Tài liệu môn Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 8: Bảo vệ khoảng cách

SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 1 Company LOGO BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH GV : ĐẶNG TUẤN KHANH Đại học quốc gia Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 1Bảo vệ rơ le và tự động hóa 8.1 Nguyên tắc hoạt động và vùng bảo vệ 8.2 Đặc tuyến khởi động 8.3 Cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch giữa các pha 8.4 Cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch chạm đất 8.5 Bảo vệ khoảng cách 3 cấp 8.6 Các ảnh hưởng làm sai lệch 8.7 Đánh giá bảo vệ khoảng cách Chương 8: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 2Bảo vệ rơ le và tự động hóa 21 Bảo vệ khoảng cách cần các tín hiệu là dòng điện, điện áp và góc lệch φ giữa chúng. BVKC xác định tổng trở từ chỗ đặt BV đến điểm NM từ các tín hiệu trên, tác động khi: R kdZ Z Khi bình thường, điện áp rơle gần điện áp định mức và dòng qua rơle là dòng tải cho nên tổng trở rơle đo có giá trị lớn và rơle không tác động. Khi NM điện áp giảm còn dòng tăng cao cho nên tổng trở rơle đo được nhỏ nên rơle tác động. 8.1. Nguyên tắc hoạt động 3Bảo vệ rơ le và tự động hóa Từ phương trình ta thấy miền tác động là hình tròn tâm O bán kính Zkd  Đặc tính tác động vô hướng R kdZ Z Rơle tổng trở có hướng dùng phổ biến là loại thêm cuộn dây cường độ phụ quấn lên trên lõi thép. Từ thông phụ ngược chiều với từ thông do cuộn áp sinh ra khi dòng điện đi theo hướng dương – hướng tác động. Khi đó nó khữ bớt Momen do điện áp sinh ra và cho phép tiếp điểm đóng lại. Khi dòng điện ngược lại thì từ thông phụ cùng chiều từ thông điện áp nên khóa lại. Tùy theo tương quan giữa từ thông phụ và từ thông điện áp mà tâm hình tròn di chuyễn khỏi góc tọa độ. Loại phổ biến là có cung tròn đi qua góc tọa độ đặc tính MHO. Góc nhạy nhất khoảng 600 đến 850 8.2. Đặc tuyến khởi động 4Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 2 Hình tròn: Mho: Elip: Lệch tâm: Điện kháng: Đa giác: 8.2. Đặc tuyến khởi động kd Rj kdZ z e  kd cos( )kdm CR RZ z    CR1 CR2 CR1 CR2 R 02 2 Z Z Z ZZ     R b R d 2 2 cRmZ Z Z Z a z     kd sinkd Ckd CkdZ jx jz jx const    Thực tế thường dùng, dùng kỹ thuật vi xử lý 5Bảo vệ rơ le và tự động hóa Hình tròn: 8.2. Đặc tuyến khởi động kd Rj kdZ z e  6Bảo vệ rơ le và tự động hóa jX R   0 DZ (0.17 0.4). 0.43 67 DZ DZ DZ DZ Z R jX j L L      Hình MHO: 8.2. Đặc tuyến khởi động 7Bảo vệ rơ le và tự động hóa jX R kd cos( )kdm CR RZ z    Hình Elip: 8.2. Đặc tuyến khởi động 8Bảo vệ rơ le và tự động hóa jX R R b R d 2 2 cRmZ Z Z Z a z     SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 3 Hình Điện Kháng: 8.2. Đặc tuyến khởi động 9Bảo vệ rơ le và tự động hóa jX R kd sinkd Ckd CkdZ jx jz jx const    Hình Elip: 8.2. Đặc tuyến khởi động 10Bảo vệ rơ le và tự động hóa jX R RƠLE IR UR 21A IA-IB UAB 21B IB-IC UBC 21C IC-IA UCA 8.3. Chọn UR và IR CT VT 11Bảo vệ rơ le và tự động hóa Phân tích sự cố NM ba pha: 8.3. Chọn UR và IR (3)3R NMI I (3)3 3. .R P NMU U I Z  R R R UZ Z I   Khi N(3) tất cả 3 rơle đều tác động đúng 12Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 4 Bảo vệ rơ le và tự động hóa13 A B C 400 : 5 2000 A 25A 0 . 0 . A NM A B NM B U I Z U I Z       Phân tích sự cố NM hai pha B-C: 8.3. Chọn UR và IR (2)2RB B C NMI I I I   (2)2. .RB BC NMU U I Z  RB RB RB UZ Z I   Rơle B tác động đúng Rơ le B: 14Bảo vệ rơ le và tự động hóa Bảo vệ rơ le và tự động hóa15 A B C 400 : 5 2000 A 25A 0 . 0 . A NM A B NM B U I Z U I Z       Phân tích sự cố NM hai pha B-C: 8.3. Chọn UR và IR (2) RA A B NMI I I I   RA BC RC BC U U U U   R RA R R RC R UZ Z I UZ Z I     RơleA, C không tác động Rơ le A, C: (2) RC C A NMI I I I   Tương tự khi có sự cố NM hai pha chạm đất. 16Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 5 RƠLE IR0 UR0 21N-A IA + 3kCI0 UA 21N-B IB + 3kCI0 UB 21N-C IC + 3kCI0 UC 0 1 C 13 L L L Z ZK Z   Hệ số bù áp dụng cho đường dây truyền tải đơn 8.4. Chọn UR và IR CT VT 17Bảo vệ rơ le và tự động hóa 21N Vùng bảo vệ: Vùng I: 80 – 90% đường dây được bảo vệ Vùng II: Hoàn toàn đường dây được bảo vệ và 50% đường dây kề sau có tổng trở nhỏ nhất Vùng IIIF: 120% (đường dây được bảo vệ + đường dây kề sau có tổng trở lớn nhất) 8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp 18Bảo vệ rơ le và tự động hóa 19 1 Ω 20 Ω 15Ω 20 Ω A B C D 100A 150A 100A 100A 1 Ω 60 Ω 45 Ω 60 Ω 21 21 21 Isc = 200A Itc = 1A k = 0.3 Isc = 80A Itc = 1 A k = 0.3 Bảo vệ cấp I Bảo vệ cấp II Bảo vệ cấp III 8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp 20Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 6 Tổng trở khởi động: Thời gian tác động: gần bằng không Vùng bảo vệ: khoảng (80% - 90%) Z Cấp I I kd atZ k Z 21Bảo vệ rơ le và tự động hóa Tổng trở khởi động: Độ nhạy: Cấp II ' 1 2( ) II Iat kd at pd kZ k Z Z k   1 1.2 II kd nh Zk Z   Độ nhạy không thỏa phải chọn phối hợp với cấp II kề sau nó ' 1 2( ) II IIat kd at pd kZ k Z Z k   22Bảo vệ rơ le và tự động hóa Thời gian tác động: Cấp II 1 1 II It t t   1 2 II IIt t t   Vùng bảo vệ: 23Bảo vệ rơ le và tự động hóa Tổng trở khởi động Thời gian tác động: Cấp III minIII lamviec kd at tv mm ZZ k k k  min min min max ; (0.9 0.95). 3.lamviec dmlv UZ U U I    1 2 III IIIt t t   24Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 7 Độ nhạy: Vùng bảo vệ: Cấp III 1 1.5 III kd nh Zk Z   25Bảo vệ rơ le và tự động hóa Điện áp vào rơle: Qui về phía thứ cấp .sdBU R BU k UU n  .sdBI R BI k II n Dòng điện vào rơle: Tổng trở rơle đo: BI sdBU kdR kd BU sdBI n kZ Z n k  26Bảo vệ rơ le và tự động hóa Tương tự như chống chạm pha nhưng có thêm hệ số bù kc Cài đặt BV khoảng cách chống chạm đất 27Bảo vệ rơ le và tự động hóa 8.6.1 Ảnh hưởng của góc pha đường dây gay vượt tầm 8.6.2 Ảnh hưởng của điện trở quá độ tải điểm NM gay dưới tầm 8.6.3 Ảnh hưởng của phân dòng gay quá tầm hoặc dưới tầm 8.6.4 Ảnh hưởng của điện áp đặt vào rơle 8.6.5 Sai số đo lường 8.6.6 Ảnh hưởng của cách nối dây MBA động lực đặt giữa chỗ đặt bảo vệ và chỗ NM 8.6.7 Ảnh hưởng của dao động điện 8.6.8 Ảnh hưởng tụ bù dọc 8.6. Các yếu tố ảnh hưởng sai lệch 28Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 8 Góc chỉnh định của rơle thường lấy bằng góc pha đường dây. Do nhiều nguyên nhân (nhiệt độ, chọn nấc rơle, tính toán) nên 2 góc này sẽ không bằng nhau. Khi đó: cos( )tacdongR kdR kdR duongday     Như vậy ZtacdongR < ZkhoidongR có nghĩa là vùng tác động bị kéo dài ra so với trị số đặt và bảo vệ tác động vượt quá vùng chỉnh định, ta gọi đó là quá tầm. Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: 1% 100%( 1) cos( )quatam kdR duongday k      Ảnh hưởng góc pha đZ 29Bảo vệ rơ le và tự động hóa Khi NM ba pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt vào rơle tăng thêm một lượng Ra: ZR = ZL + Ra Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt vào rơle tăng thêm một lượng 0.5Ra: . .. . . 2 1 22 NM NML aR R L a NMR I Z I RUZ Z R I I      Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm ZtacdongR > ZkhoidongR Ảnh hưởng R quá độ 30Bảo vệ rơ le và tự động hóa Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd với mạng 2 nguồn R L aZ Z kR  Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm ZtacdongR > ZkhoidongR Ảnh hưởng R quá độ ~ ~ aR kI GI k G Ik I  31Bảo vệ rơ le và tự động hóa Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: ( )% 100%( 1) 100%( ) kd a duoitam kd a kd Z kRk Z kR Z     Ảnh hưởng R quá độ R L aZ Z kR  Tổng quát: 32Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 9 Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm. Ví dụ: Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: Ảnh hưởng sự phân dòng 33Bảo vệ rơ le và tự động hóa ( ) % 100%( 1) 100%( )kd pd Lkesau pd Lsauduoitam kd kd Z k Z k R k Z Z     % 100%( )pd Lkesauquatam kd k Z k Z  Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm. Ví dụ: Ảnh hưởng sự phân dòng ~ ~ kAI kBI kI Gay ra hiện tượng dưới tầm 2 2( )% 100%( 1) 100%( )kd pd L pd Lduoitam kd kd Z k Z k Z k Z Z     34Bảo vệ rơ le và tự động hóa Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm. Ví dụ: Ảnh hưởng sự phân dòng ~ Gay ra hiện tượng quá tầm kAI kI 2% 100%( )pd Lquatam kd k Z k Z  35Bảo vệ rơ le và tự động hóa Xét hệ thống có điện áp US và tổng trở ZS cấp cho đường dây được bảo vệ ZL, khi xảy ra NM trên đường dây ta có: . . . .1% 1 S RR SL L S L UU I Z Z U Z Z SIR      S L ZSIR Z  system impedance ratio Ảnh hưởng điện áp đặt vào Rơle 36Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 10 Sai số BI và BU có ảnh hưởng đến trị số ZR và góc pha φR và do đó làm thay đổi vùng tác động của rơle. Đối với BI cần kiểm tra đường cong bội số giới hạn. (Kiểm tra đường cong sai số 10% khi có NM ba pha trực tiếp tại cuối vùng bảo vệ) Đối với BU cần chọn dây nối đủ tiết diện để tránh sụt áp lớn làm ảnh hưởng đến giá trị và góc pha của UR Sai số đo lường 37Bảo vệ rơ le và tự động hóa Khi NM sau MBA có tổ đấu dây Y – Y thì rơle tổng trở sẽ làm việc như trường hợp NM trên đường dây, tổng trở đặt vào rơle sẽ bằng tổng số các tổng trở của đường dây và MBA. Nếu tổ đấu dây của MBA Y – Δ hoặc Δ– Y thì rơle tổng trở sẽ làm việc khác đi, vì khi NM hai pha sau MBA dòng điện phía sơ cấp và thứ cấp của MBA khác nhau về trị số và góc pha. Ảnh hưởng cách đấu dây MBA 38Bảo vệ rơ le và tự động hóa Dao động là trạng thái mất đồng bộ giữa hai nguồn điện hoặc hai bộ phận chứa nguồn trong hệ thống điện. Xét hai nguồn G và H có sức điện động EG và EH thông qua đường dây L có kháng điện xL. Như vậy dòng dao động triệt tiêu khi = 0 độ, cực đại khi = 1800 maxsin sin2 2dd ddGH EI I X       MF1 MF2 E1 E2 1MFx 2MFxddxMC E2 ΔE E1 δ M Ảnh hưởng dao động điện 39Bảo vệ rơ le và tự động hóa Bảo vệ không tác động khi có dao động. Để bảo vệ không tác động ta cần thực hiện: Chọn đặc tuyến khởi động không chứa tâm dao động (cấp I) Bảo vệ tác động với thời gian trì hoãn khoảng 1 đến 2 s (khi không gay ảnh hưởng đến tính ổn định hệ thống Khóa tự động khi có dao động, dựa vào tốc độ thay đổi tổng trở. Khi dao động tốc độ thay đổi tổng trở chậm hơn so với ngắn mạch Tâm dao động là M tại đây áp bằng 0, góc lệch bằng 180 độ Ảnh hưởng dao động điện 40Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 11 Với đường dây dài cao áp và siêu cao áp người ta thường lắp bộ tụ nối tiếp vào đường dây (tập trung hoặc phân tán theo chiều dài đường dây) để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn thất. Đặc trưng của mức độ bù dọc là hệ số kC. kC là tỷ số của XC bù dọc và XL của đường dây (thường vào khoảng 0.25 đến 0.7). Ở Việt Nam thì kC = 0.6. Khi bù dọc thì ảnh hưởng đến rơle khoảng cách vì khi có NM sau bộ tụ bù dọc thì rơle không thể thấy điểm NM và cả một đoạn đường dây gần đó vì tổng trở đo được nằm sau lưng bảo vệ nên không tác động được. Điều này có thể làm cho bảo vệ trước đó tác động sai Thông thường thì tụ bù dọc được đặt tại thanh cái các trạm A B Ảnh hưởng tụ bù dọc 41Bảo vệ rơ le và tự động hóa Để ngăn việc tác động sai thì khi xảy ra NM ta cần nối tắc tụ điện lại để trở lại bình thường tuy nhiên cần trì hoãn lại tác động khoảng 0.1s – 0.15s. Ở các bộ tụ điện bù dọc hiện đại, người ta sử dụng hệ thống bảo vệ bằng điện trở phi tuyến, khe phóng điện và máy cắt đấu song song với bộ tụ. Khi có NM tùy theo điểm sự cố (độ lớn dòng NM) và thời gian tồn tại sự cố mà các thiết bị này sẽ làm việc và nối tắc bộ tụ. BA ,L LR XCAX CBX Ảnh hưởng tụ bù dọc 42Bảo vệ rơ le và tự động hóa BA A B ,L LR XCAX CBX R X 1 IZ 1 IIZ 3 IZ 13 2 Ảnh hưởng tụ bù dọc 43Bảo vệ rơ le và tự động hóa Ảnh hưởng hỗ cảm Khi vận hành hai đường dây song song sẽ có hỗ cảm xuất hiện. Hỗ cảm thành phần TTT và TTN nhỏ, hỗ cảm TTK lớn nên không thể bỏ qua thành phần này khi cài đặt rơle. Hỗ cảm gay sai số đo lường nên có thể gay quá tầm hoặc dưới tầm 44Bảo vệ rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 4/22/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 12 Ưu điểm: Đảm bảo tính chọn lọc trong mạng có cấu trúc bất kỳ Thời gian tác động vùng I nhanh (quan trọng với tính ổn định hệ thống) Có độ nhạy cao Khuyết điểm: Sơ đồ phức tạp Không tác động tức thời trên toàn bộ vùng bảo vệ Cần thiết bị khóa khi dao động điện nên càng phức tạp 8.7 Đánh giá 45Bảo vệ rơ le và tự động hóa 46Bảo vệ rơ le và tự động hóa