1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

D an mon hc

67 30 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 67
Dung lượng 1,34 MB

Các công cụ chuyển đổi và chỉnh sửa cho tài liệu này

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1........................................................................................................... 5 (5)
    • 1.1 Mô tả đối tượng (5)
    • 1.2 Thông số chính (5)
  • CHƯƠNG 2........................................................................................................... 6 (6)
    • 2.1 Giới thiệu chung (6)
      • 2.1.1 Mục đích tính toán ngắn mạch (6)
      • 2.1.2 Các giả thiết khi tính toán ngắn mạch (6)
    • 2.2 Tính toán ngắn mạch (7)
      • 2.2.1 Lựa chọn các đại lượng cơ bản (7)
      • 2.2.2 Tính toán thông số các phần tử (7)
    • 2.3 Chế độ ngắn mạch cực đại (8)
      • 2.3.1 Điểm ngắn mạch N 1 (8)
      • 2.3.2 Điểm ngắn mạch N 1 ’ (10)
      • 2.3.3 Điểm ngắn mạch N 2 (12)
      • 2.3.4 Điểm ngắn mạch N 2 ’ (15)
      • 2.3.5 Điểm ngắn mạch N 3 (15)
      • 2.3.6 Điểm ngắn mạch N 3 ’ (16)
      • 2.3.7 Bảng tổng hợp kết quả (17)
    • 2.4 Chế độ ngắn mạch cực tiểu (18)
      • 2.4.1 Điểm ngắn mạch N 1 (18)
      • 2.4.2 Điểm ngắn mạch N 1 ’ (19)
      • 2.4.3 Điểm ngắn mạch N 2 (21)
      • 2.4.4 Điểm ngắn mạch N 2 ’ (24)
      • 2.4.5 Điểm ngắn mạch N 3 (25)
      • 2.4.6 Điểm ngắn mạch N 3 ’ (25)
      • 2.4.7 Bảng tổng hợp kết quả (26)
  • CHƯƠNG 3......................................................................................................... 27 (27)
    • 3.1 Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp (27)
    • 3.2 Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp (28)
      • 3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện (28)
      • 3.2.2 Bảo vệ chính cho máy biến áp (29)
      • 3.2.3 Bảo vệ dự phòng (32)
    • 3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp (35)
  • CHƯƠNG 4......................................................................................................... 36 (36)
    • 4.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT613 (36)
      • 4.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 (36)
      • 4.1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 (36)
      • 4.1.3 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 (38)
      • 4.1.4 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 (42)
      • 4.1.5 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 (44)
      • 4.1.6 Chức năng bảo vệ chống quá tải (45)
    • 4.2 Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ621 (46)
      • 4.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621 (46)
      • 4.2.2 Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 (47)
      • 4.2.3 Một số thông số kĩ thuật của rơle 7SJ621 (50)
  • CHƯƠNG 5......................................................................................................... 52 (52)
    • 5.1 Chọn máy biến dòng điện,máy biến điện áp (52)
      • 5.1.1 Máy biến dòng điện (52)
      • 5.1.2 Máy biến điện áp (54)
    • 5.2 Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7UT613 (54)
      • 5.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 87T (54)
      • 5.2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF): (  I 0 / 87N) (56)
      • 5.2.3 Cài đặt chức năng 49 (Chống quá tải MBA) (56)
    • 5.3 Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7SJ621 (57)
      • 5.3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:( I>>/ 50) (57)
      • 5.3.2 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (I 0 >> 50N ) (57)
      • 5.3.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian:( I>/ 51) (57)
      • 5.3.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I 0 >/51N ) (58)
    • 5.4 Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ (59)
      • 5.4.1 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng (59)

Nội dung

Các thiết bị trong trạm biến áp có giá thành lớn, thường ít gặp sự cố hơn các phần tử khác của hệ thống điện, tuy nhiên nếu xảy ra sự cố thì có thể gây ra thiệt hại nặng nề nếu không đượ

5

Mô tả đối tượng

Đối tượng được bảo vệ là máy biến áp 115/23,5/10,5 kV Hệ thống điện (HTĐ) cấp điện đến thanh góp 115 kV của trạm biến áp qua lộ đường dây, trong khi phía hạ áp của trạm cung cấp điện áp 23,5 kV và 10,5 kV để phân phối tới các phụ tải.

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp

Thông số chính

Trạm có các thanh góp phía 115kV nối với hệ thống qua lộ đường dây với các thông số như sau:

Tỷ số biến áp : 115 ± 9×1,78%/23,5/10,5kV

Tổ đấu dây : Y0/ Y0/11 Điện áp ngắn mạch phần trăm: U N C T % − = 10,5%; U N C H % − = 17%; U N T H − % = 6%

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 6

6

Giới thiệu chung

2.1.1 Mục đích tính toán ngắn mạch

Tính toán ngắn mạch nhằm xác định được dòng điện sự cố lớn nhất (Max) và nhỏ nhất (Min) có thể chạy qua BI đến rơle, phục vụ cho công tác bảo vệ hệ thống điện và thiết kế tham số rơ-le.

• Tính toán chỉnh định rơle và kiểm tra độ an toàn hãm của các rơle so lệch bảo vệ cho máy biến áp

Để đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện, cần tiến hành kiểm tra sâu rộng độ nhạy của các bảo vệ, đặc biệt là bảo vệ quá dòng, nhằm đánh giá khả năng phát hiện và kích hoạt nhanh khi có sự cố quá tải; đồng thời kiểm tra độ nhạy tác động của bảo vệ so lệch trên máy biến áp để bảo vệ differential hoạt động đúng và tránh kích hoạt nhầm trong các điều kiện lệch dòng hoặc mất cân bằng.

2.1.2 Các giả thiết khi tính toán ngắn mạch Để thiết lập sơ đồ và tiến hành tính toán ngắn mạch, ta cần có những giả thiết đơn giản hoá, nhằm làm giảm đáng kể khối lượng tính toán trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết

Một số giả thiết cơ bản khi tính ngắn mạch:

• Tần số hệ thống không thay đổi

Sau khi xảy ra ngắn mạch, công suất của các máy phát thay đổi đột ngột, gây mất cân bằng mô men quay và làm tốc độ quay biến động trong quá trình quá độ, dẫn đến dao động của tần số hệ thống Tuy nhiên, việc tính toán ngắn mạch được thực hiện ở giai đoạn đầu nên biến thiên tốc độ ở mức chưa đáng kể Vì vậy, giả thiết tần số hệ thống không đổi có thể áp dụng mà không gây nhiều sai số, đồng thời giảm đáng kể lượng phép tính cần thực hiện.

• Bỏ qua bão hoà mạch từ

Trong trường hợp ngắn mạch, mức bão hòa mạch từ ở một số phần tử có thể tăng cao hơn mức bình thường, khiến việc bỏ qua hiện tượng này có thể gây sai số Thực tế cho thấy sai số do bỏ qua hiện tượng bão hòa mạch từ không lớn, vì số lượng phần tử mang lõi thép trong hệ thống điện chiếm tỷ lệ nhỏ.

• Bỏ qua sự ảnh hưởng của phụ tải

• Bỏ qua điện trở của cuộn dây máy phát

Máy biến áp và điện trở của đường dây do thành phần này quá nhỏ so với điện kháng của chúng

• Coi hệ thống sức điện động ba pha của nguồn là đối xứng

Khi ngắn mạch không đối xứng phản ứng phần ứng các pha lên từ trường quay không hoàn toàn giống nhau Tuy nhiên từ trường vẫn được giả

Thiết kế quay đều với tốc độ không đổi giúp hệ thống ba pha duy trì tính đối xứng, sao cho các sđđ 3 pha luôn ở trạng thái cân bằng Thực tế cho thấy hệ số không đối xứng của các sđđ là rất nhỏ, gần như không đáng kể, cho thấy mức cân bằng cao giữa các pha và giảm thiểu biến dạng trong quá trình vận hành.

Tính toán ngắn mạch

2.2.1 Lựa chọn các đại lượng cơ bản

Tính toán ngắn mạch thường được thực hiện trong đơn vị tương đối, và ta chọn các đại lượng cơ bản như sau:

Ta có : Ucb1 = Utb110 = 115 (kV)

Ucb3 = Utb10,5 = 10,5 (kV) Các dòng điện cơ bản được xác định như sau:

2.2.2 Tính toán thông số các phần tử

• Điện kháng của hệ thống

▪ Chế độ cực đại o Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch:

= = S = o Điện kháng thứ tự không:

X = X = ▪ Chế độ cực tiểu o Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch:

= = S = o Điện kháng thứ tự không:

X = X = SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 8

• Tính toán các thông số máy biến áp

Theo đề bài ta có điện áp ngắn mạch của các cuộn dây máy biến áp:

1(17 + 6 – 10,5) = 6,25% Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp trong hệ đơn vị tương đối định mức được xác định như sau:

Chế độ ngắn mạch cực đại

▪ Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch:

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

X  = X  = X ▪ Sơ đồ thứ tự không

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 9

Hình 2.3: sơ đồ thay thế thứ tự không

Khi ngắn mạch ba pha tại N1 khi đó dòng ngắn mạch không chạy qua BI

Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

Vì hai thành phần dòng điện thứ tự thuận và thứ tự nghịch chạy qua BI1 bằng 0 nên tổng dòng điện qua BI1 ở trường hợp này chỉ có thành phần dòng điện thứ tự 0; thành phần này không đi qua trung tính máy biến áp.

Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01:

I = I = Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02

• Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 10

Do cách phân bố dòng sự cố tương tự với trường hợp ngắn mạch 1 pha, dòng qua BI1 chỉ có thành phần dòng thứ tự không đi qua trung tính của máy biến áp Việc nhận diện thành phần dòng này giúp phân tích cấu trúc ngắn mạch, đánh giá tác động lên hệ thống và tăng độ nhạy của các thiết bị bảo vệ và đo lường Điều này cũng hỗ trợ tối ưu hóa vận hành, đảm bảo tính chính xác khi xử lý sự cố và cải thiện hiệu suất hệ thống điện.

Dòng thứ tự không chạy qua BI1là:

Hình 2.4 Sơ đồ dòng thứ tự không chạy qua các pha của BI 1 và BI 01

Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01 là:

Không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3 và BI02 Để rơ le bảo vệ so lệch không bị tác động nhầm lẫn, cần loại bỏ những thành phần sai lệch về thứ tự. -**Support Pollinations.AI:** -🌸 **Ad** 🌸Powered by Pollinations.AI free text APIs [Support our mission](https://pollinations.ai/redirect/kofi) to keep AI accessible for everyone.

Ta có sơ đồ thay thế giống trường hợp ngắn mạch tại điểm N1

Dòng pha chạy qua BI1 là:

= X = Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 11

Dòng điện thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

I =I  −I = − Dòng điện pha qua BI1 là:

I = I +I +I = + + Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

Dòng điện chạy qua BI01 ta đã tính được ở trên là:

Không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3, BI02

• Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

Theo kết quả tính toán phần trên ta có:

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

Trong trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất, pha đặc biệt được xem là pha không gặp sự cố và giả sử là pha A Các dòng điện và sự phân bố của chúng được tính toán dựa trên pha A, nên kết quả phân tích ngắn mạch phản ánh hành vi của pha A Việc quy ước pha A giúp đơn giản hóa quá trình tính toán dòng điện, đánh giá phân phối điện áp và thiết kế các biện pháp bảo vệ trên lưới, đồng thời đảm bảo tham số thiết bị và hệ thống được xác định chính xác theo pha A.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 12

Trong phân tích này, dòng sự cố chạy qua BI1 là tổng của dòng sự cố từ hai pha B và pha C Tuy nhiên, do biên độ của dòng sự cố ở hai pha B và C bằng nhau nhưng ngược dấu nhau nên tổng tại BI1 bằng không, khiến BI1 không nhận được dòng sự cố từ hai pha này và làm cho hiệu ứng dòng sự cố bị triệt tiêu Điều này ảnh hưởng đến cách đánh giá sự cố và xác lập các tham số của hệ thống bảo vệ điện.

Dòng qua BI1 khi đã loại đi thành phần thứ tự không là:

Dòng điện chạy qua BI01 là:

Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02

▪ Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Hình 2.5: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

Hình 2.6: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

X  = X  = X +X +X = + + ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự không

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 13

Hình 2.7: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Không có dòng ngắn mạch qua BI3, BI01, BI02.

Dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

Dòng điện pha sự cố qua BI1 là:

I =I +I +I = + + Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI2 là:

I =I =I =I  Dòng điện pha qua BI2 là:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 14

I =I +I +I = Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

If(-0)BI2=I f ( ) − 0 BI 2 =I fBI 2 −I 0 BI 2 23 3.41− =6.82

Dòng điện qua BI01 là:

Dòng điện qua BI02 là:

I = I = Không có dòng chạy qua BI3

• Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

Dòng điện pha sự cố qua BI1(dạng phức) là:

Dòng qua BI1 đã loại thành phần thứ tự không là:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 15

Dòng điện chạy qua BI2 là:

Dòng điện pha qua BI2 (dạng phức) là:

Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

Dòng điện qua BI01 là:

Dòng điện qua BI02 là:

Không có dòng điện chạy qua BI3

Trong bài viết này, sơ đồ thay thế và quá trình tính toán ngắn mạch được thực hiện giống như trường hợp ngắn mạch tại điểm N2, cho thấy sự nhất quán giữa hai tình huống Các giá trị dòng điện đi qua các nhánh BI1, BI01, BI02 và BI3 vẫn không đổi trong suốt quá trình tính toán, cho thấy các nhánh này chưa bị tác động bởi quá trình phân tích Đồng thời, giá trị dòng điện qua nhánh BI2 bằng 0, cho thấy BI2 không tham gia vào luồng ngắn mạch ở thời điểm phân tích.

Trong phân tích ngắn mạch, cuộn dây phía 10,5 kV của máy biến áp nối tam giác nên không có dòng thành phần thứ tự không chạy tới điểm ngắn mạch N3; do đó ta chỉ tính toán ở dạng ngắn mạch 3 pha tại N3.

Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 16

Hình 2.8: Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 3

X  = X +X +X = + + Dòng điện pha chạy qua các BI1 và BI3 là:

= = = Không có dòng chạy qua các BI2, BI01 và BI02

Sơ đồ thay thế quá trình tính toán ngắn mạch giống như trường hợp ngắn mạch ở điểm N3

Tại điểm ngắn mạch này chỉ có dòng điện chạy qua BI1 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02

Dòng điện pha chạy qua BI1 là: I fBI 1 =5,32

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 17

2.3.7 Bảng tổng hợp kết quả

Bảng 2.1: Tổng hợp dòng điện đi qua các rơ le bảo vệ trong chế độ cực đại Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch

Dòng điện qua các BI

BI1 BI2 BI3 BI01 BI02

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 18

Chế độ ngắn mạch cực tiểu

▪ Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Hình 2.9: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch:

Hình 2.10: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

X  = X  = X ▪ Sơ đồ thứ tự không

Hình 2.11: sơ đồ thay thế thứ tự không

Khi ngắn mạch 2 pha tại N1 không có dòng chạy qua các BI

Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

Vì dòng điện theo thứ tự thuận và thứ tự nghịch chạy qua BI1 bằng 0, tổng dòng điện qua BI1 ở trường hợp này chỉ còn thành phần dòng điện theo thứ tự không (zero-sequence) Thành phần này không đi qua trung tính của máy biến áp.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 19

Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01:

I = I = Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02

• Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

Vì cách phân bố dòng sự cố giống với trường hợp ngắn mạch 1 pha, dòng qua BI1 chỉ chứa thành phần dòng thứ tự dương và không đi qua trung tính của máy biến áp Điều này giúp nhận diện và phân tích nhanh thành phần dòng liên quan đến bảo vệ hệ thống, tăng độ nhạy của bảo vệ và tối ưu hóa quá trình xử lý sự cố.

Dòng thứ tự không chạy qua BI1là:

Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01 là:

Trong hệ thống bảo vệ, không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3 và BI02 Để rơ-le bảo vệ so lệch hoạt động đúng và tránh tác động nhầm, cần loại bỏ các thành phần sai lệch trong thứ tự đấu nối và chuẩn hóa tín hiệu đo.

Ta có sơ đồ thay thế giống trường hợp ngắn mạch tại điểm N1

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 20

Dòng pha chạy qua BI1 là:

Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02

Dòng điện thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

I =I  −I = − Dòng điện pha qua BI1 là:

I = I +I +I = + + Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

Dòng điện chạy qua BI01 ta đã tính được ở trên là:

Không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3, BI02

• Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

Theo kết quả tính toán phần trên ta có:

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 21

Khi ngắn mạch giữa hai pha chạm đất xảy ra, pha đặc biệt được xem như là pha không gặp sự cố, giả sử ký hiệu là pha A Các dòng điện và sự phân bố của chúng trong hệ thống được tính toán dựa trên pha A, nên các công thức và kết quả phân bố dòng điện được thể hiện cho pha A trước khi áp dụng cho toàn hệ thống.

Trong trường hợp này, dòng sự cố chạy qua BI1 là dòng của pha B và pha C Tuy nhiên, hai dòng sự cố pha B và pha C có biên độ bằng nhau nhưng ngược dấu nên ta có I_B = -I_C và I_B + I_C = 0, do đó tổng dòng sự cố tại BI1 bằng không.

Dòng qua BI1 khi đã loại đi thành phần thứ tự không là:

Dòng điện chạy qua BI01 là:

Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02

▪ Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Hình 2.12: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

Hình 2.13: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 22

X  = X  = X +X +X = + + ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự không

Hình 2.14: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Dòng điện chạy qua các BI1 và BI2:

Không có dòng ngắn mạch qua BI3, BI01, BI02.

Dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

Dòng điện pha sự cố qua BI1 là:

I =I +I +I = + + Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 23

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI2 là:

I =I =I =I  Dòng điện pha qua BI2 là:

I =I +I +I = + + Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

If(-0)BI2=I f ( ) − 0 BI 2 =I fBI 2 −I 0 BI 2 =9.63 3.21− =6.42

Dòng điện qua BI01 là:

Dòng điện qua BI02 là:

I = I = Không có dòng chạy qua BI3

• Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch:

Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 24

Dòng điện pha sự cố qua BI1(dạng phức) là:

Dòng qua BI1 đã loại thành phần thứ tự không là:

Dòng điện chạy qua BI2 là:

Dòng điện pha qua BI2 (dạng phức) là:

Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

Dòng điện qua BI01 là:

Dòng điện qua BI02 là:

Không có dòng điện chạy qua BI3

Quá trình tính toán ngắn mạch và sơ đồ thay thế được thực hiện giống với trường hợp ngắn mạch tại điểm N2 Giá trị các dòng điện chạy qua BI1, BI01, BI02 và BI3 không đổi trong suốt quá trình Trong khi đó, giá trị dòng điện qua BI2 bằng 0.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 25

Trong phân tích ngắn mạch máy biến áp, cuộn dây phía 10,5 kV được nối tam giác nên không có dòng thành phần thứ tự 0 chạy tới điểm ngắn mạch N3 Do đó, bài toán ngắn mạch được giới hạn ở dạng 2 pha, và chỉ cần tính toán ngắn mạch 2 pha để đánh giá đáp ứng của hệ thống và khả năng truyền tải.

Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch:

Hình 2.15: Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 3

X  = X  = X +X +X = + + Dòng điện pha chạy qua các BI1 và BI3 là:

Không có dòng chạy qua các BI2, BI01 và BI02

Sơ đồ thay thế quá trình tính toán ngắn mạch giống như trường hợp ngắn mạch ở điểm N3

Tại điểm ngắn mạch này chỉ có dòng điện chạy qua BI1 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02

Dòng điện pha chạy qua BI1 là: I fBI 1 =4.41

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 26

2.4.7 Bảng tổng hợp kết quả

Bảng 2.2: Tổng kết dòng điện đi qua các rơ le bảo vệ trong chế độ cực tiểu Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng điện qua các BI

BI1 BI2 BI3 BI01 BI02

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 27

27

Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp

Để lựa chọn phương thức bảo vệ hợp lý cho máy biến áp, ta cần phân tích các dạng hư hỏng và chế độ làm việc bất thường mà đối tượng được bảo vệ có thể gặp Việc xác định sớm các nguyên nhân như quá tải, ngắn mạch, sụt áp hay dao động nhiệt sẽ giúp đề xuất các biện pháp bảo vệ phù hợp, tăng độ tin cậy cho hệ thống điện và giảm thiểu rủi ro sự cố Phương án bảo vệ hiệu quả nên xem xét ngưỡng bảo vệ, thời gian đóng/mở cắt và khả năng duy trì hoạt động của máy biến áp dưới các điều kiện vận hành khác nhau, đồng thời đảm bảo an toàn cho người vận hành và các thiết bị liên quan.

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp có thể phân ra thành hai nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

Những hư hỏng bên trong máy biến áp gồm:

▪ Chạm chập giữa các vòng dây

▪ Ngắn mạch giữa các cuộn dây

▪ Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất

▪ Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

▪ Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp bao gồm:

▪ Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

▪ Ngắn mạch một pha trong hệ thống

▪ Quá bão hòa mạch từ do điện áp tăng cao hoặc tần số giảm thấp

Tùy theo công suất và vị trí vai trò của máy biến áp trong hệ thống, người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp để đảm bảo an toàn và vận hành ổn định cho máy biến áp Các loại bảo vệ phổ biến được sử dụng để chống lại các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp được giới thiệu trong bảng 3.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 28

Bảng 3.1 Những loại bảo vệ thường dùng

Loại hư hỏng Loại bảo vệ

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm đất

- So lệch có hãm (bảo vệ chính)

- Khoảng cách (bảo vệ dự phòng)

- Quá dòng có thời gian (chính hoặc dự phòng tuỳ theo công suất máy biến áp)

- Quá dòng thứ tự không

Chạm chập các vòng dây, thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu - Rơle khí (BUCHHOLZ)

Quá tải - Quá dòng điện

- Hình ảnh nhiệt Quá bão hoà mạch từ - Chống quá bão hoà

Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp

3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng của mình, thiết bị bảo vệ phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau đây: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh và độ nhạy

Đây là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng và ổn định Người ta phân biệt hai khía cạnh của độ tin cậy trong rơ-le và hệ thống rơ-le: độ tin cậy khi tác động (dependability) là mức độ chắc chắn rằng rơ-le sẽ tác động đúng khi có tín hiệu kích hoạt, còn độ tin cậy không tác động (security) là mức độ chắc chắn rằng rơ-le sẽ không làm việc sai khi không có tín hiệu kích hoạt Việc cân bằng hai khía cạnh này giúp hệ thống bảo vệ vừa phản ứng đúng trước sự cố, vừa tránh các sai sót gây ảnh hưởng tới an toàn và vận hành.

Độ tin cậy khi tác động là khả năng hệ thống bảo vệ thực hiện đúng chức năng bảo vệ khi xảy ra sự cố trong phạm vi được xác định bởi nhiệm vụ bảo vệ Độ tin cậy không tác động là khả năng hệ thống tránh kích hoạt nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc khi sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định Nói cách khác, hai khía cạnh này cùng nhau đánh giá tính đúng đắn và an toàn của hệ thống bảo vệ, đảm bảo bảo vệ thiết bị đúng thời điểm và hạn chế sai lệch vận hành.

Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống Cấu hình của hệ thống càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 29

Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách li phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền

Độ nhạy là đặc tính cho khả năng rơ-le hoặc hệ thống bảo vệ cảm nhận sự cố, được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy — tỉ số giữa giá trị của đại lượng vật lý đưa vào rơ-le khi xảy ra sự cố và ngưỡng tác động của nó Khoảng cách giữa trị số đại lượng vật lý đưa vào và ngưỡng khởi động càng lớn thì rơ-le càng dễ nhận diện sự cố, hay nói một cách ngắn gọn là rơ-le tác động càng nhạy.

3.2.2 Bảo vệ chính cho máy biến áp

• Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho máy biến áp ba cuộn dây được trình bày như hình 3.1

Hình 3.1:Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng rơle điện cơ

Trong máy biến áp, cuộn cao áp kết nối với nguồn cấp, còn cuộn trung áp và cuộn hạ áp kết nối với phụ tải Bỏ qua dòng điện kích từ, ở chế độ làm việc bình thường ta có mối quan hệ dòng điện I_S1 = I_S2 + I_S3, cho thấy dòng điện ở cuộn cao áp bằng tổng dòng điện ở cuộn trung áp và cuộn hạ áp, phản ánh nguyên lý bảo toàn điện và sự phân bổ công suất giữa các cuộn.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 30

Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng: İLV = İT1 – (İT2 + İT3)

Các dòng điện hãm: İH1 = İT1 + İT2 İH2 = İT3

Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ: İH = (  İT1 + İT2  +  İT3  ).KH

Trong đó KH

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian là một lớp bảo vệ quan trọng cho các máy biến áp Nó thường được dùng làm bảo vệ chính cho các máy biến áp có công suất nhỏ và làm bảo vệ dự phòng cho các máy biến áp có công suất lớn, khi hệ thống cần một giải pháp tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đảm bảo an toàn vận hành Nguyên lý hoạt động dựa trên cảm biến dòng (CT) và mạch thời gian, ngắt thiết bị khi dòng vượt quá ngưỡng định trước và sau một khoảng thời gian chờ được tính toán để đảm bảo tính chọn lọc Thiết kế của bảo vệ quá dòng có thời gian cần cân nhắc giữa độ nhạy với các sự cố ngắn mạch và độ tin cậy, đồng thời phối hợp với bảo vệ khác như bảo vệ quá dòng tức thời hoặc bảo vệ dự phòng, nhằm giảm rủi ro cắt điện không đúng và bảo vệ cuộn dây, cách điện và các thành phần của máy biến áp Cách tiếp cận này thường được áp dụng cho mục đích an toàn và tối ưu chi phí hệ thống, đồng thời đảm bảo khả năng phục hồi sau sự cố.

Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp

87T : Bảo vệ so lệch có hãm 87N : Bảo vệ so lệch thứ tự không

50 : Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

51 : Bảo vệ quá dòng có thời gian 50N : Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh 51N : Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian

49 : Bảo vệ chống quá tải 50BF : Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 59N : Bảo vệ quá điện áp thứ tự không

46 : Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 36

36

Rơle bảo vệ so lệch 7UT613

4.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613

Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, được thiết kế để bảo vệ chính cho máy biến áp 3 cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu ở mọi mức điện áp, đồng thời có thể bảo vệ cho các loại máy điện quay như máy phát điện, động cơ, các đường dây ngắn hoặc các thanh cái cỡ nhỏ (có từ 3–5 lộ ra) Các chức năng tích hợp trong 7UT613 bao gồm bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, quá kích thích và chống hư hỏng máy cắt, cho phép phối hợp các tính năng này để đáp ứng nhu cầu bảo vệ một cách phù hợp và kinh tế chỉ bằng một rơle duy nhất Đây là nguyên tắc chung trong thiết kế rơle số hiện đại ngày nay.

4.1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613

▪ Dòng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A ( có thể lựa chọn được)

▪ Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz ( có thể lựa chọn được)

▪ Công suất tiêu thụ đối với các đầu vào:

▪ Khả năng quá tải về nhiệt:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 37 o Theo nhiệt độ (trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép : 4.Iđm

Dòng trong 1s : 100.Iđm o Theo giá trị dòng xung kích: 250Iđmtrong1/2 chu kì

Khả năng quá tải về dòng điện cho đầu vào chống chạm đất có độ nhạy cao được xác định theo nhiệt độ (trị hiệu dụng) Theo đó, dòng lâu dài cho phép là 15 A, trong khi dòng ngắn hạn trong 10 s có thể lên tới 100 A.

Dòng trong 1s : 300A o Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong1/2 chu kì

▪ Điện áp cung cấp định mức: o Điện áp một chiều: 24 đến 48V

110 đến 250V o Điện áp xoay chiều: 115V ( fP/60Hz) 230V o Khoảng cho phép : - 20%  +20% (DC)  15% (AC) o Công suất tiêu thụ : 5  7 W

▪ Điện áp danh định : 24  250V (DC)

▪ Điên áp lớn nhất cho phép: 300V (DC)

▪ Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh báo

▪ Khả năng đóng cắt: Đóng: 1000W/VA

Cắt với tải là điện trở: 40W

Cắt với tải là L/R  50ms: 25W

▪ Dòng đóng cắt cho phép: 30A cho 0,5s

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 38

5A không hạn chế thời gian

4.1.3 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613

Hình 4.2: Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613

• Phối hợp các đại lượng đo lường

Các phía của máy biến áp đều có máy biến dòng, và dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ lệ biến đổi, tổ nối dây, sự điều chỉnh điện áp của máy biến áp, dòng điện định mức, sai số và mức bão hòa của máy biến dòng Do vậy, để tiện so sánh dòng điện thứ cấp của máy biến dòng ở các phía máy biến áp, chúng ta cần biến đổi chúng về cùng một phía, chẳng hạn phía sơ cấp.

Việc phối hợp giữa các đại lượng đo lường ở các phía được thực hiện một cách thuần tuý toán học như sau:

Trong đó: Im ma trận dòng điện đã được biến đổi ( IA, IB, IC) k hệ số

K ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dây máy biến áp

In ma trận dòng điện pha ( IL1, IL2, IL3)

• So sánh các đại lượng đo lường và đặc tính tác động

Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây được sắp xếp và xử lý dòng zero-sequence, các đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ các tín hiệu IA, IB và IC, và bộ vi xử lý sẽ so sánh các trị số để phát hiện lệch dòng và kích hoạt cơ chế bảo vệ phù hợp.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 39

I 1 ,I 2 ,I 3 là dòng điện cuộn cao áp, trung áp và hạ áp máy biến áp

Có hai trường hợp sự cố xảy ra:

▪ Trường hợp sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ hoặc ở chế độ làm việc bình thường Khi đó I 1 ngược chiều với I 2 , I 3 và I 1 = +I 2 I 3

▪ Trường hợp sự cố ngắn mạch trong vùng bảo vệ, nguồn cung cấp từ phía cao áp nên:

Các kết quả cho thấy khi xảy ra sự cố ngắn mạch trong vùng bảo vệ, ISL = IH nên đường đặc tính sự cố có độ dốc bằng 1 Để bảo đảm bảo vệ so lệch tác động ổn định khi có sự cố bên ngoài, ta cần hiệu chỉnh các trị số tác động cho phù hợp với yêu cầu cụ thể Rơle 7UT613 được sử dụng với đường đặc tính tác động cho chức năng bảo vệ so lệch, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của bảo vệ.

Hình 4.3: Đặc tính tác động của rơle 7UT613

Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm các đoạn:

Vùng hãm bổ sung Đặc tính tải

Đoạn a biểu thị giá trị dòng điện khởi động ngưỡng thấp IDIFF> của bảo vệ, với mỗi máy biến áp coi như một hằng số và dòng điện này phụ thuộc vào dòng từ hoá của máy biến áp Đoạn b mô tả đường đặc tính có xét đến sai số biến đổi của máy biến dòng và sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp, với độ dốc SLOPE 1 bắt đầu từ BASE POINT 1 Đoạn c thể hiện đường đặc tính có tính năng khoá bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bão hoà không đồng nhất ở các máy biến dòng, có độ dốc SLOPE 2 và BASE POINT 2 Đoạn d xác định ngưỡng khởi động ngược cao IDIFF>> của bảo vệ; khi dòng ISL lệch vượt ngưỡng này, bảo vệ tác động ngay lập tức, bỏ qua dòng hãm IH và các sóng hài dùng để hãm bảo vệ Qua hình vẽ, đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động; các dòng ISL và IH được biểu diễn trên trục tọa độ theo hệ tương đối định mức, và nếu tọa độ điểm hoạt động ISL, IH đến gần đặc tính sự cố sẽ kích hoạt bảo vệ.

Vùng hãm bổ sung là khu vực hình thành khi máy biến dòng bị bão hòa trong quá trình ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ Khi xảy ra ngắn mạch ngoài, dòng điện ngắn mạch ban đầu lớn làm cho máy biến dòng bão hòa mạnh; hệ thống có thời gian biến thiên dài nên hiện tượng này có thể xuất hiện dù sự cố nằm ngoài vùng bảo vệ và không xuất hiện khi sự cố ở vùng bảo vệ Các giá trị đo bị biến dạng ở cả hai thành phần lệch và hãm; hiện tượng bão hòa máy biến dòng làm cho dòng lệch đạt giá trị lớn, đặc biệt khi mức độ bão hòa của các máy biến dòng khác nhau, và nếu điểm hoạt động IH hoặc ISL rơi vào vùng tác động trong thời gian này bảo vệ có thể tác động nhầm Rơle 7UT613 cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tượng bão hòa và tạo ra vùng hãm bổ sung; sự bão hòa của máy biến dòng trong suốt thời gian ngắn mạch ngoài được phát hiện bằng trị số dòng hãm lớn hơn, trị số này sẽ di chuyển điểm hoạt động đến vùng hãm bổ sung được giới hạn bởi đặc tính b và trục IH (khác với 7UT513).

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 41

Hình 4.4:Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613

Khi sự cố xảy ra tại điểm A, dòng sự cố tăng nhanh tạo ra thành phần hãm lớn BI lập tức bị bão hòa Thành phần lệch được hình thành và thành phần hãm giảm xuống, khiến điểm hoạt động (ISL, IH) có thể dịch chuyển sang vùng tác động (C).

Trong trường hợp sự cố xảy ra ngoài vùng bảo vệ, dòng điện lệch đủ lớn khiến điểm làm việc của bảo vệ so lệch dịch chuyển ngay theo đường đặc tính của sự cố Hiện tượng bão hòa máy biến dòng được phát hiện ngay trong 1/4 chu kỳ đầu sau khi sự cố xảy ra Lúc này bảo vệ so lệch sẽ khóa với thời gian có thể điều chỉnh Lệnh khóa được giải trừ ngay khi điểm làm việc chuyển sang đường đặc tính sự cố, cho phép phân tích một cách chính xác các sự cố liên quan đến máy biến áp Bảo vệ so lệch vận hành chính xác và tin cậy ngay cả khi máy biến dòng bị bão hòa.

Vùng hãm bổ sung có thể hoạt động độc lập cho từng pha, được xác định bằng cách điều chỉnh các tham số hãm Nhờ việc điều chỉnh tham số, vùng hãm bổ sung có thể hãm pha bị sự cố hoặc hãm các pha khác, hay còn được gọi là chức năng khóa chéo.

• Chức năng hãm theo các sóng hài

Việc đóng cắt máy biến áp không tải hoặc kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện có thể gây ra dòng điện từ hóa đột biến, hay còn gọi là dòng khởi động tăng cao của hệ thống Dòng đột biến này có biên độ lớn và tăng nhanh theo thời gian, có thể gây quá tải ngắn hạn cho thiết bị và làm nhiễu và dao động điện áp tại các nhánh lưới, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng Nguyên nhân chính là sự chênh lệch điện áp giữa nguồn và mạch khi tiếp xúc và sự đóng cắt đồng thời của các phần tử trên thanh cái, đặc biệt khi nhiều thiết bị công suất lớn tham gia cùng lúc Các biện pháp giảm thiểu bao gồm đóng cắt có kiểm soát, dùng khởi động mềm, sử dụng biến áp hoặc kháng nở để hạn chế biên độ dòng đột biến, tối ưu hóa thứ tự đóng cắt và thời gian đóng cắt, và lắp đặt hệ thống bảo vệ để theo dõi cũng như giảm thiểu rủi ro Việc đánh giá và đo lường dòng từ hóa đột biến giúp vận hành an toàn và ổn định hệ thống, đồng thời cải thiện chất lượng điện năng và tuổi thọ của thiết bị.

Miền hãm bổ sung Đặc tính sự cố

Hiện tượng đóng máy biến áp làm việc song song với máy biến áp đang vận hành hoặc quá kích thích máy biến áp có thể sinh ra một dòng điện so lệch, và dòng điện này có thể lớn gấp nhiều lần Idm Dòng điện này cũng xuất hiện khi các máy biến áp làm việc song song với nhau hoặc khi máy biến áp quá kích, cho thấy sự cần thiết của việc kiểm soát và đưa ra các biện pháp đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Phân tích thành phần đột biến cho thấy sự hiện diện đáng kể của sóng hài bậc hai, thành phần này không xuất hiện trong dòng ngắn mạch, nên người ta tách riêng hài bậc hai để phục vụ cho mục đích hãm bảo vệ so lệch Nếu hài bậc hai vượt ngưỡng đã định, thiết bị bảo vệ sẽ bị khóa lại.

Ngoài sóng hài bậc hai, các thành phần hài khác cũng được lựa chọn để phục vụ cho mục đích kiểm soát và bảo vệ hệ thống: hài bậc bốn thường xuất hiện khi có sự cố không đồng bộ, trong khi hài bậc ba và hài bậc năm thường phát sinh khi máy biến áp quá kích thích Hài bậc ba thường bị triệt tiêu trong máy biến áp có cuộn tam giác nên hài bậc năm được sử dụng nhiều hơn Bộ lọc kỹ thuật số phân tích tín hiệu đầu vào thành chuỗi Fourier và khi một thành phần nào vượt quá ngưỡng cài đặt, bảo vệ sẽ gửi tín hiệu tới các khối chức năng để khóa hoặc trễ.

Bảo vệ so lệch vẫn hoạt động đúng khi máy biến áp đóng vào một pha bị sự cố, dù có thể xuất hiện dòng đột biến ở pha bình thường Đây là đặc trưng của chức năng khoá chéo, được thiết kế để ngăn chặn tác động của sự cố và bảo vệ toàn bộ hệ thống Việc nhận diện và xử lý dòng đột biến trong pha bình thường là yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và ổn định cho mạng lưới điện.

Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ621

4.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621

Rơle 7SJ621 của Siemens là một thiết bị bảo vệ đường dây được thiết kế cho mạng điện cao áp và trung áp có các cấu hình nối đất như trung điểm nối đất, nối đất tổng trở thấp, mạng không nối đất hoặc mạng có nối đất bù điện dung Nó tích hợp đầy đủ các chức năng cần thiết để làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp, trong đó chức năng chính là bảo vệ quá dòng, đồng thời hỗ trợ bảo vệ các loại động cơ không đồng bộ và đường dây Với khả năng phản hồi nhanh và độ ổn định cao, 7SJ621 giúp tăng độ tin cậy của hệ thống truyền tải và phân phối điện bằng cách ngắt mạch khi phát hiện quá tải hoặc sự cố khác, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp và lưới điện.

Rơle này có những chức năng điều khiển đơn giản cho máy cắt và các thiết bị tự động

Logic tích hợp lập trình được (CFC) cho phép người dùng thực hiện đầy đủ các chức năng có sẵn của hệ thống, từ điều khiển đến các thao tác tự động Trong đó, các ví dụ nổi bật là chuyển mạch tự động và khóa liên động, giúp tăng tính an toàn, độ tin cậy và hiệu suất vận hành Nhờ giao diện trực quan và khả năng lập trình linh hoạt, CFC cho phép tối ưu hóa quá trình kiểm soát và vận hành một cách dễ dàng và hiệu quả.

Giao diện linh hoạt mở rộng cho những hệ thống điều khiển có kiến trúc giao tiếp hiện đại

Các chức năng bảo vệ trong hệ thống được thiết kế để đảm bảo an toàn và ổn định hoạt động: bảo vệ quá dòng có thời gian được cấu hình theo đặc tính thời gian độc lập, phụ thuộc hoặc theo thiết kế do người dùng cài đặt; phát hiện chạm đất với độ nhạy cao giúp phát hiện sớm sự cố và ngăn ngừa hỏng hóc trên mạng lưới; bảo vệ chống hư hỏng cách điện nhằm bảo vệ lớp cách điện và kéo dài tuổi thọ thiết bị; hãm dòng đột biến để giảm thiểu tác động của các sự cố điện áp ngắn và quá tải; và bảo vệ động cơ nhằm ngăn ngừa quá tải, quá dòng và các hư hỏng liên quan đến vận hành của động cơ.

✓ Giám sát dòng cực tiểu

✓ Giám sát thời gian khởi động

✓ Hạn chế khởi động lại

Trang 47 mô tả hệ thống bảo vệ với các chức năng cốt lõi nhằm đảm bảo an toàn và độ tin cậy trong vận hành: bảo vệ quá tải và giám sát nhiệt độ liên tục để phát hiện sự cố sớm; bảo vệ chống hư hỏng máy cắt; bảo vệ quá dòng nghịch thời gian nhằm giảm thiểu thiệt hại khi xảy ra quá dòng; tự động đóng lại để rút ngắn thời gian phục hồi nguồn và duy trì vận hành liên tục; và chức năng khóa để khóa các chế độ vận hành khi cần thiết.

Chức năng điều khiển và logic lập trình của hệ thống bao gồm điều khiển máy cắt và dao cách ly; điều khiển qua bàn phím, đầu vào nhị phân và hệ thống DIGSI4 hoặc SCADA; người dùng có thể cài đặt logic tích hợp lập trình được, ví dụ như cài đặt khóa liên động.

Chức năng giám sát: o Đo giá trị dòng làm việc o Chỉ thị liên tục o Đồng hồ thời gian o Giám sát đóng ngắt mạch o 8 biểu đồ dao động ghi lỗi

4.2.2 Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621

• Chức năng bảo vệ quá dòng điện

▪ Người sử dụng có thể chọn bảo vệ quá dòng điện có đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc

▪ Các đặc tính có thể cài đặt riêng cho các dòng pha và dòng đất Tất cả các ngưỡng là độc lập nhau

▪ Với bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập, dòng điện các pha được so sánh với giá trị đặt chung cho cả ba pha, còn việc khởi động là riêng cho từng pha, đồng hồ các pha khởi động, sau thời gian đặt tín hiệu cắt được gửi đi

▪ Với bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc, đường đặc tính có thể được lựa chọn

Rơle 7SJ621:Cung cấp đủ các loại bảo vệ quá dòng như sau:

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 48 o 50: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ o 50N: Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ o 51 : Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc o 51N: Bảo vệ quá dòng thứ tự không với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc o 50Ns, 51Ns: Chống chạm đất có độ nhạy cao, cắt nhanh hoặc có thời gian o 67, 67N : Bảo vệ quá dòng và quá dòng thứ tự không có hướng

Loại bảo vệ quá dòng của 7SJ621 có đặc tính thời gian phụ thuộc và có thể hoạt động theo chuẩn đường cong IEC (hình 4.8) hoặc theo đường cong do người dùng thiết lập Đường cong IEC chuẩn đảm bảo phản hồi nhanh và an toàn cho các hệ thống điện, trong khi đường cong do người dùng thiết lập cho phép tùy chỉnh để phù hợp với đặc thù của từng ứng dụng Các đặc tính dốc của bảo vệ được phân thành Đặc tính bình thường, Đặc tính rất dốc và Đặc tính cực dốc, giúp người vận hành chọn được mức độ nhạy và thời gian ngắt phù hợp Việc lựa chọn đường cong và độ dốc đúng sẽ tối ưu hóa bảo vệ quá dòng, cân bằng giữa an toàn thiết bị và ổn định hệ thống.

Hình 4.8 Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621

• Các công thức biểu diễn các đường đặc tính trên là:

▪ Đặc tính dốc bình thường (normal inverse) : t

▪ Đặc tính rất dốc (very inverse) :

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 49 t P

▪ Đặc tính cực dốc (extremely inverse) : t

Trong đó: t : thời gian tác động của bảo vệ (sec) tP : bội số thời gian đặt (sec)

I : dòng điện sự cố (kA)

IP : dòng điện khởi động của bảo vệ (kA)

• Chức năng tự động đóng lại

Người sử dụng có thể đặt số lần đóng lại và khoá nếu sự cố vẫn tồn tại sau lần đóng lại cuối cùng

Nó có những chức năng sau:

▪ Đóng lại ba pha với tất cả các sự cố

▪ Đóng lại từng pha riêng biệt

▪ Đóng lại nhiều lần, một lần đóng nhanh, những lần sau có trễ

▪ Khởi động của tự động đóng lại phụ thuộc vào loại bảo vệ tác động (ví dụ 46, 50, 51)

• Chức năng bảo vệ quá tải

Tương tự chức năng bảo vệ quá tải của rơ-le 7UT613, hệ thống này có thể được sử dụng như một bảo vệ dự phòng cho ba pha của máy biến áp, đồng thời cho phép điều chỉnh mức nhiệt cảnh báo dựa trên biên độ dòng điện để tăng khả năng phát hiện và xử lý sự cố sớm.

• Chức năng chống hư hỏng máy cắt

Khi bảo vệ chính phát tín hiệu cắt tới máy cắt, bộ đếm thời gian của bảo vệ 50BF (T-BF) được kích hoạt và bắt đầu đếm T-BF vẫn tiếp tục hoạt động miễn là tín hiệu cắt và dòng sự cố còn tồn tại Trong trường hợp máy cắt từ chối lệnh cắt (máy cắt bị hỏng) và T-BF đạt ngưỡng thời gian giới hạn, bảo vệ 50BF sẽ phát tín hiệu để cắt các máy cắt đầu nguồn có liên quan với máy cắt hỏng nhằm loại bỏ sự cố.

Có thể khởi động chức năng 50BF của rơle 7SJ621 từ bên ngoài thông qua các đầu vào nhị phân, cho phép tích hợp với các bộ bảo vệ khác Nhờ đó, rơle 7SJ621 có thể kết hợp với các bộ bảo vệ khác nhằm nâng cao tính chọn lọc và độ tin cậy của hệ thống bảo vệ.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 50

4.2.3 Một số thông số kĩ thuật của rơle 7SJ621

▪ Dòng điện danh định: 1A hoặc 5A(có thể lựa chọn)

▪ Điện áp danh định: 115V/230V (có thể lựa chọn)

▪ Tần số danh định: 50Hz/60Hz (có thể lựa chọn)

▪ Công suất tiêu thụ: o ở Iđm= 1A :  0,05 VA o ở Iđm= 5A :  0,3 VA o ở Iđm= 1A :  0,05 VA(cho bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao)

▪ Khả năng quá tải về dòng o Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 100.Iđm trong 1s 30.Iđm trong 10s

4.Iđm trong thời gian dài o Theo giá trị dòng xung kích: 250.Iđm trong 1/2chu kì

▪ Khả năng quá tải về dòng cho chống chạm đất có độ nhạy cao o Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 300A trong 1s 100A trong 10s

15A trong thời gian dài o Theo giỏ trị dũng xung kớch: 750A trong ẵ chu kỡ

• Điện áp cung cấp 1 chiều

▪ Điện áp định mức: 24/48V khoảng cho phép 19  58V

▪ Công suất tiêu thụ: o Tĩnh (Quiescent) 3  4W o Kích hoạt (Energized) 7  9W

• Các tiếp điểm đóng cắt

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 51

▪ Khả năng đóng cắt : Đóng 1000 W/VA

▪ Dòng đóng cắt cho phép : 30A trong 0,5s

6A với thời gian không hạn chế

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 52

52

Chọn máy biến dòng điện,máy biến điện áp

Máy biến dòng điện được chọn theo điều kiện sau:

- Ổn định nhiệt: (knhI1đm) 2 tnh ≥ BN (Chỉ kiểm tra với máy cắt có Iđm≤1000A)

- Ổn định động: 2.kldđ.Iđm ≥ ixk

Ta chọn dòng định mức phía sơ cấp cao hơn 30% ÷ 40% so với dòng điện làm việc lớn nhất

3 đm đm BI lvmax đm B i BA i đ B A

S dmBA :Công suất định mức của cuộn dây thứ i (cuộn cao, trung, hạ) của MBA i

U dmBA :Điện áp định mức của cuộn dây i

• Chọn BI cho phía 110kV Điện áp: U đm BI ( ) 115kV

Dòng điện: I đm BI 110 ( kV ) I lv 110 m a kV x 5,72A

Chọn BI loại IMB123, với cấp chính xác 5P20

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 53

• Chọn BI cho phía 23,5kV Điện áp: U đm BI ( ) 23,5kV

Dòng điện: I đm BI 23,5 ( kV ) I lv 23,5 m a x kV 9,88A

Chọn BI loại 4ME34, với cấp chính xác 5P20

• Chọn BI cho phía 10,5kV Điện áp: U đm BI ( ) 10,5kV

Dòng điện : I đm BI 10,5 ( kV ) I lv 10,5 m a kV x 24,5A

Chọn BI loại 4ME32, với cấp chính xác 5P20

Ta có bảng thông số kĩ thuật

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 54

Bảng 5.1: Thông số của các BI được chọn

Thông số Cấp điện áp

Loại BI IMB 123 4ME34 4ME32 Điện áp danh định (kV) 123 24 12

Dòng điện danh định sơ cấp (A) 300 1000 2500

Dòng điện danh định thứ cấp (A) 1 1 1

Dòng ổn định nhiệt trong 1s (kA) 31,5 80 80

• Điều kiện chọn: o Điện áp: UdđBU ≥ Ung o Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo

Dựa vào các điều kiện ta chọn máy biến điện áp với các thông số như sau:

Bảng 5.2 Thông số của các BU được chọn

Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7UT613

5.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 87T

Ngưỡng tác động cấp 1 (I_SL) xác định ngưỡng kích hoạt của bảo vệ Đoạn A cho thấy giá trị này biểu thị ngưỡng khởi động của bảo vệ; ISL(IDIFF) cho biết dòng lệch ngưỡng ở mức thấp và được xác định theo dòng không cân bằng IKCB trong chế độ làm việc bình thường (chủ yếu dòng từ hoá của máy biến áp): IDIFF > IKCB.

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 55

IKCB là dòng điện không cân bằng

IDIFF ≥ (0,1–0,5) IdđBI và thường được chọn IDIFF ≥ 0,3 IdđBI Đoạn B (SLOPE1) đặc trưng cho độ hãm thấp, tương ứng với dòng ngắn mạch có trị số không lớn lắm (quá tải hoặc ngắn mạch ở xa); độ dốc của đoạn này được xác định theo tgα1 = 0,1–0,25 và Đoạn B đi qua gốc tọa độ Theo nhà sản xuất, độ dốc SLOPE1 phản ánh đặc tính hãm ở mức thấp của hệ thống.

= 0,25(tg1= 0,25) tương ứng và 1,03 thì cho phép thay đổi đầu phân áp của máy biến áp tới 20%

Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ nhất: S1 0,3

Đoạn c (SLOPE2) có độ dốc lớn hơn nhằm bảo đảm cho rơ-le làm việc trong điều kiện dòng không cân bằng lớn, BI bị bão hòa khi có ngắn mạch ngoài Độ dốc này được xác định theo độ lớn của góc α2: tan α2 = 0,3÷0,75 Nhà sản xuất đã đặt sẵn trong rơ-le điểm cơ sở là 2,5 Chọn SLOPE2 = 0,5 (tan α2 = 0,5) tương ứng và được sử dụng để điều chỉnh độ nhạy và ổn định của rơ-le, sao cho rơ-le hoạt động đúng trong các tình huống ngắn mạch ngoài mà BI không vượt quá giới hạn cho phép.

• Ngưỡng tác động cấp 2: I SL>>

Dòng so lệch mức cao IDIFF >> là giới hạn trên đường đặc tính (đoạn d) trong hệ thống bảo vệ, phụ thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch của máy biến áp Trong vùng bảo vệ, khi ngắn mạch và dòng so lệch vượt quá IDIFF >>, rơ-le sẽ tác động ngay lập tức bất kể mức độ dòng hãm Ngưỡng này thường được chỉnh định ở mức khi ngắn mạch ở đầu ra máy biến áp và dòng sự cố xuất hiện lớn hơn một giá trị xác định.

U N − lần dòng danh định của máy biến áp

I DIFF  = • Tỉ lệ hài bậc hai và bậc năm trong dòng so lệch

Tỷ lệ thành phần hài bậc hai đạt đến ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá, tránh cho rơle khỏi tác động nhầm (15%)

• Phạm vi hãm bổ sung

Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh cho rơle tác động nhầm khi BI bão hoà mạnh khi ngắn mạch ngoài lấy IADD ON STAB = 7 IdđBI

Thời gian trễ của cấp IDIFF > là 0s

Thời gian trễ của cấp IDIFF >> là 0s

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 56

Hình 5.1: Đặc tính tác động của rơle so lệch 7UT613

5.2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF): ( I 0 / 87N)

Dòng khởi động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế

Chọn dòng khởi động I kd 87 N =0, 2.I đmBI = 0,2 (A) phía thứ cấp

Thời gian trễ của bảo vệ: t87N = 0s

5.2.3 Cài đặt chức năng 49 (Chống quá tải MBA)

Bảo vệ quá tải cho máy biến áp dùng chức năng bảo về quá tải theo nhiệt độ của rơle số 7UT613

Tính toán các thông số cần chỉnh định

Hệ số quá tải lâu dài cho phép: qt cp dd k I

Icp: Là dòng điện quá tải lâu dài cho phép kqt: do nhà sản xuất MBA quy định, thường lấy kqt = 1,1

Hằng số thời gian nhiệt độ đốt nóng cuộn dây max ( max ) [ 2 ]

Trong hệ thống, Imax là dòng điện lớn nhất cho phép trong thời gian quá tải Máy biến áp được cho phép quá tải ở mức tối đa 40% trong 5 ngày liên tiếp, mỗi ngày không quá 6 giờ, nên tmax được tính bằng 6 giờ quy đổi sang giây: tmax = 6 × 60 × 60 = 21 600 s Với các giới hạn này, ngưỡng quá tải của máy biến áp được xác định rõ ràng để đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả của hệ thống.

 = = SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 57 Độ tăng nhiệt độ báo tín hiệu theo phần trăm của nhiệt độ tăng cắt warm/trip lấy bằng 90%

Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7SJ621

5.3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:( I>>/ 50)

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được tính theo công thức:

Kat - Hệ số an toàn Kat =1,2

INngoài max - dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất

INngmax110 = Max{ IN2max; IN3max}=8,288

Dòng điện cài đặt cho chức năng 50 của BI1:

Thời gian trễ của bảo vệ t50 = 0sec

5.3.2 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (I 0 >> 50N )

N kd at NMngoai max kA

I =K I = Thời gian tác động thường lấy t=0,05s

5.3.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian:( I>/ 51)

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng được tính theo công thức sau: max

. at m kđI lv đmMBA tv k K K I k I

Kat: hệ số an toàn

Km hệ số mở máy

Ktv hệ số trở về của rơle

Ilvmax dòng làm việc lớn nhất đi qua bảo vệ

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 58

Dòng khởi động của BV quá dòng cũng có thể chỉnh định theo công thức sau:

Ikđ I> = k.IđmMBA k: hệ số chỉnh định, thường lấy k=1,6

IđmMBA: Dòng điện định mức máy biến áp tương ứng với các cấp bảo vệ

Chức năng 51 của BV2 phải phối hợp với chức năng bảo vệ 51 của phía đường dây 22 kV Giả sử thời gian cắt lớn nhất với sự cố ngắn mạch pha-đất trên các lộ đường dây 22 kV nối vào thanh cái 22 kV của máy biến áp tDZ22 bằng 1 giây Để đảm bảo tính chọn lọc, ta chọn cấp thời gian Δt = 0,3 giây Thời gian tác động của chức năng 51 của BV2 là t22 = tDZ22 + Δt = 1 + 0,3 = 1,3 giây.

Tương tự BV2, chức năng 51 của BV3 phải phối hợp với chức năng bảo vệ 51 ở phía đường dây Giả sử thời gian cắt lớn nhất đối với sự cố ngắn mạch trên các lộ đường dây 10,5 kV nối vào thanh cái 10,5 kV của máy biến áp tDZ10,5 là 1,2 giây Để đảm bảo khả năng chọn lọc đúng thời gian tác động của chức năng 51 của BV3, thời gian làm việc t10,5 được xác định bằng công thức t10,5 = tDZ10,5 + Δt = 1,2 + 0,3 = 1,5 giây; chọn Δt = 0,3 giây.

Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian độc lập, thời gian tác động của bảo vệ được chọn t 110 kd 51 = tcác cấp + Δt tcác cấp = Max{t10,5;t22} = Max{1,5;1,3} = 1,5sec

51 1,5 1,5 0,3 1,8sec t kd = +  =t + 5.3.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I 0 >/51N )

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không được chọn theo công thức: Ikđ = K0 IđmBI

K0 là hệ số chỉnh định, K0= 0,1 0,3

IđmBI dòng điện định mức phía sơ cấp của BI đấu với 51N

IđmBI Dòng điện định mức của bảo vệ phía 22kV đấu với 51N bằng với dòng điện định mức của bảo vệ phía 22kV đấu với 50 bằng 1000A

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 59

Thời gian tác động của bảo vệ quá dòng TTK phía phụ tải t0 = 1 s

Suy ra: t kd 22 51 N = +  = +t 0 t 1 0,3 1,3s• Bảo vệ phía 110 kV

IdđBI Dòng điện định danh của bảo vệ phía 110kV đấu với 51N bằng với dòng điện định danh của bảo vệ phía 110kV đấu với 50 bằng 300A

Thời gian tác động của bảo vệ bảo vệ quá TTK phía phụ tải t0 = 1,3 s Suy ra: t 110 kd 51 N = +  =t 0 t 1,3 0,3 1,6s+

Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ

5.4.1 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle

Hệ số độ nhạy: n N min kđ

INmin: Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất mà rơle đo được khi sự cố

Ikđ: Dòng điện khởi động của rơle

Với bảo vệ chính : Knmin = 1,5÷2

Với bảo vệ dự phòng : Knmin = 1,2÷1,5

Phía bảo vệ 110 kV được dùng làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch MBA, đồng thời làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ phía 10,5 kV và 22 kV.

Công thức kiểm tra: 51 min

INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ

I0min: Dòng ngắn mạch TTK cực tiểu chạy qua BI1 khi ngắn mạch chạm đất

I = I = 0,09 kA đã tính ở phần trên

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 60

- Hệ số độ nhạy: min 51

Công thức kiểm tra: 51 min

INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI3 khi ngắn mạch tại N3

Dòng khởi động I 10,5 kd 51 =2, 2kA

- Hệ số độ nhạy : 51 min

Công thức kiểm tra: 51 min

INmin(22kV) :Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI2 khi ngắn mạch tại N2

Dòng khởi động đã tính: I kd 22 51 =0,983kA

Công thức kiểm tra: 51 min 0 min

I0min :Dòng ngắn mạch TTK cực tiểu chạy qua BI2 khi ngắn mạch 1 pha tại N2

I Trong hệ đơn vị có tên thì: min 2 3,367.0,614 2,067

- Hệ số độ nhạy: 51 min

5.4.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch 87/  I Để kiểm tra độ nhạy của chức năng 87 thì cần thiết phải loại bỏ thành phần dòng điện TTK trong thành phần dòng ngắn mạch (việc này để tránh cho rơle tác động nhầm khi có sự cố chạm đất phía ngoài vùng bảo vệ)

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 61

Để kiểm tra độ an toàn hãm với sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ta phân tích độ nhạy của bảo vệ bằng cách xem xét dòng ngắn mạch lớn nhất (Imax) khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ tại các điểm N1, N2 và N3 Việc xác định Imax ở từng điểm N1, N2, N3 cho biết mức độ bảo vệ có nhận diện và ngắt mạch kịp thời hay không, từ đó đánh giá khả năng ngăn chặn sự cố và bảo vệ an toàn cho hệ thống Kết quả này hỗ trợ tối ưu hóa cài đặt bảo vệ, giảm thiểu tổn thất và rủi ro cho người vận hành, đồng thời cải thiện hiệu quả kiểm tra an toàn hãm cho các sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.

Dòng điện đưa vào rơle gồm có hai thành phần, được tính theo công thức:

Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Iqua BI1 - Iqua BI2 - Iqua BI3

Ihãm = IH = Icao+ Itrung+Ihạ=Iqua BI1+Iqua BI2 +Iqua BI3 

Trong lý thuyết, khi xảy ra sự cố ngoài vùng hoặc ở chế độ làm việc bình thường, tổng dòng điện đi vào MBA bằng tổng dòng điện đi ra khỏi MBA, nên dòng điện lệch phải bằng không Iso lệch được ký hiệu là ISL và công thức ISL = Icao − Itrung − Ihạ = 0 cho thấy cân bằng dòng điện tại MBA được duy trì trong điều kiện bất thường Việc duy trì cân bằng dòng này đóng vai trò là cơ sở đánh giá an toàn, ổn định và hiệu quả vận hành của hệ thống MBA khi có sự cố.

Thực tế, biến dòng BI không đạt mức lý tưởng nên các đặc tính của chúng không hoàn toàn đồng nhất Sự khác biệt về đặc tính của BI khiến một dòng không cân bằng chạy qua rơ-le ở chế độ sự cố ngoài vùng.

Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Ikcb ≠ 0

Giá trị dòng điện không cân bằng có xu hướng khiến rơ-le tác động nhầm Để tránh rơ-le hoạt động sai, ta phải kiểm tra xem dòng điện hãm có đủ khả năng kiềm chế tác động của dòng không cân bằng hay không, tức là dòng hãm có thể thắng được ảnh hưởng của sự bất cân bằng để ngăn rơ-le kích hoạt nhầm.

Giá trị dòng điện không cân bằng rất khó xác định chính xác, nhưng một cách gần đúng có thể xác định theo công thức:

Ikcb = ISL=(kkck*kđn*fi+ΔU)* (If - I0)max

- kkck =1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần dòng điện không chu kỳ trong dòng điện ngắn mạch đến đặc tính làm việc của BI

kđn = 1 là hệ số thể hiện sự đồng nhất về đặc tính làm việc của các BI Theo một cách giải thích, kđn = 1 nghĩa là các đặc tính làm việc của các BI khác nhau hoàn toàn.

+ kđn =0 nghĩa là đặc tính làm việc của các BI giống nhau hoàn toàn (điều này chỉ là lý thuyết, thực tế sẽ không xảy ra)

- fi =0,1 là sai số cho phép lớn nhất của BI dùng cho mục đích bảo vệ rơle

ΔU là độ thay đổi điện áp do việc điều chỉnh điện áp đến độ lớn dòng điện không cân bằng chạy qua rơ-le Theo đề bài, phía 110 kV có phạm vi điều chỉnh đầu phân áp là ±9 × 1,78%, tương đương với tối đa ±16,02% so với điện áp danh định Vì vậy, ΔU có thể tính bằng công thức ΔU = ±16,02% × điện áp danh định hoặc ΔU = ±(9 × 1,78%) × điện áp tương ứng với từng mức điều chỉnh Việc này giúp đánh giá mức lệch điện áp tại rơ-le và ảnh hưởng của nó lên hoạt động của hệ thống.

 =U SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 62

INngmax là dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất có thể chạy qua máy biến áp Để chuẩn hóa so sánh và tính toán trong thiết kế hệ thống, nên quy đổi giá trị này về cùng một cấp điện áp, ví dụ quy đổi về phía cao áp.

Tổng kết : giá trị dòng điện không cân bằng lớn nhất có thể là

Ikcb = ISL=(kkckkđnfi+U).INngmax = (1.1.0,1+0,16)INngmax = 0,26INngmax

- Kđn là hệ số đồng nhất máy biến dòng, Kđn=1

- KKCK là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ, KKCK= 1

- fi : sai số tương đối cho phép của BI, fi = 10% = 0,1

- U là phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp, U = 0,16

- INngmax: dòng điện ngắn mạch ngoài cực đại đã quy đổi về phía 110 kV

▪ Phía 110kV (điểm ngắn mạch N 1 )

Trong các sự cố điện, sự cố 3 pha hoặc 2 pha khiến không có dòng điện chạy qua các BI nên rơ-le không nhận được bất kỳ giá trị dòng điện nào và do đó không tác động Ngược lại, sự cố 1 pha hoặc 2 pha chạm đất chỉ có thành phần dòng điện của một thứ tự nhất định không chạy qua.

BI1 không có dòng điện chạy qua BI2 và BI3 Tuy nhiên, rơ-le được thiết kế để loại trừ hoàn toàn thành phần dòng điện TTK chạy qua nó, nên kết quả là dù có sự hiện diện của tín hiệu TTK trong hệ, dòng điện sẽ không chảy qua BI2 và BI3, giúp bảo vệ các phần tử nhạy cảm và duy trì trạng thái cách ly an toàn cho mạch.

BI1 có dòng TTK chạy qua, nhưng dòng điện này bị loại trừ khỏi tác động của rơle Trong trường hợp này, rơle không hoạt động vì không có dòng điện chạy qua.

▪ Phía 22 kV (điểm ngắn mạch N 2 )

Phía ngắn mạch 22kV có trung tính nối đất trực tiếp, nhưng do rơle luôn loại trừ dòng TTK nên phải xác định dòng điện Max sau khi đã loại bỏ dòng điện TTK Điều này dẫn tới ngắn mạch 3 pha thường được xem là dòng ngắn mạch Max, một chỉ tiêu quan trọng trong phân tích ngắn mạch 22kV và thiết kế hệ thống điện.

Dòng ngắn mạch 3 pha tại N2 (N N (3) 2 ) đã tính được trong chương 2, Kết quả ngắn mạch 3 pha tại N2 được lấy từ bảng 2.1 với chế độ Smax ta có:

Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3

Dòng điện so lệch được tính

Vậy tại N3 thì rơle nhận được bộ giá trị (I , I ) * H * SL = (16,576; 2,155)

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 63

▪ Phía 10,5 kV (điểm ngắn mạch N 3 )

Phía 10,5 có trung tính cách điện nên dòng điện sự cố lớn nhất là ứng với dòng điện ngắn mạch 3 pha tại N3 (N N (3) 3 ) chế độ SMax)

Theo kết quả tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơ le MBA phía 10,5 có trung tính cách điện nên dòng điện sự cố lớn nhất là ứng với dòng ngắn mạch 3 pha tại N3 (N N (3) 3) trong chế độ 1MBA vận hành độc lập dòng ngắn mạch ngoài lớn hơn nên tính toán hệ số an toàn với chế độ này Kết quả được lấy từ bảng 2.1 điểm ngắn mạchN N (3) 3, chế độ Smax có:

Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3

Dòng điện so lệch được tính:

Vậy tại N3 thì rơle nhận được bộ giá trị (I ;I ) * H * SL = (10,87; 1,413)

Hình 5.2: Kiểm tra độ an toàn hãm với sự cố ngắn mạch ngoài vùng

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 64

Để kiểm tra độ an toàn và độ nhạy của hệ thống bảo vệ trước sự cố ngắn mạch trong vùng bảo vệ, ta xem xét dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất (Imin) phát sinh khi xảy ra sự cố tại các điểm ngắn mạch N1', N2', N3' Để tránh tác động nhầm đối với các sự cố ngắn mạch chạm đất trong vùng bảo vệ của MBA, dòng điện đưa vào rơ-le gồm hai thành phần và được tính theo công thức chung, nhằm mô tả đúng đặc tính dòng điện và đáp ứng của rơ-le trong mọi điều kiện sự cố.

Isolệch = ISL= Icao - Itrung - Ihạ= Iqua BI1 - Iqua BI2 - Iqua BI3

Ihãm = IH= |Icao| + |Itrung| + |Ihạ| = |Iqua BI 1| + |Iqua BI 2| + |Iqua BI 3|

Nhưng do khi ngắn mạch trong vùng thì dòng điện qua BI2 hoặc BI3 đổi chiều nên công thức trên trở thành:

Isolệch = ISL= Icao - Itrung - Ihạ= IBI1 + IBI2 + IBI3

So sánh với dòng điện hãm

Ihãm = IH= |Icao| + |Itrung| + |Ihạ|= |IBI 1| + |IBI 2| + |IBI 3|

Như vậy có thể kết luận: khi sự cố trong vùng thì độ lớn dòng điện so lệch bằng độ lớn dòng điện hãm ISL = IH

Từ bảng 2.2, dòng ngắn mạch nhỏ nhất là N N (1) 1'

Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3

Dòng điện so lệch được và dòng điện hãm được tính như sau:

Tổng kết: Tại N1’ thì rơle nhận được bộ giá trị (I ;I ) * H * SL = (31,774; 31,774)

Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ nhấtN N (2) 2'

Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3

Dòng điện so lệch được và dòng điện hãm được tính như sau:

Tại N2’ thì rơle nhận được bộ giá trị (I ;I ) * H * SL = (6,734; 6,734)

Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất N N (2) 3'

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 65

Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3

Dòng điện so lệch được và dòng điện hãm được tính như sau:

Tổng kết: Tại N N (2) 3' thì rơle nhận được bộ giá trị (I ;I ) * H * SL = (4,534; 4,534)

Hình 5.3: Kiểm tra độ an toàn tác động với các sự cố trong vùng

5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch TTK (87N/  I 0 )

Hệ số độ nhạy của chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế được xác định như sau:

I0Nmin : Dòng điện TTK min tại điểm ngắn mạch

Ikđ87N : Dòng khởi động của chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế

• Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 110 kV

Ta có dòng khởi động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế quy về hệ có tên (phía thứ cấp của BI 110 kV) như sau: IkđREF = (0,2 0,3).IdđBI

SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 66

Trong hệ đơn vị tương đối: * 87

Ngày đăng: 10/02/2022, 16:10

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp - D an mon hc
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp (Trang 5)
Hình 2.2: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch - D an mon hc
Hình 2.2 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch (Trang 8)
Hình 2.3: sơ đồ thay thế thứ tự khơng - D an mon hc
Hình 2.3 sơ đồ thay thế thứ tự khơng (Trang 9)
Hình 2.5: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận - D an mon hc
Hình 2.5 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (Trang 12)
Hình 2.7: Sơ đồ thay thế thứ tự khơng - D an mon hc
Hình 2.7 Sơ đồ thay thế thứ tự khơng (Trang 13)
2.3.7 Bảng tổng hợp kết quả - D an mon hc
2.3.7 Bảng tổng hợp kết quả (Trang 17)
Hình 2.9: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận - D an mon hc
Hình 2.9 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (Trang 18)
Hình 2.12: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận - D an mon hc
Hình 2.12 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (Trang 21)
Hình 2.14: Sơ đồ thay thế thứ tự khơng - D an mon hc
Hình 2.14 Sơ đồ thay thế thứ tự khơng (Trang 22)
Hình 2.15: Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3 - D an mon hc
Hình 2.15 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3 (Trang 25)
2.4.7 Bảng tổng hợp kết quả - D an mon hc
2.4.7 Bảng tổng hợp kết quả (Trang 26)
Bảng 3.1. Những loại bảo vệ thường dùng - D an mon hc
Bảng 3.1. Những loại bảo vệ thường dùng (Trang 28)
Hình 3.1:Sơ đồ nguyên lý bảo vệ solệch cĩ hãm sử dụng rơle điện cơ - D an mon hc
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ solệch cĩ hãm sử dụng rơle điện cơ (Trang 29)
Hình 3.2:Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp ba cuộn dây - D an mon hc
Hình 3.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp ba cuộn dây (Trang 31)
Hình 3.3: Vị trí đặt rơle khí ở máy biến áp - D an mon hc
Hình 3.3 Vị trí đặt rơle khí ở máy biến áp (Trang 32)
Hình 3.4:Bảo vệ cảnh báo chạm đất - D an mon hc
Hình 3.4 Bảo vệ cảnh báo chạm đất (Trang 34)
Hình 4.2: Nguyên lí bảo vệ solệch dịng điện trong rơle 7UT613 - D an mon hc
Hình 4.2 Nguyên lí bảo vệ solệch dịng điện trong rơle 7UT613 (Trang 38)
Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm các đoạn: - D an mon hc
heo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm các đoạn: (Trang 39)
Hình 4.3: Đặc tính tác động của rơle 7UT613. - D an mon hc
Hình 4.3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613 (Trang 39)
Hình 4.4:Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ solệch trong 7UT613 - D an mon hc
Hình 4.4 Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ solệch trong 7UT613 (Trang 41)
Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây hình sao cĩ nguồn đi đến:  - D an mon hc
c ố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây hình sao cĩ nguồn đi đến: (Trang 43)
Hình 4.6: Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế. - D an mon hc
Hình 4.6 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế (Trang 44)
Hình 4.8 Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 - D an mon hc
Hình 4.8 Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 (Trang 48)
Ta cĩ bảng thơng số kĩ thuật - D an mon hc
a cĩ bảng thơng số kĩ thuật (Trang 53)
Bảng 5.2. Thơng số của các BU được chọn - D an mon hc
Bảng 5.2. Thơng số của các BU được chọn (Trang 54)
Hình 5.1: Đặc tính tác động của rơle solệch 7UT613 - D an mon hc
Hình 5.1 Đặc tính tác động của rơle solệch 7UT613 (Trang 56)
Từ bảng 2.2, dịng điện ngắn mạch nhỏ nhất (2) 2' - D an mon hc
b ảng 2.2, dịng điện ngắn mạch nhỏ nhất (2) 2' (Trang 64)
5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ solệch TTK (87N/I0). - D an mon hc
5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ solệch TTK (87N/I0) (Trang 65)
Hình 5.3: Kiểm tra độ an tồn tác động với các sự cố trong vùng - D an mon hc
Hình 5.3 Kiểm tra độ an tồn tác động với các sự cố trong vùng (Trang 65)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TRÍCH ĐOẠN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w