Bài giảng Bảo vệ hệ thống điện - Chương 1: Đại cương về bảo vệ

CHƢƠNG 1: ĐẠI CƢƠNG VỀ BẢO VỆ ============= 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Sự cố trong hệ thống điện (HTĐ) Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố hoặc chế độ làm việc không bình thƣờng của các phần tử. Những hỏng hóc dẫn đến sự ngừng làm việc của các phần tử HTĐ đƣợc gọi là sự cố. Trong số các sự cố thì sự cố ngắn mạch thƣờng xảy ra nhiều nhất. 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Sự cố trong hệ thống điện (HTĐ) Một số dạng sự cố thƣờng xảy ra ở các phần tử mạng điện đƣợc cho nhƣ trong bảng 1.1. 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bảng 1.1: Các dạng sự cố và chế độ làm việc không bình thƣờng của một số thiết bị trong HTĐ 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Sự cố trong hệ thống điện (HTĐ) Để duy trì sự hoạt động liên tục và bình thƣờng của HTĐ, cách tốt nhất là phải nhanh chóng cô lập các phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Nhiệm vụ này chỉ có thể đƣợc thực hiện bởi các thiết bị bảo vệ tự động, các thiết bị này hợp thành hệ thống bảo vệ (HTBV). HTBV là tổ hợp các phần tử cơ bản là các rơ-le nên còn đƣợc gọi là bảo vệ rơ-le. 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.2 Một số khái niệm về bảo vệ rơle Hiệu ứng rơ-le: là khả năng thiết bị có thể thay đổi chế độ theo bƣớc nhảy khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị nhất định. Ir I Ikđ ttv Ir U Ukđ Utv 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.3 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơ-le là:  Theo dõi và phát hiện kịp thời sự cố xuất hiện trong HTĐ.  Nhanh chóng tác động cắt các phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống.  Gửi tín hiệu đến các cơ cấu khác trong hệ thống nhƣ tự động đóng trở lại, tự động đóng dự phòng, nhằm duy trì chế độ làm việc bình thƣờng và liên tục của phần hệ thống còn lại. 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.4 Một số ký hiệu trong sơ đồ bảo vệ rơle Một số cách ký hiệu rơ-le trong bản vẽ nhƣ sau:  Ký hiệu theo chữ cái đầu của rơ-le.  Ký hiệu theo tên hãng sản xuất.  Ký hiệu theo tiêu chuẩn của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế IEC (International Electrotechnical Commission). Bảng tóm tắt nguyên tắc ký hiệu đƣợc cho trong các bảng 1.2. 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bảng 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn IEC 37-2-1979 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bảng 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn IEC 37-2-1979 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bảng 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn IEC 37-2-1979 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bảng 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn IEC 37-2-1979 1.2 CÁC PHÉP LOGIC DÙNG TRONG BẢO VỆ 1.2.1 Phép OR Phép toán logic: X = A v B v C Phép tính này biểu thị tín hiệu ra X sẽ xuất hiện ở cửa ra nếu bất cứ cửa vào nào có tín hiệu. Điều này tƣơng đƣơng với mạch nối song song các tiếp điểm rơ-le. A B C A B C + X 1.2 CÁC PHÉP LOGIC DÙNG TRONG BẢO VỆ 1.2.2 Phép AND Phép toán logic: X = A  B  C Phép tính này biểu thị tín hiệu ra X sẽ xuất hiện ở cửa ra nếu tất cả các cửa vào đều có tín hiệu. Điều này tƣơng đƣơng với mạch nối nối tiếp các tiếp điểm rơ-le. A B C + X A B C 1.2 CÁC PHÉP LOGIC DÙNG TRONG BẢO VỆ 1.2.3 Phép NO/NOT Phép toán logic: X = A Phép tính này biểu thị tín hiệu ra X sẽ xuất hiện ở cửa ra nếu ở cửa vào không có tín hiệu và ngƣợc lại. Điều này tƣơng đƣơng với mạch có tiếp điểm đóng khi không có tín hiệu vào và ngƣợc lại. NOT A X A + X 1.2 CÁC PHÉP LOGIC DÙNG TRONG BẢO VỆ 1.2.4 Phép BLOCKING Phép toán logic: X = A  B Phép tính này biểu thị tín hiệu ra X sẽ xuất hiện khi ở cửa vào có tín hiệu A và không có tín hiệu B. Phép tính này tƣơng đƣơng với phần tử nhớ. BLOCKING A X B B + X A 1.2 CÁC PHÉP LOGIC DÙNG TRONG BẢO VỆ 1.2.5 Phép TIME DELAY Phép toán logic: X = DkA Với phép logic trễ, nếu nhƣ sau khi truyền tín hiệu A tại đầu vào thì tín hiệu ra X sẽ xuất hiện với độ trễ k-giây. DELAY A X RT A + X 1.2 CÁC PHÉP LOGIC DÙNG TRONG BẢO VỆ 1.2 CÁC PHÉP LOGIC DÙNG TRONG BẢO VỆ 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ Yêu cầu đối với bảo vệ rơ-le phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Với cùng với một sự cố, trong các điều kiện khác nhau thì bảo vệ rơ-le sẽ có tác động điều khiển khác nhau. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 1) Tác động nhanh: Sự cố cần đƣợc loại trừ càng nhanh càng tốt để hạn chế đến mức tối đa thiệt hại và giữ ổn định sự hoạt động của hệ thống điện. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 1) Tác động nhanh: Bảo vệ tác động càng nhanh thì:  Đảm bảo tính ổn định làm việc song song của các máy phát trong hệ thống, làm giảm ảnh hƣởng của điện áp thấp lên các phụ tải hoạt động  Giảm tác hại của dòng ngắn mạch đến các thiết bị trong hệ thống 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 1) Tác động nhanh: Bảo vệ tác động càng nhanh thì:  Giảm xác suất dẫn đến tình trạng hƣ hỏng nặng hơn của thiết bị  Nâng cao hiệu quả thiết bị tự đóng lại 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 2) Tính chọn lọc: Tính chọn lọc là khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần hƣ hỏng khi ngắn mạch. MC6 ~ ~ MC4 MC5 BV1 MC7 MC1 MC8 MC2 BV2 BV3 MC3 N1 N2 1 2 A B C D E 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 2) Tính chọn lọc: Xét hệ thống: MC6 ~ ~ MC4 MC5 BV1 MC7 MC1 MC8 MC2 BV2 BV3 MC3 N1 N2 1 2 A B C D E 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 3) Độ nhạy: Độ nhạy là khả năng cắt sự cố với dòng điện nhỏ nhất trong vùng bảo vệ. Độ nhạy là yêu cầu cần thiết của bảo vệ rơ-le để phản ứng với các chế độ làm việc không bình thƣờng của hệ thống dù là nhỏ nhất. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 3) Độ nhạy: Để bảo vệ rơ-le làm việc tin cậy thì độ nhạy phải có giá trị lớn hơn 1, thƣờng thì knh = 1,5 – 2,0 đối với vùng bảo vệ chính và khoảng 1,2 – 1,3 đối với vùng bảo vệ dự phòng. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 4) Độ tin cậy: Độ tin cậy là khả năng bảo vệ làm việc chắc chắn trong mọi điều kiện, đối với bất kỳ sự cố nào trong vùng bảo vệ, đồng thời không tác động đối với các chế độ mà nó không có nhiệm vụ bảo vệ. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 4) Độ tin cậy: Đây là một yêu cầu rất quan trọng. Một bảo vệ nào đó không tác động hoặc tác động sai rất có thể dẫn đến hậu quả là số phụ tải mất điện tăng lên hoặc làm cho sự cố xảy ra lan tràn trong hệ thống. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 4) Độ tin cậy: Để có bảo vệ tin cậy cao thì điều quan trọng là cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số lƣợng rơ-le và tiếp xúc, cấu trúc đơn giản, chế độ và lắp đặt đảm bảo chất lƣợng, đồng thời phải kiểm tra thƣờng xuyên trong quá trình vận hành. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 5) Tính kinh tế: Các bảo vệ rơ-le phải thoản mãn các yêu cầu về kỹ thuật, đồng thời phải đảm bảo chi phí thấp nhất có thể. 1.3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢO VỆ 1.3.2 Đối với chế độ làm việc bất bình thƣờng Tƣơng tự trƣờng hợp bảo vệ ngắn mạch, các bảo vệ này cũng cần có tác động chọn lọc, nhạy và tin cậy. Riêng yêu cầu tác động nhanh là không đặt ra vì thông thƣờng các chế độ này xảy ra trong thời gian ngắn. Thời gian tác động của các bảo vệ này đƣợc xác định theo tính chất và hậu quả của chế độ làm việc không bình thƣờng. 1.4 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ Trong trƣờng hợp tổng quát, sơ đồ BV gồm 2 phần chính:  Phần đo lƣờng  Phần logic Ngoài các phần chính trên, để cung cấp nguồn một chiều cho phần đo lƣờng, phần logic, mạch tín hiện, hiển thị và cơ cấu thực hiện thì cần có nguồn thao tác. 1.4 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ MC BU Đo lường (ĐL) Mạch logic (LG) Thực hiện Nguồn thao tác Tín hiệu Hiển thị Phần đo lường Phần logic BI IR Tín hiệu từ BV khác Sơ đồ tổng quát HTBV một phần tử: 1.4 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ Phần đo lƣờng: có chức năng liên tục thu nhận thông tin về tình trạng của các phần tử đƣợc BV, ghi nhận sự xuất hiện sự cố và tình trạng làm việc không bình thƣờng, truyền tín hiệu đến phần logic. Phần đo lƣờng ghi nhận những tín hiệu của đối tƣợng đƣợc BV qua các bộ biến đổi đo lƣờng sơ cấp máy biến dòng (BI) và các máy biến điện áp (BU). 1.4 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ Phần logic: là phần tiếp nhận thông tin từ phần đo lƣờng. Nếu các giá trị, thứ tự và thông tin phù hợp với chƣơng trình định trƣớc thì nó sẽ phát tín hiệu điều khiển cần thiết (cắt MC hoặc báo tín hiệu) qua phần thực hiện.