Một số vấn đề về bảo vệ rowle cho máy biến áp điện lực sử dụng rơle д 3t 11 để bảo vệ cho máy biến áp

Tỉ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn sao cho: IIT IT I I Các cuộn dây thứ cấp của các máy biến dòng được nối như thế nào đó để khi máy biến áp mang tải và khi ngắn mạch ngoài đ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ THU HIỀN

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO

MÁY BIẾN ÁP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN QUÂN NHU

Ngày giao đề tài :

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu tham khảo

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu Hiền

i

MỤC LỤC MỤC LỤC i

DANG MỤC CÁC BẢNG iv

DANG MỤC CÁC HÌNH VẼ iv

MỞ ĐẦU 1

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 4

1.1 CÁC LOẠI BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 4

1.1.1.Các dạng sự cố và các loại bảo vệ 4

1.1.2 Các chế độ làm việc không bình thường đối với máy biến áp và các loại bảo vệ 4

1.2 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC CHO MÁY BIẾN ÁP (87T) 6

1.2.1 Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch 6

1.2.2 Một số nguyên nhân gây ra dòng điện không cân bằng trong bảo vệ so lệch, các biện pháp khắc phục, xác định dòng khởi động của bảo vệ 7

1.2.3 Bảo vệ so lệch có rơle dòng mắc qua máy biến dòng bão hoà nhanh 16

1.2.4 Chọn các tham số của bảo vệ dùng biến dòng bão hoà nhanh 17

CHƯƠNG 2 26

NGHIÊN CỨU CHỨC NĂNG CỦA Д3T – 11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP 26

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 26

2.1.1 Cấu tạo của rơ le Д3T – 11 26

2.1.2 Tính năng và phạm vi điều chỉnh của rơ le Д3T – 11 32

2.2 ỨNG DỤNG CỦA RƠ LE Д3T – 11 TRONG BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN 33

CHƯƠNG 3 39

ii

TÍNH TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH DÙNG MÁY BIẾN DÕNG BÃO HÕA TRUNG GIAN CÓ ĐẶC TÍNH HÃM (RƠLE LOẠI Д3T-11) 39

3.1 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 39

3.1.1 Xác định dòng sơ cấp ở tất cả các phía của máy áp được bảo vệ tương ứng với công suất định mức (công suất của cuộn khỏe nhất) 39

3.1.2 Chọn phía có tổ máy biến dòng nối với cuộn hãm của rơle 39

3.1.3 Trong những trường hợp khi nhìn vào sơ đồ nối máy biến áp 40

3.1.4 Xác định số vòng của cuộn dây làm việc đối với phía cơ bản 40

3.1.5 Xác định số vòng cần thiết của cuộn hãm 40

3.1.6 Xác định các dòng ngắn mạch sơ cấp, các dòng thứ cấp tương ứng và hệ số độ nhậy kn 41

3.1.7 Xác định dòng sơ cấp tại chỗ ngắn mạch và các dòng sơ cấp tương ứng trong các cuộn hãm làm việc IlvT ở các phía của máy dòng trong cuộn hãm IhT 41

3.1.8 Theo các giá trị của IlvT và IhT đã tính được trong mục 7 41

3.1.9 Theo đặc tính khởi động tính toán của rơle 41

3.1.10 Xác định hệ số độ nhậy kn (hãm) trong những trường hợp ngắn mạch 41

3.2 ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ SO LỆCH 42

CHƯƠNG 4 43

XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM TỪ MÔ HÌNH SỬ DỤNG Д3T-11 BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP TẠI PHÕNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 43

4.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 43

4.1.1.Sử dụng 3 rơ le so lệch có hãm Д 3T-11 43

4.1.2 Sử dụng bộ tạo nguồn dòng 3 pha 44

4.1.3 Sử dụng bộ tạo nguồn áp 3 pha 44

iii

4.1.4 Rơ le thời gian 45

4.1.5 Sử dụng máy biến áp lực 3 pha 2 cuộn dây 6/0,4kV – 160kVA 46

4.1.6 Bảng thí nghiệm 47

4.2 CÔNG DỤNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 48

4.2.1 Công dung 48

4.2.2 Điều kiện làm việc 49

4.2.3 Yêu cầu về an toàn khi sử dụng bàn thí nghiệm: 49

4.3.BÀI THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 51

4.3.1.Sơ đồ nguyên lý 51

4.3.2 Trình tự thí nghiệm 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

iv

DANG MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 – Bảng thụng số thớ nghiệm 1 pha khi sự cố trong phạm vi bảo vệ 55 Bảng 4.2 – Bảng thụng số thớ nghiệm 1 pha khi sự cố ngoài phạm vi bảo vệ 56 Bảng 4.3 – Bảng thụng số thớ nghiệm 3 pha khi sự cố trong phạm vi bảo vệ 60 Bảng 4.4 – Bảng thụng số thớ nghiệm 3 pha khi sự cố trong phạm vi bảo vệ 61 DANG MỤC CÁC HèNH VẼ Hỡnh 1-1 Nguyờn lý tỏc động của bảo vệ so lệch dọc cho mỏy biến ỏp 2 cuộn dõy (hoặc 3 cuộn dõy) 6

Hỡnh 1- 2 Sơ đồ đấu mỏy biến dũng để bự gúc lệch pha 9

Hỡnh 1 - 3 Bảo vệ so lệch dựng biến dũng tự ngẫu 11

Hỡnh 1-4 Nguyờn lý tỏc động của bảo vệ so lệch dựng mỏy biến dũng bóo hoà nhanh 12

Hỡnh 2.1 : Sơ đồ nguyờn lý của rơ le Д3T – 11 27

Hỡnh 2.2 : Sơ đồ vị trớ cỏc cuộn dõy trờn mạch từ của rơ le Д3T – 11 28

Hỡnh 2.3 : Sơ đồ nguyờn lý điều chỉnh số vũng dõy của cỏc cuộn dõy 29

Hỡnh2 4 : Hỡnh ảnh về rơ le Д3T – 11 30

Hỡnh 2.5: Quỏ trỡnh điện từ xảy ra bờn trong rơ le Д3T – 11 31

Hỡnh 2.6: Đặc tớnh khởi động của rơle loại Д3T – 11 32

Hỡnh 2.7: Xỏc định sức từ động làm việc khởi động của rơ le theo đặc tớnh khởi động khi độ hóm lớn nhất 33

Hỡnh 2.8 : Một số vớ dụ về sơ đồ nối dõy của mỏy biến ỏp tăng ỏp 3 cuộn dõy hoặc tự ngẫu sử dụng rơ le so lệch cú hóm Д3T – 11 35 Hỡnh 2.9 : Sơ đồ nối cuộn hóm của rơle Д3T – 11 vào mỏy biến ỏp giảm ỏp 37 Hình 3.1: Sơ đồ tính toán (a) và các sơ đồ thay thế thứ tự thuận (ngịch) (b) và

v Hình 3.2: Dòng điện chạy qua máy biến áp khi ngắn mạch ngoài (tính trong

hệ đơn vị tương đối với điện cơ bản bằng dòng định mức của máy biến áp) Hình 3.3: Sơ đồ nối Rơle Д3T-11 để thực hiện bảo vệ so lệch máy biến áp Hình3 4: Sự phân bố dòng điện khi ngắn mạch nhiều pha trong vùng bảo vệ Hình 3.5: Sự phân bố dòng điện trong các mạng thuận (nghịch) (a), không (b)

và trong các cuộn dây của máy Hình 3.6: Tính độ nhậy của bảo vệ máy biến áp bằng rơle Д3T-11

có vị trí địa lý thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy thủy điện, còn các nhà máy nhiệt điện được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu Vấn đề đặt

ra là làm sao truyền tải được điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục, an toàn và kinh tế nhất Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi có hiệu quả các thiết bị bảo vệ, thông tin đo lường, điều chỉnh và điều khiển tự động trong hệ thống điện

Trong số các thiết bị này, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc duy trì sự làm việc ổn định của bất kỳ Hệ thống điện nào Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện nói chung và hệ thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mươi năm gần đây đã

có những biến đổi và tiến bộ rất to lớn Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho phép chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính

kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có những hư hỏng trong mạch điện hoặc khi có dao động điện

Mặt khác, nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hư hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc… vv hiện nay người ta

Mặt khác, thiết bị rơle để bảo vệ cho máy biến áp có nhiều loại khác nhau, với những chức năng bảo vệ khác nhau Chính vì vậy, để đáp ứng một phần yêu cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài:

“MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC VÀ SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP”

Mục tiêu của nghiên cứu

Mục tiêu chung: Đề tài này, đặt mục tiêu chính là nghiên cứu lý thuyết

về vấn đề sử dụng rơle bảo vệ cho máy biến áp, sử dụng các loại bảo vệ như bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ quá dòng điện cực đại, bảo vệ dòng điện cực đại có khóa điện áp cực tiểu, bảo vệ thứ tự không, bảo vệ quá tải, bảo vệ rơle hơi, và đặc biệt là dùng bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp Nghiên cứu các chức năng của rơ le Д 3T-11 để bảo vệ cho máy biến áp Tính toán bảo vệ

so lệch có dùng máy biến dòng bão hoà trung gian có đặc tính hãm (rơle loại

Д 3T-11), từ đó áp dụng trên mô hình bảo vệ cụ thể

Các mục tiêu cụ thể là:

1 Nghiên cứu lý thuyết về bảo vệ rơle cho máy biến áp

2 Nghiên cứu các chức năng của rơle Д 3T-11 bảo vệ cho máy biến áp

3 Thiết kế bảo vệ so lệch dọc máy biến áp dùng rơ le Д 3T-11 tại Trung tâm Thí nghiệm – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

3

Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm 4 chương, 71 trang, 7 tài liệu tham khảo

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả

Nguyễn Thị Thu Hiền

Ngắn mạch giữa các vòng dây trong một pha

Chạm đất cuộn dây hoặc đầu ra cuộn dây

Dầu trong máy biến áp bị cạn, dầu bị phân huỷ

Vỡ sứ đầu vào và đầu ra máy biến áp

Kinh nghiệm chỉ ra rằng ngắn mạch đầu ra và ngắn mạch giữa các vòng dây trong một cuộn dây là hay xảy ra hơn cả

Các loại bảo vệ sự cố bên trong máy biến áp:

a.Bảo vệ cắt nhanh

b Bảo vệ so lệch

c Bảo vệ chạm vỏ thùng máy biến áp

d Bảo vệ rơle hơi

1.1.2 Các chế độ làm việc không bình thường đối với máy biến áp và các loại bảo vệ

Các chế độ làm việc không bình thường hay gặp nhất là dòng điện chạy trong cuộn dây máy biến áp tăng quá giá trị định mức, xuất hiện khi ngắn mạch ngoài, dao động và quá tải Quá tải xuất hiện khi các động cơ tự khởi động, tăng phụ tải do cắt bớt máy biến áp làm việc song song, đóng tự động phụ tải khi thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng tác động v.v

- Ngắn mạch ngoài: Khi xảy ra ngắn mạch trên thanh cái đầu ra máy biến

áp hoặc ngắn mạch trên các lộ đường dây đi ra từ thanh cái máy biến áp mà

- Quá tải: Quá tải thường không gây sụt áp lớn trong lưới Vì vậy thời gian tác động của bảo vệ quá tải được xác định xuất phát từ sự phát nóng cách điện cuộn dây máy biến áp

Quá tải thường gặp là quá tải ngắn hạn và tự loại trừ không nguy hiểm cho máy biến áp vì thời gian tồn tại ngắn, ví dụ như quá tải do động cơ tự khởi động, phụ tải đỉnh nhọn (tàu điện, thiết bị nâng hạ ) vì vậy không cho bảo vệ tác động cắt máy biến áp trong trường hợp này

Bảo vệ quá tải cho máy biến áp cần phải tác động cắt máy cắt chỉ khi không thể cắt quá tải bằng tay Những trường hợp còn lại bảo vệ quá tải cần tác động phản ứng theo dòng điện cho tín hiệu hoặc cắt tuỳ theo tính chất của từng trạm Các loại bảo vệ:

6

1.2 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC CHO MÁY BIẾN ÁP (87T)

1.2.1 Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch

Để bảo vệ máy biến áp khi xẩy ra ngắn mạch giữa các pha, ngắn mạch một pha và ngắn mạch một số vòng dây trong một pha người ta sử dụng bảo

vệ so lệch (Hình 1 - 1)

Hình 1-1 Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 2

cuộn dây (hoặc 3 cuộn dây)

Đầu tiên xét bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cho máy biến áp 3 pha 2 dây quấn Theo nguyên lý tác động của bảo vệ này máy biến dòng được ở cả hai phía biến áp Phạm vi bảo vệ của bảo vệ nằm trong vùng giới hạn bởi các vị trí đặt các máy biến dòng ở 2 phía máy biến áp Tỉ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn sao cho:

IIT

IT I I

Các cuộn dây thứ cấp của các máy biến dòng được nối như thế nào đó để khi máy biến áp mang tải và khi ngắn mạch ngoài (điểm N1), dòng thứ cấp trong các phía của bảo vệ phải bằng nhau về trị số và trùng pha nhau, do dòng chạy qua rơle là hiệu số các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng nên:

BI 2

BI 2

Để bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cho máy biến áp 3 pha 3 dây quấn (cuộn dây thứ 3 vẽ nét đứt trên Hình 1 - 1), các máy biến dòng được đặt ở cả ba phía của máy biến áp, phạm vi bảo vệ của bảo vệ nằm trong vùng giới hạn bởi các

vị trí đặt các máy biến dòng ở 3 phía máy biến áp, các cuộn dây thứ cấp của các máy biến dòng đặt ở hai cuộn thứ cấp được nối song song với nhau, các dòng IIIT và IIIIT trùng pha nhau Tỉ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn sao cho:

IIIT IIT

IT I I I

Thực tế do nhiều nguyên nhân khác nhau, nên trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài dòng điện qua rơle có giá trị khác không, dòng điện đó được gọi là dòng không cân bằng IKcb, dòng điện này có thể làm cho bảo vệ tác động nhầm và làm giảm độ nhậy của bảo vệ

1.2.2 Một số nguyên nhân gây ra dòng điện không cân bằng trong bảo vệ so lệch, các biện pháp khắc phục, xác định dòng khởi động của bảo vệ

a Sự lệch pha của dòng điện và bù sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực

Ở bảo vệ so lệch đường dây và máy phát, dòng sơ cấp ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ như nhau, vì vậy để thực hiện điều kiện tác động chọn lọc là việc chọn hệ số biến dòng giống nhau Bảo vệ so lệch của máy biến áp

có đặc điểm khác Dòng sơ cấp và thứ của máy biến áp không bằng nhau về trị số và nói chung không trùng pha nhau Trong chế độ phụ tải và ngắn mạch ngoài dòng thứ cấp của máy biến áp III luôn luôn lớn hơn dòng sơ cấp II Tỷ số

8

Trong máy biến áp có tổ đấu dây / dòng II và III không những khác nhau về trị số mà còn khác nhau về pha Góc lệch pha phụ thuộc vào tổ đấu dây của máy biến áp Tổ đấu dây phổ biến nhất là Y/ - 11 Dòng dây ở phía vượt trước dòng ở phía hình Y một góc 300 (hình 1 - 2) ở máy biến áp có tổ đấu dây Y/Y dòng II dòng III trùng pha nhau hoặc lệch pha một góc 1800 Vì vậy để bảo đảm IIT và IIIT bằng nhau về trị số và trùng pha phải sử dụng một

số biện pháp: Bù góc lệch pha của dòng điện và bù sự không cân bằng dòng

sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực

Bằng cách đấu các cuộn dây thứ cấp của tổ máy biến dòng đặt trên phía cuộn dây hình sao của máy biến áp theo hình tam giác, còn tổ máy biến dòng đặt ở phía cuộn dây tam giác của máy biến áp đấu hình sao Hình 1 - 2 vẽ sơ

đồ véc tơ dòng điện trong sơ đồ bảo vệ ứng với khi máy biến áp mang tải đối xứng và ngắn mạch ngoài đối xứng Véc tơ dòng sơ và thứ cấp máy biến dòng

và máy biến áp điện lực trùng pha nhau Từ hình vẽ ta thấy rằng dòng điện dây của tổ máy biến dòng sơ và thứ cấp máy biến dòng lệch nhau một góc

300 Dòng dây của nhóm máy biến dòng nối hình sao: Iab2, Ibc2, Ica2 trùng pha với dòng sơ cấp tương ứng Iab, Ibc, Ica vì vậy nó lệch pha với dòng sơ cấp hình sao máy biến áp điện lực cũng như dòng IAB2, IBC2, ICA2 một góc 300 Do đó các dòng chạy trong rơle trùng nhau về pha

9

Hình 1- 2 Sơ đồ đấu máy biến dòng để bù góc lệch pha

cho máy biến áp đấu /Nối một trong hai nhóm máy biến dòng theo hình bảo đảm bù được góc lệch pha giữa dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực không chỉ khi phụ tải đối xứng hay phụ tải không đối xứng Điều đó được chứng minh bằng phương pháp các thành phần đối xứng Dòng thứ tự nghịch và thuận đối xứng vì vậy

sự phân bố các dòng này tương ứng với sự phân bố dòng khi ngắn mạch ba pha (hình 1 - 2) Tóm lại là việc nối một nhóm máy biến dòng theo tam giác

và một nhóm hình sao loại trừ được góc lệch pha của dòng thứ tự nghịch và thuận Dòng thứ tự không xuất hiện khi ngắn mạch chạm đất và chỉ khép mạch qua cuộn dây máy biến áp nối hình sao khi trung tính nối đất Vì máy biến áp được chế tạo 3 pha 3 trụ, dòng thứ tự không chạy trong cuộn dây hình

10

"tam giác" máy biến áp rất nhỏ vì từ trở trên đường đi của từ thông thứ tự không rất lớn (từ thông thứ tự không phải khép mạch qua 3 trụ máy biến áp điện lực do các sức điện động thứ tự không trùng pha nhau) tạo ra dòng thứ tự không chạy quẩn trong cuộn dây của máy biến áp) Khi chạm đất phía cuộn dây đấu "tam giác" dòng dây của cuộn tam giác này của biến áp có chứa thành phần thứ tự không, nhưng thành phần thứ tự không này trùng pha nhau nên chạy quẩn trong cuộn dây "tam giác" của máy biến áp do đó trong các cuộn dây thứ cấp máy biến dòng đặt ở phía này không chứa thành phần dòng thứ tự không, như vậy dòng trong rơle không chứa thành phần thứ tự không

Do đó góc lệch pha dòng sơ và thứ cấp trong chế độ không đối xứng cũng được bù hoàn toàn

Với máy biến áp có tổ đấu dây Y/Y/ bù góc lệch pha của các dòng điện thứ cấp các máy biến dòng bằng cách đấu các cuộn dây thứ cấp của các tổ máy biến dòng đặt ở các phía cuộn dây hình sao của máy biến áp theo hình tam giác, còn các cuộn dây thứ cấp của tổ máy biến dòng đặt ở phía cuộn dây tam giác của máy biến áp đấu hình sao

b Dòng không cân bằng do chọn tỉ số các máy biến dòng và tỉ số biến đổi của máy biến áp điện lực

Hệ số biến dòng của máy biến dòng nBDI và nBDII được chọn sao cho dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ bằng nhau: IIT = IIIT khi máy biến áp mang tải hoặc khi ngắn mạch ngoài

- Khi máy biến áp nối Y/Y thì đẳng thức IIT = IIIT có thể viết:

2 BI

II 1 BI

I

n

I n

I

Vì vậy để bảo đảm sự cân bằng dòng điện trong các nhánh của bảo vệ thì hệ

số biến dòng của máy biến dòng của bảo vệ so lệch phải thoả mãn điều kiện

I II

BI

BI

I

I n

n

1

11

- nBA là hệ số biến đổi của máy biến áp điện lực

- Khi máy biến áp điện lực nối Y , dòng trong nhánh được cung cấp từ máy biến dòng nối tam giác là 3

BI

II

n I

Hay: 3

n 3 I

I n

I

II 1

BI

2 BI

(1 - 4) Nếu chọn trước hệ số biến dòng ví dụ nBD2 dựa vào các biểu thức trên ta tính được nBD1 bảo đảm cân bằng dòng thứ cấp Nhưng nBD1 vừa tính được có thể không nằm trong tiêu chuẩn gần với hệ số biến dòng tính toán, việc bù dòng không cân bằng còn lại được thực hiện bằng máy biến dòng từ ngẫu hay máy biến dòng bão hoà nhanh

- Trường hợp dùng máy biến dòng tự ngẫu (hình 1 - 3)

Để cân bằng dòng trong các nhánh của bảo vệ, hệ số biến dòng của máy biến dòng từ ngẫu (TN) được chọn sao cho để dòng thứ cấp của nó bằng dòng của

nhánh đối diện của bảo vệ TN IIT

IT TN

n

I I

Hình 1 - 3 Bảo vệ so lệch dùng biến dòng tự ngẫu

- Trường hợp dùng máy biến dòng bão hoà nhanh (hình 1 - 4)

12

Máy biến dòng bão hoà nhanh có ba cuộn sơ cấp Cuộn cân bằng WcbI và

WcbII được mắc vào nhánh các bảo vệ, còn cuộn WSL (so lệch) mắc vào hiệu

số dòng IIT –IIIT Cuộn thứ cấp WRL cung cấp cho rơle so lệch RI Số vòng dây cuộn cân bằng được chọn sao cho tổng hình học sức từ động trong cả ba cuộn dây trong chế độ phụ tải và ngắn mạch ngoài bằng không

Hình 1 - 4 giới thiệu sơ đồ bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng bão hoà nhanh Cuộn WcbI và WcbII là các cuôn cân bằng, cuộn Wlv nối vào hiệu số dòng thứ cấp, cuộn WRL cung cấp dòng cho rơle dòng RI, cuộn dây ngắn mạch WN

dùng để nâng cao hiệu quả việc chỉnh định rơle theo dòng không cân bằng và dòng từ hoá nhảy vọt

Hình 1-4 Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng bão hoà nhanh

Trong mạch bảo vệ này máy biến dòng bão hoà nhanh làm các nhiệm vụ sau:

- Cân bằng sức từ động do các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng gây

ra trong mạch từ của máy biến dòng bão hoà nhanh khi làm việc bình thường

và ngắn mạch ngoài theo biểu thức:

IIT.(WcbI + WSL) = IIIT.(WcbII + WSL)

IIT.Wcb1 – IIIT.WcbII + (IIT - IIIT).WSL = 0

- Giảm ảnh hưởng của dòng điện từ hoá máy biến áp do đặc tính bão hoà nhanh của mạch từ Ta biết rằng máy biến dòng bão hòa nhanh biến đổi thành phần không chu kỳ rất kém, do đó thành phần không chu kỳ của dòng không cân bằng quá độ và của dòng từ hoá nhảy vọt hầu như không được biến đổi sang mạch thứ cấp mà chỉ để từ hoá lõi thép, nên trong rơle không chứa thành phần không chu kỳ có giá trị rất nhỏ

c Thành phần dòng không cân bằng do sai số của các máy biến dòng khác nhau (đường đặc tính không tải không giống nhau) I'kcb

Dòng chảy qua rơle khi ngắn mạch ngoài

IR = (IIT - IIIT) = 02 II02

BDII

II I

BDI

n

I I

n I

II02, III02 là dòng từ hoá của máy biến dòng đã quy đổi về mạch thứ cấp máy biến dòng

Giả thiết rằng sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp máy biến áp về trị số và pha được bù hoàn toàn thì:

BDII

II BDI

I

n

I n

I

IR= III0T – II0T = I’kcb

Dòng không cân bằng trong bảo vệ so lệch do sai số của các máy biến dòng khác nhau bằng hiệu hình học dòng từ hoá của các máy biến dòng của bảo vệ Thành phần này có giá trị đáng kể và là cơ bản

14

Quy đổi IkcbBDT về sơ cấp của bảo vệ ứng với cấp điện áp đầu vào máy biến áp:

I’kcb = III0- II0= (fiII- fiI).INM ng max = fi.I’NM ng max

- III0, II0 là dòng từ hoá của máy biến dòng đã quy đổi về điện áp định mức sơ cấp máy biến áp

- fi =(fiII- fiI).INM ng max là sai lệch về sai số của máy biến dòng đặt ở đầu ra và đầu vào máy biến áp điện lực

Giả sử rằng máy biến dòng được chọn theo đường cong sai số 10% thì khi có dòng ngắn mạch chạy qua, sai số của máy biến dòng không vượt quá 10% Nếu fiII = 0,1 và fiI = 0 thì fi = fiII- fiI = 0,1

Khi phụ tải của các nhánh cân bằng và đặc tính của máy biến dòng giống nhau thì (fiII- fiI) < 0,1 Để kể đến yếu tố này người ta đưa vào hệ số đồng nhất:

I’kcb BD = kđn fi.I’NM ng max

Khi máy biến dòng cùng loại và tổng trở các nhánh như nhau lấy kđn = 0,5 Với máy biến dòng khác loại kđn = 1

Tại thời điểm ban đầu khi xuất hiện ngắn mạch, dòng ngắn mạch có chứa thành phần không chu kỳ là do dòng từ hoá của máy biến dòng tăng lên, tăng sai số máy biến dòng Để kể tới yếu tố ảnh hưởng này ta đưa vào biểu thức hệ

số kKCK:

I’kcb =KKCK kđn fi.I’NM ng max (1 - 5)

- kKCK là hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch

+ kKCK = 2 với sơ đồ không có máy biến dòng bão hoà nhanh

+ kKCK = 1 với sơ đồ có máy biến dòng bão hoà nhanh

d Thành phần dòng không cân bằng do điều chỉnh hệ số biến áp của máy biến áp điện lực I" kcb

Bù sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực bằng máy biến dòng từ ngẫu hay máy biến dòng bão hoà nhanh khi tỷ số biến áp của

15

máy biến áp là nBA ở một giá trị xác định Khi điều chỉnh điện áp, hệ số biến

áp thay đổi đi U% thì tỉ số biến đổi của máy biến áp nBA cũng thay đổi làm xuất hiện dòng không cân bằng

max '

100

%

NMng dc

I U

(1 - 6) Trong đó: Uđc - Sai lệch điện áp do điều chỉnh đầu phân thế của máy biến

áp Thông thường ở máy biến áp có điều chỉnh điện áp không tải U% = 5

Ở máy biến áp có điều chỉnh dưới tải U% = (10 15)

e Ảnh hưởng của dòng từ hoá máy biến áp

Bảo vệ so lệch cắt nhanh được thực hiện bằng các rơle dòng bình thường tác động đến máy cắt không có thời gian duy trì Điều kiện cơ bản để bảo đảm

sự làm việc đúng của bảo vệ là chỉnh định dòng khởi động của rơle theo dòng

từ hoá nhảy vọt xuất hiện khi đóng máy biến áp không tải vào lưới và dòng không cân bằng khi ngắn mạch ngoài

Để giảm nhẹ việc chỉnh định theo dòng từ hoá nhảy vọt, trên đầu ra của bảo

vệ đặt rơle trung gian có thời gian tác động 0,04 0,06s Sau thời gian này dòng dòng từ hoá giảm xuống, vì vậy cho phép không chỉnh định theo dòng

từ hoá cực đại

Khi này chọn dòng khởi động của bảo vệ theo các điều kiện:

- Bảo vệ không được tác động với dòng từ hoá khi đóng máy biến áp không tải vào mạng:

I

Trong đó:

IR - Dòng trong cuộn dây rơle Dòng này phụ thuộc vào dạng ngắn mạch và

sơ đồ nối dây của máy biến dòng Để đơn giản hệ số độ nhậy có thể xác định với giả thiết là toàn bộ dòng ngắn mạch chỉ chạy từ một phía đến

IkđR - Dòng khởi động của rơle tương ứng với số vòng ở phía có dòng IR chạy qua

1.2.3 Bảo vệ so lệch có rơle dòng mắc qua máy biến dòng bão hoà nhanh

Dòng khởi động của bảo vệ được chỉnh định theo thành phần chu kỳ của dòng

từ hoá và dòng không cân bằng quá độ Theo kinh nghiệm chọn theo các điều kiện:

- Bảo vệ không được tác động với dòng định mức của máy biến áp:

Ikđbv = (1,0 1,3).IđmBA (1 - 10) Với IđmBA là dòng định mức của máy biến áp

- Bảo vệ không được tác động với dòng không cân bằng cực đại khi ngắn mạch ngoài có kể đến thành phần dòng không cân bằng I kcbdo việc cân bằng không triệt để các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng khi chọn số vòng dây của máy biến dòng bão hoà nhanh:

' max

NMng tt

I

I tt I

W

W W

Trong đó:

17

WItt - Số vòng tính toán của cuộn dây máy biến dòng bão hoà trung gian đối với phía không cơ bản xác định theo yêu cầu cân bằng sức tự động khi ngắn mạch ngoài và làm việc bình thường

WI - Số vòng được chấp nhận (số nguyên) của cuộn dây máy biến dòng trung gian ở các phía không cơ bản tương ứng

fN =

tt

I

I tt

Dòng khởi động của bảo vệ:

Ikđbv = kat.(I’kcb + I’’kcb +I’’’kcb ) = kat.( KKCK kđn fi + Uđc +fN).I’NM ng max (1 - 12)

Dòng khởi động của bảo vệ chọn bằng giá trị lớn nhất trong hai giá trị tính bằng hai biểu thức trên

Độ nhậy của bảo vệ cũng tính như trên

Khi bảo vệ không đủ độ nhậy (knh < 2) do dòng không cân bằng lớn người ta

18

b Xác định tỉ số biến đổi nBI của các máy biến dòng

Máy biến dòng được chọn theo điều kiện làm việc lâu dài cho phép và phải bảo đảm sự cân bằng dòng trong các nhánh của bảo vệ

- Với nhóm máy biến dòng nối hình sao: nBI =

Căn cứ vào giá trị tính toán chọn máy biến dòng tiêu chuẩn

Đôi khi người ta chọn tỉ số biến đổi của các tổ máy biến dòng cao hơn tỷ số biến đổi tính toán để có thể chọn số vòng dây của máy biến dòng trung gian gần với giá trị tính toán của nó hơn, do đó làm tăng độ nhậy của bảo vệ

c Theo các hệ số biến đổi của các tổ máy biến dòng

Tính các dòng thứ cấp tương ứng trong các nhánh của bảo vệ: IIT, IIT, IIIT

d Xác định dòng ngắn mạch sơ cấp cực đại chạy qua máy biến áp khi ngắn mạch ngoài ở tất cả các phía của máy biến áp

e Tính toán dòng điện không cân bằng sơ cấp:

Dòng không cần bằng sơ cấp toàn phần tính theo công thức sau:

Kcbtt Kcbtt

Đối với rơle loại PHT có máy biến dòng bão hoà có cuộn dây ngắn mạch WN,

hệ số này lấy bằng 1

19

Kđn - Hệ số đồng nhất của các máy biến dòng đối với bảo vệ máy biến áp thường lấy kđn = 1

biến áp khi ngắn mạch ba pha trực tiếp ngoài vùng bảo vệ

+ I’’Kcb - Thành phần dòng không cân bằng do việc điều chỉnh điện áp của máy biến áp được bảo vệ gây nên

I’’Kcbtt = ( Uđc1 + Uđc2) I’NMngmax (1 - 15) Trong đó:

Uđc1 và Uđc2 - Sai số tương đối do việc điều chỉnh điện áp ở các phía của máy biến áp được bảo vệ khi các phía này đều có đầu phân áp (trường hợp này thường gặp ỏ các máy biến áp 3 pha 3 dây quấn, cuộn trung thế và cao thế đều có đầu phân áp), lấy bằng nửa khoảng điều chỉnh của từng phía tương ứng Đồng thời khi tính số vòng dây của máy biến dòng bão hoà trung gian phải lấy giá trị trung bình của điện áp ở phía có điều chỉnh

chỉnh điện áp của máy biến áp khi ngắn mạch ngoài

+I”’Kcb - Thành phần dòng không cân bằng do việc chọn số vòng dây ở các phía không cơ bản không phù hợp với các giá trị tính toán của chúng gây nên: Trong đó:

max NMng tt

I

I tt I

W

W W

tt II

II tt II

I W

W W

(1 - 16)

WItt và WIItt - Số vòng tính toán của các cuộn dây máy biến dòng bão hoà trung gian đối với phía không cơ bản (trường hợp này thường gặp ỏ các máy biến áp 3 pha 3 dây quấn, khi cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp đều là các phía không cơ bản) xác định theo yêu cầu cân bằng sức tự động khi ngắn mạch ngoài và làm việc bình thường:

Icbt.Wcb = IIT.WItt = IIIT.WIItt (1 - 17)

ở vế phải của các biểu thức này

f Xác định sơ bộ giá trị dòng khởi động của bảo vệ I kđbv chưa kể đến thành phần ''

Iđm - Dòng định mức tương ứng với công suất định mức của máy biến áp (của cuộn dây có công suất lớn nhất của nó) và với công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu chưa kể đến hệ số nhiệt đới hoá

Theo hai điều kiện a) và b) ta chọn giá trị lớn nhất là giá trị tính toán

g Sơ bộ kiểm tra độ nhậy

Để xác định xem có thể dùng rơle PHT được không hay phải dùng rơle có đặc tính hãm loại Д3T

Để sơ bộ kiểm tra độ nhậy cần xác định dòng ngắn mạch trực tiếp khi hư hỏng xảy ra trên các cực máy biến áp trong tình trạng tính toán Tình trạng

R nh

Trong đó:

IR - Dòng trong cuộn dây rơle Dòng này phụ thuộc vào dòng ngắn mạch và

sơ đồ nối dây của máy biến dòng Để đơn giản hệ số độ nhậy có thể xác định với giả thiết là toàn bộ dòng ngắn mạch chỉ chạy từ một phía đến

IkđR - Dòng khởi động của rơle tương ứng với số vòng ở phía có dòng IR chạy qua

Nếu hệ số độ nhậy: knh ≥ 2,0 thì sẽ tiếp tục tính toán bảo vệ rơle có trang bị PHT Nếu có một trường hợp tính toán nào đó hệ số độ nhậy của bảo vệ bé hơn giá trị cho phép và điều kiện tính toán để chọn dòng điện khởi động là điều kiện:

Ikđbv kat.IKcbttthì có thể không tính đến thành phần:

I’’Kcbtt = ( Uđc1 + Uđc2) I’NMngmax

do điều chỉnh điện áp gây nên, với giả thiết là khi thay đổi đầu phân áp ta sẽ thay đổi đại lượng đặt của bảo vệ

Trong những trường hợp khi đã không tính đến thành phần I’’Kcbtt mà bảo vệ vẫn không đủ được độ nhậy cần thiết hoặc là bắt buộc phải kể đến thành phần tt

Kcb

I (vì đối với máy biến áp được bảo vệ điều chỉnh đầu phân áp phải tiến hành thường xuyên) thì nên dùng bảo vệ với rơle có đặc tính hãm loại Д3T Cần nói thêm rằng những trường hợp đóng thử máy biến áp vào một phía điện áp nào đó hoặc khi máy biến áp ba cuộn dây (hoặc tự ngẫu) làm việc trong tình trạng một máy cắt ở một phía nào đó đã cắt ra thì có thể cho phép

22

nếu bảo vệ so lệch không đủ độ nhậy thì các bảo vệ khác như bảo vệ bằng rơle hơi (nếu hư hỏng xảy ra trong thùng dầu) hay bảo vệ dự trữ của máy biến

áp (nếu hư hỏng xảy ra bên ngoài thùng dầu) sẽ tác động cắt máy biến áp

h Xác định số vòng của cuộn cơ bản của máy biến dòng bão hoà trung gian tương ứng với dòng khởi động của bảo vệ (phía cơ bản là phía có dòng điện thứ cấp của máy biến dòng lớn nhất)

kdRcb

kdR cbtt

I

F

Trong đó:

dòng khởi động sơ cấp với hệ số biến đổi của máy biến dòng ở phía cơ bản có tính đến sơ đồ đấu dây

- FkđR - Sức tự động (Ampe - vòng) khởi động của rơle Đối với loại PHT -

562 theo số liệu của nhà máy FkđR = 60A còn đối với loại PHT - 563 theo số liệu của nhà máy FkđR = 100A

Vì rằng dòng điện thứ cấp ở phía cơ bản là dòng điện lớn nhất nên số vòng của cuộn dây máy biến dòng trung gian ở phía cơ bản sẽ là số vòng bé nhất

i.Số vòng của các cuộn dây ở các phía khác xác định từ điều kiện cân bằng

Các sức từ động trong máy biến dòng bão hoà trung gian khi máy biến áp được bảo vệ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài theo biểu thức (1 - 17)

Từ đó ta có số vòng tính toán ở phía I:

I

I W

W

T I

cbT cb

Số vòng tính toán ở phía II:

I

I W

W

T II

cbT cb IItt . (1 - 22) Trong đó:

23

Wcb là số vòng của cuộn dây máy biến dòng bão hoà trung gian ở phía cơ bản sau khi đã lấy tròn (về phía số bé hơn gần nhất) tương ứng với số vòng thực tế

có thể có được của máy biến dòng trung gian

Nếu các số vòng tính toán WItt và WIItt tính theo (1 - 21) và (1 - 22) ra những

số lẻ (không nguyên) thì phải lấy tròn nó về các số nguyên gần nhất (có thể về phía lớn hơn hoặc bé hơn) sao cho dòng điện không cân bằng tổng IKcb có thể đến thành phần I”’Kcb (do việc chọn số vòng dây WI và WII không phù hợp với giá trị tính toán của chúng gây nên) trong mọi trường hợp ngắn mạch ngoài có thể sẽ không làm cho bảo vệ tác động nhầm

Cần chú ý rằng đối với loại rơle có Fkđ.R = 100A thì sai số do việc lấy tròn số vòng dây gây nên (thành phần I”’Kcb) nói chung sẽ bé hơn là đối với loại rơle

có Fkđ.R = 60A

Đối với máy biến áp ba pha ba cuộn dây khi số vòng chấp nhận của ba phía khác nhau thì phía cơ bản sẽ nối vào cuộn dây so lệch của máy biến dòng bão hoà trung gian còn các phía kia sẽ nối vào hai cuộn dây cân bằng

Đối với máy biến áp ba cuộn dây khi số vòng chấp nhận ở hai phía nào đó giống nhau và đối với máy biến áp hai cuộn dây thì phía cơ bản sẽ nối vào 1 cuộn dây cân bằng nào đó (hoặc một phần của cuộn dây cân bằng và một phần của cuộn dây so lệch) còn phía kia sẽ nối vào cuộn dây cân bằng còn lại Cách nối này cho phép chúng ta chọn số vòng ở phía cơ bản gần với giá trị tính toán của nó hơn

j Xác định giá trị chính xác của dòng không cân bằng sơ cấp của bảo vệ

có kể đến thành phần I”’ Kcbtt

Theo (1-13) và (1-16)

I I

I

I Kcbtt 'Kcbtt Kcbtt'' Kcbtt''

max NMng tt

I

I tt I

W

W W

tt II

II tt II

I W W W

24

k Xác định giá trị chính xác của dòng khởi động sơ cấp của bảo vệ theo giá trị chính xác của dòng không cân bằng tính toán theo

Ikđbv kat.IKcbttTính đổi dòng khởi động này sang phía thứ cấp của máy biến ở phía cơ bản Nếu như dòng tính đổi này lớn hơn dòng khởi động của rơle tương ứng với số vòng đã được chấp nhận ở phía cơ bản về phía bé hơn gần nhất Sau đó lại tính lại số vòng của các cuộn dây của máy biến dòng trung gian ở các phía còn lại tương ứng với số vòng ở phía cơ bản vừa được chấp nhận Wcb theo các công thức (1-21) và (1-22) Cứ như vậy tính cho đến khi nào dòng khởi động của bảo vệ có kể đến thành phần I”’Kcbtt bằng hoặc bé hơn dòng khởi động của bảo vệ đã được chấp nhận mới thôi

l Xác định các dòng ngắn mạch sơ cấp và những dòng thứ cấp tương ứng rồi tính hệ số độ nhậy theo công thức sau

Khi dùng công thức:

25

I

I k

kdR

R

nh (1 - 23) cần xác định dòng trong máy biến áp dòng bão hoà trung gian của rơle với giả thiết là toàn bộ dòng ngắn mạch chỉ chạy ở phía cung cấp dòng sự cố lớn nhất

ở dạng ngắn mạch đang khảo sát, nếu tính toán sơ bộ thì dùng công thức

26

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHỨC NĂNG CỦA Д3T – 11 ĐỂ BẢO VỆ

CHO MÁY BIẾN ÁP 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Cấu tạo của rơ le Д3T – 11

- Rơ le Д3T – 11 có một mạch từ 3 trụ và 6 cuộn dây

+ Cuộn dây 1, cuộn dây làm việc

+ Cuộn dây 2, cuộn dây rơ le

+ Cuộn dây 3, cuộn dây hãm

+ Cuộn dây 4.0, cuộn dây cân bằng chính

+ Cuộn dây 4.1, cuộn dây cân bằng phụ 1

+ Cuộn dây 4.2, cuộn dây cân bằng phụ 2

27

- Trong rơ le Д3T – 11 ngoài các cuộn dây và mạch từ còn có 1 cặp tiếp điểm thường đóng, một cặp tiếp điểm thường mở và một biến trở được nối song song với cuộn dây của rơ le

a/ Sơ đồ nguyên lý rơ le Д3T – 11

Hình 2.1 : Sơ đồ nguyên lý của rơ le Д3T – 11