảo vệ thanh cái

Bảo vệ chính: 87Bus,

Bảo vệ dự phòng: 50/51, 50/51N

 Ngoài các rơ le trên còn có các rơ le mức dầu thấp, rơ le nhiệt độ dầu , rơ

le nhiệt độ cuộn dây, rơ le áp lực (rơ le này đo tốc độ thay đổi áp lực trong dầu).

1.8 Các rơle dùng trong lưới điện miền Nam

ABB: BV khoảng cách REL 511, REL 521, REL 670; BV solệch RET 521, SPAD 346, RED 5213C; BV quá dòng SPAJ140C, SPAA 341C, SPAS 348C, REF 54, REF 610, REX521

so lệch 7UT512, 7UT513, 7UT612, 7UT613, 7SS522,7SS523; BV quá dòng 7SJ511, 7SJ611, 7SJ622, 7SJ 64,7SJ635, 7SJ600

MICOM P441, P442, P443, P437, LFZP 111; BV so lệchKBCH 120, 130, 140, P632, P633, P634, LFCB 122,P543,DIB CL; BV quá dòng P120, P122, P123, P127,P141, KCGG 140, KCEG 142

1.8 Các rơle dùng trong lưới điện miền Nam

SEL: BV khoảng cách SEL 311L, SEL 421, SEL 321, SEL311C ; BV so lệch SEL 387, SEL387E, SEL487; BV quádòng SEL551, SEL351,SEL451

D2B; BV quá dòng TCO 29S, GRD140

Đại học quốc gia Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

Thời gian vừa qua đã chứng kiến bao thay đổi to lớn trong công nghệ chế tạo rơle bảo vệ.

Rơle digital rơle numerical

Mỗi thế hệ rơle đều được cải tiến về kích cỡ và các chức năng, cấp độ tin cậy không ngừng được nâng cao.

Kỹ thuật chế tạo rơle

Kỹ thuật chế tạo rơle

Relay điện cơ

Đây là thế hệ rơle đầu tiên dùng cho hệ thốngđiện, đã có lịch sử gần 100 năm Loại rơle này làmviệc trên nguyên lý điện cơ, lực điện động tác độnglàm cơ cấu hoạt động khi có tác nhân kích thích

Kỹ thuật chế tạo rơle

Static relay (relay tĩnh)

Thuật ngữ “tĩnh“ chỉ rằng rơle loại này không

có các bộ phận chuyển động Trong phạm vi bảo

vệ, khái niệm "tĩnh" muốn nói tới việc không có phần chuyển động để tạo các đặc tính của rơle

Kỹ thuật chế tạo rơle

Static relay (relay tĩnh)

 Rơle tĩnh được giới thiệu vào đầu thập niên 60.Thiết kế của nó dựa trên những thiết bị điện tử tương tự để thay thế lõi sắt và nam châm tạo rađường đặc tính của rơle

 Mỗi rơle loại này chủ yếu vẫn bị giới hạn trong 01loại bảo vệ Để có thể bảo vệ đa chức năng, người

ta phải nối nhiều hộp rơle lại với nhau

Kỹ thuật chế tạo rơle

Static relay (relay tĩnh)

Lập trình cho rơle tĩnh cũng giới hạn với một

vài hàm cơ bản để điều chỉnh đường đặc tính của

rơle

Như vậy, rơle tĩnh là sự thay thế các phần

điện cơ bằng mạch điện tử tương tự, với một vài

thiết lập thuận tiện hơn, tiết kiệm hơn về không

gian…

Kỹ thuật chế tạo rơle

Digital relay ( relay kỹ thuật số)

 Sự ra đời của Digital relay là sự phát triển mới trong

bảo vệ rơ le. Vi xử lý và vi điều khiển đã thay thế

những mạch điện tương tự dùng trong rơle tĩnh để thực

thi các chức năng.

 Những digital relay đầu tiên được đưa vào khoảng

những năm 80, và với sự cải thiện không ngừng khả

năng của nó, đến nay digital relay vẫn được coi là công

nghệ hiện đại cho rất nhiều ứng dụng.

Kỹ thuật chế tạo rơle

Digital relay ( relay kỹ thuật số)

 So với rơle tĩnh, digital relay đưa vào bộ chuyểnđổi tương tự/số cho mọi đại lượng tương tự đođược, sử dụng vi xử lý để thực thi các thuật toánbảo vệ

 Digital relay có thể thiết lập thông số rộng hơn vàchính xác hơn rơle điện cơ hay rơle tĩnh Nó có thể đường giao tiếp với các máy tính điều khiển

Kỹ thuật chế tạo rơle

Numerical relay

Sự khác biệt giữa digital relay và numerical relay nằm trên quan điểm độ hoàn thiện về công nghệ chứ không phải ở nguyên lý bảo vệ Cóthể xem đây như một sự phát triển tự nhiên củadigital relay như một kết quả của sự tiến bộ trongcông nghệ

Chi phí vi xử lý và các thiết bị số liên quan (bộnhớ, cổng ra vào, ) ngày càng giảm, đã dẫn đếnviệc tiếp cận công nghệ này theo cách sử dụngmột thiết bị phần cứng đơn để xử lý một lượng lớncác chức năng (‘one-box solution’ approach)

Kỹ thuật chế tạo rơle

Numerical relay

 Sử dụng bộ vi xử lý đa chức năng đã cung cấpcho rơle khả năng tính toán cần thiết đối với một

số lượng lớn các chức năng mà trước đây được

thực thi trong các phần tử phần cứng riêng biệt.Tất cả chỉ gói gọn trong một phần cứng

 Chính vì vậy chỉ cần một lỗi của numerical rơlecũng có thể làm cho rất nhiều chức năng bị kéotheo, điều này khác với việc các chức năng khácnhau được thực thi bởi các thiết bị riêng

Đại học quốc gia Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

Giới thiệu một số loại rơle

Chương 3: Các loại rơle

Gồm có:

 Lõi sắt 1 làm khung sườn và mạch tĩnh

 Phần động 2 và là giá mang tiếp điểm 5

 Lò xo 3 kéo phần động 2 luôn cho tiếp điểm 5 hở

 Cuộn dây 4 tạo từ thông

o Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây 4 sẽ sinh ra sức từ động

và từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2

Đóng cắt mạng điện

Rơle dòng điện

Rơle kém điện áp

rơle điện từ - ứng dụng

o Giống như rơle điện từ, nhưng rơle trung gian điện từ có kích thước lớn hơn vì có nhiều tiếp điểm thường đóng (NO) thường hở (NC) và tiếp điểm có kích thước lớn hơn.

o Có khả năng đóng cắt đồng thời nhiều mạch và có công suất lớn

rơle trung gian điện từ - cấu tạo

o Lõi sắt 1 làm khung sườn và là phần tĩnh

o Cuộn dây quấn 2 trên lõi sắt

o Phần động giá 3 (lõi sắt) trên đó có khớp giữ

o Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây sẽ sinh ra sức từ động

và từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2

R R R

F  I W

' 2

R

F  K 

'' R

o Để báo động và lưu lại dấu tích đã tác động

rơle tín hiệu - ứng dụng

o Gồm mạch từ có khe hở không khí và đĩa nhôm đặt tại khe hở không khí Trên đĩa nhôm có tiếp điểm và lò xo.

o Trên mạch từ có quấn cuộn dây

o Có nam châm hình chữ U để đĩa nhôm không bị dao động và có nhiệm vụ làm cho đĩa nhôm quay chậm lại

o Khi có điện IR vào cuộn dây sẽ tạo ra từ thông ΦR Từ thông ΦRtách ta thành ΦR1 và ΦR2 Từ thông ΦR1 xuyên qua vòng ngắn mạch, cảm ứng vòng ngắn mạch sinh ra sức điện động EN và dòng ngắn mạch IN Dòng IN sinh ra từ thông ΦN .

o Tại khe hở không khí ta có ;

o Moment điện từ tác động lên đĩa nhôm1 R1 N

o Thời gian tác động của tiếp điểm rơle cảm ứng tùy thuộc vào khoảng hở tiếp điểm, lực kéo lò xo và dòng điện IR

o Vì khoảng hở tiếp điểm và lực kéo lò xo được chỉnh cố định nên thời gian tác động chỉ còn phụ thuộc vào IR

o Tuy nhiên, trên thực tế thì do lọi sắt bị bảo hòa nên khi I tăng

mà Φ không tăng nên M cũng không tăng, thời gian tác động không giảm.

o Đồ thị đặc tính nằm ngang Phần phụ thuộc

Phần độc lập Thực tế

Lý thuyết

rơle cảm ứng – đặc tính

o Dùng bảo vệ mạch điện

o Thông thường người ta đặt chung rơle điện từ và rơle cảm ứng chung với nhau, tiếp điểm của chúng được nối song song nhau Cho nên đường cong đặc tính (rơle cảm ứng dùng để bảo vệ quá tải, rơle điện từ dùng để bảo vệ ngắn mạch):

rơle cảm ứng – ứng dụng

Gồm có:

 Lõi sắt có cực từ hướng vào trong

 Ở giữa có 1 ống hình trụ bằng nhôm quay quanh 1 trục, trên trục có gắn tiếp điểm và lò xo.

 Trên lõi sắt có 2 bộ cuộn dây.

o Đặt điện áp UR vào cuộn dây điện áp sẽ sinh ra dòng điện IU qua cuộn dây và sinh từ thông ΦU

o Cho dòng IR qua cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra từ thông ΦI

o Khi mạch từ chưa bảo hòa: UR tỷ lệ với IU, IU tỷ lệ với Φ U , IR tỷ

Momen quay cực đại khi

o Đường đặc tính thời gian tác động của rơle công suất tương tự như đường đặc tính thời gian tác động rơle cảm ứng

o Một trong hai đại lượng UR hay IR đổi chiều thì ống nhôm quay đổi chiều.

rơle công suất – đặc tính

o Dùng cho hệ thống bảo vệ có định hướng công suất, mạng nhiều nguồn.

o Ví dụ:

rơle công suất – ứng dụng

o Thanh ngang bị lò xo kéo nên luôn luôn áp sát vật cản.

o Khi cho dòng điện IR vào cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra moment điện hút thanh ngang  2

rơle tổng trở - nguyên lý hoạt động

o Đặt điện áp áp U vào cuộn dây điện áp sẽ sinh ra moment điện hút thanh ngang  2

M  K U

o Nếu bỏ qua lực lò xo

 Khi MU > MI rơle không tác động

 Khi M U < M I rơle tác động

 Khi M U =M I rơle khởi động:

o Khi ngắn mạch I tăng (IN), U giảm (UN): tổng trở lúc ngắn mạch

N

U Z

o Sự tác động rơle:

 Nếu : rơle sẽ không tác động

 Nếu : rơle sẽ tác động

o Muốn điều chỉnh phạm vi tác động của rơle ta phải điều chỉnh

Zkđ Ta thay đổi Zkđ bằng cách thay đổi số vòng dây cuộn dòng điện.

o Yêu cầu rơle tổng trở tác động nhanh, sai số khoảng 10%, hệ

số trở về KV = 1.05 đến 10.15

o Dùng bảo đường dây truyền tải

rơle tổng trở - đặc tính, ứng dụng

LFZR

Rơle kỹ thuật số

Rơle kỹ thuật số gồm các khối:

 MI (measuring inputs) : Nhận tín hiệu analog từ biến dòng điện, biến điện áp.

 IA(Input amplification) : Cấp khuếch đại tín hiệu đầu vào, trong đó có bộ lọc để xử lý tín hiệu.

 AD(Analog to digital) : gồm bộ nhớ, bộ đa kênh (multiplexer)

và bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự analog sang tín hiệu số.

 μC (micro computer) : Chức năng bảo vệ & điều khiển sẽ

được thực hiện trong cấp này.

Đại học quốc gia Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

4.1 Máy biến dòng điện

4.2 Máy biến điện áp

Chương 4: Biến dòng điện và biến điện áp

4.1.1 Định nghĩa

4.1.2 Đánh dấu cực tính

4.1.3 Điều kiện làm việc của biến dòng điện

4.1.4 Cấp chính xác của biến dòng điện

4.1.5 Công suất của biến dòng

4.1.6 Sơ đồ đấu dây biến dòng

4.1 : Máy biến dòng điện

o Máy biến dòng điện là khí cụ điện có nhiệm vụ biến đổi dòngđiện sơ cấp I1 trong mạch điện có điện áp cao về dòng điện thứ cấp

I2 tương ứng với thiết bị đo lường thông qua tỷ số nBI

o Dòng điện I2 thường là 1A, 5A, đôi khi lên đến 10A

o Biến dòng điện có thông số định mức: U đm , I đm , Z đm

o Ngoài ra còn có thông số khác như sai số, cấp chính xác, phụtải thứ cấp

o Ký hiệu: BI, CT, TI

4.1.1 Định nghĩa