Bài giảng Bảo vệ rơle - Chương 1: Khái niệm chung về bảo vệ rơle trong hệ thống điện (relays protection in electric system)

BÀI GIẢNG CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HTĐ. (RELAYS PROTECTION IN ELECTRIC SYSTEM) CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HTĐ. (RELAYS PROTECTION IN ELECTRIC SYSTEM)KHÁI NIỆMLỊCH SỬVÙNG BẢO VỆCÁC YÊU CẦU CƠ BẢNPHÂN LOẠIKÝ HIỆUNGUỒN LÀM VIỆC1. KHÁI NIỆM: (CONCEPT) 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 không sự cố tiếp tục làm việc bình thường. BVRL Là một thiết bị tự động ghi nhận và phản ứng đối với các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong HTĐ (cắt các MC hoặc báo tín hiệu tuỳ theo mức độ trầm trọng).1.1 SỰ CỐ: ( FAULT)CƠNHIỆTTHỦY LỰC . . .ĐIỆNCÁC PT KHÔNG ĐIỆNBỘ BIẾN ĐỔIBẢO VỆ TRỰC TIẾPCÁC DẠNG SỰ CỐ (NM)BẢO VỆ RƠ LE2. 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:  Dòng tác động không chính xác.  Phụ thuộc vật liệu, công nghệ chế tạo dây chảy.  Khó 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.  không thể thực hiện việc ghép nối và liên động với các thiết bị bảo vệ và tự động khác trong hệ thống. 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 thông, 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 19702.1 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 thông tin bằng số.  Sử dụng các linh kiện có công suất tiêu thụ rất nhỏ nên nhiệt độ bên trong thiết bị khi làm việc không cao.  Không sử dụng phần động trong mạch logic nên không có quán tính, không bị kẹt do rỉ sét, bụi.  Có khả năng kết hợp nhiều chức năng bảo vệ trong một thiết bị thay vì phải sử dụng nhiều Rơle riêng lẻ.  Không bị trôi tham số trong quá trình vận hành. Có 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 không phải cắt điện lâu khi đưa vào vận hành. Khả năng tự kiểm tra tình trạng làm việc của bản thân thiết kế. Có 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. Có khả năng hiển thị thông tin tốt cho người sử dụng chủ yếu là chương trình phần mềm vi tính. Có 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.2. Nhược điểm: Giá thành cao nên đòi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt các Rơle cũ bằng Rơle số. Rơle số đòi hỏi cấp độ dự phòng 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 không được dự phòng tốt. Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao. Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sữa chữa và nâng cấp thiết bị. Rơle số được phát triển qua 3 thế hệTHẾ 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 ). 3. Sơ đồ khối các Rơle số dùng bộ vi xử lý:UĐầu vào tương tựBiến đổi đầu vàoChuyển đổi tương tự / sốThông tin tuần tự và song songVào/RaSốGiao diện vào/ra sốBộ vi xử lýBộ nhớ RAM EPROM ROMGiao diện người sử dụngMôđun nguồnKênh số liệu / địa chỉ / đkMôđun vào/raMôđun sốThiết bị phía xaIV1V2V3NguồnDC Thông 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 thông 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. Nó so sánh với thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ xoá ghi bằng điện EEPROM. Các phép tính trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM. Toàn 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.3. VÙNG BẢO VỆ: (PROTECTIONING AREA )Giới hạn bằng thiết bị đóng 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 xaPHẠM VI, KHU VỰC MÀ 1 HỆ THỐNG BVRL CÓ NHIỆM VỤ THEO DÕI, QUẢN LÝ.Ví dụ về vùng bảo vệ:4. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN: (BASE REQUIREMENTS) THỰC HIỆN THEO CÁC TIÊU CHUẨN IEC , ANSI . . .CHỌN LỌCNHANHNHẠYTIN CẬY 4.1 CHỌN LỌC: (SELECTIVITY) Chọn lọc là khả năng của bảo vệ có 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 khó khăn. Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối:  Làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định.  Không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận. Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối:  Bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ.  Chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận. Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn 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.4.2 TÁC ĐỘNG NHANH: (QUICKLY OPERATION)  Cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch:  Hạn chế được mức độ phá hoại phần tử đó.  Giảm được thời gian trụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ.  Càng có 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 không thoả mãn yêu cầu chọn lọc). Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau, vì vậy tuỳ điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về hai yêu cầu này. Thời gian cách ly sự cố tCNM = tBV + tMC tBVtMCtCNM4.3 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 = IKDNVùng BV chínhVùng khởi động 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 trò của bảo vệ mà yêu cầu độ nhạy của nó cũng khác nhau. Các bảo vệ chính thường yêu cầu có hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5  2, bảo vệ dự phòng từ 1,2  1,5.ĐẶC TÍNH CỦA RƠ LEILVIKD10IIN4.4 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 không tác động: là mức độ chắc chắn rằng hệ thống Rơle sẽ không làm việc sai. Độ tin cậy phụ thuộc các yếu tố sau: 1. Phụ thuộc bản chất: ( I ; U ) 2. Phụ thuộc vật liệu, công nghệ 3. Phụ thuộc tổ hợp, sơ đồ 4. Độ dôi _ bảo vệ kép5. PHÂN LOẠI: (CLASSIFY)Ta có thể phân loại theo các nhóm sau:  Theo phương pháp tác động MC.  Theo nguyên tắc làm việc.  Theo đặc điểm dự phòng.PHÂN BIỆT HỆ THỐNG BVRL VÀ PHẦN TỬ RL5.1 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 KHÔNG CẦN NGUỒN  CẦN NGUỒN THAO TÁC THAO TÁC KHÓ CHỈNH ĐỊNH,  LINH HOẠT TRONG KIỂM TRA THEO DÕI VẬN HÀNH5.2 THEO NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC: (PRINCIPLE WORK)Theo nguyên tắc làm việc ta có những loại bảo vệ sau:  Bảo vệ quá dòng cực đại:  phản ứng với dòng trong phần tử được bảo vệ.  Bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá một giá trị định trước nào đó.  Bảo vệ quá dòng có hướng:  phản ứng theo giá trị dòng điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp.  Bảo vệ tác động khi dòng điện vượt quá giá trị đặt Ikđ và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.  Bảo vệ so lệch dòng điện: là bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ.  Bảo vệ khoảng cách: là loại bảo vệ dùng Rơle tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp UR vá dòng điện IR đưa vào Rơle và góc 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 có 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 đó.5.3 THEO ĐẶC ĐIỂM DỰ PHÒNG: (STANDBY CHARACTIRISTIC) Chọn lọc tương đối: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng 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 hoàn toàn xác định. Vùng khởi động , I>>50, 51Bảo vệ quá dòng có hướngBVRI + RW _ I>67Bảo vệ so lệch_BVSLBVRSL _ DI87Bảo vệ khoảng cách_BVKCBVRZ _ Z<216. KÝ HIỆU: (SYMBOL)ĐẦU VÀO: _ Tên Rơle: RI, RU, RT, RG, RZ, RTh, RSL . . . _ Cách đánh số: 1RI, 2RI . . . , 1RI1, 1RI2. . .11RI2 PHẦN TỬ RƠ LE GỒM PHẦN ĐẦU VÀO VÀ ĐẦU RAĐẦU RA: Tiếp điểmThường hở _ NO Thường kín _ NC Đóng chậm Mở chậm7. NGUỒN ĐIỆN LÀM VIỆC: (SOURE WORK) 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 có 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.1.7.1 NGUỒN THAO TÁC: Nguồn điện một chiều thường dùng ắcquy, tụ điện được nạp điện sẵn hoặc các bộ nắn dòng xoay chiều lấy nguồn từ các hệ thống tự dùng, máy biến dòng 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 việcĐộ chính xác, sai sốNguồn tín hiệu và nguồn năng lượng8. SƠ ĐỒ NỐI DÂY BI_ RL: 8.1. Sơ đồ sao hoàn toàn: IRL = If Ksđ = 1BI : YRL : YIcIbIaICIBIA1RI2RI3RI8.2. Sơ đồ sao khuyết: IRL= If Ksđ = 1BI : VRL : VIVIcIaICIBIA1RI3RI8.3. Sơ đồ tam giác: IRL = 3 If Ksđ = 3, 2, 1BI : RL : YIbIRLIcIaICIBIA1RI2RI3RI8.4. Sơ đồ số 8Hiệu dòng pha: IRL = IA - IC Ksđ = 2, 3, 1IRLIcIaICIBIARIChạm đất 2 pha tại 2 điểm khác nhau8.5.1 Hai xuất tuyến khác nhau8.5. Khả năng làm việc của các sơ đô:ö- Khi ngắn mạch tại NB, NC nếu:  Bảo vệ nối Y hoàn toàn và có 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 có một đường dây bị cắt. Điều đó không hợp lí.  Để hợp lí BI phải đặt ở các pha cùng tên. ANBNCBCIC(1,1)IB(1,1)8.5.2 Trên cùng một tuyến đường dâyCABNBNCIC(1,1), IB(1,1)IB(1,1)Khi ngắn mạch tại NB, NC nếu:  Bảo vệ nối Y hoàn toàn thì đoạn xa nguồn bị cắt vì có thời gian bé hơn.  Bảo vệ nối Y khuyết hay số 8 thì đoạn gần nguồn hơn bị cắt. Điều đó không hợp lí.