Bảo vệ các hệ thống điện

Nguyễn Xuân Tùng - Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HNNguyễn Xuân Tùng - Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN Sơ đồ thay thế  Sai số của BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa  Điện áp xuất hiện

Trang 1

11/23/2012 Giảng viên: Nguyễn Xuân Tùng

Bộ môn Hệ thống điện Đại học Bách khoa Hà Nội

PHÂN TÍCH, CẤU HÌNH, TÍNH TOÁN & CÀI ĐẶT THÔNG SỐ HỆ THỐNG BẢO VỆ LƯỚI ĐIỆN

TRUYỀN TẢI

Trang 2

Nguyễn Xuân Tùng - Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN

1 A Comparison Between High-Impedance and Low-Impedance Restricted Earth-Fault Transformer

Protection

2 Advances in Series-Compensated Line Protection

3 Analysis of an Autotransformer Restricted Earth Fault Application

4 Analysis of Phenomena, that Affect the Distance Protection

5 Application Considerations When Protecting Lines With Tapped and In-Line Transformers

6 Application of Current Differential Protection to Tapped Transmission Lines

7 Basic Busbar Protection by Reverse Interlocking

8 Broken Conductor Detection with SIPROTEC 7SJ80

9 Busbar Protection

10 Charging Current in Long Lines and High-Voltage Cables: Protection Application Considerations

11 Current Differential Line Protection Setting Considerations

12 Current Transformer Grounding

13 Distance Protection - Utility Main Transmission Line Protection

14 Distance Protection for Multi-terminal Transmission Lines

15 Distance protection of teed circuits

16 Distance Relay Fundamentals

2

Tài liệu tham khảo

Trang 3

17 Ebook: Digital Differential Protection (Gerhard Ziegler)

18 Ebook: Numerical Distance Protection (Gerhard Ziegler)

19 Ebook: Power System Capacitors (Ramasamy Natarajan)

20 Ebook: Power System Protection (IEEE series - 4 volumes)

21 Ebook: Power System Protection (P M Anderson)

22 Ebook: Power System Relaying (Stanley H Horowitz)

23 Ebook: Protection of Electrical Networks (Christophe Prévé)

24 Ebook: Protection of electricity distribution networks (Juan M Gers and Edward J Holmes)

25 Ebook: Protective Relaying Principles and Applications (H Lee Willis)

26 Ebook: Protective relaying theory and application (Walter A Elmor)

27 Ebook: Transformer Engineering: Design and Practice (S.V.Kulkarni and S.A.Khaparde)

28 Fundamentals of Bus Bar Protection

29 IEEE Guide for Grounding of Instrument Transformer Secondary Circuits and Cases

30 Instrument Transformers Application Guide (ABB)

31 Instrument Transformers: Technical Information and Application Guide (ABB)

32 Modern Line Current Differential Protection Solutions

3

Trang 4

33 Mutual Impedance in Parallel Lines – Protective Relaying and Fault Location Considerations

34 On the impact of series compensation on line protection and TRV

35 Power swing and out of step consideration on transmission lines

36 Protection of Double Circuit Transmission Lines

37 Rebirth of the Phase Comparison Line Protection Principle

38 Review of unit protection schemes for auto-transformers

39 Shunt Capacitor Bank Fundamentals and Protection

40 Tài liệu hướng dẫn sử dụng của các hãng rơle

41 The Siemens Answer: CT Dimensioning

4

Trang 5

 Chương 01: Máy biến dòng điện & Máy biến điện áp dùng cho mục đích bảo vệ rơle

 Chương 02: Các nguyên lý bảo vệ trong hệ thống điện

 Chương 03: Bảo vệ các đường dây 220kV và 500kV

 Chương 04: Bảo vệ các máy biến áp 220 và 500kV

 Chương 05: Bảo vệ các hệ thống thanh góp

 Chương 06: Bảo vệ các thiết bị khác trong trạm biến áp

 Chương 07: Phần mềm PSCAD

5

Đề cương

Trang 6

Chương 01

6

Máy biến áp đo lường

(dùng cho hệ thống rơle bảo vệ )

Trang 7

 Tên gọi chung: BI, CT, TI

Máy biến dòng điện

Isơ cấp*wsơ cấp = Ithứ cấp*wthứ cấp

Nguyên l{ hoạt động

Trang 8

Sơ đồ thay thế

 Sai số của BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa

 Điện áp xuất hiện phía thứ cấp

Vthứ cấp=Ithứ cấp*(Zcuộn thứ cấp+Zdây dẫn phụ + Zthiết bị nối vào)

 Tải tăng  Vthứ cấp tăng  tăng dòng từ hoá Ie  tăng sai số của BI

Trang 9

Đặc tính từ hóa của BI

 Quan hệ giữa dòng điện từ hóa cần thiết (Ie) để sinh ra một điện

áp hở mạch V

 Điểm gập VK:

Là một điểm trên đường cong từ hóa

Từ đó: để tăng điện áp lên thêm 10%  cần tăng dòng từ hóa 50%

Trang 10

Trang 11

 Qui ước cực tính (theo IEC 60044-1)

Cần thiết với : bảo vệ làm việc dựa theo

Coi chiều dòng điện đi từ phía sơ cấp qua

rơle không đổi chiều

11

Rơle

Trang 12

 Khai báo cực tính của máy biến dòng (rơle số)

12

Điểm đấu sao về phía đường dây Điểm đấu sao về phía thanh góp

Trang 13

 Qui ước cực tính

13

Trang 14

o Lõi từ bị bão hòa

o Từ thông tản ra ngoài lõi thép

Trang 15

Trang 16

Sơ đồ thay thế khi BI bị bão hòa

 Dùng khi tính toán bảo vệ so lệch tổng trở cao

 Khi BI bị bão hòa:

Dòng đầu vào tăng cao

Dòng đầu ra có dạng xung nhọn  giá trị hiệu dụng rất nhỏ

Như vậy: có thể coi là có dòng đầu vào BI nhưng không có dòng đầu

ra  dòng đầu vào đã khép mạch qua nhánh từ hóa  tương đươngvới việc tổng trở nhánh từ hóa giảm rất thấp, coi như xấp xỉ bằng 0

Trang 17

Hiện tượng hở mạch BI

 Cơ cấu nối tắt mạch dòng khi tháo thiết bị nhị thứ

17

Rơle, đồng hồ đo

Trang 18

Tải danh định & Cấp chính xác

 Một BI: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác nhau.

 Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tuz thuộc vào loại tải.

 Các dụng cụ đo (kW, KVar, A, kWh, kVArh):

Yêu cầu chính xác trong chế độ tải bình thường hoặc định mức.

Phạm vi hoạt động chính xác trong khoảng 5÷120% của dòng điện

Độ chính xác thường là: 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC

Hoặc 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE.

18

Thông số của máy biến dòng điện

Trang 19

So sánh BI dùng cho đo lường – bảo vệ rơle

19

Thông số của máy biến dòng điện

Hạng mục so sánh BI dùng cho đo lường BI dùng cho bảo vệ rơle

(Đảm bảo đo được dòng sự cố)

Lõi từ Bão hòa nhanh để bảo vệ

các dụng cụ đo khi sự cố, dòng điệntăng cao

Điện áp bão hòa cao hơn (VK)

(khó bị bão hòa)

Độ chính xác Độ chính xác cao

 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC

 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE

Độ chính các thấp hơn

 5P hoặc 10P theo chuẩn IEC

Thiết bị nối tới kW, KVar, A, kWh,

kVArh…

Rơle, bộ ghi sự cố

Lựa chọn cấp 5P hay 10P tùy thuộc loại bảo vệ

Bảo vệ so lệch tổng trở cao 3P

Trang 20

BI cho bảo vệ rơle

Tại 20 lần dòng định mức, BI vẫn đảm bảo sai số theo tiêu chuẩn Công suất định mức 30VA

BI cho đo lường

30VA Cấp chính xác 0,5

Cấp chính xác 0,5 Công suất định mức 30VA

Trang 21

 Dùng cho mục đích đặc biệt

Bảo vệ so lệch thanh góp

 Biến dòng cấp X: thông số được cho chi tiết hơn

Dòng định mức

Tỷ số biến

Điện áp điểm gập VK

Dòng điện kích từ ứng với điện áp điểm gập

Điện trở lớn nhất cho phép phía mạch nhị thứ

21

Máy biến dòng điện cấp X (hay PX – theo IEC)

Trang 22

 Thực tế, mỗi BI có thể có:

1 hoặc 2 cuộn thứ cấp - Mục đích đo lường

2 tới 4 cuộn thứ cấp - Ứng dụng bảo vệ rơle

22

Cuộn sơ cấp

Các cuộn thứ cấp

Trang 23

Thiết kế BI phổ biến

 Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa thấp gần với đất

(Dead tank type), dây thứ cấp chạy uốn theo hình chữ U

 Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa ở phía trên đỉnh (Live tank type), dây thứ cấp thường chạy thẳng qua lõi từ.

 Loại hỗn hợp

23

Trang 24

BI loại thùng chứa bên dưới (Dead tank)

Trọng tâm thấp, ổn định về mặt cơ khí

Có thể chế tạo với lõi từ loại to mà không

gây quá tải về mặt cơ khí đối với sứ cáchđiện

Dây sơ cấp có chiều dài lớn nên gây phát

nóng nhiều hơn  hạn chế về dòng ổnđịnh nhiệt (lớn nhất 63kA/1 giây)

24

Trang 25

BI loại thùng chứa bên trên (Live tank)

Dây dẫn sơ cấp ngắn, giảm phát nhiệt

Có dòng định mức và dòng ổn định nhiệt

cao hơn

Trọng tâm cao hơn, kém ổn định về mặt cơ

khí so với loại thùng chứa dưới (dead tank)

Khi chế tạo với lõi từ lớn có thể gây tải

trọng lớn về mặt cơ khí đối với sứ cáchđiện

Trang 26

 Nguyên lý:

Dùng 3 BI riêng biệt

rơle do sai số của BI

 Chỉ sử dụng đo dòng chạm đất lớn  dùng ở mạng điện có dòng chạm đất lớn: mạng điện trung tính nối đất trực tiếp

Vẽ rút gọn

Ia+Ib+Ic=3I0

Trang 27

Dùng BI thứ tự không (Flux Summation CT hoặc Core Balance CT)

27

Trang 28

Trang 29

BI thứ tự không

 Ngược lại - đấu sai: dây nối đất vỏ cáp không chạy xuyên qua lõi từ

 Dòng điện chạy qua vỏ cáp có thể triệt tiêu dòng điện sự cố (hoàntoàn hoặc một phần): rơle có thể không nhận được thông tin sự cố

Trang 30

 Đấu nối BI để lọc thành phần TTK

Ứng dụng của BI thứ tự không

cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang)

thích hợp để trang bị với đường cáp hoặc đầu cực máy phát điện

30

Trang 31

 Bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao (Aptomat chống giật)

31

Ứng dụng thực tế của BI thứ tự không

Nút bấm thử nghiệm Điện trở mạch thử nghiệm Cuộn dây mạch thử nghiệm

Tải (VD:Bình nóng lạnh) Sự cố chạm vỏ

(chạm đất)

Cuộn lấy tín hiệu dòng chạm đất (dòng so lệch) Cuộn hút của Aptomat Nguồn cấp

Trang 32

Trang 33

 Điện áp danh định sơ cấp và thứ cấp

BU ngoài trời thường sử dụng điện áp pha:

Ứng dụng đo lường: phạm vi điện áp làm việc: 80÷120%

Ứng dụng bảo vệ rơle: từ 0.05 ÷ 1.5 hoặc 1.9 lần điện áp danh định.

33

Máy biến điện áp (BU)

Trang 34

BU kiểu tụ phân áp

 Lựa chọn kinh tế nhất đối với cấp điện áp tới 145kV

 Lựa chọn khi dùng ở cấp cao áp

 Thường được sử dụng kết hợp với hệ thống thông tin tải ba PLC

hưởng

BU cảm ứng thông thường

Đầu ra

K{ hiệu trên sơ đồ

Trang 35

Cấu trúc BU kiểu tụ phân áp

Trang 36

Bù dịch pha do tụ phân áp gây ra

Mạch giảm dao động cộng hưởng: là điện trở tải, có thể nối ở cuộn

tam giác hở

36

Máy biến điện áp (BU) – Tham khảo

Trang 37

Các loại BU

 Hệ số giới hạn điện áp Vf

Khi xảy ra sự cố trong HTĐ: U pha có thể tăng lên tới một giá trị là Vf lần

U danh định

Tiêu chuẩn IEC đưa ra các giá trị hệ số Vf như sau:

Lõi từ của các biến điện áp không được phép bão hoà khi điện áp tăngtới cấp điện áp giới hạn theo hệ số Vf

37

Trang 38

 Cấp chính xác theo tiêu chuẩn IEC 60044-2

 Công suất danh định (cosφ=0,8)

10, 15, 25, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 VA

38

Cấp chính xác

Sai số giới hạn

Tại % điện áp định mức

Sai số độ lớn

%

Sai số góc pha (phút)

Ứng dụng

Chuẩn hóa dụng cụ đo trong công nghiệp Đồng hồ đo

Tại % tải định mức

Trang 39

Trang 40

Thức cấp

3V 0

A B C

Để đo được điện áp thứ tự không:

o Phải có đường dẫn cho từ thông TTK

o Cần thêm 2 trụ (không quấn dây)

o Trung tính cuộn sơ cấp phải nối đất (nếu không sẽ chỉ đo được thành phần hài bậc 3)

Trang 41

Trang 42

Bộ lọc điện áp TTK (U0)

 Chọn tỷ số biến áp cho cuộn tam giác hở

Trung tính nối đất trực tiếp

Tỷ số biến có thể là:

42

Máy biến điện áp (BU) – Tham khảo

Vectơ điện áp khi xảy ra sự cố chạm đât một pha trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp

Trang 43

Kết thúc

“BU & BI cho bảo vệ

rơle”

Trang 44

 Chương 01: Máy biến dòng điện & Máy biến điện áp dùng cho mục

đích bảo vệ rơle

 Chương 03: Bảo vệ các đường dây 220kV và 500kV

 Chương 04: Bảo vệ các máy biến áp 220 và 500kV

 Chương 05: Bảo vệ các hệ thống thanh góp

 Chương 06: Bảo vệ các thiết bị khác trong trạm biến áp

 Chương 07: Phần mềm PSCAD

44

Đề cương

Trang 45

Chương 02

Nguyên lý

bảo vệ quá dòng

điện

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng có thời gian (51)

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50)

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng kết hợp khóa điện

áp thấp (51V)

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng thứ tự không (51N

& 50N)

45

Trang 46

 Bảo vệ quá dòng (I> hoặc 50 & 51):

Chống lại các dạng sự cố quá dòng một pha, hai pha & ba pha và sự cố

chạm đất

 Bảo vệ khởi động khi:

Dòng điện của một pha, hai pha hoặc cả ba pha vượt quá một giá trị

đã được cài đặt trước trong rơle

 Có thể làm việc với thời gian trễ để đảm bảo tính chọn lọc

 Thời gian trễ có thể là độc lập so với dòng điện hoặc phụ thuộc vào dòng điện  hai loại đặc tính thời gian tác động

46

Nguyên l{ bảo vệ quá dòng có thời gian

Trang 47

 Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập:

Thời gian làm việc (trễ) của bảo vệ không phụ thuộc vào độ lớn dòng

Trang 48

Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc:

Thời gian làm việc: phụ thuộc tỷ lệ nghịch vào độ lớn của dòng điện

Trang 49

Điều kiện

 Phải không khởi động ở chế độ bình thường

 Phải khởi động với dòng sự cố nhỏ nhất (đủ nhạy)

 Đảm bảo tính chọn lọc

 Xét lưới điện có hai phân đoạn

Dòng làm việc giả thiết đang lớn nhất (I lvmax)

Trang 50

1 Thời điểm t1: xảy ra sự cố tại N2:

1 Dòng điện tăng lên – Sau đó giảm đi một chút sau giai

đoạn quá độ

2 Điện áp TG2 giảm đi  các động cơ giảm tốc độ

2 BV1 & BV2 khởi động đếm thời gian

3 Tại thời điểm t2: BV2 cắt máy cắt, loại trừ sự cố

1 Dòng điện giảm đi do sự cố đã được loại trừ

2 Điện áp TG2 hồi phục  các động cơ mở máy trở lại 

xuất hiện dòng điện mở máy lớn

3 Dòng điện mở máy giảm dần theo thời gian đến giá trị

ổn định  BV1 phải dừng đếm thời gian dù đang có dòng mở máy  BV1 phải trở về

t 2

BV2 cắt MC

Dòng ngắn mạch bị cắt Xuất hiện dòng mở máy BV1 phải trở về - Dừng đếm thời gian

I mở máy I tv của BV1 > I mở máy

I tv BV1

Định dạng
Số trang	406
Dung lượng	7,71 MB