Bài giảng Bảo vệ Rơle và tự động hóa - Chương 8: Bảo vệ khoảng cách

Nội dung text: Bài giảng Bảo vệ Rơle và tự động hóa - Chương 8: Bảo vệ khoảng cách

1. 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 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 8.3 Cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch 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 Company LOGOGV : ĐẶNG TUẤN KHANH 8.7 Đánh giá bảo vệ khoảng cách Bảo vệ rơ le và tự động hóa 1 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 2 8.1. Nguyên tắc hoạt động 8.2. Đặc tuyến khởi động Bảo vệ khoảng cách cần các tín hiệu là dòng điện, điện áp và góc ZZR kd 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: Rơle tổng trở có hướng dùng phổ biến là loại thêm cuộn dây ZZ cường độ phụ quấn lên trên lõi thép. Từ thông phụ ngược chiều với R kd 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 Khi bình thường, điện áp rơle gần điện áp định mức và dòng qua phép tiếp điểm đóng lại. Khi dòng điện ngược lại thì từ thông phụ rơle là dòng tải cho nên tổng trở rơle đo có giá trị lớn và rơle không cùng chiều từ thông điện áp nên khóa lại. tác động. Tùy theo tương quan giữa từ thông phụ và từ thông điện áp Khi NM điện áp giảm còn dòng tăng cao cho nên tổng trở mà tâm hình tròn di chuyễn khỏi góc tọa độ. Loại phổ biến là có rơle đo được nhỏ nên rơle tác động. 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 3 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 4 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 1
2. SINH VIÊN: 4/22/2014 8.2. Đặc tuyến khởi động 8.2. Đặc tuyến khởi động j R Hình tròn: Zkd zkd e Hình tròn: jX j R Zkd zkd e Mho: Zkd zkdmcos( CR R ) Elip: ZR Z b Z R Z d 2 a 2 zcRm ZZZZ Lệch tâm: Z CR1 CR2 CR1 CR2 0 R 2 2 Điện kháng: R Zkd jxkd jz Ckdsin jx Ckd const Z R jX (0.17 j 0.4). L Đa giác: Thực tế thường dùng, dùng kỹ thuật vi xử lý DZ DZ DZ DZ 0.43 L 670 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 5 DZ Bảo vệ rơ le và tự động hóa 6 8.2. Đặc tuyến khởi động 8.2. Đặc tuyến khởi động jX Z Z Z Z 2 a 2 z Hình MHO: jX Hình Elip: R b R d cRm Zkd zkdmcos( CR R ) R R Bảo vệ rơ le và tự động hóa 7 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 8 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 2
3. SINH VIÊN: 4/22/2014 8.2. Đặc tuyến khởi động 8.2. Đặc tuyến khởi động jX jX Hình Điện Kháng: Hình Elip: R R Zkd jxkd jz Ckdsin jx Ckd const Bảo vệ rơ le và tự động hóa 9 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 10 8.3. Chọn UR và IR 8.3. Chọn UR và IR Phân tích sự cố NM ba pha: (3) CT VT IIR 3 NM RƠLE IR UR 21A IA-IB UAB (3) 21B IB-IC UBC UUIZR 3 P 3. NM . 21C IC-IA UCA U R ZZR I R Khi N(3) tất cả 3 rơle đều tác động đúng Bảo vệ rơ le và tự động hóa 11 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 12 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 3
4. SINH VIÊN: 4/22/2014 8.3. Chọn UR và IR 400 : 5 2000 A A Phân tích sự cố NM hai pha B-C: B (2) C IIIIRB B C 2 NM Rơ le B: 25A (2) UUIZRB BC 2. NM . U RB ZZRB UIZA 0 NM A . I RB Rơle B tác động đúng UIZB 0 NM B . Bảo vệ rơ le và tự động hóa 13 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 14 8.3. Chọn UR và IR 400 : 5 2000 A A Phân tích sự cố NM hai pha B-C: (2) B IIIIRA A B NM C Rơ le A, C: 25A (2) IIIIRC C A NM UURA BC UURC BC U R Rơle A, C không tác động UIZA 0 NM A . ZZRA I R Tương tự khi có sự cố NM hai pha UIZB 0 NM B . U R chạm đất. ZZRC Bảo vệ rơ le và tự động hóa 15 I R Bảo vệ rơ le và tự động hóa 16 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 4
5. SINH VIÊN: 4/22/2014 8.4. Chọn UR và IR 8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp 21N Vùng bảo vệ: CT VT RƠLE IR0 UR0 Vùng I: 80 – 90% đường dây được bảo vệ 21N-A IA + 3kCI0 UA 21N-B IB + 3kCI0 UB Vùng II: Hoàn toàn đường dây được bảo vệ và 50% đường 21N-C IC + 3kCI0 UC dây kề sau có tổng trở nhỏ nhất ZZ K LL0 1 Vùng IIIF: 120% (đường dây được bảo vệ + đường dây kề C sau có tổng trở lớn nhất) 3ZL1 Hệ số bù áp dụng cho đường dây truyền tải đơn Bảo vệ rơ le và tự động hóa 17 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 18 8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp 1 Ω A B C 20 Ω 15Ω 100A 60 Ω 45 Ω Bảo vệ cấp I 1 Ω D 21 100A 21 20 Ω Bảo vệ cấp II 60 Ω 150A Bảo vệ cấp III 100A Isc = 200A 21 Itc = 1A k = 0.3 Isc = 80A Itc = 1 A k = 0.3 19 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 20 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 5
6. SINH VIÊN: 4/22/2014 Cấp I Cấp II I k Tổng trở khởi động: II' at I Zkd k at Z Tổng trở khởi động: Zkd k at () Z1 Z 2 k pd Thời gian tác động: gần bằng không II Z kd Độ nhạy: knh 1.2 Z1 Vùng bảo vệ: khoảng (80% - 90%) Z Độ nhạy không thỏa phải chọn phối hợp với cấp II kề sau nó II' kat II Zkd k at () Z1 Z 2 k pd Bảo vệ rơ le và tự động hóa 21 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 22 Cấp II Cấp III Z Tổng trở khởi động III lamviec min Thời gian tác động: Zkd kat k tv k mm II I t1 t 1 t U min ZUUlamviecmin ; min (0.9 0.95). dm 3.Ilv max II II t1 t 2 t III III Vùng bảo vệ: Thời gian tác động: t1 t 2 t Bảo vệ rơ le và tự động hóa 23 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 24 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 6
7. SINH VIÊN: 4/22/2014 Cấp III Qui về phía thứ cấp Độ nhạy: III Zkd ksdBU . U knh 1.5 Điện áp vào rơle: U R Z1 nBU ksdBI . I Dòng điện vào rơle: I R Vùng bảo vệ: nBI Tổng trở rơle đo: nBI k sdBU ZZkdR kd nBU k sdBI Bảo vệ rơ le và tự động hóa 25 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 26 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 27 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 28 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 7
8. SINH VIÊN: 4/22/2014 Ảnh hưởng góc pha đZ Ảnh hưởng R quá độ Góc chỉnh định của rơle thường lấy bằng góc pha đường dây. Do Khi NM ba pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt nhiều nguyên nhân (nhiệt độ, chọn nấc rơle, tính toán) nên 2 góc này vào rơle tăng thêm một lượng Ra: ZR = ZL + Ra sẽ không bằng nhau. Khi đó: cos( ) Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt tacdongR kdR kdR duongday vào rơle tăng thêm một lượng 0.5Ra: . Như vậy ZtacdongR ZkhoidongR cos( kdR duongday ) Bảo vệ rơ le và tự động hóa 29 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 30 Ảnh hưởng R quá độ Ảnh hưởng R quá độ Tổng quát: Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd với mạng 2 nguồn ZR Z L kR a ZR Z L kR a Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm ZtacdongR > ZkhoidongR ()Zkd kR a kduoitam % 100%( 1) I k k Z kd I I G G kR ~ ~ 100%(a ) Z kd Ra I k Bảo vệ rơ le và tự động hóa 31 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 32 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 8
9. SINH VIÊN: 4/22/2014 Ảnh hưởng sự phân dòng Ảnh hưởng sự phân dòng Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường 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 dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm. nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm. Ví dụ: Ví dụ: IkA Mức độ quá tầm tính theo phần trăm: ~ ()Z k Z k R I I k % 100%(kd pd Lkesau 1) 100%( pd Lsau ) kB k duoitam ~ ZZkd kd k Z Gay ra hiện tượng dưới tầm k % 100%(pd Lkesau ) quatam Z kd ()Zkd k pd Z L2 k pd Z L 2 kduoitam %100%( 1)100%( ) ZZkd kd Bảo vệ rơ le và tự động hóa 33 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 34 Ảnh hưởng sự phân dòng Ảnh hưởng điện áp đặt vào Rơle 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 Xét hệ thống có điện áp US và tổng trở ZS cấp cho đường dây nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm. được bảo vệ ZL, khi xảy ra NM trên đường dây ta có: Ví dụ: Ik . U S 1 UIZZURS% R I kA LL ZSL Z1 SIR ~ Z SIR S system impedance ratio Z L Gay ra hiện tượng quá tầm kpd Z L2 kquatam % 100%( ) Z kd Bảo vệ rơ le và tự động hóa 35 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 36 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 9
10. 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 Đối với BI cần kiểm tra đường cong bội số giới hạn. (Kiểm tra bằng tổng số các tổng trở của đường dây và MBA. đường cong sai số 10% khi có NM ba pha trực tiếp tại cuối vùng bảo vệ) 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 Đối với BU cần chọn dây nối đủ tiết diện để tránh sụt áp lớn làm và thứ cấp của MBA khác nhau về trị số và góc pha. ảnh hưởng đến giá trị và góc pha của UR Bảo vệ rơ le và tự động hóa 37 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 38 Ảnh hưởng dao động điện Ảnh hưởng dao động điện Dao động là trạng thái mất đồng bộ giữa hai nguồn điện hoặc hai Bảo vệ không tác động khi có dao động. bộ phận chứa nguồn trong hệ thống điện. Xét hai nguồn G và H có sức điện động E và E thông qua đường dây L có kháng điện x . G H x L Để bảo vệ không tác động ta cần thực hiện: xMF 1 MC xdd MF 2 E1 Chọn đặc tuyến khởi động không chứa tâm dao động (cấp I) E2 MF1 MF2 Bảo vệ tác động với thời gian trì hoãn khoảng 1 đến 2 s (khi không gay ảnh hưởng đến tính ổn định hệ thống M Khóa tự động khi có dao động, dựa vào tốc độ thay đổi tổng E1 trở. Khi dao động tốc độ thay đổi tổng trở chậm hơn so với ngắn ΔE mạch E   δ IIdd sin dd max sin X 2 2 E GH 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 40 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 10
11. 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 Để ngăn việc tác động sai thì khi xảy ra NM ta cần nối tắc tụ điện tụ nối tiếp vào đường dây (tập trung hoặc phân tán theo chiều dài lại để trở lại bình thường tuy nhiên cần trì hoãn lại tác động khoảng đường dây) để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn thất. 0.1s – 0.15s. Đặc trưng của mức độ bù dọc là hệ số k . k là tỷ số của X bù C C C Ở các bộ tụ điện bù dọc hiện đại, người ta sử dụng hệ thống bảo dọc và X của đường dây (thường vào khoảng 0.25 đến 0.7). Ở Việt L vệ bằng điện trở phi tuyến, khe phóng điện và máy cắt đấu song song Nam thì k = 0.6. C với bộ tụ. Khi có NM tùy theo điểm sự cố (độ lớn dòng NM) và thời Khi bù dọc thì ảnh hưởng đến rơle khoảng cách vì khi có NM sau gian tồn tại sự cố mà các thiết bị này sẽ làm việc và nối tắc bộ tụ. 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 A B động được. Điều này có thể làm cho bảo vệ trước đó tác động sai X CA RXLL, X CB Thông thường thì tụ bù dọc được đặt tại thanh cái các trạm A B Bảo vệ rơ le và tự động hóa 41 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 42 Ảnh hưởng tụ bù dọc Ảnh hưởng hỗ cảm A B X CA RXLL, X CB 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 3 1 2 thể bỏ qua thành phần này khi cài đặt rơle. X B Z II Hỗ cảm gay sai số đo lường nên có thể gay quá tầm hoặc dưới 1 tầm I Z1 A R I Z3 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 43 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 44 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 11
12. SINH VIÊN: 4/22/2014 8.7 Đánh giá Ưu điểm: Đảm bảo tính chọn lọc trong mạng có cấu trúc bất kỳ Thời gian tác động vùng I nhanh (quan trọng với tính ổn định hệ thống) Có độ nhạy cao Khuyết điểm: Sơ đồ phức tạp Không tác động tức thời trên toàn bộ vùng bảo vệ Cần thiết bị khóa khi dao động điện nên càng phức tạp Bảo vệ rơ le và tự động hóa 45 Bảo vệ rơ le và tự động hóa 46 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 12