Tài liệu Tìm hiểu và ứng dụng rơle số

LỜI NÓI ĐẦU Mục tiêu phát triển kinh tế của đất nước ta hiện nay là : Công nghiệp hoá và hiện đại hoá, phấn đấu cho dân dàu nước mạnh xã hội công bằng văn minh. Vì vậy, ngành công nghiệp điện năng có một vai trò quan trọng nhất định đòi hỏi hệ thống điện nước ta phải phát triển không ngừng cùng với những ứng dụng của thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến trên toàn thế giới. Điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong đời sống kinh tế xã hội. Việc sản xuất, truyền tải điện năng phải qua nhiều khâu, nhiều giai đoạn phức tạp, nên không thể tránh khỏi những sự cố hư hỏng. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cho các hộ tiêu thụ điện, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng rộng rãi và có hiệu lực những phương tiện bảo vệ và điều chỉnh tự động trong hệ thống. Trong các thiết bị bảo vệ này rơle là thiết bị đóng vai trò hết sức quan trọng. Cùng với sự phát triển kỹ thuật điện nói chung và các hệ thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ trong mấy năm gần đây đã có những tiến bộ và biến đổi vượt bậc. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho phép chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhậy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có hư hỏng trong mạch điện áp hoặc khi có dao động điện. Nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hỏng hóc trong các sơ đồ bảo vệ và các sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc v v. . . Do đó các thiết bị rơle bảo vệ ra đời nằm mục đích ngăn ngừa hạn chế những sự cố, hư hỏng. Đảm bảo an toàn cho người, thiết bị, không bị phá huỷ, hoặc hạn chế tới mức tối đa có thể được những thiệt hại do sự cố gây ra, duy trì sự làm việc liên tục, ổn định cho hệ thống sản suất, truyền tải tiêu thụ điện năng 1 NHỮNG YÊU CẦU VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN Ngày nay, năng lượng điện được sử dụng rộng rãi trong đời sống kinh tế xã hội. Sự biến đổi về chất lượng điện gây nhiều hậu quả không tốt tới quá trình công nghệ và tỷ lệ hư hỏng các chế phẩm cao. Có những trường hợp mất điện đột xuất, kéo dài gây những thiệt hại rất nghiêm trọng. Một hệ thống điện có chất lượng lý tưởng phải là một hệ thống có : - Điện áp 3 pha cân bằng và điện áp luôn duy trì ở mức danh định, không phụ thuộc và thời gian và phụ tải. - Tần số luôn ổn định ở mức 50Hz - Không bị mất điện đột xuất, duy trì được thời gian cung cấp điện mà người sử dụng đồng ý thoả thuận. Ta biết rằng hậu quả của việc tăng hay sụt áp đều gây tác hại. Giả sử tần số ổn định, điện áp bị tụt thì không phát huy được công suất phụ tải, gây tổn thất cao ; và điện áp tụt tới mức nào đó làm các máy quay công nghiệp ngừng hoạt động và dẫn đến hư hỏng má cùng với sản phẩm. Các phụ tải khác cũng không phát huy được công suất tối thiểu để thực hiện mục đích ban đầu. Ngược lại, khi điện áp tăng cao, các máy quay công nghiệp sẽ phát nóng do bão hòa mạch từ, các phụ tải khác phát huy quá mức cần thiết, vượt công suất chịu đựng của thiết bị cũng dẫn đến cháy và hư hỏng. Giả sử thông số điện áp ổn định, tần số thay đổi cũng gây tác hại không kém. Trước hết là hệ thống truyền tải điện, các máy quay rất phụ thuộc vào sự thay đổi tần số. Khi tần số tụt, tổng trở truyền tải cũng tụt theo gây tụt về điện áp theo độ dài của các mắt xích hệ thống tăng hạ áp. Tụt tần số làm cho các máy quay giảm tốc độ. Ngoài ra vô công hẹ thống cũng tăng theo. Khi tần số tăng cao cung làm giảm sức truyền tải, các máy quay có tốc độ cao hơn yêu cầu, đều gây phiền toái ở mức độ tăng theo chiều tăng tần số. Tuy nhiên trong thực tế không xảy ra các hiện tượng độc lập như vậy. Trong một giới hạn nào đó thì giữa tần số và điện áp cũng bị ảnh hưởng tăng giảm và gây hậu quả càng nguy hại. 2 Một yếu tố dáng chú ý là sự gian duy trì thời gian cấp điện liên tục.Các yếu tố về chất lượng điện trong thực tế chấp nhận một dung sai thay đổi. CÁC DẠNG SỰ CỐ XẢY RA TRONG LƯỚI ĐIỆN Hệ thống điện là một hệ thống có kết cấu phức tạp, có hàng triệu chi tiết cùng vận hành. Tất cả các khâu đều có thể có khả năng xảy ra hư hỏng chạm chập. Ngoài ra, môi trường cũng là yếu tố làm giảm tuổi thọ các thiệt bị nên sự cố có thể xảy ra trên các thiết bị bất cứ lúc nào. Mỗi lần xảy ra sự cố trên lưới điện sẽ gây hậu quả nghiêm trọng : hồ quang hủy hoại vật liệu cấu thành rất nhanh và còn gây cháy nghiêm trọng ; dòng điện tăng cao tới điểm ngan mạch sinh ra sức điện động làm biến dạng một số chi tiết đồng thời sinh ra nhiệt năng làm suy thoái cách điện dẫn tới cháy cách điện. Mỗi lần sự cố như vậy làm hệ thống điện mất ổn định, tần số bị thay đổi, điện áp bị tụt xuống và làm những máy quay điện 3 pha tê liệt, tất cả các quá trình sử dụng điện đều bị ảnh hưởng kèm theo những thiệt hại không lường. Ngày nay người ta đã có nhiều biện pháp hữu hiệu để hạn chế hậu quả do sự cố trên lưới điện gây ra. Trong đó biện pháp trang bị và lắp đặt các thiết bị tự động điều chỉnh, rơle bảo vệ để bảo vệ cũng như nhanh chóng bình ổn các thông số định mức về tần số và điện áp đang được sự dung rộng rãi kết hợp với việc tăng cường kiểm tra định kỳ các thiết bị vận hành. 1. Các khái niệm cơ sở về rơle bảo vệ Về mặt kinh tế, rơle bảo vệ là thiết bị TĐH được sdùng trong hệ thống điện với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra cho chủ đầu tư khi có các sự cố. Các thiệt hại này thường rất lớn, đôi khi vượt quá nhiều lần chi phí cho hệ thống bảo vệ rơle. Vì vậy hiện nay các thiết bị bảo vệ này có vai trò không thể thay thế trong quá trình vận hành hệ thống điện. Về phần mình, rơle bảo vệ ngày càng phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn về độ tin cậy như tính chọn lọc, tốc độ thao tác, độ nhạy và tính bảo đảm. 3 Về mặt kỹ thuật, rơle bảo vệ là các thiết bị tự động đóng vai trò người canh gác không biết mệt mỏi, liên tục theo dõi tình trạng làm việc của đối tượng được bảo vệ bằng cách đo lường các tham số điện và không điện của nó và phát ra các tín hiệu cảnh báo khi đối tượng chuyển sang trạng thái làm việc bất thường. Với sự tiến bộ của KHKT và công nghệ, các chức năng bảo vệ của các tủ rơle điện cơ cồng kềnh đang được thay thế dần bằng các bộ rơle số đa năng nhỏ gọn, và đây chính là đoói tượng được xem xét chính trong nội dung bản báo cáo này. 2. Những yêu cầu cơ bản về rơle bảo vệ Hệ thống rơle bảo vệ có mục đích ngăn ngừa các sự cố, đảm bảo cho thiết bị lực không bị phá hủy hoặc được hạn chế mức hư hỏng ; duy trì sự làm việc ổn định của hệ thống đồng thời bảo đảm tách chọn lọc phần tử sự cố mà không gây ảnh hưởng tới các hộ tiêu thụ điện. • Tính chọn lọc của bảo vệ rơle chính là năng lực của bảo vệ chỉ cắt những máy cắt nằm sát trực tiếp nơi xảy ra sự cố để tách riêng phàn sự cố ra khỏi hệ thống điện, duy trì nguồn cấp cho những phần không sự cố. Cắt chọn lọc là điều kiện cơ bản của bảo vệ rơle vì hiệu quả của nó là duy trì sự cấp điện bình thường cho các hộ tiêu thụ điện, trừ các hộ nằm trong phạm vi trực tiếp của sự cố. • Hệ thống rơle phải tác động nhanh Ngắn mạch giẫư các pha trên hệ thống điện là sự cố nguy hiểm nhất. Dòng ngắn mạch rất lớn có thể làm hư hỏng cách điện hoặc thậm chí hư hỏng các thiết bị dẫn tới những hậu quả nghiêm trọng gây thiệt hại lớn vè kinh tế và kỹ thuật. Vì thế dập tắt nhanh sự cố là yêu cầu quan trọng của bảo vệ. Tuy nhiên trong thực tế vẫn có một khoảng thời gian trễ khi cắt điện, đó là khoảng thời gian tác động của rơle và máy cắt. • Độ nhạy của bảo vệ 4 Khi phát hiện sự cố, rơle phải tác động dứt khoát, bảo đảm tiếp điểm của nó phải tiếp xúc chắc chắn. Bản thân rơle chỉ tác động khi tín hiệu đo được vượt quá ngưỡng đặt khi mà sức từ động lớn hơn hẳn lực cảc của nó. • Độ tin cậy của bảo vệ Bản thân rơle được cấu thành từ rất nhiều phần tử, bất kể phần tử nào hư hỏng cũng làm te lệi hệ thống bảo vệ. Vì vậy, độ tin cậy bảo vệ là khả năng làm việc hoàn hảo của tất cả các phần tử nằm trong mạng lưới của hệ thống bảo vệ. Mộy hệ thống tin cậy là hệ thống tác động chính xác khi có sự cố nằm trong vùng bảo vẹ của nó. Độ tin cậy của bảo vệ phụ thuộc vào những yếu ttó sau đây : - Độ phức tạp của mạng lưới bảo vệ - Quy chế bảo dưỡng và vận chuyển thiết bị trước khi lắp đặt - Quy chế bảo dưỡng kỹ thuật 3. Các phần tử tham gia trong hệ thống rơle bảo vệ : - Máy cắt điện - Rơ le trung gian đầu ra - Hệ thống nguồn tự dùng (một, xoay chiều) - Biến dòng đo lường - Biến áp đo lường - Cáp điều khiển cộng với các đầu nối - Các loại rơle dòng điện - Các rơle điện áp - Các rơle trung gian - Các rơle thời gian - Các rơle tổng trở - Các rơle so lệch - Các rơle ga và dòng dầu - Hệ thống hiện thị tín hiệu 5 Trong đó, 2 thiết bị đầu tiên là những thiết bị bắt buộc đối với bất kỳ hệ thống bảo vệ nào. 4. Các loại bảo vệ cơ bản Như ta đã biết, có 4 yêu cầu cơ bản đối với các bảo vệ rơle, đó là : o Tính chọn lọc o Tác động nhanh o Độ nhạy o Tính bảo đảm BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN (QDĐ) a) Nguyên tắc tác động Khi xẩy ra ngắn mạch , dòng điện trọng sự cố tăng lên . Nhờ rơle dòng điện mắc vào phần tử được bảo vệ , bảo vệ quá dòng điện được khởi động và tác động đi cắt phần tử sự cố . Có thể chia bảo vệ quá dòng điện thành bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ cắt nhanh dòng điện . Chúng khác nhau cơ bản ở cách đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc . Để bảo vệ dòng điện tác động chọn lọc , người ta tạo cho nó thời gian trì hoãn thích hợp , còn để đảm bảo tính chọn lọc cho bảo vệ cắt nhanh cần chọn dòng khởi động thích hợp . b) Bảo vệ QDĐ cho đường dây tải điện FA t1 4 3 2 1 t2 t3 Đ t4 6 Bảo vệ quá dòng điện cho đường dây hình tia có một nguồn cung cấp Đối với mạng có một nguần cung cấp , bảo vệ QDĐ là chủ yếu . Nó được đặt phía đầu nguần của đường dây . Như vậy mỗi đường dây có bảo vệ riêng biệt Khi NM xẩy ra tại N1 , dòng sự cố chạy trên cả đoạn , vì vậy các bảo vệ 1, 2, 3, 4 đều khởi động. Tuy nhiên theo yêu cầu chọn lọc , chỉ có bảo vệ 4 được tác động cắt phần tử sự cố . Muốn vậy bảo vệ quá dòng cần thời gian trì hoãn tác động thời gian này tăng dần tính từ hộ tiêu thụ tới nguồn ( xem hình trên) . Nhờ cách trọn này khi NM tại N1 , bảo vệ 4 tác động sớm nhất . Sau đó các bảo vệ 1, 2, 3 trở về vị trí ban đầu mà không kịp tác động , khi NM tại N2 bảo vệ 3 sẽ tác động .Nguyên tắc trộn thời gian trì hoãn tác động như trên gọi là nguyên tắc bậc thang. c) Dòng khởi động của bảo vệ Bảo vệ QDĐ cần phải tác động chắc chắn khi NM nhưng đồng thời không được tác động đối với dòng phụ tải cực đại cũng như đối với những biến động ngắn hạn của dòng này do các động cơ tự khởi động v . v . . . Để tránh tác động đối với dòng phụ tải cực đại cần thực hiện 2 điều kiện sau : • Rơle bảo vệ không được tác động đối với dòng làm việc cực đại I Lvmax, muốn vậy dòng khởi động của bảo vệ Ikđb cần phải chọn lớn hơn ILvmax Sơ đồ giải thích cách chọn dòng khởi động bảo vệ • Rơle dòng cần phải trở về vị trí ban đầu một cách chắc chắn , sau khi ngắn mạch ngoài được cắt ra . Ví dụ khi ngắn mạch tại điểm N của mạng các rơle dòng của bảo vệ 1 và 2 đều tác động . Sau khi bảo vệ 2 cắt đoạn sự cố , qua rơle dòng của bảo vệ 1 không còn dòng NM , nhưng có dòng phụ tải của các 7 đường dây còn lại . Rơle dòng của bảo vệ 1 cần phải trở về vị trí ban đầu trong điều kiện có dòng khi tải này chạy qua . Nếu không trở về bảo vệ 1 sẽ cắt hai đường dây hư hỏng , mặc dù sự cố đã được loại trừ . d) Bảo vệ quá dòng bằng rơle áp giảm . Dòng khởi động của bảo vệ QDĐ phải chọn sau cho thoả mãn Ikđb > ILvnax Vì có giá trị lớn , bảo vệ nhiều khi có độ nhậy không đạt yêu cầu . Để nâng cao độ nhậy của bảo vệ người ta dùng rơle áp giảm có bộ phận khởi động . Bảo vệ chỉ tác động sau khi rơle áp giảm 1 đã tác động . Trị số của rơle này chon sao cho nó tác động khi ngắn mạch , vì áp của mạng giảm nhiều , nhưng không tác động đối với áp làm việc nhỏ nhất mặc dù khi có rơle dòng 3 có thể khép tiếp điểm do quá tải . Rơle dòng 3 làm nhiệm vụ ngăn chặn bảo vệ tác động khi đứt cầu chì mạch điện cung cấp cho các rơle áp . Khi đó , tiếp điểm của rơle 1 khép , báo tín hiệu đứt cầu chì . Rơle áp giảm 1 gồm 3 chiếc nối vào áp dây của mạng , nhờ vậy bảo vệ chắc chắn dược khởi động khi NM hai pha . NHưng khi nối rơle áp giảm 1 vào áp dây , nó xẽ không nhậy cảm đối với NM một pha . Vì vậy trong mạng có trung điểm nối đất người ta đặt thêm rơle áp tăng 2 . Nó làm việc theo thứ tự U 0 xuất hiện khi ngắn mạch một pha. Trong mạng có trung điểm cách điện , rơle dòng chỉ đặt ở hai pha , vì bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ trống NM giữa các pha . Khi đó vẫn phải cần ba rơle áp giảm 1, còn rơle áp tăng 2 thì không cần đặt e) Đánh giá và phạm vi ứng dụng bảo vệ QDĐ Ưu điểm của bảo vệ QDĐ là đơn gản , độ tin cậy cao , giá thành hạ , bảo vệ tác động chọn lọc trong mạng hình tia với nguần cung cấp . Trong một số trường hợp có thể dùng cho mạng phức tạp hơn với hai nguồn cung cấp. Sau đây là một số nhược điểm của bảo vệ : - Thời gian cắt NM khá lớn, nhất là ở gần nguần trong khi đó NM ở gần nguồn cần được cắt để đảm bảo ổn định hệ thống. 8 - Có độ nhậy kém đối với mạng phân thành nhiều nhánh, có nhiều nhánh song song và có dòng phụ tải lớn. Bảo vệ được dùng rộng rãi nhất trong các mạng hình tia của tất cả các cấp điện áp, trong mạng 10kV và thấp hơn, nó là bảo vệ chính. BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CẮT NHANH a) Nguyên tắc của bảo vệ dòng điện cắt nhanh Bảo vệ cắt nhanh thuộc loại bảo vệ dòng điện, nhưng đảm bảo cắt nhanh ngắn mạch. Bảo vệ cắt nhanh gồm loại tác động tức thời và loại tác động có thời gian (khoảng 0,3- 0,6s). Để đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc cần giới hạn vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh sao cho nó không tác động khi ngắn mạch ở những phần tử kề có bảo vệ với thời gian bằng hoặc lớn hơn bảo vệ cắt nhanh đang xét . Muốn vậy cần chọn thời gian dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh hơn dòng cực đại đi qua bảo vệ khi ngắn mạch ở cuối vùng đang xét . b) Bảo vệ không chọn lọc . Khi cần thực hiện cắt nhanh, toàn bộ đường dây được bảo vệ do yêu cầu đảm bảo ổn định của hệ thống chẳng hạn, có thể dùng bảo vệ cắt nhanh tác động không chọn lọc, sau đó dùng tác động của thiết bị TĐL để sửa lại. c) Bảo vệ dòng điện cắt nhanh tác động có thời gian Bảo vệ cắt nhanh không thời gian chỉ bảo vệ được một phần của đường dây. Để bảo vệ phần còn lại của đường dây và làm dự trữ cho CN không thời gian, ta có thể dùng cắt nhanh tác động có thời gian. Để đảm bảo yêu cầu tác động có chon lọc, vùng bảo vệ cũng như thời gian tác động của bảo vệ cần phối hợp với bảo vệ cắt nhanh không thời gian của đoạn kề. Để đơn giản ta quy định bảo vệ không thời gian là bảo vệ cấp I, còn bảo vệ có thời gian là bảo vệ cấp II. d) Bảo vệ dòng điện ba cấp Bảo vệ dòng điện ba cấp gồm cắt nhanh tức thời (cấp I), cắt nhanh có thời gian (cấpII) và QDĐ (cấp III). Bảo vệ này đảm bảo cắt nhanh đường dây được 9 bảo vệ, đồng thời dự trữ cho đoạn kề sau. Khi chế độ làm việc của hệ thống thay đổi, chiều dài của các vùng bảo vệ cũng thay đổi theo. e) Đánh giá bảo vệ dòng điện cắt nhanh Bảo vệ cắt nhanh tác động tức thời là bảo vệ đơn giản nhất . Ưu điểm rất quan trọng của chúng là tác động nhanh , Sơ đồ đơn giản và do đó bảo quản dễ dàng . Nhược điểm của bảo vệ này vùng tác động của bảo vệ không bao gồm toàn bộ đường dây và phụ thuộc vào trở trung gian tại chỗ NM cũng như chế độ làm việc của hệ thống . Tuy nhiên nhược điểm sau không rõ rệt khi hệ thống có công suất lớn . Trong nhiều trường hợp, nó có thể dùng để thay thế các bảo vệ phức tạp BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG a) Sự cần thiết phải có bảo vệ dòng điện có hướng trong mạng được cung cấp từ hai phía Trong mạng điện có nguần cung cấp từ hai phía , bảo vệ dòng điện thông thường không thể đảm bảo cắt ngắn mạch một cách trọn lọc được . Sau đây ta sẽ nghiệm lại điều đó trong thí dụ trên hình dưới đây 1 A N2 2 3 B N1 4 5 C 6 D Mạng hình tia có ngồn cung cấp từ hai phía . Giả thiết ở mỗi đầu đường dây ta đặt các bảo vệ quá dòng điện thông thường đánh số thứ tự từ 1 đến 6 . Muốn thực hiện cắt trọn lọc NM N1 cần thoả mãn t3 < t 2 nhưng muốn cắt chọn lọc NM N2 thì yêu cầu ngược lại t3 > t 2 10 Lẽ dĩ nhiên không thể đồng thời thoả mãn cả hai yêu cầu đó. Có thể khắc phục khó khăn nêu trên bằng cách chỉ cho bảo vệ tác động khi công suất ngắn mạch đi từ thanh góp đến đường dây. Trên hình vẽ ta chỉ hướng mũi tên tác động của bảo vệ. Nhờ vậy khi ngắn mạch ở N1 thì bảo vệ 2 không tác động , còn khi NM ở N2 thì bảo vệ 3 không tác động do đó không cần phải thực hiện các yêu cầu mâu thuẫn nêu trên. Trong bảo vệ dòng điện có hướng thì rơle công suất làm nhiệm vụ của bộ phận định hướng công suất. Tiếp điểm của nó khép cho phép bảo vệ tác động khi mômen quay của rơle Mq = KURIRcó(α + β ) > 0 Trong đó UR, IR là áp và dòng đưa vào rơle : β,α là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện . b) Bảo vệ dòng điện CN có hướng Bảo vệ dòng cắt nhanh có hướng là bảo vệ cắt nhanh thông thường kèm thêm bộ phận định hướng công suất . Dòng bảo vệ của cắt nhanh thông thường đối với đường dây được cung cấp từ hai phía cần được chọn lớn hơn dòng lớn nhất đi qua bảo vệ đang sét khi ngắn mạch tại thanh góp các trạm điện với nguồn . Dòng khởi động chọn như vậy nhiều khi quá lớn và bảo vệ không đủ nhậy . Rơle công suất trong bảo vệ cắt nhanh có hướng không chon phép tác động khi công suất NM hướng tới thanh góp . Vì vậy dòng khởi động của bảo vệ này chỉ cần chọn lớn hơn dòng NM đi từ thanh góp của trạm . Đó là điều khác nhau cơ bản giữa bảo vệ căt nhanh có hướng vào bảo vệ thông thường . Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh có hướng nhỏ hơn , vì vậy vùng tác động của nó lớn hơn nhiếu so với bảo vệ cắt nhanh thông thường c) Đánh giá bảo vệ dòng điện có hướng Bảo vệ dòng điện có hướng đơn giản và đảm bảo tác động chọn lọc đối với mạng điện được cung cấp từ hai phía . Sử dụng cắt nhanh có hướng với bảo 11 vệ dòng điện có hướng ta nhận được bảo vệ trong nhiều trường hợp độ nhậy cũng như thời gian tác động thoả mãn yêu cầu Bảo vệ này có một số nhược điểm sau : - Thời gian tác động khá lớn, nhất là đối với bảo vệ gần nguồn. - Có độ nhậy kém trong mạng với phụ tải lớn và bội số dòng NM nhỏ - Có vùng chết khi ngắn mạch ba pha - Rơle công suất có thể tác động sai khi hư mạch cấp điện áp cho rơle Bảo vệ QDĐ có hướng dùng rộng rãi làm bảo vệ chính trong mạng điện tới 35kV được cung cấp từ hai phía . Trong mạng 110 và 220kV nó được dùng làm bảo vệ dự trữ và đôi khi nó được sử dụng với bảo vệ cắt nhanh có hướng làm bảo vệ chính . BẢO VỆ SO LỆCH a) Công dụng và các dạng bảo vệ so lệch Nhiều khi theo yêu cầu ổn địng , cần phảỉ cắt NM không thời gian (t = 0) trên toàn bộ đường dây được bảo vệ nối với thanh góp nhà máy điện trạm nút của hệ thống . Bảo vệ cắt nhanh không thời gian ở trên không đáp ứng được yêu cầu này vì chỉ bảo vệ được một phần đường dây . Ngoài ra bảo vệ cắt nhanh không dùng được cho đường dây ngắn , vì dòng khi NM ở đầu và cuối đường dây ít khác nhau . Một trong những bảo vệ thoả mãn yêu câu trên là bảo vệ so lệch . Nó cắt tức thời NM ở bất cứ điểm nào trên đường dây được bảo vệ và không tác động khi NM ở ngoài đường dây đó (ngắn mạch ngoài) Có hai loại bảo về so lêch : so lệch ngang và so lệch dọc . Loại đầu dùng cho đường dây song song , còn loại thứ hai dùng cho dây đơn cũng như dây kép b) Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đường dây Bảo vệ này thuộc loại đơn giản và tin cậy. Bảo vệ không phản ứng theo dao động , quá tải và tác động không thời gian khi NM xẩy ra tại bất kỳ điểm nào trên đường dây được bảo vệ. Nhược điểm của bảo vệ là tốn phí cho cáp nối cao do việc đặt cáp. Ngoài ra bảo vệ có thể tác động sai khi dây nối bị hư hỏng. 12 Nếu đặt thiết bị tự động kiểm tra hư hỏng của cáp thì trường hợp bảo vệ tác động sai do nguyên nhân nêu trên là rất hiếm . Bảo vệ được đặt cho đường dây ngắn 10 – 15 km, áp 110 và 220 kV , khi cần cắt tức thời sự cố xẩy ra trong phạm vi đường dây được bảo vệ. c) Đánh giá bảo vệ so lệch ngang đường dây Ưu điểm của bảo vệ so lệch ngang có hướng là sơ đồ đơn giản, rẻ hơn bảo vệ so lệch dọc, tác động không thời gian, không phản ứng theo dao động, việc chọn tham số bảo vệ đơn giản . Nhược điểm của bảo vệ là hiện tượng khởi động không đồng thời làm thời gian cắt NM ở vùng này tăng gấp đôi, có vùng chết điện áp, phải khoá bảo vệ khi cắt một đường dây, vì vậy cần phải bảo vệ bổ sung cho đường dây trong khi làm việc, có hiện tượng tác động sai khi đứt dây dẫn kèm chạm đất một pha. BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH a) Nguyên tắc tác động Trong mạch phức tạp có một số nguồn cung cấp , bảo vệ quá dòng điện có hướng đã xét ở trên không bảo đảm cắt trọn lọc ngắn mạch . Để thấy rõ điểm này ta xét ví dụ hình dưới đây : Mạng vòng có hai nguần cung cấp Bảo vệ quá dòng có hướng Boả vệ khoảng cách 13 Khi NM trên dường dây D2 , bảo vệ quá dòng có hướng 3 cần tác động sớm hơn bảo vệ 1 , còn khi NM trên đường D1 , ngược lại , bảo vệ 1 cần tác động sớm hơn 3 . Bảo vệ quá dòng có hướng không thể thoả mãn các yêu cấu mô thuẫn đó . Ngoài ra các bảo vệ này thường không thoả mã yêu cầu tác động nhanh . bảo vệ cắt nhanh trong nhiều trường hợp không thể dùng được , còn bảo vệ so lệch chỉ có thể bảo vệ trên các đoạn đường ngắn . Như vậy , cần phải có các nguyên tắc bảo vệ khác , vứa bảo vệ tác động nhanh vừa chon lọc có độ nhậy tốt đối với mạng phứ tạp bất kỳ . Một trong các bảo vệ đó là bảo vệ khoảng cách . Thời gian tác động của dảo vệ khoảng cách t phụ thuộc vào khoảng cách lRN giữa chỗ đặt bảo vệ và điểm NM thời gian đó có thể tăng tỷ lệ hoặc nhẩy bậc theo khoảng cách . Theo nguyên tắc tác động loại này , bảo vệ khoảng cách đặt gần chỗ NM hơn luôn luôn có thời gian tác động nhỏ hơn , nhờ vậy việc cắt chọn lọc đoạn hư hỏng được tự động thoả mãn . b) Đánh giá bảo vệ khoảng cách Nhờ có một só ưu điểm nhất định nên bảo vệ khoảng cách được ứng dụng rộng rãi trong các mạng điện cao áp và siêu cao áp . Các ưu điểm chính của nó là: + Đảm bảo tính chon lọc trong các mạng có cấu trúc bất kỳ và có số nguồn cung cấp tuỳ ý. + Vùng I của bảo vệ chiếm gần 80 ÷ 85% độ dài phần tử được bảo vệ, có thời gian làm việc bé. Điều này quan trọng đồi với điều kiện ổn định của hệ thống là : Phải cắt nhanh phần tử sự cố ở gần thang góp nhà máy điện và các trạm điệm nút công suất lớn. + Có độ nhạy cao hơn nhiều đối với các ngắn mạch loại trừ tốt ảnh hưởng của phụ tải và dao động điện so với bảo vệ dòng cực đại : Các nhược điểm của bảo vệ khoảng cách là : 14 + Phức tạp về mặt sơ đồ cũng như bản thân các rơle thuộc sơ đồ bảo vệ . Bảo vệ khoảng cách dùng rơle cơ điện là loại có nhiều rơle nhất vì nhiều tiếp điểm nhất . + Không bảo đảm cắt tức thời NM trên toàn bộ chiều dài phần tử được bảo vệ , do đó bảo vệ khoảng cách không thể là bảo vệ chính đối với những đoạn có yêu cầu trên + Có khả năng tác động nhầm khi hỏng mạch điện áp nên phải dùng bộ khoá để trống hịên tượng này làm cho sơ đồ thêm phức tạp và kém tin cậy. BẢO VỆ TẦN SỐ CAO a) Nhiệm vụ và các dạng của bảo vệ tần số cao Bảo vệ tần số cao thuộc loại tác động nhanh và được dùng cho các đường dây trung bình và dài . Nó được sử dụng trong trường hợp , theo điều kiện đảm bảo ổn định hoặc các điều kiện khác , yêu cầu cần được cắt nhanh từ hai phía đường dây được bảo vệ khi NM xẩy ra trên bất kỳ điểm nào của nó . Bảo vệ so lệch dọc tuy theo thoả mãn yêu cầu nêu trên nhưng không dùng được trong đường dây dài vì khi đó giá của nối cáp cao và điện trở các thanh cũng lớn Bảo vệ tần số các gồm hai bộ đặt ở hai đầu đường dây đựợc bảo vệ . Đặc điểm của chúng là sự có mặt của kênh liên lạc bằng dòng tần số cao truyền ngay trên dây dẫn của đường dây được bảo vệ tới hai bộ của hai đầu để đảm bảo cho bảo vệ tác động chọn lọc khi có NM mạch ngoài Về nguyên tắc bảo vệ tần số cao không phản ứng theo ngắn mạch ngoài đường dây được bảo vệ , cũng tương tự như bảo vệ so lệch dọc , vì vậy thời gan tác động của nó bằng không . Hiện nay có hai loạ bảo vệ tần số được sử dụng : + Bảo vệ có hướng dùng khoá tần số cao dựa trên sự so sánh hướng công suất ở hai đầu đường dây được bảo vệ + Bảo vệ so lệch pha tần số cao dựa trên sự so sánh pha dòng ở các đầu đường dây . b) Đánh giá bảo vệ tần số cao 15 Nguyên lí tác động của bảo vệ tần số cao có hướng và so lệch pha khá đơn giản và tin cậy. Hiện nay chúng là bảo vệ duy nhất đảm bảo tác động tức thời cắt NM từ hai đầu đường dây dài. Nhược điểm của bảo vệ là giá thành cao và phức tạp so với các bảo vệ khác. Bảo vệ tần số cao được sử dụng rộng rãi làm bảo vệ chính cho các đường dây 110 - 750 kV. Nó đảm bảo cắt nhanh có chọn lọc NM đối với mạng có hình dạng bấ kì và là bảo vệ nhậy nhất. Vì bảo vệ thộc loại bảo vệ phức tạp nên chỉ sử dụng nó khi các bảo vệ khác đơn giản hơn không dùng được. Ưu điểm cơ bản là không phản ứng theo dao động điện. Ưu điểm này càng có giá trị quan trọng khi trong mạng dùng thiết bị tự đóng lại TĐL tác động nhanh và loại TĐL không đồng bộ. Việc sử dụng các thiết bị này kết hợp với các bảo vệ phản ứng theo dao động gặp khó khăn. TÌM HIỂU CHUNG VỀ RƠLE SỐ Do sự phát triển của khoa học kỹ thuật với công nghệ cao trên toàn thế giới , rơle số đang dần có vị thế trong hệ thống rơle bảo vệ . Với những ưu điểm hơn hẳn . - Độ tin cậy cao , do sử dụng các linh kiện điện tử công suất bé . - Không bị trôi tham số do việc thông tin bằng số . - Có khả năng tự lập trình nên độ linh hoạt cao và dễ dàng sử dụng cho các đối tượng khác nhau. - Có khả năng bảo vệ tinh vi gần với ngưỡng chịu đựng của thiết bị được bảo vệ - Có khả năng tự kiểm tra tình trạng làm việc của rơle - Trong một rơle có nhiều chức năng bảo vệ - Có khả năng đo lường giám sát - Có khả năng hiển thị thông tin với sự gúp đỡ của các phần mềm - Có chức năng ghi nhớ các sự kiện  Nguyên lý cơ bản các rơle số : 16 Rơle số là một phần tử không thể thiếu trong sơ đồ bảo vệ. Tên gọi của các rơle được phân biệt theo chức năng đảm nhận. Trước đây, mỗi rơle được chế tạo chỉ đảm nhận một chức năng duy nhất. Khi ứng dụng theo kỹ thuật số thì một rơle có thể chứa đựng nhiều chức năng bảo vệ mà một đối tươngj cần phải có. Rơle số đã mang tính chất tổng hợp, hợp bộ, nó cho phép người sử dụng có nhiều cơ may lựa chọn các loại đặc tuyến phù hợp vói yêu cầu cụ thể. Ví dụ như: - Bảo vệ khoảng cách : thực hiện chức năng bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quá dòng (cả với đặc tuyến độc lập và phụ thuộc), các phần tử thời gian, các phần tử có hướng, ghi chụp sự cố, chỉ định điểm sự cố, báo tín hiệu mất nguồn, báo có hư hỏng trong rơle, khoá chống dao động, bộ tự động đóng lặp lại. Rơle được chế tạo sao cho có thể áp dụng cho nhiều loại đường dây có chỉnh định khác nhau do các nấc điều chỉnh tinh và dải rộng ... - Bảo vệ máy biến thế : gồm có bảo vệ so lệch, nhận biết bảo vệ ga, bảo vệ quá dòng có thời gian, ghi chụp sự cố, điều chuyển nấc dưới tải, bảo vệ chạm đất cuộn dây có trung tính nối đất, bvảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt độ ... - Bảo vệ quá dòng : đặc tính thời gian độc lập, đặc tính thời gian phụ thuộc, bảo vệ có hướng, tự động đóng lặp lại, kiểm tra đồng bộ, ghi chụp sự cố, thông báo có hư hỏng nội bộ rơle ... - Bảo vệ tần số : quá tần hoặc kém tần, bảo vệ theo đạo hàm tần số, khoá kém áp phối hợp, ghi nhớ sự kiện tác động, báo hư hỏng, báo các tín hiệu  Mô tả chung về rơle số : Nói chung các rơle hoạt động trên nguyên tắc : đầu vào nhận tín hiệu tương tự còn đầu ra thì đưa ra tín hiệu logic (trạng thái các tiếp điểm). Các đầu ra thay đổi trạng thái khi các tín hiệu vào có giá trị vượt quá điểm đặc tuyến tác động tương ứng (trong đó có thanh đặt) . 17 Z1 Zn X1 M« h×nh R¬le Xn NC NO NC NO Nguån cÊp (nÕu cã) trong đó : X1, ..., Xn là các tín hiệu đo. Đó có thể là cấc tín hiệu dòng, áp, tần số ... Z1, ..., Zn là các tín hiệu đặt. Đó có thể là các giá trị đặt hay đặc tuyến đặt NO, NC là các tiếp điểm khống chế hay khởi động. Các rơle dòng điện, không hướng, đặc tuyến độc lập thì chỉ có đầu vào là dòng điện AC và nấc chỉnh định trị tác động. Các rơle trung gian điện DC thì có một đầu vào điện áp, còn đầu vào đặt mặc nhiên là điện áp chế tạo thích ứng. Các rơle so lệch thì đầu vào có từ 6 đến 9 đầu vào dòng điện. Các rơle bảo vệ khoảng cách có thể có 4 đầu vào điện áp và 4 đầu vào dòng điện, các đầu vào đặt Z giúp ta chỉnh định : - Các vùng khoảng cách - Các thông số đường dây - Các cấp thời gian - Các dạng đặc tuyến  Khái quát về cấu trúc rơle số Quá trình vật lý của các mạch cấu thành rơle sẽ định hình cấu trúc một rơle. Các thiết bị số đều hoạt động theo nguyên tắc như sau : 1) Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang các dãy số kỹ thuật, mà chủ yếu dùng hệ cơ số nhị phân. Trước khi tín hiệu vào bộ biến đổi ADC được lọc qua bộ lọc nhiễu đầu vào. 2) Những tín hiệu số từ đầu ra của ADC sẽ tiếp tục được xử lý dưới dạng số nhị phân, đồng thời đưa vào bộ biến đổi DAC giúp cho cơ quan chấp 18 hành ở đầu ra hoạt động theo nguyên tắc vật lý bình thường. Ngoài ra, nó có thể lưu trữ những thông tin về các sự kiện đã xảy ra, giúp ta giải quyết nhanh chóng và chính xác những việc cần làm khi xử lý sự cố vừa đọ được. 3) Sự giao tiếp giữa người và thiết bị có thể được thự hiện trực tiếp bằng các phím có trên thiết bị hoặc qua máy tính. Để thấy rõ những ưu điểm của rơle số ta xét ví dụ về sử dụng rơle số bảo vệ so lệch cho thanh cái: Nguån Thanh c¸i Tíi t¶i C¾t C¾t R¬le so lÖch sè C¾t 19 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠ LE SỐ 7SJ511 1. Phạm vi ứng dụng Rơle số 7SJ511 thuộc hãng SIEMENS sản xuất, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong lưới điện nước ta nhất là ở các trạm TG lớn 110KV trở lên. 20