Giáo trình Bảo vệ rơ le và tự động hóa: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Bảo vệ rơ le và tự động hóa" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: các hình thức bảo vệ khác; tự động điều chỉnh tần số; tự động điều chỉnh điện áp; tự động đóng nguồn dự trữ; tự động đóng trở lại nguồn điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Bảo vệ rơ le và tự động hóa: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chương 4 CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ KHÁC 4.1. Bảo vệ khoảng cách 4.1.1. Nguyên lý tác động Một trong những nguyên lý bảo vệ có tính chọn lọc cao là dựa trên đặc điểm phân bố điện áp khi ngắn mạch. Điện áp tại điểm ngắn mạch N1 bằng không và tăng dần khi càng xa điểm ngắn mạch. Nếu đo được tỷ số U/IN thì sẽ biết được tổng trở ngắn mạch, có nghĩa là tổng trở ngắn mạch tỷ lệ khoảng cách đến điểm ngắn mạch. Loại bảo vệ được thực hiện theo nguyên lý xác định khoảng cách từ nơi đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch gọi là bảo vệ khoảng cách (BVKC). Thời gian trễ của bảo vệ phụ thuộc vào khoảng cách lN, nó tăng dần cùng với lN, có nghĩa là các bảo vệ đặt gần điểm ngắn mạch sẽ tác động trước, các bảo vệ đặt càng xa càng tác động sau, điều đó cho phép duy trì được sự chọn lọc của bảo vệ đối với mạng điện có cấu trúc bất kỳ. Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ khoảng cách được bố trí trên hình 4.1 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách Cơ cấu chủ yếu của bảo vệ khoảng cách là rơle khoảng cách hay còn gọi là rơle tổng trở, nó phản ứng theo tỷ lệ của áp và dòng chạy qua cuộn dây. Trên sơ đồ (Hình 4.1) giả sử ngắn mạch xảy ra tại điểm N1 điện áp dư của mạng U tại điểm ngắn mạch bằng 0 và tăng dần về phía nguồn, bảo vệ ở một khoảng cách lN so với điểm ngắn mạch có giá trị điện áp pha là: 89
U  I(3) N .Z0 .l N (4.1) Trong đó: I(3) N - dòng điện ngắn mạch ba pha; Z0 - suất tổng trở của một đơn vị chiều dài đường dây; lN - khoảng cách từ nguồn đến điểm ngăn mạch Điện áp đưa đến rơle U I(3) .Z .l UR   N 0 N (4.2) kU kU Trong đó: kU - hệ số biến áp Dòng điện đưa đến rơle I(3) N IR  (4.3) ki Trong đó: ki - hệ số biến dòng Như vậy tổng trở giả tưởng hay tổng trở ảo trên cực của rơle là: UR I(3) .Z .l .k Z .l .k ZR   N 0 (3)N i  0 N i (4.4) IR k U .I N kU Từ biểu thức (4.4) cho thấy ZR không phụ thuộc vào giá trị dòng và áp mà chỉ được xác định bằng khoảng cách đến điểm ngắn mạch. Trên sơ đồ hình 4.1 khi ngắn mạch xảy ra tại điểm N1 thì trước hết bảo vệ 1 sẽ tác động, nếu bảo vệ 1 từ chối tác động vì một lý do nào đó thì bảo vệ 2 sẽ tác động. 4.1.2. Những bộ phận chính của bảo vệ khoảng cách và tác động tương hỗ giữa chúng Bộ phận khởi động làm nhiệm vụ bảo vệ khi xảy ra sự cố ngắn mạch: Thường dùng rơle dòng điện cực đại hoặc rơle tổng trở làm nhiệm vụ khởi động; Cơ cấu khởi động làm nhiệm vụ đo khoảng từ nơi đặt thiết bị bảo vệ đến nơi xảy ra ngắn mạch; Bộ phận tạo thời gian làm việc, duy trì một khoảng thời gian trễ cho bảo vệ. 90
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý một pha bảo vệ khoảng cách Bộ phận xác định chiều công suất được xác định cho mạng điện kín làm nhiệm vụ ngăn chặn không cho bảo vệ tác động khi chiều công suất ngắn mạch đi từ đường dây vào thanh cái. Người ta thường dùng rơle hướng công suất làm nhiệm vụ xác định chiều công suất. Sau đây trên hình 4.2, chúng ta xét một ví dụ bảo vệ khoảng cách có đặc tính thời gian ba cấp: Cấp I: Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng 1, các rơle RI; RZ1; RG; TH làm việc với một thời gian t1 không lớn lắm gửi tín hiệu đi cắt máy cắt MC. Cấp II: Nếu ngắn mạch ở vùng thứ 2 xa hơn, các rơle RI; RZ2; Rt1; RG; TH làm việc với một thời gian t2 gửi tín hiệu đi cắt máy cắt MC. Cấp III: Nếu ngắn mạch ở vùng thứ 3, các rơle RI; Rt2; RG; TH làm việc với một thời gian t3 gửi tín hiệu đi cắt máy cắt MC. Các rơle tổng trở không kiểm soát được vùng thứ 3 và bảo vệ trong trường hợp này làm việc như bảo vệ theo chiều dòng điện. 4.1.3. Đặc tính thời gian làm việc và vùng tác động của bảo vệ khoảng cách 4.1.3.1. Đặc tính thời gian Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách là sự phụ thuộc thời gian tác động và khoảng cách đến điểm ngắn mạch. Hiện nay người ta thường dùng loại bảo vệ khoảng cách có đặc tính thời gian từng cấp số lượng vùng bảo vệ và cấp thời gian thường là 3. Chiều dài vùng bảo vệ và thời gian mỗi vùng có thể điều chỉnh được. 91
Hình 4.3. Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách Vùng bảo vệ 1: Thời gian tác động t1 rất bé (gồm thời gian làm việc của bản thân rơle và của máy cắt), chiếm 8085% chiều dài của đoạn dây để bảo vệ có thể tác động chọn lọc khi ngắn mạch ở đoạn đường dây sau. Vùng bảo vệ 2: Thời gian tác động t2, chiếm khoảng 3040% chiều dài của đoạn dây sau (để phối hợp với vùng thứ 2 của đoạn này về chọn lọc) t2= t1+ t Vùng bảo vệ 3: Thời gian tác động t3 dùng làm bảo vệ dự trữ cho các đoạn tiếp theo và bọc lấy toàn bộ những đoạn này. t3= t2+ t 4.1.3.2. Vùng tác động của bảo vệ khoảng cách ba cấp Bảo vệ khoảng cách ba cấp là dạng bảo vệ thường được dùng đối với đường dây. Các vùng bảo vệ cấp 1 và cấp 2 được thiết lập theo sự hiệu chỉnh của rơle tổng trở với điều kiện tổng trở giả tưởng trên cực của rơle nhỏ hơn tổng trở của đường dây được bảo vệ ZR< Zdd. Nguyên tắc xây dựng vùng bảo vệ được thể hiện trên hình 4.4. Trong vùng 1 rơle tác động tức thời không có thời gian trễ và để đảm bảo điều kiện làm việc chọn lọc của bảo vệ thì tổng trở khởi động của bảo vệ vùng 1 phải nhỏ hơn tổng trở của đoạn dây được bảo vệ: ZIA  ZAB ZIA  K1.ZAB (4.5) Trong đó: K1- hệ số dự trữ kể đến sự tác động thiếu chính xác của rơle và ảnh hưởng của điện trở quá độ tại nơi ngắn mạch, thường có giá trị trong khoảng 0,8 0,85. ZAB - tổng trở của đoạn dây AB 92
Hình 4.4. Vùng tác động của bảo vệ khoảng cách Trên hình 4.4 vùng 1 của bảo vệ đường dây AB và đường dây BC chỉ phủ được một phần chiều dài của các đường dây này. Bảo vệ cấp 2 của đường dây AB và đường dây BC có cùng thời gian trễ (t2.A= t2.B) vì vậy để đảm bảo sự chọn lọc cần phải có sự kết hợp bảo vệ theo điều kiện khởi động là: ZIIA  K 2 (ZAB  K1.ZBC ) (4.6) Trong đó: ZIIA - Tổng trở khởi động của bảo vệ cấp 2 đường dây AB; ZBC- Tổng trở đường dây BC liền sau đường dây AB; K2- hệ số dự trữ lấy trong khoảng 0,70,8. Trong trường hợp liền sau đoạn AB có nhiều nhánh dây khác nhau thì ZBC lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong số các tổng trở của các nhánh. Ngoài ra giá trị tổng trở khởi động của vùng 2 có thể được xác định theo biểu thức sau: Zmin ZIIA  (4.7) 1    Trong đó: Zmin - tổng trở nhỏ nhất từ điểm đặt bảo vệ A đến các điểm cuối của mạng điện; - hệ số tính đến sai số của rơle khoảng cách, thường lấy giá trị trong khoảng = (0,050,1); - hệ số tính đến sai số của các máy biến dòng và máy biến áp đo lường, thường lấy bằng 0,1. 93
Vùng bảo vệ cấp 2 bao trùm phần còn lại của đường dây ĐD1 (1520)% và (3040)% chiều dài của đoạn dây tiếp theo. Tính tương tự tổng trở khởi động của vùng 3 là: A  K 2  Z AB  K 2 .(Z BC  K1.ZCD )  ZIII (4.8) Ngoài ra tổng trở khởi động của vùng 3 cũng có thể được xác định theo biểu thức: k at 1    II ZIII A  k at .ZAB  .ZB (4.9) kP Trong đó: - hệ số tính đến khoảng an toàn của vùng biên, thường lấy bằng 0,1; kat- hệ số an toàn, thường lấy bằng 1,2; kP- hệ số phân dòng, tính đến sự ảnh hưởng của phụ tải các nhánh dây; Z IIB - tổng trở khởi động vùng 2 của bảo vệ B. Giá trị tổng trở khởi động của rơle vùng 1 bảo vệ A: ki k ZIR.A  ZIA .  k1.ZAB . i (4.10) ku ku Trong đó: ZAB- tổng trở của đường dây Ab cần bảo vệ; Căn cứ vào giá trị dòng khởi động của rơle ZIR.A ta chọn nấc chỉnh định gần nhất về phía dưới Z dI . A và xác định tổng trở khởi động thực tế của bảo vệ khoảng cách: nu Z Ikd.A  Zd.A I . (4.11) ni Hệ số nhạy rơle vùng 1 được xác định theo biểu thức: ZAB k nh   1,5 (4.12) ZIkd.A Trong đó: ZIkd.A - tổng trở khởi động của bảo vệ khoảng cách. Đối với các vùng khác quá trình tính toán cũng được thực hiện tương tự. Với việc thực hiện nhiều vùng bảo vệ, cho phép nâng cao độ tin cậy nhờ sự kết hợp hỗ trợ của các vùng bảo vệ. Chẳng hạn khi có sự cố ngắn mạch xảy ra trong vùng 1 của đoạn dây AB (điểm N1 hình 4.4) bảo vệ vùng 1 sẽ tác động cắt máy cắt MCA với thời gian t1.A0, nếu vì một lý do nào đó bảo vệ vùng 1 từ chối tác động thì 94
bảo vệ vùng 2 sẽ tác động với thời gian trễ t2.A và nếu vùng 2 lại cũng từ chối tác động thì bảo vệ vùng 3 sẽ tác động với thời gian trễ t3.A. Nếu ngắn mạch xảy ra tại điểm N2 thuộc vùng 2 của ĐD2 thì bảo vệ vùng 2 sẽ tác động cắt MCB với thời gian t2.B, nếu vì lý do nào đó mà bảo vệ vùng 2B không tác động thì bảo vệ vùng 3A sẽ tác động cắt máy cắt MCA với thời gian trễ là t3A. 4.1.4. Yêu cầu đối với các sơ đồ nối bộ phận khoảng cách Để bảo vệ làm việc đúng, các bộ phận khoảng cách cần phải làm việc một cách rành rọt khi tổng trở từ chỗ đặt rơle đến chỗ ngắn mạch ZN< Zđặt và không làm việc khi ZN> Zđặt, tổng trở không phụ thuộc vào giá trị của dòng điện và điện áp đặt vào các cực của rơle. Đối với những rơle nối vào một điện áp và một dòng điện điều này sẽ thực hiện được khi đảm bảo ZR trên các cực của chúng tỷ lệ với khoảng cách đến chỗ ngắn mạch. Nếu như bộ phận khoảng cách dùng để bảo vệ chống nhiều dạng ngắn mạch khác nhau, thì chúng cần phải làm việc độc lập với các dạng ngắn mạch đó. Khi không thực hiện được điều kiện này thì hoặc là bảo vệ có thể cắt không chọn lọc hoặc là vùng bảo vệ bị thu hẹp lại. 4.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy của bảo vệ khoảng cách 4.1.5.1. Ảnh hưởng của điện trở quá độ Điện trở quá độ làm tăng tổng trở trên đầu cực của các rơle làm cho điểm ngắn mạch dường như lùi xa hơn và bảo vệ sẽ tác động với thời gian trễ lớn hơn nhưng vẫn không mất tính chọn lọc. Giá trị tổng trở đo được đến chỗ ngắn mạch Z d' có tính đến điện trở quá độ là: Z'd  Zd  0,5R qd (4.13) Trong đó: Zd- tổng trở thực tế của đường dây; Rqd- giá trị điện trở siêu quá độ (điện trở hồ quang). Sở dĩ có hệ số là 0,5 là do điện trở quá độ tại chỗ ngắn mạch được chia đều cho cả hai pha. Giá trị điện trở quá độ thường rất khó xác định, trong thực tế người ta áp dụng một số biểu thức thực nghiệm như biểu thức Warringtion: 95
28700(a  v.t N ) R qd  (4.14) I1,4 N Trong đó: a - khoảng cách trung bình giữa các pha, m; v- vận tốc gió cực đại tác động đến đối tượng bảo vệ, m/s; tN- thời gian cắt dòng ngắn mạch, s; IN- dòng điên ngắn mạch, A; 4.1.5.2. Ảnh hưởng của dòng điện bổ sung từ trạm biến áp Trong trường hợp giữa chỗ đặt bảo vệ và điểm ngắn mạch có thêm nguồn phụ (Hình 5.5a). Điện áp trên cực của rơle lúc này là: UR= IAC.ZAC+ ICN.ZCN (4.15) Trong đó: ICN= IAC+IBC Vậy: UR= IAC.ZAC+ (IAC+IBC).ZCN (4.16) Dòng điện đi vào rơle trong trường hợp này là IR= IAC Hình 4.5. Sơ đồ giải thích ảnh hưởng của dòng điện bổ xung đối với bảo vệ khoảng cách Vậy tổng trở đầu cực của rơle: UR  I  ZR   Z AC   1  BC  .ZCN  Z AC  k P .Z CN (4.17) IR  I AC  Trong đó: kP - hệ số phân dòng I BC kP  1 1 (4.18) I AC Như vậy khi có nguồn điện bổ sung thì điểm ngắn mạch dường như xa hơn và tổng trở trên đầu cực của rơle sẽ lớn hơn. Trường hợp có sự phân dòng như sơ đồ hình 4-5b: 96
Dòng điện chạy trong cuộn dây rơle IAC= ICN+ICM ICN= IAC- ICM (4.19) Điện áp trên cực rơle UR= IAC.ZAC+ ICN.ZCN= IAC.ZAC+(IAC- ICM).ZCN (4.20) Dòng đi vào rơle trong trường hợp này được xác định IR= IAC Vậy tổng trở trên đầu cực rơle UR I ZR   ZAC  (1  CM ).ZCN  ZAC  k P .ZCN (4.210) IR I AC ICM Trong đó hệ số phân dòng: k P  1  1 (4.22) I AC Như vậy điểm ngắn mạch gần như rút gần lại phía đặt thiết bị bảo vệ khoảng cách. 4.2. Bảo vệ bằng rơle khí Bảo vệ rơle khí được lắp đặt để bảo vệ cho các máy biến áp, máy biến áp tự ngẫu, các thiết bị biến đổi và các cuộn cản kháng làm mát bằng dầu có bình dãn nở dầu. Bảo vệ bắt buộc phải sử dụng đối với các máy biến áp có công suất từ 6300kVA trở lên hoặc từ 1000 ÷ 4000kVA nếu không được trang bị các hình thức bảo vệ so lệch dọc hoặc bảo vệ cắt nhanh. Đối với các máy biến áp trang bị cho nội bộ phân xưởng có công suất từ 630kVA trở lên cũng bắt buộc phải trang bị hình thức bảo vệ này, không phụ thuộc vào các hình thức bảo vệ cắt nhanh khác có hay không. Bảo vệ bằng rơle khí được ứng dụng rộng rãi và rất nhạy cảm với các sự cố hỏng hóc ở bên trong thùng dầu (ngắn mạch giữa các vòng dây) sinh ra các tia lửa điện hoặc do các phần tử bị nung nóng quá mức dẫn đến dầu bị bốc hơi. Cường độ hình thành luồng khí và thành phần hóa học của hơi phụ thuộc vào đặc điểm và qui mô hỏng hóc. Do đó khi sự cố nhẹ bảo vệ chỉ cần tác động báo tín hiệu, khi sự cố nặng truyền tín hiệu tới cắt máy cắt. Sự cố hỏng hóc nguy hiểm nhất là cháy lõi thép do cách điện giữa các lõi thép bị phá huỷ, dẫn đến làm tăng tổn hao sắt từ và dòng điện xoáy (dòng Fucault). Phần tử cơ bản của bảo vệ khí là rơle khí mã hiệu  -22 và PЧЗ –66. 4.3. Bảo vệ quá tải Quá tải là chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp và động cơ. Quá tải máy biến áp về tổng thể thường không ảnh hưởng đáng kể đến sự làm việc 97
của hệ thống, bởi vì nó không làm giảm áp. Dòng quá tải thường tăng không nhiều so với định mức nên có thể cho phép tồn tại trong thời gian ngắn. Theo định mức nếu quá tải 1,6.Iđm thì có thể cho phép làm việc kéo dài trong thời gian 45 phút. Quá tải máy biến áp thường là đối xứng, do đó để bảo vệ quá tải thường chỉ cần sử dụng một rơle dòng cực đại đấu vào dòng một pha là đủ. Bảo vệ sẽ tác động với thời gian duy trì báo tín hiệu cho người trực trạm biết để cắt bớt phụ tải hoặc truyền tín hiệu cắt tới cắt máy cắt. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá tải được thể hiện trên hình 4.6a. Đối với máy biến áp 3 cuộn dây được cung cấp từ một phía, bảo vệ quá tải chỉ cần lắp bên phía cung cấp là đủ. Nếu công suất của các cuộn dây khác nhau thì cần phải lắp đặt thêm bảo vệ phụ bên phía các cuộn dây có công suất nhỏ hơn (hình 4.6b). Hình 4.6. Các sơ đồ bảo vệ quá tải. Bảo vệ quá tải được lắp đặt để bảo vệ các máy biến áp có công suất từ 400kVA trở lên. Đối với các máy biến áp 3 cuộn dây có hai cấp điện áp, bên phía hạ áp có hai cuộn dây thì bảo vệ được lắp đặt trên cả hai phía hạ áp. Thời gian tác động của bảo vệ thường được chọn lớn hơn 30% thời gian khởi động hoặc tự khởi động của động cơ nhận nguồn cung cấp từ máy biến áp được bảo vệ. Dòng chỉnh định của bảo vệ quá tải: 98
k at Icd  Id.b (4.23) k tv Dòng khởi động của rơle: k at .k sd I kd  Id.b (4.24) k tv .k I Trong đó: kat = 1,05 – hệ số an toàn; Iđb – dòng định mức của cuộn dây máy biến áp. Thời gian duy trì tác động thường lấy từ 79s. Bảo vệ khỏi quá tải có thể được lắp đặt để bảo vệ các động cơ truyền động cho máy mỏ khỏi bị quá tải hoặc khởi động hay tự khởi động kéo dài (thời gian khởi động trực tiếp thường không dưới 20s). Bảo vệ khi tác động có thể truyền tín hiệu sự cố nếu như quá tải nhẹ chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn cho phép, hoặc có thể truyền lệnh cắt nếu quá tải nặng xuất hiện trong thời gian dài quá mức cho phép. Để bảo vệ khỏi quá tải có thể sử dụng hình thức bảo vệ dòng cực đại đấu theo sơ đồ một rơle có thời gian duy trì phụ thuộc hoặc không phụ thuộc. Đối với động cơ không đồng bộ truyền động cho các cơ cấu phụ có thời gian khởi động và tự khởi động không vượt quá 13s, có tải trên trục thay đổi thì có thể sử dụng bảo vệ có thời gian duy trì phụ thuộc (rơle PT-82). Trong các trường hợp còn lại có thể sử dụng bảo vệ có thời gian duy trì không phụ thuộc (rơle PT-40). Thời gian duy trì của bảo vệ quá tải thường được chọn lớn hơn 20÷30% thời gian khởi động của động cơ. Thời gian duy trì cần được chuẩn xác lại trong quá trình vận hành và hiệu chỉnh động cơ. Để bảo vệ khỏi quá tải đối với các thiết bị biến đổi cũng sử dụng hình thức bảo vệ dòng cực đại theo sơ đồ một rơle đấu vào một pha của mạng. Dòng khởi động của bảo vệ cũng được xác định theo biểu thức (4.25), trong đó dòng định mức (Iđ.m) là giá trị nhỏ nhất từ hai giá trị định mức của trạm kéo và thiết bị biến đổi quy về phía cao áp. Để chuyển từ dòng chỉnh lưa (Id) sang phía cao áp (I1) có thể sử dụng công thức sau đây: 99
k i .U dx Ir  Id (4.25) k u .U1 Trong đó: ki và ku- các hệ số đặc trưng cho sơ đồ của thiết bị biến đổi; Udx và U1- tương ứng là điện áp chỉnh lưu ở chế độ không tải và điện áp pha bên phía sơ cấp của trạm chỉnh lưu; Id – giá trị trung bình của dòng tải chỉnh lưu. 4.4. Ví dụ và bài tập 4.4.1. Ví dụ Hãy tính toán bảo vệ khoảng cách cho đường dây 35kV như hình vẽ. Biết đoạn AC dài l1=24 km được làm bằng dây dẫn có mã hiệu AC-120; đoạn CD dài l2=35 km làm bằng dây AC-150, dòng điện chạy trên đoạn dây AC là IAC=185A và trên đoạn BC là IBC=124 A. Giải: Trước hết căn cứ vào mã hiệu dây dẫn ta tra bảng 4PL xác định các giá trị điện trở, điện kháng và tổng trở của các đoạn dây. Đoạn Dây dẫn, km Suất điện trở, điện kháng, tổng Z,  dây trở; /km AC AC-150 35 0,21 0,391 0,444 15,53 CD AC-120 24 0,27 0,391 0,481 11,54 Dòng điện chạy trên đoạn dây CD: ICD= IAC+ IBC= 124+185= 309A Chọn máy biến điện áp có Un1=35kV và máy biến dòng điện có In1=400A, từ đó các hệ số biến điện áp và biến dòng điện: Un1 35.103 nu    350 Un2 100 100
I n1 400 ni    80 In 2 5 I BC 124 Hệ số phân dòng: k P  1   1  1,67 I AC 185 Tổng trở của đường dây AD có tính đến ảnh hưởng của hệ số phân dòng ZAD= ZAC+ kP.ZCD= 11,54+1,68.15,53= 37,49  Tổng trở khởi động tính toán của rơle ni 80 Z KdR  k1.Z AD  0,85.37, 49  7, 28 nu 350 Tổng trở đặt của rơle: Zd.R= 7 Tổng trở khởi động thực tế của bảo vệ khoảng cách nu 350 Zkd.B  Zd.R .  7.  30,63 ni 80 Độ nhạy của bảo vệ khoảng cách vùng 1 ZAD 37, 49 k nh    1, 224  1, 2 Z kd.B 30,63 Vậy độ nhạy đảm bảo yêu cầu. 4.4.2. Bài tập Bài tập 1: Hãy tính toán bảo vệ khoảng cách đặt tại điểm A ở đường dây 110 kV (có xét đến điện trở quá độ) với sơ đồ trên hình vẽ. Công suất ngắn mạch trên thanh cái A là SN.HT=1580MVA; hệ số an toàn Kat=1,2; hệ số mở máy trung bình Kmm=1,65; khoảng cách trung bình giữa các dây dẫn là a=5,5 m; tốc độ gió lớn nhất của môi trường xung quanh là V=26 m/s; thời gian tác động của bảo vệ nhanh nhất là t1=0,03 s, phân cấp thời gian các bảo vệ tiếp theo là t=0,4s. Số liệu của các đoạn dây dẫn cho trong bảng sau: 101
Đoạn dây AB B1C B2D l, km 136 84 105 Dây dẫn ACO, 450 ACO, 300 ACO, 240 r0, /km 0,06 0,10 0,12 x0, /km 0,4 0,4 0,4 Máy biến áp TPДH.80000/220 TPДH.63000/220 Ghi chú: Bảng thông số kỹ thuật của máy biến dòng loại 4MA76 do hãng SIEMENS chế tạo IS(A) 100 200 400 800 1000 1500 IT(A) 5 5 5 5 5 5 Bài tập 2: Hãy tính toán bảo vệ khoảng cách cho đường dây 110kV trên sơ đồ như hình A 110 kV MCA B MCB C lAB lBC N vẽ. I Biết dòng điện chạy trên đường dây là I=320A, suất điện trở của đường dây r0=0,45/km, thời gian tác động của bảo vệ vùng 1 là 0,3 s, thời gian dự trữ t=0,45 s; lAB=76km; lBC=92km. Bài tập 3: Hãy tính toán bảo vệ khoảng cách cho đường dây 22kV như hình vẽ. Biết đoạn AC dài l1=11,5km được làm bằng dây dẫn có mã hiệu AC-95; đoạn CD dài l2=13,2km làm bằng dây AC-120, dòng điện chạy trên đoạn dây AC là IAC =127A và trên đoạn BC là IBC= 96,4 A. Bài tập 4: Hãy tính toán bảo vệ cho đường dây 220 kV với sơ đồ cho trên hình vẽ. Công suất ngắn mạch trên thanh cái A của hệ thống là SN.HT= 2140MVA; hệ số an toàn kat=1,2; hệ số mở máy trung bình kmm=1,5; khoảng cách trung bình giữa các dây dẫn là a= 7m. Tốc độ gió lớn nhất của môi trường xung quanh là v= 5 m/s, thời gian 102
tác động của bảo vệ nhanh nhất là t1= 0,04s; phân cấp thời gian của các bảo vệ tiếp theo là t= 0,5s. Số liệu của các đoạn dây cho trong bảng sau: Đoạn dây AB B1 C B2D B3 E l, km 128 86 95 135 Dây dẫn ACY,450 ACY,240 ACY,240 ACY,300 r0, /km 0,06 0,12 0,12 0,1 x0, /km 0,42 0,424 0,424 0,43 Máy biến áp TДΓ.40000/220 TДΓ.60000/220 TДΓ.70000/220 Câu hỏi ôn tập chương 4 Câu 1: Hãy trình bày nguyên lý tác động của bảo vệ khoảng cách? Câu 2: Hãy trình bày phương pháp xác định tham số của các vùng bảo vệ khoảng cách 3 cấp? Câu 3: Trình bày sơ đồ thực hiện bảo vệ khoảng cách? Câu 4: Hãy trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy của bảo vệ khoảng cách? Câu 5: Hãy đánh giá bảo vệ khoảng cách và phạm vi ứng dụng của bảo vệ khoảng cách? Câu 6: Trình bày sơ đồ thực hiện bảo vệ quá tải? 103
Chương 5 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ 5.1. Khái niệm chung Tần số là một trong nhưỡng tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng. Tốc độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp. Tấn số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức. Do vậy và do một số nguyên nhân khác, tần số luôn được giữ ở định mức. Đối với hệ thống điện Việt nam, trị số định mức của tần số được quy định là 50Hz. Độ lệch cho phép khỏi trị số định mức là ± 0,1Hz. Việc sản xuất và tiêu thụ công suất tác dụng xảy ra đồng thời. Vì vậy trong chế độ làm việc bình thường, công suất PF do máy phát của các nhà máy điện phát ra phải bằng tổng công suất do các phụ tải tiêu thụ Ptt và công suất tổn thất Pth trên đường dây truyền tải và các phần tử khác của mạng điện, nghĩa là tuân theo điều kiện cân bằng công suất tác dụng: PF = Ptt + Pth = PPT (5.1) với PPT - phụ tải tổng của các máy phát. Khi có sự cân bằng công suất thì tần số được giữ không đổi. Nhưng vào mỗi thời điểm tùy thuộc số lượng hộ tiêu thụ được nối vào và tải của chúng, phụ tải của hệ thống điện liên tục thay đổi làm phá hủy sự cân bằng công suất và làm tần số luôn biến động. 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 nước đưa vào tuốc-bin. Khi thay đổi lượng hơi hoặc nước vào tuốc-bin, công suất tác dụng của máy phát cũng thay đổi. 5.2. Điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các máy phát làm việc song song Bộ điều chỉnh tốc độ quay sơ cấp, cũng như thiết bị điều chỉnh tần số thứ cấp 104
có thể có 2 dạng đặc tính điều chỉnh: độc lập và phụ thuộc. Bộ điều chỉnh có đặc tính độc lập duy trì tốc độ quay n hay tần số f của hệ thống không đổi khi phụ tải của máy phát thay đổi từ không tải đến định mức. Nhược điểm của dạng điều chỉnh này là không thể cho một số máy phát làm việc song song vì sự phân phối phụ tải giữa chúng không xác định. Nếu 2 máy phát có đặc tính điều chỉnh độc lập làm việc song song với nhau, thì ở tần số định mức mỗi máy sẽ có một phụ tải nhất định nào đó, còn khi tần số giảm xuống cả 2 bộ điều chỉnh đều tác động tăng tải cho máy phát của mình nhằm để khôi phục tần số. Trong trường hợp này, các máy phát được tăng tải hoàn toàn tùy tiện và thậm chí một máy phát có bộ điều chỉnh nhạy hơn sẽ nhận hết tất cả phần phụ tải tăng thêm, còn máy phát kia không được tăng tải, hoặc chỉ bắt đầu tăng tải khi nào phụ tải của máy phát thứ nhất đạt giá trị cực đại mà tần số vẫn không được khôi phục. Việc áp dụng bộ điều chỉnh tốc độ quay có đặc tính phụ thuộc cho các máy phát làm việc song song sẽ đảm bảo sự làm việc ổn định của chúng và sự phân phối phụ tải định trước. Hệ số phụ thuộc đặc trưng cho độ dốc của đặc tính điều chỉnh (hình 5.1): f S  tg (5.2) P Biểu diển hệ số phụ thuộc trong đơn vị tương đối (đối với tần số định mức fdm và công suất định mức Pdm của máy phát), ta có: f Pdm S*  . (5.3) f dm P f Pdm Hay S%  . .100 (5.4) f dm P Nếu các máy phát làm việc song song có đặc tính điều chỉnh phụ thuộc thì độ thay đổi công suất tác dụng tổng sẽ được phân phối giữa chúng tỷ lệ nghịch với hệ số phụ thuộc của mỗi máy (Hình 5.2). Thay đổi độ dốc của đặc tính có thể đảm bảo phần đóng góp cần thiết của máy 105
phát trong việc điều chỉnh phụ tải của nhà máy điện. Nhược điểm của dạng điều chỉnh theo đặc tính phụ thuộc là không thể duy trì không đổi tần số của hệ thống. f kt  2 f dm 1 f f' P2 P1 P2' P2" P1' P1" Hình 5.1. Sự phân phối công suất tác dụng giữa các máy phát làm việc song song 5.3. Tự động giảm tải theo tần số (TGT) 5.3.1. Ý nghĩa và các nguyên tắc chính thực hiện TGT Khi xảy ra sự thiếu hụt công suất tác dụng làm giảm thấp tần số trong hệ thống điện, nếu còn công suất tác dụng dự trữ thì hệ thống điều chỉnh tần số và công suất đã xét ở trên sẽ hoạt động để duy trì được mức tần số định trước. Tuy nhiên, sau khi huy động toàn bộ công suất tác dụng dự trữ có thể có trong hệ thống điện nếu tần số vẫn không được khôi phục, thì biện pháp duy nhất có thể áp dụng lúc ấy là cắt bớt một số phụ tải ít quan trọng nhất. Thao tác đó được thực hiện nhờ một thiết bị tự động hóa có tên gọi là Thiết bị tự động giảm tải theo tần số (tgt). Cần lưu ý rằng, tác động của TGT luôn luôn liên quan đến những thiệt hại về kinh tế. Dầu vậy, TGT vẫn được áp dụng rộng rãi trong hệ thống điện. Mức độ giảm thấp tần số không những phụ thuộc vào lượng công suất thiếu hụt, mà còn phụ thuộc vào tính chất của phụ tải. Các dụng cụ chiếu sáng và các thiết bị khác có phụ tải thuần tác dụng thuộc về nhóm các hộ tiêu thụ có công suất tiêu thụ không phụ thuộc vào tần số, khi tần số giảm công suất tiêu thụ vẫn giữ không đổi. Một nhóm các hộ tiêu thụ khác như động cơ điện xoay chiều có công suất tiêu thụ giảm khi tần số giảm. Phụ tải của các hộ tiêu thụ thuộc nhóm thứ 2 được coi là có khả năng 106
tự điều chỉnh vì khi tần số giảm thấp đồng thời công suất tiêu thụ của chúng cũng bị giảm xuống. Khi thực hiện tự động giảm tải theo tần số cần tính đến tất cả các trường hợp thực tế có thể dẫn đến việc cắt sự cố công suất phát và phân chia hệ thống điện thành các phần bị thiếu hụt công suất tác dụng. Công suất thiếu hụt càng lớn thì công suất phụ tải cần cắt ra càng lớn. Để tổng công suất phụ tải bị cắt ra do thiết bị tự động giảm tải theo tần số TGT gần bằng với công suất tác dụng thiếu hụt, thiết bị TGT cần được thực hiện để cắt tải theo từng đợt, tần số khởi động của mỗi đợt cắt tải là khác nhau. Hình 5.2. Sự thay đổi tần số khi thiếu hụt công suất tác dụng I khi không có TGT II khi có TGT Hình 5.2 là đường cong biễu diễn quá trình thay đổi tần số khi đột ngột xuất hiện thiếu hụt công suất tác dụng. Nếu trong hệ thống không có thiết bị TGT, do tác dụng tự điều chỉnh của phụ tải và tác động của bộ điều chỉnh tốc độ quay tuốc- bin nên tần số sẽ ổn định ở một giá trị xác lập nào đó (Đường I). Để khôi phục tần số về giá trị định mức, cần cắt tải bằng tay. Quá trình thay đổi tần số khi có thiết bị TGT sẽ diễn ra theo đường II. Giả sử thiết bị TGT có 3 đợt cắt tải với tần số khởi động của đợt là: 48; 47,5; 47 Hz. Khi tần số giảm xuống đến 48Hz (điểm 1) thì đợt 1 tác động cắt một phần phụ tải, nhờ vậy giảm được tốc độ giảm thấp tần số. Khi tần số tiếp tục giảm xuống đến 47,5Hz (điểm 2) thì đợt 2 tác động cắt thêm một số phụ tải, sự thiếu hụt công suất và tốc độ giảm 107
thấp tần số được giảm nhiều hơn. Ở tần số 47 Hz (điểm 3), đợt 3 tác động cắt một công suất phụ tải không những đủ để chấm dứt tình trạng giảm tần số mà còn đủ để khôi phục tần số đến hay gần đến giá trị định mức. Cần lưu ý là nếu lượng công suất thiếu hụt ít, thì có thể chỉ có đợt 1 hoặc chỉ có đợt 1 và đợt 2 tác động. Ngoài các đợt tác động chính, thiết bị tự động giảm tải theo tần số cần phải có một đợt tác động đặc biệt để ngăn ngừa hiện tượng “tần số treo lơ lửng”. Hiện tượng này có thể sinh ra sau khi các đợt chính tác động nhưng tần số vẫn không trở về giá trị gần định mức mà duy trì ở một giá trị nào đó thấp hơn định mức. Tần số khởi động của đợt tác động đặc biệt vào khoảng 47,5 đến 48 Hz. Tác động của thiết bị TGT phải phối hợp với các loại thiết bị tự động hóa khác trong hệ thống điện. Ví dụ như, để thiết bị TGT tác động có kết quả, các hộ tiêu thụ đã bị cắt ra khi tần số giảm thấp không được đóng lại bởi thiết bị TĐL hoặc TĐD. 5.3.2. Ngăn ngừa TGT tác động nhầm khi tần số giảm ngắn hạn Khi mất liên lạc với hệ thống (cắt cả 2 đường dây nối với hệ thống hoặc cắt máy biến áp B1 trong sơ đồ hình 5.4), các hộ tiêu thụ điện nối vào phân đoạn I thanh góp hạ áp của trạm sẽ bị mất điện. Sau một thời gian ngắn nhờ tác động của các thiết bị tự động hóa như TĐL đường dây hoặc TĐD máy cắt phân đoạn, nguồn cung cấp lại được khôi phục cho các hộ tiêu thụ. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian đó các hộ tiêu thụ của trạm có thể bị cắt ra bởi tác động nhầm của thiết bị TGT. Tình huống này xảy ra là do sau khi mất nguồn cung cấp, điện áp trên thanh góp trạm có máy bù đồng bộ hoặc động cơ không bị mất ngay mà duy trì trong một thời gian nào đó do quán tính. Các động cơ không đồng bộ có thể duy trì điện áp trên thanh góp trạm vào khoảng 40 ÷ 50% điện áp định mức trong vòng 1 giây, còn máy bù và động cơ đồng bộ duy trì điện áp cao hơn trong khoảng vài giây. Tốc độ quay của các máy bù và động cơ đồng bộ lúc này bị giảm thấp, nên tần số của điện áp duy trì cũng bị giảm xuống và TGT nối vào điện áp đó có thể tác động nhầm cắt các hộ tiêu thụ trước khi TĐL và TĐD kịp tác động. 108