Chuyên đề rơ le bảo vệ trong hệ thống điện

tài liệu hướng dẫn rơ le bảo vệ trong hệ thống điện, trong nhà máy điện và trạm biến áp, hướng dẫn truy cập, chỉnh định, lấy bản ghi rơ le các hãng rơ le abb, sell, micom.Khả năng và lượng kiến thức của tôi còn nhiều hạn chế nên thành quả là rấtnhỏ bé, trong quá trình thực hiện tất nhiên không tránh khỏi sai sót, rất hoan nghênhsự góp ý của quý đọc giả để tôi hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn

Vị trí dự án

Dự án điện mặt trời Xuân Thiện Ea Súp tọa lạc tại xã Ia Lốp, huyện Ea Súp, tỉnh Đắk Lắk, cách biên giới Việt Nam - Campuchia khoảng 8km về phía Tây và cách trung tâm huyện Ea Súp 30km về phía Đông - Nam.

Quy mô dự án

Phần TBA 500kV Ea Súp:

Phía 500kV: thiết kế theo kiểu ngoài trời với quy mô 02 MBA 600MVA; HTPP 500kV với 04 ngăn lộ bố trí theo sơ đồ 3/2, cụ thể như sau:

 01 ngăn đường dây 500kV đi 573 Trạm 500kV Pleiku 2 (B01);

 01 ngăn đường dây 500kV đi 571 Trạm 500kV Chơn Thành (B03);

 01 ngăn lộ tổng 500kV MBA AT1-600MVA (B02);

 01 ngăn lộ tổng 500kV MBA AT2-600MVA (B04);

Thiết kế hệ thống hai thanh cái với thanh cái đường vòng bao gồm việc sử dụng máy cắt phân đoạn để phân chia các thanh cái Giai đoạn này tập trung vào lắp đặt thiết bị theo sơ đồ "Hệ thống hai thanh cái có máy cắt đường vòng".

 05 ngăn đường dây 110kV đi TBA 110kV các NMĐ MT Xuân Thiện Ea Sup

 01 ngăn máy cắt liên lạc (E08);

 01 ngăn lộ tổng 110kV MBA AT1 (E07);

 01 ngăn lộ tổng 110kV MBA AT2 (E11);

Các thông số chính phần nhà máy

 Tổng công suất 5 nhà máy 600MW Lắp đặt các tấm quang điện mặt trời (ký hiệu là PV), số lượng 1.737.486 tấm, công suất 465, 470, 475 Wp/tấm;

 Inverter sử dụng loại inverter chuỗi, công suất định mức 168kW AC Số lượng 3.576 bộ;

Trạm hợp bộ bao gồm máy biến áp trung thế 0,8/0,8/22 kV, tủ RMU và các tủ AC kết nối inverter chuỗi trong khu vực nhà máy, với công suất máy biến áp đạt 6280 kVA.

Trạm biến áp (TBA) chính 22/110 kV công suất 2x80 MVA (nhà máy 4, 5) và MBA chính 22/110 kV công suất 100 MVA (nhà máy 1, 2, 3)

Hệ thống đường giao thông nội bộ, cấp thoát nước, hàng rào nhà máy và một số hệ thống phụ trợ khác

Trạm biến áp 110kV Nhà máy điện mặt trời Ea Súp được thiết kế ngoài trời với cấu trúc một thanh cái, bao gồm hai máy biến áp nâng áp (nhà máy 4, 5) và một ngăn xuất tuyến đường dây 110kV.

Nhà máy điện mặt trời Ea Súp 1, 2, 3 được thiết kế theo sơ đồ một thanh cái, với các thiết bị được bố trí ngoài trời Trạm này bao gồm một máy biến áp nâng áp và một ngăn xuất tuyến cho đường dây 110kV.

Các hệ thống khác

 Thiết bị điều khiển, bảo vệ

 Hệ thống điện tự dùng

 Hệ thống nối đất, chống sét

 Hệ thống thông tin - SCADA

Yêu cầu của hệ thống bảo vệ rơ le

Độ tin cậy của thiết bị bảo vệ là yếu tố quan trọng đảm bảo hoạt động chính xác trong các tình huống nhất định Có hai khái niệm cần phân biệt: độ tin cậy khi tác động, tức là khả năng rơle hoặc hệ thống rơle thực hiện đúng chức năng bảo vệ khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã xác định; và độ tin cậy không tác động, là mức độ chắc chắn rằng rơle sẽ không hoạt động sai trong chế độ vận hành bình thường hoặc khi có sự cố ngoài phạm vi bảo vệ đã quy định.

Độ tin cậy tác động có thể được kiểm tra dễ dàng qua tính toán thực nghiệm, trong khi độ tin cậy không tác động lại khó kiểm tra do các trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của bảo vệ Để nâng cao độ tin cậy, nên sử dụng rơle và hệ thống rơle có cấu trúc đơn giản, chắc chắn và đã được thử nghiệm thực tế, đồng thời cần tăng cường mức độ dự phòng trong hệ thống bảo vệ Dữ liệu thống kê cho thấy, hệ thống bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng 95-99%.

Khả năng của hệ thống bảo vệ điện là phát hiện và loại trừ chính xác các phần tử gặp sự cố, nhằm duy trì sự liên tục trong cung cấp điện Để đạt được tính chọn lọc cao giữa các thiết bị bảo vệ, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các đặc tính hoạt động của các bảo vệ lân cận, từ đó giảm thiểu thời gian ngừng cung cấp điện.

Tác động nhanh của bảo vệ rơle là yếu tố quan trọng, giúp cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, từ đó hạn chế thiệt hại cho thiết bị và giảm thời gian sụt áp cho người dùng Điều này không chỉ giảm xác suất hư hỏng nặng mà còn nâng cao khả năng ổn định hoạt động của máy phát điện và toàn bộ hệ thống điện Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu chọn lọc và tác động nhanh, cần sử dụng các loại bảo vệ phức tạp và tốn kém Do đó, yêu cầu về tốc độ tác động cần được xác định dựa trên điều kiện cụ thể của hệ thống điện và trạng thái làm việc của phần tử được bảo vệ.

1.1.4 Độ nhạy Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn là tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng tác động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, nghĩa là rơle tác động càng nhạy Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc của HTĐ (mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình của lưới điện (các đường dây làm việc song song, hay đơn lẻ), dạng ngắn mạch (ba pha, một pha, …), vị trí của điểm ngắn mạch (gần nguồn, hay xa nguồn), Đối với các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,5-2,0 còn đối với bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,2-1,5

Các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện (HTĐ) không hoạt động thường xuyên mà luôn sẵn sàng để ứng phó với các sự cố bất thường Đối với thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí mua sắm và lắp đặt chỉ chiếm một phần nhỏ giá trị công trình, do đó bốn yêu cầu kỹ thuật là yếu tố quyết định để tránh hậu quả nghiêm trọng cho hệ thống điện Trong khi đó, lưới điện trung áp và hạ áp có nhiều phần tử cần bảo vệ hơn, nhưng yêu cầu về thiết bị bảo vệ không cao bằng ở các nhà máy điện hoặc lưới truyền tải cao áp Vì vậy, cần cân nhắc tính kinh tế khi lựa chọn thiết bị bảo vệ nhằm đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật với chi phí tối ưu nhất.

Các thành phần của hệ thống bảo vệ

Bài viết đề cập đến các thiết bị điện như máy biến dòng điện (BI hoặc CT), máy biến điện áp (BU hoặc VT) và các thiết bị đo lường khác, có nhiệm vụ đo các đại lượng như dòng điện, điện áp và tần số Tín hiệu sơ cấp từ các thiết bị này có thể được xử lý qua bộ lọc để loại bỏ các thành phần đối xứng, hoặc chuyển đổi từ AC sang DC trước khi đưa vào hệ thống rơle.

1.2.2 Bộ phận phân tích và so sánh logic:

Các rơle có chức năng phân tích và so sánh tín hiệu đầu vào với giá trị khởi động đã được xác định trước, nhằm đánh giá tình trạng hoạt động của hệ thống điện (HTĐ) có bình thường, quá tải hay gặp sự cố Tùy thuộc vào từng tình trạng, rơle sẽ gửi tín hiệu đến các cơ cấu thực hiện tương ứng Mỗi nguyên tắc bảo vệ sẽ sử dụng các loại rơle với phương pháp tính toán khác nhau để đảm bảo hiệu quả bảo vệ hệ thống.

Gồm các rơle trung gian, máy cắt (MC) … có nhiệm vụ thực hiện việc báo tín hiệu, hoặc cắt máy cắt trong các trường hợp sự cố

1.2.4 Hệ thống nguồn điện một chiều:

Có nhiệm vụ là cung cấp nguồn cho hệ thống các rơle, cuộn cắt của MC, chuông, đèn…

1.2.5 Kênh thông tin truyền tín hiệu:

Dùng để truyền tín hiệu điều khiển, phối hợp bảo vệ, thông tin …

Bảo vệ quá dòng điện

Bảo vệ quá dòng điện hoạt động khi dòng điện vượt quá giá trị định trước, nhằm bảo vệ các phần tử khỏi hư hỏng Để đảm bảo tính chọn lọc, bảo vệ quá dòng điện được phân chia thành hai loại.

Bảo vệ dòng điện cực đại, ký hiệu 51, 51N hoặc I>, I0>

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh, ký hiệu 50, 50N, hoặc I>>, I0>>

2.1.1 Bảo vệ dòng điện cực đại

Chọn dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại

Theo nguyên lý bảo vệ, dòng điện khởi động cần phải lớn hơn dòng điện phụ tải cực đại ILv.max của đường dây bảo vệ Tuy nhiên, việc lựa chọn dòng điện khởi động còn phải cân nhắc nhiều điều kiện khắt khe khác.

Trong trường hợp chọn dòng điện khởi động cho bảo vệ số 1 trên đoạn AB của mạng điện, hệ thống điện hoạt động với phụ tải tối đa, dẫn đến dòng điện qua bảo vệ đạt giá trị ILv.max Tại thời điểm t1, khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N, các thiết bị bảo vệ sẽ được kích hoạt để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Khi 1 và 2 khởi động cùng lúc, đến thời điểm t2, bảo vệ 2 tác động do t2 nhỏ hơn tl, dẫn đến việc cắt ngắn mạch Kết quả là điện áp trên thanh góp B được phục hồi, khiến một số động cơ gần đó tự hãm trong thời gian ngắn mạch do điện áp sụt Sau đó, các động cơ này tự mở máy trở lại, và qua bảo vệ 1, dòng điện tự mở máy Im.m.max lớn hơn dòng điện Ilvmax.

Hệ số tự mở máy kmm của các động cơ phụ thuộc vào loại động cơ, vị trí giữa bảo vệ và động cơ, sơ đồ hệ thống điện và một số yếu tố khác Thông thường, giá trị của kmm dao động từ 2 đến 3.

Mặc dù tại thời điểm t2 có dòng điện Imm max chạy qua, nhưng bảo vệ 1 vẫn cần phải trở về Để đạt được điều này, dòng điện trở về của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện mở máy cực đại.

I v = k at k mm I lvmax trong đó: kat là hệ số an toàn, thường lấy kat = 1,1 - 1,2

Từ quan hệ giữa dòng điện trở về I V và dòng điện khởi động Ikđ:

Từ đó tính được dòng điện khởi động của bảo vệ: l vmax

2.1.2 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đảm bảo tính chọn lọc bằng cách lựa chọn dòng điện khởi động lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch tối đa tại vị trí bảo vệ, nhằm bảo vệ hiệu quả khi có sự cố xảy ra ở phần tử tiếp theo.

Hình 2.1: Nguyên lý bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh hoạt động trong thời gian rất ngắn (0,1 giây) nhằm ngăn chặn sự mất chọn lọc khi có hiện tượng giông sét và tác động của thiết bị chống sét Tuy nhiên, nó có nhược điểm là không thể bảo vệ toàn bộ đối tượng, đặc biệt khi xảy ra ngắn mạch ở cuối phần tử (N1), bảo vệ cắt nhanh sẽ không hoạt động Hơn nữa, vùng tác động của bảo vệ LCN có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào chế độ của hệ thống và dạng ngắn mạch.

Nguyên lý quá dòng điện có nhược điểm chung là không đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ trong các lưới điện phức tạp với nhiều nguồn cung cấp.

2.1.3 Bảo vệ dòng điện cực đại có bộ kiểm tra điện áp

Trong nhiều trường hợp, bảo vệ quá dòng điện có thời gian với dòng khởi động chọn theo Ilvmax có thể thiếu độ nhạy, do dòng điện làm việc cực đại Ilvmax qua phần tử bảo vệ có giá trị quá lớn Điều này thường xảy ra khi tách mạch vòng của lưới điện hoặc khi cắt một số đường dây và máy biến áp làm việc song song Ngoài ra, một số lưới điện với nguồn công suất ngắn mạch yếu cũng không đủ độ nhạy để đảm bảo an toàn.

Để nâng cao độ nhạy của bảo vệ quá dòng điện có thời gian và giúp phân biệt giữa ngắn mạch và quá tải, cần thêm bộ phận khoá điện áp thấp vào sơ đồ bảo vệ.

Hình 2.2: Bảo vệ quá dòng có kết hợp kiểm tra điện áp thấp

Bảo vệ quá dòng (I>) sẽ được phối hợp với bộ phận kiểm tra điện áp thấp (U