CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ RELAY 1.1 Khái niệm về rơle bảo vệ: - Đối với các trạm biến điện áp cao thế, cũng như trong quá trình vận hành hệ thống điện nói chung; có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị, đường dây hoặc do chế độ làm việc bất thường của các phần tử trong hệ thống. Các sự cố này thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống. 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 tình trạng này kéo dài, thì có thể sẽ xuất hiện sự cố lan rộng.
- Chế độ làm việc không bình thường có nguy cơ xuất hiện sự cố làm giảm tuổi thọ của máy móc. - Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ khi xuất hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó ra khỏi phần tử bị hư hỏng. Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì được hoạt động bình thường, đồng thời cũng giảm được mức độ hư hại của phần tử bị sự cố. Làm được điều này chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện được.
Các thiết bị này gọi chung là rơle bảo vệ. - Trong hệ thống điện, rơle bảo vệ sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện. Khi xuất hiện sự cố, rơle bảo vệ sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố nhờ máy cắt điện thông qua mạch điện kiểm soát. Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, rơle bảo vệ sẽ phát tín hiệu và tuỳ theo yêu cầu cài đặt, có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo động cho nhân viên vận hành.
-Tuỳ theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt rơle bảo vệ chính, rơle bảo vệ dự phòng: GVHD: Th.S Phạm Nhất Phương 1 SVTH: Lê Sỹ Hùng Luận án tốt nghiệp: Bảo vệ rơ le đường dây nhà máy điện Phú Mỹ + Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố xảy ra trong phạm vi giới hạn đối với trang thiết bị được bảo vệ. + Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ. Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống trước tiên (khi bảo vệ này tác động đúng).2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống bảo vệ : 1.1 Yêu cầu đối với bảo vệ chống ngắn mạch : Tính chọn lọc : Khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần hư hỏng khi ngắn mạch được gọi là tính chọn lọc. Yêu cầu tác động chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho các hộ tiêu thụ.
Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng. Cần phân biệt hai khái niệm cắt 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 : Tính tác động nhanh của bảo vệ là yêu cầu quan trọng khi có ngắn mạch bên trong của thiết bị.
Bảo vệ tác động càng nhanh thì : + Đảm bảo tính ổn định làm việc song song của các máy phát trong hệ thống. Làm giảm ảnh hưởng của điện áp thấp lên các phụ tải. + Giảm tác hại dòng ngắn mạch tới các thiết bị. + Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn.
+ Nâng cao hiệu quả thiết bị tự đóng lại .S Phạm Nhất Phương 2 SVTH: Lê Sỹ Hùng Luận án tốt nghiệp: Bảo vệ rơ le đường dây nhà máy điện Phú Mỹ - Thời gian các hư hỏng (t) bao gồm thời gian tác động của bảo vệ (BV) tbv và thời gian cắt của máy cắt tMC : t = tbv + tMC. - Đối với các hệ thống hiện đại thời gian cắt ngắn mạch lớn nhất cho phép theo yêu cầu đảm bảo tính ổn định rất nhỏ. Ví dụ đối với đường dây tải điện 300 - 500 KV cần phải cắt sự cố trong vòng 0,1 - 0,12 giây(s) sau khi ngắn mạch xuất hiện, còn trong mạng 110 - 220 KV thì trong vòng 0,15 - 0,3 s. Trong các mạng phân phối 6, 10, 15 KV ở cách xa nguồn thời gian cắt sự cố cho phép lên tới 1,5 - 3s.
Muốn cắt nhanh ngắn mạnh cần giảm thời gian tác động của bảo vệ và máy cắt. Hiện nay thường dùng phổ biến các máy cắt có tMC = 0,15 - 0,06 s. Nếu cần cắt ngắn mạch với thời gian t = 0,12s bằng máy cắt có tMC = 0,08s thì thời gian tác động của bảo vệ không được vượt quá 0,04s (2 chu kỳ). Bảo vệ có thời gian tác động dưới 0,1s được xếp vào loại tác động nhanh.
Loại bảo vệ tác động nhanh hiện đại có tbv = 0,01 - 0. Việc chế tạo bảo vệ vừa tác động chọn lọc, vừa nhanh là vấn đề khó, các bảo vệ này phức tạp và đắt. Để đơn giản có thể thực hiện cắt nhanh ngắn mạch không chọn lọc sau đó dùng thiết bị tự đóng lại phần bị cắt không chọn lọc. Độ nhạy : Đối với hệ thống điện có nhiều nhánh phân đoạn bằng máy cắt và có nhiều nguồn cung cấp, ta thấy mỗi bảo vệ cần tác động khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ của mình (để bảo đảm vừa có bảo vệ chính và bảo vệ dự trữ tại chỗ).
Ngoài ra nó còn cần tác động khi ngắn mạch xảy ra trong đoạn bảo vệ kế tiếp trong trường hợp bảo vệ hay máy cắt kế tiếp bị trục trặc. Điều này cần thiết để dự phòng trường hợp ngắn mạch trong đoạn kế, tác động của bảo vệ đối với với đoạn kế tiếp được gọi là dự phòng xa. Mỗi bảo vệ cần tác động không chỉ với trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian của hồ quang. Ngoài ra nó cần tác động khi ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu (ở chế độ này một số nguồn được cắt ra và do đó dòng ngắn mạch có giá trị nhỏ) .S Phạm Nhất Phương 3 SVTH: Lê Sỹ Hùng Luận án tốt nghiệp: Bảo vệ rơ le đường dây nhà máy điện Phú Mỹ - Độ nhạy của bảo vệ thường được đánh giá bằng hệ số nhạy knh.
Đối với bảo vệ cực đại tác động, đại lượng theo dõi tăng khi có hư hỏng (thí dụ quá dòng điện) thì knh được xáv định : Knh = INmin/Ikđbv. Với INmin - Dòng ngắn mạch nhỏ nhất. Ikđbv - giá trị dòng nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động. - Đối bảo vệ cực tiểu tác động khi đại lượng theo dõi giảm khi hư hỏng ( thí dụ khi điện áp cực tiểu ) hệ số Knh được xác định ngược lại bằng trị số điện áp khởi động chia cho điện áp dư còn lại lớn nhất khi hư hỏng :Knh = Ikđ/ Imaxdư.
- Bảo vệ cần có độ nhạy sao cho nó tác động chắc chắn khi ngắn mạch qua điện trở của hồ quang ở cuối vùng được giao bảo vệ trong chế độ cực tiểu của hệ thống. Độ tin cậy :Đối với hệ thống điện, độ tin cậy thể hiện yêu cầu bảo vệ phải tác động chắc chắn khi ngắn mạch xảy ra trong vùng được giao bảo vệ và không được tác động đối với các chế độ mà không có nhiệm vụ tác động. Đây là yêu cầu rất quan trọng. Một bảo vệ nào đó hoặc không tác động hoặc tác động nhầm rất có thể dẫn đến hậu quả là số phụ tải bị mất điện nhiều hơn hoặc làm cho sự cố lan tràn và gây thiệt hại về kinh tế.
- Để bảo vệ có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số lượng rơle và tiếp xúc, cấu tạo đơn giản, chế độ và lắp ráp đảm bảo chất lượng, đồng thời kiểm tra thường xuyên trong quá trình vận hành.2 Yêu cầu đối với bảo vệ chống các chế độ làm việc không bình thường : - Tương tự như bảo vệ chống ngắn mạch, các bảo vệ này cũng cần tác động chọn lọc, nhạy và tin cậy. Yêu cầu tác động nhanh không đề ra. Thời gian tác động của bảo vệ loại này cũng được xác định theo tính chất và hậu quả của chế độ làm việc không bình thường. Thông thường các chế độ này xảy ra chốc lát và tự tiêu tán, giống như sự quá tải ngắn hạn khi khởi động động cơ không đồng bộ.
Trướng hợp này nếu cắt ngây sẽ làm phụ tải mất điện. Vì vậy, chỉ cần cắt thiết bị khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường nếu có nguy cơ thực tế đối với thiết bị đó ,trong khoảng thời gian nhất GVHD: Th.S Phạm Nhất Phương 4 SVTH: Lê Sỹ Hùng Luận án tốt nghiệp: Bảo vệ rơ le đường dây nhà máy điện Phú Mỹ định. Trong những trường hợp nhân viên vận hành có nhiệm vụ loại trừ chế độ không bình thường và như vậy chỉ cần yêu cầu bảo vệ báo tính hiệu chính xác.3 Các bộ phận của hệ thống bảo vệ : - Sơ đồ tổng quát bảo vệ gồm hai phần chính và phần mạch logic (Hình 1. + phần đo lường liên tục thu nhận tin tức về tình trạng của phần tử được bảo vệ, ghi nhận sự xuất hiện sự cố và tình trạng làm việc không bình thường đồng thời trường tín hiệu đến phần mạch logic.
Phần đo lường nhận những thông tin của đối tượng được bảo vệ qua các bộ biến đổi đo lường sơ cấp máy biến dòng ( BI) và máy biến điện áp (BU). + Phần logic tiếp nhận tính hiệu từ phần đo lường. Nếu giá trị, thứ tự và tổng hợp các tính hiệu phù hợp với chương trình định trước nó sẽ phát tính hiệu điều khiển cần thiết (Cắt máy cắt hoặc báo tính hiệu ) qua bộ phận thực hiện. - Ngoài phần chính trên, để cung cấp nguồn một chiều DC cho phần đo lường, phần mạch logic, mạch báo tính hiệu, màn hình thể hiện và bộ phận thực hiện cần nguồn thao tác một chiều.