Bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện - Giáo trình Nguyễn Hoàng Việt

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Việt
• Trường học: Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
• Đề tài: Bảo vệ rơ le và tự động hóa trong hệ thống điện
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về bảo vệ rờ le Nguyễn Hoàng Việt

Bảo vệ rờ le Nguyễn Hoàng Việt là giáo trình chuyên ngành điện được biên soạn bởi Tiến sĩ Nguyễn Hoàng Việt, giảng viên Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM. Cuốn sách trình bày các nguyên lý bảo vệ rờ le và tự động hóa trong hệ thống điện một cách hệ thống. Giáo trình được chia thành ba phần chính bao gồm nguyên lý bảo vệ rờ le, bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện, và tự động hóa. Cuốn sách nhằm trang bị kiến thức cơ bản cho sinh viên ngành Điện, học viên sau đại học và các nhà chuyên môn đang công tác trong lĩnh vực liên quan. Ấn phẩm đầu tiên xuất bản năm 2005 bởi Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM. Đây là tài liệu tham khảo quan trọng cho việc nghiên cứu và ứng dụng bảo vệ hệ thống điện tại Việt Nam.

1.1. Mục đích và đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình bảo vệ rờ le Nguyễn Hoàng Việt được viết chủ yếu cho sinh viên ngành Điện của Trường Đại học Bách Khoa và các trường kỹ thuật điện trên toàn quốc. Đối tượng mở rộng bao gồm học viên sau đại học và các nhà chuyên môn đang làm việc trong lĩnh vực hệ thống điện. Mục đích chính là trang bị kiến thức nền tảng về nguyên lý bảo vệ rờ le và các bộ phận tự động chức năng trong hệ thống điện. Cuốn sách giúp người đọc hiểu cách phát hiện các tình trạng bất thường và sự cố để đưa ra biện pháp xử lý kịp thời, đảm bảo cung cấp điện năng với chất lượng tốt nhất cho người tiêu thụ.

1.2. Cấu trúc nội dung chính của cuốn sách

Giáo trình được phân chia thành ba phần rõ ràng phục vụ quá trình học tập và nghiên cứu. Phần một trình bày các nguyên lý bảo vệ rờ le, tìm hiểu nguyên lý thực hiện bảo vệ các phần tử hệ thống điện khi có tình trạng bất thường và sự cố. Phần hai tập trung vào bảo vệ các phần tử cụ thể như đường dây, máy biến áp, máy phát và thanh góp. Phần ba giới thiệu các bộ phận tự động chức năng trong hệ thống điện bao gồm tự động đóng trở lại nguồn điện, tự động điều chỉnh điện áp và tần số. Mỗi phần đều có lý thuyết và bài tập minh họa đi kèm.

II. Phân tích nguyên lý bảo vệ rờ le trong hệ thống điện

Nguyên lý bảo vệ rờ le là nền tảng cốt lõi được trình bày trong giáo trình Nguyễn Hoàng Việt. Hệ thống bảo vệ rờ le có vai trò phát hiện các tình trạng làm việc không bình thường và sự cố xảy ra trong hệ thống điện. Khi hệ thống điện gặp sự cố, bộ phận bảo vệ rờ le sẽ nhận diện thông qua việc so sánh các đại lượng điện như dòng điện, điện áp với các ngưỡng đặt trước. Quá trình so sánh được thực hiện bằng bộ phận so sánh, khi đại lượng đầu vào vượt quá hoặc nhỏ hơn trị số khởi động thì rờ le sẽ tác động. Trị số của đại lượng chuẩn cho trước được gọi là trị số khởi động, xác định đặc tính khởi động là một điểm trên đường thẳng. Hệ thống bảo vệ cần đảm bảo độ tin cậy, tính chọn lọc và tốc độ tác động nhanh chóng để ngăn chặn hư hỏng thiết bị và duy trì ổn định mạng điện.

2.1. Bộ phận so sánh với một đại lượng đầu vào

2.2. Bộ phận so sánh góc pha giữa hai đại lượng

III. Giải pháp tự động hóa và chuyển đổi tín hiệu số

Tự động hóa trong hệ thống điện là phần quan trọng trong giáo trình Nguyễn Hoàng Việt. Các bộ phận tự động chức năng giúp duy trì vận hành ổn định và liên tục của hệ thống điện. Một trong những giải pháp then chốt là quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số trong rờ le kỹ thuật số. Quá trình này bao gồm việc lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào, chuyển đổi qua bộ ADC rồi tái tạo lại tín hiệu tương tự thông qua bộ lọc thông thấp. Tín hiệu đầu ra rời rạc theo thời gian được đưa qua bộ lọc lý tưởng để có tín hiệu UA biến thiên liên tục là tín hiệu nội suy. Giải pháp tự động đóng trở lại nguồn điện và tự động điều chỉnh điện áp, tần số cũng được trình bày chi tiết nhằm đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu thụ.

3.1. Quá trình chuyển đổi số tương tự trong rờ le kỹ thuật số

3.2. Bộ lấy mẫu và giữ tín hiệu trong hệ thống bảo vệ

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của giáo trình

Giáo trình bảo vệ rờ le Nguyễn Hoàng Việt đóng vai trò quan trọng trong đào tạo nguồn nhân lực ngành điện tại Việt Nam. Cuốn sách cung cấp kiến thức toàn diện từ nguyên lý cơ bản đến ứng dụng thực tế trong hệ thống điện. Nội dung được trình bày khoa học, logic phù hợp cho cả người mới bắt đầu và chuyên gia trong lĩnh vực. Giáo trình đi kèm cuốn bài tập tính ngắn mạch bảo vệ rờ le và tự động hóa giúp sinh viên củng cố lý thuyết đã học. Ấn phẩm tái bản lần hai có sửa chữa bổ sung, cập nhật những tiến bộ mới nhất trong công nghệ bảo vệ hệ thống điện. Ứng dụng thực tiễn của kiến thức trong giáo trình bao gồm thiết kế hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối, truyền tải và các nhà máy điện công nghiệp trên toàn quốc.

4.1. Giá trị đào tạo và nghiên cứu khoa học

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp và lưới điện hiện đại

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA Nguyeãn Hoaøng Vieät BAÛO VEÄ RÔLE VAØ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN (Taùi baûn laàn thöù hai, coù söûa chöõa boå sung) NHAØ XUAÁT BAÛN ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH – 2005 6 LÔØI NOÙI ÑAÀU Trong quaù trình vaän haønh heä thoáng ñieän (HTÑ), chuùng ta coù theå gaëp tình traïng heä thoáng ñieän laøm vieäc khoâng bình thöôøng, söï coá. Nguyeân nhaân coù theå do chuû quan hoaëc khaùch quan. Heä thoáng baûo veä rôle seõ giuùp phaùt hieän caùc tình traïng ñoù ñeå ñeà ra nhöõng bieän phaùp xöû lyù kòp thôøi. Moät trong nhöõng yeâu caàu quan troïng nhaát cuûa ngaønh ñieän laø phaûi cung öùng cho ngöôøi tieâu thuï ñieän naêng vôùi chaát löôïng toát nhaát. Ñeå thoûa maõn yeâu caàu naøy trong heä thoáng ñieän ñöôïc thöïc hieän baèng caùc boä phaän töï ñoäng chöùc naêng. Cuoán saùch BAÛO VEÄ RÔLE VAØ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN nhaèm trang bò cho baïn ñoïc nhöõng kieán thöùc caên baûn nhaát trong lónh vöïc neâu treân. Cuoán saùch ñöôïc vieát chuû yeáu cho sinh vieân ngaønh Ñieän cuûa Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa, caùc tröôøng Kyõ thuaät ñieän, hoïc vieân sau ñaïi hoïc vaø caùc nhaø chuyeân moân ñang laøm vieäc trong lónh vöïc lieân quan coù theå tham khaûo. Giaùo trình naøy ñöôïc chia laøm ba phaàn: Phaàn moät: Caùc nguyeân lyù baûo veä rôle - Tìm hieåu caùc nguyeân lyù thöïc hieän baûo veä caùc phaàn töû heä thoáng ñieän coù tình traïng khoâng bình thöôøng cuõng nhö söï coá xaûy ra trong heä thoáng ñieän; - Tìm hieåu caùc nguyeân taéc coâng ngheä cheá taïo caùc rôle caùc theá heä khaùc nhau. Phaàn hai: Baûo veä caùc phaàn töû trong heä thoáng ñieän Tìm hieåu caùch thöïc hieän, sô ñoà baûo veä caùc phaàn töû heä thoáng ñieän nhö: ñöôøng daây, maùy bieán aùp, maùy phaùt, thanh goùp. Phaàn ba: Töï ñoäng hoùa trong heä thoáng ñieän Tìm hieåu caùc boä phaän töï ñoäng chöùc naêng trong heä thoáng ñieän nhö: töï ñoäng ñoùng trôû laïi nguoàn ñieän, töï ñoäng ñieàu chænh ñieän aùp, taàn soá. Trong laàn in naøy chuùng toâi coù söûa chöõa vaø boå sung cuõng nhö thay ñoåi moät soá chöông muïc so vôùi ñôït in ñaàu tieân. Ñeå boå trôï giuùp cho sinh vieân naém vöõng phaàn lyù thuyeát ñaõ ñöôïc trình baøy trong cuoán saùch naøy, chuùng toâi ñaõ bieân soaïn vaø xuaát baûn cuoán baøi taäp CAÙC BAØI TOAÙN TÍNH NGAÉN MAÏCH BAÛO VEÄ RÔLE VAØ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN trình baøy toùm taét lyù thuyeát phaàn ngaén maïch, caùc baøi taäp ngaén maïch, baûo veä rôle vaø töï ñoäng hoùa trong heä thoáng ñieän. Thaønh thaät caùm ôn söï ñoùng goùp yù kieán quyù baùu cuûa Thaày Phan Keá Phuùc vaø Coâ Phan Thò Thu Vaân. Raát mong nhaän ñöôïc nhieàu yù kieán ñoùng goùp cuûa quyù ñoàng nghieäp vaø ñoäc giaû. Moïi yù kieán ñoùng goùp xin göûi veà Boä moân Heä thoáng ñieän, Khoa Ñieän - Ñieän töû - Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa - Ñaïi hoïc Quoác qia TP Hoà Chí Minh - 268 Lyù Thöôøng Kieät, Quaän 10, TP Hoà Chí Minh. Xin chaân thaønh caùm ôn. TS Nguyeãn Hoaøng Vieät 2 MUÏC LUÏC LÔØI NOÙI ÑAÀU 6 PHAÀN MOÄT: CAÙC NGUYEÂN LYÙ THÖÏC HIEÄN BAÛO VEÄ RÔLE 7 Chöông 1 CAÙC VAÁN ÑEÀ CHUNG CUÛA BAÛO VEÄ 8 1.1 Nhieäm vuï cuûa baûo veä 8 1.2 Caùc yeâu caàu cô baûn ñoái vôùi heä thoáng baûo veä 8 1.3 Caùc boä phaän cuûa heä thoáng baûo veä 11 Chöông 2 CAÙC KYÕ THUAÄT CHEÁ TAÏO RÔLE BAÛO VEÄ 34 2.1 Baûo veä ñöôïc thöïc hieän baèng caùc rôle ñieän cô 34 2.2 Söû duïng linh kieän baùn daãn, vi maïch trong caùc sô ñoà baûo veä 38 2.3 Baûo veä duøng kyõ thuaät soá vi xöû lyù 46 Chöông 3 BAÛO VEÄ QUAÙ DOØNG ÑIEÄN 60 3.1 Nguyeân taéc taùc ñoäng 60 3.2 Baûo veä doøng ñieän cöïc ñaïi 60 3.3 Baûo veä doøng ñieän caét nhanh 65 3.4 Baûo veä doøng ñieän cöïc ñaïi coù kieåm tra aùp 67 3.5 Baûo veä doøng ñieän ba caáp 68 3.6 Ñaùnh giaù baûo veä quaù doøng ñieän 68 Chöông 4 BAÛO VEÄ DOØNG ÑIEÄN COÙ HÖÔÙNG 70 4.1 Nguyeân taéc hoaït ñoäng 70 4.2 Phaàn töû ñònh höôùng coâng suaát 71 4.3 Baûo veä doøng ñieän coù höôùng ba caáp 75 4.4 Moät soá lónh vöïc vaø löu yù khi aùp duïng boä phaän ñònh höôùng coâng suaát cho baûo veä doøng ñieän 77 4.5 Ñaùnh giaù baûo veä doøng ñieän coù höôùng 80 Chöông 5 BAÛO VEÄ DOØNG ÑIEÄN CHOÁNG CHAÏM ÑAÁT 81 5.1 Baûo veä choáng chaïm ñaát trong maïng ñieän coù doøng chaïm ñaát lôùn 81 5.2 Baûo veä choáng chaïm ñaát trong maïng coù doøng chaïm ñaát nhoû 88 Chöông 6 BAÛO VEÄ KHOAÛNG CAÙCH 97 6.1 Nguyeân taéc hoaït ñoäng 97 6.2 Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng cuûa baûo veä khoaûng caùch vaø bieåu dieãn chuùng trong maët phaúng phöùc toång trôû Z 99 6.3 Nguyeân taéc thöïc hieän rôle khoaûng caùch 102 6.4 Caùch choïn UR, IR ñöa vaøo boä phaän khoaûng caùch ñeå phaûn aùnh ngaén maïch giöõa caùc pha 103 3 6.5 Caùch choïn UR, IR ñöa vaøo boä phaän khoaûng caùch ñeå phaûn aùnh chaïm ñaát moät pha 111 6.6 Choïn caùc tham soá cuûa baûo veä 114 6.7 Nhöõng yeáu toá laøm sai leäch söï laøm vieäc cuûa rôle khoaûng caùch 119 6.8 Ñaùnh giaù lónh vöïc öùng duïng cuûa baûo veä khoaûng caùch 127 Chöông 7 BAÛO VEÄ SO LEÄCH 129 7.1 Nguyeân taéc thöïc hieän 131 7.2 Doøng khoâng caân baèng trong baûo veä so leäch doøng ñieän 131 7.3 Doøng ñieän khôûi ñoäng cuûa baûo veä so leäch doøng ñieän 132 7.4 Nhöõng bieän phaùp thöôøng duøng ñeå naâng cao ñoä nhaïy vaø tính ñaûm baûo cuûa baûo veä 132 7.5 Baûo veä so leäch ngang 138 7.6 Ñaùnh giaù baûo veä so leäch 142 PHAÀN HAI: BAÛO VEÄ CAÙC PHAÀN TÖÛ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 143 Chöông 8 BAÛO VEÄ ÑÖÔØNG DAÂY 144 8.1 Toång quaùt 144 8.2 Caùc heä thoáng baûo veä ñöôøng daây daøi, ñieän theá cao, coâng suaát lôùn 145 8.3 Ñöôøng daây song song 168 8.4 Ñöôøng daây reõ nhaùnh 180 8.5 Baûo veä boä ñöôøng daây vaø maùy bieán aùp (MBA) 185 8.6 Baûo veä ñöôøng daây coù tuï noái tieáp 188 8.7 Caùc sô ñoà baûo veä ñöôøng daây tieâu bieåu 210 Chöông 9 BAÛO VEÄ MAÙY BIEÁN AÙP 213 9.1 Caùc söï coá vaø cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuûa MBA 213 9.2 Baûo veä choáng söï coá tröïc tieáp beân trong MBA 216 9.3 Baûo veä choáng söï coá giaùn tieáp beân trong MBA 232 9.4 Caùc sô ñoà baûo veä tieâu bieåu caùc loaïi maùy bieán aùp 234 Chöông 10 BAÛO VEÄ MAÙY PHAÙT ÑIEÄN VAØ BOÄ MAÙY PHAÙT - MAÙY BIEÁN AÙP 238 10.1 Toång quaùt 238 10.2 Baûo veä stator maùy phaùt 239 10.3 Baûo veä rotor 245 10.4 Caùc baûo veä khaùc 250 10.5 Baûo veä boä maùy phaùt - maùy bieán aùp 251 10.6 Caùc sô ñoà baûo veä tieâu bieåu 253 4 Chöông 11 BAÛO VEÄ THANH CAÙI 256 11.1 Baûo veä thanh caùi baèng caùc phaàn töû noái keát thanh caùi 257 11.2 Baûo veä choáng roø, chaïm ñaát thanh caùi trong tuû 259 11.3 Baûo veä so leäch thanh caùi 260 11.4 Sô ñoà baûo veä thanh caùi tieâu bieåu 272 Chöông 12 BAÛO VEÄ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN COÂNG NGHIEÄP 274 12.1 Phaân loaïi caùc baûo veä 274 12.2 Phoái hôïp baûo veä 293 12.3 Phaân boá doøng söï coá töø caùc ñoäng cô caûm öùng 298 12.4 Baûo veä maïng haï theá 299 12.5 Naâng cao heä soá cosϕ vaø baûo veä tuï ñieän 309 Chöông 13 BAÛO VEÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN 312 13.1 Doøng khôûi ñoäng vaø doøng haõm cuûa ñoäng cô 312 13.2 Nhöõng tình traïng laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuûa ñoäng cô 313 13.3 Caùc sô ñoà baûo veä ñoäng cô ñieän 319 PHAÀN BA: TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 320 Chöông 14 TÖÏ ÑOÄNG ÑOÙNG LAÏI ÑÖÔØNG DAÂY 326 14.1 Toång quaùt 326 14.2 Töï ñoùng laïi baèng caùch keát hôïp MC vôùi heä thoáng töï ñoùng laïi (ARS) 330 14.3 Maùy caét töï ñoäng ñoùng laïi 345 14.4 Thieát bò phaân ñoaïn töï ñoäng 356 14.5 Phoái hôïp ACR vôùi caùc thieát bò baûo veä khaùc 358 14.6 Töï ñoäng vaän haønh maïng kín (LA) 372 8 6 2 Chöông 15 TÖÏ ÑOÄNG ÑIEÀU CHÆNH ÑIEÄN AÙP MAÙY PHAÙT ÑIEÄN VAØ PHAÂN PHOÁI COÂNG SUAÁT KHAÙNG 375 15.1 Toång quaùt veà heä thoáng kích töø 375 15.2 Chöùc naêng ñieàu khieån vaø baûo veä 385 15.3 Caùc boä haïn cheá vaø baûo veä 394 15.4 Ñieàu chænh ñieän aùp vaø phaân phoái coâng suaát khaùng giöõa caùc toå maùy laøm vieäc song song 400 Chöông 16 TÖÏ ÑOÄNG ÑIEÀU CHÆNH TAÀN SOÁ VAØ COÂNG SUAÁT THÖÏC TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 404 16.1 Toång quaùt 404 16.2 AÛnh höôûng cuûa taàn soá leân toå turbine - maùy phaùt 406 16.3 Ñieàu chænh toác ñoä turbine sô caáp 409 5 16.4 Caùc toå maùy phaùt laøm vieäc song song 412 16.5 Moâ hình ñaùp öùng taàn soá heä thoáng 416 16.6 Khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä leäch taàn soá 421 16.7 Moâ hình caûi tieán 427 16.8 Moâ hình ñaùp öùng taàn soá heä thoáng khaùc 429 16.9 Toác ñoä ñaùp öùng nhu cuûa heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä turbine 430 16.10 Caùch thöïc hieän ñieàu chænh toác ñoä turbine 431 16.11 Ñieàu khieån taàn soá thöù caáp 438 Chöông 17 BAÛO VEÄ TAÀN SOÁ – TÖÏ ÑOÄNG SA THAÛI PHUÏ TAÛI 445 17.1 Muïc ñích vaø nhöõng ñaëc ñieåm cuûa sa thaûi phuï taûi 445 17.2 Baûo veä taàn soá turbine hôi 446 17.3 Baûo veä taàn soá thaáp 447 17.4 Thieát keá baûo veä caét taûi theo taàn soá vaø ñoä doác 453 17.5 Sa thaûi phuï taûi theo taàn soá vaø thôøi gian 458 17.6 Caùc phöông phaùp khaùc 460 Chöông 18 HOØA ÑIEÄN GIÖÕA CAÙC MAÙY PHAÙT LAØM VIEÄC SONG SONG 462 18.1 Khaùi nieäm chung 462 18.2 Hoøa ñieän chính xaùc 464 18.3 Töï hoøa ñieän 478 MAÕ SOÁ RÔLE 484 ANH VIEÄT ÑOÁI CHIEÁU 486 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 490 7 PHAÀN I CAÙC NGUYEÂN LYÙ THÖÏC HIEÄN BAÛO VEÄ RÔLE 8 Chöông 1 CAÙC VAÁN ÑEÀ CHUNG CUÛA BAÛO VEÄ 1.1 NHIEÄM VUÏ CUÛA BAÛO VEÄ Trong quaù trình vaän haønh heä thoáng ñieän (HTÑ) coù theå xuaát hieän tình traïng söï coá vaø cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuûa caùc phaàn töû. Phaàn lôùn caùc söï coá thöôøng keøm theo hieän töôïng doøng ñieän taêng khaù cao vaø ñieän aùp giaûm khaù thaáp. Caùc thieát bò coù doøng ñieän taêng cao chaïy qua coù theå bò ñoát noùng quaù möùc cho pheùp vaø bò hö hoûng khi ñieän aùp bò giaûm thaáp, caùc hoä tieâu thuï khoâng theå laøm vieäc bình thöôøng maø tính oån ñònh cuûa caùc maùy phaùt laøm vieäc song song vaø cuûa toaøn heä thoáng bò giaûm. Caùc cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuõng laøm cho aùp, doøng vaø taàn soá leäch khoûi giôùi haïn cho pheùp vaø neáu ñeå keùo daøi tình traïng naøy coù theå xuaát hieän söï coá. Coù theå noùi, söï coá laøm roái loaïn caùc hoaït ñoäng bình thöôøng cuûa HTÑ noùi chung vaø cuûa caùc hoä tieâu thuï ñieän noùi rieâng. Cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng coù nguy cô xuaát hieän söï coá laøm giaûm tuoåi thoï cuûa maùy moùc.