Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của sai số máy biến dòng Điện Đến sự làm việc của bảo vệ so lệch máy biến áp

—— MG DAU Luận văn nay nghiên cứu xây dựng mô hình máy biến dong điện, mô phỏng sự làm việc của bảo vệ so lệch máy biển áp Mô hình máy biển dòng điện được xây dựng bằng dựa trên đặc tí

‘TRUONG DALHOC BACH KHOA HA NOL

HOANG HUY TUYEN

NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA SAI SO MAY BIEN DONG DIEN

DEN SU LAM VIEC CUA BAO VE SO LECH MAY BIEN ÁP

LUẬN VĂN TIIẠC 8Ÿ KỸ THUẬT

XŸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THÔNG BIEN

Người hướng dẫn khoa học: 8 Nguyễn Đức Huy

TIà Nội: 2015

——

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi nghiên cứu, tinh

——

MG DAU

Luận văn nay nghiên cứu xây dựng mô hình máy biến dong điện, mô phỏng

sự làm việc của bảo vệ so lệch máy biển áp

Mô hình máy biển dòng điện được xây dựng bằng dựa trên đặc tính kích thích trong thí nghiệm thực tế, từ đặc tính kích thích xây dựng đường cong từ

hóa của lõi thép máy biển dòng Sau đó, sử dụng mô hình máy biến dòng trên để

khảo sát đáp ứng của bảo vệ so lệch khi xảy ra bão hòa của máy biến dòng

Kết quả mô phỏng cho thấy đặc tính kích thích của mô hình máy biển dong điện được xây dựng là phủ hợp với đặc tính kích thích trong thực nghiệm Việc

sử dụng mô hình máy biến dòng nảy cho phép phân tích đáp ứng của các bảo vệ

khi xảy ra bão hòa máy biến dòng, trong nội dung luận văn sẽ tập trung vào bảo

vệ so lệch máy biến áp

Do thời gian có hạn, luận văn chưa xét đến một số yếu tổ khác của máy biến dòng ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp như sự đồng nhất của máy biến dòng và ảnh hưởng của sai số máy biến dòng đến các bảo vệ khác Các

nội dung này có thể được triển khai trong các nghiên cứu tiếp theo

Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Đức Huy cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện —

Viện Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình

trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bẻ, đồng nghiệp tạo mọi điều kiên thuận lợi và cỏ những đóng góp quý báu cho bản luận văn.

——

MỤC LỤC

LỠI CAM ĐOAN - HH HH HH HH gu ho 2

TỔ ĐẤ : tuácnnnoo hú nhang nh tin Ung tin GÌ HH HH gian HIAEH5000 i84800080G0000H8 3

1.2 Mục đích nghiên cửu in 00020 ecoeo gHasiaagsusassaauS1

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - - ¬ 12

CHƯƠNG IT: NGUYEN LY BAO VE SO LECH MAY BIỂN ÁP 13 2.1, Nguyén ly co ban ctia bao vé so léch may bién ap 2 duensseesassaosuTDi

2.3 Hãm bỏ xung khi bão hỏa từ trường hợp sự cố ngoài vũng 17

2-4 Hãm sóng hải 22 20122221 2 12222 22 0 ưu re ưa 19

2.5 Cắt nhanh với dòng sự cổ lớn — isgauersssssu -DĐÌ

2.6 Tăng cao giá trị phát hiện với dòng khởi động MBA không tải 21

2.7 Đặc tỉnh tác động của bảo vệ so lệch 8 ú š 21

2.8 Các nguyên nhân làm sai số bảo vệ so lệch máy biển áp 22252 23

2.8.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trinh đóng điện máy biển áp 23

2.8.2 Cac thành phần sóng hài trong qua trinh dong xung kích máy biến áp 25

2.8.3 Dòng từ hóa trong quả trình sự cổ ngoài vũng - - 26

3.8.4 Quá kich thích máy biến áp am SEO 27

2.8.5 Tỉ số biển đổi máy biển áp ¬ — 2.8.6 Bão hỏa máy biên đòng H0168:06050580iitag08030001060agggstsn.oiÐBl CHUONG III: XAY DUNG MO HINH MAY BIEN DONG BIEN 29

3.1 Mô hinh mạch điện thay thể và đường cong kich thich ctia may bién dong dién

29

3.2 Phương pháp xây dựng mô hình máy biển dòng điện 30

3.2.1 Đơn giản hỏa đường cong kich thích máy biên dòng 30

3.2.2 Đặc tính từ hỏa của lõi thép máy biến dòng điện ¬

3.2.3 Xác định tham số của đặc tính từ hỏa lõi thép máy biển dòng điện 33

3.3 Xây dựng mô hình máy biển dòng tử kết quả thí nghiệm kaeenuagegsasssi.fDI

3.3.1 Thông số mảy biến dòng từ thi nghiệm 2ccsscccsssccee.35)

CHƯƠNG IV: SO BO THUAT TOÁN BẢO VE SO LECH MAY BIEN AP 3 PHA 3

4.1 Quy đổi dòng điện theo tô đâu dây của máy biên áp _— 37

4.2.1 Sơ đồ lô gic gồm chức năng chính và logic khóa hải bậc 2 44

4.2.2 Tính toán các dông điện so lệch dòng điện hãm 45

CHƯƠNG V: KÉT QUÁ MÔ PHỎNG 2222222222522, — 49

——

5.1 Kiểm chứng mô hình mảy biến dòng điện 22225 se 49)

5.1.1 Sơ đồ mô phỏng mảy biến dòng điện s0 s 49

5.1.2 Kết quả mô phỏng mây biển dòng điện ee 50

5.2 Mô phỏng bảo vệ so lệch mây biển âp Ôö2i0igIađ0015/3088.4031u00a0.-154

5.2.1 Mô hình mô phỏng so lệch mây biến âp 222200 SI

5.2.2 Ket qua mĩ phong bao vĩ so lĩch 7 - - - 54

KĨT LUẬN se eer err Se rere See ree OS

TĂI LIỆU THAM KHẢO 0002 ceeerreo Mw

PHỤ LỤC TH HH 0000000000 10 te ¬—

——

DANH MUC BANG

Bảng 3.1 Thông số thí nghiệm của máy biến dòng điện 35

Hình 2.4 Đặc tỉnh làm việc của bảo vệ so lệch và đặc tính sự cô 17

Hình 2.5 Tăng cao giá trị phát hiện của giai đoạn khởi động 2

Hình 2.7 Liên kết từ thông trong lõi thép máy biến áp 2

Hình 2.8 Dòng từ hỏa của máy biến áp trong quá trình đóng xung kích 2

Hình 2.9 Dạng sóng dòng xung kích khi đóng MBA không tải 26

27

Hinh 2.10 Méi quan hệ dòng xung kích trong hỏa máy biên áp song song

Hình 2.11 Dòng từ hóa trong qua trinh quả kích thích 27

Hinh 2.12 dang song dòng điện trong quá trình bão hỏa biển đỏng, 28

Hình 3.1 Mô hình mạch thay thể máy biên dòng điện 29

Hình 3.2 Đường cong kích thích máy biển dòng điện 30

Hình 3.3 Phương pháp xác định thông số Vs và S của mô hình 31

Hình 3.4 Đặc tỉnh đơn giản hóa của đường cong kích thích 31

Hình 3.6 So sánh biên độ và giá trị hiệu dụng của sóng dạng sin và không 34

sin

Hình 3.7 Đặc tỉnh kích thích thi nghiêm của máy biến dòng 35

Hình 4.1.Sự cố ngoài vùng bảo về máy biến áp với điểm sao nối đất 39

Hình 4.2 Sự quy đổi nhóm vec tơ máy biển áp tổ đầu dây Y/A-11 40

Hình 4.3 Sơ đỏ loogie cắt bảo vệ so lệch 43

——

Hình 4.4 Sơ đô tính toán dòng so lệch 45

Hình 5.1 Sơ đồ mô phỏng máy biển dòng, 48

Hình 5.2 Đặc tính từ hòa của máy biến đỏng điện 49

Hinh 5.3, So sanh duong cong kich thich may bién dong trong thi nghiém 50

thực tế và khi sử dụng mồ hình xây dưng trên Matlab

Hình 5.4 Sơ đỏ mô phỏng bảo vê so lệch máy biển đỏng, 51

Hình 5.5 Đặc tính bão hỏa lõi thép của máy biển áp 32

Hình 5.6 Dạng sóng dòng điện khi đóng máy biến áp không tải 53

Hinh 5.7 Dac tinh cat khi dong MBA khéng tai 34

Hình 5.8 Dòng so lệch, đặc tính hãm bậc 2 đóng không tai MBA $5

Hình 5.9 Dạng sóng sự cô trong vùng ngắn mạch 3 pha phía 220kV (máy 56

biến dòng chưa bão hỏa)

Hình 5.10 Đặc tính làm việc của rơ le so lệch trường hợp ngắn mạch 3 pha 57

phía 220kV trong vùng bảo vệ (máy biển dòng chưa bão hòa)

Hình 5.11 Đặc tính hãm sóng hài bậc 2 pha A trong trường hợp ngắn mạch $8

3 pha trong vùng phía 220kV (máy biển dòng chưa bão hòa)

Hình 5.12 Dạng sóng sự cổ trong vùng ngắn mạch 3 pha phía 220kV (máy 59

biển dòng bão hòa)

Hình 5.13 Đặc tính lảm việc của rơ le so lệch trường hợp ngắn mạch 3 pha 59

phía 220kV trong vùng bảo vệ (máy bién dong bao hỏa)

Hình 5.14 Đặc tỉnh hãm sóng hải bậc 2 pha A trong trường hợp ngắn mạch 60

3 pha trong vùng phía 220kV (máy bien dong bao hoa)

——

Hinh 5.15 Dang sỏng sự có ngoải vùng ngắn mạch 3 pha phia 110kV 61

(chưa bão hỏa máy biến dòng)

Hình 5.16 Đặc tính cắt sự cố ngoài vùng ngắn mạch 3 pha phía 110kV 62

(chưa bão hỏa máy biến đỏng)

Hình 5.17 Dòng so lệch, đặc tỉnh hãm bậc 2 sự cô ngoài vủng ngắn mạch 63

3 pha phía 110kV (chưa bão hỏa máy biên dòng)

Hình 5.18 Dạng sóng sự cô ngoài vùng ngăn mạch 3 pha phía LI0kV (bão hỏa máy biên 64

dong 1 phia MBA)

Hình 5.19 Dòng so lệch, đặc tỉnh hãm bậc 2 sự có ngoài vủng ngắn mạch 64

3 pha phía 110kV (bão hòa máy biển dòng 1 phía MBA)

Hình 5.20 Đặc tính cắt (tức thời) sự cô ngoài vùng ngắn mạch 3 pha phía 65

110kV (bão hỏa máy biên dòng 1 phia MBA)

Hình 5.21 Dòng thứ cấp máy biến dòng với tải Rb=4Q và Rb=0.5Q 66

CHUONG I: MG DAU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

“Trong sơ dé bao vệ các thiết bị điện quan trọng trong hệ thống điện, nguyên

lý bảo vệ so lệch được sử dụng phổ biến nó thỏa mãn tốt các tiêu chí đảm bảo tính chọn lọc, có độ nhạy tốt, đô tin cậy cao

Đối với bảo vệ so lệch máy biến áp các tín hiệu đầu vào của bộ bảo vệ được

cấp bởi máy biển dòng điện Chất lượng của máy biến dòng ảnh hưởng trực tiếp

tới độ tin cậy của bảo vệ

Củng với đó, hiện nay việc mô hình hóa các phần tử trong hệ thông điện đã trở nên cần thiết, nhằm kiểm tra, đánh giá sư làm việc của thiết bị cả trước và sau khi áp dụng thực tế Với công cụ mô phỏng hiện đại như EMTP,

Matlab/Simulink, người nghiên cứu có thể xây dựng được mô hình rơle bảo vệ

dựa trên các giải thuât khác nhau, kết hợp với các khối thiết bị có sẵn trong thư

viên mô phỏng đề tiền hành mô phỏng các dạng sự cố và phân tích sự làm việc

của rơle Mặt khác, công cụ mô phỏng giải thuật làm việc của rơ le kỹ thuật số

còn có thể được sử dụng để phân tích các bản ghi sự cố và đối chứng với sự làm

việc của các rơ le trên thực tế Từ các kết quả mô phỏng, người sử dụng có thể đánh giá lượng hóa được ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự làm việc của rơ le kỹ thuật số, từ đó đưa ra các điều chỉnh phủ hợp về mặt chỉnh định các thông số cài đặt, cũng như lựa chọn hợp lý các thiết bị đo lường và mạch nhị thứ 1.2 Mục đích nghiên cứu

——

Mục đích của đề tài xây dựng mô hình máy biến dỏng điện, mô phóng sự làm việc của bảo vệ so lệch máy biển áp khi bão hòa may biến dong dựa trên phần

mém MATLAB

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình máy biến dòng điện dựa trên đặc tính

kích thích thu được từ thực nghiệm, thuật giải và mô phỏng bảo vệ so lệch máy

biến áp khi có sai số của máy biến dòng điện

1.4 Nội dung của luận văn

Luận văn có 5 chương

Chương I mở đầu giới thiệu mục đích nội dung của để tài

Chương II trình bảy lý thuyết cơ bản về bảo vệ so lệch, các yếu tổ ảnh

hưởng tới bảo vệ so lệch

Chương III xây dựng mô hình máy biến dòng từ kết quả thí nghiệm

Chương IV sơ đỗ thuật toán bảo vệ so lệch

Chương V mô phỏng đánh giá đáp ứng của mô hình máy biến dòng điện và

đánh giá sự làm việc của bảo vệ so lệch.

CHUONG II: NGUYEN LY BAO VE SO LECH MAY BIEN AP

2.1 Nguyên lý cơ bản của bảo vệ so lệch máy biến áp

Bảo vệ so lệch là làm việc theo nguyên lý so sánh dỏng điện và cũng được

hiểu theo nguyên lý cân bằng dong Chung str dung nguyên tắc trên thực tế là dòng rời khỏi một đối tượng bảo vệ trong điều kiện bình thường bằng dòng đưa vào nó[1] Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thi sự cố bên trong vùng bảo vệ Các cuộn dây thử cấp của biến dòng CT1 và CT2 có củng tỷ số biến, được nối để có dòng điện như hình vẽ (hình 2.1) Thành phần đo M được nối ở điển cân bằng điện Trong điều kiện bình thường không có dòng điện chạy qua thành phần đo

Đối với các sự có xảy ra bên ngoài vùng bảo vệ và ở chế độ vận hành bình

thường, thì dòng điện phía thứ cấp trong hình 2.2 ở trong rơ le bảo vệ là giá trị

của dòng điện chênh lệch trong các dòng điện kích thích của các máy biến dòng

điện được đấu nói theo kiểu so lệch nhau Trong hình vẽ này biểu diễn sự phân

bố dòng điện trên mỗi pha Về trị số dong dién, thi il va i2 là dòng điện sơ cấp trên các đường dây đi vào hoặc đi ra khỏi vùng bảo vệ Còn 1l và 12 là dòng điện tính theo đơn vị ampe của phía thứ cấp máy biến dòng và bằng dòng điện sơ cấp chia cho tỷ số biến của máy biến dỏng rồi trừ đi dòng điện phía thử cấp

i;

Hình 2.2 Sự cố ngoài vùng bảo vệ Khi có sự cố ngoài vùng gây ra dòng ngắn mạch lớn chạy qua vùng bảo vệ,

các đặc tính từ hóa khác nhau của biến dòng trong điều kiện bão hỏa từ hóa gây

ra dòng điện đáng kể chạy qua M Nếu dòng này nằm trong ngưỡng tác đông, hệ

thống đưa ra lệnh cất Vì vậy cần có cơ chế hạn chế ảnh hưởng sai số của máy

biến đòng được gọi là cơ chế hãm

Trong bảo hệ thống bảo vệ so lệch, đối tượng bảo vệ với hai phía dòng điện

hãm được suy ra từ dòng so lệch do vậy dòng hãm được tính bằng |I-l;| (với quy

ước chiều dòng điện đi vào đối tượng được bảo vệ), hoặc bằng [I|+|I;|

Dong so lệch Isl (làm việc ) xác định theo:

——

Con dòng hãm được tính theo công thức

Giá trị của dòng điện hãm và so lệch trong trường hợp sự cố ngoài ving,

hoặc trong điều kiên làm việc bình thường: II là dòng điện thứ cấp máy biến dòng đi vào vùng bảo vệ, 12 là dòng điện thứ cấp máy biến dòng đi ra khỏi ving

bảo vệ, trong trường hop nay I = -I; ; và do đó |I| = ||

Đối với các sự cố xây ra bên trong vùng bảo vệ, như được biểu diễn trong

hình 2.3 dòng điện tác đông của rơ le bảo vệ so lệch bằng tổng của các dong

điện đầu vào cấp cho điểm sự cố Đây là dòng điện sự có tổng theo đơn vị ampe phía thử cấp

Hình 2.3 Sự cố trong vùng bảo vệ

——

Khi có sự cố bên trong phần tử được bảo vệ, các dòng điện ở mỗi đầu

không bằng nhau Thành phan M đo được dỏng 1+1; tỷ lệ với dòng i¡+i; là tổng

dong su có chay từ hai phía Nếu dòng điện I¡+l; này đủ lớn, bảo vệ so lệch tác

đông và cắt máy cắt ở hai phía của phần tử bảo vệ

Còn dòng hãm được tính theo công thức

Giá trị của dòng điện so lệch và dòng hãm trong các trường hợp sự cố trong

vùng được tỉnh như sau:

mach trong vùng dòng hai phía bằng nhau [,=1,

Giá trị tổng đại số dòng so lệch và dòng hãm bằng nhau

mạch trong vùng với dòng chỉ một phía ( từ phía cao áp)

Ta thấy gia tri tổng đại số dòng so lệch vả dòng hãm là bằng nhau Ảnh hưởng tác động giá trị của dòng so lệch và dòng hãm tương đương nhau bằng

tổng dòng điên sự cố chạy qua mỗi phía Phân tích trên cho thấy rằng với sự cố

trong vùng lạ, = l„ vì vây đường đặc tính sự cố trong vùng là đường thẳng Với

độ dốc = 1 (45) đặc tính tác đông của chức năng bảo vệ so lệch theo hình 2.4.

Hình 24 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch và đặc tính sự có

2.3 Ham bỗ xung khi bão hỏa từ trường hợp sự cố ngoài vùng

Đô bão hòa của các máy biến dòng gây ra bởi dong sw cố tăng cao và/hoặc hằng số thời gian của hệ thống dài không ảnh hưởng nhiều đến các sự cổ trong vùng bảo vệ vì giá trị sai số này được thể hiện cả trong dòng điện so lệch và

dòng điện hãm, với cùng độ lớn

Khi ngắn mạch ngoài vùng sinh ra một dòng sự cố lớn gây ra bão hỏa biến dòng Một dòng so lệch tăng lên đáng kể có thể được tạo ra, đặc biệt trong trường hợp mức độ bão hỏa biên dòng khác nhau ở hai phía Nếu giá trị lạ /Iạ đủ lớn nằm trong vùng tác động của đặc tính cắt như hình 2.4, có tín hiệu gửi đi cắt máy cắt sẽ thực hiện ngay (bảo vệ tác động nhầm) nêu không cỏ thêm những biện pháp đặc biệt nào khác

Đường nét đứt trong hình 2.4 cho ta một ví dụ về hình dạng của giá trị tức

thời trong thời gian sự cố với CT bao hỏa ở một bên Ngay sau khi bắt đầu có sự

cố tại điểm (A) dòng sự cố tăng do đó tạo ra giá trị dòng hãm lớn (có trị số bằng

2 dòng điện chạy qua) Ngay lập tức của biến dòng bão hòa (B) xuất hiện giá trị dòng so lệch được tạo ra độ lớn dòng hãm là giảm xuống Kết quả là, điểm làm việc lạ, / I„ chuyển dịch sang vùng tác động (C) Ngược lại, đối với sự cố trong vùng, các điểm làm việc di chuyển ngay lập tức cùng đặc tính sư cô (D)

Hiện tượng bão hỏa máy biến dòng trong suốt quá trình sự có ngoải được

phát hiện bởi dòng hãm với điểm làm việc nhanh chóng chuyển vảo vùng hãm

bổ xung Đão hỏa máy biển dòng được phát hiên ở ngay 1⁄4 chu kỳ đầu xảy ra sự

cố khi sự cố ngoài vùng bảo vệ nhận biết được bảo vệ so lệch sẽ khóa với thời

gian chỉnh định được Sự khóa nảy sẽ được giải trừ ngay sau khi điểm làm việc

chuyền sang điểm làm việc ổn định (quá ít nhất một chu ky) gần đặc tính sự cố

(lớn hơn 909% độ dốc của đặc tinh sự cố) Điều này cho phép phát hiên sự cố chính xác trong vùng bảo vệ một cách đáng tin cậy kể cả sau khi sự cố ngoài với

bão hỏa máy biến dòng [3] Vùng hãm bổ sung có thể hoạt động độc lập trên từng

pha được Chúng ta có thể cài đặt các thông số cho mỗi pha để phát hiện số sự cố ngoài như là khóa pha này hoặc cũng có thể khóa các pha khác.(vì vậy gọi là

chức năng khóa chéo)

Hơn nữa hãm bổ sung có hiệu lực khi hằng số thời gian DC khác nhau ở các mạch thứ cấp trong điều kiện có đòng chạy qua, tức là các thành phần DC nhất thứ đã được chuyển đổi không băng với thành phần DC thứ cấp do hằng số thời gian khác nhau của mạch nhị thứ Điều này tạo ra một thành phần DC trong dòng

so lệch làm tăng các giá trị phát hiện (khởi động) của bảo vệ so lệch trong một thời gian ngắn

——

2.4 Ham song hai

Khi dong cat may bién ap không tải hoặc kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện có thể xuất hiện dòng điện từ hóa tăng đột biến Dòng từ hóa nảy có thể lớn gấp nhiều lần dòng định mức Idm và cỏ thể tạo thành dòng so lệch Dòng điện này có thể xuất hiện khi đóng máy biến áp làm việc song song với máy biến

áp đang vân hành hoặc qua kích thích máy biến áp chúng sinh ra các thành phần sóng hài Dòng so lệch cũng có thể được sinh ra do dòng từ hóa gây ra bởi sự

tăng điện áp và/hoặc giảm tần số

Dòng xung kích máy biến áp có thể lên đến một bội số của dòng điện và

được đặc trưng bởi thành phần hải bậc hai đáng kể (có tần số gấp đôi tần số định mức) trong thực tế hài bậc hai không xuất hiện trong trường hợp ngắn mạch Do

đó, người ta tách thành phần bậc hai ra để phục vụ cho mục đích hãm bảo vệ

Nếu thành phần bậc hai vượt quá ngưỡng (có thể chọn), bảo vệ so lệch sẽ

được khóa để tránh tác động nhầm Bên cạnh sóng hai bậc 2 được chọn khóa bảo

Vệ, các sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để khỏa bảo về, ví dụ có thể lựa

chọn sóng hải bậc 3 và bậc 5

Quá kích thích của sắt từ máy biến áp được đặc trưng bởi sự xuất hiện của

các sóng hài bậc lẻ Như vậy, sóng hài bâc 3 và bậc 5 phủ hợp để phát hiện các

hiện tượng như vậy Quá kích thích lõi thép được đặc trưng bởi xuất hiện các

thành phần sóng hài bậc lẻ trong dòng điện Vỉ vậy sóng hài bậc 3 và bậc 5 thích

hợp để phát hiện ra các hiện tượng này Nhưng vì các thành phần sóng hài bậc 3

thường bị loại trừ ở các máy biến áp lực (bằng cuộn đấu tam giác), nên sóng hài bậc 5 thường được sử dụng để phát hiện hiên tượng quá kích thích mạch từ

——

Độ lớn dòng so lệch được xác bởi các thành phần sóng hài Các bộ lọc số

được sử dụng để thực hiện phân tích Fourier của các dỏng so lệch Ngay sau khi phân tích thành phần hài vượt quá giá trị thiết lập, giải pháp được đưa ra hãm ở pha tương ứng Các thuật toán lọc được tối ưu hóa đối với diễn biến thoáng qua của nó với như vậy mà biện pháp hãm bổ sung trong điều kiện ổn định động là không cân thiết

Kế từ khi hãm sóng hài làm việc độc lập theo từng pha bảo vệ vẫn làm việc

đầy đủ ngay cả trong trường hợp đóng xung kích máy biến áp khi sự cố một pha

trong khi đó dòng xung kích xuất hiện ở các pha không sự cố Tuy vậy, cũng có

thể thiết lập bảo vệ như vậy để không chỉ pha có dòng xung kích chứa sóng hài

vượt quá ngưỡng cho phép hãm được mà những pha khác của cấp bảo vệ so lệch

cũng bị khóa được gọi là chức năng khóa chéo Chức năng khóa chéo này có thể

bị giới hạn trong khoảng thời gian lựa chọn

2.5 Cắt nhanh với dòng sự cổ lớn

Khi giá trị dòng điện so lệch vượt một ngưỡng nhất định thì các rơ le bảo vệ

có thể cho phép cắt nhanh không chọn lọc đối tương được bảo vệ Trường hợp này thường ứng với giá trị dòng điện ngắn mạch lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch tính toán lớn nhất có thể đi qua đối tượng bảo vệ Trong trường hợp nảy,

điểm làm việc của bảo vê so lệch nằm trên đường đặc tính D (hình 2.4) Đối với máy biến áp, giá trị dòng so lệch cho ngưỡng cao thường được xác định bằng

1/0y% trong đó Uy% là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp Khi dòng so

lệch vượt quả ngưỡng này, có thể cho phép bảo vệ tác động ngay.

2.6 Tăng cao giá tri phát hiện với dòng khởi đông MBA không tải

Hinh 2.5 Tang cao gia tri phat hiện của giai đoạn khởi động

Sự gia tăng các giá trị khởi động của bảo vệ khi mở máy đặc biệt thích hợp khi nguyên lý bảo vệ so lệch được sử dụng để bảo vệ cho các động cơ Khi đóng đông cơ điện, dòng so lệch có thể xuất hiện nếu các biến dòng vẫn còn chứa độ

từ dư khác nhau trước khi cấp điện Mae di dong so lệch rất là nhỏ chúng có thể làm hư hỏng nếu bảo vệ so lệch đặt rất nhậy

Để ngăn ngừa tác động nhằm khi khởi động các động cơ, có thể sử dụng giải pháp tăng giá trị mở máy khi khởi động Ngay khi dòng hãm của một pha

giảm xuống dưới một giá trị đặt, giá trị khởi động của bảo vệ sẽ được tăng lên,

theo một hệ số có thể chỉnh định được

2.7 Đặc tính tác đông của bảo vệ so lệch

Theo hình vẽ 2.6 đường đặc tính tác đông gồm 04 đoạn:

Nhánh a mô tả ngưỡng độ nhậy của bảo vệ so lệch biểu thị dòng điện khởi

——

đơng ngưỡng thấp (Ià> ) Nhánh nảy là ngưỡng tác đơng thấp của bảo vệ so

lệch, được xác định dựa trên sai số cơ định của dong dién so lệch Trong trường hợp bảo vệ so lệch cho máy biến áp dịng điện này chính là dịng từ hĩa máy biến áp

Hình 2.6 Đặc tinh tác động của bảo vệ

Nhánh b đặc tính xem như lả dịng điên tỷ lệ thuận với dịng sự cố, với

nguyên tắc khi dịng sự cố tăng thì sai số do các máy biến dịng cũng tăng lên

Nhánh nảy cũng được sử dụng để ngăn ngừa sự tăng lên của dịng điện so lệch

trong điều kiện làm việc bình thường, khi cĩ sự thay đổi đầu phân áp của máy

biến áp điều áp dưới tải

Nhánh c : trong dải dỏng điện tăng cao làm tăng đơ bão hỏa từ máy biến

dịng xuất hiện hiện tượng các máy biến dịng bão hịa khơng giống nhau vì vậy

——

ngưỡng tác đông cần phải được tăng lên nhiều hơn Trong phạm vi nảy, độ bão

hỏa của các máy biến dòng ở mức cao nên nhánh c có độ dốc cao hơn nhánh b

Doạn d : giá trị khởi động bảo vệ đặt ở ngưỡng cao Khi dòng so lệch trên nhánh này vượt ngưỡng bảo vệ sẽ đi cắt ngay (cắt không thời gian) bất kế độ lớn dong hãm là bao nhiêu và độ lớn sóng hài hãm bảo vệ

Độ lớn dòng so lệch và dòng hãm được so sánh bởi bảo về so lệch với đặc

tính làm việc theo hình 2.6 Nếu dòng này đủ lớn đi vào một vị trí trong khu vực

tác đông, tín hiệu đi tác động được đưa ra Nếu các điều kiện dòng dién Is, /Iy

xuất hiện gần đặc tính sự cố (> 90% độ dốc của đặc tính sự cố) sẽ cho ra ngay tín hiệu tác động đi cắt

2.8 Các nguyên nhân làm sai số bảo vệ so lệch máy biến áp

2.8.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp

Xem xét sự cấp điện không tải mô tả ở hình dưới hình 2.7 Máy cắt coi như

là đang đóng nguồn áp cấp đến máy biến ap dong tir hoa lay từ nguồn Nguồn áp

——

Nếu chúng ta bỏ qua điện trở của nguồn cấp và độ tự cảm rò rỉ trong các

mạch từ, các từ thông liên kết vòng của lõi may biến áp được xác định bởi

Lưu ý rằng các tử thông liên kết vòng và do đó dòng từ hóa là liên tục tại t = 0, khi máy cắt được đóng Phương trình (2 - 11) giả định rằng không có từ dư còn

lại trong lõi thép Bất kỳ từ dư cũng phải được thêm vảo phía bên phải của

phương trình này

Trong thực tế độ tự cảm từ hóa trong máy biến áp là phi tuyến Xem xét hai

độ dốc của một đặc tính từ hóa thể hiên trong hình 2.8 Như là đô liên kết từ

thông chạy trên điểm gẫy bão hòa, xuất hiện một dòng điện lớn hơn rất nhiều được lấy ra từ nguồn Độ lớn (biên độ) của dỏng điện này được xác định bởi độ

dốc của đặc tính từ hóa trong khu vực bão hòa và bởi điện cảm rò rỉ (dòng điện rỏ) của máy biến áp Rõ ràng thấy dòng mở máy biến áp có thể là một dạng gây

ra dòng sự cô bởi vì có tổn thất trong mạch từ dòng từ hóa sẽ suy giảm nhỏ hơn

giá trị dòng danh định được thể hiện ở hình 2.8(b) Hằng số thời gian vài giây là

phổ biến trong một số máy biên áp lực hiện đại

——

Trong thực tế độ tự cảm từ hóa trong máy biến áp là phi tuyến Xem xét hai

độ dốc của một đặc tính từ hóa thể hiện trong hình 2.7 xắp xỉ nhau Như là độ liên kết từ thông chạy trên điểm gẫy bão hòa, xuất hiện một dòng điện lớn hơn

rất nhiều được lấy ra từ nguồn Độ lớn (biên độ) của dòng điện nảy được xác

định bởi độ dốc của đặc tính từ hóa trong khu vực bão hòa và bởi điện cảm rò rỉ

(dòng điện rò) của máy biến áp Rõ ràng thay dong mở máy biến áp có thể là một đạng gây ra dòng sự cổ bởi vì có tổn thất trong mạch từ dòng từ hóa sẽ suy giảm

nhỏ hơn giá trị dòng danh định được thể hiện ở hình 2.8 Hằng số thời gian vài

giây là phổ biến trong một số máy biến áp lực hiện đại

Trong hầu hết các máy biến áp hiện đại 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 từ thông trong lõi biến ấp Kể từ khi có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp mà chưa có dòng chạy trong cuộn thử 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 đông

sai của bảo vệ

2.8.2 Các thành phần sóng hải trong quá trình đóng xung kích máy biến áp

Để ngăn ngừa bảo vệ tác động nhằm bằng cách tận dụng thực tế là dong khởi động máy biến áp rất giàu thành phần sóng hài

Hình 2.9 là dạng sóng dòng điện đặc trưng khi đóng máy biến áp không tải

Có thể thấy do hiên tượng bão hòa mạch từ của máy biến áp, dạng sóng dòng điện của phía sơ cấp máy biển áp có thể đạt giá trị khá cao, và có đô méo (không sin) lon

“le Nea eye se aA so

Hinh 2.9 Dang song dong xung kich khi dong MBA không tải

2.8.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng

Khi có một sự cố bên ngoài, nhưng gần các máy biến áp được tách ra bằng

máy cắt thích hợp, các điều kiện bên trong lõi sắt biến áp là khả tương tự như

trong từ hóa của máy biển áp Như là khi điện áp được cấp cho cuộn dây máy biến áp nhảy từ một giá trị thấp (điểm sự cố đầu) tăng đến giá trị bình thường

(hoặc lớn hơn), các từ thông liên kết trong lõi biển áp một lần nữa lại buộc phải

thay đổi từ một giá trị (vị trí sự cố đầu) thấp đến một giá trị gần với bình thường

điểm (vị trí sự cổ) Tùy thuộc vào thời điểm mả tại đó các lỗi được lấy ra, quá

trình chuyển đổi có thể mạnh phụ thuộc một đô lệch dòng một chiều DC trong từ

thông liên kết vòng, và dạng sóng dỏng điện trong cuộn sơ cấp như gặp phải

trong quá trình đóng điện máy biến áp sẽ cho kết quả tương tự Cần lưu ý rằng không có từ thông còn lại (từ dư) trong lõi sắt từ trong quá trình này, dòng điện này nói chung nhỏ hơn nhiều trong quá đóng điện mảy biến áp

Hinh 2.10 Méi quan hé dong xung kich trong hoa may bién ap song song

2.8.4 Qua kich thich may bién ap

Trong khi cắt loại bỏ tải và điều kiện vận hành nào đó khác Một máy biến

áp có thể bị quá áp một trang thái Ổn định ở tần số danh định của nó Trong quá

trình quá kích thích, từ thông biến thiên vẫn còn đối xứng, nhưng đi vào bão hòa

bằng của các chu kỳ trong dương và âm nửa chu kỳ của dạng sóng Với điều kiện này được minh họa trong hình 2.11

——

2.8.5 Tỉ số biển đổi máy biến áp

Để bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc được, 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, trong quá trình vận hành, tỉ số vòng dây của các máy biến ap co thé thay đổi được (Với các máy biến

áp có đầu phân áp và điều áp dưới tải) Khi đầu phân áp không ở vị trí định mức,

sẽ tạo ra thêm một sai số nhỏ nữa trong tính toán dòng điện so lệch

2.8.6 Bão hòa máy biến dòng

Với những sự có ngoài vùng, ở đó dòng sự cố lớn, có khả năng là một trong những biến dòng có thể bão hòa Kết quả dạng sóng dòng điện của biến dòng cuôn dây thứ cấp được thể hiện trong hình 2 12 Dòng so lệch chạy trong rơle sẽ tương đương với khu vực gạch chéo, đó là sự khác biệt giữa các dạng sóng dòng

điện chưa bão hỏa và các dạng sóng dòng điện bão hòa

Hình 2.12 dạng sóng dòng điện trong quá trình bão hỏa biến dòng

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY BIÊN DÒNG ĐIỆN

Máy biến dòng điện (TD) là thiết bị điện dùng để biến đổi dòng điện có trị số

lớn và điện áp cao xuống dòng điện có trị số tiêu chuẩn SA hoặc 1A, điện áp an

toàn để cung cấp cho mạch đo lường, điều khiển và bảo vệ

Trong thực tế số liêu thí nghiệm máy biến dòng tại hiện trường cho ta đặc tính kích thích của máy biến dòng, để mô phỏng lại máy biến đông trong môi

trường Matlab cần thiết xây dựng đường cong từ hóa của lõi thép máy biến dòng

Mô hình mạch điện thay thế máy biến dòng gồm: Máy biến dòng lý tưởng

nỗi song song với cuôn cảm phi tuyến đặc trưng bởi mối quan hệ giữa từ thông

chính móc vỏng qua các cuộn dây, mối quan hệ giữa từ thông và dòng điện trong

cuộn dây máy biển dòng[4]

Đường cong kích thích của máy biến dòng là đường cong biểu diễn mối quan hệ

giữa giá tri hiệu dụng của điện áp kích thích và dòng điện kích thích của máy

biến dong điện Đường cong kích thích được thí nghiệm và cung cấp béi nha san

xuất biểu diễn trên trục đồ thị log-log

Ve

te

Hình 3.2 Đường cong kích thích máy biến dòng điện

Trên đồ thị thường quan tâm tới vị trí gãy của đường cong kích thích để điên áp

kích thích tăng 10% dòng điện kích thích tăng 50% hoặc định nghĩa khác là tại vị trí mà đường cong từ hóa trên đồ thi log-log nghiêng góc 45

Trong môi trường Matlab/simulink mồ hình máy biến dòng tương tự như trên,

tuy nhiên điện kháng phi tuyến được đặc trưng bởi đường cong từ hóa (từ thông

chính trong lõi thép và dòng điện từ hóa) Đường cong từ hóa cho phép ta xác

định được các thông số tức thời của máy biến điện áp đối với 1 kích thích xác

định Để mô phỏng được máy biến dòng điện cần xây dựng đường cong từ hóa

của lõi thép máy biến dòng điện đó

3.2 Phương pháp xây dựng mô hình máy biến dòng điện

3.2.1 Đơn giản hóa đường cong kích thích máy biến dòng

Trên đường đặc tính kích thích của máy biến dòng ta quan tâm tới điện áp bão hóa (Vs) tại điểm điên dòng điện kích thích là 10A Giá trị 10A tính theo tiêu chuẩn của máy biến dòng 10P20 loại đầu ra là 5A, theo đó tại dòng điện 20 lần dòng định mức thì sai số của biến dong là 10% Ví dụ, như với máy biến

30

——

dòng C400 theo tiêu chuẩn với điện áp hiệu dụng 400V thì sai số dòng điện là

10A, để chính xác ta xác định lại giá trị Vs hơn là sự dụng giá trị 400V, thực tế với CT loại C400 điện áp tại điểm có dòng kích thích 10A là 423 VỊ4]

Ngoài ra trên đặc tính kích thích ta quan tâm tới độ đốc (1⁄s) của đặc tính

khi đã xảy ra bão hỏa

——

3.2.2 Đặc tính tử hóa của lõi thép máy biến dong điện

Doan đặc tính với đô dốc 1⁄s trên hình 3.3 là trên đỗ thị log-log mối quan hệ giữa

điên áp kích thích (V,) và dòng kích thích (V,) là phi tuyến Phương trình toán

học ứng với đặc tính kích thích khi đã đơn giản hỏa như sau

thời (1) và dòng điện kích thích tức thời (ie) Có thể giả thiết mối quan hệ đó dựa

——

3.2.3 Xác định tham số của đặc tính từ hóa lõi thép máy biến dòng điện

Để có được đặc tính từ hòa lõi thép máy biến dòng điện theo biểu thức 3.4

cần xác định được giá trị của hệ số A

Mối quan hệ giữa từ thông liên kết (A) và điện áp kích thích tức thời (v;)

theo định luật Faraday, khi bỏ qua điện trở không đáng kể của cuôn dây thứ cấp

(Ry) ctia may bién dong ta co:

di

Giả thiết với điện áp kích thích dạng sin

Dòng điện kích thích là không sin, hàm lũy thừa bậc s của 2

Giá trị hiệu dụng được định nghĩa

Hình 3.6 So sánh biên độ và giá trị hiệu dụng của sóng dạng sin và không sin

“Trên hình 3.6 ví dụ so sánh giữa biên độ và giá trị hiệu dụng của điện áp kích

thích dạng sin và dòng điện kích thích sinh ra dạng không sin giả trị của RP cảng

3.3 Xây dựng mô hình máy biến dòng từ kết quả thí nghiệm

3.3.1 Thông số máy biến dòng từ thí nghiệm Máy biến dòng được mô phỏng có thông số 400/5 loại 10P20 kết quả thí nghiệm

Bảng 3.1 Thông số thí nghiệm của máy biến dòng điện

Điện áp (V) 1553475] 1542525] 1539675] 1530705] 152.0925] T50867[ 1491345] 147015 Đồng dign (A) | 0.1253274 | 0.102412 | 0.0903417 | 0.070613 | 0.0526517 | 0.037191 | 0.0244536 | 0.014571 Điện áp (V) 144.3465 | 140.9745] 136761 | 1320855 | 1272285 | 122283 | 1173015 [ 1123275 Đồng điện (A) | 0.0076347 [ 0.0035771 | 0.0018111 | 0.0011501 | 0.0008784 | 0.0007518 | 0.0006782 | 0.0006297 Điện áp (V) 107.3175 | 102.321 | 973365 92.328] 87.327| 82338] 77.322| 72303 Dong dign (A) | 0,0005991 | 0.000569 | 0.005339 | 0.000504 | 0.0004733 | 0.0004413 | 0.004131 | 0,0003875 Điện áp (V) 6732| 62299S| 572775| 322838| 47271| 42259%| 372525| 322365 Đồng điện (A) | 0.0003611 | 0.0003365 | 0.0003135 | 0.0002904 | 0.0002673 | 0.0002438 | 0.0002199 | 0.0001959 Điện áp (V), 27.2415 | 23.2255 17217| 122085 7.1935 2175

Đồng điện (A) | 0.0001725 | 0.0001482 | 0.0001224 | 0.0000948 | 0.0000651 | 0.0000309

35

Chương trình tỉnh toán tham số mô phỏng của máy biến dong điện dựa trên đặc

tính từ hóa thí nghiệm được trình bày trong phụ lục

36