Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kV

Nội dung đồ án được trình bày theo 6 nội dung chính:  Chương 1: Giới thiệu chung về vai trò của trạm biến áp  Chương 2: Tính toán ngắn mạch  Chương 3: Phương thức bảo vệ trạm biến áp

Vai trò c ủ a tr ạ m bi ế n áp trong h ệ th ống điệ n

Trong hệ thống điện, việc truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy đến các hộ tiêu thụ đòi hỏi phải qua ba đến bốn lần tăng giảm điện áp để đảm bảo hiệu quả Do đó, tổng công suất của các máy biến áp trong hệ thống thường gấp ba đến bốn lần công suất của nhà máy phát điện Các máy biến áp này, còn gọi là máy biến áp điện lực hoặc máy biến áp công suất, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp và đảm bảo lưới điện hoạt động ổn định.

Từ đó ta thấy rõ, máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lƣợng chứ không chuyển hóa năng lƣợng

Ngoài máy biến áp điện lực, còn có nhiều loại máy biến áp chuyên dụng phục vụ các ngành công nghiệp khác nhau như máy biến áp cho lò luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng cho các thiết bị chỉnh lưu, và máy biến áp để đo lường, thí nghiệm Các loại máy biến áp này đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật riêng biệt của từng lĩnh vực, đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao trong quá trình hoạt động Việc lựa chọn loại máy biến áp phù hợp giúp nâng cao hiệu suất công việc và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

Trạm biến áp 220 kV đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền tải điện, liên kết các phần của hệ thống và đảm bảo truyền tải công suất lớn một cách ổn định Việc thiết kế bảo vệ cho trạm biến áp này là yếu tố then chốt để ngăn chặn các sự cố gây thiệt hại cho thiết bị, giảm thiểu rủi ro mất ổn định hệ thống và tránh ảnh hưởng nghiêm trọng đến cung cấp điện quốc gia Mọi sự cố xảy ra tại trạm biến áp 220 kV đều có thể gây hậu quả nghiêm trọng như thiệt hại thiết bị, mất mát kinh tế và gây rối loạn phân phối điện nếu không được xử lý bằng hệ thống bảo vệ chính xác và hiệu quả.

T ổ ng quan chung v ề tr ạ m bi ế n áp

Trạm biến áp 220 kV là đối tượng cần thiết kế chính, gồm hai máy biến áp tự ngẫu hoạt động song song để đảm bảo khả năng cung cấp điện liên tục và ổn định Trạm được kết nối với hệ thống điện phía 220 kV, giúp tối ưu hóa khả năng truyền tải công suất lớn và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện quốc gia Việc thiết kế trạm biến áp này cần chú trọng đến khả năng chịu tải, độ tin cậy cao và dễ dàng bảo trì để đảm bảo an toàn và ổn định nguồn điện.

2.1 Sơ đồ nối điện chính của trạm biến áp

Hình 1.1: Sơ đồ n ối điệ n chính tr ạ m bi ế n áp

2.2 Các thông số chính của trạm

S Nmin = 2500 MVA Điện kháng thứ tự không: X0H = 0,8X 1H

Tỉ số X/R tại thanh cái 220 kV: 4,1

 Phía 110 kV Điện kháng thứ tự không phía 110 kV: 11 Ω

Máy biến áp tự ngẫu: 125/125/60 MVA

Tỷ số biến áp: 230 ± 6x2%/121/38,5 kV

Tổ đấu dây: YN – Auto- d11 (Y0 - ∆-11)

Loại dây 2 x ACSR 500, chiều dài 45 km, X = 3X

Gi ớ i thi ệ u chung

1.1 Các chếđộ tính ngắn mạch

Ngắn mạch trong hệ thống điện xảy ra khi các dây dẫn pha chạm nhau, chạm đất hoặc chạm dây trung tính, làm giảm tổng trở của hệ thống và gây ra dòng điện ngắn mạch tăng đột biến Đây là hiện tượng nguy hiểm cần được phát hiện và xử lý kịp thời để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

Việc tính toán ngắn mạch là cần thiết để xác định dòng điện ngắn mạch chính xác, giúp đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Dựa trên các số liệu thu thập, ta có thể thực hiện các phép tính chỉnh định nhằm tối ưu hóa hoạt động của hệ thống Ngoài ra, việc tính toán này còn giúp kiểm tra, đánh giá hiệu quả hoạt động của rơ le bảo vệ, đảm bảo thiết bị hoạt động chính xác trong các tình huống ngắn mạch.

Dòng điện ngắn mạch thay đổi theo nhiều yếu tố, nhƣ dạng ngắn mạch (N (3) ,

N (2) , N (1) , N (1,1) ), vị trí điểm ngắn mạch, công suất ngắn mạch của nguồn (S N )… Vì vậy không thể tính toán hết tất cả các dòng ngắn mạch

 Trong tính toán chỉnh định rơle quan tâm tới hai dòng ngắn mạch:

 Dòng ngắn mạch lớn nhất chạy qua rơle I nmax o Chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh o Kiểm tra độ an toàn hãm của bảo vệ so lệch

 Dòng ngắn mạch nhỏ nhất chạy qua rơle Inmin o Kiểm tra độ nhạy của các bảo vệ

 Về các dạng ngắn mạch:

Trong chế độ tối đa, công suất ngắn mạch của nguồn đạt giá trị lớn nhất, đồng thời dòng ngắn mạch 3 pha luôn lớn hơn dòng ngắn mạch 2 pha, thể hiện tính nguy hiểm và yêu cầu kiểm tra cẩn thận Để xác định dòng ngắn mạch cực đại I nmax, chỉ cần tính các dạng ngắn mạch như N (3), N (1), và N (1,1), giúp đánh giá chính xác khả năng chịu tải của hệ thống điện.

Trong chế độ min, công suất ngắn mạch của nguồn đạt giá trị nhỏ nhất, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của sự cố ngắn mạch Dòng ngắn mạch 2 pha luôn nhỏ hơn dòng ngắn mạch 3 pha, thể hiện khả năng kiểm soát tốt hơn trong hệ thống điện Để xác định dòng ngắn mạch tối thiểu I_nmin, cần tính các dạng ngắn mạch khác nhau như N(2), N(1), và N(1,1), từ đó đánh giá chính xác khả năng chịu tải của nguồn điện trong các điều kiện ngắn mạch khác nhau.

 Đối với cấu hình của trạm:

Khi một trạm vận hành một máy, dòng điện tổng tại điểm ngắn mạch sẽ thấp hơn so với trường hợp hai máy vận hành song song Tuy nhiên, toàn bộ dòng điện này sẽ đi qua hệ thống bảo vệ của trạm để đảm bảo an toàn vận hành.

Khi trạm vận hành hai máy biến áp song song, dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch sẽ lớn hơn so với vận hành chỉ một máy biến áp độc lập Tuy nhiên, dòng qua hệ thống bảo vệ chỉ bằng một nửa dòng điện ngắn mạch tổng, giúp đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình vận hành hệ thống điện.

Vì vậy, ta phải tính cho cả 2 trường hợp: vận hành độc lập 1 MBA và vận hành song song 2 MBA

1.2 Các giả thiết khi tính 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 lƣợng 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 ra mất cân bằng mômen quay và làm tốc độ quay bị thay đổi trong quá trình quá độ, dẫn đến dao động tần số hệ thống Tuy nhiên, việc tính toán ngắn mạch thường được thực hiện ở giai đoạn đầu, do đó biến thiên tốc độ chưa đáng kể Giả thiết rằng tần số hệ thống không đổi giúp giảm thiểu đáng kể khối lượng phép tính trong quá trình phân tích ngắn mạch.

 Bỏ qua bão hoà mạch từ

Trong các tình huống ngắn mạch, mức độ bão hòa của mạch từ tại một số phần tử có thể tăng cao hơn so với bình thường, gây ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của hệ thống điện Tuy nhiên, thực tế cho thấy sai số phát sinh do bỏ qua hiện tượng này không đáng kể vì số lượng phần tử mang lõi thép trong hệ thống điện thường không nhiều.

 Bỏ qua sựảnh hưởng của phụ tải

Trong quá trình phân tích mạch, ta bỏ qua điện trở của cuộn dây máy phát, máy biến áp và điện trở của đường dây do các thành phần này quá nhỏ so với điện kháng của chúng, nhằm đơn giản hóa tính toán và tập trung vào các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng điện.

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

1.3 Các điểm ngắn mạch cần tính toán Đối với trạm biến áp, vị trí của các điểm ngắn mạch cần tính toán phụ thuộc vào vị trí đặt BI, nếu sự cố xảy ra trước BI thì sẽ không có dòng điện qua BI nên bảo vệ sẽ không cảm nhận đƣợc sự cốvà ngƣợc lại Ngoài ra đối với bảo vệ so lệch có khái niệm vùng bảo vệđƣợc giới hạn bằng các BI, cho nên hai điểm ngắn mạch có thể có cùng trị số dòng điện ngắn mạch nhƣ N1 và N 1 ‟ nhƣng bảo vệ so lệch chỉtác động khi xảy ra ngắn mạch ở N 1 Đối với máy biến áp tự ngẫu ta cần phải tính toán được cho trên hình vẽ dưới đây Tổng cộng có 6 điểm ngắn mạch cần tính toán (gồm 3 điểm ngắn mạch trong vùng {N 1 ‟, N2‟, N3‟}và 3 điểm ngắn mạch ngoài vùng {N 1 , N 2 , N 3 }).

Dưới đây, ta quy định một số ký hiệu viết tắt như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ trạm và các điểm ngắn mạch cần tính

Quy đổ i thông s ố

2.1 Lựa chọn đại lƣợng cơ bản

Tính toán ngắn mạch thường được thực hiện trong đơn vị tương đối  Ta chọn các đại lƣợng cơ bản nhƣ sau:

 Chọn S cb = S dm của MBA = 125 MVA

 Chọn U cb = U tb các cấp  U 220kV cb = 230 kV

 Tính dòng điện cơ bản tại các cấp điện áp theo công thức: cb cb tb

2.2 Quy đổi thông số các phần tử

 Chếđộ max Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch

 S   Điện kháng thứ tự không

 Chếđộ min Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch

 Phía 110 kV Điện kháng thứ tự không

2.2.2 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu Điện áp ngắn mạch U N % của máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 nhƣ sau:

 Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây

 Điện kháng thay thế của máy biến áp tự ngẫu:

Tính toán dòng điệ n ng ắ n m ạ ch

3.1 Khi vận hành 1 MBA trong chếđộ max

3.1.1 Ngắn mạch phía 220 kV: N 1 và N 1 ’

Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không tại điểm tại điểm ngắn mạch nhƣ sau:

Hình 2.3: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Hình 2.4 : Sơ đồ thay th ế th ứ t ự không

Tính toán các điện kháng tương đương:

Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch có trị số:

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

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía cao MBA:

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía trung của MBA:

Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệđơn vị có tên):

Loại bỏ thành phần thứ tựkhông ta đƣợc:

Dòng qua BI 0 là 0,716 kA

Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:

Qua BI2: Tương tự như ngắn mạch tại N1

 Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1)

Các giá trị dòng điện thành phần đối xứng tại pha không sự cố (giả sử là pha A):

 Thành phần thứ tự thuận :

 Thành phần thứ tự nghịch :

 Thành phần thứ tự không:

 Phân bốdòng điện thứ tự không :

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía cao MBA:

3.( 1, 274.0,596 ( 1,675).0,314) 0,700(kA) tt T cb C cb tt

Dòng ngắn mạch được tính là dòng ngắn mạch của pha đặc biệt, tức là pha không gặp sự cố Để xác định dòng ngắn mạch qua biến áp (BI), ta cần sử dụng toán tử quay để chuyển đổi dòng điện pha B sang hệ thống phối hợp, chỉ tập trung vào trị số dòng điện này Việc này giúp phân tích chính xác dòng ngắn mạch và đảm bảo an toàn trong hệ thống truyền tải điện năng.

Dòng qua BI0 là 0,700 kA

3.1.2 Ngắn mạch phía 110 kV : N 2 và N 2 ’

Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không tại điểm ngắn mạch nhƣ sau :

Hình 2.7: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Tính toán các điện kháng tương đương :

Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch có trị số :

Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch của pha sự cố là:

Phân bố thành phần dòng điện thứ tự không:

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía trung MBA:

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía 110(kV):

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía cao của MBA:

 Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệđơn vị có tên):

Các giá trị dòng điện thành phần đối xứng tại pha không sự cố (giả sử pha là pha A) :

 Thành phần thứ tự không :

 Phân bốdòng điện thứ tự không : Dòng điện thứ tự không chạy qua phía trung MBA:

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía 110(kV):

3.( 1, 400.0,596 ( 0,796).0,314) 1,753(kA) tt T cb C cb tt

 Ngắn mạch tại N 2 : Qua BI1:

3.1.3 Ngắn mạch ở phía 35 kV : N 3 và N 3 ’

Phía 35 kV cuộn dây đấu cuộn tam giác nên không xét sự cố chạm đất, chỉ xét ngắn mạch ba pha

Kết quảtính toán đƣợc tổng hợp bảng 2.1

3.2 Khi vận hành 2 MBA trong chếđộ max

3.2.1 Ngắn mạch ở phía 220 kV: N 1 và N 1 ’

Ta có các sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không tại điểm ngắn mạch nhƣ sau:

Tính toán các điện kháng tương đương:

 Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệ đơn vị có tên):

 Ngắn mạch tại N1: Qua BI 1 :

Dòng qua BI0 là : 0,5.0,385 = 0,193 kA

Qua BI2: Tương tựnhư ngắn mạch tại N 1

Dòng qua BI0 là : 0,5.0,385 = 0,193 kA

Các giá trị dòng điện thành phần đối xứng tại pha không sự cố (giả sử là pha A):

Thành phần thứ tự nghịch :

Thành phần thứ tự không :

Phân bốdòng điện thứ tự không : Dòng điện thứ tự không chạy qua phía cao MBA:

 Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệđơn vị có tên):

3.( 1,574.0,596 ( 2,564).0,314) 0,399(kA) tt T cb C cb tt

Dòng qua BI0 là : 0,5.0,399 = 0,200 kA

 Ngắn mạch tại N 1 ‟ : Qua BI1:

Qua BI2: Tương tựnhư ngắn mạch tại N 1

Dòng qua BI0 là : 0,5.0,399 = 0,200 kA

3.2.2 Ngắn mạch phía 110 kV : N 2 và N 2 ’

Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không tại điểm ngắn mạch nhƣ sau :

Tính toán các điện kháng tương đương :

Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch có trị số :

Dòng điện thứ tự không chạy qua phía trung MBA:

 Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệđơn vị có tên):

Dòng qua BI0 là : 0,5.2,471 = 1,236 kA

 Thành phần thứ tự không :

 Phân bốdòng điện thứ tự không : Dòng điện thứ tự không chạy qua phía trung MBA:

3.( 2,599.0,596 ( 1, 253).0,314) 3, 467(kA) tt T cb C cb tt

 Ngắn mạch tại N2: Qua BI1:

Dòng qua BI0 là : 0,5.3,467 = 1,734 kA

Qua BI1: Tươngtựnhư ngắn mạch tại N 2

Dòng qua BI0 là : 0,5.3,467 = 1,734 kA

3.2.3 Ngắn mạch ở phía 35 kV: N 3 và N 3 ’

Phía 35 kV cuộn đấu cuộn tam giác nên không xét sự cố chạm đất, chỉ xét ngắn mạch ba pha

Kết quảtính toán đƣợc tổng hợp bảng 2.3

3.3 Khi vận hành 1 MBA trong chếđộ min

Tính toán tương tự như trường hợp vận hành 1 MBA trong chế độ max với thông sốở chếđộ min

Kết quả tính toán khi vận hành 1 MBA trong chế độ min đƣợc tổng hợp trong bảng 2.2

3.4 Khi vận hành 2 MBA trong chếđộ min

Tính toán hoàn toàn tương tự, ta thu được kết quả tính toán chế độ min vận hành 2 MBA trong bảng tổng hợp 2.4

Bảng 2.1 Bảng kết quả tính toán ngắn mạch trong chế độ cực đại vận hành 1 MBA Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng điện qua các BI

BI1 BI2 BI3 BI0 (kA)

Bảng 2.2 Bảng kết quả tính toán ngắn mạch trong chế độ cực tiểu vận hành 1 MBA Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng điện qua các BI

Bảng 2.3 Bảng kết quả tính toán ngắn mạch trong chế độ cực đại vận hành 2 MBA song song Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng điện qua các BI

Bảng 2.4 Bảng kết quả tính toán ngắn mạch trong chế độ cực tiểu vận hành 2 MBA song song Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng điện qua các BI

Bảng 2.5 Tổng hợp trị số dòng ngắn mạch lớn nhất qua BI Điểm ngắn mạch

Dòng điện qua các BI BI1 BI2 BI3 BI0 (kA)

B ả ng 2.6 T ổ ng h ợ p tr ị s ố dòng ng ắ n m ạ ch nh ỏ nh ấ t qua BI Điểm ngắn mạch

Dòng điện qua các BI BI1 BI2 BI3 BI0 (kA)

CHƯƠNG 3PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP

Nh ữ ng yêu c ầu đố i v ớ i thi ế t b ị b ả o v ệ

Các thiết bị bảo vệ có vai trò quan trọng trong việc phát hiện và loại bỏ nhanh chóng các sự cố khỏi hệ thống điện để ngăn chặn và giảm thiểu hậu quả Trong các hệ thống điện hiện đại, thiết bị tự động như rơle được sử dụng phổ biến nhất để đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống Việc sử dụng các thiết bị bảo vệ phù hợp không chỉ giúp duy trì hoạt động liên tục của hệ thống điện mà còn nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của các thiết bị điện.

Một tổ hợp thiết bị bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện thực hiện một hoặc nhiều chức năng nhằm đảm bảo ổn định và an toàn cho hệ thống điện Thiết bị này đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đề ra để bảo vệ các phần tử cụ thể cũng như toàn bộ hệ thống điện khỏi những rủi ro và sự cố Sự tích hợp của các thiết bị này giúp nâng cao hiệu quả vận hành và bảo vệ hệ thống điện một cách toàn diện.

Trong lưới điện hiện đại, các yếu tố then chốt như máy phát điện, máy biến áp công suất lớn, các thanh góp và đường dây tải điện cao áp, siêu cao áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải điện năng hiệu quả Để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, liên tục và tối ưu, các thiết bị cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản về độ tin cậy, khả năng chịu tải cao, và khả năng vận hành ổn định trong điều kiện khắc nghiệt Việc duy trì và nâng cấp các thiết bị trong lưới điện nhằm đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa và giảm thiểu rủi ro mất điện do sự cố kỹ thuật.

 Độ tin cậy –đảm bảo thiết bị làm việc đúng, chắc chắn

 Độ tin cậy khi tác động (dependability): khả nắng chắc chắn tác động đúng, khi sự cố trong vùng bảo vệ

 Độ tin cậy không tác động (security): khảnăng sẽ không làm việc sai khi không sự cố hoặc sự cố ngoài vùng bảo vệ

 Tính chọn lọc – phát hiện, loại trừđúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống

 Bảo vệ chọn lọc tuyệt đối: Chỉ làm việc khi xảy ra sự cố trong vùng xác định, không làm dự phòng cho các bảo vệ lân cận

 Bảo vệ chọn lọc tương đối: Ngoài bảo vệ chính cho đối tượng còn thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệđặt ở các phần tử lân cận

Bảo vệ hệ thống cần phát hiện và cách ly các phần tử bị sự cố càng nhanh càng giảm thiểu thiệt hại Tác động của hệ thống bảo vệ được xem là nhanh khi thời gian tác động không quá 50ms Trong lưới trung áp và hạ áp, do số lượng phần tử cần bảo vệ lớn, yêu cầu về độ nhanh của bảo vệ không cao bằng lưới cao áp Do đó, cần tối ưu chi phí thiết bị bảo vệ để vừa đảm bảo hiệu quả bảo vệ, vừa giảm thiểu chi phí đầu tư.

Các dạng hư hỏng và bảo vệ thường dùng

Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra làm 2 nhóm:

 Sự cố pha - pha, pha - đất đối với cuộn dây cao áp

 Sự xâm ẩm của hơi nước vào dầu cách điện

 Sét đánh lan truyền vào trạm: hỏng cách điện cuộn dây

 Sự cố giữa các vòng dây trên cùng một cuộn dây

 Mức dầu tăng cao hoặc giảm thấp

 Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

 Lõi từ bị quá từ thông

Chọn phương thức bảo vệ máy biến áp phù hợp dựa trên công suất, vị trí và vai trò của máy trong hệ thống Các loại bảo vệ phổ biến giúp chống lại sự cố và xử lý chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp Thông tin chi tiết về các loại bảo vệ này được trình bày trong bảng, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu suất vận hành của hệ thống điện.

Bảng 3.1: Những dạng hư hỏng và bảo vệ thường dùng

Loại sự cố Loại bảo vệ

Sự cố pha – pha và pha – đất ở cuộn dây

B ả o v ệ quá dòng Bảo vệ chống chạm đất hạn chế

Sự cố giữa các vòng dây Bảo vệ so lệch

Sự cố lõi từ Bảo vệ so lệch

Sự cố thùng dầu máy biến áp Bảo vệ so lệch

Bảo vệ chống chạm đất thùng máy biến áp

Quá từ thông Bảo vệ chống quá từ thông

Quá nhiệt Bảo vệ chống quá tải

Sơ đồ phương thứ c b ả o v ệ cho máy bi ế n áp

Dựa trên cấu hình bảo vệ tiêu chuẩn của trạm biến áp 220kV và các chức năng bảo vệ chính, sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp được xây dựng nhằm đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Các loại bảo vệ này gồm bảo vệ quá dòng, quá áp, rò rỉ dòng, và bảo vệ quá tải, giúp phát hiện nhanh các sự cố để có biện pháp khắc phục kịp thời Việc thiết kế sơ đồ bảo vệ phù hợp là yếu tố quan trọng giúp duy trì hoạt động liên tục của máy biến áp, giảm thiểu rủi ro hư hỏng và tối ưu hóa hiệu suất vận hành hệ thống điện 220kV.

Bảng 3.2: Các chức năng được sử dụng trong sơ đồ phương thức

87T Bảo vệ so lệch máy biến áp

87N Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF)

49 Bảo vệ chống quá tải

51 Bảo vệ quá dòng có thời gian trễ

67 Bảo vệ quá dòng có hướng 2 cấp tác động

(c ắ t nhanh và có th ờ i gian tr ễ )

67N Bảo vệ quá dòng TTK có hướng 2 cấp tác động

(cắt nhanh và có thời gian trễ)

46 Bảo vệ quá dòng TTN

59N Bảo vệ quá áp TTK

50BF Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt

74 Chức năng giám sát mạch cắt

96B Rơle khí cho bình dầu MBA (Buchholz)

96F Rơle khí cho thùng dầu ngăn điều áp dưới tải

26W Bảo vệ theo nhiệt độ cuộn dây

Với các chức năng trên, ta sẽ sử dụng các rơ le sau:

Chúng tôi sử dụng hai bộ rơle bảo vệ so lệch có hãm 7UT613 của Siemens để đảm bảo an toàn hệ thống điện Một bộ rơle lấy tín hiệu từ các BI ngay đầu chân sứ của máy biến áp, trong khi bộ còn lại lấy tín hiệu dòng điện từ các BI phía thanh góp Các chức năng bảo vệ đề xuất sử dụng bao gồm: 87T, 87N, 49, nhằm nâng cao khả năng bảo vệ và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

 Dùng ba bộ rơle bảo vệ quá dòng 7SJ621 của SIEMENS đặt tại ba phía của máy biến áp Các chức năng bảo vệ đƣợc đề xuất sử dụng: 67, 67N,

51, 46, 27/59, 50BF tùy theo các phía điện áp lắp đặt

Rơle 7RW600 của SIEMENS được lắp đặt tại phía 35 kV để bảo vệ chống chạm đất phía trung tính cách điện, đảm bảo an toàn hệ thống Rơle này hoạt động dựa trên tín hiệu điện áp 3U0, phản ứng với tác động của thành phần 3U0 do cuộn tam giác hở của biến điện áp loại 3 pha sinh ra Việc sử dụng rơle 7RW600 giúp phát hiện nhanh chóng các sự cố chạm đất của trung tính cách điện, nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống lưới điện 35 kV.

3 trụ cung cấp Khi có sự cố chạm đất, nếu trị số 3U0 vƣợt quá ngƣỡng

U đặt thì bảo vệ sẽ gửi tín hiệu cảnh báo có sự cố chạm đất phía 35 kV

Hình 3.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp

LỰA CHỌN VÀ GIỚI THIỆU ĐẶC TÍNH CỦA RƠLE

Rơle bả o v ệ 7UT613

Rơle kỹ thuật số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, đƣợc sử dụng để bảo vệ so lệch chính cho MBA tự ngẫu hoặc MBA 3 cuộn dây

Rơle 7UT613 tích hợp nhiều chức năng quan trọng như chống chạm đất hạn chế, bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt và chống hư hỏng máy cắt Các chức năng này đảm bảo hoạt động an toàn và liên tục của hệ thống điện, giúp hạn chế sự cố và kéo dài tuổi thọ thiết bị Tích hợp các tính năng dự phòng này giúp nâng cao độ tin cậy và bảo vệ hệ thống điện khỏi các rủi ro khác nhau.

Hình 4.1: Rơle 7UT613 của hãng SIEMENS

Giới thiệu các chức năng bảo vệ tích hợp trong rơle 7UT613:

 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp (chức năng chính)

 Đặc tính tác động có hãm của rơle

Máy biến áp có khả năng ổn định trong quá trình quá độ do các hiện tượng quá kích thích, nhờ vào việc sử dụng các sóng hài bậc cao như bậc 3 và bậc 5 Sử dụng các sóng hài này giúp giảm thiểu tác động của quá trình quá độ, nâng cao độ ổn định của hệ thống điện Công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động liên tục và an toàn của máy biến áp trong các điều kiện quá kích thích.

 Có khả năng ổn định đối với quá trinh quá xung kích từ hóa dựa vào các sóng hài bậc hai

 Không phản ứng với thành phần một chiều và bão hoà máy biến dòng

 Ngắt với tốc độ cao và tức thời đối với dòng sự cố lớn

 Bảo vệ so lệch cho máy phát điện, động cơ điện, đường dây ngắn hoặc thanh góp cỡ nhỏ

 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF)

 Bảo vệ so lệch trở kháng cao

 Bảo vệ chống chạm vỏ cho máy biến áp

 Bảo vệ chống mất cân bằng tải

 Bảo vệ quá dòng thứ tự không

 Bảo vệ quá dòng một pha

 Bảo vệ quá tải theo nguyên lí hình ảnh nhiệt

 Bảo vệ quá kích thích

 Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt

Hình 4.2: Biểu đồ chức năng của 7UT613

1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613

Bảng 4.1: Thông số dòng điện

Dòng điện định mức I đm

Tần số định mức f đm

Công suất tiêu thụ mỗi đầu vào

I đm = 5 A S tiêu thụ  0,3 VA Đầ u vào nh ạ y S tiêu thụ  0,05 VA

Khả năng quá tải về dòng điện

Theo nhi ệt độ (tr ị hi ệ u d ụ ng)

Dòng lâu dài cho phép 4.I đm Dòng ch ỉ trong

Theo giá tr ị dòng xung kích 1/2 chu kì 250.I đm

Khả năng quá tải về dòng điện với BI chống chạm đất có độ nhạy cao

Dòng lâu dài cho phép 15 A Dòng ch ỉ trong

Theo giá tr ị dòng xung kích 1/2 chu kì 750 A

Bảng 4.2 : Thông số điện áp

Tĩnh 6/12 Tùy theo thiết kế Động 12/19

Bảng 4.3: Thông số đầu vào nhị phân

Số lƣợng kết nối 5 Điện áp định mức 24 đến 250 V DC

Ngƣỡng tác động thấp nhất 19 hoặc 88 V DC Điện áp cho phép lớn nhất 300 V DC

Bảng 4.4: Thông số đầu ra nhị phân

Khả năng đóng cắt Đóng 1000 W/VA

Cắt (tải điện trở) 40 W Cắt (tải L/R ≤ 50ms) 25 W Điện áp đóng cắt 250 V DC

Dòng cho phép Dòng trong 0,5 s 30 A

1.3 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp

1.3.1 Phối hợp các đại lượng đo lường

Các phía của máy biến áp đều được trang bị máy biến dòng, tuy nhiên dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này thường không hoàn toàn bằng nhau Sự khác biệt này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ số biến đổi, tổ dây của máy biến, mức điều chỉnh điện áp, sai số trong quá trình vận hành và khả năng bão hòa của máy biến dòng Hiểu rõ những yếu tố này giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của máy biến áp và đảm bảo hệ thống truyền tải điện ổn định.

Để dễ so sánh dòng điện thứ cấp của máy biến dòng ở các phía của máy biến áp, cần biến đổi các dòng điện này về cùng một phía, chẳng hạn như phía sơ cấp, giúp việc phân tích và so sánh trở nên chính xác hơn.

1.3.2 So sánh các đại lượng đo lường

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Trong đó:I1,I 2 ,I 3 là dòng điện cuộn cao, trung 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 I1 ngược chiều với I 2 , I 3 và I = I + I 1 2 3

 Trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệở phía cao áp

Hình 4.3: Đặc tính bảo vệ so lệch của rơle 7UT613 Đường đặc tính tác động gồm các đoạn:

Đoạn b mô tả đặc tính liên quan đến sai số biến đổi của máy biến dòng và sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp, đặc biệt trong tình huống quá tải Đặc tính này có độ dốc SLOPE 1 = 0,25 bắt đầu từ điểm gốc BASE POINT 1 = 0, giúp thể hiện rõ mức độ biến đổi sai số trong phạm vi hoạt động của thiết bị.

Đoạn c mô tả đặc tính khi dòng điện tăng vượt quá ngưỡng quá tải và gây ra sự cố ngoài Trong giai đoạn này, đường cong có độ dốc SLOPE 2 = 0,5, bắt đầu từ điểm BASE POINT 2 = 2,5, cho thấy mức tăng dòng điện nhanh chóng khi thiết bị gặp sự cố ngoài.

Đoạn D thể hiện giá trị dòng điện khởi động ngưỡng cao I DIFF của thiết bị bảo vệ Khi dòng điện vượt quá ngưỡng này, bảo vệ sẽ tác động ngay lập tức mà không xem xét các dòng điện hãm I H hoặc các sóng hài dùng để hạn chế sự hoạt động của bảo vệ.

Dựa trên hình vẽ, đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động, nhấn mạnh mức độ rủi ro khi thiết bị hoạt động Các dòng điện I SL và I H được biểu diễn trên trục tọa độ theo hệ tương đối định mức, giúp dễ dàng xác định trạng thái hoạt động của hệ thống Nếu tọa độ điểm hoạt động (I SL, I H) xuất hiện gần đường đặc tính sự cố, nguy cơ xảy ra tác động tiêu cực của sự cố sẽ tăng lên đáng kể, yêu cầu có các biện pháp phòng ngừa phù hợp để đảm bảo an toàn hệ thống.

 Đây là vùng hãm khi máy biến dòng bão hoà

Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng điện ngắn mạch lúc ban đầu rất lớn, gây bão hòa mạnh của các máy biến dòng Điều này làm cho các giá trị đo đạc bị sai lệch đáng kể cả trong thành phần so lệch và thành phần hãm, ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống bảo vệ và đo lường điện.

Hiện tượng bão hòa của máy biến dòng dẫn đến dòng điện so lệch đạt giá trị lớn, đặc biệt khi các máy biến dòng có mức độ bão hòa khác nhau Trong quá trình hoạt động, nếu điểm hoạt động (I_H, I_SL) rơi vào vùng tác động, hệ thống bảo vệ có thể phản ứng nhầm lẫn, gây ra sự cố không mong muốn.

 Rơle 7UT613 cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tƣợng bão hoà và sẽ tạo ra vùng hãm bổ sung

Sự bão hòa của máy biến dòng xảy ra trong thời gian ngắn mạch ngoài, được nhận biết qua trị số dòng hãm và dòng so lệch tăng giảm bất thường Khi điểm làm việc của hệ thống nằm trong vùng hãm bổ sung, giới hạn bởi đoạn đặc tính b và trục I H, rơ le sẽ thực hiện các xử lý khác nhau để đảm bảo an toàn và độ tin cậy của hệ thống.

Vùng hãm Vùng tác động

Hình 4.4: Vùng hãm bổ sung

Tại điểm bắt đầu xảy ra sự cố (A), dòng sự cốtăng nhanh sẽ tạo nên thành

Trong bối cảnh BI bắt đầu bị bão hòa, thành phần so lệch tạo ra có giá trị lớn, trong khi thành phần hãm giảm đáng kể Điều này dẫn đến sự dịch chuyển của điểm hoạt động (I SL, I H) tới điểm C nằm trong vùng tác động, ảnh hưởng đến hiệu quả và khả năng điều chỉnh của hệ thống.

Rơle bả o v ệ 7SJ621

Rơle kỹ thuật số 7SJ621 được sản xuất bởi tập đoàn Siemens AG, là thiết bị bảo vệ đường dây trong hệ thống mạng cao áp và trung áp có trung tính nối đất hoặc nối đất qua điện trở thấp, trung tính cách điện Với đầy đủ các chức năng, rơ le 7SJ621 đảm nhận vai trò bảo vệ dự phòng cho máy biến áp, trong đó chức năng chính là bảo vệ quá dòng Đây là giải pháp tối ưu để đảm bảo sự an toàn và ổn định cho hệ thống truyền tải điện năng.

Hình 4.6: Rơle 7SJ621 của hãng SIEMENS

Giới thiệu các chức năng bảo vệ tích hợp trong rơle 7SJ621:

 Các chức năng chính của rơle:

Chức năng bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Tùy theo yêu cầu đặt hàng, rơ le quá dòng có thể là loại có hướng hoặc không hướng, phù hợp với từng hệ thống cụ thể Đặc tính hoạt động của rơ le có thể là loại độc lập hoặc phụ thuộc, theo tiêu chuẩn hoặc do người dùng tự tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu vận hành linh hoạt.

 Phát hiện các sự cố chạm đất tổng trở cao

 Bảo vệ tần số thấp

 Bảo vệ quá/thấp điện áp

 Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch

 Chức năng chống hƣ hỏng máy cắt

Hình 4.7: Biểu đồ chức năng của 7SJ621

2.2 Một số thông sốkĩ thuật của rơle 7SJ621

Bảng 4.5: Thông số dòng điện

Dòng điện định mức I đm

Công suất tiêu thụ mỗi đầu vào

I đm = 5 A S tiêu thụ  0,3 VA Đầ u vào nh ạ y S tiêu thụ  0,05 VA

Khả năng quá tải về dòng điện

Dòng lâu dài cho phép 4.I đm Dòng ch ỉ trong

Theo giá tr ị dòng xung kích 1/2 chu kì 250.I đm

Khả năng quá tải về dòng điện với BI chống chạm đất có độ nhạy cao

Dòng lâu dài cho phép 15 A Dòng ch ỉ trong

Theo giá tr ị dòng xung kích 1/2 chu kì 750 A

Bảng 4.6: Thông số điện áp

S ố lƣợ ng k ế t n ố i 8 Điện áp đị nh m ứ c 24 đến 250 V DC

Ngƣỡng tác động thấp nhất 19 hoặc 88 V DC

Bảng 4.8: Thông số đầu ra nhị phân

Khả năng đóng cắt Đóng 1000 W/VA

C ắ t (t ả i L/R ≤ 50ms) 25 W Điện áp đóng cắ t 250 V DC

Dòng cho phép Dòng trong 0,5 s 30 A

2.3 Chức năng bảo vệ quá dòng

Người dùng có thể lựa chọn bảo vệ quá dòng điện với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc, phù hợp với từng yêu cầu hệ thống Các đặc tính này có thể được cài đặt riêng biệt cho các dây pha và dây trung tính, giúp tối ưu hóa hiệu quả bảo vệ Tất cả các ngưỡng bảo vệ đều hoạt động độc lập, đảm bảo tính linh hoạt và an toàn cao cho hệ thống điện.

Hệ thống bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập vận hành bằng cách so sánh dòng điện của từng pha với giá trị đặt chung cho cả bộ ba pha, đảm bảo phát hiện quá tải chính xác Quá trình khởi động của các pha được thực hiện riêng biệt, giúp kiểm soát và bảo vệ mạch hiệu quả Đồng hồ khởi động của các pha sẽ hoạt động đồng bộ, sau đó gửi tín hiệu cắt khi vượt quá ngưỡng đặt trước, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.

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 vệquá dòng nhƣ sau:

 50 : Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ

 50N : Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ

 51 : Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc

 51N : Bảo vệ quá dòng TTK đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc

 50Ns, 51Ns: Chống chạm đất có độ nhạy cao, cắt nhanh hoặc có thời gian

Loại bảo vệ quá dòng của thiết bị 7SJ621 có khả năng hoạt động theo chuẩn đường cong IEC hoặc theo đường cong do người dùng tùy chỉnh Đặc tính thời gian phụ thuộc của bảo vệ quá dòng này giúp đảm bảo an toàn và tối ưu hóa quá trình vận hành hệ thống điện Việc lựa chọn loại bảo vệ phù hợp sẽ giúp ngăn chặn các sự cố quá dòng một cách hiệu quả, tăng độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện.

Hình 4.8: Đặ c tính c ủ a b ả o v ệ quá dòng th ờ i gian ph ụ thu ộ c

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

 Đặc tính dốc bình thường (normal inverse) :

 Đặc tính rất dốc (very inverse) : P

 Đặc tính cực dốc (extremely inverse) :

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

I : dòng điện sự cố (kA)

I P : dòng điện khởi động của bảo vệ (kA)

2.4 Chức năng bảo vệ quá dòng có hướng

Chức năng 67 và 67N là sự kết hợp của các chức năng 51/50 và 51N/50N cùng với phần tử định hướng công suất, giúp xác định hướng công suất truyền qua bộ chia tách Bị theo mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện.

Bảo vệquá dòng có hướng chỉtác động khi:

 Dòng điện chạy qua bảo vệ theo hướng quy định (hướng dương (+) thường quy ước từthanh góp đến đường dây)

 Dòng điện vƣợt qua giá trị khởi động của bảo vệ

2.5 Chức năng chống hƣ hỏng máy cắt

Khi bảo vệ chính phát tín hiệu cắt tới máy cắt, bộ đếm thời gian của bảo vệ 50BF (T-BF) sẽ khởi động, duy trì hoạt động khi còn tín hiệu cắt và dòng sự cố tồn tại Nếu máy cắt từ chối lệnh cắt do bị hỏng và bộ đếm thời gian T-BF đạt tới ngưỡng giới hạn, bảo vệ 50BF sẽ gửi tín hiệu cắt các máy cắt đầu nguồn liên quan nhằm loại trừ sự cố một cách hiệu quả.

2.6 Cách chỉnh định và cài đặt thông sốcho rơle 7SJ621

Việc cài đặt và chỉnh định các thông số, các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 đƣợc thực hiện theo hai cách sau:

 Bằng bàn phím ở mặt trước của rơle

 Bằng phần mềm điều khiển rơle DIGSI 4.8 cài đặt trên máy tính thông qua các cổng giao tiếp

Hãng Siemens thường tổ chức các thông số trạng thái và chức năng bảo vệ dựa trên hệ thống địa chỉ, trong đó mỗi chức năng và thông số cụ thể sẽ được gán một địa chỉ nhất định Mỗi địa chỉ này cung cấp các tùy chọn để cài đặt, giúp dễ dàng quản lý và cấu hình các chức năng bảo vệ trong hệ thống điện Việc này hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện, phù hợp với các yêu cầu của tiêu chuẩn kỹ thuật Siemens.

Rơle bả o v ệ 7RW600

Rơle kỹ thuật số 7RW600 do tập đoàn Siemens AG chế tạo là thiết bị quan trọng trong hệ thống tự động hóa điện, được kết nối trực tiếp với máy biến điện áp để giám sát các biến động về tần số và điện áp Khi phát hiện các tín hiệu bất thường, rơle kỹ thuật số này có khả năng tác động nhanh chóng, giúp bảo vệ hiệu quả các thiết bị quan trọng như đường dây truyền tải, máy biến áp và động cơ Sản phẩm của Siemens đảm bảo độ chính xác cao và độ tin cậy cao trong quá trình vận hành hệ thống điện.

Hình 4.9: Rơle 7SJ621 của hãng SIEMENS

Các chức năng chính của rơle 7RW60:

 Bảo vệđiện áp (kém áp và quá áp)

 Bảo vệ tần số (tần số tăng hoặc giảm quá ngƣỡng cho phép, tốc độ thay đổi của tần sốvƣợt quá giới hạn)

 Bảo vệ chống quá kích thích

Hình 4.10: Biểu đồ chức năng của 7RW600

3.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7RW600

Bảng 4.9: Mạch đo lường Điện áp định mức U đm 100 đế n 125 V

Công suất tiêu thụ mỗi đầu vào 0,2 VA

Khả năng quá tải nhiệt

Dòng lâu dài cho phép 200 V Dòng ch ỉ trong 10s 230 V

Công su ấ t tiêu th3 Tĩnh 2 W Động 4 W

Số lƣợng kết nối 3 Điện áp định mức 24 đến 250 V DC

Ngƣỡng tác độ ng th ấ p nh ấ t 17 hoặc 75 V DC

3.3 Chức năng bảo vệ quá áp thứ tự không (phát hiện chạm đất) Đối với cấp điện áp dùng trung tính cách điện, khi xảy ra sự cố chạm đất, dòng chạm đất nhỏ, do đó bảo vệ quá dòng không phát hiện đƣợc

Việc sử dụng bộ nguồn 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở giúp phát hiện sự cố chạm đất một cách chính xác Khi xảy ra sự cố, hệ thống đo điện áp thứ tự không 3U0 sẽ gửi tín hiệu về rơ le để xử lý kịp thời Nhờ đó, hệ thống bảo vệ được tăng cường, đảm bảo an toàn cho lưới điện và thiết bị Công nghệ này hỗ trợ phát hiện sớm các sự cố chạm đất, giảm thiểu thiệt hại và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống điện.

Hình 4.11: Sơ đồ BU 3 pha 5 trụ, cuộn tam giác hở

 Bình thường : 3 pha đối xứng nên tổng véctơ điện áp bằng không

 Khi sự chạm đất : Điện áp pha chạm đất bằng không, véctơ điện áp 3 pha bị lệch (3U0 ≠ 0) khi đó bảo vệ sẽ báo có chạm đất.

Bảo vệ rơle khí Buchholz (96)

Rơle khí có vai trò quan trọng trong việc chống chạm chập các vòng dây trong MBA, bảo vệ thiết bị khỏi sự cố gây hỏng hóc Nó hoạt động dựa trên sự bốc hơi của dầu máy biến áp, đồng thời phát hiện khi mức dầu hạ thấp quá mức an toàn Khi xảy ra thủng thùng dầu hoặc rò rỉ dầu, rơle khí sẽ tự động kích hoạt để cảnh báo và ngắt mạch, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện Việc bảo vệ này giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và tránh thiệt hại lớn do sự cố dầu thủng hoặc rò rỉ gây ra.

Rơle khí đặt trên đoạn ống nối từ thùng dầu chính đến bình dầu phụ của MBA có hai cấp tác động Thiết bị này sử dụng hai phao bằng kim loại mang bầu thủy tinh, có tiếp điểm thủy ngân hoặc tiếp điểm từ để đảm bảo hoạt động chính xác Phần rơle khí đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát cấp dầu và an toàn cho hệ thống vận hành của MBA.

Trong quá trình vận hành, bảo vệ cấp 1 hoạt động khi hiện tượng quá nhiệt xảy ra, làm dầu và các chất cách điện phân hủy và sinh ra khí Các khí này tích tụ phía trên rơ le, và lượng khí sinh ra càng nhiều sẽ đẩy phao trên xuống, đóng hệ thống tiếp điểm phía trên để báo tín hiệu cấp hơi cấp 1, đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Trong bảo vệ cấp 2 của máy biến áp, khi xảy ra sự cố nội bộ như chạm chập các vòng dây, lượng khí sinh ra rất lớn làm dầu trong máy biến áp tạo thành luồng khí phụt qua rơle, gây nâng phao nổi xuống và đóng hệ thống tiếp điểm dưới báo tín hiệu cấp 2 Điều này tự động cắt cả ba phía của máy biến áp để đảm bảo an toàn.

Khi mức dầu trong bình dầu tụt thấp do rò rỉ hoặc mất dầu, phao trên sẽ hạ xuống để báo hiệu hơi cấp 1, giúp hệ thống cảnh báo hoạt động chính xác Nếu mức dầu tiếp tục giảm và phao dưới hạ xuống, hệ thống sẽ đóng tiếp điểm dưới để báo hiệu hơi cấp 2 và tự động cắt máy nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị.

TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA SỰ

LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ

L ự a ch ọ n BI

1.1 Cơ sở kỹ thuật khi lựa chọn BI

Khi lựa chọn BI chúng ta cần quan tâm đến một số thông số sau:

 Dòng điện định mức sơ cấp

Ta chọn dòng định mức phía sơ cấp cao hơn 40% so với dòng điện làm việc lớn nhất: i dm BA dd BI lvmax dm BA i dm BA

Trong đó: S i dm BA : Công suất định mức của cuộn dây thứ i (cuộn cao, trung, hạ) của MBA i dm BA

U : Điện áp định mức của cuộn dây thứ i

 Dòng điện định mức thứ cấp

Dòng điện định mức thứ cấp của biến dòng điện có thể là 1A hoặc 5A Ởđây ta lựa chọn dòng thứ cấp 1A

 Số lƣợng cuộn thứ cấp

Máy biến dòng thường có từ 1 đến 2 cuộn thứ cấp dùng để đo lường, giúp đảm bảo chính xác trong việc theo dõi dòng điện Ngoài ra, từ 2 đến 4 cuộn thứ cấp còn phục vụ cho các ứng dụng bảo vệ rơ le, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện Công dụng của máy biến dòng là phân chia dòng điện lớn thành dòng nhỏ phù hợp để đo lường và bảo vệ hệ thống điện hiệu quả Tối ưu hóa số lượng cuộn thứ cấp của máy biến dòng là yếu tố quan trọng để nâng cao độ tin cậy và hiệu suất của các thiết bị truyền tải điện.

 Độ chính xác của cuốn thứ cấp

Một bộ biến áp (BI) có khả năng cung cấp nhiều cuộn thứ cấp hoặc nhiều đầu ra để phục vụ các mục đích khác nhau trong hệ thống điện Độ chính xác của các cuộn thứ cấp này phụ thuộc vào loại tải được kết nối, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống biến áp trong các ứng dụng khác nhau.

 Vậy máy biến dòng đƣợc chọn theo các điều kiện sau: Điện áp :U dm(BI) U dm(mang)

Dòng điện : I dm(BI) I lvmax

1.2 Chọn BI cho các cấp điện áp

 Phía cấp điện áp 220 kV

 Điện áp: U dm(BI) 230 kV

 Dòng điện: dm(BI) 220kV lvmax dmBA 220kV dmBA

 Chọn BI (IMB 245) của ABB

Các thông số chính: Uđm(BI) = 245 kV

 Kiểm tra bão hòa BI

Ta kiểm tra chống bão hòa BI với cả thành phần AC và DC bằng công thức dưới đây theo tiêu chuẩn IEEE-37.110

      Trong đó: I f – Dòng sự số thứ cấp của BI (A)

R của hệ thống tại thanh cái phía 220 bằng 4,126

R CT –Điện trở cuộn dây phía thứ cấp của BI ()

R L – Điện trở dây dẫn thứ cấp của BI ()

R RL –Điện trở của rơle) () Xét tổng R bằng 2,5

 Ta chọn BI với cấp chính xác là C400

Dòng ngắn mạch lớn nhất qua BI của thanh cái tương đương với dòng ngắn mạch lớn nhất qua BI của máy biến áp, do đó, ta chọn IMB 245 làm BI 0 tại trung tính của MBA để đảm bảo độ chính xác và an toàn cao trong hệ thống điện.

 Điện áp: U dm(BI) 121 kV

Các thông số chính: U đm(BI) = 170 kV

Làm tương tự, ta có:

 Điện áp: U dm(BI) 38,5 kV

 Chọn BI (IMB 72) của ABB

Các thông số chính: U đm(BI) = 72,5 kV

Làm tương tự, ta có:

Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của các BI

Thông số Cấp điện áp

Loại BI IMB 245 IMB 170 IMB 72 Điện áp danh định (kV) 245 170 72,5

Dòng điện danh định sơ cấp (A) 720 1200 2400

Dòng điện danh định thứ cấp (A) 1 1 1

L ự a ch ọ n BU

2.1 Cơ sở kỹ thuật khi lựa chọn BU

Khi lựa chọn BU chúng ta cần quan tâm đến một số thông số sau:

Loại cảm ứng điện từthông thường hoặc loại kiểu tụ phân áp

 Điện áp danh định sơ cấp

 Điện áp danh định thứ cấp

 Tỷ số biến điện áp

Có thể chọn theo tiêu chuẩn hoặc chọn theo các tỷ số 100, 200, 300, 400,

500, 600, 1000, 2000 và các bội số của các tỷ số này

 Cấp chính xác của cuộn thứ cấp

Khi tải của BU gồm cả các dụng cụ đo và hệ thống rơle bảo vệ thì cấp chính xác được lựa chọn theo ứng dụng đo lường

2.2 Chọn BU cho các cấp điện áp

Ta lựa chọn các loại BU của hãng ABB

Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật của các BU

Thông số Cấp điện áp

Loại BU CPB 245 EMF 123 EMF 52

Kiểu BU Tụ phân áp Cảm ứng Cảm ứng Điện áp danh định (kV) 245 123 52 Điện áp thứ cấp (V) 110 / 3 110 / 3 110 / 3

Tính toán các thông s ố ch ỉnh định cho rơle bả o v ệ 7SJ621

3.1 Phía cấp điện áp 35kV

 Bảo vệ quá dòng có thời gian 51

 Dòng điện khởi động: dmBA kd lv max 35kV dmBA

 Thời gian tác động (chọn đặc tính thời gian độc lập)

I DD35 t  : Thời gian cắt của các bảo vệđường dây 35kV

t : Cấp chọn lọc về thời gian, chọn Δt = 0,3s

 Bảo vệ quá dòng có hướng thời gian trễ 67

 Dòng điện khởi động: dmBA kd lv max 110kV dmBA

Do không phải phối hợp với bảo vệ nào khác nên chọn nhỏ tùy ý

 Bảo vệ quá dòng có hướng cắt nhanh 67

 Dòng điện khởi động: kd at nm ngoai max

Trong đó: Kat: Hệ số an toàn, chọn Kat=1,2

Từ bảng tổng kết dòng ngắn mạch cực đại, ta có:

110kV nm ngoài max cb

 Thay các giá trị vào ta có: I kđ = 1,2.0,776 = 0,931 (kA)

 Thời gian tác động: đặt bằng 0,05s

 Bảo vệ quá dòng có hướng TTK thời gian trễ 67N

 Bảo vệ quá dòng có hướng TTK cắt nhanh 67

 Dòng điện khởi động : kd at 0nm ngoai max

Trong đó: K at : Hệ số an toàn, chọn K at =1,2

Từ bảng tổng kết dòng ngắn mạch chếđộ cực đại, ta có:

 Thay các giá trị vào ta có: Ikđ = 1,2.0,776 = 0,931 (kA)

 Bảo vệ quá dòng có hướng thời gian trễ 67 dmBA kd lv max 220kV dmBA

Thời gian tác động của bảo vệ 220kV cần được chọn dựa trên đặc tính thời gian độc lập để đảm bảo tính chọn lọc trong hệ thống truyền tải điện Để đạt hiệu quả tối ưu, thời gian tác động của bảo vệ 220kV phải phối hợp hợp lý với thời gian tác động của bảo vệ quá dòng phía đường dây 110kV và 35kV, đảm bảo phân đoạn cắt tự động chính xác và an toàn cho toàn bộ hệ thống.

: Thời gian cắt của các bảo vệđường dây 110kV

t : Cấp chọn lọc về thời gian, chọn Δt = 0,3s

 Bảo vệ quá dòng có hướng cắt nhanh 67

 Dòng điện khởi động: kd at nm ngoai max

  nm ngoai max BI1/N2 BI1/N3

Từ bảng tổng kết dòng ngắn mạch cực đại, ta có:

220kV nm ngoai max cb

 Thay các giá trị vào ta có: Ikđ = 1,2.1,627 = 1,952 (kA)

 Bảo vệ quá dòng có hướng TTK thời gian trễ 67N

 Bảo vệ quá dòng có hướng TTK cắt nhanh 67N

 Dòng điện khởi động : kd at 0nm ngoai max

Từ bảng tổng kết dòng ngắn mạch chế độ cực đại, ta có:

 Thay các giá trị vào ta có: I kđ = 1,2.0,474 = 0,569 (kA)

Tính toán các thông s ố ch ỉnh định cho rơle bả o v ệ 7UT613

Dựa vào đặc tính vùng tác động của bảo vệ so lệch, ta xác định các thông số cài đặt cho rơle nhƣ sau:

 Đoạn a : Đặc trƣng bởi Idiff> – giá trị khởi động ngƣỡng thấp của bảo vệ so lệch

Bảo vệ so lệch của máy biến áp phải có độ nhạy cao

 Đoạn b : Được xác định bởi đoạn thằng có phương đi qua gốc tọa độ và có độ dốc 25% (tanα1 = 0,25)

 Đoạ Được xác định bởi đoạn thằng có phương đi cắt trục hoành I hãm tại điểm có hoành độ 2,5 và có độ dốc 50% (tanα2 = 0,5)

 Đoạn d : Đặc trƣng bởi ngƣỡng tác động Idiff>> – giá trị khởi động ngƣỡng cao của bảo vệ so lệch

Trên ngƣỡng này bảo vệ sẽ cắt 3 phía MBA, không quan tâm tới bộ phận hãm

Từ đây ta tính đƣợc các Ihãm của từng đoạn đặc tính:

Phạm vi hàm bổ sung khi có ngắn mạch ngoài nhằm rơle tránh tác động nhầm trong trường hợp này ta đặt IHBS = 7

Vùng hãm Vùng tác động

Hình 5.1: Đặc tính của bảo vệ so lệch

4.2 Bảo vệ so lệch thứ tự không (87N)

Vì máy biến áp là loại tự ngẫu, nên bảo vệ so lệch TTK bảo vệ cho cả hai cấp điện cao áp và trung áp, nên ta có:

Dòng điện khởi động I kd87N k I 0 dmBI0

Trong đó: k 0 : Hệ số chỉnh định, thường chọn k 0 = 0,2 ÷ 0,3

I dmBI0 : Dòng định mức của biến dòng trung tính

 Ta có: I kd87N k I 0 dmBI0 0,3.1,6 0,48 (kA)

Ki ểm tra độ nh ạ y c ủ a các b ả o v ệ

5.1 Bảo vệ quá dòng thời gian trễ 67 và 51

 Phía cấp điện áp 220kV (67)

Dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua BI1 xét theo hướng từ thanh cái 220 kV chạy vào MBA là 1,509

Trong hệ đơn vị có tên: I N min 1,509.I 220kV cb 1,509.0,314 0,474 (kA)

Ta có: nhay N min khoidong

Để đảm bảo an toàn hệ thống truyền tải điện, ngoài việc lắp đặt bảo vệ quá dòng có thời gian, còn cần thêm bảo vệ quá dòng TTN tại phía 220kV để tối ưu hóa độ nhạy của hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ này có độ nhạy cao, với thông số dmBA, giúp phát hiện nhanh các sự cố, tăng độ tin cậy và an toàn cho lưới điện Việc sử dụng lớp bảo vệ đa lớp như vậy đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu và giảm thiểu rủi ro mất an toàn cho hệ thống điện.

2/BI1min cb 2/BI1min cb

Dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua BI2 xét theo hướng từ thanh cái 110kV chạy vào MBA là 0,703

Trong hệđơn vị có tên, I N min 0,703.I 110kV cb 0,703.0,596 0,419 (kA)

Để đảm bảo an toàn hệ thống, cần bổ sung bảo vệ quá dòng TTN phía phía 110kV ngoài việc bảo vệ quá dòng có thời gian Độ nhạy của hệ thống bảo vệ này, được đo bằng chỉ số dmBA, giúp phản ứng nhanh chóng và chính xác trước các tình huống quá dòng, nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống truyền tải điện.

2/BI2 min cb 2/BI2 min cb

 Bảo vệ đủ độ nhạy với tất cả sự cố

Dòng ngắn mạch nhỏ nhất chạy qua BI2 là 1,509

Trong hệđơn vị có tên, I N min 1,509.I 35kV cb 1,509.1,875 2,829 (kA)

 Bảo vệ đủ độ nhạy

5.2 Bảo vệ quá dòng có hướng TTK thời gian trễ 67N

 Phía cấp điện áp 220kV

Dòng thứ tự không nhỏ nhất qua BI1 xét theo hướng từ thanh cái 220 kV chạy vào MBA là 0,398

Trong hệđơn vị có tên: BI 0min 0,398.I 220kV cb 0,398.0,314 0,125 (kA)

Ta có: nhay 0 min khoidong

 Bảo vệđủ độ nhạy với tất cả sự cố

 Phía cấp điện áp 110kV

Dòng thứ tự không nhỏ nhất qua BI2 xét theo hướng từ thanh cái 110 kV chạy vào MBA là 0,703

Trong hệđơn vị có tên: I 0min 0,703.I 110kV cb 0,703.0,596 0,419 (kA)

Ta có: nhay 0 min khoidong

 Bảo vệđủ độ nhạy với tất cả sự cố

5.3.1 Kiểm tra độ an toàn hãm của bảo vệ với các sự cố ngoài vùng

Để đảm bảo an toàn, cần kiểm tra khả năng hãm của các thiết bị bảo vệ khi xảy ra sự cố ngoài vùng yêu cầu bảo vệ Các kiểm tra này sẽ được thực hiện với dòng ngắn mạch tối đa để đánh giá chính xác hiệu quả hoạt động của hệ thống bảo vệ Việc thực hiện kiểm tra định kỳ giúp đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ luôn hoạt động tốt và đáng tin cậy trong các tình huống sự cố ngoài ý muốn.

Xét các điểm sự cố ngoài vùng {N 1 ; N 2 ; N 3 }

I solệch = I SL = |I quaBI1 I quaBI2 I quaBI3 | = |I 1  I 2 I 3 |

(hệđơn vịtương đối định mức của máy biến áp)

Theo lý thuyết, trong các tình huống sự cố ngoài vùng hoặc khi máy biến áp hoạt động ở chế độ bình thường, tổng dòng điện đi vào bằng tổng dòng điện đi ra khỏi thiết bị Điều này đồng nghĩa với việc dòng điện so lệch phải bằng không, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành của hệ thống truyền tải điện.

I solệch = I SL = |I quaBI1 I quaBI2 I quaBI3 | = 0

Trong thực tế, các biến dòng điện BI không phải là lý tưởng nên đặc tính của chúng không hoàn toàn giống nhau Điều này dẫn đến việc có một dòng điện không cân bằng chạy qua rơle khi ở chế độ sự cố ngoài vùng, ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống bảo vệ.

I solệch = I SL = |I quaBI1 I quaBI2 I quaBI3 | = I kcb

 Dòng điện không cân bằng này có xu hướng làm cho rơle tác động nhầm

Giá trị dòng điện không cân bằng một cách gần đúng có thể xác định theo công thức:

I kcb = I SL = (k kcb *k đn *f i + U)*I Nngmax

 k kck = 1: Hệ số kểđến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ trong dòng điện ngắn mạch đến đặc tính làm việc của BI

 k đn = 1: Hệ số thể hiện sự đồng nhất về đặc tính làm việc của các BI (Đặc tính làm việc của các BI khác nhau hoàn toàn)

 f i = 0,1: Sai số cho phép lớn nhất của BI dùng cho bảo vệrơle

 ΔU : Ảnh hưởng của việc chuyển đổi đầu phân áp

 I Nngmax : Dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất có thể chạy qua máy biến áp

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

I kcb = I SL = (k kcb k đn f i + U).I Nngmax = (1.1.0,1+0,12) I Nngmax = 0,22 I Nngmax

 Kiểm tra độ an toàn hãm khi có sự cố ngoài vùng tại phía 220kV (N 1 )

 Với sự cố 3 pha, 2 pha :

Không có dòng điện chạy qua các BI  Rơle không nhận đƣợc bất cứ giá trị dòng điện nào  Rơle không tác động

 Với sự cố 1 pha, 2 pha chạm đất :

Trong hệ thống, chỉ có thành phần dòng điện TTK chạy qua BI1 và BI2, còn không có dòng điện qua BI3 Do rơ le được thiết kế để luôn loại trừ thành phần dòng điện TTK chạy qua, nên rơ le không tác động trong quá trình hoạt động Điều này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật đề ra.

 Kiểm tra độ an toàn hãm khi có sự cố ngoài vùng tại phía 110kV (N 2 )

Do rơle luôn loại trừ dòng TTK nên phải tìm dòng điện max (đã loại trừ dòng TTK)

Ngắn mạch tại N 2 , từ bảng số liệu ta có:

 Dòng max chạy qua BI1 là : I1 = 5,181

 Dòng max chạy qua BI2 là : I 2 = 5,181

 Dòng max chạy qua BI3 là : I3 = 0

Nhƣ vậy, tại N2, rơle nhận đƣợc bộ giá trị (ISL; I H ) = (1,140;10,362)

Hình 5.2: Điể m làm vi ệ c khi s ự c ố t ạ i N 2 Điểm làm việc nằm ở Vùng hãm bổsung, độ an toàn là:

Thay I SL = 1,140 vào phương trình đoạn b: I SL = 0,25.I H

 Ta thấy Kan toan ham > 1,5 nên có thể kết luận đạt yêu cầu

 Kiểm tra độ an toàn hãm khi có sự cố ngoài vùng tại phía 35kV (N3)

Phía 35kV có trung tính cách điện nên dòng điện sự cố lớn nhất là ứng với dòng điện ngắn mạch 3 pha tại N 3

Ngắn mạch tại N 3 , từ bảng số liệu ta có:

 Dòng max chạy qua BI1 : I 1 = 2,033

 Dòng max chạy qua BI2 : I 2 = 0

 Dòng max chạy qua BI3 : I 3 = 2,033

Nhƣ vậy, tại N 3 , rơle nhận đƣợc bộ giá trị (I SL ; I H ) = (0,447; 4,066)

Hình 5.3: Điể m làm vi ệ c khi s ự c ố t ạ i N 3 Điểm làm việc nằm ở Vùng hãm, độ an toàn là:

Thay I SL = 0,447 vào phương trình đoạn b: I SL = 0,25.I H

 Ta thấy Kan toan ham > 1,5 nên có thể kết luận đạt yêu cầu

5.3.1 Kiểm tra độ nhạy tác động với các sự cố trong vùng

Với các sự cố trong vùng, vì vậy ta phải kiểm tra xem bảo vệcó tác động hay không Phần này sẽđƣợc kiểm tra với dòng ngắn mạch min

Xét các điểm sự cố trong vùng {N1‟; N2‟; N3‟}

Dòng điện đƣa vào rơle gồm có hai thành phần, đƣợc tính theo công thức sau:

I solệch = I SL = |I quaBI1 I quaBI2 I quaBI3 | = |I 1  I 2 I 3 |

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

Nhƣ vậy có thể kết luận: khi sự cố trong vùng thì độ lớn dòng điện so lệch bằng độ lớn dòng điện hãm: I SL =I H

Kiểm tra độ nhạy tác động khi xảy ra sự cố trong vùng phía 220kV (N1') là bước quan trọng để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn Tại điểm sự cố N1', xác định dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất, đã loại trừ dòng điện TTK, giúp đo lường chính xác khả năng phản ứng của hệ thống khi gặp sự cố Việc phân tích này giúp đánh giá độ nhạy của các thiết bị bảo vệ, từ đó tối ưu hóa khả năng phát hiện và cách ly sự cố nhanh chóng, đảm bảo độ ổn định và an toàn của lưới điện 220kV.

Ngắn mạch tại N 1 ‟, từ bảng số liệu ta có:

 Dòng min chạy qua BI1 : I1 = 9,524

 Dòng min chạy qua BI2 : I 2 = 0

Nhƣ vậy, tại N 1 ‟, rơle nhận đƣợc bộ giá trị (I SL ; I H ) = (9,524; 9,524)

Trường hợp này dòng so lệch rất lớn, vượt quá Idiff>> Do vậy rơle không hãm, lập tức tác động  Nhƣ vậy là đạt yêu cầu về độ nhạy

 Kiểm tra độ nhạy tác động khi có sự cố trong vùng tại phía 110kV (N 2 ‟) Làm tương tự, khi ngắn mạch tại N 2 ‟, từ bảng số liệu ta có:

 Dòng min chạy qua BI1 : I 1 = 3,136

Nhƣ vậy, tại N 2 ‟,rơle nhận đƣợc bộ giá trị (I SL ; I H ) = (6,272; 6,272)

Hình 5.4: Điể m làm vi ệ c khi s ự c ố t ạ i N 2 ’ Điểm làm việc nằm trong Vùng tác động, độ nhạy tác động là:𝑁2 ′

Thay I H = 6,272 vào phương trình đoạn b: ISL = 0,5.I H – 1,25

 Ta thấy K nhay > 1,5 nên có thể kết luận đạt yêu cầu

 Tính toán độ nhạy tác động khi có sự cố phía 35kV (N 3 ‟)

Làm tương tự, khi ngắn mạch tại N3‟, từ bảng số liệu ta có:

 Dòng min chạy qua BI3 : I3 = 1,509

Nhƣ vậy, tại N 3 ‟, rơle nhận đƣợc bộ giá trị (I SL ; I H ) = (3,018; 3,018)

Hình 5.5: Điểm làm việc khi sự cố tại N 3 ’ Điểm làm việc nằm trong Vùng tác động, độ nhạy tác động là:

Thay I H = 3,018 vào phương trình đoạn b: I SL = 0,25.I H

 Ta thấy K nhay > 1,5 nên có thể kết luận đạt yêu cầu

Việc xác định độ an toàn hãm và độ nhạy của rơle bảo vệ đóng vai trò quan trọng hơn đối với rơle cơ học Trong khi đó, các rơle số có thể tác động chính xác hơn, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn hệ thống điện.

SỬ DỤNG MÁY TÍNH GIAO TIẾP CÀI ĐẶT CHỈNH ĐỊNH CHO CÁC RƠLE

Gi ớ i thi ệ u ph ầ n m ề m DIGSI

Việc truy cập và chỉnh định các rơle của SIEMENS có thể thực hiện trực tiếp trên thiết bị qua màn hình cài đặt hoặc sử dụng máy tính trang bị phần mềm chuyên dụng DIGSI là phần mềm do SIEMENS phát triển, nhằm tạo ra giao diện trực quan, dễ sử dụng cho người dùng khi quản lý và cấu hình rơle Với DIGSI, việc cài đặt, chỉnh sửa và giám sát các rơle của SIEMENS trở nên đơn giản và hiệu quả hơn Phần mềm này giúp tăng độ chính xác và giảm thời gian thao tác trong quá trình vận hành hệ thống bảo vệ và tự động hóa.

Phần mềm DIGSI 4 đƣợc thiết kế theo dạng mô đun, gồm có một sô chức năng chính nhƣ sau:

 Thiết lập các thông sốvà cài đặt đặc tính rơ le

 Vận hành, kiểm soát và thử nghiệm

 DIGSI remote để kiểm soát từ xa của SIPROTEC 4 chuyển tiếp qua một kết nối modem

Phân tích bản ghi sự cố chính xác với SIGRA giúp xác định nguyên nhân nhanh chóng và chính xác Hệ thống cung cấp các dạng biểu đồ đa dạng như đường cong U, I theo thời gian, biểu đồ tròn, biểu đồ vector để trực quan hóa dữ liệu Việc sử dụng phần mềm SIGRA đảm bảo phân tích bản ghi sự cố khách quan, tối ưu hóa quá trình khắc phục và nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện.

 Thay đổi cấu hình I/O trong một ma trận có cấu trúc

 Mật khẩu bảo vệ truy cập cho các công việc khác nhau nhƣ cài đặt thông số, vận hành và kiểm soát

Trong đồ án này, ta tiến hành cài đặt các rơle ở chế độ offline trên máy tính.

Xây d ự ng d ữ li ệ u ch ỉnh đị nh các ch ức năng bả o v ệ

2.1 Quy trình tạo bộ dữ liệu chỉnh định

Ta sử dụng phần mềm DIGSI để cài đặt các thông số chỉnh định rồi gửi các thông sốtrên cho rơle.

 Kích hoạt chương trình DIGSI

Vào Start Menu  All Programs  Siemens Energy  DIGSI 4  Kích vào DIGSI V4.86

Vào File  chọn New, trong mục Name ghi tên của Project là “DATN K55”

 Tạo các thƣ mục để dễ dàng quản lý

Kích chuột phải vào màn hình trống, chọn Folder, gõ tên thƣ mục là

2.2 Thiết lập và chỉnh định các thông số cho máy biến áp

Trong mục “Tram 220 kV”, người dùng cần nhấn chuột phải vào khoảng trống bên phải, sau đó chọn “Insert New Object” rồi chọn “SIROTEC device” để thêm cơ sở dữ liệu các thiết bị cần thiết vào dự án Quá trình này giúp cập nhật và tổ chức dữ liệu thiết bị một cách rõ ràng, thuận tiện cho quá trình thiết kế và quản lý dự án.

Trên màn hình xuất hiện bảng Device Catalog, giúp người dùng dễ dàng chọn các thiết bị phù hợp Để kết nối, hãy chọn rơle 7UT613 bằng cách kéo icon của nó vào khung trống trong thư mục Quá trình này đảm bảo cấu hình thiết bị chính xác và thuận tiện.

Sau khi thiết lập các thông số mã hiệu cho rơle, ta tiến hành cấu hình các thông số chính và chức năng của thiết bị Để thực hiện, nhấn đúp vào biểu tượng 7UT613V4.6 và trong cửa sổ chọn "Connection Type" để thiết lập chế độ Offline, giúp làm việc và thao tác với file rơle trực tiếp trên máy tính.

Cửa sổ DIGSI hiện ra, vào Settings, trong cửa sổ Select function chọn chức năng cần kiểm tra

 Trong mục Device Configuration, ta đặt các thiết lập:

 Trong mục Power System Data 1, ta đặt các thiết lập:

 Trong mục Setting Group A, ta lựa chọn cài đặt các chức năng cho rơle

 Chức năng so lệch 87 (Địa chỉ 0012) o Cửa sổ General o Cửa sổ I-Diff o Cửa sổ Characteristic

 Chức năng chống chạm đất hạn chế87G (Địa chỉ 0013)

 Chức năng chống quá tải nhiệt 49 (Địa chỉ 0042)

Để thiết lập rơle tương tự như 7UT613, bạn chọn rơle 7SJ621 trong cửa sổ Device Catalog Sau khi cấu hình các thông số và mã hiệu cho rơle, tiếp theo là cài đặt các tham số chính và chức năng phù hợp Bạn nên chọn chế độ cài đặt là Offline để có thể làm việc với file rơle trên máy tính một cách dễ dàng và chính xác.

Vì ta thiết kế 3 rơle 7SJ621 khác nhau ở ba phía của máy biến áp, nên phải tiến hành cài đặt cho từng rơle.

 Trong mục Device Configuration, ta đặt các thiết lập:

 Trong mục Power System Data 1, ta đặt các thiết lập:

Trong mục Setting Group A, người dùng cần cài đặt các chức năng quan trọng cho rơ le để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và hiệu quả Các chức năng bao gồm bảo vệ quá dòng có hướng 67/67N tại địa chỉ 0006, bảo vệ thấp/quá áp 27/59 tại địa chỉ 0008, bảo vệ quá dòng TTN 46 tại địa chỉ 0009, chống hỏng máy cắt 50BF tại địa chỉ 00018, và giám sát mạch cắt 74 tại địa chỉ 00014 Việc cấu hình chính xác các chức năng này giúp nâng cao khả năng vận hành ổn định của hệ thống điện.

Làm tương tựnhư phía 220kV, ta cài đặt thông sốnhư sau:

 Trong mục Power System Data 1:

Trong mục Setting Group A, các chức năng bảo vệ quan trọng bao gồm bảo vệ quá dòng hướng 67/67N tại địa chỉ 0006, bảo vệ thấp/quá áp ở địa chỉ 0008 và chức năng chống hư hỏng máy cắt 50BF tại địa chỉ 0018, cùng với chức năng giám sát mạch cắt 74 tại địa chỉ 0014 Những chức năng này giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện, nâng cao hiệu quả vận hành cũng như giảm nguy cơ hỏng hóc của thiết bị.

Làm tương tự như phía 220kV, ta cài đặt thông số như sau:

 Trong mục Power System Data 1:

 Trong mục Setting Group A: o Chức năng bảo vệ quá dòng 51 (Địa chỉ 0005)

Chức năng quá dòng của ta chỉ cài đặt với thời gian phù hợp để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn Ngoài ra, chức năng chống hư hỏng máy cắt 50BF (0018) được thiết lập tương tự như chức năng giám sát mạch cắt 74 (0014), giúp bảo vệ thiết bị khỏi các vấn đề kỹ thuật và duy trì hoạt động liên tục Việc cấu hình các chức năng này đảm bảo an toàn tối đa và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc cho hệ thống cắt của bạn.

2.3 Chuyển dữ liệu giữa rơle và máy tính

Phần trên đã tiến hành cài đặt offline trên máy tính bằng phần mềm DIGSI

 Nối dây giao diện giữa máy tính và rơle Yêu cầu bắt chặt các con vít liên kết giữa giắc cắm và rơle

 Mở file rơle cần làm việc

 Mục Connection type chọn Direct (kết nối trực tiếp rơle và máy tính không qua thiết bị trung gian)

Tiêu đề	Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kV
Tác giả	Vũ Văn Cương
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Đức Huy
Chuyên ngành	Kỹ thuật Điện
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	5,37 MB