Đánh giá chức năng làm việc của rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp 110kv tam kỳ

Để bảo vệ cho máy biến áp làm việc an toàn, cần phải tính toán đầy đủ các yếu tố gây hư hỏng bên trong và các yếu tố bên ngoài gây ảnh hưởng đến đặc tính làm việc bình thường của bảo vệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU THỌ

ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG LÀM VIỆC CỦA RƠLE GRT 200 BẢO VỆ

SO LỆCH TRẠM BIẾN ÁP 110KV TAM KỲ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU THỌ

ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG LÀM VIỆC CỦA RƠLE GRT 200 BẢO VỆ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp sẽ thực hiện nghiêm túc các quy định về liêm chính học thuật:

- Không gian lận, bịa đặt, đạo văn, giúp người học khác vi phạm

- Trung thực trong việc trình bày, thể hiện các hoạt động học thuật và kết quả từ hoạt động học thuật của bản thân

- Không giả mạo hồ sơ học thuật

- Không dùng các biện pháp bất hợp pháp hoặc trái quy định để tạo nên ưu thế cho bản thân Chủ động tìm kiếm và tránh các hành vi vi phạm liêm chính học thuật, chủ động tìm hiểu và nghiêm túc thực hiện các quy định về luật sở hữu trí tuệ

- Sử dụng sản phẩm học thuật của người khác phải có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực

và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Học viên thực hiện

Nguyễn Hữu Thọ

ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG LÀM VIỆC CỦA RƠLE GRT 200 BẢO VỆ

SO LỆCH TRẠM BIẾN ÁP 110KV TAM KỲ

Học viên: Nguyễn Hữu Thọ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201 Khóa: K39.KTĐ- QNa

Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Trạm biến áp 110kV Tam Kỳ có công suất 88MVA, có vai trò cấp điện cho thành

phố Tam Kỳ và các huyện lân cận Sự cố máy biến áp sẽ làm ảnh hưởng lớn đến sự cung cấp điện, vì vậy cần phải trang bị hệ thống bảo vệ rơle, trong đó bảo vệ so lệch là bảo vệ chính nhằm đảm bảo cho

hệ thống điện vận hành an toàn tin cậy

Luận văn tập trung nghiên cứu Rơle GRT 200, tính toán, mô phỏng bảo so lệch MBA T1 trạm biến áp 110kV Tam Kỳ bằng phần mềm Matlab Simulink, trên cơ sở chương trình tính toán và mô phỏng giúp cho người quản lý, bộ phận kỹ thuật và nhân viên vận hành nắm bắt tốt hơn về hệ thống lưới điện mình đang quản lý Tổng hợp được các sự cố trên lưới điện, chuẩn đoán sự cố chính xác, khắc phục sự cố nhanh, đảm bảo cho hệ thống điện vận hành chắc chắn, tin cậy và liên tục

Từ khóa: Rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp 110kV Tam Kỳ, đánh giá chức năng làm

việc

ASSESSMENT OF THE WORKING FUNCTION OF GRT RELAY 200 TO PROTECTION

DIFFERENCE AT TAM KY 110KV POWER SUPPLY STATION

Summary: The 110kV power transformer station in Tam Ky City has a capacity of 88MVA,

which is responsible for supplying electricity to Tam Ky city and neighboring districts An incident at the transformer will greatly affect the power supply, so it is necessary to equip a relay protection system in which avoiding power grid failures is to protect the power system for safer and more reliable operation

The thesis focuses on researching GRT 200 relay (The GRT200 transformer protection IED has been designed to provide complete protection for two-winding or three-winding power transformers, auto-transformers and generator-transformers, within the flexible and user-friendly GR-200 Series platform Up to five current inputs can be provided for the phase-segregated differential protection The main transformer differential protection is supported by restricted earth fault, backup overcurrent, thermal overload, over-excitation and frequency protections.) calculating and simulating the deviation

of transformer T1 at 110kV substation in Tam Ky city using Matlab Simulink software, on the basis of

a calculation and simulation program to help managers, technical departments and operators have a better grasp of the grid system they are managing Synthesize problems on the power system, diagnose problems accurately, fix problems quickly and ensure that the power system operates reliably, reliably and continuously

Keywords: Relay GRT 200 differential protection of Tam Ky 110kV substation, evaluation of

working function

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: 2

6 ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI 2

7 BỐ CỤC LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 1 BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 4

1.1 Các hư hỏng, các dạng sự cố có thể xảy ra trong máy biến áp 4

1.1.1 Các nguyên nhân có thể dẫn đến hư hỏng máy biến áp 4

1.1.2 Các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp 5

1.2 Các loại bảo vệ cho máy biến áp 8

1.2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle 8

1.2.2 Các loại rơle bảo vệ cho máy biến áp 8

1.2.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 9

1.3 Bảo vệ so lệch máy biến áp 10

1.3.1 Nguyên tắc chung 10

1.3.2 Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch máy biến áp 11

1.3.3 Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch máy biến áp 13

1.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp 13

1.4.1 Sai số tỷ số của các máy biến dòng 13

1.4.2 Các máy biến dòng bão hòa sai khác nhau 14

1.4.3 Tổ đấu dây máy biến dòng không phù hợp với tổ đấu dây máy biến áp 14

1.4.4 Tỉ số biến máy biến áp 14

1.4.5 Sai sót trong việc đấu nối các máy biến dòng 14

1.4.6 Ảnh hưởng do sóng hài 14

1.5 Các giải pháp khắc phục 16

1.5.1 Khắc phục sai số do sai số máy biến dòng 16

1.5.2 Khắc phục do máy biến dòng bão hòa không giống nhau 17

1.5.3 Khắc phục sai số do nấc phân áp máy biến áp 17

1.5.4 Khắc phục sai số do tổ đấu dây máy biến áp 17

1.5.5 Khắc phục do sóng hài 19

1.6 Kết luận chương 1 19

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU RƠLE SO LỆCH CÁC TRẠM 110KV QUẢNG NAM VÀ RƠLE GRT 200 BẢO VỆ SO LỆCH TRẠM BIẾN ÁP 110KV TAM KỲ 20

2.1 Các trạm 110kV Quảng Nam 20

2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 110kV 20

2.2.1 Các rơle tác động theo dòng điện 21

2.2.2 Các rơle không tác động theo dòng điện 21

2.2.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ các máy biến áp 22

2.3 Tìm hiểu rơle bảo vệ so lệch máy biến áp các trạm 110kV Quảng Nam 23

2.3.1 Tìm hiểu cấu trúc và đặc tính làm việc của rơle Micom P632 24

2.3.2 Tìm hiểu cấu trúc và đặt tính làm việc của rơle SEL787 28

2.4 Tìm hiểu rơle bảo vệ so lệch máy biến áp T1 trạm biến áp 110kV Tam Kỳ 30

2.4.1 Tìm hiểu cấu trúc phần cứng rơle Toshiba GRT200 31

2.4.2 Tìm hiểu phần mềm rơle 32

2.4.3 Đặt tính làm việc của chức năng bảo vệ so lệch của rơle Toshiba GRT 200 37

2.5 Kết luận chương 2 41

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG BẢO VỆ SO LỆCH CHO MBAT1 TRẠM TAM KỲ SỬ DỤNG RƠLE GRT 200 42

3.1 Thông số đầu vào trạm 110kV Tam Kỳ 42

3.2 Tính toán ngắn mạch 43

3.2.1 Kết quả tính dòng điện ngắn mạch trong chế độ cực đại 43

3.2.2 Kết quả tính dòng điện ngắn mạch trong chế độ cực tiểu 44

3.3 Tính toán các thông số chỉnh định cho rơle bảo vệ so lệch MBA T1 trạm biến áp 110KV Tam Kỳ 46

3.3.1 Chọn máy biến dòng điện 46

3.3.2 Tính thông số cài đặt cho chức năng bảo vệ so lệch cho rơle bảo vệ so lệch GRT 200 46

3.3.3 Kiểm tra sự làm việc của chức năng bảo vệ so lệch (87T) 47

3.4 Mô phỏng tính toán bảo vệ so lệch máy biến áp T1 trạm biến áp 110KV Tam

Kỳ sử dụng phần mềm Matlab Simulink 57

3.4.1 Mô hình mô phỏng 57

3.4.2 Các khối cấu trúc của rơle 57

3.4.3 Kết quả mô phỏng 58

3.5 Kết luận chương 3 68

KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ILV - Dòng điện làm việc của rơle

IH - Dòng điện hãm của rơle

X1; X2; X0 - Điện kháng thứ tự thuận; thứ tự nghịch; thứ tự không

I1; I2; I0 - Dòng điện thứ tự thuận; thứ tự nghịch; thứ tự không

LCD - Liquid Crystal Display

3.1 Dòng điện ngắn mạch đi qua các bảo vệ trong chế độ cực đại 43 3.2 Dòng điện ngắn mạch đi qua các bảo vệ trong chế độ cực tiểu 44

3.3 Kết quả kiểm tra hệ số an toàn của bảo vệ so lệch máy biến áp

3.4 Kết quả kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) 53 3.5 Kết quả kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch máy biến áp (87N) 56

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Số hiệu

1.2 Dòng điện chạm đất một pha của máy biến áp nối đất qua tổng

1.3 Dòng điện chạm đất một pha của máy biến áp nối đất trực

1.4 Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp 7

1.6 Dòng điện chạm khi có một số vòng dây máy biến áp bị nối

1.7 Sơ đồ phương thức bảo vệ điển hình cho một máy biến áp 10 1.8 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc máy biến áp 11 1.9 Đường đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch và đặc tính sự cố 12 1.10 Liên kết từ thông trong lõi thép máy biến áp 15

1.12 Sơ đồ đấu thuật toán bù để bù góc lệch pha 19 2.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 3 cuộn dây 22 2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây 23

2.14 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế 39

Số hiệu

3.1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110kV Tam Kỳ 42 3.2 Sơ đồ tính toán ngắn mạch ngắn máy biến áp T1 trạm biến áp

3.4 Sơ đồ khối cấu trúc của rơle bảo vệ so lệch 57

3.20 Sơ đồ tín hiệu cắt của relay 87T đưa tới cuộn cắt các MC 62

3.25 Sơ đồ tín hiệu cắt của relay 87T đưa tới cuộn cắt các MC 64

3.28 Sơ đồ tín hiệu cắt của relay 87T đưa tới cuộn cắt các MC 65

Số hiệu

3.31 Sơ đồ tín hiệu cắt của relay 87T đưa tới cuộn cắt các MC 66

3.36 Sơ đồ tín hiệu cắt của relay 87T đưa tới cuộn cắt các MC 67 3.37 Đặt tính làm việc của bảo vệ so lệch 87T 68 3.38 Đặt tính làm việc của bảo vệ so lệch 87N 68

ra hư hỏng máy biến áp thì trạm biến áp đó phải ngừng hoạt động Chính vì vậy trong

hệ thống rơle bảo vệ thì hệ thống rơle bảo vệ máy biến áp đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, nó đóng góp một phần rất lớn trong việc đảm bảo an toàn cung cấp điện, trong đó bảo vệ so lệch máy biến áp là một trong những bảo vệ chính Sự làm việc tin cậy của bảo vệ so lệch máy biến áp giúp phát hiện sớm và cô lập các sự cố một cách nhanh chóng, giúp duy trì tình trạng vận hành an toàn cho hệ thống

Với vai trò quan trọng của máy biến áp trong việc truyền tải công suất giữa nguồn và và phụ tải, các hư hỏng trong máy biến áp sẽ làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Vì vậy việc nghiên cứu các tình trạng làm việc không bình thường, sự cố xảy ra đối với máy biến áp là rất cần thiết, với lý do đó việc nghiên cứu các chức năng bảo vệ cho máy biến áp nói chung, bảo vệ so lệch máy biến áp nói riêng

là công việc hết sức quan trọng Để bảo vệ cho máy biến áp làm việc an toàn, cần phải tính toán đầy đủ các yếu tố gây hư hỏng bên trong và các yếu tố bên ngoài gây ảnh hưởng đến đặc tính làm việc bình thường của bảo vệ so lệch máy biến áp Từ đó đề ra phương án bảo vệ, loại trừ các hư hỏng và sự cố không mong muốn

Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép chế tạo các loại rơle bảo vệ so lệch máy biến áp kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội so với các loại rơle trước đây Các nhà sản xuất đã tích hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp nhằm giảm sự tác động nhầm không mong muốn Tuy nhiên trên thực tế vẫn có nhiều sự cố tác động không đúng của bảo vệ so lệch máy biến áp và bảo vệ so lệch hạn chế REF như khi sự cố ngắn mạch ngoài, đóng điện xung kích máy biến áp, hoặc do lỗi cài đặt cấu hình, các lỗi TU, TI đã gây nên mất điện hệ thống, ảnh hưởng đến công tác vận hành và thời gian khôi phục sự cố Với những lý do nêu trên tôi quyết định nghiên cứu đề tài

“Đánh giá chức năng làm việc của rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp

110kV Tam Kỳ"

Đây là đề tài có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành điện nói chung và lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam nói riêng

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích chính của luận văn là phân tích, đánh giá chức năng làm việc của rơle GRT 200 bảo vệ so lệch TBA 110kV Tam Kỳ nhằm phục vụ cho công tác quản lý vận hành hệ thống

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp GRT

200 tai trạm biến áp 110kV Tam Kỳ

3.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Trong phạm vi thực hiện của luận văn, tác giả sẽ phân tích bảo vệ so lệch và các yếu tố ảnh hưởng Tìm hiểu các loại rơle số trên lưới điện 110kV Quảng Nam, tìm hiểu rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp 110kV Tam Kỳ Tính toán và mô phỏng bảo vệ so lệch cho MBA T1 tram biến áp 110kV Tam Kỳ

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Sử dụng lý thuyết bảo vệ so lệch MBA để làm cơ sở nghiên cứu đề tài

- Tiếp cận tìm hiểu các rơle số trên lưới điện 110kV Quảng Nam, tiếp cận thu thập các số liệu TBA 110kV Tam Kỳ, tài liệu rơle bảo vệ so lệch GRT 200 từ đó đưa

ra tính toán các thông số cho bảo vệ so lệch TBA 110kV Tam Kỳ

- Dùng phần mềm Matlap Simulink để mô phỏng sự làm việc của rơle bảo vệ so lệch cho máy biến áp T1 trạm biến áp 110kV Tam Kỳ

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:

Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù các trạm biến áp với hệ thống bảo vệ rơle đã được đưa vào vận hành trong hệ thống điện từ nhiều năm qua nhưng với việc phân tích đánh giá một cách cụ thể, có hệ thống về các chức năng làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp nhằm mục đích giúp cho cho người vận hành đánh giá, phân tích sự cố và các hư hỏng trong máy biến áp một cách nhanh chóng, chính xác hơn

Về ý nghĩa thực tiễn, đề tài là phân tích đánh giá sâu hơn về bảo vệ so lệch máy biến áp, giải quyết một khối lượng lớn công việc cho nhân viên vận hành, thí nghiệm, kiểm định, phân tích sự cố rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp giúp rút ngắn thời gian và tiến độ theo yêu cầu cung cấp điện liên tục Đồng thời cung cấp kiến thức trong công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle

6 ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI

Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài được chọn tên là

" Đánh giá chức năng làm việc của rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp

110kV Tam Kỳ "

7 BỐ CỤC LUẬN VĂN

Nội dung luận văn được biên chế thành: Ngoài phần mở đầu và kết luận sẽ có 3 chương và phụ lục Bố cục nội dung chính của luận văn gồm các phần sau:

Chương 1 Bảo vệ so lệch MBA và các yếu tố ảnh hưởng

1.1 Các hư hỏng, các dạng sự cố có thể xảy ra trong máy biến áp

1.2 Các loại bảo vệ máy biến áp

1.3 Bảo vệ so lệch máy biến áp

1.4: Các yếu tố ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp

2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA 110kV

2.3 Tìm hiểu về rơle bảo vệ so lệch MBA các trạm 110kV Quảng Nam

2.4 Tìm hiểu rơle bảo vệ so lệch MBA trạm biến áp 110kV Tam Kỳ

CHƯƠNG 1 BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1.1 Các hư hỏng, các dạng sự cố có thể xảy ra trong máy biến áp

Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện, là mắt xích liên kết các hệ thống với nhau, kết nối nguồn với các đường dây truyền tải, đường dây phân phối điện năng đến các phụ tải Sự cố trong trạm biến áp thấp hơn đường dây, tuy nhiên những sự cố ở trạm sẽ gây nên những hậu quả vô cùng nghiêm trọng nếu không được loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác Ngoại trừ các sự cố thường xảy ra trong hệ thống điện: Ngắn mạch , quá tải, trạm biến áp còn có các dạng sự cố khác xảy

ra đối với máy biến áp như: Rỉ dầu, bảo hòa mạch từ, việc bảo dưỡng không thích hợp trong vận hành, áp dụng thiếu tiêu chuẩn kỹ thuật trong khi chế tạo, thử nghiệm và nghiệm thu, các vật tư đầu vào không đạt tiêu chuẩn, môi trường làm việc không phù hợp, các điều kiện vận hành không bình thường, v.v Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự

cố đối với máy biến áp cũng như trong hệ thống điện rất đa dạng Việc phân tích tốt các hư hỏng trong và ngoài máy biến áp nhằm giúp người vận hành kịp thời phát hiện ngăn chặn sớm các sự cố có thể xảy ra đối với máy biến áp để đảm bảo vận hành hệ thống điện an toàn liên tục

1.1.1 Các nguyên nhân có thể dẫn đến hư hỏng máy biến áp

- Tuổi thọ của một máy biến áp thông thường phụ thuộc vào tuổi thọ của cách điện Trong quá trình vận hành bình thường của máy biến áp, quá trình lão hoá cũng nằm ở mức độ thông thường Tốc độ lão hoá có quan hệ với nhiệt độ, hàm lượng ẩm

và khoảng thời gian của tình trạng mang tải Ở nhiệt độ lớn hơn 1400C, các bọt khí được hình thành do sự phân hủy của cách điện Các bọt khí này là mối nguy hiểm tiềm tàng trong khu vực lân cận vùng có ứng suất điện áp cao Điều này có thể khởi đầu hư hỏng về điện, dẫn đến việc phóng điện chọc thủng

- Tuổi thọ mong đợi của máy biến áp sẽ giảm bởi việc bảo vệ không đủ trong khi vận hành ở các điều kiện bất thường như: Quá áp thao tác; quá áp do sét; quá áp truyền

- Một số hư hỏng bên trong máy biến áp thường do một trong số các nguyên nhân sau đây:

Hư hỏng cách điện cuộn dây do các ứng suất ngắn mạch; hư hỏng cách điện cuộn dây do quá điện áp và các xung quá độ; hư hỏng do mạch từ; hư hỏng của bộ điều áp dưới tải; hư hỏng của các sứ đầu vào và các phụ kiện khác; hư hỏng do cách điện kém và cách bố trí làm mát kém

- Việc sắp xếp các bộ phận định vị trong máy biến áp để chịu được các lực điện

động khi ngắn mạch đã được phát hiện là nhiều lúc không đảm bảo Ví dụ như trong một vài trường hợp, khoảng cách giữa các pha và giữa pha với đất của các dây dẫn ngắn làm phóng điện đánh lửa và gây hỏng cách điện, do rung và sự dịch chuyển xô lệch các cuộn dây khi xảy ra ngắn mạch Trong một vài trường hợp hư hỏng được tìm thấy do hỏng các thành phần cách điện như là các ống lót cách điện, các thanh đỡ, gỗ

đỡ v.v Ngoài ra cũng có một số hư hỏng của các mối nối trong quá trình xảy ra ngắn mạch Một vài trường hợp hư hỏng ở máy biến áp liên quan đến xung sét cho dù đã được bảo vệ bằng các chống sét van Hư hỏng của các máy biến áp về mặt quá áp do thao tác như: Sự làm việc của các bảo vệ làm cắt máy cắt của máy biến áp và tách máy biến áp khỏi lưới Trong một vài trường hợp, các máy biến áp đã hỏng khi chỉ số phân cực (PI) của cách điện cuộn dây bị huỷ hoại giảm xuống giá trị 1,1 hoặc bé hơn mặc dầu hàm lượng ẩm trong dầu cách điện máy biến áp vẫn còn nằm trong giới hạn Sự giảm cấp của chỉ số phân cực (PI) trên nhiệt độ tới hạn theo phụ tải cần được qui định

và kiểm tra Cũng có vài trường hợp, đã phát hiện ra hư hỏng do điện trở nối đất của trạm biến áp cao hơn qui định, điều này gây ra các điện áp cao tồn tại ở đầu trung tính của cuộn dây khi có ngắn mạch pha đất trên các xuất tuyến, thanh góp, việc này làm hỏng cách điện vòng ở đầu trung tính

1.1.2 Các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp

Sự cố máy biến áp có thể chia thanh hai loại chính: Sự cố bên ngoài máy biến

áp và sự cố bên trong máy biến áp

1.1.2.1 Sự cố bên ngoài máy biến áp [2][5]

Sự cố bên ngoài máy biến áp gồm các sự cố hay các hiện tượng nguy hiểm xảy

ra bên ngoài máy biến áp như quá tải, quá điện áp, tần số thấp, ngắn mạch ngoài

Trong các trường hợp có sự cố bên ngoài phải được cách ly khỏi máy biến áp một cách nhanh nhất Nếu sự cố đó không được cắt ra trong một khoảng thời gian định trước có thể làm hư hỏng máy biến áp Đối với sự cố bên ngoài, bảo vệ dòng điện thường được dùng làm bảo vệ dự trữ Máy biến áp không cho phép chịu quá tải trong khoảng thời gian dài, trong trường hợp này rơle nhiệt được dùng để phát hiện tình trạng quá tải và đưa ra tín hiệu cảnh báo

1.1.2.2 Sự cố bên trong máy biến áp [2][5]

Sự cố bên trong máy biến áp gồm các sự cố xảy ra bên trong vùng bảo vệ của máy biến áp (giới hạn bởi bên trong vị trí đặt các máy biến dòng) Sự cố bên trong

máy biến áp được chia thành hai nhóm: sự cố gián tiếp và sự cố trực tiếp Sự cố gián

tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố chính trực tiếp nếu không phát hiện và xử lý kịp thời (chẳng hạn bên trong MBA có quá nhiệt, quá từ, áp suất dầu thay đổi ) Sự cố trực tiếp là ngắn mạch bên trong các cuộn dây, hư hỏng cách điện làm thay đổi đột

ngột các thông số điện

Bảo vệ sự cố trực tiềp phải tác động tức thời, cách ly máy biến áp bị sự cố ra khỏi hệ thống để giảm hư hỏng máy biến áp, giảm ảnh hưởng đến hệ thống Sự cố gián tiếp không đòi hỏi tác động nhanh cắt máy biến áp, nhưng phải được phát hiện, báo động để người vận hành có biện pháp xử lý Sự cố gián tiếp và trực tiếp được phát hiện bởi các rơle khác nhau Để phát hiện sự cố gián tiếp thường người ta dùng rơle quá nhiệt, rơle hơi, rơle áp suất dầu Sự cố trực tiếp được phát hiện bằng các rơle so lệch, rơle dòng điện

Sau đây là một số sự cố điển hình:

a Chạm đất một pha cuộn dây đấu sao máy biến áp [5]

Nếu cuộn đấu sao máy biến áp có trung tính nối đất qua tổng trở, dòng điện chạm đất một pha phía nối sao phụ thuộc vào tổng trở nối đất và tỷ lệ với khoảng cách

từ điểm chạm đất đến điểm trung tính Tỷ số biến thế giữa các cuộn dây sơ cấp và các vòng ngắn mạch cũng thay đổi theo vị trí điểm chạm vì thế dòng điện chạy trong phía

sơ cấp máy biến áp sẽ tỷ lệ với bình phương tỷ số của cuộn dây mà bị ngắn mạch

Hình 1.1 cho thấy quan hệ giữa dòng điện (I N) chạm đất và dòng sơ cấp máy biến áp

(I S) theo vị trí điểm chạm đất

Hình 1.1 Chạm đất một pha trong cuộn dây đấu sao

Hình 1.2 Dòng điện chạm đất một pha của máy biến

áp nối đất qua tổng trở

Trung tính cuộn đấu sao máy biến áp nối đất trực tiếp, dòng điện chạm đất một pha trong trường hợp này phụ thuộc vào trở kháng máy biến áp và thay đổi khá phức tạp theo vị trí điểm chạm đất Quan hệ dòng điện chạm đất

(I N) và dòng sơ cấp máy biến

áp (I S ) theo vị trí điểm chạm

đất như hình 1.3

b Sự cố bên trong cuộn tam giác máy biến áp [5]

Hình 1.3 Dòng điện chạm đất một pha của máy biến áp

nối đất trực tiếp

Tính toán dòng điện chạm đất theo vị trí trong cuộn tam giác máy biến áp rất phức tạp Biên độ dòng điện chạm đất nhỏ hơn nhiều so với trường hợp chạm đất cuộn sao và phụ thuộc vào cách đấu trung tính Dòng điện chạm nhỏ nhất khi điểm ngắn mạch xảy tại trung điểm của một

cuộn dây tam giác, trong trường hợp này dòng điện chạm nhỏ hơn dòng định mức

c Ngắn mạch giữa các pha trong máy biến áp ba pha

Dạng ngắn mạch này hiếm xảy ra trong máy biến áp, nhưng nếu có xảy ra thì dòng điện ngắn mạch vô cùng lớn so với dòng điện chạm đất một pha

d Chạm giữa các vòng dây bên trong máy biến áp [5]

Hình 1.4 Ngắn mạch nhiều pha trong

cuộn dây máy biến áp

Khoảng 70% đến 80% hư hỏng máy biến áp là do chạm giữa các vòng dây bên trong máy biến áp, nếu không được phát hiện kịp thời quá trình tiếp diễn lâu sẽ gây

ra sự cố nghiệm trọng trong máy biến áp Dòng điện trong các vòng dây bị chạm nối tắt rất lớn nhưng dòng điện ở đầu cực máy biến áp thì rất nhỏ bởi vì tỷ số máy biến áp rất lớn so với ít vòng dây ngắn mạch

Hình 1.5 Một số vòng dây máy biến áp

Ngoài ra, có thể xảy ra các sự cố như sự cố lỏi thép, hư thùng dầu, hư sứ xuyên máy biến áp, làm sôi dầu, tạo bột khí trong dầu, tăng áp lực dầu trong máy cách điện giữa các lá thép của mạch từ bị phá huỷ, dòng điện xoáy quá lớn đốt cháy lõi thép, vỏ máy biến áp hỏng dẫn đến mức dầu trong máy biến áp tụt quá mức cho phép gây nên phát nóng cục bộ

1.2 Các loại bảo vệ cho máy biến áp

1.2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle [2][5]

Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cần phải tính đến khả năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện đó Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện Hậu quả của ngắn mạch là: Giảm thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện, phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện, phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ, phá hủy ổn định của hệ thống điện

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng việc không bình thường Một trong những tình trạng việc không bình thường như quá tải Dòng

điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá hủy

Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thể thực hiện các biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, báo tín hiệu những tình trạng làm việc không bình thường để nhân viên vận hành có giải pháp xử lý kịp thời

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần không hư hỏng trong hệ thống điện cần có những thiết bị bảo vệ rơle ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian

bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống

1.2.2 Các loại rơle bảo vệ cho máy biến áp

1.2.2.1 Các rơle tác động theo dòng điện

- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng các phía máy biến áp: 67, 67N

- Bảo vệ so lệch dọc dòng điện máy biến áp: 87T

- Bảo vệ chạm đất giới hạn các cuộn dây máy biến áp: 87N

- Bảo vệ quá tải máy biến áp: 49

- Bảo vệ quá áp các cuộn dây máy biến áp: 59

1.2.2.2 Các rơle bảo vệ không theo dòng điện

- Bảo vệ Rơle hơi 2 cấp máy biến áp: 96B-1, 96B-2

- Bảo vệ rơle dòng dầu bộ điều áp dưới tải (OLTC): 96P

- Bảo vệ nhiệt độ dầu máy biến áp tăng cao cấp 1, 2: 26Q-1, 26Q-2

- Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây máy biến áp tăng cao cấp 1, 2: 26W-1, 26W-2

- Bảo vệ rơle mức dầu thân máy giảm thấp: 71Q-1

- Bảo vệ rơle mức dầu thân máy tăng cao: 71Q-2

- Bảo vệ rơle mức dầu bộ điều áp dưới tải giảm thấp: 71Q-1

- Bảo vệ rơle mức dầu bộ điều áp dưới tải tăng cao: 71Q-2

- Bảo vệ rơle áp lực thùng dầu chính máy biến áp tăng cao đột biến, tác động

96-2 96-1 96P 26Q-1 26W-2 26W-1 26Q-2 71Q-1 63S 71Q-2

Trip MC

3 phía MBA Alarm

RCC2 REG-DA F90

A1700 P501 F87T- GRT200

74

7PA22 86

74

7PA22 86

PM5350 P202 F50- GRD200 (332) 50/51 50BF 27/59 64

BCU

7PA30 74

7PA22 86

63Q 63OLTC

Hình 1.7 Sơ đồ phương thức bảo vệ điển hình cho một máy biến áp

1.3 Bảo vệ so lệch máy biến áp

1.3.1 Nguyên tắc chung

Để bảo vệ MBA người ta sử dụng nhiều loại bảo vệ khác nhau, nhằm làm tăng

độ tin cậy tác động, đảm bảo cho việc cung cấp điện không bị gián đoạn và tránh hư hỏng thiết bị khi có sự cố xảy ra Tùy theo công suất, chủng loại, vị trí lắp đặt của máy

biến áp trong hệ thống điện mà người ta lựa chọn các chức năng bảo vệ như: bảo vệ quá dòng điện (50,51), bảo vệ quá dòng có hướng (67,67N), …

Tuy nhiên, bảo vệ quá dòng điện có nhược điểm là tác động chậm, nhiều khi tác động không chọn lọc, nên ngoài những bảo vệ cơ bản nêu trên người ta thường dùng bảo vệ có tính ưu việt hơn đó là bảo vệ so lệch

Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) dựa trên nguyên tắc so sánh giá trị dòng điện

đi vào và đi ra của đối tượng được bảo vệ, được dùng làm bảo vệ chính cho bảo vệ MBA, có tính chọn lọc tuyệt đối, không cần phối hợp với các loại bảo vệ khác, vì vậy

có thời gian tác động của bảo vệ gần bằng không giây Vùng tác động của 87T là vùng giới hạn giữa các BI mắc vào mạch so lệch các cuộn dây và ở các đầu ra của máy biến

áp, ở các dây dẫn nối máy biến áp với thanh góp) Bảo vệ so lệch có độ nhạy cao đối với các sự cố trong vùng bảo vệ, làm việc tin cậy không tác động nhầm đối với các sự

cố ngoài vùng bảo vệ do có cơ chế hãm

Trong chế độ vận hành bình thường hoặc khi có sự cố ngoài, dòng điện chạy vào và ra đối tượng bảo vệ gần bằng nhau nên bảo vệ không tác động Khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ thì xảy ra sự mất cân bằng giữa dòng vào và dòng điện đi ra ra khỏi đối tượng nên bảo vệ sẽ tác động

1.3.2 Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch máy biến áp

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch

dọc máy biến áp

Thách thức lớn nhất đối với bảo vệ so lệch máy biến áp 87T là trong điều kiện vận hành bình thường và ngắn mạch ngoài, dòng điện đi vào vùng bảo vệ không bằng dòng đi ra vùng bảo vệ và đã tạo ra dòng không cân bằng do những nguyên nhân sau: Do sai sót đấu nối máy biến dòng, sai

số tỉ số biến của các máy biến dòng, do các máy biến dòng bão hòa, tổ đấu dây của Máy biến áp, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải, do sóng hài Vì vậy để bảo vệ so lệch cho máy biến áp người ta thường dùng bảo vệ so lệch có hãm Giả sử 87T ở Hình 7 dùng loại bảo vệ so lệch có hãm thì thông thường [1]:

Dòng so lệch được xác định: İdiff = | İ1 + İ2 + İ3|.

Dòng hãm được xác định: İBias = | İ1| + | İ2| + | İ3 |.

Trong đó: İ1 ; İ2 ; İ3 là dòng điện phía cao, phía trung, phía hạ máy biến áp

Xét trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ hoặc lúc vận hành bình thường, khi đó I1 ngược chiều với I2 và I3:

İ1 = İ2 + İ3

Hình 1.9 Đường đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch và đặc tính sự cố

Theo hình vẽ 8, đường đặc tính tác động (màu đen) gồm các đoạn sau:

Đoạn 1: Biểu thị dòng điện khởi động ngưỡng thấp của bảo vệ so lệch, với mỗi máy biến áp coi như là hằng số Dòng điện này phụ thuộc vào dòng từ hóa máy biến

Dòng so lệch cấp 1 (IDIFF>): sẽ bị khoá khi xuất hiện hiện tượng dòng từ hoá

tăng vọt

Dòng so lệch cấp 2 (IDIFF>>): tác động nhanh tức thời không phụ thuộc vào

dòng điện hãm

1.3.3 Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch máy biến áp

Dòng khởi động của bảo vệ phải chọn theo điều kiện sao cho bảo vệ không được tác động khi ngắn mạch ngoài, nghĩa là cho lớn hơn dòng không cân bằng cực đại khi ngắn mạch ngoài:

İ kđ ≥ Kat .İ kcbttmax

Với: Kat hế số an toàn lấy bằng 1,2 đến 1,5

İ kcbttmax là dòng không cân bằng tính toán cực đại

İ kcbttmax = fimax Kđn Kkck İ NM ngoài max

trong đó: fi max - là sai số cực đại cho phép của máy biến dòng trong tình trạng

ổn định

f l max = 10% = 0,1

K đn - là hệ số đồng nhất của các máy biến dòng; K đn = 0 ÷ 1

K đn = 0, khi các máy biến dòng hoàn toàn giống nhau; Kđn = 1, khi các máy biến dòng khác nhau hoàn toàn

K kck - là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch lấy bằng 1,5 đến 2 khi không có biến dòng bảo hòa, lấy bằng 1,1 đến 1,2 khi có biến dòng bão hòa

İ NM ngoài max - là thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất

Yêu cầu về độ nhạy của bảo vệ so lệch

Kn = IN min trong vùng bảo vệ > 2

Ikd

Thường vì dòng điện không cân bằng Ikcb khá lớn nên, nếu không dùng những biện pháp đặc biệt để hạn chế nó, bảo vệ khó đảm bảo yêu cầu về độ nhạy đã nêu

1.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp [1]

Đối với bảo vệ so lệch máy biến áp F87T, dòng khởi động của bảo vệ được chọn lớn hơn dòng không cân bằng, mà độ nhạy tỷ lệ nghịch với dòng khởi động, vì vậy để nâng cao độ nhạy cho bảo vệ chúng ta cần quan tâm đến những giải pháp hạn chế dòng không cân bằng Để xây dựng các giải pháp, trước hết ta cần xem xét các nguyên nhân gây nên dòng không cân bằng, như sau:

1.4.1 Sai số tỷ số của các máy biến dòng

Tất cả các máy biến dòng điện đều có sai số, trong đó sai số do tỷ số biến của máy biến dòng làm cho dòng định mức nhất thứ ở hai phía của máy biến áp qui đổi về nhị thứ sẽ bị sai khác so với tỉ số biến định mức Điều này làm xuất hiện dòng không cân bằng đi vào rơle so lệch trong điều kiện làm việc bình thường hoặc ngắn mạch

ngoài.[1]

1.4.2 Các máy biến dòng bão hòa sai khác nhau

Với những sự cố ngoài vùng, đối với trường hợp các máy biến dòng bảo hòa do xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ tại thời điểm có dòng ngắn mạch lớn làm cho các máy biến dòng bão hòa mạnh dẫn đến thành phần dòng điện so lệch (Idiff) tăng lên nhiều, cùng lúc đó dòng điện hãm (IBIAS)giảm xuống dẫn đến kết quả là làm điểm hoạt động (Idiff, IBIAS) có thể xê dịch và nằm trên vùng tác động, làm cho bảo vệ tác động nhầm.[1]

1.4.3 Tổ đấu dây máy biến dòng không phù hợp với tổ đấu dây máy biến áp

Dòng điện đi vào rơle bảo vệ so lệch chính là dòng nhị thứ của các máy biến dòng tương ứng Như vậy khi máy biến áp làm việc bình thường thì dòng đi vào hai phía của rơle so lệch sẽ lệch nhau một góc bằng chính góc lệch của tổ đấu dây máy biến áp đó Dòng điện của máy biến áp ở phía cuộn dây tam giác sẽ khác nhau về cả góc pha và độ lớn so với phía cuộn dây đấu sao.[1]

1.4.4 Tỉ số biến máy biến áp

Để bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc ổn định, dòng điện các phía của máy biến áp cần phải được quy đổi về cùng một phía để so sánh Hệ số quy đổi này phụ thuộc vào tỉ số vòng dây của máy biến áp Tuy nhiên, đối với máy biến áp có bộ điều

áp dưới tải (OLTC) nó có chức năng điều chỉnh điện áp trong khi máy biến áp đang vận hành, bộ OLTC được thiết kế với số nấc phân áp là 19 nấc nên mỗi vị trí nấc sẽ làm thay đổi giá trị điện áp đầu ra của máy biến áp thông qua thay đổi số vòng dây trong một cuộn dây dẫn đến tỷ số biến của máy biến áp sẽ thay đổi Công suất định mức của máy biến áp dùng để tính toán tỉ số biến cho các máy biến dòng ở các phía máy biến áp Tuy nhiên, các máy biến dòng chỉ được tính cho vị trí giữa của các nấc phân áp từ nấc 1 đến nấc 19 Vì vậy ngay sau khi bộ điều áp chuyển từ nấc này qua nấc khác làm cho dòng so lệch vào rơle so lệch sẽ xuất hiện Cho nên khi tính toán giá trị chỉnh định cho cho rơle bảo vệ solệch máy biến áp ta cần phải tính đến yếu tố này

[1]

1.4.5 Sai sót trong việc đấu nối các máy biến dòng

Trong thực tế việc triển khai lắp đặt đấu nối cho bảo vệ so lệch cũng thường hay xảy ra sai sót do đấu nối các máy biến dòng bị chéo nhau, bị sai tỉ số và sai cực tính của máy biến dòng làm xuất hiện dòng so lệch trong trường hợp làm việc bình thường.[1]

1.4.6 Ảnh hưởng do sóng hài

Khi đóng, cắt máy biến áp ở chế độ làm việc không tải, kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện, đóng máy biến áp làm việc song song với một máy biến áp

đang vận hành hoặc máy biến áp làm việc với chế độ quá kích thích (máy biến áp bị mất tải đột ngột, khi máy phát cụm máy phát- máy biến áp của nhà máy điện khởi động….), ngắn mạch ngoài, nó sẽ xuất hiện thành phần sóng hài bấc 2,3,5 có thể làm cho bảo vệ so lệch tác động nhầm

1.4.6.1 Sóng hài do quá trình đóng điện máy biến áp

Xem xét sự cấp điện không tải như mô tả ở hình 1.10 Máy cắt coi như là đang đóng nguồn áp cấp đến máy biến áp, dòng từ hóa lấy từ nguồn

Hình 1.10 Liên kết từ thông trong lõi thép máy biến áp

Trong hầu hết các máy biến áp dòng xung kích khi đóng máy biến áp có thể đạt giá trị rất lớn, độ lớn này phụ thuộc vào thời điểm đóng không tải và độ dư của từ thông trong lõi biến áp Kể từ khi có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp mà chưa có dòng chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp Nó tạo ra dòng so lệch khoảng 200% của dòng điện hãm và nó là nguyên nhân gây ra hoạt động sai của bảo vệ so lệch

1.4.6.2 Sóng hài do quá trình đóng điện xung kích máy biến áp

Khi đóng điện xung kích máy biến áp dòng dòng xung kích máy biến áp có thành phần sóng hài rất lớn, do hiện tượng bão hòa mạch từ của máy biến áp, dạng sóng dòng điện của phía sơ cấp máy biến áp có thể đạt giá trị khá cao, và có độ méo

(không sin) lớn

1.4.6.3 Sóng hài do sự cố ngoài vùng bảo vệ

Khi có một sự cố bên ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ solệch, nhưng ở gần các máy biến áp, các hiện tượng xảy ra bên trong lõi thép máy biến áp là khá giống như trong từ hóa mạch từ của máy biến áp Như là khi điện áp được cấp cho cuộn dây máy biến áp nhảy từ một giá trị thấp (điểm đầu sự cố) tăng đến giá trị bình thường hoặc lớn hơn, các từ thông liên kết trong lõi thép máy biến áp một lần nữa lại thay đổi từ một giá trị thấp (điểm đầu sự cố) tăng đến một giá trị bình thường hoặc cao hơn Tùy thuộc vào thời điểm xảy ra sự cố, quá trình chuyển đổi có thể mạnh, phụ thuộc một độ lệch dòng một chiều DC trong từ thông liên kết vòng, và dạng sóng dòng điện trong cuộn

sơ cấp như gặp phải trong quá trình đóng điện máy biến áp sẽ cho kết quả tương tự Trong quá trình này không có từ thông còn lại (từ dư) trong lõi thép, dòng điện này nói chung nhỏ hơn dòng điện trong quá trình đóng điện máy biến áp

1.4.6.4 Sóng hài do quá kích thích máy biến áp

Trong trường hợp cắt tải lớn đột ngột hoặc khởi đông máy phát trong cụm máy phát máy biến áp Máy biến áp có thể bị quá áp đột ngột Trong quá trình quá kích thích, từ thông biến thiên vẫn còn đối xứng, nhưng đi vào bão hòa trong nữa chu kỳ dương và nữa chu kỳ âm nửa của dạng sóng

Cho bảo vệ làm việc chậm khoảng 0,3 đến 0,5s Để các giá trị quá độ của I kcb

kịp tắt đến trị số bé Phương pháp này hiện naỳ ít dùng vì nó làm cho bảo vệ mất tính tác động nhanh

Nối tiếp các rơle qua một điện trở phụ, khi điện trở trong mạch so lệch tăng, dòng điện không cân bằng cũng như dòng ngắn mạch thứ cấp giảm xuống, tuy nhiên mức độ giảm của dòng không cân bằng nhiều hơn vì trong dòng điện không cân bằng thành phần không chu kỳ nhiều hơn

Nối rơle qua các biến dòng bảo hòa trung gian

Dùng rơle có tác động hãm

Dùng rơle có hãm hoặc khóa bằng họa tần bậc cao của dòng điện

Tuy nhiên với sự phát triển của khoa học như ngày nay, các rơle kỹ thuật số rất phát triển, để khắc phục các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng làm việc của rơle bảo vệ

so lệch người ta dùng các lệnh và các thuật toán trong rơle

1.5.1 Khắc phục sai số do sai số máy biến dòng

Để khắc phục sai số các máy biến dòng cần phải sử dụng các vật liệu sắt từ chất lượng tốt để cải thiện đặc tính từ hóa máy biến dòng, đồng thời cần phải thí nghiệm kiểm tra sai số của các máy biến dòng trong mạch đo đếm, bảo vệ và kiểm tra mạch nhị thứ đảm bảo theo yêu cầu thiết kế thì chúng ta cần phải chú ý đến sai số chúng làm việc ở tải thực tế, yêu cầu công tác kiểm định và kiểm tra sai số TI định kỳ cần được chú trọng hơn và cần có những giải pháp để giảm thiểu sai số hiệu quả hơn nữa

Ngày nay các máy biến dòng công nghệ mới (MOCT) không sử dụng lõi thép

mà làm việc theo nguyên tắc quang – từ giúp hạn chế được những vấn đề liên quan tới sai số của máy biến dòng Các các máy biến dòng này sử dụng các hiệu ứng của luật Faraday để đưa ra các giá trị dòng chính xác cao mà không bị ảnh hưởng của bão hòa biến dòng Tín hiệu từ các máy biến dòng này sẽ được gửi qua bộ trộn tín hiệu cho

phép chuyển đổi tín hiệu sang tín hiệu số và gửi tới rơ le bảo vệ theo các chuẩn giao thức truyền thông với tốc độ xử lý cao

1.5.2 Khắc phục do máy biến dòng bão hòa không giống nhau

Với những sự cố ngoài vùng, đối với trường hợp các máy biến dòng bảo hòa do xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ tại thời điểm có dòng ngắn mạch lớn làm cho các máy biến dòng bão hòa mạnh dẫn đến thành phần dòng điện so lệch (Idiff) tăng lên nhiều, cùng lúc đó dòng điện hãm (IBIAS)giảm xuống dẫn đến kết quả là làm điểm hoạt động (Idiff, IBIAS) có thể xê dịch và nằm trên vùng tác động, làm cho bảo vệ tác động nhầm Về vấn đề này rơle bảo vệ hiện nay cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tượng bão hòa của các máy biến dòng trong thời gian 1/4 chu kỳ đầu xảy ra sự cố và sẽ tạo ra vùng hãm bổ sung giúp cho bảo vệ so lệch khóa với thời gian có thể điều chỉnh được Lệnh khóa sẽ được giải trừ khi điểm hoạt động (Idiff, IBIAS) chuyển sang đường đặc tính sự cố Điều này cho phép rơle bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc chính xác

và tin cậy ngay cả khi các máy biến dòng bị bão hòa khác nhau

1.5.3 Khắc phục sai số do nấc phân áp máy biến áp [1]

Với những máy biến áp có bộ điều áp dưới tải (OLTC) như nói ở trên, thì khi chuyển nấc phân áp sẽ làm cho tỉ số biến máy biến áp thay đổi, làm cho dòng vào bảo

vệ so lệch cũng sẽ thay đổi và xuất hiện thành phần không cân bằng, chính vì vậy các hãng sản xuất rơle ngày nay đã cấu hình và cung cấp cho bảo vệ so lệch đường đặc tính hãm có 2 độ dốc khác nhau Ngoài ra một số hãng rơle như hãng ABB… tích hợp tính năng thu thấp trực tiếp vị trí nấc phân áp để tính toán dòng định mức các phía máy biến áp nhằm khắc phục yếu tố này này

1.5.4 Khắc phục sai số do tổ đấu dây máy biến áp [1]

Để khắc phục hiện tượng lệch pha giữa các dòng điện các phía đi vào rơle so lệch người ta có những biện pháp sau:

Theo phương pháp cố điển người ta phối hợp cách đấu các máy biến dòng của các phía để bù lại góc lệch pha dòng điện các phía máy biến áp hoặc người ta dùng máy biến dòng trung gian Hình 1.11 trình bày chi tiết tổ nối dây đang sử dung phổ biến ở trên lưới điện, để bù góc lệch pha cho máy biến áp 2 cuộn dây

Hình 1.11 Tổ đấu dây máy biến áp [1]

Theo phương pháp cũ, rơle truyền thống sử dụng bằng cách nối máy biến dòng

trung gian có tổ đấu dây yd ở phía cao có cuộn dây sao và máy biến dòng nối yy cho phía hạ có cuộn dây nối tam giác

Với những rơle kỹ thuật số hiện đại hiện nay người ta dùng thuật toán ma trận

bù tổ đấu dây cho máy biến áp Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp được các nhà sản xuất cải tiến nhằm giảm phức tạp trong thông số chỉnh định, kiểm tra đúng cực tính của máy biến dòng, tỉ số biến hợp lý, giảm thiểu dòng tải không cân bằng, bù tổ đấu dây máy biến áp và bảo hòa máy biến dòng Các rơle kỹ thuật số hiện đại không cần dùng máy biến dòng trung gian vì tất cả các máy biến dòng đều được đấu hình sao, giá trị độ lớn và góc lệch của dòng điện các phía được thực hiện trong cài đặt và thực toán bù rơle để hiệu chỉnh góc lệch pha và loại bỏ dòng thứ tự không khi cần thiết sao cho

dòng vào rơle trong chế độ vận hành bình thường và ngắn mạch ngoài bằng nhau

Hình 1.12 Sơ đồ đấu thuật toán bù để bù góc lệch pha

1.5.5 Khắc phục do sóng hài [1]

Khi đóng cắt máy biến áp ở chế độ không tải, kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện, đóng máy biến áp làm việc song song với máy biến áp đang vận hành, máy biến áp làm việc ở chế độ quá kích thích (MBA mất tải đột ngột hoặc khi MF-MBA của NMĐ khởi động máy) hoặc ngắn mạch ngoài gần vùng bảo vệ sẽ làm xuất hiện thành phần sóng hài bậc 2, 3, 5…, có thể làm rơle tác động nhầm Do đó, rơle kỹ thuật số hiện nay thường sử dụng bộ lọc kĩ thuật số để phân tích các sóng vào thành chuỗi Fourier và khi thành phần sóng hài nào đó vượt quá giá trị cài đặt, bảo vệ sẽ gửi

tín hiệu tới các khối chức năng để khoá hay trễ

1.6 Kết luận chương 1

Trong chương này, học viên đã tìm hiểu các dạng hư hỏng và các dạng sự cố có

thể xảy ra đối với máy biến áp; đã xem xét các dạng ngắn mạch cụ thể như: Chạm dất một pha cuộn dây đấu sao máy biến áp, sự cố bên trong cuộn tam giác máy biến áp, chạm giữa các vòng dây bên trong máy biến áp Nghiên cứu các loại rơle bảo vệ cho MBA, nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch MBA, các yếu tố ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp như ảnh hưởng của sóng hài, ngắn mạch ngoài gần vùng bảo vệ, ảnh hưởng của sai số của máy biến dòng, ảnh hưởng do bảo hòa máy biến dòng khác nhau, ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải, ảnh hưởng do tổ đấu dây máy biến áp, ảnh hưởng của dòng thứ tự không Từ đó có cơ sở cho những đánh giá về các giải pháp khắc phục các yếu tổ ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU RƠLE SO LỆCH CÁC TRẠM 110KV QUẢNG NAM VÀ RƠLE GRT 200 BẢO VỆ SO LỆCH TRẠM BIẾN ÁP 110KV TAM KỲ

Các trạm biến áp 110kV Kỳ Hà, Hội An mỗi trạm có hai MBA có tổng công suất lắp đặt tại mỗi trạm là 80MVA: MBA T1: 115/24kV- 40MVA; MBAT2: 115/24kV- 40MVA

Trạm biến áp 110kV Tam Kỳ gồm 2 máy biến áp có tổng công sất lắp đặt 88 MVA: MBA T1: 115/24kV- 63MVA; MBA T3: 115/24/38,5kV- 25MVA

Các trạm biến áp 110kV Tam Anh, Tam Thăng, Thăng Bình 2, Điện Bàn Đại Đồng mỗi trạm có một MBA có công suất lắp đặt tại mỗi trạm là 40MVA: MBA T1: 115/24kV- 40MVA

Trạm biến áp 110kV Điện Nam - Điện Ngọc gồm ba máy biến áp có tổng công sất lắp đặt 128 MVA: MBA T1: 115/24kV- 63MVA; MBAT2: 115/24kV- 40MVA; MBA T3: 115/24kV- 25MVA

Trạm biến áp 110kV Đại Lộc có hai MBA có tổng công suất lắp đặt tại mỗi trạm là 65 MVA: MBA T1: 115/38,5/24kV- 25MVA; MBAT2: 115/38,5/24kV- 40MVA

Trạm biến áp 110kV Duy Xuyên có hai MBA có tổng công suất lắp đặt tại mỗi trạm là 65 MVA: MBA T1: 115/38,5/24kV- 25MVA; MBAT2: 115/24kV- 40MVA

Trạm biến áp 110kV Thăng Bình có hai MBA có tổng công suất lắp đặt là 50 MVA: MBA T1: 115/38,5/24kV- 25MVA; MBAT2: 115/38,5/24kV- 25MVA

Trạm biến áp 110kV Phước Sơn có một MBA có tổng công suất lắp đặt là 25 MVA: MBA T1: 115/38,5/24kV- 25MVA

2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 110kV

Phương thứ bảo vệ cho các máy biến áp tại các trạm 110kV Quảng Nam nhìn chung giống nhau, tùy theo công suất trạm và loại máy biến áp cần bảo vệ là máy biến

áp 3 cuộn dây hay máy biến áp 2 cuộn dây Các bảo vệ cho trạm thường có các chức năng bảo vệ sau:

2.2.1 Các rơle tác động theo dòng điện

- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng các phía máy biến áp: 67, 67N

- Bảo vệ so lệch dọc dòng điện máy biến áp: 87T

- Bảo vệ chạm đất giới hạn các cuộn dây máy biến áp đấu sao: 87N

- Bảo vệ quá tải máy biến áp: 49

- Bảo vệ quá áp các cuộn dây máy biến áp: 59

2.2.2 Các rơle không tác động theo dòng điện

- Bảo vệ Rơle hơi 2 cấp máy biến áp: 96B-1, 96B-2

- Bảo vệ rơle dòng dầu bộ điều áp dưới tải (OLTC): 96P

- Bảo vệ nhiệt độ dầu máy biến áp tăng cao cấp 1, 2: 26Q-1, 26Q-2

- Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây máy biến áp tăng cao cấp 1, 2: 26W-1, 26W-2

- Bảo vệ rơle mức dầu thân máy giảm thấp: 71Q-1

- Bảo vệ rơle mức dầu thân máy tăng cao: 71Q-2

- Bảo vệ rơle mức dầu bộ điều áp dưới tải giảm thấp: 71Q-1

- Bảo vệ rơle mức dầu bộ điều áp dưới tải tăng cao: 71Q-2

- Bảo vệ rơle áp lực thùng dầu chính máy biến áp tăng cao đột biến, tác động

2.2.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ các máy biến áp [6]

Hình 2.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 3 cuộn dây

Hình 2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây

2.3 Tìm hiểu rơle bảo vệ so lệch máy biến áp các trạm 110kV Quảng Nam

Các rơle bảo vệ so lệch máy biến áp tại các trạm 110kV Quảng Nam dùng các loại rơle kỹ thuật số, với các loại rơle của các hãng sau:

- Rơle Siemens 7UT82: MBA T1 trạm Tam Thăng, MBA T1 trạm Tam Anh, MBA T1 trạm Kỳ Hà, MBA T1, T2 trạm Duy Xuyên, MBA T2 trạm Đại Lộc, MBA

Sau đây ta tìm hiểu 2 loại rơ le điển hình là Micom P632 và SEL787

2.3.1 Tìm hiểu cấu trúc và đặc tính làm việc của rơle Micom P632 [1]

Rơle kỹ thuật số MiCom P632 là loại rơle tác động nhanh và chọn lọc dùng để bảo vệ bảo vệ máy biến áp, động cơ, máy phát Rơle MiCom P632 còn có thể thực hiện chức năng điều khiển

- Các chức năng có trong rơle MiCom P632: Bảo vệ so lệch (87) (chức năng chính); bảo vệ chạm đất có giới hạn (87N) ; bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50); bảo vệ quá dòng có thời gian (51); bảo vệ quá tải nhiệt (49); bảo vệ quá áp, kém áp (27/59); bảo vệ kém tần, quá tần (81 O/U)

2.3.1.1 Cấu trúc rơle Micom P632

có thể truy cập trực tiếp tai chổ qua cổng COM máy tính sử dụng giao thức RS232 hoặc truy cập từ xa qua hệ thống modem

Chúng ta cũng có thể truy cập vào rơle qua

hệ thống SCADA thông qua chuẩn giao thức RS485

2.3.1.2 Đặt tính chức năng bảo vệ so lệch của rơle Micom P632

- Để cài đặt các giá trị phù hợp cho các bảo vệ, các giá trị công suất quy đổi của

các cuộn dây phải được xác định Các giá trị dòng điện quy đổi được tính toán như sau:

a , nom

ref a

,

ref

V.3

S

b , nom

ref b

, ref

V.3S

Trong đó:

+ Sref : Công suất định mức

+ Iref,a / Iref,b : Dòng điện định mức cuộn cao áp/trung áp

+ Vnom,a / Vnom,b: Điện áp danh định cuộn cao áp/trung áp

- Các hệ số tính toán giữa dòng điện định mức và dòng điện định mức BI:

f.a re

a , nom a , am

I

I

f.b re

b , nom b , am

I

I

Trong đó:

+ Kam,a/ Kam,b : Hệ số biên độ của cuộn dây cao áp/trung áp

+ Inom,a / Inom,b : Dòng điện định mức sơ cấp BI phía cao áp/trung áp

Tuỳ theo tổ đấu dây mà dòng thứ tự không có thể bị khử theo từng cuộn dây riêng biệt

Bảng sau trình bày kết quả tính toán cho tất cả các tổ đấu dây có thể xảy ra

Bảng 2.1 Bảng kết quả tính toán cho tất cả các tổ đấu dây có thể xảy ra

Cuộn dây Tổ đấu dây Is , y , z

Iam,x,z − am,x−1,z

Rơle MiCom P632 sẽ tự động xác nhận tổ đấu dây và đặt giá trị theo công thức: Giá trị tổ đấu dây bằng 12 trừ giá trị cài đặt của tổ đấu dây

Giá trị dòng so lệch và dòng hãm được tính toán từ giá trị quy đổi và đổ thị

véc-tơ tổ đấu dây

* Đặc tuyến và độ dốc của đường đặc tuyến:

Đường đặc tuyến cắt của bảo vệ so lệch gồm 02 đoạn

Đường đặc tuyến tính toán cho 03 cấp bảo vệ sau:

- Bảo vệ so lệch cấp I (Idiff >):

+ Đặc tuyến theo vùng I: 0 ≤ IR ≤ 0,5 Idiff>

f re diff ref

d

I

II

I

=Trong đó:

+ Iref : Dòng định mức

+ m1 : Độ dốc của đặc tuyến trong dãy 0,5 Idiff>  IR ≤ IR,m2

+ m2 : Độ dốc của đặc tuyến trong dãy IR,m2  IR

- Bảo vệ so lệch cấp II (Idiff >>):

+ Đặc tuyến theo vùng II: 0,5 Idiff>  IR ≤ IR,m2

ref diff ref

R 1 ref

I

II

I.mI

Với bảo vệ so lệch cấp 2, rơle sẽ đưa tín hiệu đi cắt mà không cần đến tín hiệu dòng hãm điều hoà hoặc hãm quá từ thông

- Bảo vệ so lệch cấp III (Idiff >>>):

+ Đặc tuyến theo vùng III: IR,m2  IR

f re

m2 R, 1 ref

diff ref

R 2 ref

I

Im.5,01.I

II

I.mI

Nếu dòng so lệch vượt qua ngưỡng đến Idif >>>, dòng hãm và trạng thái bão hoà không kéo dài, rơle sẽ đưa tín hiệu đi cắt bất chấp sự thay đổi của dòng hãm và bão hoà

Hình 2.4 Đặc tính làm việc rơle Micom P632

Rơle MiCom P632 có khả năng lọc các giá trị dòng điện so lệch Thành phần sóng cơ bản- I(f0) và thành phần sóng điều hoà bậc 2- I(2*f0) của dòng điện so lệch Nếu tỷ số I(2*f0)/ I(f0) vượt quá giá trị chỉnh định cao nhất trong hệ thống đo lường của rơle, tín hiệu cắt sẽ bị ngăn chặn theo các cách sau:

- Bỏ qua tất cả các tín hiệu đo lường

- Chọn một trong các tín hiệu đo lường

Tín hiệu cắt sẽ không bị khoá nếu dòng điện so lệch vượt qua ngưỡng Id >> Đối với sự cố phía ngoài vùng bảo vệ:

- Sự cố bên ngoài vùng bảo vệ, mà giá trị sự cố nằm trong vùng đặc tuyến bảo

vệ Với đặc tuyến cắt ba độ dốc, sự ổn định đặc biệt chú ý đến dòng cao áp

- Sẽ không có tín hiệu ngăn chặn nếu dòng so lệch vượt quá ngưỡng chỉnh định

Idiff>>

- Đến một giá trị giới hạn nào đó, đạt giá trị ổn đinh của sự cố bên ngoài Theo đường đặc tuyến 3 độ dốc, điều kiện ổn định của dòng cao áp được đặt biệt lưu ý Tuy nhiên, cần có thêm bảo vệ cho dòng bão hoà máy biến áp Rơle P632 cung cấp chức năng phân biệt trạng thái bão hoà

Chức năng phân biệt trạng thái bão hoà:

Sau khi dòng bão hoà qua điểm không, bộ phận kiểm tra trạng thái bão hoà giám sát dòng so lệch sau thời gian xuất hiện Với sự cố bên trong, dòng so lệch xuất hiện sau điểm không cắt với dòng hãm Trong trường hợp đạt đến bão hoà, dòng so

lệch sẽ không xuất hiện cho đến khi máy biến áp bắt đầu bão hoà Do đó, một tín hiệu khoá được phát ra theo mức độ cảnh báo của dòng so lệch để so sánh với dòng hãm, và theo đó yêu cầu trở về trạng thái ổn định được hoàn tất Tín hiệu khoá được giới hạn đến hệ thống đo lường khi tín hiệu sự cố bên ngoài đang được dò

Sẽ không có tín hiệu khoá nếu dòng so lệch quá ngưỡng Idiff>>>

- Rơle MiCOM P632 lọc thành phần dòng so lệch và xác định các thành phần

cơ sở dòng bậc một I(f0), dòng điều hoà bậc năm I(5*f0) Nếu tỷ số I(5*f0)/I(f0) vượt quá giá trị cài đặt và nếu dòng hãm nhỏ hơn 4*Iref, khi đó tín hiệu cắt sẽ bị khoá có chọn lọc theo một trong năm giá trị cài đặt của dòng điều hoà

- Sẽ không có tín hiệu khoá nếu dòng so lệch quá ngưỡng Idiff>>>

Dữ liệu đo lường trong vận hành của bảo vệ so lệch:

- Dòng so lệch và dòng hãm được hiển thị khi giá trị đo được vượt quá ngưỡng cài đặt

2.3.2 Tìm hiểu cấu trúc và đặt tính làm việc của rơle SEL787 [3]

Rơle SEL787 bao gồm các tính năng bảo vệ so lệch tương tự các dòng rơle bảo

vệ so lệch máy biến áp thường được sử dụng Ngoài chức năng chính là bảo vệ so lệch,

Rơle SEL787 còn tích hợp các chưac năng bảo vệ khác

2.3.2.1 Mặt ngoài rơle SEL787

vệ Đặc tính phần trăm so lệch giúp ngăn chặn những chế độ hoạt động không mong muốn của rơle khi xuất hiện sự không cân bằng giữa các dòng diệnđi qua các máy biến dòng khi sự cố bên ngoài vùng bảo vệ Hiện tượng biến dòng không cân bằng là kết quả từ việc thay đổi đầu phân áp máy biến áp và những lỗi khác nhau xuất hiện giữa những biến dòng ở hai bên máy biến áp