Bài giảng Bảo vệ các hệ thống điện: Phần 2 - Trường Đại học Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Bảo vệ các hệ thống điện: Phần 2 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Bảo vệ so lệch; bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện; tự động hóa trong hệ thống điện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Bảo vệ các hệ thống điện: Phần 2 - Trường Đại học Thái Bình

CHƯƠNG 4: BẢO VỆ SO LỆCH 4.1. Nguyên tắc thực hiện Theo định luật Kirchoff, tổng vector của tất cả dòng điện ra vào các nhánh của đối tượng bảo vệ bằng không, ngoại trừ có ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ này. Do đó, nếu tất cả thứ cấp của máy biến dòng các nhánh của đối tượng bảo vệ được ghép song song với nhau với một rơle dòng điện thì sẽ không có dòng điện chạy trong rơle trừ khi có ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ. Hình 4.1. Nguyên tắc cơ bản của bảo vệ so lệch dọc Bảo vệ dựa trên nguyên tắc trên gọi là bảo vệ so lệch dọc, có tính chọn lọc tuyệt đối, phân biệt được ngắn mạch trong và ngoài đối tượng bảo vệ và như thếcho phép cắt sự cố của phần tử được bảo vệ nhanh chóng. Nói cách khác, bảo vệ so lệch làm việc dựa trên sự so sánh trực tiếp các dòng điện trên các nhánh của đối tượng bảo vệ. Đối với đường dây làm việc song song người ta dùng so lệch ngang so sánh dòng chạy trên các nhánh song song. Để thực hiện bảo vệ so lệch dọc người ta có thể dùng loại sơ đồ dòng tuần hoàn hay sơ đồ cân bằng áp. 4.2. Bảo vệ so lệch dọc 4.2.1. Bảo vệ so lệch dọc theo sơ đồ dòng tuần hoàn a. Nguyên lý so sánh Để dễ hiểu ta quan sát ví dụ đối tượng bảo vệ có hai nhánh (đường dây, máy phát…). - Hình 4.2. Sơ đồ so lệch dòng tuần hoàn 31
- Biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được so sánh với nhau. Nếu sự sai lệch giữa hai dòng điện vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động . - Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt của hai tổ biến dòng BI (cùng mã hiệu, cùng Seri) ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng để so sánh. - Giải thích sơ đồ: + Sơ đồ trên có tên gọi là sơ đồ dòng điện tuần hoàn vì ở chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng điện phía thứ cấp chủ yếu tuần hoàn trong mạch vòng của cuộn thứ cấp các máy biến dòng và dây dẫn phụ nối chúng lại với nhau. + Hai bộ BI đặt ở hai đầu đường dây, chiều dòng điện qua 2 bộ BI cùng chiều dòng tải. + Để so sánh 2 phần tử bảo vệ, 2 BI nối với nhau bằng 1 dây dẫn phụ theo chiều vòng tuần hoàn đi khép mạch trong sơ đồ. + Rơle được nối song song với dây dẫn phụ: khi ngắn mạch ngoài thì không có dòng trong rơle, còn khi ngắn mạch trong thì dòng trong rơle được xác định bởi trị số dòng ở chỗ hư hỏng. - Nguyên lý: + Khi ở chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (các BI không có sai số, bỏ qua dòng dung và dòng rò của đường dây được bảo vệ) thì dòng điện so lệch chạy qua rơle: . . IT1=- IT2  I  IT  IT = 0 (4-1) 1 2 Tức là khi không xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì rơle không tác động. + Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ dòng điện một phía (IT2) sẽ thay đổi chiều lẫn trị số (2 dòng IT1, IT2 lúc này ngược chiều nhau):  .T  IT I . (4-2)  1  IT  IT  0 I 2  1 2 32
 Bảo vệ sẽ tác động. b. Dòng không cân bằng Ở đây không có sự giống nhau tuyệt đối giữa 2 dòng điện phía thứ cấp của 2 tổ máy biến dòng BI1 và BI2 trong chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài. Khi đó sẽ xuất hiện dòng điện gọi là dòng không cân bằng. Sự xuất hiện này là do: + Sai số của bản thân BI; + Hiện tượng bão hào mạch từ khi ngắn mạch ngoài khi đó sai số BI tăng lên; + Ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch; + Không cân bằng được giá trị dòng thứ cấp giữa 2 BI nên giá trị dòng sơ cấp lớn; + Hai BI khác nhau về chủng loại. Như vậy, dòng trong rơle (khi không có ngắn mạch trong vùng bảo vệ hay . . ., ., cả chế độ làm việc bình thường) bằng: I R  I kcb  I  2  I 1 (4-3) Do dòng từ hóa của các BI không bằng nhau, ngay cả khi kết cấu của 2 BI giống nhau, vì vậy dòng không cân bằng có một giá trị nhất định nào đó. c. Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch ngoài, dòng khởi động của rơle cần phải chỉnh định tránh khỏi trị số tính toán của dòng không cân bằng: IkđR = kat.Ikcbmaxtt (4-4) Trong đó: kat- hệ số an toàn 33
Ikcbmaxtt- trị hiệu dụng của dòng không cân bằng cực đại tính toán tương ứng với dòng ngắn mạch ngoài cực đại được tính theo công thức: Ikcbmaxtt = fimax.kđn.kkck.INngmax (4-5) Trong đó: fimax – sai số cực đại cho phép của BI (fimax =10%=0,1) kđn - hệ số đồng nhất của các BI, (kđn = 01), kđn = 0 khi các BI hoàn toàn giống nhau và dòng diện qua cuộn sơ cấp của chúng bằng nhau, kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, một BI làm việc không có sai số còn BI kia có sai số cực đại. kkck - hệ số kể đến thành phần không chu kỳ trong dòng điện ngắn mạch INngmax – thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất d. Độ nhạy - Độ nhạy của bảo vệ được đánh giá thông qua hệ số độ nhạy: Kn = INmin/Ikđ  2 (4-6) Trong đó: INmin- dòng nhỏ nhất có thể có tại chỗ ngắn mạch khi ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ; Ikđ – dòng điện khởi động của bảo vệ 4.2.2. Bảo vệ so lệch dọc theo sơ đồ cân bằng áp Các cuộn thứ cấp của biến dòng được nối sao cho khi NM ngoài và làm việc bình thường, sđđ của chúng ngược chiều nhau trong mạch. RL được mắc nốitiếp trong mạch dây dẫn phụ. Khi NM ngoài, cũng như khi có dòng phụ tải chạy qua các sđđ E và E TII TI bằng nhau, ví dụ I  E E và n = n nên  TI TII 0 I I I II 34
I II R Z 35
Trong đó: Z là tổng trở toàn mạch vòng Hình 4.3. Sơ đồ so lệch loại cân bằng áp Khi NM trong toàn vùng bảo vệ (h.4.3b) các sđđ E và cộng nhau và TI tạo nên dòng trong RL làm bảo vệ tác động. E TII Hiện nay bảo vệ so lệch với dòng tuần hoàn được dùng phổ biến. 4.3. Bảo vệ so lệch ngang Bảo vệ so lệch ngang là bảo vệ thuộc loại đơn giản và tin cậy. Bảo vệ không phản ứng theo dao động, quá tải và tác động không thời gian khi NM xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong vùng bảo vệ. Đối với đường dây tải điện dài, nhược điểm của bảo vệ là việc truyền tín hiệu, tổn phí cho dây dẫn phụ cao. Hình 4.4 Phân bố dòng điện trên các đường dây song song a) Khi bình thường và ngắn mạch ngoài. b) Ngắn mạch trên một đường dây. Đánh giá BV so lệch: BV so lệch dọc thuộc loại đơn giản, tin cậy. BV không phản ứng theo dao động quá tải, NM ngoài và tác động tức thời khi NM xảy ra bất cứ điểm nào trong vùng BV. Nguyên tắc của BV được sử dụng rộng rãi để làm BV chính chống NM bên trong của máy phát, máy biến áp, thanh góp, động cơ, đường dây. BV so lệch ngang thuộc loại đơn giản tin cậy, không phản ứng theo dao động, việc chọn tham số đơn giản. Nhược điểm của nó là vùng chết, hiện tượng tác động không đồng thời làm tăng thời gian cắt NM, có tồn tại vùng chết, phải 36
khoá BV khi cắt một đường dây, vì vậy cần bổ sung BV cho đường dây còn làm việc. BV được dùng BV cho đường dây làm việc song song, máy phát có hai cuộn dây tĩnh làm việc song song. 4.4. Bài tập áp dụng Câu 1: Trình bày nguyên tắc tác động của bảo vệ so lệch? Câu 2: Các loại BVSL? Phạm vi ứng dụng? Bài tập 1: Tính toán BVSL dọc cho thanh cái 22kV, biết dòng ngắn mạch 3 pha ngay phía sau thanh cái =1,131kA, dòng làm việc cực đại qua thanh cái IlvMax=215A, Kat=1,25A Bài tập 2: Tính toán BVSL dọc cho thanh cái 35kV, biết dòng ngắn mạch 3 pha ngay phía sau thanh cái =1,131kA, dòng làm việc cực đại qua thanh cái IlvMax=215A, Kat=1,25A. Bài tập 3: Tính toán bảo vệ cho MBA TH 6300/110 có công suất định mức Sđm=6300kVA, điện áp định mức là 115/11kV, máy có bộ phận tự động điều chỉnh điện áp với ΔUđc=10%. Dòng ngắn mạch 3 pha tại thanh cái phía thứ cấp là Ik(3)=1,12kA. Tổ nối của MBA là Y/Δ, ktc=1,25. Bài tập 4: Tính toán bảo vệ cho MBA TH 10000/110 có công suất định mức Sđm=10000kVA, điện áp định mức là 115/22kV, máy có bộ phận tự động điều chỉnh điện áp với ΔUđc=10%. Dòng ngắn mạch 3 pha tại thanh cái phía thứ cấp là Ik(3)=2,14kA. Tổ nối của MBA là Y/Δ, ktc=1,2. 37
CHƯƠNG 5: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 5.1. Giới thiệu chung Rơle bảo vệ được phân loại tùy thuộc vào thành phần được bảo vệ: máy phát điện, đường dây truyền tải, máy biến áp và phụ tải… 5.2. Bảo vệ đường dây 5.2.1 Đại cương Đối với đường dây trên không, đường dây cáp và thanh cái bảo vệ rơle được tính toán để ngăn ngừa các sự cố ngắn mạch nhiều pha, ngắn mạch một pha, ngắn mạch chạm đất và các chế độ làm việc không bình thường như quá tải, sụt áp… Hiện nay bảo vệ đường dây chủ yếu được thực hiện bởi các sơ đồ bảo vệ quá dòng nhiều cấp, bảo vệ khoảng cách nhiều cấp, bảo vệ so lệch pha cao tần kết hợp bảo vệ khoảng cách và bảo vệ dòng điện thứ tự không đối với mạng điện có trung tính nối đất. Đối với đường dây phân phối người ta thường dùng các bảo vệ sau: bảo v ệ quá dòng, bảo vệ có hướng, bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch. Đối với các đường dây truyền tải các bảo vệ chủ yếu được sử dụng là: bảovệ khoảng cách, bảo vệ có hướng, bảo vệ so lệch và bảo vệ cao tần… 5.2.2. Bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha trên đường dây Bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha trên đường dây phân phối tác động đưa tín hiệu đến máy cắt đầu lộ phía nguồn cung cấp. Bảo vệ này sẽ không phản ứng đối với ngắn mạch trong các MBA nếu các MBA đó đã có bảo vệ riêng. Bảo vệ đường dây thường được áp dụng nhiều cấp với sự kết hợp của cácloại bảo vệ khác nhau. Loại bảo vệ thường được áp dụng rộng rãi là bảo vệ quá dòng điện (gồm bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ cắt nhanh), bảo vệ có hướng, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ so lệch và bảo vệ cao tần. a. Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá dòng cho đường dây được thực hiện theo nguyên lý chung đã xét ở chương 2. Thông thường người ta kết hợp bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ cắt nhanh để bảo vệ cho các đường dây. Đối với mạng có trung tính nối đất trực tiếp, thường các máy biến dòng được nối theo hình sao đủ, ngoài 3 rơle cho 3 pha còn cần thêm một rơle phản ứng theo dòng thứ tự không. Đối với mạng có trung tính cách ly, thì chỉ cần dùng sơ đồ sao thiếu với 2 máy biến dòng và 2 rơle. Đối với mạng điện hai nguồn cung cấp, nếu bảo vệ cắt nhanh không có bộ phận định hướng thì dòng khởi động được chọn theo giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất xảy ra trên 1 trong 2 thanh cái của 2 đầu dây. b. Bảo vệ so lệch đường dây và bảo vệ cao tần 38
Sơ đồ bảo vệ so lệch đường dây truyền tải điện cũng được thực hiện tương tự như bảo vệ so lệch các phần tử khác của hệ thống điện, điểm khác biệt ở đây là do đường dây dài nên cần phải sử dụng hai bộ bảo vệ đặt ở hai đầu dây để mỗi bộ tác động cắt các máy cắt ở đầu dây của mình. 5.3. Bảo vệ máy biến áp 5.3.1 Đại cương a) Các chế độ không bình thường của MBA Các hỏng hóc thường gặp trong MBA bao gồm: ngắn mạch nhiều pha trên các đầu cực và trong các cuộn dây; ngắn mạch giữa các vòng dây; ngắn mạch một pha chạm đất; ngắn mạch ngoài đưa dòng điện lớn chạy qua các vòng dây. Các chế độ không bình thường gồm: hiện tượng quá tải; hiện tượng tăng nhiệt độ quámức; mức dầu thấp… b) Đặc điểm của sơ đồ bảo vệ MBA Tổ nối dây của các MBA có ảnh hưởng đến sự phân bố dòng ngắn mạch sau MBA, điều đó đòi hỏi phải áp dụng các sơ đồ nối dây các máy biến dòng và các rơle phù hợp. Sự tăng đột biến của dòng từ hóa khi điện áp thay đổi đột ngột có thể ảnh hưởng đến dòng khởi động của các bảo vệ. Sự khác nhau giữa điện áp hai phía sơ cấp và thứ cấp đòi hỏi phải lựa chọn các thiết bị và các thông số tính toán khác nhau ở hai phía Sự phân hủy dầu dưới tác dụng của nhiệt độ cao cho phép áp dụng nguyên lý bảo vệ bằng rơle hơi 5.3.2 Bảo vệ chống sự cố trong MBA - Bảo vệ bằng rơle hơi - Bảo vệ quá dòng điện - Bảo vệ chống ngắn mạch trong MBA có thể được thực hiện theo nguyên lý quá dòng, tức là bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì và bảo vệ cắt nhanh. Máy biến dòng được đặt phía đầu vào của MBA, các máy biến dòng được chế tạo theo nhiều phương án khác nhau như lắp sẵn trong sứ của máy cắt (>= 35kV); lắp sẵn trong sứ của MBA (U>=110kV); loại vòng xuyến (chỉ có lõi thép và cuộn thứ cấp) đeo vào cổ sứ MBA. Các máy biến dòng có thể thực hiện theo sơ đồ hình sao đủ, sao thiếu, hiệu hai dòng pha hoặc theo hình tam giác. - Bảo vệ so lệch Bảo vệ so lệch dọc dùng làm bảo vệ chính trong MBA công suất từ 4 MVA trở lên, tuy nhiên, nhìn chung bảo vệ này cũng thường được áp dụng cho các MBA khi bảo vệ quá dòng không thể đáp ứng được các yêu cầu về độ chọn lọc và độ nhạy. Các máy biến dòng được đặt ở tất cả các phía của MBA được bảo vệ.Thông thường bảo vệ so lệch dọc được thực hiện với 2 rơle trong mạch so sánh, trong trường hợp sơ đồ với 2 rơle không đảm bảo độ nhạy cần thiết thì sơ đồ dùng 3 rơle mới được sử dụng. 39
5.4. Bảo vệ máy phát 5.4.1. Khái niệm chung Bảo vệ máy phát điện được tính toán để ngăn ngừa sự cố và chế độ làm việc không bình thường như: ngắn mạch nhiều pha, ngắn mạch giữa các vòng dây, ngắn mạch chạm đất, chế độ bất đối xứng và chế độ quá tải của stator, ngắn mạch một điểm và ngắn mạch hai điểm cuộn dây kích từ… 5.4.2. Bảo vệ chống sự cố phần tĩnh máy phát điện Các bảo vệ thường áp dụng để bảo vệ chống ngắn mạch trong cho phần tĩnh máy phát điện là bảo cắt nhanh và bảo vệ so lệch dọc. Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và bảo vệ dự phòng chống ngắn mạch trong thường được áp dụng là bảo vệ dòng điện cực đại kết hợp với khóa điện áp hoặc với bộ lọc thứ tự nghịch. Bảo vệ chống ngắn mạch chạm đất trong cuộn dây stator được thực hiện theo sơ đồ bảo vệ dòng điện thứ tự không. a. Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá dòng cũng được sử dụng như là bảo vệ dự phòng cho các máy phát có công suất nhỏ. Bảo vệ quá dòng thường được kết hợp với khóa điện áp thấp với sự tham gia của rơle điện áp cực tiểu RU < để phân biệt với chế độ quá tải. Bảo vệ tác động với 2 cấp thời gian: Cấp 1 tác động cắt máy cắt ở đầu cực máy phát với thời gian được phối hợp với thời gian của bảo vệ dự phòng đuờng dây và máy biến áp. Cấp 2 với thời gian lớn hơn sẽ tác động dừng máy phát. a. Bảo vệ dòng điện cực đại b. Bảo vệ cắt nhanh b. Bảo vệ so lệch - Bảo vệ so lệch dọc: Sơ đồ bảo vệ so lệch dọc cuộn dây stator được thực hiện tương tự như đ ã trình bày ở chương 3. - Bảo vệ so lệch ngang: Bảo vệ chống ngắn mạch giữa các vòng dây được thực hiện theo nguyên lý bảo vệ so lệch ngang có kết hợp bộ lọc sóng hài. Khi có ngắn mạch ngoài hoặc ở chế độ làm việc bình thường thì suất điện động của 2 nhánh bằng nhau nên sẽ không có dòng điện đi vào rơle. Khi một số vòng dây bị ngắn mạch thì suất điện động trong 2 nhánh sẽ không còn cân bằng nữa, lúc đó sẽ xuất hiện dòng điện chạy vào rơle và rơle sẽ tác động khi dòng điện này lớn hơn dòng khởi động. c. Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ khoảng cách được sử dụng với tư cách là bảo vệ dự phòng cho máy phát. Bảo vệ được thực hiện với 2 vùng tác động: vùng 1 bảo vệ toàn bộ cuộn dây máy phát và khoảng 70% cuộn dây của máy tăng áp với thời gian tác động t1 = 0,4÷0,5s. 40
Vùng 2 bao phủ phần còn lại của máy biến áp và hệ thống thanh cái. 5.5. Bảo vệ thanh cái Xác suất hỏng hóc trên các thanh cái nhìn chung thấp hơn nhiều so với các phần tử khác nhưng những sự cố xảy ra trên thanh cái thường gây hậu quả nghiêm trọng. Một số trường hợp không cần phải trang bị bảo vệ cho thanh cái là: Nếu đường dây đến thanh cái quá ngắn, trong trường hợp này các sự cố xảyra trên thanh cái sẽ được loại trừ bởi bảo vệ chính của đường dây. Thanh cái của nhà máy điện công suất bé, không phân đoạn. Các bảo vệ thường được áp dụng đối với thanh cái là bảo vệ dòng điện cực đại, bảo vệ cắt nhanh, bảo vệ có hướng, bảo vệ so lệch. Trong số đó bảo vệ so lệch thường được áp dụng nhiều nhất. Phân biệt sơ đồ bảo vệ so lệch toàn phần và bảo vệ so lệch không toàn phần 5.6. Bảo vệ động cơ Động cơ điện là một tải quan trọng hệ thống điện công nghiệp. Công suất và đặc tính làm việc của các động cơ khác nhau nhiều. Khi bảo vệ động cơ cần khảo sát kỹ các đặc tính làm việc của động cơ, ví dụ như : thời gian và dòng điện khởi động phải được biết để bảo vệ quá tải, sức chịu đụng quá nhiệt của động cơ khi có tải không cân bằng, khi bị hãm. Các tình trạng phải kể đến khi tính toán bảo vệ cho động cơ là sự cố bên ngoài và ngắn mạch bên trong động cơ. Tình trạng không bình thường xảy ra cho động cơ là điện áp cung cấp cho động cơ không cân bằng, điện áp thấp, mất pha và khởi động thứ tự pha ngược. Sự cố xảy ra bên trong là hư trục động cơ, ngắn mạch giữa các pha mà thường gặp nhất là sự cố chạm đất và quá tải. 5.6.1. Chế độ sự cố và làm việc không bình thường ở động cơ điện a. Những sự cố bên trong - Ngắn mạch giữa các cuộn dây - Chạm chập giữa các vòng dây - Cuộn dây bị chạm đất. b. Những sự cố bên ngoài hay chế độ làm việc không bình thường - Các dạng ngắn mạch trong lưới điện làm trụt áp điện áp nguồn cung cấp. - Chế độ vận hành không đối xứng, đứt dây hoặc hở mạch 1 pha - Ngoài ra, chế độ vận hành không đúng có thể xảy ra do điện áp đặt vào động cơ bị tụt thấp, quá tải khi khởi động và trong quá trình làm việc, phụ tải không đối xứng do hệ thống điện áp nguồn mất cân bằng, ngắn mạch giữa các pha và ngắn mạch chạm đất trên đường dây cấp điện cho động cơ, chế độ động cơ mất đồng bộ đối với động cơ đồng bộ. 5.6.2. Bảo vệ quá dòng và bảo vệ so lệch dòng điện 41
a. Bảo vệ quá dòng - Chức năng quá dòng pha cắt nhanh và có thời gian (50/51) nhằm bảo vệ chống sự cố giữa các pha. Chức năng quá dòng cắt nhanh có thể được sử dụng cho trường hợp kẹt cơ khí các bộ phận động. - Sơ đồ bảo vệ: sơ đồ hình V với hai máy biến dòng đặt trên 2 pha - Giá trị đặt của bảo vệ phải chọn sao cho nó không cắt nhầm khi khởi động động cơ tại các điều kiện khác nhau: + Giá trị đặt của bảo vệ cắt nhanh ngưỡng cao được xác định theo công thức:   k I  at .k sd .Ikd ktv Trong đó: kat- hệ số an toàn bù ảnh hưởng của các thành phần sóng hài và một chiều trong dòng ngắn mạch, đối với động cơ không động bộ chọn bằng 1,6; ksd- hệ số sơ đồ của BI ktv- hệ số trở về của rơle (0,90,95) Hay: I>> = (1,31,6) Ikd Và t>> = 15ms + Bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp: I> = khc.ksd.Idm Trong đó: khc - hệ số hiệu chỉnh lấy bằng 1,2-1,3; Idm – dòng điện định mức của động cơ. Chú ý: - Đối với bảo vệ ngưỡng thấp, nếu sử dụng đặc tuyến phụ thuộc, giá trị dòng đặt cho bảo vệ thường lấy xấp xỉ dòng tải danh định của động cơ. Các đặc tuyến thường chọn là loại cực kỳ dốc (EIT) hoặc siêu dốc (UIT). - Đối với động cơ có rôto dây quấn, dòng điện mở máy của động cơ thường bé hơn động cơ lồng sóc và phần bảo vệ của động của cuộn dây động cơ sẽ rộng hơn. b. Bảo vệ so lệch - Bảo vệ so lệch động cơ được sử dụng để bảo vệ chống các sự cố pha-pha hay chạm đất. 42
- Vùng tác động của bảo vệ được giới hạn giữa hai vị trí đặt các biến dòng. Chức năng này sẽ được kích hoạt khi có hiệu các dòng của một pha nào đó vượt quá giá trị chuẩn cho trước cài đặt sẵn trong rơle. - Bảo vệ so lệch thường dùng ở đây là bảo vệ so lệch hãm - Dòng khởi động của bảo vệ so lệch: Ikd  0,5.Idm Trong đo: Idm – dòng định mức của động cơ. 5.6.3. Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây stato - Phương thức bảo vệ phụ thuộc vào tính chất trung điểm của lưới điện: + Đối với lưới điện có trung điểm nối đất trực tiếp hoặc nối đất qua điện trở bé, sơ đồ bảo vệ quá dòng pha nối hình sao dễ dàng phát hiện chạm đất trong cuộn dây stato của động cơ vì dòng điện chạm đất lớn hơn gấp nhiều lần dòng điện danh định của động cơ. + Đối với lưới điện có trung điểm cách ly với đất hoặc nối qua điện kháng lớn, sử dụng bảo vệ quá dòng thứ tự không và bảo vệ hướng của công suất thứ tự không. - Sơ đồ bảo vệ quá dòng thứ tự không với máy biến dòng có lõi hình xuyến đặt ở đoạn cáp cấp điện cho động cơ được áp dụng trong trường hợp khi dòng điện dung do chạm đất chạy qua bảo vệ có trị số lớn hơn hai lần dòng điện chỉnh định của rơle quá dòng. Sơ đồ này có thể bảo vệ được khoảng 70-80% cuộn dây stato. - Sơ đồ hướng của công suất thứ tự không khi dòng điện dung quá bé. Trong sơ đồ này, bảo vệ được chỉnh định theo công suất biểu kiến (đối với lưới điện có trung điểm không nối đất) và theo thành phần tác dụng của công suất thứ tự không (đối với lưới có đặt cuộn Petersen). Điện áp ở sơ đồ này được lấy từ đầu ra của cuộn tam giác hở máy biến điện áp đặt ở thanh góp cấp điện cho động cơ. - Thời gian tác động của hai bảo vệ trên là rất bé. 5.6.4. Một số phương thức bảo vệ khác a. Bảo vệ chống quá tải - Sử dụng bảo vệ quá dòng đặc tuyến thời gian độc lập. Dòng khởi động được chọn bé hơn dòng điện mở máy trung bình Imm và thời gian làm việc lớn hơn 43
thời gian mở máy bình thường tm (tránh bảo vệ tác động nhầm khi mở máy động cơ). - Trong chế độ vận hành bình thường cũng có thể xảy ra quá tải nhiệt đối với động cơ hư hỏng về cơ của các máy móc nối với động cơ hoặc ở ngay trong động cơ, do điện áp nguồn bị giảm thấp hoặc do hệ thống làm mát bị hư hỏng. Sử dụng bảo vệ quá tải làm việc dựa trên hình ảnh nhiệt (đã xét trong bảo vệ quá tải máy biến áp). b. Bảo vệ chống mất đối xứng - Chế độ mất đối xứng giữa các pha thường xảy ra do mất đối xứng của điện áp nguồn hoặc do đứt dây, hở mạch trong đường dây cấp điện cho động cơ, đứt dây trong cuộn dây stato. - Bảo vệ được sử dụng là bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch (do trong chế độ không đối xứng sẽ xuất hiện thành phần dòng thứ tự nghịch với trị số khá lớn). Dòng điện khởi động của bảo vệ được chỉnh định khoảng (10-20)%.Idm. - Thời gian tác động của bảo vệ khoảng vài giây. - Dòng thứ tự nghịch đưa vào rơle thứ tự nghịch I2> được lấy thông qua bộ lọc LI2. Tín hiệu từ rơle thứ tự nghịch sẽ kết hợp với tín hiệu ra của 2 rơle quá dòng kiểm tra dòng pha IA> và IC> qua cơ cấu “VÀ” đưa tín hiệu đến máy cắt sau một khoảng thời gian đặt trước. c. Bảo vệ chống điện áp thấp - Nhiệm vụ của bảo vệ này là tác động cắt động cơ hoặc một nhóm động cơ ra khỏi lưới điện khi điện áp nguồn xuống thấp dưới giới hạn cho phép hoặc khi bị mất nguồn điện. - Trong sơ đồ sử dụng 2 (có thể nhiều hơn) rơle điện áp cực tiểu làm việc qua rơle thời gian. Các rơle điện áp được bảo vệ bằng cầu chì đặt trên các pha có rơle điện áp. - Điện áp khởi động: Ukđ = 0,6Udđ; Udđ- điện áp danh định của động cơ. - Thời gian tác động: t = 0,5  0,7s d. Bảo vệ chống mất đồng bộ đối với động cơ đồng bộ 44
- Động cơ đồng bộ có thể bị mất đồng bộ khi điện áp nguồn giảm xuống, quá tải cơ, dao động điện hoặc hư hỏng mạch kích từ. - Hậu quả: tăng ứng suất nhiệt trong rôto, gây ứng lực trên trục động cơ và các máy móc kéo theo và nếu hệ kích từ kiểu chỉnh lưu có thể gây quá áp cho cuộn kích từ. - Phương pháp bảo vệ: sử dụng rơle công suất (phản kháng) ngược có góc đặc trưng 900 nối vào dòng điện pha và điện áp trên thanh góp của động cơ, bảo vệ sẽ tác động có thời gian (vài giây) cắt động cơ và khử kích từ; phương pháp dựa trên hiện tượng “dập mạch” của dòng điện stato khi làm việc ở chế độ không đồng bộ. 45
CHƯƠNG 6: TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 6.1 Tự động đóng lại đường dây 6.1.1 Tổng quát Các thống kê về các sự cố trên hệ thống điện cho thấy rằng bất kỳ đường dây trên không vận hành với điện áp cao (từ 6KV trở lên) đều có sự cố thoáng qua (chiếm tới 80- 90%), trong đó đường dây có điện áp càng cao thì phần trăm xảy ra sự cố thoáng qua càng lớn. Một sự cố thoáng qua, chẳng hạn như một phóng điện xuyên thủng là loại sự cố mà có thể được loại trừ bằng tác động cắt tức thời MC để cô lập sự cố và sự cố sẽ không xuất hiện trở lại khi đường dây được đóng trở lại sau đó. Sét là nguyên nhân thường gây ra sự cố thoáng qua nhất, còn những nguyên nhân khác thường là do sự lắc lư của đường dây dẫn gây ra sự phóng điệnvà do sự va chạm của các vật bên ngoài đường dây. Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới; các điều kiện khí hậu như bão, độ ẩm sấm sét, cây cối,… đều tạo điều kiện tốt cho sự cố thoáng qua xảy ra. Do vậy việc áp dụng thiết bị tự động đóng lại MC (TĐL) trên hệ thống điện Việt Nam càng nên được xem xét cẩn thận nhằm áp dụng một cách thích hợp và hiệu quả những lợi điểm của thiết bị này, góp phần cải thiện độ tin cậy cho hệ thống. Như trên đã đề cập, 10- 20% sự cố còn lại là sự cố kéo dài hay “bán kéo dài”. Một sự cố bán kéo dài có thể xảy ra ví dụ như do một nhánh cây rơi xuống đường dây. Ở đây sự cố không loại trừ bằng cách cắt điện tức thời mà nhánh cây chỉ có thể bị cháy rụi trong một khoảng thời gian nào đó. Loại sự cố này thường xảy ra trên đường dây trung thế (6-66KV) chạy qua vùng rừng núi. Để thực hiện việc tự đóng lại trong hệ thống điện, hiện nay có hai biện pháp đang đực sử dụng : - Tự đóng trở lại bằng cách kết hợp MC với hệ thống tự đóng lại (ARS). - Sử dụng MC TĐL (ACR). Lợi điểm của ACR là chi phí thấp hơn so với khi sử dụng hệ thống tự đóng lại vì nó được thiết kế trọn bộ để kết hợp với MC, có chức năng của RL bảo vệ và RL tự đóng lại. Tuy nhiên giới hạn của nó là khả năng cắt dòng sự cố. Vì có kết cấu phức tạp, kết hợp nhiều chức năng nênACR khó có thể chế tạo với khả năng cắt dòng lớn. Hiện nay công suất cắt của ACR vào khoảng 150MVA đối với điện áp 15KV và gần 300MVA đối với điện áp 22KV. TĐL có thể chế tạo để đóng lại một hay nhiều lần. Theo thống kê, hiệu quả của việc TĐL trên đường dây trên không theo số lần TĐL là: - TĐL lần 1 thành công 65  90% (hiệu quả càng lớn khi điện áp càng cao). - TĐL lần 2 thành công 10  15% - TĐL lần 3 thành công 3  5% Chu kỳ TĐL một lần khi có NM thoáng qua và Nm lâu dài và Chu kỳ tự đóng lại nhiều lần.Trong chu kỳ đầu tiên, thời gian TĐL thường được chọn lớnhơn thời gian khử ion của môi trường. Chu kỳ thời gian thường được chọn khoảng 15  20 s. Thời gian đóng và cắt MC phụ thuộc vào thiết bị lắp đặt, còn thời gian khử ion phụ thuộc vào điện áp đường dây, địa điểm, trị số và thời gian NM, dạng NM… và được chọn theo từng trường hợp cụ thể. 46
6.1.2 Những yêu cầu chính đối với tự đóng lại Khi đặt thiết bị tự đóng lại cần chú ý các yêu cầu sau: a) Tác động nhanh Theo quan điểm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải và đảm bảo ổn định cho hệ thống thì đóng lại các nguồn điện càng nhanh càng tốt. Bảng 6.1 cho biết thời gian khử ion tại chỗ ngắn mạch theo các cấp điện áp khác nhau. Thời gian của chu kỳ tự đóng lại phụ thuộc vào thời gai đóng của máy cắt và thời gian khử ion trong môi trường. Cấp điện áp (KV) Thời gian khử ion Chu kỳ giây
Không nên lẫn lộn vấn đề này với vấn đề TĐL một lần hoặc nhiều lần đã nêu ở trên. Đề ra yêu cầu này là để tránh hiện tượng MC đóng lặp đi lặp lại khi NM kéo dài dẫn đến hậu quả là hỏng MC. (NM xuất hiện bộ phận rơle tác động mở MC, sau đó nhờ TĐL nên MC được đóng trở lại khiến cho bộ phận BV rơle lại mở MC lần thứ 2, TĐL lại đóng MC lại … quá trình này cứ lặp đi lặp lại cho đến khi thiết bị hỏng hoặc người đến cắt nguồn điện.) f) TĐL phải tự động trở về vị trí ban đầu. Sau khi đã tác động một thời gian, thiết bị TĐL phải trở về trạng thái ban đầu để chuẩn bị cho các lần làm việc sau. Thời gian phục hồi tph của thiết bị TĐL là khoảng thời gian từ điểm khởi động đến khi trở về trạng thái ban đầu. g) Thời gian tối thiểu của tín hiệu đi đóng lại MC đủ để đóng MC chắc chắn. Khoảng thời gian của xung đóng phải được phù hợp với yêu cầu của cơ cấu đóng MC. Thưòng thời gian này khoảng 1 đến 2 giây. h) Yêu cầu đối với sơ đồ tự đóng lại một pha. Khi xuất hiện sự cố một pha chạm đất, sơ đồ TĐL pha đơn sẽ ngắt và chỉ đóng lại pha sự cố của MC, vì thế role TĐL sẽ được lấp đặt riêng rẽcho từng phần tử khởi động, một rơle cho một pha. 6.1.3 Phân loại thiết bị TĐL Thiết bị tự đóng lại có thể phân theo các tiêu chuẩn sau: - Theo số lần tác động – TĐL một lần và TĐL nhiều lần. - Theo số pha tác động khi tự đóng lại – TĐL ba pha(TĐL3) và TĐL một pha (TĐL1) - Theo thiết bị điện – TĐL thanh góp , TĐL đường dây ,máy biến áp … . TĐL ba pha của đường dây với hai nguồn cung cấp được thực hiện có các dạng sau: + TĐL không đồng bộ + TĐL tức thời + TĐL chờ đồng bộ + TĐL theo tần số: trong hệ thống khi tần số bị giảm có thể một số MC của phụ tải bị cắt, sau đó thiết bị TĐL đóng MC khi tần số đã khôi phục. Thiết bị này được gọi là tự đóng lại theo tần số. 6.1.4 Tự đóng lại tốc độ cao. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ tự đóng lại. Yêu cầu đầu tiên cho việc áp dụng TĐL tốc độ cao là thời gian nhiễu loạn hệ thống có thể chấp nhận được mà không gây mất ổn định. Đường cong P- cùng với giá trị công suất truyền tải cho phép phỏng đoán được độ thay đổi của góc truyền tải, sau đó cần phải biết quan hệ -t dự đoán thời gian giới hạn cực đại để không gây ra nhiễu loạn cho hệ thống. Cuối là phải biết các đặc tính của MC của mạch bảo vệ cũng như thời gian khử ion hoá của môi trường để có thể thực hiện TĐL tốc độ cao trong bất cứ trường hợp nào. Sau đây ta sẽ lần lượt thảo luận đến các yếu tố này. a) Các đặc tính bảo vệ Dùng BV tác động nhanh như BV khoảng cách, so lệch có thời gian làm việc 50ms, kết hợp với máy cắt tác động nhanh sẽ làm giảm nhiễu loạn . Các đặc 48
tính BV phải được tính toán và chọn lựa sao cho cả hai máy cắt ở 2 đầu đường dây phải được cắt đồng thời khi có sự cố. b) Khử ion tại nơi xảy ra sự cố Khi sử dụng TĐL với tốc độ cao, ta phải xác định được thời gian để đóng lại thành công, ion tại nơi xảy ra sự cố phải được khử hết mà không cho hồ quang cháy trở lại. c) Các đặc điểm của máy cắt Việc TĐL trên đường dây truyền tải đòi hỏi máy cắt chịu được chu kỳ làm việc rất nặng nề trên một dòng sự cố lớn. Các loại máy cắt được sử dụng hiện nay là máy cắt dầu, máy cắt không khí, máy cắt SF6, trong đó loại sử dụng khí SF6 có khả năng đóng cắt với chu kỳ nặng nhất. Lựa chọn thời gian gián đoạn của MC. Hình 6.1 sau đây giới thiệu biểu đồ thời gian đóng ngắt tiêu biểu của MC dầu và MC khí nén. Tiếp Hồ quang MC mở hoàn Tiếp điểm Kích điểm bắbtị dập tắt toàn. Mạch đóng bắt đầu MC đóng khởi đầu mởhoàn toàn được kích hoạt đóng hoàn toàn Thời gian t(s) 0,03s 0,2s 0,35s 0,55s 0,06s Thời gian gián đoạn nhỏ nhất- có thể giảm đến 0,3s bởi cơ cấu đặc biệ0t, 01s a) Tiếp điểm bắtHồ quang Tiếp điểm Kích đầu mở bị dập tắt MC mở hoàn bắt đầu MC đóng ngắt hoàn toàn toàn. Mạch đóng đóng hoàn toàn đƣợc kích hoạt Thời gian t(s) 0,035s 0,3s 0,065s 0,045s b) 0,02s Hình 6.1 Hoạt động đóng cắt của các loại MC a) Máy cắt dầu cấp điện áp 132KV; b) Máy cắt khí nén 400KV. d) Lựa chọn thời gian hồi phục. Đối với bất cứ một loại máy cắt nào, việc lựa chọn thời gian hồi phục cho hệ thống bảo ve phải đảm bảo cho máy cắt có đủ thời gian trở về (không khí được nạp đầy, cơ cấu đóng tiếp trở về vị trí sẳn sàng…) để sẳn sàng cho tác động kế tiếp. MC tác động cơ lưu chất cần thời gian phục hồilà 10 sec. MC cơ cấu đóng lò 49
xo cần thời gian trở về là 30 sec, thời gian phục hồi của MC khí nén cần thiết để áp suất khí trở lại bình thường. e) Số lần đóng lại Việc TĐL với tốc độ cao trên đường dây siêu cao áp thường chỉ thực hiện một lần vì việc TĐL nhiều lần với dòng sự cố lớn có thể gây mất ổn định hệ thống. Hơn nữa đối với đừơng dây siêu cao áp, sự cố bán kéo dài (nếu có) cũng khó bị loại bỏ bằng cách đóng lại nhiều lần như đối với đường dây cao thế, trung thế. 6.2. Tự động điều chỉnh tần số và công suất thực trong hệ thống điện Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng. Tốc độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và KĐB phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp. Khi tần số cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức. Do vậy, cần phải giữ cho tần số luôn ở định mức. Việc sản xuất và tiêu thụ công suất tác dụng diễn ra đồng thời. Khi có sự cân bằng công suất thì tần số được giữ không đổi. Để duy trì tần số định mức trong hệ thống điện yêu cầu phải thay đổi công suất tác dụng một cách tương ứng và kịp thời. Như vậy vấn đề điều chỉnh tần số liên quan chặt chẽ với điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các tổ máy phát và giữa các nhà máy điện. Tần số được điều chỉnh bằng cách thay đổi lượng hơi hoặc đưa nước vào tuốc- bin. Ki hthay đổi lượng hơi nước vào tuốc- bin, công suất tác dụng của máy phát cũng thay đổi. 6.3. Tự động điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong hệ thống điện Duy trì điện áp bình thường là một trong những biện pháp cơ bản để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống điện. Điện áp giảm thấp quá mức có thể gây nên độ trượt quá lớn của các động cơ KĐB, dẫn đến quá tải về công suất phản kháng về công suất phản kháng ở các nguồn điện. Điện áp giảm thấp cũng làm giảm hiệu quả phát sáng của các đèn chiếu sáng, làm giảm khả năng truyền tải của đường dây và ảnh hưởng đến độ ổn định của các máy phát làm việc song song. Điện áp tăng cao là già cỗi cách điện của thiết bị điện và thậm chí có thể đánh thủng cách điện làm hư hỏng thiết bị. Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống điện được duy trì ở một giá trị định trước nhờ có những phương thức vận hành hợp lý, chẳng hạn như tận dụng công suất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần tử trong hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lí của những đường dây truyền tải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp… 6.4. Bảo vệ tần số tự động sa thải phụ tải 6.4.1 Mục đích và những đặc điểm của sa thải phụ tải Việc duy trì tần số định mức được đảm bảo bởi những bộ điều chỉnh tần số và công suất mà cách thức làm việc là điều chỉnh lượng nước (hoặc hơi nước vào turbine). Nhờ những bộ điều chỉnh tần số và công suất, lượng thiếu hụt công suất tác dụng có thể được loại trừ khi sẵn có một nguồn năng lượng “nóng” dự trữ, có nghĩa là nếu như trước khi sự cố, turbine máy phát điện không phát hết công suất 50