Nguyên tắc tác động bảo vệ so lệch ngang dựa vào việc so sánh dòng trên 2 đường dây song song, trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài các dòng này có trị số bằng nhau và cùng hướng, còn khi phát sinh hư hỏng trên một đường dây thì chúng sẽ khác nhau.
Bảo vệ được dùng cho 2 đường dây song song nối vào thanh góp qua máy cắt riêng. Khi hư hỏng trên một đường dây, bảo vệ cần phải cắt chỉ đường dây đó và giữ nguyên đường dây không hư hỏng lại làm việc. Muốn vậy bảo vệ phải được đặt ở cả 2 đầu đường dây và có thêm bộ phận định hướng công suất để xác định đường dây bị hư hỏng.
Sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ trên hình 5.9. Các máy biến dòng đặt trên 2 đường dây có tỷ số biến đổi nI như nhau, cuộn thứ của chúng nối với nhau thế nào để nhận được hiệu các dòng pha cùng tên. Rơle dòng 5RI làm nhiệm vụ của bộ phận khởi động, rơle 6RW tác động 2 phía là bộ phận định hướng công suất. Khi chiều dòng điện quy ước như trên hình 5.9, ta có dòng đưa vào các rơle này là IR = IIT - IIIT .
Aïp đưa vào 6RW được lấy từ BU nối vào thanh góp trạm. Rơle 6RW sẽ tác động đi cắt đường dây có công suất ngắn mạch hướng từ thanh góp vào đường dây và khi ở cả 2 đường dây đều có công suất ngắn mạch hướng từ thanh góp vào đường dây thì 6RW sẽ tác động về phía đường dây có công suất lớn hơn.
Trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài, dòng IIT , IIIT
bằng nhau và trùng pha. Dòng vào rơle IR = IIT - IIIT gần bằng 0 [IR = IKCB], nhỏ hơn dòng khởi động IKĐR của bộ phận khởi động 5RI và bảo vệ sẽ không tác động.
Hình 5.9 : Bảo vệ so lệch ngang có hướng dùng cho 2 đường dây song song
Khi ngắn mạch trên đường dây I ở điểm N’ [hình 5.9], dòng II > III . Về phía trạm A có IR = IIT - IIIT ; còn phía trạm B có IR = 2IIIT. Rơle 5RI ở cả 2 phía đều khởi động. Công suất ngắn mạch trên đường dây I phía A lớn hơn trên đường dây II; do vậy 6’RW khởi động về phía đường dây I và bảo vệ cắt máy cắt 1’MC. Về phía trạm B, công suất ngắn mạch trên đường dây I có dấu dương [hướng từ thanh góp vào
đường dây], còn trên đường dây II - âm. Do đó 6”RW cũng khởi động về phía đường dây I và cắt máy cắt 1”MC. Như vậy bảo vệ đảm bảo cắt 2 phía của đường dây hư hỏng I.
Khi ngắn mạch trên đường dây ở gần thanh góp [điểm N”], dòng vào rơle phía trạm B là IR ≈ 0 và lúc đầu nó không khởi động. Tuy nhiên bảo vệ phía trạm A tác động do dòng vào rơle khá lớn. Sau khi cắt máy cắt 2’MC, phân bố dòng trên đường dây có thay đổi và chỉ đến lúc này bảo vệ phía trạm B mới tác động cắt 2”MC. Hiện tượng khởi động không đồng thời vừa nêu là không mong muốn vì làm tăng thời gian loại trừ hư hỏng ra khỏi mạng điện.
Nguồn thao tác được đưa vào bảo vệ qua các tiếp điểm phụ của 1MC và 2MC. Khi cắt một máy cắt thì tiếp điểm phụ của nó mở và tách bảo vệ ra. Cần thực hiện như vậy vì 2 lí do sau:
• Sau khi cắt 1 đường dây bảo vệ trở thành bảo vệ dòng cực đại không thời gian. Nếu không tách bảo vệ ra, nó có thể cắt không đúng đường dây còn lại khi xảy ra ngắn mạch ngoài.
• Bảo vệ có thể cắt đường dây bị hư hỏng không đồng thời. Khi ngắn mạch tại điểm N”, máy cắt 2’MC cắt trước, sau đó toàn bộ dòng hư hỏng sẽ đi đến chỗ ngắn mạch qua đường dây I. Nếu không tách bảo vệ phía trạm A ra, nó có thể cắt không đúng 1’MC của đường dây I không hư hỏng.
Trên đây, Tổng Kho Máy Phát Điện đã giới thiệu với bạn về 6 chế độ bảo vệ máy phát điện. Nếu bạn muốn được tư vấn chi tiết hơn, hãy liên hệ ngay số hotline của chúng tôi để được hỗ trợ nhanh nhất. Đội ngũ nhân viên tư vấn luôn sẵn sàng hỗ trợ quý khách hàng bất cứ lúc nào.
Ngày nay ở Việt Nam bảo vệ so lệch dòng điện không chỉ sử dụng để bảo vệ máy phát, máy biến áp mà nó đã được sử dụng khá phổ biến để bảo vệ lưới truyền tải. Để nâng cao độ nhạy của bảo vệ so lệch dòng điện các hãng chế tạo rơle số đã phát minh ra loại rơle so lệch dòng điện có hãm, cộng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống truyền tín hiệu mà loại rơle này đã dần khắc phục được các nhược điểm cơ bản của mình bằng phương pháp so sánh tín hiệu dòng điện ở hai đầu ĐZ thông qua các I1SI2Sthiết bị truyền tin thay cho việc dùng dây dẫn phụ.
Điều này không những nâng cao độ tin cậy mà còn nâng cao độ nhạy của bảo vệ. Trên thực tế có nhiều mô hình sơ đồ nguyên lý của rơle so lệch có hãm, mỗi hãng có thể đưa ra một mô hình khác nhau sao cho từ đó họ có thể chế tạo ra phần cứng và chương trình hoá được các thuật toán logic để cài đặt vào bộ nhớ của rơle. Trên hình 4.21 trình bày một trong các dạng sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm.
Ở đây chúng ta không đi sâu vào cấu tạo của rơle so lệch dòng điện mà chỉ từ nguyên lý làm việc của nó chúng ta sẽ ứng dụng để bảo vệ ĐZ trong hệ thống điện. Từ sơ đồ nguyên lý trên hình 4.21 ta có:
Trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài: Dòng điện so lệch ISL [chính là dòng làm việc] của bảo vệ được xác định theo công thức:
I . SL = Δ I . = I . 1T − I . 2T = I . LV size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "SL"} } =Δ {I} cSup { size 8{ "." } } = {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1T} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2T} } = {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "LV"} } } {}
\=1nI.[[I.1S−I.2S]−[I.1μ−I.2μ]]1nI.[I.1S−I.2S]−I.KCBT≈−I.KCBTalignl { stack { size 12{ {}= { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2μ} } \] \] } {} # = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "KCBT"} } approx - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "KCBT"} } {} } } {} [4-48]
Dòng điện hãm:
I.H=I.1T+I.2T=1nI.[[I.1S+I.2S]−[I.1μ+I.2μ]] size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{H} } = {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1T} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2T} } = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2μ} } \] \] } {} [4-49]
- Trong đó:
IKCBT: dòng không cân bằng thứ cấp BI, giá trị của dòng này phụ thuộc vào độ sai lệch giữa các BI và thành phần không chu kì trong dòng điện chạy qua đối tượng được bảo vệ. Dòng không cân bằng thứ cấp có thể được xác định theo biểu thức sau:
I.KCBT=Kđn.KKCK.fi.I.Nngoàimax size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "KCBT"} } =K rSub { size 8{ ital "đn"} } "." K rSub { size 8{ ital "KCK"} } "." f rSub { size 8{i} } "." {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "Nngoàimax""} } } {} [4-50]
I1S, I2S, I1T, I2T, I1μ, I2μ: lần lượt là dòng điện sơ cấp, thứ cấp và dòng từ hoá của BI.
nI: hệ số biến đổi của các BI.
Trong chế độ này dòng điện vào cuộn hãm IH lớn hơn dòng vào cuộn làm việc ILV nên bảo vệ không tác động [hình 4.22a].
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ:
Trường hợp ĐZ có một nguồn cung cấp: giả sử HT2 trên hình 4.21 được cắt ra. Khi đó:
I.LV=I.1S=1nI.[I.1S−I.1μ] size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "LV"} } = {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } \] } {} [4- 51]
Để bảo vệ có thể làm việc đúng trong trường hợp này thì giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ ILV phải chọn lớn hơn giá trị dòng điện hãm IH, nghĩa là:
ILV = IH/KH [4- 52]
Với KH là hệ số hãm, thường chọn KH = [0,2 ÷ 0,5].
Giới hạn dưới của hệ số hãm được chọn cho miền có dòng ngắn mạch bé để nâng cao độ nhạy của bảo vệ, còn ở miền có dòng ngắn mạch lớn thường chọn hệ số KH cao để ngăn chặn bảo vệ có thể tác động nhầm.
Trường hợp ĐZ có hai nguồn cung cấp: [hình 4.21]
Dòng điện I.1S size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } } {} ngược hướng với I.2S size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } } {} nên I.1T size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1T} } } {} cũng sẽ ngược hướng với I.2T size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2T} } } {}. Khi đó:
I.SL=1nI.[[I.1S+I.2S]−[I.1μ+I.2μ]] size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "SL"} } = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2μ} } \] \] } {} [4-53]
I.H=1nI.[[I.1S−I.2S]−[I.1μ−I.2μ]] size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{H} } = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2μ} } \] \] } {} [4-54]
Như vậy, trong trường hợp này dòng ISL >> IH [hình 4.22b] do đó bảo vệ sẽ tác động.
Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo công thức:
Kn=INminIđặt87 size 12{K rSub { size 8{n} } = { {I rSub { size 8{N"min"} } } over {I rSub { size 8{ ital "đăt""87"} } } } } {} [4-55]
Bảo vệ so lệch dòng điện có tính chọn lọc tuyệt đối do đó yêu cầu độ nhạy của bảo vệ Kn ≥ 2. Đối với rơle điện cơ để đảm bảo được yêu cầu về độ nhạy người ta phải sử dụng các biện pháp nhằm hạn chế thành phần dòng không cân bằng như mắc nối tiếp với cuộn dây rơle một điện trở phụ, sử dụng máy biến dòng bão hoà trung gian... Còn với rơle số do được trang bị bộ lọc số có thể lọc nhanh được thành phần sóng hài khác tần số cơ bản 50 Hz trong dòng sự cố kết hợp với chức năng khoá khi có sóng hài nên rơle so lệch số có độ nhạy khá cao.
Như đã nói ở trên, bảo vệ so lệch có tính chọn lọc tuyệt đối nên thời gian tác động của bảo vệ không cần phải phối hợp với các bảo vệ khác, tức là về nguyên tắc bảo vệ có thể tác động không thời gian.
Sau đây chúng ta sẽ xét một số phương án ứng dụng nguyên lý so lệch để bảo vệ cho một số ĐZ trong hệ thống điện.
Bảo vệ so lệch dọc cho ĐZ đơn:
Để bảo vệ ĐZ đơn một hoặc hai nguồn cung cấp người ta thường sử dụng bảo vệ so lệch dọc có hãm. Từ nguyên lý so lệch chúng ta nhận thấy: để có thể so sánh dòng điện ở hai đầu ĐZ thì ngoài ĐZ truyền tải chính ra phải bố trí thêm ĐZ dẫn phụ để truyền tín hiệu dòng điện giữa hai đầu ĐZ cho bảo vệ so lệch dọc. ngày nay, đối với rơle số người ta thường thay thế dây dẫn phụ bằng việc truyền tín hiệu thông qua đường dây thông tin, điều này không những nâng cao độ tin cậy, độ nhạy của bảo vệ mà còn tăng khả năng tự động hoá trong hệ thống điện đặc biệt là khi hệ thống scada được đưa vào sử dụng. Trên hình 4.23 trình bày nguyên lý bảo vệ ĐZ dùng rơle so lệch có hãm truyền tín hiệu dùng thiết bị truyền tin.
Đối với các ĐZ có chiều dài ngắn [< 25 km] người ta vẫn sử dụng dây dẫn phụ để truyền tín hiệu dòng điện giữa hai đầu đường dây [hình 4.21]. Khi đó để giảm bớt số lượng dây dẫn phụ dùng trong sơ đồ ba pha người ta dùng phương pháp cộng dòng điện pha thông qua các máy biến dòng cộng [hình 4.24]. Hệ số biến đổi pha trong máy biến dòng cộng phải được chọn sao cho dòng điện ở đầu ra không bị triệt tiêu đối với bất kỳ một dạng ngắn mạch nào. Chẳng hạn với sơ đồ hình 4.24, tỉ số vòng dây giữa các cuộn là: W1 : W2 : W3 = 2 : 1 : 3 và dòng điện đầu ra của máy biến dòng là:
I.ra=2.I.a+I.c+3.I.N size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "ra"} } =2 "." {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{a} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{c} } +3 "." {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{N} } } {} [4-56]
- với I.N size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{N} } } {} là dòng điện chạy trong dây trung tính của tổ máy biến dòng đấu hình sao.
Bảo vệ so lệch ĐZ song song:
Bảo vệ so lệch ngang có hướng được dùng để bảo vệ cho ĐZ song song nối vào thanh góp qua các máy cắt riêng [hình 4.25]. Bảo vệ so lệch ngang có hướng làm việc dựa theo nguyên tắc so sánh dòng điện trên hai đường dây song song. Trong chế độ làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài [giả sử tại N1], các dòng điện chạy trên hai nhánh ĐZ cùng chiều và có giá trị gần bằng nhau nên dòng điện vào rơle:
Bộ phía thanh góp A:
I.SL=1nI.[[I.1S−I.2S]−[I.1μ−I.2μ]]≈I.KCBT size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "SL"} } = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2μ} } \] \] approx {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "KCBT"} } } {}< IKĐR [4-57]
- bảo vệ không tác động trong trường hợp này.
Bộ phía thanh góp B: sẽ bị khoá do chiều dòng điện đi từ ĐZ vào thanh góp. Như vậy bảo vệ không tác động trong trường hợp này.
Khi xảy ra ngắn mạch tại N2 [giả sử phía phụ tải không có nguồn truyền ngược về], dòng ngắn mạch tại điểm N2 được cung cấp từ hai phía: dòng cung cấp trực tiếp theo đường A1N2 và dòng đổ về theo đường vòng A34B2N2 [thường dòng ngắn mạch do nhánh A1N2 có giá trị lớn hơn so với dòng do nhánh kia cung cấp do tổng trở mạch vòng thường lớn]. Dòng ngắn mạch trên đi qua hai bộ bảo vệ so lệch ở hai đầu thanh góp.
Bộ phía thanh góp A: Chiều dòng điện đi từ thanh góp vào đường dây sẽ làm cho chức năng định hướng công suất của rơle làm việc để xác định điểm ngắn mạch nằm trên nhánh đường dây nào có luồng công suất lớn hơn [nhánh I], đồng thời dòng điện so lệch vào rơle xác định theo công thức:
I.SL=1nI.[[I.1S−I.2S]−[I.1μ−I.2μ]]>IKÂR size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "SL"} } = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } - {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2μ} } \] \] >I rSub { size 8{ ital "KĐR"} } } {} [4-58]
Các dữ liệu trên sẽ được tổng hợp và so sánh với các giá trị cài đặt. Trong trường hợp này bộ phía A sẽ đưa tín hiệu đi cắt máy cắt 1.
Bộ phía thanh góp B: Dòng điện chạy trên hai nhánh I1S và I2S có chiều ngược nhau. Khi đó dòng điện so lệch được xác định theo công thức sau:
I.SL=1nI.[[I.1S+I.2S]−[I.1μ+I.2μ]]>IKÂR size 12{ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "SL"} } = { {1} over {n rSub { size 8{I} } } } "." \[ \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1S} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2S} } \] - \[ {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1μ} } + {I} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2μ} } \] \] >I rSub { size 8{ ital "KĐR"} } } {} [4-59]
Các số liệu thu được sẽ được bộ phía thanh góp B tổng hợp và đưa tín hiệu đi cắt máy cắt 2 [dòng I2S có chiều hướng từ đường dây II vào thanh góp B, còn dòng I1S hướng từ thanh góp B ra đường dây I]. Như vậy sự cố sẽ được cắt bởi bảo vệ so lệch ở hai phía thanh góp và nhánh đường dây còn lại tiếp tục vận hành nhưng khi đó chức năng so lệch sẽ bị khoá để tránh bảo vệ có thể tác động nhầm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ vì lúc đó bảo vệ so lệch ngang trở thành bảo vệ quá dòng có hướng.
Khi xảy ra ngắn mạch tại N3 [gần thanh góp A], do tổng trở đoạn từ thanh góp A đến điểm ngắn mạch nhỏ hơn rất nhiều so với tổng trở mạch vòng dẫn đến dòng ngắn mạch hầu như đổ dồn hoàn toàn qua nhánh A3N3 làm cho bảo vệ phía A tác động cắt máy cắt 3 còn dòng trong mạch vòng rất nhỏ nên bảo vệ phía B không tác động. Chỉ khi máy cắt 3 bị cắt ra, dòng ngắn mạch đổ dồn về nhánh vòng và khi đó bảo vệ phía B mới tác động cắt máy cắt 4. Trường hợp này được gọi là hiện tượng khởi động không đồng thời, hiện tượng này sẽ làm tăng thời gian cắt ngắn mạch lên gây ảnh hưởng đến tính tác động nhanh của bảo vệ.
Trong trường hợp xảy ra đứt dây kèm theo chạm đất một nhánh đường dây thì bảo vệ so lệch ngang có hướng sẽ tác động không đúng cắt cả hai nhánh đường dây. Đây chính là một nhược điểm rất lớn của bảo vệ so lệch ngang có hướng. Để khắc phục người ta dựa vào khoảng thời gian từ lúc đứt dây đến khi chạm đất để khoá chức năng so lệch của bảo vệ.