bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

BẢO VỆ RƠ LE
VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

TS. Vũ Thị Anh Thơ
09 83 16 81 83



Phần I
Bảo vệ rơ le
trong hệ thống điện

TS. Vũ Thị Anh Thơ
2


Tài liệu tham khảo

1.

Bảo vệ các Hệ thống Điện, Trần Đình Long, NXB KHKT

2.

Giáo trình Bảo vệ Rơ le trong Hệ thống điện, Đại học Điện lực

3.

Ebook: Power System Protection (P.M. Anderson)

4.

Ebook: Power System Relaying (Stanley H. Horowitz)

5.

Ebook: Protection of Electrical Networks (Christophe Prévé)

6.

Ebook: Protection of electricity distribution networks (JuanM. Gers and Edward J. Holmes)

7.

Ebook: Protective Relaying Principles and Applications (H. LeeWillis)

8.

Ebook: Protective relaying theory and application (Walter A. Elmor)
và rất nhiều các tài liệu khác

TS. Vũ Thị Anh Thơ
3


Chương I
KHÁI NIỆM CHUNG
VỀ BẢO VỆ RƠ LE

TS. Vũ Thị Anh Thơ

4


I.1. Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le



Đặc điểm của HTĐ

Rộng lớn về qui mô
Trải dài trong không gian
Đa dạng về thiết bị điện
 Dễ phát sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường



Yêu cầu vận hành HTĐ

An toàn
Tin cậy
Kinh tế

TS. Vũ Thị Anh Thơ
5


I.1. Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le



Hư hỏng và sự cố trong HTĐ

Do các hiện tượng thiên nhiên: giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa…
Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót trong bảo dưỡng
thiết bị điện…

Do các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm
việc bất thường của HTĐ…



Ngắn mạch: sự cố phổ biến và nguy hiểm nhất trong HTĐ

Dòng điện tăng cao từ nguồn đến điểm ngắn mạch  tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó
chạy qua

Hồ quang tại chỗ ngắn mạch : đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn
Điện áp tại chỗ sự cố và lưới điện lân cận giảm thấp
Mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ.

TS. Vũ Thị Anh Thơ
6


I.1. Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le



Hư hỏng và sự cố trong HTĐ

Do các hiện tượng thiên nhiên: giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa…
Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót trong bảo dưỡng
thiết bị điện…

Do các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm
việc bất thường của HTĐ…



Ngắn mạch: sự cố phổ biến và nguy hiểm nhất trong HTĐ

Dòng điện tăng cao từ nguồn đến điểm ngắn mạch  tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó
chạy qua

Hồ quang tại chỗ ngắn mạch : đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn
Điện áp tại chỗ sự cố và lưới điện lân cận giảm thấp
Mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ.

TS. Vũ Thị Anh Thơ
7


I.2. Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le

1.

Độ tin cậy

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng, chắc chắn

BV1
BV3

~

BV2

N
Bảo vệ nào tác động?

A

B

Bảo vệ nào không tác động?

- Độ tin cậy tác động: mức độ chắc chắn rơle/ hệ thống bảo vệ rơle sẽ tác động đúng  khả năng bảo vệ làm
việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.
- Độ tin cậy không tác động: mức độ chắc chắn rằng rơle/ hệ thống rơle sẽ không làm việc sai  khả năng
tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định.

TS. Vũ Thị Anh Thơ
8


I.2. Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le

2. Tính chọn lọc
Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện.

BV1
BV3

~

BV2

N
Bảo vệ nào tác động?

A

-

B

Bảo vệ nào không tác động?

Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không
làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.

-

Chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ có thể thực hiện chức năng
bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận.

TS. Vũ Thị Anh Thơ
9

I.2. Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le


3. Tính tác động nhanh
Là yêu cầu quan trọng nhằm cách ly càng nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch



Hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị



Giảm được thời gian sụt áp ở phụ tải



Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn



Nâng cao khả năng duy trì ổn định HTĐ

Nếu kết hợp với yêu cầu chọn lọc  phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền

Thời gian tác động của bảo vệ

+

Bảo vệ tác động nhanh (tức thời)  thời gian cắt không quá 50ms

TS. Vũ Thị Anh Thơ
10


I.2. Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le


4. Độ nhạy
Đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle/ hệ thống bảo vệ.
Hệ số độ nhạy Kn : tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố/ ngưỡng tác động
Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc của HTĐ, cấu hình của lưới điện, dạng ngắn mạch, vị trí của điểm ngắn
mạch. . .
Bảo vệ chính: Kn từ
Bảo vệ dự phòng: Kn từ
5. Tính kinh tế
BVRL không để làm việc thường xuyên mà ở chế độ luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố trong HTĐ
 phải cân nhắc tính kinh tế và các yêu cầu kỹ thuật tùy thuộc vào tính chất/ vai trò của lưới điện được bảo vệ

TS. Vũ Thị Anh Thơ
11


I.3 Các bộ phận của hệ thống Bảo vệ rơ le

Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ

Các phần từ trong hệ thống điện
~

Đ

MPĐ

MBA

Đ/D

Đ/C…

Đo lường và xử lý tín hiệu (BI,

Phân tích, so sánh logic phát

Mạch điều khiển

BU, AC/DC…)

hiện sự cố

các tín hiệu, mạch máy cắt, …

Gồm các loại rơle 21, 50, 51, 87
…

~
=

Nguồn một chiều

Hiển thị và ghi nhớ sự kiện

TS. Vũ Thị Anh Thơ
12


I.3 Các bộ phận của hệ thống Bảo vệ rơ le

Một cấu trúc đơn giản của hệ thống bảo vệ

Thanh góp
Máy cắt điện

BI

Mạch điện được bảo vệ

MC
F

CC
Nguồn

KĐK

_
+
RL

BU

Cầu chì

Tín hiệu cắt

TS. Vũ Thị Anh Thơ
13


I.4 Máy biến dòng điện

1.

Tên gọi chung: BI, TI, CT

2.

Nhiệm vụ

.Biến đổi dòng điện lớn ở phía mạch sơ cấp về các dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (1A, hoặc 5A).
.Cách ly giữa mạch sơ cấp khỏi mạch bảo vệ ở phía thứ cấp.
.Tạo ra sự phối hợp dòng điện giữa các pha

3.

Nguyên lý hoạt động

I s Ws = I t Wt

TS. Vũ Thị Anh Thơ
14

I.4 Máy biến dòng điện

4. Sơ đồ thay thế

•

Sai số của BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa

•

Điện áp xuất hiện phía thứ cấp

Vthứ cấp=Ithứ cấp*(Zcuộn thứ cấp+Zdây dẫn phụ + Zthiết bị nối vào)

 Khi tải tăng  Vthứ cấp tăng  tăng dòng từ hoá Ie tăng sai số củaBI

TS. Vũ Thị Anh Thơ
15


I.4 Máy biến dòng điện

5. Đặc tính từ hóa của BI

•
•

Quan hệ giữa dòng điện từ hóa cần thiết (Ie) để sinh ra một điện áp hở mạch V

Điểm gập VK:
Là một điểm trên đường cong từ hóa mà đặc tính chuyển từ tuyến tính sang phi tuyến  để tăng điện áp
lên thêm 10% cần tăng dòng từ hóa 50%

TS. Vũ Thị Anh Thơ
16


I.4 Máy biến dòng điện

6. Cực tính và chế độ làm việc của BI

•

Quy ước cực tính: Sử dụng cho các bảo vệ cần chú ý đến
chiều dòng điện.

S1
*
*
I

S

I

S2

T1
T

Z
pt

•
•
•

Đầu sơ cấp S1, S2. Dòng sơ cấp IS đi từ đầu S1 đến S2
Đầu thứ cấp T1, T2. Dòng thứ cấp IT đi từ T2 đến T1
Các đầu dây được đánh dấu “*” như quy ước

T2

BI làm việc ở chế độ ngắn mạch phía thứ cấp

TS. Vũ Thị Anh Thơ
17


I.4 Máy biến dòng điện

7. Hiện tượng hở mạch thứ cấp BI

 Điện áp cảm ứng có giá trị lớn, gây quá điện áp, nguy hiểm
 Toàn bộ dòng sơ cấp làm nhiệm vụ từ hóa lõi từ
• Lõi từ bị bão hòa
• Từ thông tản ra ngoài lõi thép

TS. Vũ Thị Anh Thơ

18


I.4 Máy biến dòng điện

8. Tải danh định và cấp chính xác

•

Một BI: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác nhau.

•

Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tuỳ thuộc vào loại tải.

•

Các dụng cụ đo (kW, KVar, A, kWh, kVArh):






Yêu cầu chính xác trong chế độ tải bình thường hoặc định mức.
Phạm vi hoạt động chính xác trong khoảng 5÷120% của dòng điện
Độ chính xác thường là: 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC
Hoặc 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE.

TS. Vũ Thị Anh Thơ

19


I.4 Máy biến dòng điện

9. So sánh BI dùng cho đo lường và bảo vệ

TS. Vũ Thị Anh Thơ
20


I.4 Máy biến dòng điện

9. So sánh BI dùng cho đo lường và bảo vệ

TS. Vũ Thị Anh Thơ
21


I.4 Máy biến dòng điện

10. Các sơ đồ nối máy biến dòng điện
a. Sơ đồ nối các BI theo hình sao đầy đủ

- 

Biến dòng điện đặt trên cả ba pha

Dòng vào rơ le
I

I

A

I

B

C
RL

RL

RL

-

Dây trung tính đảm bảo sơ đồ làm việc đúng khi ngắn
mạch chạm đất

Dòng trên dây trung tính
+=3

I

a

I

b

I

Sơ đồ hình sao hoàn toàn có thể làm việc cả khi ngắn
mạch một pha.

c

-

Hệ số sơ đồ

TS. Vũ Thị Anh Thơ
22


I.4 Máy biến dòng điện

10. Các sơ đồ nối máy biến dòng điện
b. Sơ đồ nối các BI theo hình sao khuyết

- 

Biến dòng điện đặt 2 pha

Dòng vào rơ le
I

I

A

B

I

C

RL

RL

-

Dòng điện trên dây trở về khi không có ngắn mạch
chạm đất
-+=

I

a

I

Không làm việc khi có ngắn mạch 1 pha trên pha
không đặt BI (pha B)

c

-

Hệ số sơ đồ

TS. Vũ Thị Anh Thơ
23


I.4 Máy biến dòng điện

10. Các sơ đồ nối máy biến dòng điện
c. Sơ đồ nối một rơ le vào hiệu dòng điện hai pha

I
B

I
A

(3)
I

I
C

R
I

RL

I
R

I
c

I
b

- 
I
a

a

Biến dòng điện đặt 2 pha, sử dụng một rơ le duy nhất. Dòng
điện vào rơ le

I
c

Nên ta có

-

Hệ số sơ đồ
Độ nhạy phụ thuộc vào dạng ngắn mạch
TS. Vũ Thị Anh Thơ

24

I.4 Máy biến dòng điện

10. Các sơ đồ nối máy biến dòng điện
d. Sơ đồ nối các hình sao và tam giác

MBA
Các BI nối hình sao

Các BI nối hình tam giác

RL
RL
RL

Bảo vệ cho máy biến áp có các tổ nối dây sao/tam giác  dùng sơ đồ nối BI hình sao ở phía cuộn dây
nối tam giác và sơ đồ nối BI hình tam giác ở phía cuộn dây nối hình sao

TS. Vũ Thị Anh Thơ
25