Bài giảng Bảo vệ Rơ le - Chương I: Khái niệm chung về bảo vệ rơ le trong HTĐ (Relays Protection in Electric System)

Nội dung text: Bài giảng Bảo vệ Rơ le - Chương I: Khái niệm chung về bảo vệ rơ le trong HTĐ (Relays Protection in Electric System)

1. BÀI GIẢNG CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HTĐ. (RELAYS PROTECTION IN ELECTRIC SYSTEM)
2. CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HTĐ. (RELAYS PROTECTION IN ELECTRIC SYSTEM) • KHÁI NIỆM • LỊCH SỬ • VÙNG BẢO VỆ • CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN • PHÂN LOẠI • KÝ HIỆU • NGUỒN LÀM VIỆC
3. 1. KHÁI NIỆM: (CONCEPT) BVRL Là một thiết bị tự động ghi nhận và phản ứng đối với các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc khơng bình thường trong HTĐ (cắt các MC hoặc báo tín hiệu tuỳ theo mức độ trầm trọng). • Theo dõi, phát hiện tình trạng làm việc của các phần tử:  Khi hư hỏng thì phải cách ly các phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống (cắt MC).  Khi quá tải phải báo tín hiệu. • Ngăn chặn, cách ly các phần tử bị sự cố. • Duy trì phần tử khơng sự cố tiếp tục làm việc bình thường.
4. 1.1 SỰ CỐ: ( FAULT) CÁC PT • CƠ KHƠNG ĐIỆN • NHIỆT • THỦY LỰC . . . BỘ BIẾN ĐỔI BẢO VỆ • ĐIỆN TRỰC TIẾP BẢO VỆ CÁC DẠNG SỰ CỐ (NM) RƠ LE
5. 2. LỊCH SỬ: (HISTORY) • Tiền thân là cầu chì (cầu chảy): Ưu điểm:  Kết cấu đơn giản, rẻ tiền.  Làm việc khá chắc chắn. Nhược điểm:  Dịng tác động khơng chính xác.  Phụ thuộc vật liệu, cơng nghệ chế tạo dây chảy.  Khĩ phối hợp tác động trong lưới điện phức tạp.  Chỉ tác động một lần, thời gian thay dây chảy mất điện kéo dài cho hộ tiêu thụ.  khơng thể thực hiện việc ghép nối và liên động với các thiết bị bảo vệ và tự động khác trong hệ thống.
6. • Rơle và MC ra đời:  Khắc phục được các nhược điểm của cầu chì.  Được sử dụng khá rộng rãi: Trong bảo vệ các thiết bị điện, trong bưu chính viễn thơng, thiết bị điện và điện tử gia dụng. . . Rơle được phát triển qua nhiều giai đoạn và được phân thành các loại cơ bản sau: Điện cơ, điện từ, cảm ứng. Điện tử, bán dẫn. Rơle tĩnh 1960 Rơle số 1970
7. 2.1 RƠ LE SỐ: (DIGITAL RELAYS) ƯU ĐIỂM - NHƯỢC ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ: 1. Ưu điểm: • Độ tin cậy làm việc cao do: Hạn chế được nhiễu và sai số do nguyên lý truyền thơng tin bằng số. Sử dụng các linh kiện cĩ cơng suất tiêu thụ rất nhỏ nên nhiệt độ bên trong thiết bị khi làm việc khơng cao. Khơng sử dụng phần động trong mạch logic nên khơng cĩ quán tính, khơng bị kẹt do rỉ sét, bụi. Cĩ khả năng kết hợp nhiều chức năng bảo vệ trong một thiết bị thay vì phải sử dụng nhiều Rơle riêng lẻ. Khơng bị trơi tham số trong quá trình vận hành.
8. • Cĩ khả năng tự lập trình được nên độ nhạy rất cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau. • Độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian tác động nhanh (đối với bảo vệ cắt nhanh). • Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ. • Thời gian hiệu chỉnh ngắn nên khơng phải cắt điện lâu khi đưa vào vận hành. • Khả năng tự kiểm tra tình trạng làm việc của bản thân thiết kế. • Cĩ khả năng đo lường và nối mạng phục vụ cho việc đo lường và điều khiển, giám sát và điều khiển tự động từ xa. • Cĩ khả năng hiển thị thơng tin tốt cho người sử dụng chủ yếu là chương trình phần mềm vi tính. • Cĩ chức năng ghi nhớ các sự kiện bất thường phục vụ cho việc phân tích sự cố và khả năng làm việc của hệ thống.
9. 2. Nhược điểm: • Giá thành cao nên địi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt các Rơle cũ bằng Rơle số. • Rơle số địi hỏi cấp độ dự phịng cao hơn Rơle thế hệ đời cũ, khi một thiết bị gồm nhiều chức năng bảo vệ kết hợp bị sự cố sẽ gây nhiều tác hại lớn nếu khơng được dự phịng tốt. • Địi hỏi người vận hành phải cĩ trình độ cao. • Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sữa chữa và nâng cấp thiết bị.
10. Rơle số được phát triển qua 3 thế hệ • THẾ HỆ I: Đơn giản, ít chức năng, chưa giao tiếp mạnh. • THẾ HỆ II: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp SCADA. • THẾ HỆ III: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp linh hoạt, lập trình được, giao nhập mạnh với SCADA ( TĐH - HTĐ ).
11. 3. Sơ đồ khối các Rơle số dùng bộ vi xử lý: Mơđun vào/ra Mơđun số Mơđun nguồn Thiết bị phía xa V1 Đầu Chuyển Thơng tin U Biến Nguồn vào đổi tuần tự V2 đổi đầu I tương tương DC vào và song V3 tự tự / số song Kênh số liệu / địa chỉ / đk Giao Bộ Bộ nhớ Giao Vào/Ra diện vi RAM diện Số vào/ra xử EPROM người số lý ROM sử dụng
12. • Thơng tin về đối tượng bảo vệ sẽ được đưa vào Rơle qua đầu vào tương tự và đầu vào số. Bộ phận biến đổi đầu vào lọc và khuyếch đại tín hiệu tương tự thành đại lượng phù hợp với đầu vào của bộ chuyển đổi tương tự số. Tại đây các tín hiệu tương tự sẽ được chuyển đổi thành giá trị tỉ lệ với thơng tin đầu vào. Bộ vi xử lý được đưa vào chế độ làm việc theo chương trình chứa trong bộ nhớ lập trình được EPROM hoặc ROM. Nĩ so sánh với thơng tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ xố ghi bằng điện EEPROM. Các phép tính trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM. • Tồn bộ các bộ phận phần cứng của Rơle được cung cấp nguồn bởi bộ chuyển đổi nguồn “một chiều/ xoay chiều” với các cấp điện áp khác nhau.
13. 3. VÙNG BẢO VỆ: (PROTECTIONING AREA ) PHẠM VI, KHU VỰC MÀ 1 HỆ THỐNG BVRL CĨ NHIỆM VỤ THEO DÕI, QUẢN LÝ. • Giới hạn bằng thiết bị đĩng cắt (MÁY CẮT). • Các vùng phải phủ hết HTĐ. • Các vùng phải giao nhau. • Cần phải phối hợp. • Bảo vệ chính. • Bảo vệ dự trữ : _ Tại chỗ ; _ Từ xa
14. Ví dụ về vùng bảo vệ:
15. 4. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN: (BASE REQUIREMENTS) • THỰC HIỆN THEO CÁC TIÊU CHUẨN IEC , ANSI . . . • CHỌN LỌC • NHANH • NHẠY • TIN CẬY
16. 4.1 CHỌN LỌC: (SELECTIVITY) • Chọn lọc là khả năng của bảo vệ cĩ thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp thì việc bảo đảm tính chọn lọc của bảo vệ càng khĩ khăn. • Bảo vệ cĩ độ chọn lọc tuyệt đối:  Làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hồn tồn xác định.  Khơng làm nhiệm vụ dự phịng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.
17. • Bảo vệ cĩ độ chọn lọc tương đối:  Bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ.  Chức năng dự phịng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận. • Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ cĩ độ chọn lọc tương đối, phải cĩ sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong tồn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế đến mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện.
18. 4.2 TÁC ĐỘNG NHANH: (QUICKLY OPERATION) Cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch:  Hạn chế được mức độ phá hoại phần tử đĩ.  Giảm được thời gian trụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ.  Càng cĩ khả năng giữ được ổn định HTĐ. Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải:  giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ Rơle. ( trong một số trường hợp thì khơng thoả mãn yêu cầu chọn lọc). Hai yêu cầu này đơi khi mâu thuẫn nhau, vì vậy tuỳ điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về hai yêu cầu này.
19. • Thời gian cách ly sự cố tCNM = tBV + tMC t t BV MC tCNM
20. 4.3 ĐỘ NHẠY: (SENSITIVITY) • Độ nhạy:  Đặc trưng cho khả năng phân biệt sự cố của Rơle hoặc hệ thống bảo vệ.  Được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy. Kn = IN / IKĐ • Giới hạn độ nhạy IN = IKD N Vùng BV chính Vùng khởi động
21. • Độ nhạy phụ thuộc nhiều yếu tố:  Chế độ làm việc của hệ thống (mức độ huy động nguồn ).  Cấu hình của lưới điện, dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch.  Nguyên lý làm việc của Rơle, đặc tính của quá trình quá độ trong hệ thống điện . . . • Tuỳ theo vai trị của bảo vệ mà yêu cầu độ nhạy của nĩ cũng khác nhau. Các bảo vệ chính thường yêu cầu cĩ hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5 2, bảo vệ dự phịng từ 1,2 1,5.
22. • ĐẶC TÍNH CỦA RƠ LE 1 0 ILV IKD IN I
23. 4.4 ĐỘ TIN CẬY: (REABILITY) • Độ tin cậy là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn. Người ta phân biệt: • Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rằng Rơle hoặc hệ thống Rơle sẽ tác động đúng. • Độ tin cậy khơng tác động: là mức độ chắc chắn rằng hệ thống Rơle sẽ khơng làm việc sai. • Độ tin cậy phụ thuộc các yếu tố sau: 1. Phụ thuộc bản chất: ( I ; U ) 2. Phụ thuộc vật liệu, cơng nghệ 3. Phụ thuộc tổ hợp, sơ đồ 4. Độ dơi _ bảo vệ kép
24. 5. PHÂN LOẠI: (CLASSIFY) PHÂN BIỆT HỆ THỐNG BVRL VÀ PHẦN TỬ RL • Ta cĩ thể phân loại theo các nhĩm sau: Theo phương pháp tác động MC. Theo nguyên tắc làm việc. Theo đặc điểm dự phịng.
25. 5.1 THEO PHƯƠNG PHÁP TÁC ĐỘNG MC: (CB OPERATIONING METHOD ) _TÁC ĐỘNG TRỰC TIẾP _ TÁC ĐỘNG GIÁN TIẾP • ĐƠN GIẢN • TỦ BẢO VỆ ĐỘC LẬP VỚI TBĐC • KHƠNG CẦN NGUỒN • CẦN NGUỒN THAO TÁC THAO TÁC • KHĨ CHỈNH ĐỊNH, • LINH HOẠT TRONG KIỂM TRA THEO DÕI VẬN HÀNH
26. 5.2 THEO NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC: (PRINCIPLE WORK) • Theo nguyên tắc làm việc ta cĩ những loại bảo vệ sau: Bảo vệ quá dịng cực đại:  phản ứng với dịng trong phần tử được bảo vệ.  Bảo vệ tác động khi dịng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá một giá trị định trước nào đĩ. Bảo vệ quá dịng cĩ hướng:  phản ứng theo giá trị dịng điện tại chỗ nối bảo vệ và gĩc pha giữa dịng điện đĩ với điện áp trên thanh gĩp.  Bảo vệ tác động khi dịng điện vượt quá giá trị đặt Ikđ và gĩc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.
27. Bảo vệ so lệch dịng điện: là bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dịng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Bảo vệ khoảng cách: là loại bảo vệ dùng Rơle tổng trở cĩ thời gian làm việc phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp UR vá dịng điện IR đưa vào Rơle và gĩc giữa chúng: t = f ( UR / IR , R) thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ nối bảo vệ đến điểm hư hỏng tăng lên. Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất cĩ thời gian làm việc bé nhất. Bảo vệ tần số cao: là loại bảo vệ dọc mà việc liên lạc giữa hai đầu đường dây được thực hiện bằng tần số cao (khoảng 50  300 KHz) truyền theo dây dẫn của chính đường dây đĩ.
28. 5.3 THEO ĐẶC ĐIỂM DỰ PHỊNG: (STANDBY CHARACTIRISTIC) • Chọn lọc tương đối: Ngồi nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ cịn cĩ thể thực hiện chức năng dự phịng cho bảo vệ ở phần tử lân cận. Vùng khởi động > vùng làm việc. • Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hồn tồn xác định. Vùng khởi động < vùng làm việc.
29. 6. KÝ HIỆU: (SYMBOL) • SƠ ĐỒ : _ Sơ đồ khối _ Sơ đồ nguyên lý _ Sơ đồ khai triển _ Sơ đồ thi cơng ( lắp đặt, đấu nối . . . )
30. • Ký hiệu bằng chữ theo G.O.S.T của LIÊN XƠ và đã được VIỆT NAM hĩa. • Ký hiệu bằng số theo tiêu chuẩn ANSI. • Trong phạm vi nhà trường sử dụng hệ thống ký hiệu chữ. Tên bảo vệ Ký hiệu chữ Ký hiệu số Bảo vệ quá dịng_ BVQD BVRImax _ I> , I>> 50, 51 Bảo vệ quá dịng cĩ hướng BVRI + RW _ I> 67 Bảo vệ so lệch_BVSL BVRSL _ DI 87 Bảo vệ khoảng cách_BVKC BVRZ _ Z< 21
31. 6. KÝ HIỆU: (SYMBOL) PHẦN TỬ RƠ LE GỒM PHẦN ĐẦU VÀO VÀ ĐẦU RA • ĐẦU VÀO: _ Tên Rơle: 1 RI, RU, RT, RG, RZ, RTh, 2 RSL . . . _ Cách đánh số: 1RI 1RI, 2RI . . . , 1RI1, 1RI2. . .
32. • ĐẦU RA: Tiếp điểm Thường hở _ NO Thường kín _ NC Đĩng chậm Mở chậm
33. 7. NGUỒN ĐIỆN LÀM VIỆC: (SOURE WORK) 1.7.1 NGUỒN THAO TÁC: • Nguồn điện thao tác cung cấp năng lượng cho các thiết bị bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh và báo hiệu ở nhà máy điện, trạm biến áp và các trung tâm điều độ HTĐ. • Nguồn điện thao tác cĩ thể là xoay chiều hoặc một chiều. Nguồn xoay chiều dùng trực tiếp ở các trạm nhỏ để thao tác MC với mạch bảo vệ và điều khiển đơn giản.
34. • Nguồn điện một chiều thường dùng ắcquy, tụ điện được nạp điện sẵn hoặc các bộ nắn dịng xoay chiều lấy nguồn từ các hệ thống tự dùng, máy biến dịng điện hoặc máy biến điện áp. 1.7.2 Nguồn tín hiệu đo lường: • Tín hiệu đo lường: I , U , f , • Thiết bị đo lường: BU ( PT, TU ) _ BI ( CT , TI ) • Đặc điểm làm việc • Độ chính xác, sai số • Nguồn tín hiệu và nguồn năng lượng
35. 8. SƠ ĐỒ NỐI DÂY BI_ RL: 8.1. Sơ đồ sao hồn tồn: BI : Y I = I RL f RL : Y Ksđ = 1 IA IB IC 1RI 2RI 3RI Ia Ib Ic
36. 8.2. Sơ đồ sao khuyết: IRL= If Ksđ = 1 BI : V RL : V IA IB IC 1RI 3RI Ia Ic IV
37. 8.3. Sơ đồ tam giác: IRL = 3 If BI : D Ksđ = 3, 2, 1 RL : Y IA IB IC 1RI 2RI 3RI I Ia Ib Ic RL
38. 8.4. Sơ đồ số 8 – Hiệu dịng pha: IRL = IA - IC – Ksđ = 2, 3, 1 IA IB IC RI IRL Ia Ic
39. 8.5. Khả năng làm việc của các sơ đơ:ư Chạm đất 2 pha tại 2 điểm khác nhau 8.5.1 Hai xuất tuyến khác nhau - Khi ngắn mạch tại NB, NC nếu: Bảo vệ nối Y hồn tồn và cĩ thời gian làm việc như nhau thì cả hai đường dây đều bị cắt ra. Bảo vệ nối Y khuyết hay số 8 (BI đặt ở 2 pha A và C) thì chỉ cĩ một đường dây bị cắt. Điều đĩ khơng hợp lí. Để hợp lí BI phải đặt ở các pha cùng tên.
40. A B C (1,1) IB NB (1,1) IC NC
41. 8.5.2 Trên cùng một tuyến đường dây (1,1) (1,1) (1,1) IC , IB IB A B C NC NB Khi ngắn mạch tại NB, NC nếu: Bảo vệ nối Y hồn tồn thì đoạn xa nguồn bị cắt vì cĩ thời gian bé hơn. Bảo vệ nối Y khuyết hay số 8 thì đoạn gần nguồn hơn bị cắt. Điều đĩ khơng hợp lí.