Giáo trình rơ le bảo vệ

ông cân bằng do việc điều chỉnh của máy biến áp gây nên IKcbDU + Thành phần dòng điện không cân bằng do chọn các hệ số biến đổi của các biến dòng điện ở các phía của máy biến áp khác với hệ số biến đổi tính toán gây nên IKcbN : Như vậy: IKcbStt = IKcbfi + IKcb + IKcbDU + IKcbN Giá trị lớn nhất của IKcbStt có thể có một trong hai trường hợp sau: a. Khi đóng máy biến áp không tải do sự nhảy vọt của dòng điện từ hoá có thể có: IKcbttS = IKcb = (68) IđmB b. Khi ngắn mạch ngoài. Khi ngắn mạch sau máy biến áp, điện áp dư trên thanh góp phía sơ cấp máy biến áp bé, có thể bỏ qua dòng điện IKcb nên: IKcbStt = IKcbfi + IKcbDU + IKcbN Các thành phần của dòng điện không cân bằng này có thể biểu diễn qua dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất IN ngoài max bằng các hệ số tương ứng: IKcbttS = (kđmkkck fi +DU +fN ) IN ngoài max Trong đó: kđn - hệ số đồng nhất của các biến dòng điện, lấy bằng 1: kkck - hệ số xét đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ; kkck =12 fi- sai số cho phép cho phép lớn nhất của các biến dòng điện (lấy bằng 0,1) DU - độ thay đổi điện áp do việc điều chỉnh điện áp gây nên DU = 0,05 0,15; fN - hệ số xét đến việc không cân bằng triệt để các dòng điện thứ cấp của các biến dòng điện (fN = 0,05 0,1 ) Tuỳ từng trường hợp cụ thể và loại bảo vệ mà chọn dòng điện khởi động của nó theo điều kiện (a) hoặc (b) 4. Các biện pháp giảm dòng điện không cân bằng Có thể dùng hai phương pháp: a. Cân bằng dòng điện trong các nhánh bằng biến dòng tự ngẫu TBI có hệ số biến đổi ( hình 20-3a ) nTBI =IIIT/ IIT RI RI (a) (b) TBT IIIT IIT I'IIT IIT IIIT WSI WcbII WcbI IIIT IIT BIBH WT Hình 20- 3 Các phương pháp giảm dòng điện không cân bằng trong nhánh của bảo vệ so lệch. b. Cân bằng các sức từ động bằng biến dòng bão hoà trung gian có cuộn dây sơ cấp: + Hai cuộn cân bằng WcbI và WcbII nối vào hai nhánh của bảo vệ: + Cuộn so lệch WSL nối vào hiệu các dòng điện IIT – IIIT Số vòng WcbI , WcbII và WSL của các cuộn dây sơ cấp được chọn sao tổng hình học của các sức từ động của các cuộn dây sơ cấp ở tình trạng bình thường và khi ngắn mạch ngoài bằng không: IITWcbI – IIITWcbII + (IIT – IIIT) WSL = 0 Lúc đó từ thông tổng trong mạch từ của biến dòng bão hoà BIBH cũng bằng không và không có dòng điện đi vào rơle so lệch. Phương pháp này được dùng rộng rãi hơn vì tuy không cân bằng hoàn toàn được các s.đ.đ nhưng BIBH còn có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng điện không cân bằng. § 21. CÁC LOẠI BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP 1. Các dạng sơ đồ nối dây Các sơ đồ mạch dòng điện của bảo vệ so lệch đặt trên các máy biến áp nối Y/D có thể thực hiện theo: + Sơ đồ ba pha hoàn toàn ( hình 20-2 ) +Sơ đồ đơn giản hoá hai pha ( hình 21-1 ) ở phía máy biến áp lực nối hình D với ba hoặc hai rơle. RI AY BY CY AY BY CY AD CD AD CD Hình 21-1 Các sơ đồ đơn giản hoá dùng cho bảo vệ so lệch Khuyết điểm của các sơ đồ đơn giản là một số trường hợp chạm đất hai điểm ( trong đó có một điểm nằm trong vùng bảo vệ ở pha không đặt biến dòng điện ) bảo vệ sẽ không tác động. Lúc này các bảo vệ dự trữ sẽ tác động cắt sự cố với thời gian định trước. Ngoài ra khi ngắn mạch hai pha B, C ở phía cuộn dây nối hình Y của máy biến áp ( N(2)BC ), sơ đồ (b) có độ nhậy giảm đi hai lần Sơ đồ (a) đôi khi được dùng để bảo vệ máy biến áp tăng, sơ đồ (b) thường dùng để bảo vệ máy biến áp ở các trạm hạ áp với điện áp tuỳ ý và trung tính nối đất hay không nối đất 2. Các loại bảo vệ so lệch thường dùng RI Th Đến RG chung Tuỳ thuộc vào công suất và vị trí máy biến áp trong hệ thống người ta sử dụng một số sơ đồ sau: Hình 21-2: Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ so lệch dòng điện cắt nhanh a. Bảo vệ so lệch dòng điện cắt nhanh Các rơ le khởi động dùng trong sơ đồ bảo vệ là các rơle dòng điện thông thường ( kiểu điện từ ). Dòng điện khởi động của bảo vệ thường được chỉnh định theo dòng điện từ hoá nhảy vọt. IKđ =katIn.v.tt Dòng điện từ hoá nhảy vọt rất lớn ( 68IđmB ) nhưng tắt rất nhanh và rơle dù nhậy mấy vẫn tác động với quán tính nhất định, nên có thể chọn. IKđ = ( 3 4,5 )IđmB Bảo vệ so lệch dòng điện cắt nhanh đơn giản, thường dùng bảo vệ các máy biến áp giảm công suất bé làm việc trong hệ thống có công suất lớn, nếu đảm bảo được độ nhạy. b. Bảo vệ so lệch dòng điện có dùng biến dòng bão hoà trung gian. Các biến dòng bão hoà trung gian thường được chế tạo sẵn và đặt trong cùng một vỏ với một rơle điện từ. Trong sơ đồ bảo vệ biến dòng bão hoà trung gian làm nhiệm vụ: + Cân bằng các sức từ động các nhánh ở tình trạng làm việc bình thường và khi ngắn mạch ngoài. RI WT W''N IIS IIIS IIT IIIT WchII WchI WSI WSI W'N WchI WchII BIBII +. Giảm ảnh hưởng của các thành phần không chu kỳ của dòng điện không cân bằng nhờ hiện tượng bão hoà từ. Hình 21-3: Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ so lệch dùng biến dòng bão hoà trung gian Chọn các thông số của bảo vệ so lệch dòng điện có dùng biến dòng bão hoà trung gian. Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo hai điều kiện: + Theo dòng điện từ hoá nhẩy vọt khi đóng máy biến áp không tải: IKđ = (1,2 1,3) IđmB ( Do ảnh hưởng của bão hoà từ nên có thể giảm nhỏ In.v ) + Theo dòng điện không cân bằng khi ngắn mạch ngoài: IKđ = katIKcb ttmax =kat (kđnkkck + DU + fN) Ing max Trong đó: kat  =1,2 1,3 kđn =1 kkck = 1 do tác dụng của bão hoà biến dòng trung gian giảm được ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng điện không cân bằng: DU = 0,05 0,15 Trong tính toán sơ bộ lúc đầu chưa kể đến hệ số fN. Khi đã xác định được dòng khởi động IKđR của rơle, biết sức từ động FKđR của rơle ( thí dụ, đối với loại rơle PHT- 562 của Liên xô sức từ động FKđR = 60A. vòng ) ta tính được số vòng dây cho một phía nào đó, thí dụ ở phía I: (WcbI + WSL) = Trong đó: IKđRI: Dòng điện khởi động của rơle tương ứng với phía I có dòng điện thứ cấp của biến dòng điện là IIT Số vòng dây ở phía còn lại được chọn theo điều kiện cân bằng các sức từ động trong điều kịên làm việc bình thường: (WcbII + WSL) = (WcbI + WSL) * IITđm/ IIITđm Do việc chọn các số vòng dây tiêu chuẩn khác với số vòng dây tính toán nên sẽ xuất hiện một sai lệch: DfN % = ( WcbII + WSL ) tc – ( WSL + WcbII ) tt / ( WcbII + WSL ) tt * 100 Nếu DfN % 5 thì phải chọn lại số vòng dây theo trình tự trên. Độ nhậy của bảo vệ sẽ bé nhất khi nguồn cung cấp từ một phía. Trong trường hợp này hệ số độ nhậy có thể xác định theo công thức: kn = Trong đó: IRtp -Dòng điện toàn phần lớn nhất đi qua rơle trong trường hợp đang xét: IKđR - Dòng điện khởi động của rơle tương ứng với phía đặt biến dòng điện có dòng ngắn mạch đi qua. Yêu cầu kn ³ 2. Nếu không đạt yêu cầu về hệ số độ nhậy thì phải dùng bảo vệ so lệch có tác động hãm. § 22. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BẰNG RƠLE HƠI (a) Nơi đặt rơle hơi (b) Tất cả các hư hỏng bên trong máy biến áp đều làm cho dầu bốc hơi do tia lửa điện hoặc do lõi thép bị cháy. Cường độ bốc hơi phụ thuộc vào mức độ và tính chất hư hỏng. Có thể lợi dụng chất khí khi hư hỏng bên trong máy biến áp vào mục đích bảo vệ máy biến áp bằng rơle hơi. Hình 22-1 Nơi đặt rơle hơi và cấu tạo rơle hơi Rơle hơi đặt trên ống nối bình dãn dầu với thùng dầu và tác động theo tốc độ của dầu chạy trong ống. Loại rơle hơi thường dùng nhất là một bình không bên trong có đặt hai phao nổi với bầu thuỷ tinh con có tiếp điểm thuỷ ngân ( hình 22-1b ). Khi hư hỏng nhẹ hơi bốc ra yếu tập trung lên phía trên đẩy mức dầu trong rơle hạ thấp, phao thứ nhất hạ xuống và đóng tiếp điểm thứ nhất đi báo tín hiệu. Nếu hư hỏng nặng hơi bốc ra mạnh, luồng dầu đi từ thùng dầu lên bình dãn dầu có tốc độ lớn đẩy phao thứ hai chìm xuống đóng tiếp điểm thứ hai đi cắt ngay máy cắt. Khi dầu tụt xuống nhanh ( do thủng thùng dầu chẳng hạn ) bảo vệ bằng rơle hơi cũng tác động báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt. Rơle hơi cũng có thể làm việc khi ngắn mạch ngoài, cuộn dây bị đốt nóng làm dầu bốc hơi. Xác định thời gian làm việc của bảo vệ trong trường hợp này rất khó khăn, vì vậy cần phải chỉnh định sao cho bảo vệ không làm việc khi ngắn mạch ngoài. Kinh nghiệm vận hành cho biết rơle hơi có phao nổi có thể tác động nhầm khi ngắn mạch ( do các xung thuỷ lực khi các vòng dây xê dịch gây nên ) khi máy biến áp bị rung ( do các tiếng nổ, do các chấn động địa chất ), khi các phao thủng. Th RH + + RG 1MC BT CC + Th + + - - - - 2MC R ĐN Hình 22-2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ bằng rơle hơi Vì rơle hơi có tính chất xung nên trong sơ đồ bảo vệ ( hình 22-2 ) phải dùng rơle trung gian có tự giữ để bảo vệ tác động cắt máy cắt chắc chắn. Ưu điểm chính của bảo vệ bằng rơle hơi là: dễ thực hiện, làm việc với độ nhậy cao, thời gian ngắn khi có hư hỏng bên trong thùng dầu. Khuyết điểm chính của bảo vệ là không tác động khi có hư hỏng ngoài thùng dầu ( trên các thanh dẫn đầu cực máy biến áp ) do đó không thể là bảo vệ duy nhất chống các hư hỏng trong vùng bảo vệ các máy biến áp § 23. BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CẮT NHANH Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đơn giản nhất dùng để chống ngắn mạch bên trong máy biến áp với thời gian tác động t = 0 RI RG + + + I CN Ikđ N-1 N-2 (a) (b) N-1 N-2 IN-1 xB IN IN-2 l Bảo vệ đặt ở phía nguồn cung cấp cho máy biến áp và được thực hiện bằng các rơle dòng điện điện theo sơ đồ hình sao hoàn toàn hay hình sao khuyết, tuỳ theo máy biến áp làm việc trong mạng trung tính trực tiếp nối đất hay không nối đất. Hình 23-1 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh (a)- Nguyên tắc thực hiện; (b)- Sơ đồ nguyên lý một pha Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn lớn hơn dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất khi ngắn mạch sau máy biến áp ( tại điểm N2 trên hình 23-1b ) IKd = kat IN ng max Với: kat = 1,3 1,5 tuỳ thuộc vào loại rơle sử dụng Ngoài ra bảo vệ dòng điện cắt nhanh còn được chỉnh định theo dòng điện từ hoá nhẩy vọt khi đóng máy biến áp. IKđ = kat Inv Để thoả mãn điều kiện này thường chọn kat = ( 3 5 )IđmB Độ nhậy của bảo vệ được kiểm tra theo dòng điện ngắn mạch ba pha trực tiếp tại N1. Yêu cầu hệ số độ nhậy kn ³2 Vùng tác động của bảo vệ gồm các thanh nối từ chỗ đặt bảo vệ đến máy biến áp và một phần cuộn dây của máy biến áp về phía đặt bảo vệ. Phối hợp với bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ bằng rơle hơi, bảo vệ dòng điện cắt nhanh bảo đảm việc bảo vệ tốt cho các máy biến áp công suất nhỏ và trung bình § 24. BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI CHỐNG NGẮN MẠCH NGOÀI Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài có nhiệm vụ: + Cắt máy biến áp khi ngắn mạch trên thanh góp hoặc trên các phần tử nối vào thanh góp, nếu bảo vệ hoặc máy cắt của các phần tử này không làm việc được. + Làm dự trữ cho các bảo vệ chống ngắn mạch bên trong máy biến áp Do đó bảo vệ được đặt ở phía nguồn và tác động có thời gian Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài đơn giản nhất là bảo vệ dòng điện cực đại. Khi bảo vệ dòng điện cực đại không đủ độ nhậy, phải dùng bảo vệ có khoá điện áp thấp hoặc các bảo vệ có bộ lọc điện áp thứ tự nghịch ( LU2) hay dòng điện thứ tự nghịch ( LI2 ) 1.Cách thực hiện sơ đồ bảo vệ dòng điện cực đại chống ngắn mạch ngoài + RI Đến rơ le RG chung 3MC 2BI IMC N + RT (a) A C A C (b) (c) (d) A C (e) C A B (g) C B A Hình 24-1 Sơ đồ nguyên lý một pha và các sơ đồ nối biến dòng điện và rơle của bảo vệ dòng điện chống ngắn mạch ngoài của máy biến áp a- Sơ đồ hình sao không hoàn toàn: Được dùng rộng rãi với các máy biến áp điện áp Uđm £ 35kv ( hình 24-1a ) Nếu khi ngắn mạch hai pha sau cuộn dây nối hình tam giác của máy biến áp sơ đồ này không đủ độ nhậy thì dùng sơ đồ nối sao không hoàn toàn có đặt một rơle trên dây về ( hình 24-1b ). b- Sơ đồ nối rơle vào hiệu dòng điện hai pha: ( hình 24-1d) c a b C A B a IN(2) b c B C IC IB IA IB IC IA A IN(1) 3 1 3 1 3 2 Ít dùng vì khi ngắn mạch hai pha sau máy biến áp nối Y/D và khi ngắn mạch một pha sau máy biến áp nối Y/Y0 , có trường hợp bảo vệ không tác động vì IR = 0 ( hình 24-2 ) Hình 24-2 Sự phân bố dòng điện và đồ thị véctơ các dòng điện khi ngắn mạch 2 pha sau máy biến áp nối Y/D và ngắn mạch một pha sau máy biến áp nối Y/Y0 c- Trong mạng điện áp U³ 110kv có trung tính trực tiếp nối đất. Thường dùng sơ đồ hình sao hoàn toàn ( hình 24-1c ). N(1) 3I0 3I0 d- Đôi khi người ta còn dùng sơ đồ (e) thay cho sơ đồ (b) và sơ đồ (g) thay cho sơ đồ (c) trong trường hợp bảo vệ dòng điện cực đại dùng chung biến dòng điện với bảo vệ so lệch. Sơ đồ (g) có ưu điểm là không tác động nhầm khi có chạm đất trong hệ thống và trung tính của máy biến áp được bảo vệ trực tiếp nối đất ( hình 24-3 ) Hình 24-3 Phân bố dòng điện khi ngắn mạch chạm đất trong mạng cung cấp 2- Chọn các thông số của bảo vệ dòng điện cực đại Dòng điện khởi động của bảo vệ của bảo vệ được chọn theo 2 điều kiện: a- Dòng điện khởi động phải lớn hơn dòng điện làm việc cực đại tương ứng với số máy biến áp vận hành song song bé nhất : IKđ =kat Trong đó: kmm - hệ số tự mở máy của các động cơ b- Dòng điện khởi động phải lớn hơn dòng điện làm việc cực đại khi có tự động đóng nguồn dự trữ (TĐD) IKđ = katkmm(TDL:TDD)IIlvmax Thường thì điều kiện này là điều kiện tính toán + Thời gian làm việc của bảo vệ t = tmax + Dt = ( 23 ) giây Trong đó: tmax- Thời gian làm việc lớn nhất của bảo vệ trước nó + Độ nhậy của bảo vệ được kiểm tra theo dòng điện ngắn mạch ba pha trực tiếp tại điểm N ( hình 24-1 ) kn min = 1,5 2. Bảo vệ có khuyết điểm lớn nhất là khi ngắn mạch tại điểm N ( hình 24-1 ) trong tình trạng có nhiều máy biến áp làm việc song song có thể xảy ra cắt không chọn lọc vì lúc này tất cả các máy biến áp làm việc trong những điều kiện giống nhau. 3- Bảo vệ dòng điện chống ngắn mạch ngoài của máy biến áp ba cuộn dây Bảo vệ phải đảm bảo chỉ cắt có chọn lọc cuộn dây trực tiếp cung cấp đến điểm ngắn mạch. Thí dụ, khi ngắn mạch trên thanh góp III, bảo vệ chỉ được cắt máy cắt 3MC, sau đó các cuộn dây I và II vẫn làm việc bình thường ( hình 24 - 4a ). Muốn vậy phải đặt bảo vệ ở ba phía ( hình 24-4a ), ở hai phía không nguồn các bảo vệ sẽ làm việc với thời gian t2 = t2 max +Dt và t1 = t1 max +Dt để đi cắt các máy cắt tương ứng 2MC và 3MC Bảo vệ ở phía nguồn làm dự trữ cho bảo vệ ở các phía không nguồn và cho bảo vệ chống ngắn mạch bên trong máy biến áp tác động cắt cả 3 máy cắt với thời gian t1 = t2 + Dt và t1 = t + Dt. Cũng có thể chỉ đặt hai bộ bảo vệ ( hình 24-4b ), một bộ ở phía không nguồn có thời gian làm việc bé hơn, thí dụ ở phía III có t3 < t2 đi cắt máy cắt 3MC. Bộ còn lại đặt ở phía nguồn có hai cấp thời gian: + Cấp t2 = t2max +Dt đi cắt máy cắt 2MC + Cấp t1 = t2 +Dt đi cắt máy cắt 1MC Ở các máy biến áp ba cuộn dây có nguồn cung cấp từ hai phía thì bảo vệ dòng điện cực đại bình thường không bảo đảm được tính chọn lọc. Thí dụ máy biến áp trong sơ đồ ở hình 24-4c có nguồn cung cấp từ các phía I và II, thì khi cắt ngắn mạch trên thanh góp II thời gian làm việc t2 phải bé hơn t1. Nhưng nếu ngắn mạch trên thanh góp I thì bảo vệ 2 lại tác động không chọn lọc. - - + - - + RT RT III III I II RI I + RI + III (a) 3MC I III II + RI RT 1MC 2MC RI RT - (b) 3MC RI RT RI I II + RT + - (c) + + RI RT RI RT RW RT + + - + - + + - + + + - - + + + - 1MC + + + + - + + - - t1 t3 t'2 t2 UR t3 t1 t2 t3 t2 t1 t3 + + - Hình 24- 4 Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài của máy biến áp ba cuộn dây Để bảo đảm tính chọn lọc ở phía II phải đặt bảo vệ dòng điện có hướng chỉ tác động cắt máy cắt 2MC khi ngắn mạch trên thanh góp II và trên các đường dây ra từ thanh góp đó với thơi gian t'2 t1 và t3. § 25. BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT NGOÀI CỦA MÁY BIẾN ÁP TĂNG ÁP TRONG MẠNG CÓ DÒNG CHẠM ĐẤT LỚN Bảo vệ làm việc theo dòng điện thứ tự không xuất hiện khi ngắn mạch ngoài một pha hoặc hai pha chạm đất. - RT + RI + Th Đến RG chung + RI + RT - Th Đến RG chung (b) (a) Thường dùng sơ đồ một biến dòng điện đặt trên dây nối đất điểm trung tính của máy biến áp ( hình 8-14,a ) hoặc sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không gồm ba biến dòng điện đặt ở đầu ra của cuộn dây điện áp cao của máy biến áp ( hình 8-14b ). Hình 25-1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng điện thứ tự không của máy biến áp Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn theo điều kiện phối hợp về độ nhạy với các bảo vệ dòng điện thứ tự không của các đường dây nối với thanh góp điện áp cao và đối với sơ đồ ở hình ( 25-1b ) còn theo dòng điện không cân bằng IKcb khi ngắn mạch ngoài giữa các pha. Dòng điện khởi động này thường không lớn lắm. § 26. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ TẢI Quá tải thường là đối xứng nên bảo vệ chống quá tải chỉ cần đặt trên một pha. Đối với máy biến áp hai cuộn dây và ba cuộn dây có nguồn cung cấp từ một phía, công suất các cuộn dây bằng nhau, bảo vệ chống quá tải chỉ đặt ở phía nguồn. Nếu công suất các cuộn dây của máy biến áp ba cuộn dây khác nhau phải đặt thêm một bộ bảo vệ ở phía cuộn dây có công suất bé. Nếu máy biến áp ba cuộn dây có nguồn cung cấp từ hai phía và các cuộn dây có công suất bằng nhau bảo vệ phải đặt ở hai phía có nguồn. Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dòng điện định mức của máy bíên áp: IKđ = ( Kat/KV ) * IđmB Trong đó : kat = 1,05 § 27. RƠ LE BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 220 - 500KV 1. GIỚI THIỆU Chúng ta nghiên cứu về rơ le bảo vệ đường dây mà tiêu biểu là các rơ le 7SA5** và REL5**. Các rơ le này dùng làm bảo vệ chính cho các đường dây cao áp và siêu cao áp các cấp điện áp từ 220 KV – 500 KV; Các rơ le làm việc trên cơ sở kỹ thuật số, là khâu cực kỳ quan trọng trong hệ thống bảo vệ và điều khiển trạm. 2. Các chức năng cơ bản của rơ le số bảo vệ đường dây 2.1. Bảo vệ khoảng cách Chức năng cơ bản của rơ le bảo vệ đường dây REL*** và 7SA*** là bảo vệ khoảng cách với các phần tử đo lường riêng biệt cho từng loại sơ đồ trong các vùng tổng trở khác nhau. Rơ le có 3 vùng tổng trở thuận và 1 vùng tổng trở ngược. Các đặc tính tứ giác của mỗi một vùng tổng trở đảm bảo sử dụng tối ưu cho tất cả các đường dây có độ dài khác nhau, đường dây đơn cũng như các đường dây trên lưới có cấu trúc phức tạp. Mỗi một vùng tổng trở có thể đặt hoàn toàn độc lập giá trị R, X cũng như hệ số bù thứ tự không KN. Đặc tính tứ giác đảm bảo điện trở cực đại bao trùm tất cả các loại sự cố và ảnh hưởng của giới hạn phụ tải cực đại. Phần bù tải của đặc tính X làm cho rơ le sử dụng tốt đối với đường dây truyền tải điện dài và phụ tải nặng nề. Sơ đồ đầy đủ của rơ le khoảng cách có khả năng phát hiện các loại sự cố. Sự cố giữa các mạch trên đường dây có nhiều mạch song song, một lúc có nhiều sự cố xảy ra; Rơ le chọn lọc giải trừ các sự cố này trong trạm điện có nhiều đường dây. Thực hiện được như vậy nhờ sử dụng các vi xử lý dự trên cơ sở kỹ thuật số. 2.2. Bảo vệ cắt nhanh quá dòng Rơ le có chức năng bảo vệ cắt nhanh, quá dòng ngoài chức năng cơ bản là bảo vệ khoảng cách. Nhằm rút ngắn thời gian cắt cho các dạng sự cố có dòng sự cố rất lớn mà dòng này làm ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống. 2.3. Kiểu cắt máy cắt từ bảo vệ Rơ le cho ta kiểu cắt cả 3 pha; cắt riêng 1 pha cho các sự cố 1 pha với đất. 2.4. Các sơ đồ thông tin. Rơ le có 8 sơ đồ thông tin. Chúng được nối với các logic với các vùng tổng trở khác nhau. Chúng bao trùm hầu hết các nhu cầu của các sơ đồ thông tin đang có. Dựa trên vùng cho phép overreach và vùng cho phép underreach chuyển đi cắt máy cũng như dựa trên nguyên lý thông tin khoá. Thêm nữa nguyên lý không khoá trong 2 kiểu khác nhau có sẵn với sơ đồ cho phép. Để ngăn chặn cắt không chọn lọc đường dây không sự cố trong hệ thống đường dây nhiều mạch, logic dòng điện ngược lắp trong rơ le có thể hoạt động khi sử dụng các ứng dụng này. Có thể thay đổi sơ đồ thông tin và hiệu chỉnh chức năng logic bất cứ lúc nào bằng cách vào chỉnh định mới. 2.5. Chức năng bảo vệ chống đóng vào điểm sự cố. Cho phép cắt tức thời 3 pha khi đóng máy cắt vào điểm sự cố. Chức năng này hoạt động rất thuận lợi hoặc lấy tín hiệu từ khoá điều khiển hoặc từ hoạt động của sơ đồ logic đặc biệt nằm trong một vi xử lý riêng. 2.6. Bốn nhóm tham số chỉnh định. 4 nhóm tham số chỉnh định có sẵn trong rơ le. Đặt chỉnh định rơ le có thể đặt tại chỗ thông qua các phím hay thông qua máy tính của hệ thống SCS hay SMS. 2.7. Mở rộng thông tin các nhiễu loạn và thông số vận hành. Bộ phận thông tin người máy cho thông tin về 3 nhiễu loạn sau cùng. Nó thể hiện trong một trật tự logic các giá trị và góc pha của các dòng điện điện áp trước và trong sự cố trong mỗi bản ghi của nhiễu loạn. Xác định điểm sự cố cho số liệu dưới dạng Km hay % độ dài đường dây. Hơn nữa các thông số vận hành trên đường dây: dòng, áp, P, Q. Thường xuyên kiểm tra hướng của bảo vệ, biết được qua thông tin người - máy. 3. Các chức năng phụ Nhiều chức năng phụ dùng trong rơ le thuộc cá tuỳ chọn trong các vi xử lý. Không phải thay đổi phần cứng tiêu chuẩn của rơ le khi ta thêm các vi xử lý có chức năng phụ. 3.1. Độc lập lựa chọn pha. Lựa chọn pha với các phần tử đo lường riêng biệt là chức năng phụ đầu tiên. Nó cho khả năng cắt 1 pha máy cắt khi ngắn mạch một pha với đất. Chỉnh định riêng và độc lập của X, R làm cho chức năng lựa chọn pha trong rơ le độc lập với dòng tải lớn thậm chí ngay cả đường dây truyền tải điện dài. 3.2. Phát hiện dao động. Chức năng phát hiện dao động có chỉnh định độc lập về R và X. Nó hoạt động tốt đo tổng trở quá độ, thời gian quá độ giữa 2 tứ giác tổng trở đồng tâm. Mỗi vùng tổng trở có khóa hay không khóa khi dao động lưới có thể lập trình được. 3.3. Giám sát đứt cầu chì. Việc giám sát đứt mạch dòng điện và điện áp thực hiện bằng cách đo liên tục các giá trị của dòng điện 3I0 và điện áp 3U0. Tác dụng của chức năng đứt cầu chì ta có thể lập trình: + Khoá mạch đo tổng trở. + Hoặc chỉ báo tín hiệu đứt cầu chì mà thôi. 3.4. Kiểm tra đồng bộ và kiểm tra điện áp. Phục vụ mục đích tự động đóng lại rơ le có kiểm tra điện áp đồng bộ giữa thanh cái và đường dây; Hay kiểm tra điện áp đường dây có hay không, kiểm tra điện áp thanh cái có hay không. 3.5. Bảo vệ máy cắt từ chối. 3.6. Logic nguồn yếu. Rơ le có logic nguồn yếu có thể lập trình: + Chỉ báo tín hiệu thông tin ( echo ). + Hoặc cắt máy. Khi ta áp dụng tự động đóng lại một pha cho các sự cố 1 pha, cắt máy cắt do logic nguồn yếu phải lựa chọn pha. 3.7. Bảo vệ điện áp thấp và bảo vệ điện áp cao. 3.8. Chức năng giám sát hệ thống. Chức năng giám sát hệ thống thuộc các chức năng tuỳ chọn. Hoạt động của nó là đo dòng đường dây( bảo vệ quá tải), phát hiện dòng điện ở các pha khác nhau (đứt dây). Chức năng mất điện áp với logic cắt của nó sử dụng rộng rãi trong hệ thống tự động phục hồi. 3.9. Bảo vệ đoạn thanh dẫn còn lại. Bảo vệ quá tải sẽ chuyển thành bảo vệ đoạn thanh dẫn còn lại khi ta đưa điện áp đầu vào nhị phân tương ứng của rơle. Phương pháp này trở nên hiệu quả trong sơ đồ 1.1/2 máy cắt và các biến điện áp đặt phía đường dây. 4. Đo các vùng tổng trở phụ thêm. Thêm 2 vi xử lý trong rơle để đo thêm 2 vùng tổng trở. Như vậy trong rơqle có tất cả 6 vùng tổng trở và đặc tính biểu hiện trên hình 1. Hai vùng tổng trở phụ thêm hoạt động trên nguyên tắc sơ đồ đầy đủ. Chỉnh định X, R cũng như hệ số bù hoàn toàn độc lập với các vùng khác như những vùng cơ bản. Hơn nữa hướng của 2 vùng phụ có thể lập trình được hướng thuận hay hướng ngược độc lập với nhau. Có thể sử dụng một vùng phụ thêm trên làm bảo vệ tổng trở không hướng. ZONE 1 ZONE 2 ZONE 3 ZONE 4 ZONE 5 ZONE 3R jX R Hình 1: Đặc tính tác động của REL 100 có tuỳ chọn vùng 4 và vùng 5. 5. Bảo vệ quá dòng chạm đất Đặc tính tứ giác cải thiện tính chọn lọc của bảo vệ khoảng cách cho các sự cố có R sự cố lớn. Tuy nhiên không thể sử dụng bảo vệ khoảng cách cho các sự cố có R đất lớn. Rơle do vậy có kèm theo tuỳ chọn các chức năng bảo vệ quá dòng chạm đất bổ xung nằm trong vi xử lý riêng. Chức năng bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng hoặc không hướng phụ thuộc vào đòi hỏi của lưới. Khi đặt chỉnh định cho đường dây ta lựa chọn được kiểu bảo vệ muốn áp dụng. Bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng dùng 2 phần tử đo lường phương hướng. Một theo hướng thuận và một theo hướng ngược. Điều đó tạo khả năng bảo vệ tác động không những trong sơ đồ thông tin overreach mà còn trong sơ đồ thông tin khoá. Các mạch thông tin cho bảo vệ chạm đất có hướng trong rơle hoàn toàn độc lập với mạch thông tin cho bảo vệ khoảng cách. Hơn nữa các mạch logic tương tự cho bảo vệ khoảng cách cũng được lắp trong bảo vệ chạm đất có hướng ( đóng vào điểm sự cố, dòng điện ngược, nguồn yếu ( echo) và cắt máy cắt). 6. Bộ phận xác định điểm sự cố Bộ phận xác định điểm sự cố lắp trong rơle ở vi xử lý riêng. Bộ phận này bổ trợ cho bảo vệ khoảng cách vì nó đo được khoảng cách đến điểm sự cố với độ chính xác cao. Rơle cho khả năng xác định điểm sự cố, đo các thông số vận hành U, I, P, Q, F và do đó không cần các đồng hồ và phụ kiện kèm theo đồng hồ trên đường dây bảo vệ. Các giá trị dòng điện và điện áp trước sự cố, trong sự cố được ghi lại cùng với quan hệ góc pha của 3 nhiễu loạn sau cùng. Các số liệu này đọc được thông qua bàn phím tại chỗ cũng như thông qua máy tính( SCS hay SMS). Thuật toán tính toán có xem xét ảnh hưởng của dòng điện tải và cộng thêm điện trở sự cố thực nhìn từ rơle do 2 nguồn cung cấp cho một điểm sự cố. Tất cả các giá trị nhị thứ của dòng điện, điện áp cũng như quan hệ góc pha giữa chúng có sẵn cho các mục đích thí nghiệm. 7. Các rơle tín hiệu phụ Thế hệ cơ bản của rơle có phần vào, ra gồm nhiều đầu vào tín hiệu và một số cặp tiếp điểm đầu ra độc lập. Có sẵn tuỳ chọn bộ phận rơle tín hiệu với 16 tín hiệu độc lập. Mỗi 1 rơle trong 16 rơle có thể lập trình được. Có thể cho các rơle tín hiệu tác động với bất cứ một tín hiệu số bên trong rơle. Bằng cách đó rơle thích nghi tốt nhất cho các hệ thống có các yêu cầu khác nhau. 8. Cổng thông tin nối tiếp Rơle có cổng thông tin nối tiếp kiểu RS 232. Hoặc thông tin với rơle qua cáp quang để loại trừ các ảnh hưởng nhiễu của điện từ trường. Truy nhập vào rơle đồng thời từ SMS và/ hoặc SCS. Điều đó có nghĩa là nhân viên trong phòng điều khiển cũng như kỹ sư ở cơ quan cũng có thể đo được thông tin từ rơle. Hoặc cả việc thay đổi nhóm chỉnh định hoặc các giá trị của các tham số đặt trong nhóm chỉnh định. Phần mềm cài đặt trong máy tính cho phép kỹ sư rơle thiết lập liên hệ với rơle ( có thể thông tin trực tiếp qua mạng điện thoại ). Kỹ sư có thể đọc thông tin từ rơle lên màn PC và lưu giữ nó trong các "file". Thông tin đầy đủ của cả 3 nhiễu loạn sau cùng cũng như 150 mốc thời gian của các sự kiện có sẵn. Nhân viên vận hành cũng có khả năng truy nhập vào rơle trong phòng điều khiển và/hoặc từ trung tâm kiểm tra, khi 1 cổng thông tin được nối tới thanh SPA trong hệ SCS. Thông tin với hệ SCS cho phép rơle đồng bộ thời gian với các thiết bị khác trong trạm. Chức năng tương tự cũng có thể thực hiện khi nối với hệ SMS. 9. Tự động đóng lại 10. Bộ ghi nhiễu loạn § 28. BẢO VỆ CẮT NHANH VÀ QUÁ DÒNG BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP VÀ SIÊU CAO ÁP TRONG HỆ THỐNG TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP Đây là bảo vệ rất quan trọng mà nó chỉ hoạt động một cách chọn lọc. Cần nghiên cứu kỹ hệ thống để xác định dòng ngắn mạch cực đại trên đường dây trong trường hợp nào. Đa số các trường hợp ngắn mạch 3 pha có dòng ngắn mạch lớn nhất nhưng vẫn cứ phải kiểm tra các ngắn mạch 1 pha - đất và ngắn mạch 2 pha. Quá trình quá độ có thể tạo nên dòng lớn trong thời gian rất ngắn ví dụ một đường dây truyền tải ỏ cuối đường dây đóng điện xung kích vào máy biến áp lực. Dòng điện xung kích trên đường dây và được phản ánh vào rơ le và do vậy có thể làm tác động bảo vệ cắt nhanh quá dòng. Đường dây bảo vệ và nguồn có thể biểu diễn bằng nguồn điện áp máy phát lý tưởng, nối tiếp X1 và tổng trở của đường dây. Như vậy dòng ngắn mạch lớn nhất chỉ trong trường hợp ngắn mạch 3 pha. Việc tính toán sử dụng lý thuyết tính toán sự cố bằng các thành phần đối xứng. Tổng trở thứ tự thuận của toàn bộ đường dây là: Imax= Dòng điện ngắn mạch 3 pha cực đại ở cuối đường dây sẽ là: Imax= Cần cộng 5% dung sai vào giá trị này vì độ không chính xác tĩnh cực đại của bảo vệ và 25% do quá trình quá độ từ đó cho ta chỉnh định giá trị cực tiểu của bảo vệ quá dòng: Imin= [1+(0,05+0,25)].Imax = 1,3.Imax Cộng thêm 20% dung sai do độ không chính xác của các TU, TI trong điều kiện quá trình quá độ và sự không chính xác của số liệu hệ thống. Do vậy giá trị nhất thứ của dòng điện tác động cho bảo vệ cắt nhanh sẽ là: Iprim3=1,2Imin Nếu như giá trị này bằng hoặc lớn hơn giá trị dòng ngắn mạch Imax ở đầu đường dây bảo vệ thì bảo vệ này có thể không dùng. Cũng tương tự như vậy khi so sánh khả năng lớn nhất của dòng quá độ trong những điều kiện khác nhau trên đường dây bảo vệ. Tổng trở đường dây tương ứng với dòng điện sự cố là: ZL3= - Zs Và ta dễ dàng tính toán được chiều dài đường dây tương ứng được bảo vệ bằng bảo vệ cắt nhanh. Dòng điện nhất thứ tính đổi sang phía nhị thứ sẽ là: Isec 3 = ( Isec /Iprim ) * Iprim 3 Giá trị này sẽ đặt trong rơle ở địa chỉ I>> tính theo %In. § 29. BẢO VỆ CẮT NHANH QUÁ DÒNG CÓ HƯỚNG CHO LƯỚI TRUNG TÍNH CÁCH ĐIỆN Sơ đồ nguyên lý mạch dòng điện và điện áp như hình vẽ. Các rơle 1KA và 2KA là rơle cắt nhanh, 3KA và 4KA là rơle quá dòng. Bảo vệ ở đây cả 2 cấp cắt nhanh và quá dòng đều có hướng. Kiểm tra hướng của bảo vệ bằng rơle công suất PM-A và PM-C. Rơle PM-A có cuộn dòng đấu vào dòng điện pha A, cuộn điện áp đấu vào điện áp UBC theo sơ đồ 900. Rơle PMC có cuộn dòng đấu vào dòng điện pha C, cuộn điện áp đấu vào điện áp UAB theo sơ đồ 900. Mạch logic một chiều thể hiện như hình vẽ tiếp sau: TI A 1kA 3kA TI C 2kA 4kA U U PMA PMC UC Ub Ua Ub PMC PMA +DC 1kA KH1 KL 3kA 2kA 4kA KH2 KT KL KT Cắt máy KH1: CN KH2: QD RM(A) RM(C) -DC § 30. TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẠI Thực tế vận hành hệ thống điện chỉ ra rằng khoảng 85% các ngắn mạch do hồ quang gây ra trên đường dây trên không và tự dập tắt sau khi thiết bị bảo vệ rơ le cắt. Đường dây do vậy cần đóng điện lại, chức năng AR thực hiện nhiệm vụ đó. Trong phần này ta đề cập đến chức năng AR trong rơ le 7SA5** Hình vẽ sau đây cho ta biểu đồ thời gian của chu kỳ AR. Reclaim time RAR T-3POL T- RECLAIM T- DISCR Switching over to RAR T-3POL 3- pole AR permitted RAR T- ACT RAR T- ACT T- CLOSE 2 nd dead time (and further) DAR T-3POL 1 st dead time 3-pole RAR T-3POL 1-pole RAR T-1POL Fault detec Trip Reclose Action time Reclaim time Discrimination time Các pha của máy cắt có thể được cắt riêng rẽ, sau đó AR thực hiện 1 pha đối với các sự cố 1 pha và AR 3 pha cho các trường hợp ngắn mạch nhiều pha. Nếu ngắn mạch vẫn tồn tại sau khi AR ( hồ quang không tắt, hoặc ngắn mạch kim loại sau đó bảo vệ rơ le sẽ cắt máy cắt. Có thể AR nhiều lần, lần đầu tiên gọi là AR nhanh ( RAR ) và các lần tiếp theo có thời gian trễ ( DAR ) được áp dụng trên lưới điện. Việc xác định mạch vòng sự cố của rơ le 7SA** cho phép AR 1 pha tin cậy. 7SA5** cho phép AR 1 pha và 3 pha, AR 1 lần và nhiều lần. 7SA5** cũng có thể làm việc cùng với hệ thống AR bên ngoài. Trong trường hợp này tín hiệu trao đổi giữa 7SA5** và rơ le AR bên ngoài phải thông qua các đầu vào nhị phân và rơ le đầu ra. Chức năng AR trong 7SA5** cũng được khởi động từ các bộ bảo vệ rơ le bên ngoài. Có thể lập trình chức năng AR ( RAR) như sau. - RAR PROG = 3 pha, có nghĩa là tất cả các sự cố đều dẫn đến AR 3 pha - RAR PROG = 1 pha, có nghĩa là tất cả các sự cố 1 pha thì AR 1 pha. Các sự cố 3 pha cuối cùng dẫn đến cắt 3 pha. L+ L- L- L+ L+ L+ L+ L- L- L+ L1 L2 L3 3pole couping to circuit breaker C C C S S S S BI BI BI BI BI S Trip L3 Trip L2 Trip L1 Trip L1 Trip L2 Trip L3 Gen. Faut Trip L3 for AR Trip L2 for AR Trip L1 for AR Start AR AR blocked AR block. Int. 7SA511 Internal AR function C C C S S S S BI BI BI BI S BI Trip L1 Trip L2 Trip L3 Trip L1 Trip L2 Trip L3 Gen. Faut Trip L3 for AR Trip L2 for AR Trip L1 for AR Start AR AR blocked AR block. Int. 2 nd AR device Second relay 2 nd protection relay Line protection function BI - Binary input S - Signalling output C - Trip command - RAR PROG = 1/3 pha có nghĩa là tất cả các sự cố 1 pha thì AR 1 pha. Các sự cố nhiều pha thì AR 3 pha. Hình 2 Ví dụ đấu nối hai bảo vệ Rơle với hai thiết bị AR Nếu thực hiện đóng lại nhiều lần, lần đóng thứ 2 và sau đó nữa được thiết kế AR có thời gian trễ DAR. DAR phụ thuộc vào việc đặt thời gian chết của các lần đóng. Với chức năng DAR các chương trình sau đây có thể lựa chọn: - DAR PROG = DAR after RAR có nghĩa là các lần DAR chỉ có thể bắt đầu sau khi RAR không thành công. - DAR PROG = DAR WITHOU RAR có nghĩa là các chu kỳ DAR có thể thực hiện thậm chí không RAR trước đó ( ví dụ RAR bị bỏ qua do khoá ). - DAR PROG = NO DAR có nghĩa là không có DAR; RAR không thành công thì cắt. Yêu cầu để khởi động chức năng AR - Máy cắt phải sẵn sàng hoạt động ( Ví dụ khí SF6 đủ, lò xo căng, vv...) - Tự động đóng lại không bị khoá ( Cấm AR từ một bộ AR khác, cấm AR từ bảo vệ so lệch thanh cái ) - Máy cắt cắt từ bảo vệ ( riêng trường hợp máy cắt cắt từ khoá điều khiển không AR ). - Đủ điều kiện về kiểm tra điện áp. Các điều kiện đó là: + Không có điện áp đường dây, có điện áp thanh cái. + Có điện áp đường dây, không có điện áp thanh cái. + Có cả điện áp đường dây và điện áp thanh cái và cả 2 điện áp này thoả mãn các yêu cầu đồng bộ. Ví dụ đồng pha Dj £ Dj đặt; Đồng áp DU £ DU đặt; Đồng tần Df £ Df đặt. Khi thực hiện AR 1 pha hoặc 3 pha trong lưới điện chú ý đặc biệt là các sự cố tiến triển. Các sự cố tiến triển là các sự cố trong đó sau khi loại trừ sự cố phát hiện đầu tiên sự cố mới lại xuất hiện trong thời gian chết. Khoá tự động đóng lại khi sự cố tiến triển tồn tại và rơ le lệnh cắt 3 pha bất chấp AR 3 pha cho phép hay không. Hai bảo vệ rơ le với hai thiết bị AR Nếu một ngăn lộ được trang bị hai bộ bảo vệ và mỗi bộ bảo vệ đều có chức năng AR của bản thân. Nguyên tắc thực hiện trên hình vẽ chỉ AR từ một chức năng F79 của rơ le nào đó trong 2 rơ le. AR từ rơ le 1 thì đồng thời khoá AR của rơ le thứ 2 và ngược lại. § 31. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT KHI SỬ DỤNG RƠLE SỐ TRONG ĐIỀU KIỆN SƠ ĐỒ NHẤT THỨ KHÔNG THAY ĐỔI I. Khoá mạch tổng trở khi nhảy ap tô mát TU Ap tômát TU 220 kV I sẽ cấp điện áp Ua, Ub, Uc cho các bộ bảo vệ của đường dây nối vào thanh cái I, ví dụ 271, 273, 275, 200. - Đường dây 271 gồm: 1 bộ bảo vệ REL100, 1 bộ bảo vệ 7SA511. - Đường dây 273 gồm: 1 bộ bảo vệ REL100, 1 bộ bảo vệ 7SA511. - Đường dây 275 gồm: 1 bộ bảo vệ REL100, 1 bộ bảo vệ 7SA511. - Ngăn lộ 200 gồm: 1 bộ bảo vệ 7SA511. Ap tô mát Tu 220 kV II sẽ cấp điện áp Ua, Ub, Uc cho các bộ bảo vệ của đường dây nối vào thanh cái II, ví dụ 272, 274, 276, 200. - Đường dây 272 gồm: 1 bộ bảo vệ REL100, 1 bộ bảo vệ 7SA511. - Đường dây 274 gồm: 1 bộ bảo vệ REL100, 1 bộ bảo vệ 7SA511. - Đường dây 276 gồm: 1 bộ bảo vệ REL100, 1 bộ bảo vệ 7SA511. - Ngăn lộ 200 gồm: 1 bộ bảo vệ 7SA511. Khi nhảy ap tô mát TU thì phải gửi điện + vào đầu vào nhị phân " khoá vùng " của các rơle số để khoá chức năng đo tổng trở và tự động chuyển sang bảo vệ cắt nhanh quá dòng khẩn cấp có sẵn trong rơle. Số lượng tiếp điểm phụ của ap tô mát không đủ 8 cặp tiếp điểm nên dùng rơle trung gian để nhân tiếp điểm. A П - TU 220KV- I 1KL 2KL 11 12 12 11 4KL 11 12 12 3KL 11 SF SF +IIIY -IIIY A П - TU 220KV- I A П - TU 220KV- II Nguyên lý mạch khoá tổng trở khi nhảy attômát TU thực hiện như sơ đồ hình 1. Mạch lặp lại tiếp điểm phụ áp tô mát TU 220 kV Đ uờng dây 71 Khoá tổng trở REL 100 Block zone 1KL 1 2 2KL 7 8 5 6 2KL 3 4 2KL 2KL 1KL 7 8 6 5 1KL 4 3 1KL 2 1 Ngăn lộ 20 Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Khoá tổng trở REL 100 Block zone Đ uờng dây 275 Đ uờng dây 27 Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Khoá tổng trở REL 511 Block zone Khoá tổng trở REL 100 Block zone Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Đ uờng dây 27 Đ Đ uờng dây 71 Đ Đường dây 271 Đường dây 271 Đường dây 273 Đường dây 273 Đường dây 273 Đường dây 275 Đường dây 275 Ngăn lộ 200 Khoá tổng trở REL 100 3KL 3 4 Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone 4KL 7 8 6 5 4KL Khoá tổng trở REL 100 Block zone Khoá tổng trở REL 100 Block zone Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone 4KL 3KL 6 5 2 1 4KL 3 4 3KL 1 2 Đường dây 272 Đường dây 274 Đường dây 272 Đường dây 274 Đường dây 276 Đường dây 276 Ngăn lộ 200 Block zone Hình 2: Khoá mạch tổng trở khi nhảy áp tô mát TU II. KHOÁ MẠCH TỔNG TRỞ KHI ĐỨT MẠCH LẶP LẠI DAO CÁCH LY Khi đứt mạch lặp lại dao cách ly làm mất điện áp đột ngột cấp cho các rơle số. Tình trạng mất điện áp cả 3 pha A, B, C dẫn đến các rơle tác động nhầm, trong trường hợp này nhất thiết phải khoá mạch tổng trở của các rơle khoảng cách. Mỗi một rơle đầu vào ( BINARY INPUT: BLOCK ZONE ) để khóa mạch tổng trở. Đề cập một ví dụ đã áp dụng có hiệu quả tại trạm biến áp 220 kV. Về nguyên tắc các đường dây và các ngăn lộ đường vòng có sơ đồ mạch lặp lại dao cách ly như nhau nên ta chỉ xét ví dụ tại một đường dây. Trong sơ đồ PPP1 làm nhiệm vụ lặp lại cầu dao P1. Thông qua các tiếp điểm PPP1 điện áp A1, B1, C1, N1 ( thanh cái I ) đưa đến các rơle. Thông qua các tiếp điểm rơle PPP2 điện áp A2, B2, C2, N2 ( thanh cái II ) đưa đến các rơle. Thực hiện khoá mạch tổng trở khi đứt mạch lặp lại cầu dao cách ly theo sơ đồ nguyên lý hình 3. KL KL 3 1 KL 3 1 4 2 4 2 KL Khoá tổng trở REL 100 Block zone Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Khoá tổng trở REL 100 Block zone Khoá tổng trở REL 511 Block zone Đường dây 271 Đường dây 271 Đường dây 272 Đường dây 272 1P 11 12 12 11 11 12 KL 9 10 9 10 101 102 2PA 2PB 2PC PПP1 PПP2 PПP1 PПP2 PПP1 PПP2 Cấp nguồn cho ЭIIZ1636 Khoá tổng trở REL 511 Block zone KL Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone 6 4 5 KL 3 KL 2 1 Khoá tổng trở REL 100 Block zone 3 3 3 1 5 1 KL Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone 4 4 KL Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone 4 KL KL 2 KL 6 KL Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone Khoá tổng trở REL 100 Block zone Khoá tổng trở 7SA 511 Block zone 2 Khoá tổng trở REL 100 Block zone 1 KL 2 Khoá tổng trở REL 100 Block zone Đường dây 273 Đường dây 273 Đường dây 273 Đường dây 274 Đường dây 274 Đường dây 275 Đường dây 275 Đường dây 276 Đường dây 276 Ngăn lộ 200 Hình 3 Khoá mạch tổng trở khi đứt mạch lặp lại cầu dao cách ly III. CHUYỂN MẠCH TU CẤP ĐIỆN ÁP CHO RƠLE SỐ Rơle số tác động cực nhanh nên khi chuyển đổi khoá TU 220KV I hoặc TU 220KV II từ chế độ làm việc sang chế độ dự phòng hoặc khi thực hiện ngược lại. Quá trình quá độ đó trong khoảnh khắc mất điện áp 3 pha A, B, C làm cho rơle tổng trỏ tác động dẫn đến máy cắt cắt không mong muốn. Theo nguyên lý làm việc của rơle đã giới thiệu ở các phần trên thấy rằng khi mất điện áp 1 pha hoặc 2 pha bản thân các rơle khoá tổng trở được. Nhưng khi đồng thời mất 3 pha đột ngột thì rơle phát hiện như là sự cố. Vì vậy điện áp 3 pha giảm đột ngột về không trong khi dòng điện trên đường dây vẫn tồn tại. Ở đây đưa ra giải pháp hoà mạch thứ cấp TU khi chuyển đổi hệ thống TU đã áp dụng tốt vào trạm điện. SF +IIIY 1KL 11 12 -IIIY SF 1 2 3 Không hoà Hoà 1 3 2 4 A 661 KL A 662 3 4 Điện áp TU 220KV- I Điện áp TU 220KV- II KL B 661 5 B 662 6 KL C 661 C 662 KL 9 N 661 7 10 N 662 8 Nguyên lý trình bày trên hình 4. Hình 4 Nguyên lý chuyển mạch TU cấp điện áp cho Rơle số Lưu ý: Khi chuyển khoá TU ta phải đưa SX về vị trí "hoà", kiểm tra rơle trung gian KL tác động, tạm thời hoà mạch nhị thứ 2 biến điện áp. Chuyển khoá chế độ TU, thực hiện xong trả khóa SX về vị trí " không hoà ". Làm như vậy không có lúc nào mất điện áp nên rơle làm việc tin cậy. IV. LẮP THÊM BẢO VỆ CHỐNG TỤT LÈO ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP PHỐI HỢP VỚI RƠLE 7SA5** Nhiệm vụ bảo vệ chống tụt lèo không chạm đất đường dây truyền tải điện là một yêu cầu hết sức cần thiết duy trì hệ thống điện vận hành an toàn, liên tục. Tụt lèo đường dây truyền tải điện không chạm đất sẽ gây ra hiện tượng khi đóng máy cắt tuỳ theo mức độ dòng điện tải ở các pha tốt mà độ mất đối xứng lưới lớn hay nhỏ, dòng điện 3Io xuất hiện và giá trị thay đổi nhiều. Tuy nhiên, do không có hiện tượng chạm đất nên bảo vệ khoảng cách pha- đất không làm việc. Ở đây trình bày phương án lắp thêm bảo vệ chống tụt lèo cho đường dây phối hợp với rơle 7SA5**. Bảo vệ 7SA5** có khả năng phát hiện các trị số mất đối xứng của hệ thống rất nhậy; Kèm thêm điều kiện lệnh đóng máy cắt kết hợp trong logic " và " duy trì thời gian của bảo vệ 0,4s sẽ cho cắt máy. +DC KY E4 7A4 7SA511 F21 B O 7A3 Lệnh đóng -DC -DC +DC PB M3 M2 7B3 8B3 7 8 8B2 7B2 PB 102 101 KCT PY 0,025A 4 1 2 SX PB Cắt máy 33 12 11 1 2 1 KCT 3 5 Hình 5 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống tụt lèo đường dây - Các trị số chỉnh định. - 3Uo > = 10V đặt tại địa chỉ 2911. - Ie> = 0,1In đặt tại mục " earth fault directional protection/ Overcurrent fault detector ". 2- Điều kiện lệnh đóng máy cắt ( qua khoá điều khiển, rơle đóng, rơle tự động đóng lại ) được ghi nhận qua đầu vào nhị phân E4. 3- Các rơle M2,M3 trong rơle 7SA511 cài đặt như sau: - Tại địa chỉ 6202 rơle M2 lập trình làm việc với thông số 111 "manual close ". - Đóng bằng tay cần duy trì xung lệnh đóng này một khoảng thời gian thông qua tiếp điểm 1, 4 của rơle thời gian PB. - Tại địa chỉ 6203 rơle M3 lập trình làm việc với thông số 761 " Earth fault 75% stage picked up ". Trên hình 5 : PB là rơle thời gian dùng đặt chỉnh định thời gian của bảo vệ; PY là rơle tín hiệu; SX- con nối tách bảo vệ khi tiến hành thí nghiệm. Với phương án thực hiện như trên bảo vệ chống tụt lèo rất hoàn chỉnh; Đạt mục đích an toàn vận hành, chọn lọc đúng đường dây đứt lèo để tách ra kịp thời. V. CHUYỂN ĐỔI NHÓM CHỈNH ĐỊNH BẰNG KHOÁ CHUYỂN MẠCH Nhằm đảm bảo tiện lợi trong vận hành cũng như an toàn, tin cậy các bộ rơ le số; đặc biệt khi bộ rơ le đó thuộc ngăn lộ máy cắt đường vòng, thường xuyên thay thế cho các đường dây có chỉnh định khác nhau; Ở đây đề cập đến giải pháp chuyển đổi nhóm chỉnh định bằng khoá chuyển mạch. Về nguyên tắc các rơ le số bảo vệ đường dây đều có thể áp dụng việc chuyển đổi nhóm chỉnh định thông qua khoá chuyển mạch. Nhưng để ngắn gọn chúng tôi đưa ra trường hợp cụ thể áp dụng cho rơ le 7SA5** có 4 nhóm tham số chỉnh định SET A, SET B, SET C, SET D. Sắp xếp từng SET tương ứng với máy cắt vòng thay thế các máy cắt đường dây như sau: SET A khi máy cắt vòng thay thế máy cắt No1 SET B khi máy cắt vòng thay thế máy cắt No2 SET C khi máy cắt vòng thay thế máy cắt No3 SET D khi máy cắt vòng thay thế máy cắt No4 Sơ đồ nguyên lý thực hiện như hình 6. +01 20 21 13 9 12 14 23 17 E10 E9 6D3 6D2 6D1 6D4 -02 A B C D S ET 7SA 511 K * Khoá K loại ПMOФ45- 222888/ПΔ16T3 Hình 6 Chuyển đổi nhóm chỉnh định bằng khoá chuyển mạch Sử dụng 2 đầu vào nhị phân E9, E10 đang dự phòng trong rơ le. Dùng khoá chuyển mạch để kích điện + vào các đầu E9, E10 theo quy luật đã định trước, rơ le sẽ tự động chuyển nhóm hoạt động từ nhóm chỉnh định này sang nhóm chỉnh định khác phù hợp với máy cắt vòng thay thế cho máy cắt đường dây đã quy định. Để sơ đồ thực hiện đúng yêu cầu nghĩa là chuyển đổi nhóm chỉnh định bất cứ lúc nào thông qua khoá K. Về phần mềm trong rơ le chỉnh định như sau: Địa chỉ 8503 ACTIVATION đặt: SET BY BIN.INPUT Và các INPUT lập trình * INPUT 9 đặt '' > Param selec 1 059'' * INPUT 10 đặt '' > Param selec 2 060'' Thực hiện như vậy rơ le sẽ hoạt động theo bảng sau: Đầu vào Nhóm hoạt động Tham số lựa chọn 1 Tham số lựa chọn 2 Không Không Set A Có Không Set B Không Có Set C Có Có Set D Không: Tương ứng với đàu vào không điện Có : Tương ứng với đàu vào có điện § 32. BẢO VỆ I0 CÓ HƯỚNG 4 CẤP Trong hệ thống điện có 2 nguồn cung cấp trở lên các ngắn mạch xảy ra kèm theo chạm đất rất phổ biến nên phải có bảo vệ I0 có hướng 4 cấp. Tuy đã có bảo vệ khoảng cách Pha - đất nhưng nhiều trường hợp bảo vệ này không bao trùm hết các sự cố xảy ra trên lưới. Để đảm bảo độ nhạy của bảo vệ trong hệ thốnh điện trung tính nối đất trực tiếp ( lưới 110 KV trở lên) đều áp dụng bảo vệ I0 có hướng 4 cấp. Trên hình 1 trình bày đoạn đường dây AB có 2 nguồn cung cấp được bảo vệ bằng bảo vệ I0 có hướng A1 và B1. A B A1 B1 K2 K1 Từ H.1: Hướng thuận của bảo vệ định nghĩa là hướng công suất từ thanh cái ra đường dây, nên đối với ngắn mạch K1 là trong vùng bảo vệ A1 và B1. Hướng ngược của bảo vệ được định nghĩa là hướng công suất từ đường dây vào thanh cái. Nên đối với ngắn mạch K2 là ngoài vùng của bảo vệ A1 và B1. Bảo vệ I0 có hướng tác động với 3 điều kiện: - Trị số dòng điện 3I0 lớn hơn trị số đặt của rơ le. - Xuất hiện điện áp 3U0 trị số 3U0 đủ lớn để rơle đảm bảo độ nhạy. - Hướng của dòng điện 3I0 đúng theo hướng đã chỉnh định trong rơ le: Ví dụ I01, I02, I03 hướng thuận; I04 hướng ngược ( hoặc đặt không hướng) Chỉnh định của bảo vệ I0 có hướng 4 cấp: - Về dòng điện I01> I02> I03> I04. - Về thời gian: tI01< tI02< tI03< tI04 Sơ đồ đấu dây mạch dòng điện và điện áp cho rơ le phương hướng công suất ( cuộn dòng, cuộn áp ) và các rơ le dòng điện như hình vẽ 2 sau đây: Hình 2 Mạch dòng điện, điện áp của bảo vệ I0 4 cấp có hướng Trong đó dòng điện 3I0 được lấy ra ở dây trung tính của máy biến dòng điện trong sơ đồ sao hoàn toàn; Mạch điện áp 3U0 được lấy ở tổ đấu dây tam giác hở của biến điện áp 3 pha. PM U H K TIA PM I TIB TIC 1PT 2PT 3PT 4PT § 33. BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH Bảo vệ khoảng cách dùng để bảo vệ đường dây theo nguyên tắc đo tổng trở Z của đường dây chỉ phụ thuộc vào thông số R và X của đường dây. Đầu vào rơ le là dòng điện, điện áp của đường dây được biến đổi sang phía nhị thứ thông qua máy biến dòng và biến điện áp. Zrl = U/I khi nào Zrl £ Z chỉnh định thì rơle tác động đi cắt máy cắt. Khi ngắn mạch xảy ra: + Zrl £ Z1 rơle tác động vùng 1 với thời gian t1 @ 0. + Zrl £ Z2 rơle tác động vùng 2 với thời gian t2. + Zrl £ Z3 rơle tác động vùng 3 với thời gian t3. Bảo vệ khoảng cách là bảo vệ có hướng: * Hướng thuận là hướng từ thanh cái ra đường dây thường áp dụng cho Z1, Z2, Z3. * Hướng ngược là hướng từ đường dây vào thanh cái thường áp dụng cho Z4 làm bảo vệ dự phòng cho đường dây bên cạnh. Bảo vệ khoảng cách cấp 1 thường chỉnh định bảo vệ cho 85% chiều dài đường dây. Thời gian tác động của TZ1 @ 0 s ( dao động trong khoảng 25 ms - 100 ms tuỳ từng loại rơle khác nhau- là thời gian riêng của bảo vệ khoảng cách ). Bảo vệ khoảng cách cấp 2 thường chỉnh định bảo vệ 120% chiều dài của đường dây. Thời gian tác động của TZ2 thông thường bằng 0,5s. Bảo vệ khoảng cách cấp 3 thường chỉnh định bảo vệ 300% chiều dài của đường dây. Thời gian tác động củaTZ3 lớn hơn TZ2 một bậc thời gian ∆T. Bảo vệ khoảng cách cấp 4 chỉnh định như Z3 về tổng trở nhưng đặt hướng ngược. Thời gian tác động củaTZ4 lớn hơn TZ3 một bậc thời gian. Bảo vệ khoảng cách thường có 3 dạng đặc tính sau đây: + Đặc tính hình tròn ( đi qua gốc toạ độ hoặc không đi qua gốc toạ độ). + Đặc tính hình elip. + Đặc tính đa giác. Bảo vệ khoảng cách dùng rơle số tác động với tất cả các dạng ngắn mạch trên lưới điện đó là: + Ngắn mạch pha- pha. ( 2 pha AB, BC, CA và 3 pha ABC ). + Ngắn mạch pha- đất ( AN, BN, CN ). Để bảo vệ khoảng cách làm việc, rơle liên tục đo lường các giá trị trên các mạch vòng xác định tổng trở đó là: + Các mạch vòng pha- pha: ZAB, ZBC, ZCA. + Các mạch vòng pha- đất: ZAN, ZBN, ZCN. Rơle khoảng cách phải không được tác động khi xuất hiện dao động lưới. Dao động trên hệ thống điện xảy ra khi mất công suất nguồn đột ngột hoặc đóng thêm phụ tải nặng nề vào một hệ thống nguồn điện yếu. Dao động lưới kèm theo hiện tượng giảm U tăng I theo chu kỳ. Nhưng khác với ngắn mạch trên lưới là không có thành phần thứ tự nghịch hay thứ tự không. Để thực hiện được điều này trong sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách có cài thêm điều kiện khoá vùng 1, vùng 2, vùng 3 khi có dao động lưới xảy ra. Bản thân rơle tổng trở chỉ xác định Z = U/I và tác động khi Zrl £ Z đặt. Như vậy khi dao động lưới bộ phận đo tổng trở nhỏ hơn trị số Z chỉnh định. Để tránh sai lầm trong trường hợp này phải lắp ( cài đặt ) khoá chống dao động. Một đặc điểm cần phải chú ý trong bảo vệ khoảng cách là phải khoá bảo vệ khi có hư hỏng mạch điện áp. Bất cứ hư hỏng nào trong mạch điện áp đều được ghi nhận để phản ứng kịp thời. Bộ phận khoá hư hỏng trong mạch điện áp có các đại lượng đầu vào là: AN,BN,CN và mạch tam giác hở K,H, u (điện áp được dùng để thử rơle). Các trường hợp hư hỏng mạch điện áp đó là: Nhảy ap tô mát TU cuộn sao. Nhảy aptômát TU cuộn đấu tam giác. Đứt dây nhị thứ của các pha A,B,C,N,K,H. Hư hỏng mạch lặp cầu dao cách ly ( Điện áp nhị thứ được cung cấp vào rơle thông qua rơle lặp lại cầu dao cách ly ). Do nguyên tắc đo tổng trở Z=U/I nên khi mất điện áp vì các nguyên nhân hư hỏng trong mạch điện áp làm cho bộ phận Z tác động. Bởi vậy trong rơle khoảng cách trang bị khoá hư hỏng mạch điện áp để ngăn chặn bảo vệ cắt nhầm trong trường hợp này. Biện pháp thực hiện nếu hư hỏng mạch điện áp thì không cung cấp điện dương cho mạch logic đi cắt của rơle tổng trở. § 34. BẢO VỆ CHỐNG MÁY CẮT TỪ CHỐI Máy cắt từ chối tác động do nhiều nguyên nhân khác nhau: Máy cắt bị hư hỏng cơ khí. Máy cắt bị hở mạch cắt. Máy cắt bị khóa ( ví dụ áp lực SF6 quá thấp đến mức độ không thao tác được nữa dẫn đến phải khóa mạch điều khiển máy cắt ) Thậm chí mất nguồn thao tác máy cắt. Khi đó nếu có xảy ra sự cố trên ngăn lộ đó thì bảo vệ chống máy cắt từ chối ( BF ) sẽ làm việc gửi lệnh cắt đi tất cả các máy cắt nối vào thanh cái có máy cắt hư hỏng. Nguyên tắc hoạt động của bảo vệ BF như hình vẽ sau đây: Kiểm tra dòng điện 3 pha còn tồn tại sau khi rơ le đã phát lệnh cắt. Rơ le bảo vệ đã cắt. Quá thời gian đặt của bảo vệ BF Dòng điện Kiểm tra biên độ & t1 VD:400ms Trip Feeder Đi cắt các máy cắt khác Phát hiện dòng t2 VD:10ms & Đủ 3 điều kiện trên đầu ra bảo vệ BF sẽ phát lệnh cắt các máy cắt khác.