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

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

8.3 Cách chọn U_Rvà I_Rđưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

giữa các pha

8.4 Cách chọn U_Rvà I_Rđưa 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

8.7 Đánh giá bảo vệ khoảng cách

Company

LOGO

GV : ĐẶNG TUẤN KHANH

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

Z_R Z_kd

Bảo vệ khoảng cách cần các tín hiệu là dòng điện, điện áp và góc

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

hiệu trên, tác động khi:

kính Z_kd Đặc tính tác động vô hướng

Rơle tổng trở có hướng dùng phổ biến là loại thêm cuộn dây

cường độ phụ quấn lên trên lõi thép. Từ thông phụ ngược chiều với

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

phép tiếp điểm đóng lại. Khi dòng điện ngược lại thì từ thông phụ

cùng chiều từ thông điện áp nên khóa lại.

Z_R Z_kd

Khi bình thường, điện áp rơle gần điện áp định mức và dòng qua

rơle là dòng tải cho nên tổng trở rơle đo có giá trị lớn và rơle không

tác động.

Tùy theo tương quan giữa từ thông phụ và từ thông điện áp

mà tâm hình tròn di chuyễn khỏi góc tọa độ. Loại phổ biến là có

cung tròn đi qua góc tọa độ đặc tính MHO. Góc nhạy nhất

khoảng 60⁰đến 85⁰

Khi NM điện áp giảm còn dòng tăng cao cho nên tổng trở

rơle đo được nhỏ nên rơle tác động.

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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.2. Đặc tuyến khởi động

Z_kd z_kde ^j

jX

R

Hình tròn:

Mho:

Hình tròn:

Z_kd z_kde ^j

R

Z_kd z_kdmcos(_CR_R)

Z_R Z_b Z_R Z_d 2a  2z_cRm

Elip:

Z_CR1 Z_CR2

Z_CR1 Z_CR2

Lệch tâm:

Điện kháng:

Z_R



 0

2

R

Z_kd jx_kd jz_Ckdsin  jx_Ckd const

Z_DZ R_DZ jX _DZ (0.17  j0.4).L_DZ

 0.43 L 67⁰

Đa giác: Thực tế thường dùng, dùng kỹ thuật vi xử lý





DZ

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

5

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

6

8.2. Đặc tuyến khởi động

Z_R Z_b Z_R Z_d 2a  2z_cRm

jX

Hình MHO:

Hình Elip:

Z_kd z_kdmcos(_CR_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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.2. Đặc tuyến khởi động

jX

Hình Điện Kháng:

Hình Elip:

R

Z_kd jx_kd 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 U_Rvà I_R

Phân tích sự cố NM ba pha:

(3)

NM

CT

VT

I_R 3I

RƠLE

21A

21B

I_R

U_R

I_A-I_B

I_B-I_C

I_C-I_A

U_AB

U_BC

U_CA

(3)

U_R 3U_P 3.I .Z

NM

21C

U_R

Z_R

 Z

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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.3. Chọn U_Rvà I_R

400 : 5

2000 A

Phân tích sự cố NM hai pha B-C:

A

B

C

(2)

NM

I_RB I_B I_C 2I

Rơ le B:

25A

(2)

U_RB U_BC 2.I .Z

NM

U_RB

I_RB

Z_RB



 Z

U _A 0  I_{NM A}.Z

U_B 0  I_{NM B}.Z

Rơle B tác động đúng

Bảo vệ rơ le và tự độ

13

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

14

8.3. Chọn U_Rvà I_R

400 : 5

2000 A

Phân tích sự cố NM hai pha B-C:

A

B

C

(2)

NM

I_RA I_A I_B I

Rơ le A, C:

(2)

NM

25A

I_RC I_C I_A I

U_RA U_BC

U_RC U_BC

U_R

Rơle A, C không tác động

U _A 0  I_{NM A}.Z

U_B 0  I_{NM B}.Z

Z_RA

Z_RC



 Z

I_R

U_R

I_R

Tương tự khi có sự cố NM hai pha

chạm đất.

Bảo vệ rơ le và tự độ

15

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

16

BV rơle và tự động hóa

GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

4

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.4. Chọn U_Rvà I_R

8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp

21N

Vùng bảo vệ:

CT

VT

RƠLE

21N-A

21N-B

21N-C

I_R0

U_R0

U_A

U_B

U_C

Vùng I: 80 – 90% đường dây được bảo vệ

I_A+ 3k_CI₀

I_B+ 3k_CI₀

I_C+ 3k_CI₀

Vùng II: Hoàn toàn đường dây được bảo vệ và 50% đường

dây kề sau có tổng trở nhỏ nhất

Z_L0 Z_L1

3Z_L1

Vùng IIIF: 120% (đường dây được bảo vệ + đường dây kề

sau có tổng trở lớn nhất)

K_C

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

C

B

A

1 Ω

100A

15Ω

20 Ω

60 Ω

Bảo vệ cấp I

Bảo vệ cấp II

Bảo vệ cấp III

45 Ω

1 Ω

D

21

100A

20 Ω

60 Ω

21

150A

100A

Isc = 200A

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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Cấp I

Cấp II

k_at

Z_k^I_d k_atZ

II

kd

 k_a^'_t(Z₁

Z₂^I)

Tổng trở khởi động:

Z

Tổng trở khởi động:

Độ nhạy:

k_pd

Thời gian tác động: gần bằng không

Vùng bảo vệ: khoảng (80% - 90%) Z

II

kd

Z

k_nh



 1.2

Z₁

Độ nhạy không thỏa phải chọn phối hợp với cấp II kề sau nó

k_at

II

kd

Z

 k_a^'_t(Z₁

Z₂^II)

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_{lamviec min}

III

kd

Tổng trở khởi động

Z



Thời gian tác động:

k_atk_tvk_mm

t₁^II t₁^I t

U_min

3.I_lvmax

Z_{lamviec min}



;U_min (0.9  0.95).U_dm

t₁^II t₂^II t

t₁^III t₂^III t

Vùng bảo vệ:

Thời gian tác động:

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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Cấp III

Qui về phía thứ cấp

Độ nhạy:

III

kd

k_sdBU.U

U_R

Z

Điện áp vào rơle:

k_nh



 1.5

n_BU

Z₁

k_sdBI.I

I_R

Dòng điện vào rơle:

Tổng trở rơle đo:

n_BI

Vùng bảo vệ:

n_BIk_sdBU

Z_kdR



Z_kd

n_BUk_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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng góc pha đZ

Ảnh hưởng R quá độ

Khi NM ba pha thông qua điện trở quá độ R_qdnên tổng trở đặt

vào rơle tăng thêm một lượng Ra: Z_R= Z_L+ R_a

Góc chỉnh định của rơle thường lấy bằng góc pha đường dây. Do

nhiều nguyên nhân (nhiệt độ, chọn nấc rơle, tính toán) nên 2 góc này

sẽ không bằng nhau. Khi đó:

Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ R_qdnên tổng trở đặt

vào rơle tăng thêm một lượng 0.5Ra:

_tacdongR _kdRcos(_kdR_duongday

)

.

Như vậy Z_tacdongR< Z_khoidongRcó nghĩa là vùng tác động bị kéo dài

ra so với trị số đặt và bảo vệ tác động vượt quá vùng chỉnh định, ta

gọi đó là quá tầm.

U_R2I_NMZ_LI_NM

R

a

1

Z_R



 Z_L R

a

.

2

I_R

2I_NM

Mức độ quá tầm tính theo phần trăm:

Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm

1

k_quatam%  100%(

1)

Z_tacdongR> Z_khoidongR

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

Tổng quát:

Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ R_qdvới mạng 2 nguồn

Z_R 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

Z_tacdongR> Z_khoidongR

(Z_kd kR_a)

k_duoitam% 100%(

1)

I_k

Z_kd

k 

I_G

kR_a

~

100%(

)

Z_kd

R_a

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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng sự phân dòng

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

nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm.

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

nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm.

Ví dụ:

I_kA

Mức độ quá tầm tính theo phần trăm:

~

(Z_kd k_pdZ_Lkesau

)

k_pdR_Lsau

Z_kd

I_k

I_kB

k_duoitam% 100%(

1) 100%(

)

~

Z_kd

k_pdZ_Lkesau

Gay ra hiện tượng dưới tầm

(Z_kd k_pdZ_{L 2}

k_quatam% 100%(

)

Z_kd

)

k_pdZ_L2

Z_kd

k_duoitam%  100%(

1)  100%(

)

Z_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

nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm.

Xét hệ thống có điện áp U_Svà tổng trở Z_Scấp cho đường dây

được bảo vệ Z_L, khi xảy ra NM trên đường dây ta có:

Ví dụ:

I_k

.

U _S

1

U _R%  I _RZ_L

Z_L

U _S

I_kA

Z_S Z_L

1 SIR

~

Z_S

system impedance ratio

SIR 

Z_L

Gay ra hiện tượng quá tầm

k_pdZ_L2

k_quatam%  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

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 Z_Rvà góc pha φ_Rvà 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

bằng tổng số các tổng trở của đường dây và MBA.

Đối với BI cần kiểm tra đường cong bội số giới hạn. (Kiểm tra

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

và thứ cấp của MBA khác nhau về trị số và góc pha.

Đối với BU cần chọn dây nối đủ tiết diện để tránh sụt áp lớn làm

ảnh hưởng đến giá trị và góc pha của U_R

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

37

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

38

Ảnh hưởng dao động điện

Dao động là trạng thái mất đồng bộ giữa hai nguồn điện hoặc hai

bộ phận chứa nguồn trong hệ thống điện. Xét hai nguồn G và H có

Bảo vệ không tác động khi có dao động.

Để bảo vệ không tác động ta cần thực hiện:

sức điện động E_Gvà E_Hthông qua đường dây L có kháng điện x_L.

x_{MF 2}

x_{MF 1}

x_dd

MC

Chọn đặc tuyến khởi động không chứa tâm dao động (cấp I)

E1

E₂

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

MF1

M

Khóa tự động khi có dao động, dựa vào tốc độ thay đổi tổng

trở. Khi dao động tốc độ thay đổi tổng trở chậm hơn so với ngắn

mạch

E₁

ΔE

E

X_GH



2



2

δ

I_dd



sin  I_{dd max}sin

E₂

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

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng tụ bù dọc

Với đường dây dài cao áp và siêu cao áp người ta thường lắp bộ

tụ nối tiếp vào đường dây (tập trung hoặc phân tán theo chiều dài

đường dây) để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn thất.

Để ngăn việc tác động sai thì khi xảy ra NM ta cần nối tắc tụ điện

lại để trở lại bình thường tuy nhiên cần trì hoãn lại tác động khoảng

0.1s – 0.15s.

Đặc trưng của mức độ bù dọc là hệ số k_C. k_Clà tỷ số của X_Cbù

dọc và X_Lcủa đường dây (thường vào khoảng 0.25 đến 0.7). Ở Việt

Nam thì k_C= 0.6.

Ở các bộ tụ điện bù dọc hiện đại, người ta sử dụng hệ thống bảo

vệ bằng điện trở phi tuyến, khe phóng điện và máy cắt đấu song song

với bộ tụ. Khi có NM tùy theo điểm sự cố (độ lớn dòng NM) và thời

gian tồn tại sự cố mà các thiết bị này sẽ làm việc và nối tắc bộ tụ.

Khi bù dọc thì ảnh hưởng đến rơle khoảng cách vì khi có NM sau

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

động được. Điều này có thể làm cho bảo vệ trước đó tác động sai

B

A

X_CA

R_L, X _L

X_CB

Thông thường thì tụ bù dọc được đặt tại thanh cái các trạm

B

A

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

B

A

X_CA

R_L, X _L

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

thể bỏ qua thành phần này khi cài đặt rơle.

2

3

1

X

Hỗ cảm gay sai số đo lường nên có thể gay quá tầm hoặc dưới

Z₁^II

B

tầm

Z₁^I

A

R

Z₃^I

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

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

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