Mở đầu. • Chương 2: Trình bày nguyên lý cơ bản và phương thức bảo vệ đường dây 110kV. • Chương 3: Tổng quan về HTĐ miền Bắc. • Chương 4: Trình bày kết quả mô phỏng sự làm việc của bảo vệ khoảng cách và quá dòng chạm đất đối với các sự cố ngắn mạch chạm đất tổ ng trở cao trên lưới điện 110kV miền Bắc.
Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 11 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG THỨC B ẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 2.1 Các nguyên lý bảo vệ cơ bản cho đường dây 110kV 2.1 B ảo vệ so l ệ ch Bảo vệ so lệch làm việc theo nguyên lý so sánh dòng điện hay nguyên lý cân bằng dòng. Bảo vệ này dựa trên nguyên tắc dòng rời khỏi một đối tượng bảo vệ trong điều kiện bình thường bằng dòng đưa vào nó. Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thị sự cố bên trong vùng bảo vệ. Các cuộn dây thứ cấp của biến dòng CT1 và CT2 có cùng tỷ số biến, được nối để có dòng điện như hình vẽ (hình 2.
Thành phần đo M được nối ở điểm cân bằng điện. Trong điều kiện bình thường không có dòng điện chạy qua thành phần đo M. i i1 i i2 I I CT1 CT2 I1 I2 i1 + i2 M I1 + I2 Hình 2.1: Nguyên lý bảo v ệ so lệch cơ bản Đối với các s ự cố xảy ra bên ngoài vùng bảo vệ và ở chế độ vận hành bình thường (hình 2.2), dòng điện đo được từ rơle bảo vệ là giá trị của dòng điện chênh lệ ch từ phía thứ cấp của các máy biến dòng điện được đấu nối theo kiểu so lệ ch nhau. Trong hình vẽ này biể u diễn sự phân bố dòng điệ n trên mỗi pha.
Về trị số dòng điện, i1 và i 2 là dòng điện sơ cấp trên các đường dây đi vào hoặc đi ra khỏi vùng bảo vệ, I1 và I2 là dòng điện của phía thứ cấp máy biến dòng. Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 12 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng i1 i2 CT1 CT2 I1 I2 M I1 I2 Hình 2.2: Sự cố ngoài vùng bảo v ệ so lệch Khi có sự cố ngoài vùng gây ra dòng ngắn mạch lớn chạy qua vùng bảo vệ, các đặc tính từ hóa khác nhau c ủa biến dòng trong điều kiện bão hòa t ừ hóa gây ra dòng điện đáng kể chạy qua M. Nếu dòng này nằm trong ngưỡng tác động, hệ thống đưa ra lệnh cắt. Vì vậy cần có cơ chế hạn chế ảnh hưởng sai s ố của máy biến dòng được gọi là cơ chế hãm.
Trong bảo hệ thống bảo vệ so lệch, đối tượng bảo vệ với hai phía dòng điện hãm được suy ra từ dòng so l ệch do vậy dòng hãm được tính bằng | I1 − I2 |(với quy ước chiều dòng điện đi vào đối tượng được bảo vệ ), hoặc bằng | I1 | + | I2 | Dòng so lệch Isl (làm việc) xác định theo công thức: ISL = I =| I1 + I2 |= ILV (2-1) Còn dòng hãm được tính theo công thức: IH =| I1 | + | I2 | (2-2) Giá trị của dòng điện hãm và so lệch trong trường hợp sự cố ngoài vùng hoặc trong điều kiệ n làm việc bình thường: I1 là dòng điện thứ cấp máy biến dòng đi vào vùng bào vệ, I2 là dòng điện thứ cấp máy biến dòng đi ra khỏi vùng bảo vệ, trong trường hợp này: I2 = −I1 và do đó | I1 |=| I2 |. ISL = I1 + I2 = I1 − I1 = 0 (2-3) IH = I1 + I2 = I1 + I2 (2-4) Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 13 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng i1 i2 CT1 CT2 I1 I2 M I1 + I2 Hình 2.3: Sự cố trong vùng bảo v ệ so lệch Đối với các sự cố xảy ra bên trong vùng bảo vệ như được biểu diễn trong hình 2.3, dòng điện tác động của rơle bảo vệ so lệch bằng tổng của các dòng điện đầu vào cấp cho điể m sự cố. Đây là dòng điệ n sự c ố tổng theo đơn vị ampe phía thứ cấp. Khi có sự c ố bên trong phần tử được bảo vệ, các dòng điện ở mỗi đầu không bằng nhau.
Thành phần M đo được dòng I1 + I2 tỷ lệ với dòng i1 + i2 là tổng dòng s ự cố chạy từ hai phía. Nếu dòng điện I1 + I 2 này đủ lớn, bảo vệ so lệch tác động và cắt máy cắt ở hai phía c ủa phần tử bảo vệ. Dòng so lệch ISl (làm việc) xác định theo công thức: ISL = I = I1 + I2 = ILV (2-5) Còn dòng hãm được tính theo công thức: IH = I1 + I2 (2-6) Giá trị của dòng điện so lệch và dòng hãm trong các trường hợp sự cố trong vùng được tính như sau: Sự cố ngắn mạch trong vùng: Dòng hai phía bằng nhau I2 = I1 do đó | I 2 |=| I1 | ISL =| I1 + I2 |=| I1 + I1 |= 2 | I1 | (2-7) IH =| I1 | + | I2 |=| I1 | + | I1 |= 2| I1 | (2-8) Giá trị tổng đại s ố dòng so lệch và dòng hãm là bằng nhau. Sự cố ngắn mạch trong vùng: Với dòng chỉ một phía cao áp, khi đó I2 = 0.
Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 14 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng ISL =| I1 + I2 |=| I1 + 0|=| I1 | (2-9) IH =| I1 | + | I2 |=| I1 | (2-10) Hình 2.4: Đặc tính bảo v ệ so lệch theo dòng điện Ta thấy giá tr ị tổng đại số dòng so lệch và dòng hãm là bằng nhau, ảnh hưởng tác động giá trị của dòng so lệch và dòng hãm tương đương nhau bằng tổng dòng điện sự c ố chạy qua mỗi phía. Phân tích trên cho thấy với sự c ố trong vùng ISL = IH vì vậy đường đặc tính s ự cố trong vùng là đường thẳng với độ dốc bằng 1 (450) trong đặc tính tác động của chức năng bảo vệ so lệ ch theo hình 2. Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm 03 đoạn: Nhánh a mô tả ngưỡng độ nhạy của bảo vệ so lệch biểu thị dòng điện khởi động ngưỡng thấp (IDIFF>). Nhánh này là ngưỡng tác động thấp của bảo vệ so lệch, được xác định dựa trên sai s ố cố định c ủa dòng điện so lệ ch.
Trong trường hợp bảo vệ so lệch cho đường dây thường chọn giá trị này là 1p.u theo khuyến cáo của hãng. Nhánh b đặc tính xem như là dòng điện tỷ lệ thuận với dòng s ự cố , với nguyên tắc khi dòng sự cố tăng thì sai số do các máy biến dòng cũng tăng lên. Nhánh này cũng được sử dụng để ngăn ngừa sự tăng lên của dòng điện so lệ ch trong điều kiện làm việc bình thường. Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 15 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Nhánh c: trong dải dòng điện tăng cao làm tăng độ bão hòa từ máy biến dòng xuất hiện hiện tượng các máy biến dòng bão hòa không giống nhau vì vậy có tính đến chức năng khóa bảo vệ.2 B ảo vệ kho ảng cách Bảo vệ kho ảng cách thường được sử dụng để bảo vệ cho đường dây trong mạng điện có sơ đồ phức tạp mà vẫn đảm bảo tác động nhanh, chọn lọc và có độ nhạy cao.
Bảo vệ kho ảng cách hoạt động dựa trên giá tr ị dòng điện và điện áp tại điểm đặt rơ le để xác định tổ ng trở sự c ố. Nếu giá trị tổng trở này nhỏ hơn giá trị tổ ng trở đã cài đặt trong rơ le thì rơ le sẽ tác động (còn gọi là rơ le tổ ng trở thấp Z<).1 Đặc tính làm việc và cài đặt các vùng b ảo vệ Điểm làm việc lúc bình thường và khi sự cố: về lý thuyết khi s ự cố điểm làm việc luôn rơi vào đường tổng trở đường dây, do đó có thể chỉ cần chế tạo đặc tính tác động của rơ le là một đường thẳng trùng với đường tổng trở đường dây. Tuy nhiên do ảnh hưởng của sai số máy biế n dòng điện, do sự c ố có thể xảy ra qua các tổ ng trở trung gian nên giá tr ị rơ le đo được khi sự cố có thể ở lân c ận đường tổng trở đường dây. Nếu đặc tính tác động là một đường thẳng thì rơ le sẽ không làm việc trong các trường hợp này.
Để khắc phục thì các nhà chế tạo thường cố ý mở rộng đặc tính tác động về cả hai phía của đường dây, được gọi là vùng tác động. jX Đặc tính Đặc tính tác động tác động là được mở ZD+Zpt một đường ZD+Zpt ZD ZD rộng thẳng hẹp Điểm làm việc Điểm làm việc lúc bình Điểm sự cố rơi lúc bình Điểm sự cố rơi 100%ZD thường ra ngoài rơle thường ra ngoài rơle không tác động không tác động Hình 2.5: Điểm sự cố và đường đặc tính tác động Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 16 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Có nhiề u dạng đặc tính khác nhau, đối với bảo vệ đường dây thì đặc tính tứ giác hoạt độ ng chọn lọc hơn. jX ZD+Zpt 100%ZD 80%ZD Đặc tính tứ giác R Hình 2.6: Đặc tính tứ giác • Các vùng cài đặt của bảo vệ kho ảng cách: ▪ Thường được chỉnh định với 3 vùng tác động. ▪ Vùng I: tác động tức thời ▪ Vùng II và III: tác động có trễ theo nguyên t ắc phân cấp thời gian, phối hợp với các bảo vệ liề n kề.
• Vùng I: ▪ Bảo vệ kho ảng 80-85% chiều dài đường dây AB. ▪ Không cài đặt bảo vệ 100% đường dây do nhiều yếu tố như: ảnh hưởng của sai số BU, BI, hệ s ố phân bố dòng điện, tính toán tổ ng trở dựa trên giả thuyết bỏ qua điện dung, hoán vị pha trên đường dây,… tuy nhiên thực tế điều này không thể hoàn toàn chính xác. • Vùng II: ▪ Tối thiể u từ 120-150% chiều dài đường dây. ▪ Bảo vệ toàn bộ chiều dài đường dây cần bảo vệ.
▪ Không được vượt quá vùng I của bảo vệ liền kề, phố i hợp với đường dây ngắn nhất kế tiếp. • Vùng III: Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 17 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng ▪ Bao trùm toàn bộ đường dây cần bảo vệ và đường dây dài nhất tính từ thanh góp phía cuối đường dây bảo vệ. Tuy nhiên không được vượt quá vùng II của các bảo vệ liề n kề. ▪ Có xét đến khả năng ảnh hưởng của đường dây mang nặng tải và trường hợp xảy ra dao động công suất.