Bài giảng bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

6 Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện Nguyên nhân  Cách điện của các thiết bị điện bị già cỗi;  Quá điện áp sét đánh;  Các ngẫu nhiên khác rắn bò, chim đậu, thả diều, gió bão…; 

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Trang 2

 Mở đầu Khái niệm chung về BVRL

 Chương 1 Các phần tử chính trong hệ thống BVRL

 Chương 2 Các nguyên lý đo lường và phát hiện sự cố trong HTĐ

 Chương 3 Bảo vệ các đường dây truyền tải và phân phối điện

 Chương 4 Bảo vệ các máy biến áp điện lực

 Chương 5 Bảo vệ máy phát điện

 Chương 6 Bảo vệ hợp bộ máy biến áp – máy phát

 Chương 7 Bảo vệ thanh góp

 Chương 8 Bảo vệ động cơ điện

 Chương 9 Bảo vệ cao tần và vô tuyến

Trang 3

 [1] GS.TSKH.Trần Đình Long, “Bảo vệ các hệ thống điện”, Nhà xuất bản KH&KT, Hà Nội,

 [7] Richard Roeper, “Short - Circuit Currents in Three-Phase Systems” Second edition.

John Wiley and Sons Siemens Aktiengesellchaft 1985

Trang 4

M7 Những thông tin cần thiết phục vụ việc lựa chọn và tính toán HTĐ

Trang 5

5 Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

 Các dạng NM: N(3) N(2) N(1,1) N(1)

 Đứt 1 dây pha; Đứt 2 dây pha.

 Tuột lèo.

 Vừa NM vừa đứt dây; NM ở nhiều vị trí khác nhau (sự cố phức tạp)

Trang 6

 Nguyên nhân

 Cách điện của các thiết bị điện bị già cỗi;

 Quá điện áp (sét đánh);

 Các ngẫu nhiên khác (rắn bò, chim đậu, thả diều, gió bão…);

 Do con người rây ra (do thao tác nhầm, đóng điện sau sửa chữa quên tháo dây nối đất…).

 Hậu quả

 Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt độ tăng cao, gây cháy nổ;

 Tăng lực điện động;

 Gây sụt áp lưới điện;

 Tạo ra các thành phần dòng điện không đối xứng;

 Mất ổn định hệ thống điện; làm gián đoạn cung cấp điện.

Trang 7

 Mục đích của việc tính toán ngắn mạch

 So sánh, đánh giá, lựa chọn sơ đồ nối điện thích hợp;

 Chọn các khí cụ điện, dây dẫn, thiết bị điện phù hợp;

 Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng công suất…;

 Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch;

 Phân tích ổn định; phân tích hiện tượng cộng hưởng, quá điện áp…;

 Tính toán, thiết kế, chỉnh định các thiết bị bảo vệ rơle

Trang 8

 Bảo vệ rơle

Là hệ thống thiết bị tự động có khả năng phát hiện nhanh các phần tử bị

sự cố và cô lập chúng để duy trì sự hoạt động bình thường cho đối tượng được bảo vệ.

 Lịch sử

 Tiền thân là dây chì;

 Rơle và máy cắt ra đời

 Phát hiện vào những năm 30 của thế kỷ 19;

 Năm 60 xuất hiện rơle tĩnh, rơle số ra đời vào những năm 70;

 Đưa vào sử dụng những năm 80 và phát triển qua 3 thế hệ:

 Thế hệ I: Đơn giản, ít chức năng, chưa giao tiếp mạnh;

 Thế hệ II: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp SCADA;

 Thế hệ III: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp linh hoạt, lập trình được, giao nhập mạnh với SCADA (TĐH – HTĐ).

Trang 9

 Các phần tử chính

 BI, BU: Các thiết bị biến đổi đại lượng đầu vào;

 Rơle: Thực hiện các chức năng bảo vệ (phát hiện, so sánh, ra quyết

định tác động);

 Cơ cấu chấp hành: MC, cuộn cắt, các tiếp điểm phụ…;

 Nguồn thao tác: Ắc quy, nguồn xoay chiều chỉnh lưu, năng lượng nạp

Trang 10

 Tác động nhanh

 t bv ≤ 50ms (hiện nay t bv ≈ 1 chu kỳ (20ms);

 t mc - khoảng 2 ÷ 3 chu kỳ (40 ÷ 60ms) đối với MC hiện đại.

Trang 11

Tùy theo đối tượng bảo vệ mà cần phải lựa chọn phương thức bảo vệ phù hợp

để đảm bảo về mặt kinh tế - kỹ thuật.

min

h

kđ

N n

I k

I



Trang 12

 Phân loại

 Theo phương pháp tác động của MC;

 Theo nguyên lý làm việc;

 Sơ đồ khai triển;

 Sơ đồ thi công.

 Bằng chữ : I > ; I >> ; Z…

 Bằng số : 51; 50; 21…

Trang 13

 Các yêu cầu đối với HTĐ

 Công suất huy động (CS NM) của HTĐ: S Nmax ; S Nmin ;

 MBA: Điện áp ngắn mạch U N %; tỷ số biến áp k; tổ đấu dây; các nấc

điều chỉnh đầu phân áp Δu p/a ;

 ĐD: Loại dây Z 1 /Z 0 ; chiều dài L(km);

 Yêu cầu thời gian loại trừ sự cố tối đa t Nmax;

Trang 14

 Lựa chọn sơ đồ (phương thức) bảo vệ, tính toán thông số cài đặt cho bảo vệ

 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ (độ nhạy, độ an toàn, vùng tác động)

Câu hỏi ôn tập

1 Cách tính dòng ngắn mạch tại vị trí ngắn mạch cho các dạng NM: ba pha, hai pha, hai pha chạm đất, một pha.

2 Mục đích của việc tính toán ngắn mạch.

3 Cấu trúc của một hệ thống bảo vệ rơle.

4 Các yêu cầu của hệ thống bảo vệ rơle.

5 Vì sao cần phải sử dụng hệ thống bảo vệ rơle Những lợi ích mang lại.

Kết thúc phần mở đầu

Trang 16

BI cao áp – Sơ đồ nguyên lý BI hạ áp – Sơ đồ nguyên lý

Trang 17

.

sc dđ đ

BI

tc d

I n

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

 Tải tăng → U thứ cấp tăng → tăng dòng từ hóa → tăng sai số BI

Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

1 BIẾN DÒNG ĐIỆN

Trang 18

 Cần thiết với bảo vệ làm việc theo hướng dòng điện

 Cực tính cùng tên được đánh dấu: hình sao,

chấm tròn, chấm vuông.

 Trên bản vẽ cực tính cùng tên vẽ cạnh nhau

 Xác định nhanh cực tính BI

 Coi chiều dòng điện đi từ phía sơ cấp

qua rơle không đổi chiều

Trang 19

 Khai báo cực tính của BI (rơle số)

Trang 21

Trang 22

 Sơ đồ nối các biến dòng và rơle

 Sơ đồ sao hoàn toàn

Trang 23

 Sơ đồ nối theo kiểu sao khuyết  Sơ đồ nối theo kiểu hình số 8

Trang 24

BI: Δ ; RL: Y

I RL = I f ; k sđ =√3

24

 Sơ đồ nối theo kiểu tam giác

 Sơ đồ này thường dùng cho bảo vệ máy biến áp

I SA I SB I SC

ITA ITB ITC

Trang 26

2 Bộ lọc dòng điện thứ tự không

 Đặt 3 BI trên 3 pha theo 2 dạng:

1 Bộ 3 BI một pha (hình a)

2 Một BI thứ tự không (loại này thường

dùng cho các đường dây cáp), (hình b)

BI

I I I I

SA I SB I SC

ZPT3I0

Trang 27

Trang 28

 Tỉ số biến điện áp, sơ đồ thay thế, sai số, cấp chính xác

BU

tc d

U n

Trang 29

 Tỉ số biến điện áp, sơ đồ thay thế, sai số, cấp chính xác

 Cấp chính xác:

 3p hoặc 6p

 3p tức là sai số f U %= ±3% ứng với điện áp sơ cấp trong khoảng(0,05 ÷1)Ucp

 U cp là quá điện áp cho phép lớn nhất của BU:

 U cp = 1,5U đm - đối với mạng TT nối đất trực tiếp

 U cp = 1,9U đm - đối với các mạng khác.

2 BIẾN ĐIỆN ÁP

Trang 30

M N

Trang 31

 Đặt BU tại trung tính nối đất

của lưới điện

Trang 32

 Dùng 1 biến điện áp 3 pha 5 trụ

32

2 Bộ lọc điện áp thứ tự không

 Có 3 cách lấy điện áp thứ tự không

2 BIẾN ĐIỆN ÁP

Ký hiệu trên sơ đồ

Ud= 100V hoặc 110V

Uf= 100/√3V hoặc 110/√3V

Trang 33

a Rơle đơn giản

 Một đại lượng vào X (I, U, f…) và một đầu ra Y (dạng nhị phân: 0: rơle

kđ

v t

X k

X



Trở về

Tác động

Trang 34

b Rơle phức tạp

Nhiều đầu vào X1 ; X2… Xn và một đại lượng ra Y

 Logic Hoặc (OR)

Được xem là phép cộng logic, chỉ cần 1 đại lượng vào xuất hiện thì đại lượng đầu ra chuyển trạng thái.

3 RƠLE

Trang 35

 Đảm bảo làm việc trước sau giữa các phần tử

 Nếu tin hiệu đầu vào xuất hiện ở thời gian t thì đầu ra xuất hiện ở thời gian t + τ

Trang 36

 Cấu trúc của một rơle số

3 RƠLE

Trang 37

IEEE 37 – 2 – 1979)

Bằng chữ

23421252730

32

374046

tKTCZ<

SU<

ThhoặchoặcI<

Ф

I2

Rơle thời gianRơle khóa liên độngCông tắc tơ

Rơle khoảng cáchRơle kiểm tra đồng bộRơle thiếu điện ápRơle tín hiệu

Rơle hướng công suất thuậnRơle hướng công suất ngượcRơle thiếu dòng điện

Rơle sự cố điện từ trườngRơle dòng điện thứ tự nghịch

Trang 38

IEEE 37 – 2 – 1979)

Bằng chữ

49505151N525559646778798187

θ0I>>

I>

I0>

MCcosφU>

I0I>→δTĐL

f

ΔI

Rơle nhiệtQuá dòng điện cắt nhanhQuá dòng có thời gianQuá dòng điện TTKMáy cắt điện

Rơle cosφRơle quá điện ápRơle bảo vệ chống chạm đấtRơle quá dòng có hướngRơle lệch pha

Rơle tự động đóng lập lạiRơle tần số

Rơle bảo vệ so lệch

Trang 39

 Cung cấp năng lượng cho thiết bị bảo vệ, trong đó chủ yếu là MC (phần tử

tiêu thụ nhiều năng lượng nhất)

 Độc lập với đối tượng được bảo vệ, thường là nguồn 1 chiều

 Các nguồn thao tác

 <1000VA

 Ắc qui: 220; 110; 48; 24; 12V…

 Nguồn xoay chiều chỉnh lưu

4 NGUỒN THAO TÁC

Trang 41

 Kênh truyền tín hiệu

 Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin của ngành điện, thuê của mạng lưới bưu chính viễn thông

 Các kênh tải ba (PLC) (Power Line Carrier): truyền tín hiệu tần số cao bằng chính dây dẫn của đường dây tải điện

 Các kênh thông tin vô tuyến siêu cao tần (vi ba, radio)

Trang 42

1 Máy biến dòng: chức năng, cách đánh dấu các đầu cuộn dây, sai số và phụ tải tính toán.

2 Máy biến điện áp: chức năng, sai số và các loại biến điện áp thường gặp.

3 Bộ lọc dòng điện và điện áp thứ tự nghịch.

4 Bộ lọc dòng điện và điện áp thứ tự không.

5 Các loại nguồn thao tác, ưu nhược điểm và lĩnh vực ứng dụng

6 Rơle: chức năng và ứng dụng của rơle Lịch sử phát triển của rơle Phân tích ưu nhược điểm của rơle số với rơle điện cơ và rơle tĩnh.

7 Các loại kênh truyền tín hiệu, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

42

Kết thúc chương 1

Trang 43

1 Nguyên lý quá dòng điện

2 Nguyên lý so lệch dòng điện

3 Nguyên lý so sánh pha dòng điện

4 Quá điện áp và thiếu điện áp

5 Hướng dòng công suất

6 Các thành phần đối xứng của dòng và áp

7 Nguyên lý tổng trở

8 Nguyên lý tần số

9 Các nguyên lý khác

Trang 44

Trong đó: - I lvmax : Dòng điện làm việc lâu dài lớn nhất chạy qua phần tử được bảo vệ (ứng với chế độ phụ tải cực đại).

- I Nmin : Dòng điện NM cực tiểu chạy qua phần tử được bảo vệ đảm bảo cho rơle còn khởi động được.

- k tc : Hệ số tin cậy, thường lấy (1,1 ÷ 1,3).

- k tv : Hệ số trở về [rơle cơ: (0,85 ÷ 0,90), rơle số: (0,95 ÷ 0,99)]

- k mm : Hệ số mở máy, thường lấy (2 ÷ 5)

 Quá dòng điện có thể xảy ra khi ngắn mạch hoặc do quá tải

 BV sẽ tác động khi dòng điện chạy qua phần tử được BV vượt quá dòngđiện khởi động Ikđ của Rơle:

Trang 45

min

h

kđ

N n

I k

Trang 46

Trang 47

 Bao gồm : So lệch dọc và so lệch ngang

 So lệch dọc

 So sánh biên độ dòng điện ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ

 Nếu sự sai lệch giữa hai dòng điện vượt quá trị số cho trước(ngưỡng) thì bảo vệ sẽ tác động

Trang 48

Trang 49

Trang 50

 Bảo vệ so sánh góc pha của dòng điện đi vào và đi ra khỏi phần tử được bảo

vệ, vì vậy có tên gọi là bảo vệ so sánh pha

 Pha của dòng điện được truyền qua kênh truyền tín hiệu để so sánh với nhau

 Khi NM trong vùng bảo vệ dòng điện ở hai phía ngược pha nhau nên: θ = 1800

 Để tránh bảo vệ tác động nhầm, θkđ thường chọn trong khoảng ± (300 ÷ 600)

Trang 51

θkđ

θkđ R

Miền khởi đồng

Miền không làm việc

Trang 52

 Trong chế độ làm việc bình thường:

 Nếu điện áp vượt quá giới hạn cho phép, chứng tỏ chế độ làm việc khôngbình thường hoặc sự cố trong lưới điện

 Thiếu điện áp thường do NM trong hệ thống gây nên

 Quá điện áp thường kết hợp với quá tần số để bảo vệ các máy phát điện

 Thiếu điện áp thường kết hợp với quá dòng điện để phân biệt chế độ quátải với NM

cp đ

Trang 53

 Nguyên lý quá dòng điện có nhược điểm không đảm bảo được tính chọnlọc trong lưới điện phức tạp (lưới điện có nhiều nguồn cấp, mạch vòng, mạch

4 5

6

D2

D3

D11

2

D2

Trang 54

 Người ta quan sát thấy rằng, dòng công suất chạy qua các bảo vệ thayđổi tùy theo vị trí ngắn mạch

 Dựa vào đặc điểm này, người ta trang bị thêm một bộ phận định hướng(đưa thêm vào rơle công suất )

 Bảo vệ chỉ tác động khi dòng ngắn mạch đi từ thanh cái qua bảo vệ vàođường dây (theo quốc tế là hướng +) và không tác động khi dòng công suất

có chiều ngược lại

Trang 55

 Bộ phận định hướng công suất làm việc theo góc lệch pha giữa dòng và

áp đo được trên phần tử được BV

 Trong trường hợp NM 3 pha tại nơi đặt BV rơle sẽ không tác động (UR =0) Nhược điểm tồn tại vùng chết (theo điện áp) Khắc phục bằng cách:

 Trang bị bộ phận định hướng có độ nhạy cao (tác động với điện áp rất bé).

 Đấu nối bộ phận định hướng qua thiết bị ghi nhớ điện áp trước khi xảy ra sự cố.

 Đấu nối bộ phận định hướng theo sơ đồ kiểu 90 (góc lệch pha giữa I R và U R vào rơle công suất bằng 90 0 ).

 Bộ phận định hướng đặt ở nơi BV làm việc có thời gian tác động bé hơn

 t i > t j → đặt bộ phận định hướng ở BV thứ j

 Số lượng bộ phận định hướng chỉ bằng ½ số lượng BV.

Trang 56

 Thời gian tác động: Chọn theo nguyên lý bậc thang từ hai phía ngượcchiều nhau

 Trong một số lưới điện phức tạp (mạch vòng có hai nguồn cấp, mạchvòng có một nguồn cấp có đường dây dự phòng) Nguyên lý quá dòng cóhướng vẫn không đảm bảo tính chọn lọc Để đảm bảo tính chọn lọc, sử dụngnguyên lý so lệch, nguyên lý tổng trở

Trang 57

 Trong nhiều trường hợp thay vì sử dụng các đại lượng pha dòng và áp,người ta chọn thành phần đối xứng của dòng và áp làm đại lượng đầu vàocho BV

Trang 58

 Đối với hệ thống truyền tải, tổng trở đo được tại chỗ đặt BV trong chế độlàm việc bình thường cao hơn nhiều so với tổng trở đo được trong chế độ sựcố:

tổng trở phụ tải O

Trang 59

 Tổng trở NM tỉ lệ với khoảng cách từ nơi đặt BV cho đến điểm NM

Giả sử NM tại N:

Trong đó: I (3)

N - Dòng NM 3 pha

z 0 - Suất điện trở của 1 đơn vị chiều dài

L N - Khoảng cách từ nguồn đến điểm NM Điện áp đưa tới rơle :

Dòng điện đưa đến rơle:

Điện trở giả tưởng trên cực rơle:

(3)

N RL

BI

I I

U Z

Trang 60

 Để tránh tác động nhầm khi có NM ở đầu phần tử tiếp theo Tổng trở khởiđộng của BV khoảng cách phải chọn bé hơn tổng trở của đường dây

Trong đó k được chọn trong khoảng (0,8 ÷ 0,85)

 Một số đặc tuyến khởi động của BV khoảng cách

có hướng

R jX

O

φD

Vòng tròn qua gốc MHO

R jX

O

φD

Vòng tròn lêch tâm offset MHO

R jX

O

φD

Hình thấu

R jX

O

φDTứ

giác

Trang 61

 Mất cân bằng công suất tác dụng giữa nguồn phát và tiêu thụ dẫn đếnthay đổi tần số tạo ra một độ lêch tần số so với tần số danh định

 Tần số quá thấp chứng tỏ HTĐ thiếu công suất tác dụng, ngược lại tần số quá cao chứng tỏ thừa công suất tác dụng.

 Khi tần số giảm thấp, tiến hành sa thải phụ tải để lập lại cân bằng công suất tác dụng.

 Khi tần số quá cao, tiến hành cắt bớt lượng công suất tác dụng của nhà máy

để lập lại cân bằng công suất tác dụng

f  f  f

Trang 62

 Mức tăng nhiệt độ

 Tốc độ dịch chuyển của dầu, khí bốc ra

 Hài bậc cao

 Trị số quá độ

1 Nguyên lý quá dòng, cách chọn dòng khởi động.

Trang 63

 Phương thức và loại thiết bị bảo vệ phụ thuộc vào các yếu tố:

 Đường dây trên không, cáp, chiều dài;

 Phương thức nối đất, cấu hình của hệ thống;

 Công suất truyền tải, tầm quan trọng của đường dây, số mạch truyền tải;

 Cấp điện áp…

 Những sự cố thường gặp:

 Ngắn mạch: Một pha hoặc nhiều pha.;

 Chạm đất một pha (lưới có trung tính cách đất hoặc nối đất qua cuộn Petersen);

 Quá điện áp (khí quyển hoặc thao tác);

 Đứt dây và quá tải…

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

Trang 64

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

 Để BV đường dây trung áp:

 Quá dòng cắt nhanh hoặc có thời gian;

Trang 65

BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

3.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50/I>>)

 Tồn tại vùng chết cuối đường dây (15 ÷ 20)%

Trang 66

BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

3.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50/I>>)

 Đối với đường dây có một nguồn cấp, tỉ lệ vùng tác động được xác

định theo công thức sau:

Trong đó: E – Suất điện động của HT ứng với điện áp pha ( );

Z – Tổng trở của đối tượng được BV;

Định dạng
Số trang	151
Dung lượng	3,68 MB