Nguyên lý bảo vệ khoảng cách – F21

ktdien.com – Nguyên lý bảo vệ khoảng cách – F21

1. Nguyên lý chung

Nguyên lý bảo vệ khoảng cách dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tải điện hoặc máy phát điện bị mất đồng bộ hay mất kích kích. Đối với các hệ thống truyền tải, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường (bằng thương số của điện áp chỗ đặt bảo vệ với dòng điện phụ tải ) cao hơn nhiều tổng trở đo được trong chế độ sự cố. Ngoài ra trong nhiều trường hợp tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch. Trong chế độ làm việc bình thường, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ phụ thuộc vào trị số và góc pha của dòng điện phụ tải.

Sơ đồ nguyên lý:

Công thức tính xác định dòng điện, điện áp vào rơle F21 và tổng trở rơle đo được:Khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây, sẽ có sự đột biến về tổng trở ZS, ZS giảm đến một giá trị ZN nào đó tuỳ thuộc vào điểm ngắn mạch. Rơ le khoảng cách phát hiện sự đột biến này và so sánh với giá trị đặt, nếu thoả mãn sẽ tác động gửi tín hiệu đi cắt máy cắt với thời gian tương ứng của vùng sự cố. Để đảm bảo tính chọn lọc phải chọn tổng trở khởi động của bảo vệ : Zkđ < ZD.

Ngày nay nguyên lý bảo vệ khoảng cách thường được kết hợp với các nguyên lý khác như quá dòng điện, quá điện áp, thiếu điện áp để thực hiện những bảo vệ đa chức năng hiện đại.

Nguyên lý đo tổng trở có thể sử dụng để bảo vệ lưới điện phức tạp có nhiều nguồn với hình dạng bất kỳ. Tuy nhiên một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến số đo của bộ phận khoảng cách như sai số của máy biến dòng, máy biến điện áp, điện trở quá độ tại chỗ ngắn mạch, hệ số phân bố dòng điện trong nhánh bị sự cố với dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ, đặc biệt là quá trình dao động điện.

2. Nguyên tắc chỉnh định của Rơle bảo vệ khoảng cách

Vùng 1: Có thời gian tác động là t1 và do sai số của biến dòng điện và điện áp người ta thường đặt tới 80% chiều dài đường dây.

Vùng 2: Có thời gian tác động là t2 và để đảm bảo chọn lọc thời gian t2 phải lớn hơn so với thời gian làm việc của bảo vệ chính liền kề. Vùng hai bảo vệ thường chiếm toàn bộ chiều dài đường dây cộng với 30% chiều dài đường dây liền kề.

Vùng 3: Có thời gian tác động t3 và chiều dài bảo vệ là bao bọc toàn bộ chiều dài đường dây liền kề.

3. Các đặc tính bảo vệ của bảo vệ khoảng cách

Hiện nay thông thường có 02 loại đặc tính cho bảo vệ khoảng cách:

– Đặc tính hình tròn hoặc elip

– Đặc tính hình thang.

Hiện nay người ta thường sử dụng đặc tính hình thang hơn là hình trong bảo vệ khoảng cách vì độ nhậy của bảo vệ càng về phần cuối của đưòng dây thì càng kém.4. Nguyên lý làm việc của các bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số

4.1 Sơ đồ đấu nối biến dòng điện.

Trong Rơle bảo vệ khoảng cách thường có 04 cuộn dòng và 04 cuộn áp.

Trong đó cuộn dòng thứ 4 có thể được sử dụng cho đo dòng điện I0 hoặc đo dòng điện bù của các đưòng dây chạy song song với nhau. Cuộn áp thứ tư có thể được sử dụng đo điện áp U0 hoặc dùng để đo điện áp kiểm tra đồng bộ (các thông số này phải được khai báo trong Rơle bảo vệ khoảng cách)

Sơ đồ đấu nối mạch dòng và mạch áp trong Rơle bảo vệ khoảng cách phải được đấu theo kiểu sơ đồ kiểu Y đủ.

Khái niệm về điện áp chuẩn: Điện áp chuẩn là điện áp mà Rơle bảo vệ khoảng cách lấy làm giá trị cho việc đo lường xác định thông số bảo vệ khoảng cách. Một số Rơle đã cố định sẵn điện áp đường dây hoặc điện áp thanh cái làm thông số chuẩn. Một số Rơle bảo vệ thì cho phép chọn giá trị điện áp này.

Thông số điện áp chuẩn này rất quan trọng trong việc kiểm tra đồng bộ.

Dòng điện thứ tự không trong Rơle bảo vệ khoảng cách: Do không đo được trực tiếp dòng điện chạm đất nên dòng điện chạm đất trong Rơle bảo vệ khoảng cách được xác định bằng hai cách:

  • Rơle bảo vệ tự tính toán dòng điện Io.
  • Đo dòng điện I0 bằng cuộn dòng thứ 4 của Rơle. Nghĩa là đấu chụm 03 dòng điện Ia, Ib, Ic bên ngoài và tổng dòng điện đưa vào cuộn dòng thứ tư. Do vậy cần lưu ý của cực tính đầu của cuộn dòng thứ 04 trong Rơle bảo vệ.

4.2 Một số khái niệm trong Rơle bảo vệ khoảng cách

Góc nhậy của đường dây: là tỉ số của điện kháng của đường dây với điện trở của đường dây. Trong trường hợp ngắn mạch hoàn toàn một pha không tính đến các yếu tố bên ngoài thì điểm ngắn mạch sẽ nằm trên góc nhậy của đường dây.

Vùng chống lấn: Là vùng mà đường dây được vận hành bình thường hoặc trong chế độ quá tải cho phép. Vùng tác động của bảo vệ phải không được phép lấn vào vùng chống lẫn này.

Xác định điểm sự cố: Thông số đường dây được xác định bằng thông số điện kháng và điện trở của đường dây. Khi sự cố xảy ra (ngắn mạch một pha, hai pha) thì giá trị điện kháng không thay đổi mà giá trị điện trở thay đổi. Do vậy để xác định điểm sự cố người ta căn cứ vào thông số điện kháng. Một lưu ý đặc tính của bảo vệ khoảng cách trong trường hợp sự cố pha – pha và pha đất là khác nhau. Do có sự khác nhau về điện trở khi có sự cố.

Khi sự cố thực sảy ra thì điểm sự cố thường không nằm trên góc nhậy của đường dây.

Xem thêm:

Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế – Rơ le 87N
Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm
Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh – Rơ le 50
Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện
Bảo vệ quá dòng điện có thời gian – Rơ le 51
Bảo vệ so lệch Máy biến áp – Rơ le 87T

4.3 Các bảo vệ được tích hợp trong Rơle bảo vệ khoảng cách

Các chức năng bảo vệ được tích hợp thêm trong Rơle bảo vệ khoảng cách:

– Ngoài chức năng bảo vệ chính là bảo vệ khoảng cách gồm 03 vùng tác động thì trong Rơle bảo vệ khoảng cách thường còn tích hợp các chức năng bảo vệ sau:

1. Bảo vệ quá dòng dự phòng không hướng: Bảo vệ này chỉ làm việc khi mất điện áp TU chuẩn (thanh cái hoặc đường dây)

2. Bảo vệ chống đóng vào điểm sự cố (switch on to fault): Đây là loại bảo vệ quá dòng bình thường nhưng là loại không hướng. Bảo vệ này chỉ tích cực (On) khi nhận dạng tại thời điểm ban đầu khi đường dây có điện và duy trì trong thời gian ngắn (khoảng 5s). Sau thời gian này bảo vệ đóng vào điểm sự cố tự động trở vệ trạng thái off.

Để Rơle bảo vệ khoảng cách nhận dạng đường dây có điện tại thời điểm ban đầu (mới đóng điện vào đường dây) bằng các tín hiệu sau:

+ Tín hiệu nhị phân đưa vào đầu vào Input của Rơle: Tín hiệu đóng máy cắt bằng tay ( manual close command), tín hiệu trạng thái máy cắt (bao gồm cả tín hiệu on và off)

+ Tín hiệu dòng điện: Khi đường dây có điện thì dòng điện sẽ vựơt ngưỡng một giá trị và Rơle sẽ nhận dạng ra đường dây có điện. Nếu nhỏ hơn giá trị cài đặt thì sẽ nhận dạng đường dây không điện. Tín hiệu nhận dạng này phải kết hợp với tín hiệu trạng thái máy cắt hoặc tín hiệu điện áp mới đảm bảo cho Rơle nhận dạng chính xác là đường dây có điện hay không.

3. Các lưu ý khi cài đặt Rơle bảo vệ khoảng cách:

Như đã nói ở trên Bảo vệ khoảng cách có 03 vùng tác động:

– Vùng 1: Đặt với chiều dài bảo vệ là 80% chiều dài đường dây.

– Vùng 2: là thêm 20% chiều dài đường dây liền kề.

– Vùng 3: Bảo vệ toàn bộ cho chiều dài đường dây liền kề.

Khi Rơle bảo vệ khoảng cách tác động vùng 1, vùng 2 thì chắc chắn sự cố nằm trong vùng đường dây cần bảo vệ. Khi Rơle bảo vệ khoảng cách tác động tại vùng 3 thì sự cố rơi vào đường dây khác.

Do đó khi cài đặt chức năng bảo vệ cho các tiếp điểm đầu ra thì:

– Vùng 1,2 được cài đặt cho mạch cắt trực tiếp cuộn cắt để thực hiện cho mục đích tự động đóng lặp lại sau này. Nếu cài đặt cho rơi Rơle lock out thì chức năng tự động đóng lặp lại sẽ không làm việc vì mạch đóng sẽ không kín mạch.

– Vùng 3 được cài đặt cho Rơle lock out. Vì sự cố đã rơi vào đưòng dây khác và việc Rơle tác động là để bảo vệ dự phòng cho đường dây liền kề (có thể không tác động)

– Các bảo vệ khác cũng được cài đặt trên Rơle lock out.