Bài giảng "Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 1: Tự đóng lại" trình bày các nội dung: Tổng quan, TĐL kết hợp MC (ACR) và hệ thống TĐL (ARS), máy cắt TĐL (ACR), phối hợp ACR và các thiết bị bảo vệ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Tổng quan
I. II. TĐL kết hợp MC (ACR) và hệ thống TĐL (ARS) III. Máy cắt TĐL (ACR) IV. Phối hợp ACR và các thiết bị bảo vệ
Tự động hóa trong HTĐ
1
Tự động hóa trong HTĐ
3
I. Tổng quan
Các thống kê cho thấy bất kỳ đường dây trên không vận hành với điện áp cao (> 6kV) đều có sự cố thoáng qua (80-90%). Điện áp càng cao thì sự cố thoáng qua càng nhiều. Sự cố thoáng qua do sét, dây lắc lư hay va chạm vật thể bên ngoài ...
Tự động hóa trong HTĐ
2
Tự động hóa trong HTĐ
4
Ngoài ra còn có sự cố lâu dài. Việt Nam là nước nhiệt đới, nên rất dễ bị sự cố thoáng qua. Do vậy việc dùng TĐL là rất cần thiết để tăng độ tin cậy cho hệ thống.
Làm việc
Trở về
Sự cố
TĐ đóng
TĐ đóng hoàn toàn
Bảo vệ
Mạch đóng kích hoạt
Thời gian bảo vệ
Thời gian đóng
TĐ bắt đầu mở
Kích cuộn cắt
TĐ mở hoàn toàn
Hồ quang tắt
MC
Thời gian mở
Thời gian dập hồ quang
Thời gian vận hành
Thời gian gián đoạn MC
Thời gian bị nhiễu loạn
Tự động hóa trong HTĐ
5
Tự động hóa trong HTĐ
7
I. Tổng quan I. Tổng quan
Để thực hiện TĐL: có 2 loại hợp máy
hệ
cắt
với
thống
đóng
tự
1. Các yêu cầu chính đối với TĐL
Kết lại (ARS_AutoReclosing Schemes): Đối với đường dây truyên tải cao áp công suất lớn nên đòi hỏi công suất cắt phải lớn và thời gian tác động phải nhanh. Cho nên người ta dùng máy cắt kết hợp với hệ thống điều khiển TĐL để thực hiện việc TĐL.(dùng mạng truyền tải)
Máy cắt TĐL (ACR_Automatic Circuit Recloser): được thiết kế trọn bộ kết hợp máy cắt với chức năng của rơle bảo vệ và rơle tự đóng lại nên cấu tạo phức tạp, giá thành thấp, khả năng cắt dòng sự cố nhỏ, công suất cắt khoảng 150 MVA cấp 15kV, 300 MVA cấp 22 kV. (dùng mạng trung thế)
Tự động hóa trong HTĐ
6
Tự động hóa trong HTĐ
8
2. Phân loại TĐL
b. Tác động với mọi sự cố
a. Tác động nhanh b. Tác động với mọi sự cố c. Yêu cầu sơ đồ TĐL một pha d. Thời gian min của tín hiệu đi đóng lại máy cắt đủ để máy cắt đóng
chắc chắn.
c. Yêu cầu sơ đồ TĐL một pha: Khi có sự cố một pha chạm đất, sơ đồ TĐL một pha sẽ tác động và chỉ đóng lại pha bị sự cố, nên rơle TĐL được lắp riêng từng pha. Nhưng nếu sự cố lâu dài thì cắt và khóa cả ba pha.
e. TĐL phải tự trở về f. g.
TĐL không được lặp đi lặp lại Sơ đồ TĐL có thể khóa trong trường hợp đặc biệt
Tự động hóa trong HTĐ
9
Tự động hóa trong HTĐ
11
1. Các yêu cầu chính đối với TĐL 1. Các yêu cầu chính đối với TĐL
d. Thời gian nhỏ nhất của tín hiệu đi đóng lại máy cắt đủ để máy cắt đóng chắc chắn. a. Tác động nhanh: hạn chế bởi thời gian khử ion tại chỗ bị ngắn mạch, như vậy chu kỳ TĐL phụ thuộc vào thời gian đóng máy cắt và thời gian khử ion.
e. TĐL phải tự trở về Thời gian khử ion Điện áp (kV) f. TĐL không được lặp đi lặp lại
Tự động hóa trong HTĐ
10
Tự động hóa trong HTĐ
12
g. Sơ đồ TĐL có thể khóa trong trường hợp đặc biệt (sự cố bên trong MBA, mở máy cắt bằng tay ...) <3.5 110 230 400 Chu kỳ 4 7.5 14 25 giây 0.08 0.15 0.28 0.5
a. Phân loại theo số lần tác động: TĐL một lần hay TĐL nhiều lần
b. Phân loại theo số pha: TĐL một pha hay TĐL ba pha
Ta đã biết ARS dùng cho đường dây cao áp công suất lớn và siêu cao áp. Trên đường dây cao áp hay siêu cao áp, vấn đề quang trọng cần quan tâm là duy trì sự ổn định và đồng bộ hệ thống nên việc áp dụng ARS là cần thiết.
c. Phân loại theo thiết bị: TĐL đường dây, TĐL thanh góp ...
Để hiểu vấn đề này, chúng ta cần biết về khái niệm ổn định.
Ngoài ra còn có TĐL tần số, không đồng bộ...
Tự động hóa trong HTĐ
13
Tự động hóa trong HTĐ
15
II. Tự đóng lại kết hợp MC với HT TĐL (ARS) 1. Tổng quan
1U
2 0U
1. Tổng quan Để hiểu vấn đề này, chúng ta cần biết về khái niệm ổn định.
I
2. Ảnh hưởng ARS đối với ổn định hệ thống
3. ARS tốc độ cao
U
I
U 1 0 1 R jX
Dòng điện: 4. ARS tốc độ chậm
*
2
1
R jX
R
cos
X
sin
cos
R
sin
j X
P jQ U I 1 1
2 U 1 2 Z
U U 1 2 Z
Tự động hóa trong HTĐ
14
Tự động hóa trong HTĐ
16
5. ARS một pha và ba pha Công suất truyền từ máy phát vào hệ thống:
Để hiểu vấn đề này, chúng ta cần biết về khái niệm ổn định.
Như vậy để hệ thống ổn định:
1U
2 0U
Phải đảm bảo cắt loại bỏ sự cố nhanh chống để Stt < Sht
I
Công suất P truyền từ máy phát vào hệ thống:
Sẽ tốt hơn nếu trên đường dây có ARS. Vì khi có ARS xuất hiện sự cố trên đường dây MC cắt ra và được đóng lại sau thời gian trễ nhỏ cần thiết để dập tắt hồ quang hoàn toàn. Điều này làm cho Sht càng lớn thêm dẫn đến tăng ổn định hệ thống.
2
R
cos
X
sin
P 1
2
2 U R U U 1 2 Z
1 Z
Ở cấp điện áp cao thì R được bỏ qua, nên ta có:
2
sin
P 1
U U 1 X
Tự động hóa trong HTĐ
17
Tự động hóa trong HTĐ
19
1. Tổng quan 2. Ảnh hưởng ARS đối với ổn định hệ thống
2
c
2
0
P m
P d e
P m
P d e
P P d e
m
0
0
c
Cho hệ thống Ở môn học này chúng ta cần biết khái niệm ổn định theo tiêu chuẩn diện tích.
P Diện tích tăng tốc Stt Phân tích:
Diện tích hãm tốc Sht PT
18
Tự động hóa trong HTĐ
20
δ Điều kiện để hệ thống ổn định: Stt ≤ Sht Điều kiện giới hạn ổn định: Stt = Sht max Tự động hóa trong HTĐ
Thường áp dụng cho đường dây đơn liên kết giữa hai hệ thống nên cần thời gian tác động nhanh để ổn định hệ thống.
Khi dùng ARS tốc độ cao cần lưu ý đến thời gian khử ion (ion tại nơi xảy ra sự cố phải được khử hết hoàn toàn) để có thể đóng lại thành công.
a. Đặc tính bảo vệ
Thời gian khử ion phụ thuộc chính là cấp điện áp, ngoài ra còn phụ thuộc vào dòng sự cố, khoảng cách sinh hồ quang, thời gian sự cố, tốc độ gió và sự kết hợp điện dung đường dây kề nhau.
b. Thời gian khử ion
Thời gian khử ion các cấp điện đã cho ở slide trước.
c. Đặc điểm MC
d. Thời gian phục hồi
Đối với ARS một pha (đặc biệt đường dây dài) thì thời gian chờ đóng lại sẽ lớn hơn ARS ba pha. Vì hỗ tương điện dung giữa hai pha còn lại với pha sự cố làm cho hồ quang sự cố có xu hướng duy trì lâu hơn.
e. Số lần đóng lại
Tự động hóa trong HTĐ
21
Tự động hóa trong HTĐ
23
a. Đặc tính bảo vệ c. Đặc điểm máy cắt
Dùng ARS tốc độ cao sẽ làm giảm thời gian nhiễu loạn của hệ thống. ARS đòi hỏi máy cắt chịu được chu kỳ làm việc rất nặng nề với dòng sự cố lớn.
Dùng bảo vệ tác động nhanh như bảo vệ khoảng cách 21, so lệch 87 (thời gian làm việc khoảng 50ms) kết hợp với MC tác động nhanh MC dùng hiện này là MC dầu, MC không khí, MC SF6 (có khả năng đóng cắt lớn nhất), Máy cắt chân không
Xác định thời gian cắt của MC để hai MC ở 2 đầu đường dây tác động đồng thời
Tự động hóa trong HTĐ
22
Tự động hóa trong HTĐ
24
Dựa vào đường cong công suất điện (P - δ) và công suất điện truyền tải (P) giúp ta xác định được δ. Sau đó ta dựa vào mối quan hệ δ - t xác định được thời gian cắt của MC mà không gay mất ổn định.
Thời gian gián đoạn MC: (ví dụ MC dầu 132 kV)
Đối với bất cứ loại MC nào cần phải lựa chọn thời gian phục hồi của hệ thống bảo vệ phải đảm bảo cho MC có đủ thời gian trở về (không khí nạp đầy, tiếp điểm trở về vị trí sẳn sàng) để chuẩn bị cho lần tác động sau.
MC tác động bằng cơ lưu chất cần 10s
MC tác động bằng cơ cấu lò xo cần 30s
MC tác động bằng khí nén cần thời gian áp suất khí trở lại bình thường.
Tự động hóa trong HTĐ
25
Tự động hóa trong HTĐ
27
c. Đặc điểm máy cắt e. Số lần đóng lại
Thông thường chỉ thực hiện một lần. Vì đóng lại nhiều lần với dòng sự cố lớn có thê gây mất ổn định hệ thống. Hiện nay, các MC có thời gian tác động rất nhanh và thường nhỏ hơn thời gian khử ion của môi trường cho nên cần phải chọn thời gian gián đoạn MC lớn hơn thời gian khử ion của môi trường.
Tự động hóa trong HTĐ
26
Tự động hóa trong HTĐ
28
Đối với đường dây cao áp trở lên khi đóng lại không thành công nó sẽ gây thiệt hại nặng nề hơn là khi không dùng ARS. Thông kê cho thấy đối với sự cố đường dây siêu cao áp thì sự cố là sự cố lâu dài. Không như trung thế TĐL nhiều lần vì thường là sự cố thoáng qua.
Cài đặt rơle đồng bộ:
Trên các đường dây truyền tải bằng lộ kép, việc mất một đường dây không gây chia cắt hệ thống và mất đồng bộ hệ thống nên ta có thể dùng ARS tốc độ chậm (5 - 6s). Vì vậy mà ta không cần quan tâm đến thời gian khử ion của môi trường và đặc tính của MC.
Góc pha thường cài đặc là 200 Điện áp 80 – 90 % điện áp định mức Kiểm tra độ lệch tần số bằng phương pháp đơn giản là dùng rơle thời gian cùng với kiểm tra góc pha.
Sự dao động công suất cũng có thể ổn định trước khi tự đóng lại.
Đối với dạng này ta dùng loại hệ thống đóng cắt ba pha cho đơn giản hóa việc điều khiển.
Ví dụ: rơle thời gian 2s được dùng thì rơle này chỉ cho tín hiệu đầu ra nếu độ lệch pha không vượt quá 200 trong khoảng 2s.
Tự động hóa trong HTĐ
29
Tự động hóa trong HTĐ
31
4. ARS tốc độ chậm III. ACR
ARS tốc độ chậm xác suất thành công sẽ cao hơn ARS tốc độ nhanh. Tuy nhiên, sự truyền công suất trên đường dây còn lại có thể đưa góc lệch điện áp giữa hai đầu lớn nên TĐL đường dây có thể gay nên thay đổi đột ngột không chấp nhận được. Là loại thiết bị trọn bộ gồm MC và mạch điều khiển cần thiết cảm nhận tín hiệu dòng điện, định thời gian cắt và đóng lại trên đường dây một cách tự động khi có sự cố thoáng qua để cung cấp điện lại, nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện.
Phối hợp với TĐL cần thêm rơle kiểm tra đồng bộ Ngược lại sự cố lâu dài thì sau vài lần đóng cắt (số lần tự chỉnh định) nó sẽ được khóa lại cô lập sự cố khỏi hệ thống
Tự động hóa trong HTĐ
30
Tự động hóa trong HTĐ
32
Rơle kiểm tra đồng bộ: kiểm tra điện áp, kiểm tra tần số, kiểm tra góc lệch pha.
a. Tác động một pha hay ba pha
b. Điều khiển bằng thủy lực hay điện tử
1. Phân loại ACR 2. Các thông số ACR 3. Đặc tính ACR 4. Phối hợp ACR và thiết bị bảo vệ khác
c. Phương pháp dập hồ quang
Tự động hóa trong HTĐ
33
Tự động hóa trong HTĐ
35
III. ACR 1. Phân loại ACR
Mặt cắt ACR a. Tác động một pha hay ba pha:
ACR một pha dùng bảo vệ đường dây một pha, ví dụ như các nhánh rẻ của đường dây ba pha. Có thể dùng ACR một pha cho mạng ba pha khi phụ tải đa số là một pha. Như vậy, khi có sự cố thì ACR một pha tác động loại bỏ đường dây pha bị sự cố.
Tự động hóa trong HTĐ
34
Tự động hóa trong HTĐ
36
ACR ba pha được dùng khi cần cắt và đóng cả ba pha đối với bất kỳ một sự cố lâu dài nào, để ngăn chặn tình trạng vận hành hai pha đối với phụ tải ba pha.
Điều khiển bằng thủy lực:
Điều khiển bằng thủy lực:
Đường đặt tính
Hệ thống điều khiển thủy lực dùng cho cả ACR một pha và ba pha. Nó nhận biết quá dòng bằng cuộn cắt được mắc nối tiếp với đường dây. Khi dòng chạy qua vượt quá giá trị khởi động thì một pittong được hút về phía cuộn cắt làm cho tiếp điểm ACR mở ra.
Việc định thời gian và chuổi đóng lại được thực hiện bằng cách bơm dầu vào các ồng thủy lực riêng biệt
Tự động hóa trong HTĐ
37
Tự động hóa trong HTĐ
39
1. Phân loại ACR b. Điều khiển bằng thủy lực hay điện từ
Điều khiển dễ dàng và chính xác hơn. Bộ điều khiển được đặt trong một hộp chứa độc lập với MC. Bộ điều khiển điện tử có thể thay đổi được đặc tính thời gian - dòng điện. Ngoài ra, nó còn có nhiều phụ kiện dùng để áp dụng các vấn đề khác nhau.
Tự động hóa trong HTĐ
38
Tự động hóa trong HTĐ
40
Điều khiển điện tử: Điều khiển bằng thủy lực: Cấu trúc ACR thủy lực
a. Điện áp
Điều khiển điện tử:
Sơ đồ khối
b. Dòng sự cố cực đại
c. Dòng sự cố cực tiểu
d. Dòng tải cực đại
e. Khả năng phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác
f. Độ nhạy đối với sự cố chạm đất
Tự động hóa trong HTĐ
41
Tự động hóa trong HTĐ
43
b. Điều khiển bằng thủy lực hay điện từ 2. Thông số ACR
Đặc tính thời gian - dòng điện
a. Điện áp Điều khiển điện tử:
ACR phải có điện áp định mức lớn hơn hoặc bằng điện áp tại vị trí cần đặt vào.
b. Dòng sự cố cực đại
ACR phải có dòng cắt lớn hơn hoặc bằng dòng điện sự cố cực đại đi qua ACR.
c. Dòng sự cố cực tiểu
Ta cần xác định được dòng sự cố cực tiểu. Ta xem xét ACR có tác động được khi dòng sự cố này đi qua (độ nhạy).
d. Dòng tải cực đại
Tự động hóa trong HTĐ
42
Tự động hóa trong HTĐ
44
Dòng định mức của ACR phải lớn hơn hoặc bằng dòng tải cực đại đi qua ACR.
e. Khả năng phối hợp với các thiết bị khác
f. Độ nhạy đối với sự cố chạm đất
Khả năng phối hợp ACR với các thiết bị khác cả phía nguồn và phía tải. Sự phối hợp (lựa chọn thời gian trễ và chuổi đóng lại) sao cho bất kỳ sự cố nào thì nó tác động làm cho vùng mất điện là nhỏ nhất.
Tác động chậm
Tác động nhanh
Dòng NM
Dòng tải
Khóa ACR
Đôi khi có sự cố chạm đất sinh dòng rất nhỏ vì lý do nào đó nên bảo vệ không đủ độ nhạy. Lúc này ta dùng ACR có bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao cho phép tác động với dòng vài ampe. Do độ nhạy cao nên có thể tác động không mong muốn khi mạng không cân bằng hay do sự cố chạm pha hay sự cố thoáng qua … Cho nên ta cho thời gian tác động vào khoảng 10s sao cho nó lớn hơn thời gian các bảo vệ khác.
Thời điểm NM
Thời gian ACR cắt Tự động hóa trong HTĐ
45
Tự động hóa trong HTĐ
47
2. Thông số ACR 3. Đặc tính ACR
f. Độ nhạy đối với sự cố chạm đất
Rơle trong ACR là rơle dòng điện có thể dùng bảo vệ cắt nhanh hoặc bảo vệ dòng cực đại. Bảo vệ dòng cực đại có thể dùng đặc tính độc lập hoặc đặc tính phụ thuộc (độ dốc chuẩn, rất dốc, cực dốc) Phần lớn các sự cố là sự cố chạm đất và nó được phát hiện bởi bộ phận quá dòng thông qua bộ lọc thứ tự không.
a. Đặc tính cắt nhanh
Dòng khởi động bảo vệ thứ tự không bé hơn dòng khởi động chạm pha nên bộ cảm ứng dòng rơle khó nhận biết được. b. Đặc tính khóa tức thời
Tự động hóa trong HTĐ
46
Tự động hóa trong HTĐ
48
Nhiều áp dụng đã dùng giá trị khởi động dòng chạm đất khoảng 40% - 50% giá trị khởi động chống chạm pha. c. Đặc tính phối hợp chuổi
Đặc tính phối hợp dạng chuổi rất cần thiết khi phối hợp ACR với ACR. Nó sẽ ngăn những tác đồng không cần thiết của ACR gần nguồn (ACR trên) khi sự cố xảy ra phía ACR dưới (ACR dưới tác động). Với tác động dạng chuỗi thì ACR 1 chỉ đếm số lần tác động nhanh của ACR 2
Khi dòng sự cố lớn hay dòng sự cố vượt quá dòng khởi động một bội số nào đó (gọi là bội số cắt nhanh bội số này điều chỉnh được) thì ACR sẽ tác động tức thời (thời gian gần bằng 0)
Ta có thể cài đặt đặc tính cắt nhanh ở bất cứ lần tác động nào trong tác động dạng chuổi của ACR.
Tự động hóa trong HTĐ
49
Tự động hóa trong HTĐ
51
b. Đặc tính khóa tức thời 4. Phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác
Đặc điểm này cho phép ACR giảm số lần tác động để tránh hư hỏng khi dòng sự cố lớn. Sự có mặt của ACR mạng phân phối nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và loại trừ sự cố thoáng qua. ACR cần phối hợp với các thiết bị bảo vệ trước cũng như sau nó.
Tương tự như cắt tức thời, chế độ khóa tức thời sẽ tác động mở và a. Phối hợp với cầu chì khóa MC.
Ta có thể đặt chế độ khóa bảo vệ sau lần tác động thứ nhất hoặc b. Phối hợp ACR với ACR thứ hai hoặc thứ ba.
c. Phối hợp với rơle
Tự động hóa trong HTĐ
50
Tự động hóa trong HTĐ
52
d. Phối hợp với dao cách ly phân đoạn
Để phối hợp đúng ACR và cầu chì ta cần khảo sát quá trình phát nhiệt và tản nhiệt của cầu chì trong chu kỳ tự đóng lại của ACR.
Ta có phương trình phát nhiệt của cầu chì:
nhiệt độ
Việc phối hợp phải đảm bảo sao cho cầu chì phía tải không nóng chảy khi có sự cố thoáng qua trong vùng bảo vệ của hai cầu chì liền sau (CC1 và CC2). Nghĩa là ACR phải tác động trước cầu chì. Khi có sự cố lâu dài thì cầu chì phải nóng chảy trước lần cắt cuối cùng của ACR.
t e
u
hằng số thời gian cầu chì
f
1
Phương trình tản nhiệt của cầu chì: t e
u
f
Tự động hóa trong HTĐ
53
Tự động hóa trong HTĐ
55
a. Phối hợp ACR với cầu chì a. Phối hợp ACR với cầu chì phía tải
k A .
hcA
Ta rút ra nguyên tắc: Với dòng sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ cầu chì thì thời gian thời gian nóng chảy nhỏ nhất cầu chì phải lớn hơn thời gian cắt nhanh của ACR đã nhân hệ số hiệu chỉnh k (phụ thuộc cách dùng chuổi hoạt động ACR) và thời gian nóng chảy lớn nhất cầu chì không được lớn hơn thời gian cắt chậm của ACR.
Tự động hóa trong HTĐ
54
Tự động hóa trong HTĐ
56
Phân tích
Xác định k:
0.4 – 0.5
1.25
1.8
1
1.25
1.35
1.5
1.25
1.35
2
1.25
1.35
Tự động hóa trong HTĐ
57
Tự động hóa trong HTĐ
59
a. Phối hợp ACR với cầu chì phía tải
Tóm lại:
t
k A A
.
'
hcA
Tự động hóa trong HTĐ
58
Tự động hóa trong HTĐ
60
I
Việc phối hợp giữa các ACR là thực hiện lựa chọn các cuộn cắt có định mức khác nhau đối với ACR thủy lực hay dòng cắt bé nhất khác nhau đối với ACR điện tử.
Để tiết kiệm MC và ACR mà vẫn có thể cô lập sự cố lâu dài và mất điện thời gian ngắn khi có sự cố thoáng qua, ta có thể phối hợp ACR và SEC (là thiết bị bảo vệ tự động cắt phân đoạn đường dây bị sự cố. SEC không có khả năng cắt dòng NM nên để mở tiếp điểm khi ACR mở
Lưu ý thời gian dự trữ Δt giữa các đặc tính ACR. Vì khi Δt bé quá có thể dẫn đến các ACR cắt đồng thời.
Có nhiều phương pháp phối hợp ACR và SEC:
a. Đếm xung dòng NM
b. Phối hợp thời gian đóng ngắt của ACR và SEC
Tự động hóa trong HTĐ
61
Tự động hóa trong HTĐ
63
4. Phối hợp ACR với rơle a. Đếm xung dòng NM
Việc phối hợp ACR và rơle rất đơn giản. Ta chọn đặc tính rơle sao cho thỏa mãn sự phối hợp. Sự phối hợp tương tự như cầu chì.
Tự động hóa trong HTĐ
62
Tự động hóa trong HTĐ
64
Nguyên tắc làm việc của SEC dựa vào việc đếm xung dòng NM nếu nó vượt quá số lần định trước thì sẽ tác động Ví dụ: như hình vẽ
Tự động hóa trong HTĐ
65
![Trắc nghiệm Mạch điện: Tổng hợp câu hỏi và bài tập [năm hiện tại]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2025/20251118/trungkiendt9/135x160/61371763448593.jpg)
