Chương 1. CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ 1. Các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo vệ Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc bất thường của các phần tử. Các sự cố thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm thấp.
Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hỏng. Khi điện áp giảm thấp, các hộ tiêu thụ không thể làm việc bình thường và tính ổn định của các máy phát làm việc song song và của toàn hệ thống bị giảm. Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép. Nếu để kéo dài tình trạng này, có thể xuất hiện sự cố.
Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ khi xuất hiện sự cố, cần phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó ra khỏi phần tử bị hư hỏng, nhờ vậy phần còn lại duy trì được hoạt động bình thường, đồng thời giảm mức độ hư hại của phần tử bị sự cố. Chỉ có thiết bị tự động bảo vệ mới có thể thực hiện tốt được yêu cầu trên, thiết bị này gọi là bảo vệ rơle. Bảo vệ rơle sẽ theo dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện. Khi xuất hiện sự cố, bảo vệ rơle phát hiện và cắt phần tử hư hỏng nhờ máy cắt điện.
Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, bảo vệ rơle sẽ phát tín hiệu và tùy thuộc yêu cầu, có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo tín hiệu cho nhân viên trực. Các yêu cầu chính đối với hệ thống rơle bảo vệ: 1. Tính chọn lọc Tính tác động chọn lọc là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo vệ rơle chỉ tác động cắt các phần tử đó ra khỏi hệ thống điện. Sơ đồ minh họa yêu cầu của bảo vệ rơle.
12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ: trong sơ đồ bảo vệ như hình 1, khi ngắn mạch tại điểm N1, máy cắt MC3 là máy cắt gần chỗ sự cố nhất, BV3 phải đưa tín hiệu cắt MC3. Khi ngắn mạch tại điểm N2, đường dây sự cố (II) được cắt ra bởi các máy cắt MC1 và MC2 thông qua hai bảo vệ BV1 và BV2. Như vậy bảo vệ rơle đảm bảo tính chọn lọc chỉ cắt phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống và bảo toàn sự làm việc bình thường của các phần tử không bị sự cố. Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục.
Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng. Yêu cầu tác động chọn lọc cũng không loại trừ khả năng bảo vệ tác động như là bảo vệ dự trữ trong trường hợp hỏng hóc bảo vệ hoặc máy cắt của các phần tử lân cận. Cần phân biệt hai khái niệm chọn lọc. + Chọn lọc tương đối: Theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận.
+ Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính phần tử được bảo vệ. Tác động nhanh Bảo vệ phải tác động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử hư hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm: + Giảm được thời gian tụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ. + Đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện. + Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị.
Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1 giây. Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ rơle. Tuy nhiên trong một số trường hợp để thực hiện yêu cầu tác động nhanh thì không thể thỏa mãn yêu cầu chọn lọc. Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau.
Độ nhạy Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy đối với nhưng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường có thể xuất hiện ở những phần tử được bảo vệ trong hệ thống điện. Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian. Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu, tức là một số nguồn được cắt ra nên dòng ngắn mạch có giá trị nhỏ. Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số độ nhạy, Kn: - Đối với các bảo vệ làm việc theo các đại lượng tăng khi ngắn mạch, hệ số độ nhạy được xác định bằng tỷ số giữa đại lượng tác động tối thiểu (ví dụ dòng ngắn mạch nhỏ nhất) khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đại lượng đặt (dòng khởi động).
13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Đối với các bảo vệ tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ bảo vệ thiếu điện áp), hệ số nhạy được xác định ngược lại: trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu. Đảm bảo độ tin cậy Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắn trong tất cả các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình trạng làm việc không bình thường đã định trước. Không được tác động sai đối với các trường hợp mà nó không có nhiệm vụ tác động. Bảo vệ không tác động hoặc tác động nhầm rất có thể dẫn đến hậu quả: số phụ tải bị mất điện nhiều hơn hoặc làm cho sự cố lan tràn.
Ví dụ: như hình 1, khi ngắn mạch tại điểm N2, bảo vệ không tác động cắt MC1 và MC2 được thì các bảo vệ dự phòng xa khác sẽ cắt nguồn II bởi MC4, MC5 và trạm B như vậy bảo vệ thiết kế không tin cậy, làm mất điện nhiều, gây thiệt hại về kinh tế. Nếu bảo vệ có nhiệm vụ dự trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ngắn mạch trong vùng dự trữ bảo vệ này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo vệ chính đặt gần chỗ ngắn mạch hơn chưa tác động. Để bảo vệ có độ tin cậy cao: + Dùng sơ đồ bảo vệ rơle đơn giản nhất và rơle có chất lượng cao. + Giảm số lượng rơle và tiếp xúc.
Các bộ phận phụ (cực nối, dây dẫn) dùng trong sơ đồ phải chắc chắn, tiếp xúc tốt. + Chế độ và lắp ráp đảm bảo chất lượng, đồng thời kiểm tra thường xuyên sơ đồ bảo vệ trong quá trình vận hành. + Có bảo vệ dự phòng: dự phòng tại chỗ, dự phòng từ xa, khác nguyên tắc làm việc, khác hãng sản xuất. Bảo vệ rơle làm việc không tin cậy có thể do: thiết kế không đúng hoặc không hợp lý; thông số của bảo vệ, đối tượng bảo vệ bị suy giảm trong vận hành.
Các qui định về cấu hình hệ thống rơle bảo vệ Các đường dây và máy biến áp truyền tải đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa điện năng sản xuất từ nguồn đến các hộ tiêu thụ điện. Số lượng các trạm biến áp truyền tải điện tăng lên không ngừng do phải đáp ứng nhu cầu tăng rất nhanh của các hộ phụ tải. Số lượng các máy biến áp ở các cấp điện áp 500 kV, 220 kV, 110 kV trong hệ thống truyền tải điện ngày càng nhiều chính vì vậy mà phương thức sử dụng dùng để bảo vệ cho máy biến áp phần tử quan trọng nhất trong trạm biến áp ngày càng trở nên quan trọng. Bên cạnh các yêu cầu về kỹ thuật, các yêu cầu về tính kinh tế ngày càng được quan tâm nhằm nâng cao độ tin cậy để bảo vệ máy biến áp tốt hơn và tối ưu về mặt kinh tế.
14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Việc xây dựng cấu hình hệ thống bảo vệ rơle cho trạm biến áp, tùy theo từng cấp điện áp, mức độ quan trọng có thể sử dụng kết hợp nhiều loại bảo vệ được sử dụng làm bảo vệ chính, bảo vệ kép hoặc bảo vệ dự phòng: - Bảo vệ chính: bảo vệ chủ yếu, tác động trước tiên. - Bảo vệ kép: hai bảo vệ chính, độc lập, cách ly vật lý, cùng thời gian tác động. - Bảo vệ dự phòng (bảo vệ phụ): bảo vệ tác động khi bảo vệ chính không tác động. Một số chức năng bảo vệ được sử dụng trong việc cấu hình hệ thống bảo vệ rơle cho máy biến áp: - 87T: Bảo vệ so lệch máy biến áp (Transformer Differential Protection).
- 49: Bảo vệ quá nhiệt (Thermal relay). - 64: Rơle chống chạm đất (Earth – Fault relay). - 50: Rơle quá dòng cắt nhanh (Instantancous overcurrent relay). - 51: Rơle quá dòng cực đại (Inverse time overcurrent relay).
- 50N: Quá dòng cắt nhanh chống chạm đất. - 51N: Bảo vệ quá dòng chạm đất thời gian xác định (Definite time earth fault overcurrent relay). - 67: Rơle dòng định hướng (Directional overcurrent relay). - 67N: Rơle dòng định hướng chống chạm đất (Directional earth fault relay).
- 27: Rơle điện áp thấp (Undervoltage relay). - 59: Rơle quá điện áp (Overvoltage relay). - 50BF: Rơle bảo vệ hư hỏng máy cắt. - 74: Rơle xóa giám sát mạch cắt.
Khi xảy ra chế độ làm việc không bình thường hoặc sự cố, việc phát hiện và loại trừ càng nhanh sự cố bên trong máy biến áp sẽ giúp tăng khả năng cung cấp điện liên tục cho toàn hệ thống điện, giảm thiệt hại về kinh tế. Theo quy định mới của EVN ban hành năm 2016 về cấu hình hệ thống và quy cách kỹ thuật của rơle bảo vệ cho các máy biến áp 500kV; 220kV và 110kV như sau: 1. Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ đối với máy biến áp 500/220kV 1. Bảo vệ chính 1 Được tích hợp các chức năng bảo vệ 87T, 49, 64, 50/51,50N/51N.
Tín hiệu dòng điện các phía lấy từ máy biến dòng chân sứ máy biến áp. Bảo vệ chính 2 Được tích hợp các chức năng bảo vệ 87T, 49, 64, 50/51, 50N/51N. Tín hiệu dòng điện các phía lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào các phía máy biến áp. 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Bảo vệ dự phòng cho các cuộn dây 500kV Được tích hợp các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào phía 500kV của máy biến áp, tín hiệu điện áp được lấy từ máy biến điện áp thanh cái 500kV.