Bài giảng hệ thống rơle bảo vệ nhà máy điện và trạm biến áp

HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ
NHÀ MÁY ĐIỆN & TRẠM BIẾN ÁP

Bộ môn Hệ thống điện
Đại học Bách khoa Hà Nội

10/6/2013

Giảng viên: TS. Nguyễn Xuân Tùng



Nội dung
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

2



Phần 01:

Tổng quan rơle kỹ thuật số của hãng ABB
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN



Phần 02:

Các nguyên lý bảo vệ cơ bản



Phần 03:

Rơle kỹ thuật số RET 521



Phần 04:

Rơle kỹ thuật số REG 216



Phần 05:

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Rơle kỹ thuật số REL 561



Phần 06:

Rơle kỹ thuật số REB 670



Phần 07:

Tính toán thông số chỉnh định

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


3

Phần 01
Tổng quan rơle kỹ thuật số
của hãng ABB


Đặc điểm
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

4








Làm việc tin cậy, giao diện & truy cập thuận
tiện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Tích hợp: bảo vệ, điều khiển & đo lường
Chuẩn truyền thông: IEC 61850; IEC 608705-103; DNP 3, MODBUS và PROFIBUS.
Phát triển từ những năm 1900 Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
1905: Rơle thương mại đầu tiên



Phần mềm CAP hỗ trợ
Quản l{
Cài đặt
Phân tích sự cố…

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


Quá trình phát triển
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

5




Rơle điện cơ: lịch sử hơn 100 năm
Rơle tĩnh (bán dẫn): từ những năm 1960
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN



Rơle với bộ vi xử l{: 1980
Bộ vi xử l{ thực hiện thuật toán
Lọc tín hiệu: loại tương tự



REG 100
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Rơle hoàn toàn kỹ thuật số: 1986
RELZ 100 (bảo vệ khoảng cách)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

RELZ 100


Quá trình phát triển
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

6

Hợp bộ bảo vệ họ 500 (500 series)
 Giới thiệu từ năm 1994
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Ghép nối của các modun riêng lẻ
Modun đầu vào
Modun chuyển đổi tín hiệu A/D
Modun vi xử l{; modun nguồn dc/dcNguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Modun truyền tin (ví dụ cho các bảo vệ so lệch)...


Modun riêng lẻ:
Tăng độ tin cậy nói chung
Linh hoạt trong cấu hình
Giảm chi phí đầu tư

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


Quá trình phát triển
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

7

Các hợp bộ tiêu biểu họ 500
 REL 501, 511, 521: hợp bộ khoảng cách cho lưới trung áp &
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
truyền tải (511, 521)
 REL 531: bảo vệ khoảng cách tác động
nhanh
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 REL 551 & 561 (1994): so lệch dọc
Truyền tin kỹ thuật số


RET 521 (1998): thời gian tác động tối đa chỉ 21ms
Máy biến áp công suất lớn
Máy biến áp tự ngẫu 1 hoặc 3 pha
Tổ máy phát – máy
biến
áp
nối
bộ
Nguyễn
Xuân
Tùng

– Bộ
môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Các bộ OLTC...


Quá trình phát triển
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

8

Giai đoạn hiện tại
 Phát triển sang thế hệ 670
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Kế thừa thuật toán từ họ 316 & 500
 Tốc độ xử l{ cải thiện đáng kể
 Tuân theo chuẩn kết nối IEC61850
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Đồng bộ thời gian theo tín hiệu GPS
 Giao diện thân thiện:
Hiển thị sơ đồ một sợi
Dễ dàng truy cập
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


9

Phần 02
Biến dòng điện và biến điện áp
phục vụ mục đích bảo vệ rơle

Máy biến dòng điện

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

10




Tên gọi chung: BI, CT, TI
Nhiệm vụ:

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Biến đổi tỷ lệ dòng điện sơ cấp  thứ cấp (5A hoặc 1 A)
Cách ly mạch sơ cấp và thứ cấp
Nguyên l{ hoạt động
Tạo sự phối hợp dòng điện giữa các pha
Isơ cấp*wsơ cấp = Ithứ cấp*wthứ cấp
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

BI cao áp
CT: Current Transformer (tiếng Anh)

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

BI hạ áp

Sơ đồ nguyên l{


Máy biến dòng điện

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

11

Sơ đồ thay thế

Zcuộn thứ cấp

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Vthứ cấp
BI lý tưởng
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN




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)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN



Tải tăng  Vthứ cấp tăng  tăng dòng từ hoá Ie  tăng sai số của
BI


Máy biến dòng điện

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

12

Đặc tính từ hóa của BI
 Quan hệ giữa dòng điện từ hóa cần thiết (Ie) để sinh ra một điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
áp hở mạch V
Điện áp điểm gập VK
(Knee-point)
Vùng bão hòa
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Vùng làm việc tuyến tính



Điểm gập VK:
Là một điểm trên đường cong từ hóa
Nguyễn

– Bộ môn
Hệ thống
điện ĐHBK
Từ đó: để tăng điện
ápXuân
lênTùng
thêm
10%
 cần
tăngHN
dòng từ hóa 50%


1.1

Máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

13

Đặc tính từ hóa của BI
 Thí nghiệm xác định đặc tính từ hóa

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Bộ tạo dòng

BI

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Bảng kết quả
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


Máy biến dòng điện

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

14



Qui ước cực tính
Cần thiết với : bảo vệ làm việc dựa theo
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
hướng dòng
điện.
Cực tính cùng tên được đánh dấu : hình
sao, chấm tròn, chấm vuông...
 Trên bản vẽ: cực tính cùng tên vẽ cạnh
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
nhau.



Xác định nhanh cực tính BI:
Coi chiều dòng điện đi từ phía sơ cấp qua

rơle không đổi chiều

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Rơle


Máy biến dòng điện

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

15



Qui ước cực tính
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


1.1

Máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

16

Hiện tượng hở mạch thứ cấp BI
 Gây quá điện áp nguy hiểm

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Hở mạch
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK
HN
BI lý tưởng

o
o

Hở mạch thứ cấp: toàn bộ dòng sơ cấp làm nhiệm vụ từ hóa lõi từ
Lõi từ bị bão hòa
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


1.1
17

Máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Hiện tượng hở mạch BI
 Dạng sóng điện áp đầu ra của BI khi hở mạch
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


1.1
18

Máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Hiện tượng hở mạch BI
 Cơ cấu nối tắt mạch dòng khi tháo thiết bị nhị thứ
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Rơle,
đồng hồ
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
đo...
Rơle,
đồng hồ
đo...
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


1.1
19

Thông số của máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Tải danh định & Cấp chính xác
 Một BI: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
nhau.
 Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tuz
thuộc vào loại tải.
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 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.
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


1.1

Thông số của máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

20

So sánh BI dùng cho đo lường – bảo vệ rơle
Hạng mục
so sánh
chođiện
đoĐHBK
lường
Nguyễn

Xuân Tùng – Bộ BI
môndùng
Hệ thống
HN

BI dùng cho bảo vệ rơle

Phạm vi hoạt động chính
xác

(0,05÷1,2)x Iđịnh mức

Lõi từ

Bão hòa nhanh để bảo vệ Điện áp bão hòa cao hơn
Nguyễn
Xuân Tùng
các dụng cụ đo khi
sự cố,
(VK)– Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
(khó bị bão hòa)
dòng điệntăng cao

Độ chính xác

Độ chính xác cao

Độ chính các thấp hơn







Thiết bị nối tới

(Đo dòng tải bình thường hoặc
quá tải cho phép)

0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC
0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với
chuẩn IEEE

kW, KVar, A, kWh,
kVArh…

tới (10-20-30…)x Iđịnh mức
(Đảm bảo đo được dòng sự cố)

5P hoặc 10P theo chuẩn IEC

Rơle, bộ ghi sự cố

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


Ví dụ thông số của máy biến dòng điện

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

21

BI cho đo lường

BI cho bảo vệ rơle



Công suất định mức

 Công suất
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
xác
 Cấp chính

định mức



Cấp chính

xác



Có thêm thông số ALF: hệ số giới
hạn dòng điện theo độ chính xác

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

30VA Cấp chính xác 0,5

5P20 30VA
Cấp chính xác 5P

Cấp chính xác 0,5
Công suất định mức 30VA

P: dùng cho mục
đích bảo vệ rơle
(Protection)

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Công suất định mức 30VA

Hệ số giới hạn dòng: 20
Tại 20 lần dòng định mức, BI vẫn
đảm bảo sai số theo tiêu chuẩn


Máy biến dòng điện cấp X

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

22



Dùng cho mục đích đặc biệt
Bảo vệ so lệch thanh góp





Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Có rất nhiều BI
Các BI phải có cùng đặc tính làm việc để giảm dòng không cân bằng

Biến dòng cấp X: thông số được cho chi tiết hơn
Dòng định mức
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Tỷ số biến
Điện áp điểm gập VK
Dòng điện kích từ ứng với điện áp điểm gập
Điện trở lớn nhất cho phép phía mạch nhị thứ
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


1.1

Máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

23

Tìm hiểu thông số của BI
Với mục đích bảo vệ rơle

5P20 30VA

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


Máy biến dòng điện

1.1

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

24



Thực tế, mỗi BI có thể có:
1 hoặc 2 cuộn thứ cấp - Mục đích đo lường
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
2 tới 4 cuộn thứ cấp - Ứng dụng bảo vệ rơle.

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Cuộn sơ cấp

Các cuộn thứ cấp

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN


1.1
25

Máy biến dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN

Thiết kế BI phổ biến
 Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa thấp gần với đất
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
(Dead tank type), dây thứ cấp chạy uốn theo hình chữ U
 Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa ở phía trên đỉnh (Live
tank type), dây thứ cấp thường chạy thẳng qua lõi từ.
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Loại hỗn hợp

Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN