Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa: Chương 8 Đặng Tuấn Khanh (2014) [Tuyển tập]

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Chương 8: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Đại học quốc gia Tp.HCM

Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

21

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

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

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

Company LOGO GV : ĐẶNG TUẤN KHANH

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

8.1. Nguyên tắc hoạt động

8.2. Đặc tuyến khởi động

Z

Bảo vệ khoảng cách cần các tín hiệu là dòng điện, điện áp và góc

lệch φ giữa chúng.

Từ phương trình ta thấy miền tác động là hình tròn tâm O bán

BVKC xác định tổng trở từ chỗ đặt BV đến điểm NM từ các tín

kính Zkd  Đặc tính tác động vô hướng

hiệu trên, tác động khi:

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.

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.

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

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

1 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014



8.2. Đặc tuyến khởi động 8.2. Đặc tuyến khởi động

z e  Rj kd



z e  Rj kd

Hình tròn: Hình tròn:



cos(

)

kdm

   R





Mho:

z 2 cRm

CR1

CR2

CR1

CR2

Elip:







 2

 2

Lệch tâm:



sin





const

Ckd





(0.17



0.4).



Điện kháng:



0.43

DZ L

DZ 67





R 

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Đa giác: Thực tế thường dùng, dùng kỹ thuật vi xử lý

8.2. Đặc tuyến khởi động





z 2 cRm

Hình Elip:

Hình MHO:  cos(

)

kdm

   R

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

2 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.2. Đặc tuyến khởi động 8.2. Đặc tuyến khởi động



sin





R const

Ckd

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Hình Điện Kháng: Hình Elip:

8.3. Chọn UR và IR

Phân tích sự cố NM ba pha:

CT

VT

I



3 I

(3) NM

RƠLE 21A



U 3



Z .

(3) NM

21B 21C

IR IA-IB IB-IC IC-IA

UR UAB UBC UCA



U I

R Khi N(3) tất cả 3 rơle đều tác động đúng

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

3 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.3. Chọn UR và IR

400 : 5

2000 A

Phân tích sự cố NM hai pha B-C:

A

B







C

( 2) NM



Z .

( 2) NM



Rơ le B: 25A

U

  0

I

Z .

U I

NM A



Rơle B tác động đúng

U

  0

I

Z .

NM B



Bảo vệ rơ le và tự động hóa

8.3. Chọn UR và IR

400 : 5

2000 A

Phân tích sự cố NM hai pha B-C:

A

B

I



I



I



I

( 2) NM

Rơ le A, C:

C

25A







( 2) NM



Rơle A, C không tác động





  0

Z .

NM A



U I

  0

Z .

Tương tự khi có sự cố NM hai pha chạm đất.

NM B







Bảo vệ rơ le và tự động hóa

R U I

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

4 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp 8.4. Chọn UR và IR

21N

Vùng bảo vệ:

CT

VT

RƠLE Vùng I: 80 – 90% đường dây được bảo vệ

21N-A 21N-B Vùng II: Hoàn toàn đường dây được bảo vệ và 50% đường 21N-C dây kề sau có tổng trở nhỏ nhất IR0 IA + 3kCI0 IB + 3kCI0 IC + 3kCI0 UR0 UA UB UC



Vùng IIIF: 120% (đường dây được bảo vệ + đường dây kề sau có tổng trở lớn nhất)

 Z L 0 13 Z L Hệ số bù áp dụng cho đường dây truyền tải đơn

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp

C

B

A

1 Ω

100A

15Ω

20 Ω

Bảo vệ cấp I

45 Ω

60 Ω

1 Ω

D

21 100A

20 Ω

21 Bảo vệ cấp II

60 Ω

150A

Bảo vệ cấp III

100A

21 Isc = 200A Itc = 1A k = 0.3

Isc = 80A Itc = 1 A k = 0.3

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

5 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Cấp I Cấp II





)



II kd

' k Z ( at

I 2

I kd

k Z at

k k

Tổng trở khởi động: Tổng trở khởi động:





1.2

II Z kd Z

Thời gian tác động: gần bằng không Độ nhạy:





)

II kd

' k Z ( at

II 2

k k

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Vùng bảo vệ: khoảng (80% - 90%) Z Độ nhạy không thỏa phải chọn phối hợp với cấp II kề sau nó

Cấp II

Cấp III

min

Tổng trở khởi động



III kd

Thời gian tác động:

Z lamviec k k k at

tv mm



 

II t 1

I t 1



;



 (0.9 0.95).

lamviec

min

U min I 3.

max



 

II t 1

II 2

Vùng bảo vệ:



 

Thời gian tác động:

III t 1

III 2

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

6 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Cấp III Qui về phía thứ cấp

U .





1.5

sdBU n

III Z kd Z



Độ nhạy: Điện áp vào rơle:

sdBI n

sdBU

Dòng điện vào rơle: Vùng bảo vệ:



kdR

n k BI n k

BU sdBI

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Tổng trở rơle đo:

Cài đặt BV khoảng cách chống chạm đất

8.6. Các yếu tố ảnh hưởng sai lệch

Tương tự như chống chạm pha nhưng có thêm hệ số bù kc

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

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

7 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng góc pha đZ Ảnh hưởng R quá độ

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 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

duongday

. I 2



. I R NM a





Z L

R a

1 2

Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt vào rơle tăng thêm một lượng 0.5Ra:

. U R . I

Z L . I 2

% 100%(





quatam

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:

cos(



)

1 

kdR

duongday

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm ZtacdongR > ZkhoidongR

Ảnh hưởng R quá độ

Tổng quát:

Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd với mạng 2 nguồn









Mức độ quá tầm tính theo phần trăm:

Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm

ZtacdongR > ZkhoidongR

(

)

kR a

% 100%(





duoitam

 Z



I I

~



100%(

)

kR a Z

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

8 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng sự phân dòng Ảnh hưởng sự phân dòng

kAI

(



)

Lkesau

Lsau

kBI

% 100%(



 

1) 100%(

)

duoitam

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. 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: Ví dụ: Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: ~

k Z pd Z

k R pd Z

k Z pd

Lkesau

% 100%(



)

quatam

(



)

k Z pd

% 100%(





1) 100%(



)

duoitam

k Z pd Z

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Gay ra hiện tượng dưới tầm

Ảnh hưởng sự phân dòng

Ảnh hưởng điện áp đặt vào Rơle

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:

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:

. U



. I Z R



. U

kAI

. U S 

1 SIR



~

system impedance ratio

SIR



Z Z

Gay ra hiện tượng quá tầm

% 100%(



)

quatam

k Z pd Z

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

9 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Sai số đo lường Ảnh hưởng cách đấu dây MBA

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.

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.

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)

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Đối với BU cần chọn dây nối đủ tiết diện để tránh sụt áp lớn làm 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 đến giá trị và góc pha của UR

Ảnh hưởng dao động điện

Bảo vệ không tác động khi có dao động.

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.

Để bảo vệ không tác động ta cần thực hiện:

2MFx

1MFx

ddx

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

MF2

MF1

(khi không gay ảnh hưởng đến tính ổn định hệ thống

ΔE

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



sin



sin

max

 X

 2



Tâm dao động là M tại đây áp bằng 0, góc lệch bằng 180 độ

Như vậy dòng dao động triệt tiêu khi = 0 độ, cực đại khi = 1800 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 39

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

10 SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng tụ bù dọc Ảnh hưởng tụ bù dọc

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. 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.

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.

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.

B

A

CAX

R X ,L

CBX

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

B

A

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Ảnh hưởng tụ bù dọc

Ảnh hưởng hỗ cảm

B

A

CAX

R X ,L

CBX

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