BẢO vệ RƠLE và tự ĐỘNG hóa TRONG hệ THỐNG điện

BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHÖÔNG 6 BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN I CAÙC DAÏNG HÖ HOÛNG VAØ TÌNH TRAÏNG LAØM VIEÄC KHOÂNG BÌNH THÖÔØNG CUÛA MAÙY PHAÙT Caùc daïng hö hoûng cuûa maùy phaùt Tình traïng laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuûa maùy phaùt Nhöõng yeâu caàu cô baûn veà baûo veä maùy phaùt 1 CAÙC DAÏNG HÖ HOÛNG CUÛA MAÙY PHAÙT Ña soá hö hoûng do caùch ñieän cuûa boä daây quaán stator hay rotor bò giaø coãi, nöùt vôõ, chaùy ÔÛ daây quaán stator Coù theå ngaén maïch pha vôùi pha.

CHÖÔNG 6 BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN

I CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ TÌNH TRẠNG

LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA

MÁY PHÁT.

1 Các dạng hư hỏng của máy phát.

2 Tình trạng làm việc không bình thường của

máy phát.

3 Những yêu cầu cơ bản về bảo vệ máy phát.

2

1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA MÁY PHÁT.

 Đa số hư hỏng do cách điện của bộ dây quấn stator hay rotor bị già cỗi, nứt vỡ, cháy…

 Ở dây quấn stator:

 Có thể ngắn mạch pha với pha, hoặc chạm đất

1 pha, hoặc ngắn mạch một số vòng dây trong cùng một pha

1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA MÁY PHÁT.

 Ngắn mạch pha với pha

 Khi chạm đất 1 pha, dòng điện chạm đất cực đại khi dây quấn bị chọc thủng ở đầu cực sinh

ra hiện tượng quá điện áp

 Ngắn mạch các vòng dây trong cùng 1 pha

4

1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA MÁY PHÁT.

 Ở dây quấn rotor:

 H h ng cách điện.ư hỏng cách điện ỏng cách điện

 Dây quấn rotor chạm đất 1 điểm, 2 điểm

2 TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY PHÁT.

Tình trạng làm việc không bình thường của máy phát là khi dòng qua dây quấn stator, rotor vượt quá định mức, hoặc phụ tải không đối xứng, hoặc có tình trạng quá điện áp

 Quá tải

Ngắn mạch ngoài

6

2 TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY PHÁT.

Khi phụ tải không đối xứng, làm nóng rotor và chấn động cơ học

 Đang vận hành mà mất phụ tải đột ngột, nếu bộ điều tốc không tốt sẽ sinh ra tình trạng vượt tốc, và mất phản ứng phần ứng làm điện áp tăng vọt

3 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN VỀ BẢO VỆ

MÁY PHÁT.

 Tình trạng làm việc không bình thường của máy phát: phải báo hiệu cho vận hành viên biết để xử lý

 Để ngăn ngừa hư hỏng bên trong máy phát phát triển rộng ra, bảo vệ cắt máy phát khỏi lưới đồng thời cắt kích thích của máy, gọi là tự động diệt từ

8

II BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA PHA VÀ PHA TRONG DÂY QUẤN STATOR.

1 Sơ đồ bảo vệ.

2 Chọn dòng khởi động.

1 SƠ ĐỒ BẢO VỆ.

 Sơ đồ so lệch thường dùng bảo vệ ngắn mạch giữa các pha ở dây quấn stator

 Các biến dòng có tỷ số biến dòng giống nhau, các biến dòng này được nối dây theo sơ đồ so lệch

 Khi ngắn mạch ngoài, thông số dòng điện vào rơ

le I=Ikcb, bảo vệ không tác động

10

1 SƠ ĐỒ BẢO VỆ.

 Khi ngắn mạch ở dây quấn stator, thông số dòng điện vào rơ le I=I1+I20 làm cho bảo vệ tác động cắt máy phát và tự động diệt từ

1 SƠ ĐỒ BẢO VỆ.

 Để mở rộng khu bảo vệ, các biến dòng được đặt sát máy ngắt và sát trung tính Cả hai bộ

biến dòng chỉ cần nối đất an toàn ở chung một điểm

12

1 SƠ ĐỒ BẢO VỆ.

 Máy phát trung tính không nối đất, chỉ cần so lệch hai pha Nếu ngắn mạch hai pha nối đất, trong đó một điểm nằm trong vùng bảo vệ máy phát ở pha không có biến dòng, và điểm còn lại nằm trong lưới điện thế máy phát, thì bảo vệ so lệch 2 pha không làm việc

1 SƠ ĐỒ BẢO VỆ.

14

1 SƠ ĐỒ BẢO VỆ.

 Sơ đồ bảo vệ so lệch 3 pha chỉ dùng cho máy phát làm việc hợp bộ với MBA, vì dòng điện

điện_dung bé, không có bảo vệ chạm đất riêng

Để giảm ảnh hưởng của dòng điện không cân bằng, tăng cường tính bảo đảm và nhạy, ta nối thêm một điện trở 5 nối tiếp với cuộn dây của

rơ le so lệch

1 SƠ ĐỒ BẢO VỆ.

 Hiện nay, người ta

dùng biến dòng bão

hòa trung gian để loại

trừ ảnh hưởng của

dòng không cân bằng

do thành phần không

chu kỳ của dòng ngắn

2 CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG.

 Để tránh bảo vệ làm việc sai khi ngắn mạch ngoài, ta phải có Ikđ>Ikcbmax  Ikđ=Kat.Ikcbmax

Dòng không cân bằng tùy thuộc vào sai số của biến dòng, độ đồng nhất của biến dòng được chọn, ảnh hưởng thành phần không chu kỳ

Ikđ=Kat.Kkck.Kđn.0,1.INngmax

2 CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG.

Với:

 Kat=1,3 là hệ số an toàn.

 Kkck=1~1,3 (nếu có biến dòng bão hòa trung gian)

 Kkck=2 (nếu dùng điện trở phụ)

 Kđn=0,5 là hệ số đồng nhất của biến dòng.

 0,1 là sai số cho phép của biến dòng.

18

2 CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG.

mạch qua biến dòng của bảo vệ khi ngắn mạch

ở pha trên đầu cực máy phát tại thời điểm t = 0

Thông thường Ikđ tính chọn theo Ikcb nhỏ hơn

dòng định mức của máy phát

2 CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG.

 Độ nhạy của bảo vệ được kiểm tra theo dòng ngắn mạch 2 pha trên đầu cực máy phát khi

máy phát cắt khỏi lưới, độ nhạy phải bảo đảm

Knh2

20

Dòng không cân bằng của bảo vệ so lệch:

I kcb = 2309,3 A

21

at kdR sd mm F

Chọn dòng khởi động rơle: I kdR= 8 A

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ dòng điện cực đại là:

Độ nhạy của bảo vệ:

Vậy độ nhạy của bảo vệ đạt yêu cầu.

8 800

6400 1

3,13 1,5 6400

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh là:

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh là:

(3) 1, 2 23093

1 34.63 800

Độ nhạy của bảo vệ:

Vậy độ nhạy của bảo vệ đạt yêu cầu.

(3) min 0,87 0,87 23093

5,022 1,5 4000

III BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA

 Chỉ có máy phát lớn, mỗi pha có hai nhánh

song song mới dùng bảo vệ so lệch ngang

III BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA

Khi ngắn mạch một số vòng dây, sức điện động ngắn mạch EN sinh ra dòng điện ngắn mạch IN

rất lớn, chạy qua các vòng dây hư hỏng

28

III BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA

Vì có chêch lệch sức điện động (E1–E2) nên sinh ra dòng điện cân bằng

Icb=(E1-E2)/(X1–X2) Với E, X là sức điện động và điện kháng

 Rơ le có dòng IR=Icb/KI, nếu IR>Ikđ rơ le sẽ tác

động

III BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA

Dòng cân bằng Icb tùy thuộc vào số vòng dây bị ngắn mạch vì vậy bảo vệ có khu chết

Thường chọn tỷ số biến dòng KI=0,25.IđmMF/5,

dòng khởi động lớn hơn dòng không cân bằng

cực đại khi ngắn mạch ngoài trên đầu cực máy phát, và chọn bằng (20~40)%.IđmMF

30

III BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA

Hiện nay thường dùng sơ đồ 1 rơ le mắc qua biến dòng đặt ở dây nối trung tính

IV BẢO VỆ DÂY QUẤN STATOR CHẠM ĐẤT MỘT ĐIỂM

1.Nguyên tắc thực hiện bảo vệ

2.Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chạm đất

3.Chọn dòng điện khởi động

32

1. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ

Ở dây quấn stator, trung tính không nối đất trực tiếp, mà nối đất qua 1 tổng trở, kinh nghiệm vận hành cho: dòng chạm đất IG<5A không gây nguy hiểm, ta chỉ cần báo hiệu Nếu IG>5A thì bảo vệ tác động cắt máy phát tránh hư hỏng cho máy

phát

1. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ

 Về nguyên tắc có thể dùng bảo vệ so lệch, nhưng thường không đủ độ nhạy, nên dùng bảo vệ

thứ_tự_không Có 2 cách:

Dùng 3 biến dòng mắc theo sơ đồ bộ lọc dòng

điện thứ_tự_không Vì dòng không cân bằng Ikcb

khá lớn nên bảo vệ chỉ tác động khi IG khoảng

(15~20)A

34

1. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ

 Dùng 3 biến dòng mắc theo sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ_tự_không Vì dòng không cân bằng Ikcbkhá lớn nên bảo vệ chỉ tác động khi IG khoảng (15~20)A

Hiện nay thường dùng biến dòng thứ_tự_không có cuộn kích từ phụ: có độ nhạy cao hơn và bảo vệ có thể tác động với I =(3~5)A

1. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ

 Khi dây quấn stator chạm đất, dòng thứ_tự_không của lưới sẽ qua biến dòng thứ_tự_không và cảm ứng qua thứ cấp sinh ra dòng vào rơ le IR, nếu

dòng qua rơ le lớn hơn dòng khởi động thì bảo vệ sẽ tác động Dòng thứ_tự_không tỷ lệ với số vòng dây bị chạm đất, nếu chạm đất gần trung tính của máy phát IR<Ikđ, vậy bảo vệ có khu chết.

36

1. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ

 Khi chạm đất ngoài, chỉ có dòng thứ_tự_không

do điện dung dây quấn máy phát qua biến dòng thứ_tự_không.

 Khi bình thường hay khi ngắn mạch ngoài tổng

dòng sơ cấp qua biến dòng thứ_tự_không bằng 0 nên thực tế chỉ có dòng không cân bằng qua rơ le, bảo vệ không tác động vì ta đã chọn I >I

2 BIẾN DÒNG THỨ_TỰ_KHÔNG.

38

Nếu mạch từ của biến dòng

thứ_tự_không có đặt thêm

cuộn kích từ bằng dòng xoay

chiều thì sức điện động thứ

cấp do dòng chạm đất sinh ra

sẽ tăng từ 15~20 lần, dòng

điện qua rơ le tăng làm độ

3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT

Máy phát chỉ đặt bảo vệ

chạm đất dây quấn stator

khi dòng chạm đất IG>5A.

+ Rơ le 51MP chỉ dùng bảo

vệ chạm đất, để bảo vệ

không tác động nhầm do

dòng quá độ khi có chạm

Đến rơle

50MP, 51MP

3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT

40

+ Rơ le 51MP chỉnh thời gian (1~2)s

+ Rơ le 51Ng của bảo vệ ngắn mạch ngoài tác

động khi có ngắn mạch ngoài để nâng cao độ

nhạy

3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT

41

+ Khi ngắn mạch 2 pha nối đất, trong đóù có một điểm trong khu vực bảo vệ, dòng điện ngắn

mạch rất lớn, rơ le 51MP có thể tác động nhưng bị

rơ le 51Ng khóa cắt mạch điều khiển, nên bảo vệ sẽ cắt bởi rơ le 50MP Ta chỉ dùng rơ le 50MP để bảo vệ ngắn mạch 2 pha nối đất khi bảo vệ so

lệch dọc của máy phát chỉ đặt biến dòng trên 2

3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT

Bảo vệ máy phát chống ngắn mạch ngoài

dùng để cắt máy phát khi có hư hỏng trên

thanh góp máy phát, hoặc các phần tử nối

trực tiếp với thanh góp (đường dây, máy biến

áp, )

44

Ngày nay, người ta dùng sơ đồ bảo vệ quá dòng với bộ khởi động kém điện áp để phân biệt dòng quá tải hay dòng ngắn mạch

 Khi máy phát mất kích từ điện áp thanh góp giảm còn 70% điện áp làm việc định mức

Trong điều kiện này nếu muốn để máy phát tiếp tục làm vjệc thì chọn:

Nếu có dùng bộ khởi động kém áp, thì dòng khởi động của bảo vệ là:

Ikđ = IđmMFKat/KV (Kat = 1,11,2)

(Kat = 0,9; Ulvmin = 0,95Ulvđm)

 Thường quá tải có tính đối xứng nên bảo vệ quá tải dùng 1 rơle dòng điện đặt trên 1 pha

và dùng chung biến dòng với bảo vệ quá dòng chống ngắn mạch ngoài.