BÀI TẬP TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠ LE BÀN CHUẨN

- Các yêu cầu cơ bản BVRL: + Tin cậy reliability: là tính năng đảm bảo cho thiết bị BVRL làm việc đúng, chắc chắn khi xảy ra sự cố trong phạm vi được xác định + Chọn lọc Selectivity: là

BÀI TẬP Bảo vệ và tự động hóa trong lưới điện

Câu 1:TRÌNH BÀY VỀ BẢO VỆ RƠ LE

-Bảo vệ rơ le (BVRL): nhằm đảm bảo cho HTĐ làm việc an toàn chắc chắn trong chế dộ không bình thường

cũng như sự cố

- Các yêu cầu cơ bản BVRL:

+ Tin cậy ( reliability): là tính năng đảm bảo cho thiết bị BVRL làm việc đúng, chắc chắn khi xảy ra sự cố trong phạm vi được xác định

+ Chọn lọc (Selectivity): là khả năng của BVRL có thể phát hiện và loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống

+ Tác động nhanh: BVRL cần phải cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt

+ Độ nhạy(Sensitivity): phản ánh khả năng phản ứng của bảo vệ với mọi mức độ sự cố

+ Kinh tế: → Đối với mạng cao áp và siêu cao áp ( U ≥ 110KV)

→ Đối với mạng trung áp và hạ áp (U ≤ 110KV )

BI - Máy biến dòng điện

BU - Máy biến điện ápCCh - Cầu chì

K - Khoá điều khiển

N - Nguồn điện thao tác

MC - Máy cắt điệnMCF -Tiếp điểm phụ của máy cắt điện

Thanh góp

MCFCC

- +

KRơle

N

ải baT

Tín hiệu cắt

Mạch điện cần bảo vệ

- Ký hiệu:

3 Nguồn thao tác N

-Khái niệm: Tất cả các mạch của sơ đồ điều khiển máy cắt, bảo vệ rơle, đo lường, tín hiệu được gọi là sơ

đồ nhị thứ Nguồn điện cung cấp cho việc thao tác các phần tử trong sơ đồ này gọi là nguồn thao tác Nnguồn điện thao tác riêng độc lập với phần tử được bảo vệ

-Phân loại nguồn điện thao tác: Nguồn thao tác có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều.

• Có thể Dùng Ắc quy (DC) Nếu cần nguồn AC (Nghịch lưu)

• Có thể dùng năng lượng tích sẵn trên tụ điện (thường được nạp điện DC)

• Có thể lấy từ BI và BU sau chỉnh lưu thành nguồn DC

4 Rơle

Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ Phần tử Rơle nhận một (X) hoặc 1 số đầu vào (X1,X2,…Xn) tương tự, biến đổi và so sánh tín hiệu này với ngưỡng tác động để cho tín hiệu ra Y dưới dạngcác xung rời rạc với 2 trạng thái đối lập: 1 (có xung) và 0 (không có xung):

1

~ n

• Rơle chia thành 3 nhón chính: → Điện Tử

→ Tĩnh

→ Kĩ thuật số

- Rơle điện từ (electromagnetic relay): Nguyên lý làm việc dựa trên nguyên lý điện từ (có các tiêp điểm đóng mở

cơ khí)

+Ưu điểm: Dễ chế tạo, rẻ tiền

+Nhược điểm: Tiêu thụ công suất lớn, quán tính cao đôi khi tác động không chuẩn xác, khó mở rộng ghép nối vớimáy tính

- Rơle tĩnh (static relay): Là rơle bán dẫn không có phần động.

+Ưu điểm : Không có tiếp điểm → quán tính nhỏ và làm việc êm dịu So với RL điện từ, tiêu tốn ít năng lượng,kích thước nhỏ gọn hơn

+ Nhược điểm : Bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường xung quanh, đòi hỏi chất lượng nguồn thao tác cao, đòi hỏi sự

bảo quản và chăm sóc chu đáo

- Rơle KT số (digital relay):

RL

X

Y X

…

X

~

Cấu trúc và nguyên lý của RL số

Sơ đồ tự kiểm tra các khối chức năng trong rơle sốGồm các khối chính sau:

• Khối đo lường (tín hiệu vào): có nhiệm vụ đo lường các trị số của đại lượng tương tự là dòng và áp

• Khối lọc tín hiệu, lấy mẫu và chuyển đổi A/D: Sau khi tín hiệu qua các bộ lọc tương tự, bộ lấy mẫu , các tínhiệu này sẽ được chuyển thành các tín hiệu số và so sánh với đại lượng chuẩn

• Khối xử lý (dùng bộ vi xử lý): Sau khi so sánh với đại lượng chuẩn, bộ VXL sẽ cho tín hiệu đóng hoặc mở cáctiếp điểm RL và điều khiển máy cắt (có thể lưu trữ, kết nối với máy tính,…)

• Khối đầu ra (tín hiệu ra): gồm các rơle và mạch điều khiển đóng cắt MC

* Ưu điểm của RL KT số

• Rơle số có thể tích hợp nhiều nguyên lý phát hiện sự cố và bảo vệ trong một hệ thống rơle

• Ngoài chức năng bảo vệ và cảnh báo, rơle số còn có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ quan trọng khác như:ghép nối các thông số vận hành và sự cố; xác định vị trí sự cố; thực hiện liên động với thiết bị bảo vệ và tựđộng của các phần tử lân cận; đóng trở lại máy cắt;

• Dễ dàng ghép nối với nhau và với các thiết bị bảo vệ, tự động, thông tin và đo lường khác trong hệ thống

• Thông số của bảo vệ có thể chỉnh định đơn giản với độ chính xác cao

• Công suất tiêu thụ nhỏ, kích thước gọn nhẹ

• Giá thành tương đối tính theo tương quan giữa chi phí và chức năng của hệ thống bảo vệ kỹ thuật số rẻ hơncác hệ thống rơle điện cơ thông thường

Câu 2: TRÌNH BÀY SƠ ĐỒ NỐI BI VỚI RL

- SƠ ĐỒ NỐI BI VỚI RL

Sơ đồ sao đủBI

IA IB IC

Câu 3: TRÌNH BÀY NGẮN MẠCH

- Ngắn mạch (NM): là chỉ hiện tượng các dây dẫn pha chạm nhau, chạm đất hoặc chạm dây trung tính

+ Khi xảy ra NM: Tổng trở của mạch nhỏ đi (do mạch điện bị ngắn lại) → Dòng điện lớn lên (gọi là dòng điệnNM)

- Hậu quả của ngắn mạch:

→Phát nóng cục bộ ngây cháy nổ

→Sinh ra lực cơ khí lớn giữa các phần tử của TBĐ làm biến dạng hoặc gãy vỡ các phần tử này (VD: Sứ đỡ, thanh dẫn biến dạng, );

→Gây sụt áp trên lưới điện, làm động cơ ngừng quay;

→Gây mất ổn định HTĐ do các MFĐ bị mất cân bằng công suất, quay theo những vận tốc khác nhau dẫn đến mất đồng bộ;

→Tạo ra các thành phần dòng không đối xứng gây nhiễu các ĐD thông tin ở gần;  Làm gián đoạn HTĐ do nhiều phần tử bị cắt ra để loại trừ NM

- Mục đích của việc tính toán ngắn mạch:

→Để lựa chọn các phần tử trong HTĐ đảm bảo chịu đựng được trong thời gian tồn tại NM

→Để tính toán hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ (CC, ATM, Rơle, )

→Lựa chọn tối ưu sơ đồ (có dòng điện NM nhỏ) giảm đáng kể về chi phí đầu tư xây

→Lựa chọn các thiết bị hạn chế dòng điện NM (kháng điện, MBA nhiều dây quấn)

Câu 4 : BẢO VỆ QUÁ DÒNG CỰC ĐẠI

-Là loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chỉnh định thời gian tác động

kat - hệ số an toàn, tính đến khả năng tác động thiếu chính xác của BV.

Theo kinh nghiệm có thể lấy:→ ka t = 1,1 đối với rơle tĩnh và rơle số

→ kat =1,2 đối với rơle điện cơ

kmm - hệ số mở máy của phụ tải ĐC có dòng điện chạy qua chỗ đặt BV (kmm= 2-4)

ktv =:hệ số trở về (với = )

ktv= 1 với RL tính và RL số

ktv = 0,85 - 0,9 đối với RL điện cơ

Ilvmax- dòng điện làm việc lớn nhất có thể chạy qua chỗ đặt bảo vệ;

Inmin - dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất chạy qua chỗ đặt bảo vệ

- Kiểm tra độ nhạy của BV theo điều kiện:

→Ưu điểm: Chế tạo, lắp đạt và thực hiện BV đơn giản, giá thành rẻ

→Nhược: Thực hiện đảm bảo tính chọn lọc theo nguyên tắc chọn thời gian tăng dần từng cấp t (cấp chọn lọc vềthời gian), càng phía gần nguồn tời gian tác động càng lớn do đó khó đảm bảo được tính tác động nhanh

→Phạm vi áp dụng: Dùng làm BV chính các phần tử (đường dây, máy biến áp, động cơ điện) trong các mạngđiện có một nguồn cấp điện áp đến 35kV (mạng phân phối) Đối với mạng điện áp cao hơn chỉ được dùng làm

BV dự phòng

Câu 5:BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH

kat - hệ số an toàn (thường lấy kat = 1,2÷1,3)

→Yêu cầu độ nhạy: Knh = ≥2

→Vùng tác động: Đối với hệ thống một nguồn cấp, vùng tác động được xác định:

m% = 100=(-)≥30%

Câu 6: BẢO VỆ QUÁ DÒNG CÓ HƯỚNG

1 NGUYÊN LÝ TÁC ĐỘNG VÀ PVƯD

- Nguyên lý tác động: Đối với mạng điện phức tạp (nhiều nguồn cấp, mạch vòng kín) việc đảm bảo tính

chọn lọc khó thực hiện được Ví dụ: xét mạng điện 2 nguồn cấp:

Nếu dùng BV51: thì khi NM tại N1 để đảm bảo tính chọn lọc thì thời gian tác động của BV2

phải nhỏ hơn thời gian tác động của BV3: t2<t3 nhưng xảy ra NM tại điểm N2 thì t2>t3 → điều

này không thể thực hiện được

Ta thấy rằng: Nếu xảy ra NM tại N1 thì dòng NM đi từ nguồn B qua BV2 và BV4 có chiều từ

thanh cái vào đường dây; còn đối với BV3 có chiều từ đường dây vào thanh cái Lợi dụng đặc

điểm này người ta lắp bộ phận định hướng chỉ cho BV tác động khi dòng điện NM đi từ thanh

cái vào đường dây và không cho tác động theo chiều ngược lại Đây chính là nguyên lý bảo vệ

có hướng (direction protection).

- Phạm vi áp dụng: Dùng làm BV chính trong các mạng điện có nhiều nguồn cấp đến 35kV.

Đối với mạng điện áp cao hơn được dùng làm BV dự phòng

2 TÍNH TOÁN BẢO VỆ CÓ HƯỚNG

- Xác định dòng khởi động I KĐ :

IKĐ được xác định theo 2 điều kiện:

Như đối với BV 51:=

- Đối với mạng TT nối đất thêm điều kiện:.

Ip.N - dòng điện pha không bị NM khi pha khác của mạng bị NM Giá trị nào lớn trong 2

đk trên thì chọn theo giá trị đó

Ngoài ra theo cùng 1 hướng phải đảm bảo dòng điện thì BV phía sau chọn nhỏ hơn 10% BVtrước nó

- Thời gian tác động của BV

Để đảm bảo tính chọn lọc, thời gian của các BV được chọn theo nguyên tắc bậc thang từ 2 phía ngượcchiều nhau

Câu 7: TRÌNH BÀY BẢO VỆ SO LỆCH

1 KHÁI QUÁT CHUNG

-Đặt vấn đề

→Để bảo vệ các phần tử quan trọng trong hệ thống điện, cần đảm bảo yêu cầu cắt nhanh

→Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể đảm bảo được yêu cầu này, nhưng lại chỉ có thể bảo vệ được nhữngvùng nhất định trong phạm vi được phân công bảo vệ do dòng điện NM có những giá trị khác nhau (loại

NM và vị trí NM)

→BVSL có thể khắc phục được các điều kể trên: đảm bảo tác động trong vùng được phân công bảo vệ

và không tác động khi có NM ngoài vùng

- Phân loại bảo vệ so lệch

- Theo nguyên lý làm việc, BVSL được chia thành 2 loại: BV so lệch dọc và so lệch ngang

 Bảo vệ so lệch dọc chủ yếu dùng để bảo vệ các máy điện như: MBA; MPĐ và động cơ điện Ngoài racũng được dùng để bảo vệ các đường dây có chiều dài ngắn và thanh cái

 Bảo vệ so lệch ngang dùng bảo vệ các đường dây và các cuộn dây trong máy điện song song

- Theo tín hiệu tác động có: So lệch dòng điện và so lệch góc pha dòng điện

Ở đây chủ yếu đề cập đến so lệch dọc dòng điện

2 NGUYÊN LÝ TÁC ĐỘNG

-Bảo vệ so lệch dọc

BVSL dọc là loại bảo vệ so sánh biên độ dòng điện (hoặc góc pha dòng điện) ở hai đầu phần tử được bảo

vệ Nếu sự sai lệch này vượt quá trị số định trước thì bảo vễ sẽ tác động

~

= ∆ = Ikcbttmax

Trong đó: Ikcbttmax = fimax. kđn. kkck. INngmax

fimax - sai số lớn nhất cho phép của BI, fimax= 10%

kđn - hệ số đồng nhất của các BI, thường kđn= 0,5- 1

kđn = 0,5 khi các BI hoàn toàn giống nhau và dòng điện qua cuộn sơ cấp của chúng bằng nhau;

kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất.

kkck- hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng điện NM(kkck=1 đối với các BI có bão hoà từ nhanh;kkck = 2 đối với các BI khác)

INng max- thành phần chu kỳ của dòng điện NM ngoài lớn nhất

Chú ý: Đối với MBA: Ngoài những yếu tố kể trên, Ikcb còn phụ thuộc vào sai số do điều chỉnh điện áp

s∆U (thường s∆U = 10%)và sai số do sự chênh lệch giữa dòng thứ cấp ở hai phía MBA s2i Để giảm bớt sựchênh lệch về pha của hai dòng điện này, sơ đồ nối các BI phải chọn đối ngược với các tổ đấu dây củaMBA Ví dụ: MBA có tổ đấu dây Y-∆, thì sơ đồ nối các BI phải chọn là ∆-Y Do vậy dòng KCB đượcxác định như sau:

Ikcbttmax= (kkck. kđn. fimax + ∆ + ). INngmax

-Độ nhạy yêu cầu: : Knh = ≥2

INmin- dòng NM nhỏ nhất trong vùng bảo vệ

4.ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA BVSL

→Không tác động khi sự cố ngoài vùng bảo vệ, đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối

→Có thể thực hiện BVSL không yêu cầu phối hợp về thời gian với bảo vệ các phần tử kề Do đó cóthể thực hiện tác động nhanh (không cần thời gian).

→Sơ đồ thực hiện bảo vệ khá đơn giản

→Nhược điểm chủ yếu của BV là có dây dẫn phụ Khi dây dẫn phụ bị đứt có thể làm BV không tácđộng hoặc tác động sai BVSL không làm dự phòng được cho phần tử kề

→BSL dọc được áp dụng rộng rãi để bảo vệ cho các phần tử tập trung như: MF, MBA, thanh góp,…

do dây dẫn phụ ngắn làm việc tin cậy

→BVSL ngang dùng để BV 2 hay nhiều ĐD làm việc song song

Câu 8: TRÌNH BÀY B O V KHO NG CÁCH Ả Ệ Ả

1 NGUYÊN LÝ TÁC Đ NG VÀ PH M VI ÁP D NG Ộ Ạ Ụ

→BVKC là loại BV tác động dựa vào việc đo tổng trở phần tử được bảo vệ (ZS), nếu thấy tổng trở đođược nhỏ hơn hoặc bằng với tổng trở định trước (ZKĐ) nó sẽ tác động cắt phần tử này ra khỏi mạngđiện:

ZS ≤ ZKĐ → BV sẽ tác động

Vì thế bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơle tổng trở

→Bảo vệ khoảng cách thường được dùng để bảo vệ lưới điện phức tạp nhiều nguồn cấp với hình dạngbất kỳ Đặc biệt được dùng rất rộng rãi làm BV chính cho các đường dây tải điện

→ Dòng tác động và đặc tính thời gian của BVKC:

-BVKC thường có nhiều vùng tác động (thường là 3 vùng) Các vùng tác động về phía trước làmnhiệm vụ dự phòng cho nhau và cho bảo vệ đoạn liền kề

-Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách thường có dạng độc lập (dạng bậc thang) và việc chọnthời gian làm việc cho các bảo vệ ngược với đặc tính thời gian của BV 51

-Độ chênh lệch về thời gian làm việc giữa các vùng (cấp) bảo vệ liền kề nhau ∆t = 0,3 - 0,5s

→Yêu cầu độ nhạy : Knh=

Với: ZD là tổng trở đường dây cần bảo vệ

ZI KĐ là tổng trở khởi động của BVKC.

Quy định: knhyc ≥ 1,2

Câu 9: BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY

Khái quát chung

Chế độ lv kbt và sự cố của các ĐD có thể là:

• Chế độ không bình thường (kbt): Quá tải

• Sự cố: Các loại NM

BV thường sử dụng:

• Bảo vệ các sự cố NM:

- Đối với ĐD truyền tải, sử dụng chủ yếu các BV: Khoảng cách (21), có hướng (67), so lệch (87)

- Đối với ĐD phân phối thường dùng các BV: Quá dòng (50,

Câu 10: TRÌNH BÀY VỀ THANH GÓP

7.2.1 Khái quát chung thanh góp

→Thanh góp là điểm nút trong HTĐ (nơi nhận và phân

phối điện năng)

→Tùy theo dòng điện phải tải, hệ thống thanh góp có thể

là:

(H1)

 Thanh góp cứng có thể là thanh đồng đặc tiết diện hình chữ nhật, tiết diện tròn rỗng, tiết diện hình máng;

 Thanh góp mềm (cáp đồng nguyên chất)

→Tùy theo tàm quan trọng, hệ thống thanh góp có thể có cấu trúc đơn, kép hoặc mạnh vòng

→Mặc dù xác suất hư hỏng thanh góp là ít nhất so với các phần tử khác trong HTĐ nhưng sự cố trên thanhgóp thường gây hậu quả nghiêm trọng

→Các loại sự cố đối với thanh góp là các loại ngắn mạch

Sau đây sẽ chỉ giới thiệu một phương thức bảo vệ hệ thống TG đơn

Rs-điện trở ổn định mắc nối tiết với RL 87B

Chú ý: (1) Thực tế, trong quá trình vận hành HTĐ có thể phải sa thải phụ tải tại các thanh góp để đảm bảo cân

bằng công suất HT (H2)

(2) Dự phòng máy cắt sự cố (Breaker failure): H3

Câu 11 BẢO VỆ MBA, MF, ĐC

1 Bảo vệ MBA

CÁC DẠNG LV KBT VÀ SỰ CỐ CỦA MBA

(H3)

Chạm chập giữa các vòng dây NM nhiều pha trong hệ thống

Ngắn mạch giữa các cuộn dây NM một pha trong hệ thống

Chạm đất (vỏ) và NM chạm đất Quá tải

Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp Quá bão hòa mạch từ

Thùng dầu bị hỏng hoặc rò dầu

→Tùy theo công suất của MBA, vị trí, vai trò của MBA trong hệ thống để lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp

Các chức năng bảo vệ của HT BVRL đối với MBA

Kiểm tra nhiệt độ điện môi (Đối với máy biến áp dầu)

26 Cảnh báo ở 950C; tác động ở

1000C Kiểm tra nhiệt độ cuộn dây

Máy biết áp khô

Cầu chìQuá dòng cắt nhanh 50

theo CS MBA

Rơ le khí (BUCHHOLZ) 63 logic

Cuộn dây bị chạm đất (chạm vỏ) Chạm đất tại 1 điểm NM giữa các pha

NM giữa các cuộn dây (các pha) Chạm đất tại 2 điểm Tải không đối xứng

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây;

- Chạm chập giữa các vòng dây; - Cuộn dây bị chạm đất

→ Sự cố bên ngoài ĐC:

- Các dạng NM trên lưới gây sụt áp nguồn cấp; - Vận hành không đối xứng; - Đứt dây hoặc hở mạch 1 pha

Các loại BV và hướng dẫn cài đặt cho các BV ĐC có thể tham khảo trong bảng (trang bên):

Câu 12: TRÌNH BÀY VỀ TĐD

1 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI TĐD

Để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải, một trong các phương pháp hay được sử dụng là nguồn

dự phòng Để đóng nguồn dự trữ nhanh, người ta sử dụng thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD)

Các yêu cầu cơ bản đối với TĐD:

→TĐD không được tác động trước khi MC của nguồn chính chưa

2 TĐD ĐƯỜNG DÂY

- Nguyên lý

+Trong chế độ làm việc bình thường, đường dây AC làm việc (1MC và 2MC đóng) còn đường dây BC dự trữ (3MC và 4MC mở) RTG có điện, tiếp điểm của nó đóng Vì lý do nào đó thanh góp C mất điện, tiếp điểm của các RU< và RU> sẽ đóng mạch RT (đường dây dự trữ BC có điện)

+Sau một thời gian trễ do yêu cầu chọn lọc của BVRL, tiếp điểm RT đóng lại.Cuộn cắt CC của MC có điện, 2MC mở ra Tiếp điểm phụ 2MC3 đóng, chodòng điện qua cuộn đóng CĐ của 4MC và đường dây dự trữ BC được đóng vào

để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

- Tính toán các tham số của các phần tử trong sơ đồ

→Thời gian của RT:

Khi NM tại điểm N1 hoặc N2, điện áp dư trên thanh góp C giảm xuống rất thấplàm cho RU< khởi động Muốn TĐD kg tác động nhầm, trong trường hợp nàycần phải chọn thời gian của RT lớn hơn thời gian làm việc của BV đặt tại 7MC

và 9MC:

tRT = tBVA + ∆t (9.1) tRT =tBVC + ∆t(9.2)Với: tBVA và tBVC là thời gian lv lớn nhất của các BV phần tử nối với TGA vàTGC còn ∆t là bậc chọn lọc về thời gian (0,3-0,5s)

→Thời gian của RTG:

-Để đảm bảo thiết bị TĐD tác động đóng 4MC chỉ 1 lần, cần chọn:

tRTG = tđ(4MC) + tdự trữ (9.3)tđ(4MC): thời gian đóng 4MC; tdự trữ: thời gian dự trữ

-Nếu TĐD tác động đóng 4MC mà sự cố còn tồn tại và BVRL lại cắt nó ra,thì RTG sẽ ngăn ngừa việc đóng trở lại, do đó thời gian của RTG chọn theo(8.3) thảo mãn điều kiện:

tRTG = tđ(4MC) + tBV + tc(4MC) (9.4)tBV: thời gian làm việc của BV đặt tại 4MC tc(4MC): thời gian cắt

của 4MC

→ Điện áp khởi động của RU<

Chọn theo 2 điều kiện:

28