CHUYEN DE BVKC- HUONG PDF

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH Bảo vệ dòng điện cực đại, có hướng và không hướng, có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp, đôi khi quá lớn và trong mạng vòng có

1

I NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG

CÁCH… 2

II ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 5

III CÀI ĐẶT BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 7

IV PHỐI HỢP LIÊN ĐỘNG GIỮA CÁC BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH…… 9

V ĐÁNH GIÁ 12

V.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 12

V.2 CÁC ƯU ĐIỂM CHÍNH CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 13

V.3 CÁC NHƯỢC ĐIỂM CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 13

2

I NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Bảo vệ dòng điện cực đại, có hướng và không hướng, có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp, đôi khi quá lớn và trong mạng vòng có

số nguồn lớn hơn hai, hoặc mạng vòng có một nguồn nhưng có những đường chéo không qua nguồn, không thể đảm bảo cắt chọn lọc những phần

tử hư hỏng Như vậy, cần phải tìm các nguyên tắc bảo vệ khác vừa đảm bảo tác động nhanh, vừa chọn lọc và có độ nhạy tốt đối với mạng phức tạp bất

kỳ Một trong các bảo vệ đó là bảo vệ khoảng cách (BVKC)

Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có bộ phận cơ bản là bộ phận đo khoảng cách, làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch Thời gian làm việc của BVKC phụ thuộc vào quan hệ giữa điện

áp U R , dòng điện I R đưa vào phần đo lường của BV và góc lệch pha  R giữa

chúng Thời gian này tăng lên, khi tăng khoảng cách từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt BV Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất Vì thế, BVKC về nguyên tắc bảo đảm cắt chọn lọc đoạn hư hỏng trong các mạng có hình dáng bất kỳ với số lượng nguồn cung cấp tùy ý với thời gian tương đối bé

Người ta dùng rơle tổng trở làm bộ phận đo khoảng cách Nó phản

ứng trực tiếp theo tổng trở, điện trở hoặc kháng trở của đường dây ( ̇, R, X) Tùy bộ phận khoảng cách phản ứng theo ̇, R, X người ta phân biệt BVKC

loại tổng trở, điện trở hoặc điện kháng Bảo vệ khoảng cách được dùng thông dụng nhất là loại tổng trở

Để bảo đảm tác dụng chọn lọc trong mạng phức tạp, người ta dùng BVKC có hướng, chỉ tác động khi hướng công suất NM đi từ thanh góp đến đường dây Thời gian tác động của các BV theo cùng một hướng được phối hợp với nhau sao cho, khi NM ngoài phạm vi đường dây được BV, thời gian tác động của BV lớn hơn một cấp, so với BV của đoạn bị NM

Sự phối hợp chính xác giữa các rơle khoảng cách trên hệ thống điện đạt được bởi việc chỉnh định các vùng và thời gian tác động của các vùng khác nhau Thông thường, BVKC sẽ bao gồm BV vùng I có hướng tức thời

và một hoặc nhiều vùng với thời gian trì hoãn Các tầm chỉnh định và thời gian tác động cho ba vùng BVKC đặt tại MC ở hai đầu đường dây B, C được cho trên hình 1.1

3

Thông thường, vùng BV thứ I có thời gian tác động tức thời chiếm khoảng 80% chiều dài đường dây BV Kết quả là còn 20% để đảm bảo sai

số rơle tránh tác động mất chọn lọc đối với phần đường dây tiếp theo do những sai số của các BU và BI, dữ liệu về tổng trở đường dây cung cấp không chính xác khi chỉnh định và đo lường của rơle Đối với một vài ứng dụng, trong đó các số kết hợp này cho phép tầm chỉnh định của vùng I có thể được tăng đến 90% (khi mà dữ liệu tổng trở đường dây được đo chính xác) Phần còn lại của đường dây không được bao phủ bởi vùng I thì được BV bởi

BV có hướng cấp 2 có thời gian trì hoãn Tầm chỉnh định vùng II của BV thông thường chỉnh định bao phủ toàn bộ đường dây BV, cộng với 50% của đường dây kế cận ngắn nhất hay dài hơn 120% đường dây BV Thời gian trì hoãn của vùng II phải được chỉnh định để phân biệt với BV chính của phần đường dây kế tiếp, bao gồm BVKC cấp I cộng với thời gian cắt của máy cắt

Hình 1.1 Đặc tính thời gian/khoảng cách cho 3 vùng BVKC sự cố gần

Bảo vệ dự trữ từ xa cho tất cả các sự cố trên đường dây kế cận, thường được cung cấp bởi BV cấp III, có thời gian trì hoãn lớn hơn để phân biệt với BV vùng II cộng với thời gian cắt của máy cắt Vùng III có tầm chỉnh định phải ít nhất bằng 1,2 lần tổng trở đường dây BV và tổng trở đường dây kế tiếp dài nhất Ở các hệ thống điện được kết nối với nhau, ảnh hưởng của nguồn công suất sự cố ở các thanh cái từ xa sẽ là nguyên nhân làm cho tổng trở biểu kiến đo được của rơle lớn hơn nhiều tổng trở thực tới điểm sự cố và điều này cần phải được xem xét khi chỉnh định cho vùng III Trong các hệ thống phân phối hình tia với một đầu cung cấp nguồn không bị ảnh hưởng này

4

Bảo vệ dự trữ từ xa cấp III đôi khi có một vùng BV ngược nhỏ (thường khoảng 20% phần đường dây được BV) thêm vào với tầm chỉnh định thuận của nó (đặc tính offset) Vùng BV dự trữ tại chỗ này được cung cấp với thời gian trì hoãn để BV những sự cố thanh cái và những sự cố ba pha gần thanh cái khi các BV khác không tác động được Trong vài sơ đồ, một tiếp điểm tức thời khởi động với những sự cố bên trong đặc tính offset của vùng III được dùng để cung cấp BV cho hoặc kiểm tra đường dây để BV khi đóng MC vào đường dây đang bị sự cố Nhất là trường hợp sự cố ba pha gần do không loại bỏ dao cách ly nối đất an toàn từ việc sửa chữa đường dây trước đó Đối với ứng dụng này, thời gian trì hoãn vùng III được nối tắt trong thời gian ngắn khi đóng MC bằng tay

Giản đồ vùng BV và thời gian phối hợp ba cấp của BVKC tổng quát cho ở hình 1.2 Xét ví dụ hình 1.2 là mạng có hai nguồn BV đặt cả hai phía đầu đường dây và giả thiết hoạt động có hướng (BV1, 2, 3 , 6) Phối hợp thời gian làm việc của các BVKC theo đặc tuyến hình nấc thang (H.1.2)

Khi NM tại điểm N1 giữa trạm BC, BV3, 4 gần chỗ NM nhất (khoảng

cách l3, l4) tác động với thời gian nhỏ nhất cấp 1 tI 3 , tI 4 ; BV1 và 6 có khoảng cách l1, l6 cũng khởi động, nhưng nó chỉ có thể tác động với thời gian trì hoãn tIII 1 , tIII 6 và được coi như là BV dự trữ trong trường hợp

đoạn BC không thể cách ly BV2 và 5 cũng có cùng khoảng cách đến chỗ

NM nhưng không khởi động vì không đúng hướng Nếu điểm NM không nằm ở khoảng giữa đường dây mà nằm về moat phía đường dây (điểm N2),

thì BV3 sẽ tác động với thời gian cấp II tII 3 , BV4 vẫn làm việc với tI 4

Trong trường hợp NM tại thanh góp C, thì sự cố được cô lập bằng BV3

và 6 với thời gian cấp IItII 3 và tII 6 còn BV4 và BV5 không khởi động

BVKC có đặc tính thời gian từng cấp như trên, hiện nay được sử dụng rất rộng rãi, số lượng vùng BV và cấp thời gian thường là 3 Chiều dài vùng BV

và thời gian của mỗi vùng có thể chỉnh định được

Hình 1.2 Phối hợp thời gian của bảo vệ khoảng cách

5

II ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Người ta quan sát sự làm việc của rơle tổng trở trên mặt phẳng Z Trục thực đặt điện trở r, còn trục ảo j thì đặt kháng trở x Tổng trở trên cực của

rơle ̇R = ̇R / ̇R có thể biểu diễn qua điện trở và kháng trở dưới dạng ̇R = r R

+ jx R hay trong tọa độ cực có giá trị tuyệt đối ̇ = √ + và góc pha của

nó là tg R = x R / r R

Đặc tuyến khởi động của BV là đường biên xác định điều kiện tác động

của mỗi BV được biểu diễn trong mặt phẳng tạp Z Một đoạn bất kỳ của mạng điện, ví dụ đường dây AB có thể được biểu diễn theo các trục r, x

bằng vectơ ̇AB = ̇lAB Nếu điện trở của các đoạn trong mạng có góc =

đường dây là đường thẳng với góc nghiêng (đối với đường dây truyền tải

65 ÷ 850)

Điểm đầu của đường dây được BV, nơi đặt BV A, đặt ở gốc tọa độ (H.2.1) Các điểm name trong vùng tác động của BV A có tọa độ dương và nằm trong phần tư thứ nhất của mặt phẳng Các điểm của mạng nằm bên trái

A được biểu diễn bằng các điểm có tọa độ âm và nằm trong phần tư thứ ba của mặt phẳng tạp Tổng trở của đường dây AB được biểu diễn bằng đoạn

AB, đường day L2 ứng với đoạn BC, còn L3 ứng với đoạn AD

Hình 2.1: Biểu diễn đường dây trên mặt phẳng phức Z

Tổng trở ̇N từ chỗ đặt BV A đến chỗ NM (điểm N trên hình 2.1a) được biểu diễn bằng đoạn AN nghiêng một góc  N = với trục r Nếu NM

qua hồ quang (trở của hồ quang là trở tác dụng), thì tổng trở tới chỗ NM

được biểu diễn bằng vectơ A&N bằng tổng hình học của vectơ AN và trở hồ quang r hq

AN = Z N + r hq (2.1)

Biểu thức (2.1) đúng trong trường hợp chỉ có một nguồn I cung cấp cho

điểm NM Khi có hai nguồn cung cấp, do giữa các dòng NM đi từ nguồn I

và J có góc lệch pha, vectơ NN name nghiêng so với trục r Khi đó: ̇ R = ̇N +

K.r hq

trong đó: k - hệ số phức

l hq - điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ dài và dòng I N trong hồ quang

6

Từ biểu thức trên ta thấy, khi NM ở đầu đường dây r hq nhỏ hơn khi NM

ở cuối đường dây, vì dòng khi NM ở đầu đường dây lớn hơn Mỗi đoạn đường dây, ta có thể xây dựng tứ giác ABB'N', biểu thị tứ giác sự cố (H.2.1b) của đoạn được BV Muốn BV tác động ở bất kỳ sự cố nào nằm

trong đoạn được BV AB (NM trực tiếp hay qua điện trở trung gian) thì toàn bộ hình tứ giác sự cố phải nằm bên trong vùng tác động của đặc tuyến khởi động của BV Tuy nhiên, để đạt được tính tác động chọn lọc cao nhất của BV đối với nhiều sự cố khác nhau ở trong đoạn được BV (ví dụ: các chế độ NM bên ngoài, chế độ quá tải, DĐĐ ) thì diện tích chênh lệch giữa diện tích tứ giác sự cố và vùng tác động của đặc tuyến khởi động của

BV phải bé nhất, chẳng hạn đặc tuyến khởi động có dạng hình êlip (H.2.2b)

Hình 2.2: Các dạng đặc tuyến khởi động của BVKC

Hình 2.2 giới thiệu các loại đặc tuyến khởi động của BVKC thông dụng Đặc tuyến của mỗi rơle là quỹ tích của những điểm thỏa điều kiện ̇R

= ̇kđR Phần gạch nghiêng của đặc tuyến mà trong đó ̇R < ̇kđR ứng với vùng tác động của rơle Ngoài vùng này ̇R > ̇kđR rơle không tác động Đặc

tuyến khởi động được biểu diễn bằng phương trình đặc tính Z kđ = f ( R ,U R , I R)

&trong mặt phẳng phức Z

hằng số Bảo vệ tác động khi Z R <Z kđR không phụ thuộc vào góc jR Đặc tuyến này gọi là tổng trở không có hướng Loại đặc tuyến này thường được áp

dụng cho mạng điện dưới 35kV

Hình 2.2b: đặc tuyến là vòng tròn đi qua gốc 0 (tổng dẫn MHO) Điện

trở khởi động của BV phụ thuộc vào góc R Tổng trở khởi động có độ nhạy cực đại khi R = Rn hay = l Bảo vệ không khởi động đối với Z R nằm trong phần tử thứ ba của mặt phẳng phức nên được gọi là BV tổng trở có hướng Đặc tuyến thực tế không đi qua gốc tọa độ 0 do bản thân bộ phận so sánh không đủ nhạy Vì thế, NM đầu đường dây gần chỗ đặt BV có thể BV không làm việc, đoạn này gọi là vùng chết của BV

7

Hình 2.2c: đặc tuyến khởi động là đường thẳng song song với trục R;

đặc tuyến khởi động được biểu diễn bằng phương trình x R = k = hằng số, gọi

là đặc tuyến điện kháng Bảo vệ với đặc tuyến này làm việc không phụ thuộc vào điện trở NM trung gian

Hình 2.2d: đặc tuyến có dạng hình ellip Đặc tuyến này đi qua gốc tọa

độ và có độ nhạy cực đại khi l = Rnhaymax Đây là đặc tuyến của BV tổng trở

có hướng, có tính chọn lọc cao

Hình 2.2e: đặc tuyến có dạng hình đa giác Đặc tuyến này có thể trùng

khít với tứ giác sự cố, nhưng cấu trúc các bộ phận của BV có đặc tuyến này rất phức tạp, nên chỉ được dùng cho đường dây quan trọng, điện thế cao, công suất lớn chống chạm đất

Một vài dạng đặc biệt: để nâng cao độ nhạy của BV cấp III có thể sử

dụng đặc tuyến với dạng hai đường tròn cắt nhau (H.2.2f) hay vòng tròn lệch (H.2.2g) offset MHO

III CÀI ĐẶT BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Các vùng bảo vệ của bảo vệ khoảng cách

Thường được chỉnh định với 3 vùng tác động:

– Vùng I: Tác động tức thời

– Vùng II, III: Tác động có trễ theo nguyên tắc phân cấp thời gian, phối hợp với các bảo vệ liền kề

+ Vùng I (Z1): bảo vệ khoảng 80-90% đường dây AB

– Không thế cài đặt để bảo vệ 100% đường dây:

– Sai số của TI, TU: TI có thể bị bão hòa và ảnh hưởng tới độ chính xác của tổng trở đo được

– Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện

+ Vùng II (Z2): tối thiểu từ 120-150% ZAB (giá trị tối thiểu đảm bảo để

sự cố sát thanh góp B (F2, F3, F4) không bị rơi vào vùng I của BV1) – Vùng II của BV1 là bảo vệ dự phòng cho BV5, do đó:

8

– Vùng II của BV1 không thể bảo vệ vượt quá Vùng I của các bảo vệ liền kè (BV3; BV5; BV7)

– Phối hợp với đường dây ngắn nhất (bảo vệ tới 50% của đường dây ngắn nhất)

+ Vùng III (Z3): bao trùm đường dây dài nhất từ thanh góp B (đường dây BD) – Tuy nhiên không được quá vùng 2 của các bảo vệ BV3; BV5; BV7

+ Vùng III: tính tới khả năng ảnh hưởng của tải nặng và trường hợp xảy

ra dao động công suất

+ Vùng hướng ngược (Z3R)

– Vùng bảo vệ để gia tăng hiệu quả bảo vệ

– Bảo vệ dự phòng cho thanh góp

– Đặt khoảng 25% tổng trở vùng I

– Vng III hướng ngược (Z3KR) có thể dùng đặc tính tác động vô hướng (hình tròn)

9

IV PHỐI HỢP LIÊN ĐỘNG GIỮA CÁC BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

+ Nếu không có sự liên động phối hợp ở bảo vệ 2 đầu đường dây:

– Sự cố tại 10-15% cuối đường dy mỗi phía sẽ được loại trừ với thời gian của vùng (trễ một khoảngti)

10

– Ảnh hưởng đến ổn định của hệ thống

– Không thể sử dụng hệ thống tự đóng lại nhanh

– Máy cắt 2 đầu không được cắt cùng lúc, sự cố thoáng qua dễ thành duy trì

+ Khắc phục: thực hiện liên động giữa các BVKC thông quá kênh truyền để tăng tốc độ loại trừ sự cố

+ Các phương pháp:

– Truyền tín hiệu cho phép cắt

– Tăng nhanh tốc độ cắt (mở rộng vùng I)

– So sánh hướng của khoảng cách đo được

+ Sơ đồ nguyên lý cắt liên động trực tiếp DTT (Direct Transfer Trip)

– Nguyên lý làm việc: Cắt liên động trực tiếp, thường dùng kết hợp với trong bảo vệ khoảng cách trên đường dây cáp áp có 2 nguồn cung cấp Vùng bảo vệ Z1 của BVKC thông thường chỉ đạt 80-90% chiều dài đường dây, do đố để đảm bảo cắt nhanh nhất đường dây khi sự cố nằm ngoài vùng Z1 người ta phối hợp các chức năng DTT (hoặc PTT) Khi sự cố name ngoài vùng Z1 của rowle A nhưng thuộc vùng Z1 của rơle B (sự cố ngay đầu trạm B,, thuộc ĐZ AB), lúc này chỉ có role B tác động với thời gian vùng Z1, còn role đầu B

sẽ truyền đi tín hiệu DTT (cắt trực tiếp), đầu A khi nhận tín hiệu này

sẽ cắt ngay MC mà không cần bất cứ điều kiện nào khác, thời gian truyền tín hiệu và cắt MC nhỏ hơn rất nhiều so với thời gian vùng Z2

11

– Nhược điểm: Tính chọn lọc không cao, dễ tác động nhầm khi sự cố không nằm trong vùng bảo vệ

+ Sơ đồ nguyên lý truyền tín hiệu cho phép PTT (Permissive Transfer Trip):

Do sơ đồ DTT có độ tin cậy không cao nên thường sử dụng sơ đồ PTT (cắt với điều kiện cho phép) để phối hợp với BVKC, có 2 loại sơ đồ: PUTT

và POTT

a Sơ đồ nguyên lý PUTT

– Nguyên lý làm việc: Cắt có điều kiện cho phép, ứng dụng kết hợp với chức năng Z1B (vùng 1 mở rộng) của BVKC

– Trong sơ đồ bảo vệ trạm A, B ban đầy sử dụng vùng Z1 thông thường của các BVKC (có phối hợp tự chuyển sang vùng Z1B khi

có tín hiệu cho phép)

– Khi sự có nằm trong vùng Z1 thông thường của cả role đầu A, B thì lúc này cả role đầu A, B đều cắt với thời gian vùng Z1

– Khi sự cố nằm trong vùng Z1 của đầu A nhưng không thuộc Z1 của đầu B (vị trí sự cố nằm sát đầu A) Rơle đầu A ngay lập tức sẽ phát

ra tín hiệu cho phép đến đầu B và xuất ra tín hiệu cắt máy cắt tại đầu

A Đầu B nhận được tín hiệu cho phép của đầu A thì chuyển từ vùng Z1 sang Z1B, đối với vùng Z1B thì rơle đều nhận ra sự cố thuộc phạm vi của mình nên xuất tín hiệu cắt máy cắt đầu B

– Nếu sự cố ngoài đường dây AB thì cả 2 role đều không phát hiện ra

sự cố nên đều không tác động

b Sơ đồ nguyên lý POTT