Chương III: Bảo vệ máy phát động điện BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN

III.1 BẢO VỆ CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN • Tầm quan trọng của MPĐ – Thiết bị điện quan trọng và đắt tiền – Đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp n/lượng cho phụ • Chạm đất một điểm •

Chương III:

Bảo vệ máy phát và động cơ

điện

BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN

III.1 BẢO VỆ CÁC MÁY PHÁT

ĐIỆN

• Tầm quan trọng của MPĐ

– Thiết bị điện quan trọng và đắt tiền

– Đóng vai trò quan trọng trong việc

đảm bảo cung cấp n/lượng cho phụ

• Chạm đất một điểm

• Chạm đất 2 điểm

• Các sự cố bên ngoài MPĐ

– Ngắn mạch giữa các pha– Tải ko đối xứng

– Mất kích thích– Mất đồng bộ– Quá tải các cuộn stator và rotor– Quá điện áp

– Tần số thấp– MPĐ làm việc ở chế độ động cơ

• Tùy theo sơ đồ nối MPĐ trong nhà máy mà chúng ta có những phương thức bảo vệ tương ứng

– MPĐ-MBA nối bộ– MPĐ phát trực tiếp lên thanh góp– MPĐ có phụ tải địa phương…

III.1.1 Chống chạm đất cuộn dây stator (1)

• Chạm đất trong cuộn stator

– Là sự cố thường gặp

– Trung tính MPĐ có thể là cách

điện, nối đất trực tiếp hoặc nối qua cuộn petersen nếu dòng chạm đất lớn

• UP: điện áp pha của MPĐ

• rqđ: Điện trở quá độ

• XC0: dung kháng 3 pha đẳng trị của tất cả các phần tử

2

q đ

P đ

) 1 (

Xr

UI

III.1.1 Chống chạm đất cuộn dây stator (2)

• Nếu dòng chạm đất lớn thì

phải đặt cuộn Petersen khi:

– I(1)

đmax ≥ 30 A khi Uđm= 6 kV – I(1)

• Thực tế, nếu có phụ tải địa

phương, có cáp, ngay cả khi

• Phương pháp bảo vệ so lệch dòng điện có hướng có thể bảo vệ đc 90% cuộn stator

III.1.2 Chống ngắn mạch giữa các pha (1)

• Việc t/t d/đ sự cố bên trong cuộn stator khi

R qđ

R qđ

0 (a)

I3 

III.1.2 Chống ngắn mạch giữa các pha (2)

vì Xα có thể giảm nhanh hơn Eα

– Nếu xét đên Rqđ thì dòng điện sự

cố ở gần chỗ trung tính của cuộn

– Dòng điện đi vào RL, gồm Ih ,Ilv

2 4 2

3

)

(

.

P P

qd

P

X R

R

E I

BI1

BI2

A B C

III.1.2 Chống ngắn mạch giữa các pha (2)

• Vùng 2: Phần còn lại của MBA, thanh

dẫn, đường dây truyền tải nối với TGF

• Thực tế bổ sung vào bộ phận khởi

động 1 rơ le điện áp cực tiểu, đảm bảo

khởi động bv một cách chắc chắn

trong trường hợp MFĐ được kích

thích bằng nguồn chỉnh lưu lấy điện từ

đầu cực MFĐ.

Z<

MCMBA

BUMFĐBI

tU

F

R

jXkđjX

R

Zkđ

60 0

III.1.2 Chống ngắn mạch giữa các pha (3)

ngoài MBA tăng áp, thanh góp

hoặc đường dây truyền tải liền

kề nếu BV của phần tử này ko

MFĐ-MBA) Cấp này đc phối hợp với

BVDP đường dây và MBA.

&

MCMBA

BUMFĐBI

III.1.3 BV chống chạm chập các vòng dây trong cuộn stator

• Các vòng dây chập nguyên nhân

thực hiện riêng cho từng pha Ví

dụ trong sơ đồ cho pha C.

IS1=-IS2

 BV tác động

IH = IT1 - IT 2 = 0

ILV = IT1 +IT 2 = 2IT

III.1.4 BV chống quá điện áp(1)

• U đầu cực MFĐ có thể tăng quá mức

khi trục trặc trong HT điều chỉnh

kích từ hoặc khi MFĐ mất phụ tải

đột ngột

• Khi mất PT đột ngột MFTĐ có thể

đạt đến 200% trị số danh định là do

HTDC tốc độ quay của tuabin có

quán tính lớn, khả năng vượt tốc của

rôto MF cao hơn nhiều so với MF

tuabin hơi

• Các MFDNĐ có bộ điều tốc làm việc

với tốc độ cao, có quán tính bé hơn,

nên có khả năng khống chế mức vượt

tốc thấp hơn, ngoài ra tuabin khí và

hơi có trang bị van STOP có thể đóng

nguồn NL đưa vào tuabin trong vài

mms khi mức vượt tốc cao hơn mức

chỉnh định

• Ngoài ra các MFTĐ nằm xa trung

tâm phụ tải và bt phải làm việc với

mức điện áp ở đầu cực cao hơn điện

áp danh định bù lại điện áo giáng trên

HT truyền tải, khi mất phụ tải đột

ngột mức quá áp lại càng cao

• QĐA ở đầu cực MFĐ có thể gây tác hại đến cách điện cuộn dây, các tbi đấu nối cực MFĐ, còn đối với MFĐ nối theo sơ đồ bộgây bão hoà mạch từ kéo theo nhiều tác động xấu.

MCMBA

BUMFĐ

RU1>

Đến HTĐC U (giảm kích thích)

RU2>

t

Cắt MC và cắt kích

từ

III.1 4 BV chống quá điện áp (2)

• BV chống quá áp thường có hai cấp:

+ Cấp 1: làm việc có thời gian, tác động lên HT điều chỉnh

kích từ đề giảm kích thích của MFĐ

UkđRU1=1,1Udđ

+ Cấp 2: làm việc tức thời, tác động cắt MC đầu cực MFĐ và

tự động diệt từ trường của MFĐ.

UkđRU2=(1,3-1,4) Udđ

III.1 5 BV chống tần số giảm thấp (1)

• f của HT có thể giảm thấp do mất cân bằng CS P trong HT hoặc do HTĐC f đặt tại các NMĐ bị hỏng f giảm gây ra các hậu quả sau:

+ Làm hỏng cánh tuabin do bị dung + Giảm năng suất của các tbi tự dùng như bơm, quạt, ht cấp nhiên liệu, hệ thống làm mát Do các ĐC bị giảm CS do đó mất cân bằng càng trầm trọng gây thác tần số tan rã HT.

+ Làm tăng nhiệt độ của MF quá mức cho phép do tổn thao thép tăng lên và HT làm mát giảm năng suất

+ Gây bão hoà mạch từ của MBA

• Tgian vận hành MFĐ với f giảm hơn trị số quy định phụ thuộc vào mức giảm f Trên hình trình bày quan hệ giữa tgian tích hợp cho phép vận hành MFĐ ở f thấp hơn trị số danh định Vùng dưới bậc thang cấm vận hành vì gây nguy hại cho tuabin.

Dải tần 2Vùng cấm VHThời gian tích hợp cho phép VH MFĐ ở tần số thấp

III.1.6 Một số sơ đồ điển hình

• Bộ bảo vệ MPĐ công suất nhỏ

III.1.6 Một số sơ đồ điển hình

• Bộ bảo vệ MPĐ công suất

III.1.6 Một số sơ đồ điển hình

• Bộ bảo vệ MPĐ công suất lớn

– C/s có thể đến 50MW

32 Công suất ngược

40 Mất kích từ

46 Dòng điện thứ tự nghịch

49 Quá tải nhiệt

51V Quá dòng có khóa điện áp thấp

51G Quá dòng thứ tự không

64 Chống chạm đất

87 So lệch dọc

BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

III.2.1: Các dạng sự cố và chế độ làm việc KBTtrong ĐCĐ

- Động cơ điện là một phụ tải quan trọng trong công nghiệp và sinh hoạt, dân dụng Công suất và đặc tính làm việc của các động cơ là khác nhau,

do dó chúng cần được bảo vệ theo phạm vi ứng dụng.

- Các sự cố bên trong: ngắn mạch giữa các cuộn dây, chạm chập giữa các vòng dây và cuộn dây bị chạm đất.

- Sự cố bên ngoài: các dạng ngắn mạch trong lưới điện là sụt điện áp của nguồn cung cấp, chế độ vận hành không đối xứng, đứt dây hoặc hở mạch

1 pha, …

- Chế độ vận hành ko bình thường: quá tải khi khởi động và trong quá trình làm việc, phụ tải không đối xứng do hệ thống điện áp nguồn bị mất cân bằng, ngắn mạch giữa các pha và ngắn mạch chạm đất trên đường dây cấp điện cho động cơ, chế độ mất đông bộ đối với động cơ đồng bộ,…

III.2.1: Các dạng sự cố và chế độ làm việc ko bình thường trong ĐCĐ

- Các dạng bảo vệ đặt cho ĐCĐ

III.2.2: Bảo vệ chống NM giữa các pha cho ĐCĐKĐB

- ĐCĐ công suất không lớn lắm, U< 500V, thường dùng cầu chì để chống ngắn mạch giữa các pha và ngăn ngừa dòng điện tăng đến các trị số nguy hiểm.

- Bảo vệ chống ngắn mạch giữa các pha trên các động cơ điện làm việc trong mạng có dòng điện chạm đất bé thường là bảo vệ dòng điện cực đại

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng điện cực đại chống ngắn mạch giữa các pha của động cơ điện không đồng bộ: a) RL dòng điện tác động trực tiếp; b và c) RL dòng điện tác động gián tiếp bằng nguồn XC và

một chiều

III.2.2: Bảo vệ chống NM giữa các pha cho ĐCĐKĐB

Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo biểu thức:

Ikđ = katImmmax

Immmax: trị số hiệu dụng cực đại của thành phần chu kỳ của dòng điện mở

máy tương ứng với U = Uđm , và độ trượt s = 1.

- P> 5000kW và lớn hơn thì nhất thiết phải dùng bảo vệ dòng điện so lệch

Dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện so lệch chọn bằng

I = (1,5  2 )I

III.2.2: Bảo vệ chống NM giữa các pha cho ĐCĐKĐB

- Nếu không đủ độ nhạy phải dùng bảo vệ so lệch dòng điện có hãm vì khi sử dụng bảo vệ so lệch dòng điện có hãm độ nhạy của bảo vệ sẽ cao hơn nhiều.

- Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn:

Ikđ  0,5 Iđm

III.2.3: Bảo vệ chống quá tải cho ĐCĐ

1 ĐCĐ U≥ 1000V

a Quá khi làm việc tải bình thường

- Để bảo vệ các động cơ điện chống dòng điện tăng cao do quá tải thường dùng rơ le có đặc tính thời gian phụ thuộc

- Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dòng điện định mức Iđm có xét đến hệ số trở về kv của rơ le dòng điện:

Ikd = kat

kv IdmDC

III.2.3: Bảo vệ chống quá tải cho ĐCĐ

- Nếu dùng rơ le dòng điện thường chọn thời gian t = 15  20 giây để đảm bảo thờigian quá tải nhiệt cho phép của động cơ điện và để khi động cơ mở máy hoặc tự mởmáy bảo vệ không tác động

- Ưu điểm: việc lựa chọn và điều chỉnh đặc tính làm việc khá dễ dàng nên thườngdùng kết hợp với bảo vệ chống ngắn mạch giữa các pha để bảo vệ cho các động

cơ điện cao áp có máy cắt điện

- Khuyết điểm: không tận dụng hết được khả năng quá tải của động cơ điện theothời gian (đôi khi bằng 20  30 giây) vì thời gian làm việc của rơ le thời gianthường không lớn lắm, và không thể tính đến tình trạng mang tải của động cơđiện trước lúc quá tải

b Quá khi mở máy

- Nhiệm vụ của bảo vệ là cắt động cơ ra khỏi mạng khi động cơ bị kẹt không khởi động được

- Nếu dùng rơ le quá dòng số có đặc tính thời gian độc lập:

+ Ikd ≥ Immtb

+ Tgian: lớn hơn tgian mở máy bt của ĐC

III.2.3: Bảo vệ chống quá tải cho ĐCĐ

2 ĐCĐ U < 500V

- Bảo vệ bằng rơ le nhiệt Rơ le nhiệt có bộ phận chủ yếu là phần tử lưỡng kim 1

gồm hai thanh kim loại a và b có hệ số dãn nở dài  khác nhau rất nhiều, được

gắn chặt với nhau theo bề mặt tiếp xúc

- Về nguyên tắc có thể chọn các đặc tính của rơ le nhiệt gần tương ứng với đặc tínhnhiệt của động cơ điện Nhưng trong thực tế đặc tính khởi động của rơ le nhiệt và đặctính nhiệt của động cơ điện khác nhau khá nhiều, vận hành rơ le khá phức tạp nên các

rơ le nhiệt chỉ được dùng rộng rãi ở các động cơ điện điện áp 220  500 V, điều khiểnbằng khởi động từ Để bảo đảm sự tác động của rơ le khi đứt mạch một pha cần phảidùng hai rơ le nhiệt nối vào các dòng điện pha

III.2.3: Bảo vệ chống quá tải cho ĐCĐ

Cấu tạo rơ le nhiệt

III.2.4: Bảo vệ kém áp cho ĐCĐ

Bảo vệ kém điện áp của các động cơ điện có các nhiệm vụ sau:

1 Bảo đảm điều kiện tự mở máy của các động cơ điện quan trọng

Việc cắt động cơ ra khỏi lưới trong các trường hợp trên là vì :

- Vì điều kiện công nghệ và quy phạm an toàn không cho phép tự khởi động trở lại khi nguồn cung cấp được phục hồi trở lại sau sự cố

- Cắt một số động cơ không quan trọng để đảm bảo điều kiện tự khởi động cho các động cơ không đồng bộ quan trọng khi điện áp nguồn được phục hồi

Để bảo vệ chống điện áp giảm thấp người ta dùng 2 hoặc 3 rơ le điện áp cực tiểu làm việc qua rơ le thời gian: Ukđ = 0,6Udđ

Thời gian tác động : t=0,5-0,7(s)

2 Bảo đảm điều kiện an toàn và quá trình sản xuất

- Phải cắt một số động cơ điện mà do tính chất của quá trình công nghệ hoặc dođiều kiện an toàn không được phép tự mở máy sau thời gian sụt áp ngắn hạn.Thời gian lv: t = (6  10) giây

C ắt

BU

CCh

CCh

III.2.4: Bảo vệ kém áp cho ĐCĐ

- Bảo vệ gồm 2 cấp:

+ Cấp thứ nhất (0,5 giây) cắt một số động cơ không quan trọng để giảm nhẹ

điều kiện tự mở máy

+ Cấp thứ hai (khoảng 10 giây) cắt các động cơ vì điều kiện sản xuất không thể dừng ngay khi sụt áp

- Ngăn chặn bảo vệ khỏi tác động nhầm khi cắt biến điện áp, đưa nguồn thao tác qua tiếp điểm phụ của dao cách ly hoặc tiếp điểm liên động của tủ phân phối Khi áp tô mát tác động, tiếp điểm phụ 5 sẽ cắt nguồn thao tác ra khỏi sơ đồ bảo vệ Trong trường hợp cần thiết bảo vệ điện áp cực tiểu có thể thực hiện theo sơ đồ ba rơ le làm việc với dòng điện thao tác một chiều hoặc xoay chiều

III.2.5: Bảo vệ chống mất đối xứng

- Đối với động cơ điện nguyên nhân gây ra không đối xứng giữa các pha do:

+ Điện áp của nguồn đặt vào động cơ không đối xứng

+ Đứt một pha từ nguồn cung cấp cho động cơ

+ Đứt dây trong cuộn dây stato

- Động cơ làm việc trong chế độ không đối xứng sẽ xuất hiện thành phần dòng điện thứ tự nghịch có trị số khá lớn, vì điện kháng thứ tự nghịch của động cơ nhỏ hơn điện kháng thứ tự thuận từ 5 đến 7 lần

- Dòng điện thứ tự nghịch sẽ tạo nên từ thông thứ tự nghịch quay ngược chiều rô to với tốc độ tương đối 2 sẽ gây nên dòng điện cảm ứng rất lớn đốt nóng rô to và làm tăng nhiệt độ của cả cuộn dây stato

III.2.5: Bảo vệ chống mất đối xứng

- Để ngăn chặn bảo vệ tác động nhầm khi mở máy động cơ (có thể do ảnh hưởngcủa thành phần một chiều trong dòng điện mở máy), dùng hai rơ le quá dòng RIA,

RIC để kiểm tra dòng điện của pha A và pha C Khi dòng điện đi qua vượt quá Imm(khi động cơ mở máy), các rơ le đóng tiếp điểm thông qua cổng “VÀ” để khoá bảo vệdòng điện thứ tự nghịch

- Dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch RI2 được chỉnh định

Ikđ(RI2) = (10 ÷ 20)%IdđĐC

- Thời gian làm việc của bảo vệ khoảng vài giây

- Dòng điện khởi động của các rơ le kiểm tra dòng pha RIA, RIC:

Ikđ(RIA , RIC) = 5.IdđĐC

III.2.6: Phương thức bảo vệ cho ĐCĐ

- Phương thức bảo vệ cho động cơ không đồng bộ ba ha công suất trung bình (a)

- Động cơ công suất lớn (vài MW) (b)

- ĐcĐ lớn hơn phương thức bv giống MFĐ

a)

b)