Bài giảng tự động hóa các hệ thống điện

HÒA ĐỒNG BỘ là quá trình làm cân bằng tốc độ góc quay và điện áp của máy phát được đóng vào với tốc độ góc quay của các máy phát đang làm việc và điện áp trên thanh góp nhà máy điện, cũn

1

CHƯƠNG 1 HÒA ĐỒNG BỘ CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN LÀM VIỆC SONG SONG

1.1 Giới thiệu chung

Việc đóng các máy phát điện vào làm việc trong mạng có thể tạo nên dòng cân bằng lớn và dao động kéo dài Tình trạng không mong muốn đó xảy ra là do:

* Tốc độ góc quay của máy phát được đóng vào khác với tốc độ góc quay đồng bộ của các máy phát đang làm việc trong hệ thống điện

* Điện áp ở đầu cực của máy phát được đóng vào khác với điện áp trên thanh góp của nhà máy điện

Điều kiện để các máy phát điện đồng bộ có thể làm việc song song với nhau trong

hệ thống điện là:

- Rôto của các máy phát phải quay với một tốc độ gần như nhau

- Điện áp ở đầu cực các máy phát phải gần bằng nhau

- Góc lệch pha tương đối giữa các rôto không được vượt quá giới hạn cho phép

Vì vậy để đóng máy phát điện đồng bộ vào làm việc song song với các máy phát khác của nhà máy điện hay hệ thống, cần phải sơ bộ làm cho chúng đồng bộ với nhau HÒA ĐỒNG BỘ là quá trình làm cân bằng tốc độ góc quay và điện áp của máy phát được đóng vào với tốc độ góc quay của các máy phát đang làm việc và điện áp trên thanh góp nhà máy điện, cũng như chọn thời điểm thích hợp đưa xung đi đóng máy cắt của máy phát

Có 2 phương pháp hòa đồng bộ: hòa đồng bộ chính xác và hòa tự đồng bộ

1.2 Hòa đồng bộ chính xác

1.2.1 Các điều kiện kỹ thuật cần thiết

Các điều kiện hòa là:

- Rô to của các máy phát phải quay với một tốc độ gần như nhau

- Điện áp ở đầu cực của máy phát phải gần bằng nhau

- Góc lệch pha tương đối giữa các rô to không được vượt quá giới hạn cho phép Như vậy trình tự thực hiện hòa đồng bộ chính xác như sau: Trước khi đóng một máy phát vào làm việc song song với các máy phát khác thì máy phát đó phải được kích

từ trước, khi tốc độ quay và điện áp của máy phát đó xấp xỉ với tốc độ quay và điện áp

2

của các máy phát khác cần chọn thời điểm thuận lợi để đóng máy phát sao cho lúc đó độ lệch điện áp giữa các máy phát gần bằng không, nhờ vậy dòng cân bằng lúc đóng máy sẽ nhỏ nhất

Hòa đồng bộ chính xác có thể thực hiện bằng tay hay tự động Khi hòa bằng tay người vận hành phải điều chỉnh các thông số của máy phát phù hợp với điều kiện hòa Để chọn thười điểm đóng MC cần theo dõi Volt kê MF và hệ thống, tần số kế MF và hệ thống; đồng bộ kế chỉ góc lệch pha giữa sức điện động của MF và điện áp thanh góp của

hệ thống ( đo góc δ ) Để loại trừ trường hợp đóng nhầm khi góc δ còn lớn, thường trong mạch đóng MC người ta chêm và tiếp điểm của role kiểm tra đồng bộ và chỉ cho phép đóng trong giới hạn góc δ cho phép định trước

Trong trường hợp tự hòa điện tự động MF với hệ thống, máy hòa điện phái đảm bảo các điều kiện sau:

- San bằng điện áp ở đầu cực MF

- San bằng tốc độ góc quay của các MFĐ sẽ hòa với nhau

- Chọn thời điểm đóng MC để dòng cân bằng khi đóng MC là bé nhất

Bộ phận thứ nhất tác động lên bộ điều chỉnh điện áp (AVR) của MF Bộ phận thứ

2 tác động thay đổi tốc độ quay tuabin của MF cần hòa Bộ phận thứ 3 chọn thời điểm đóng và phát tín hiệu đi đóng MC cần hòa

E j x

E jx

3

Hình 1.1: Sơ đồ mạng và sơ đồ thay thế tính toán Khi muốn hòa đồng bộ phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Dòng điện cân bằng lúc đóng máy phát không vượt quá giá trị cho phép;

- Rotor của máy phát điện sau khi đóng MC phải quay đồng bộ với rotor của máy phát đang làm việc

Xét các trường hợp có thể xảy ra trong lúc hòa đồng bộ trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Dòng cân bằng với các giá trị khác nhau của E1, E2, δ

Giản đồ vector Dòng cân bằng

E1 E2

δ00

E j x

 E

Icb

E j

TH2: E1 = E2; δ00; 1 = 2

Ngoại từ trường hợp δ= 1800, dòng cân bằng có chứa phần thực Nếu E1>E2 sẽ có dòng công suất thực chạy từ MF1 sang MF2 Kết quả là rô to MF1 bị hãm cong MF2 tăng tốc và góc δ tiến tới trị số xác định lượng công suất truyền từ máy 1 sang máy 2 Thành phần dòng thực cực đại khi δ= 900 và 2700

Khi δ= 1800, thành phần thực triệt tiêu, dòng cân bằng chỉ còn thành phần kháng

có giá trị rất lớn

TH3: E1 = E2; δ=00; 1  2

Vào thời điểm đóng MC khi δ=00, dòng cân bằng bằng không Nếu 1 > 2; do dưới tác dụng động năng thừa rotor máy phát 1 vượt trước máy phát 2 May phát 1 sẽ nhận thêm tải thực và sau đó rotor bị hãm bớt Nếu chênh lệch tốc độ giữa MF1 và 2 quá lớn thì có thể sẽ không hòa đồng bộ được và xuất hiện chế độ không đồng bộ

+j

+1

E E

5

Từ các trường hợp khảo sát trên ta đưa ra một số kết luận:

- Hòa khi có góc lệch δ của các vecto điện áp thì dòng điện cân bằng có thành phần thực làm ảnh hưởng đến tác dụng cơ các phần tử trong hệ thống điện và có thể dẫn tới hư hỏng

- Hòa khi tần số các máy phát khác nhau nhiều và có độ lệch điện áp sẽ xuất hiện dòng cân bang có thành phần thực có thể dẫn tới chế độ mất đồng bộ lâu dài

- Trường hợp ít nguy hiểm nhất là điện áp khác nhau nhưng 1 = 2 và δ= 00 Những giá trị cho phép khi hòa đồng bộ của góc δ và độ lệch tần số  giữa hai phần tử muốn hòa thay đổi theo khoảng cách của đường dây nối với hệ thống, điện

áp định mức của chúng, công suất hệ thống điện và loại máy điều chỉnh kích thích ( loại tỷ lệ hay tác động nhanh)

1.2.3 Điện áp phách trong quá trình hòa đồng bộ

Giả thiết điện áp ở đầu cực của máy phát và ở thanh góp của hệ thống là:

uF = UsinωFt và uHT = U sin ωHTt Điện áp phách US = ΔU là hiệu hình học của điện áp máy phát cần hòa và điện áp

hệ thống, điện áp phách xuất hiện khi tốc độ góc quay của các vectơ điện áp này khác nhau (hình 1.1a)

uS = uF – uHT =

trong đó:

ωS = ωF - ωHT: tốc độ góc trượt << ωđb

ωtb = (ωF + ωHT)/ 2: tốc độ góc trung bình ≈ ωđbĐặt δ = ωS.t: góc lệch pha giữa các véctơ điện áp

6

Hình 1.2 : Điện áp phách a) đồ thị vectơ b) sự thay đổi trị số tức thời của điện áp phách

c) sự thay đổi biên độ của điện áp phách

Theo dõi sự biến thiên của điện áp phách (hình 1.2), ta nhận thấy:

* TS càng lớn thì tốc độ tương đối giữa hai máy phát càng nhỏ Trên hình 1.2c là 2 chu kỳ thay đổi biên độ điện áp phách ứng với 2 giá trị tốc độ góc trượt ωS1 và ωS2, trong

đó ωS1 > ωS2

* Lúc US = 0 là thời điểm hai vectơ điện áp uF và uHT chập nhau rất thuận lợi để đóng máy

7

1.2.4 Sơ đồ cấu trúc logic của máy hoà đồng bộ chính xác

Máy hòa đồng bộ gồm các bộ phận chính sau:

Khối 1: bộ phận chọn thời điểm để đi đóng MC

Khối 2: bộ phận kiểm tra tốc độ trượt, không cho máy cắt đóng khi f > f = f cho phép max

Khối 3: bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp giữa MF và hệ thống, không cho MC đóng khi độ lệch điện áp lớn hơn giá trị cho phép cực đại

Khối 4: bộ phận san bằng tần số để làm giảm f bằng cách tác động lên bộ phận thay đổi trị số đặt của máy điều chỉnh tốc độ quay tuabin

Khối 5: bộ phận san bằng điện áp ( đối với TĐA tác động tỷ lệ) hay bộ điều chỉnh trị

số đặt của máy điều chỉnh điện áp ( đối với TĐA tác động nhanh) để thay đổi tỷ số đặt của TĐA cho điện áp thanh góp

Khối 6: so đồ logic đi đóng MC khi các điều kiện hóa đồng bộ thỏa mãn

1.2.5 Nguyên tắc chọn thời điểm gửi xung đóng máy cắt

8

Bộ phận chọn thời điểm để cho tín hiệu đến đóng MC là phần tử cơ bản của máy hòa đống bộ tự động Vì MC đóng có thời gian, nghĩa là từ lúc phát tín hiệu đóng MC đến lúc tiếp điểm chính của nó đóng cần một khoảng thời gian tĐ nên muốn cho lúc đóng

MC có Icb =0 thì tín hiệu đóng Mc phải phát sớm hơn lúc Uf = 0 một khoảng thười gian

tđt, tđt được gọi là thời gian đóng trước Nếu tđt = tĐ thì MF sẽ hòa ở thười điểm thuận lợi nhất ( tĐ – htoif gian đóng của MC)

Thời gian đóng trước tương ứng với góc đóng trước δđt = f.tđt

Khảo sát MF hòa vói hệ thống điện ( hình 1.4)

Trước khi hòa, véc tơ điện áp UTG quay với tốc độ TH, còn véc tơ sức điện động của MF quay với tốc độ F Góc lệch giữa hai véc tơ này là δ Tốc độ tương đối giữa hai véc tơ này là f = TH - F, được gọi là tốc độ trượt Điều quan trọng khi xét vấn đề hòa ddooongf bộ là tốc độ tương đối giữa hai véc tơ điện áp, vì thế tiện cho việc giải thích ta

có thể giả thuyết rằng trong lúc hòa đồng bộ véc tơ điện áp UTG đứng yên còn EF quay với tốc độ góc f như hình 1.4b

Chúng ta khảo sát các quá trình của máy phát trước thời điểm hòa để có thể chọn phương pháp, chọn thời điểm đóng MC một cách thích hợp vào hệ thống

Phương trình chuyển động của roto máy phát tại thời điểm trước khi đóng MC

C T

dt

d

Trong đó: MT – mô men quay tuabin

MC – mô men cản không tải

9

ftt – tốc độ góc trượt tính toán là tốc độ góc δss nhỏ nhất tại thời điểm đóng MC (hình 1.4c), δss thụ thuộc vào khả năng chịu đựng dòng cân bằng của MF

Nếu hòa đồng bộ bằng cách đo góc trượt và được xác định bằng: δđttt = ftt tĐ

Thời gian đóng trước là hằng số và bằng : Đ

δss max = δđt = δss cho phep

Xác định ftt là tốc độ góc trượt tính toán ứng với lúc sai số góc lớn nhất cho phép δss cho

phep max :

Đ

ac sschophepm Đ

đt ftt

t t





Nhược điểm thứ hai của phương pháp này là nếu tĐ càng lớn thì ftt càng nhỏ, do

đó khi hòa điện phải mất nhiều thời gian để điều chỉnh tốc độ quay

Để có thời gian đóng trước không đổi không phụ thuộc vào tốc độ trượt thì góc đóng trước thay đổi tỷ lệ với vận tốc góc trượt

dt

d k k

Trong trường hợp này t k

Nếu k = tĐ thì MC được đóng tại thời điểm thuận lợi nhất

Như vậy trong trường hợp này, để tđt là hằng số và được chọn bằng thời gian đóng của MC, chúng ta cần kiểm tra đạo hàm góc δ Máy hòa làm việc theo nguyên tắc này gọi làm máy hòa điện với thời gian đóng trước không đổi Thời điểm khởi động của MC

2 2

2 2

Đ Đ

Đ f Đ f đt

t dt

d t dt

d t

d t

dt

d t

dt

n

n Đ

Đ

2

2 2

Sai số góc trong trường hợp này là: ss mhf(t Đt mh)

Trong đó: tĐ +tmh – sai số thời gian của MC và máy hòa;

δmh – sai số góc của máy hòa

1.2.6 Phạm vi ứng dụng

Hòa đồng bộ chính xác có tính vạn năng cao, áp dụng trong mọi trường hợp không phụ thuộc máy phát điện (chủng loại, kết cấu, kích cỡ) và hệ thống điện (công suất của hệ thống, cấu hình của hệ thống)

Nếu thực hiện đúng thì có thể luôn đảm bảo IcbIcbcp và trường hợp lý tưởng là

Icb=0 Do đó, việc hòa đồng bộ không thể gây biến động lớn cho hệ thống (điện áp, công suất, dòng điện,…) và không ảnh hưởng tới tuổi thọ của máy

- Phương trình chuyển động của rotor MPD trong quá trình tự đồng bộ:

- Mkđb phát sinh do tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay stator với dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rotor (khép mạch qua RTDT), cuộn cản và trong thân rotor

- Dấu của Mkđb trùng với dấu của hệ số trượt

12

- Tại thời điểm đóng MPD chưa được kích từ vào HT, nó làm việc như một động

cơ không đồng bộ tiêu thụ điện năng, dòng điện khá lớn từ hệ thống, làm cho điện áp ở đầu cực máy phát UG và vùng lân cận bị giảm thấp Điện áp UG ở đầu cực MPĐ có thể được xác định:

Với xF = x’d đối với thời điểm đầu khi đóng MPĐ vào lưới và xF = xd khi rotor MPĐ gần đạt tốc độ đồng bộ

- Trong trường hợp có nhiều phụ tải quan trọng ở cấp điện áp MPĐ với đòi hỏi cao

về mức điện áp ổn định cần phải kiểm tra kỹ mức độ sụt áp ở đầu cực MPĐ khi hòa điện bằng PP tự đồng bộ

- Khi rotor máy phát được kéo vào gần tốc độ đồng bộ, điện kháng của MPĐ tăng lên đồng thời do tác động của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp nên UF nhanh chóng khôi phục lại trị số bình thường

- Momen không đồng bộ (Mkđb) có tác động quan trọng trong việc kéo rotor MPĐ vào gần tốc độ đồng bộ tuy nhiên bản thân nó không thể đưa rotor vào hẳn tốc độ đồng

bộ vì khi s0 thì Mkđb0 (Mkđb không thể đưa rotor vào tốc độ đồng bộ)

b Momen phản kháng (Mpk)

- Momen phản kháng xuất hiện do tác động tương hỗ giữa từ trường quay stator với thân rotor cực lồi bằng vật liệu sắt từ theo xu hướng giảm từ trở cho từ thông xuyên qua thân rotor

- Nếu xét nhiều chu kỳ dao động liên tiếp của rotor so với trục của từ trường quay stator thì dấu của Mpk sẽ thay đổi

+ Khi Mpk>0 thì rotor bị cuốn theo hướng từ trường quay + Mpk<0 thì ngược lại

- Khi rotor bị kéo theo chiều ngược lại với từ trường quay stator sẽ xảy ra quá trình dao động làm kéo thời gian hòa đồng bộ Để tránh hiện tượng này thì sau khi đóng máy phát vào lưới điện người ta đưa ngay kích thích vào cuộn dây rotor

- Vì sự khác nhau giữa khe hở không khí stator và rotor nên tác động của từ trường quay khác nhau Khi từ trường quay chuyển động, thân rotor không chuyển động thì các đường sức bị kéo căng ra và khi góc t càng lớn thì sức căng càng lớn và tạo ra một momen phản kháng Mpk

- Khi θ=0÷900 thì Mpk>0, có tác động tích cực lõi rotor vào tốc động đồng bộ đưa

ωF=ωđb

13

- Khi θ=900÷1800 thì Mpk<0, có tác động ngược chiều hãm ωF

- Trong một chu kỳ: 0÷2π thì: Mpk trung bình = 0

 Nếu kéo dài sự mở máy thì momen phản kháng vô hiệu  phải nhanh chóng

+ Nếu trị số cực đại của momen không đồng bộ lớn hơn momen thừa thì đến một

hệ số trượt s∞ nào đó thì chúng cân bằng nhau và chế độ không đồng bộ được xác lập ở

14

- Tại thời điểm đóng MC: EF=0 (MPĐ chưa được kích từ):

Nếu hệ thống có công suất vô cùng lớn thì XH≈0 và như vậy dòng cân bằng lớn nhất

Với IN

(3)

là dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp ở đầu cực máy phát điện

- Tác động của dòng điện cân bằng có ảnh hưởng lớn nhất sau vài chu kỳ kể từ thời điểm đóng máy phát điện vào lưới điện

Hình 1.6: Hòa đồng bộ bằng máy cắt hòa

- Yêu cầu:

- Thực tế: XH≠0 và MPĐ có thể làm việc qua máy biến áp nối với hệ thống, do vậy mà dòng điện cân bằng thực tế là:

1.3.4 Phạm vi ứng dụng

- Đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp

- Thực hiện nhanh chóng, đặc biệt đối với máy phát thủy điện (<1 phút) và Icb

- Không thể xảy ra những nhầm lẫn nguy hiểm

- Bị ràng buộc về điều kiện dòng không cân bằng nên phải kiểm tra

- Phương pháp tự đồng bộ có thể sử dụng cho các máy phát thủy điện có công suất trung bình và bé (50MW) vì: thủy điện có Xd’’=0,2÷0,3 hoặc 0,3÷0,35 (trung bình và bé) và nhiệt điện có Xd’’=0,12÷0,17 nên trong điều kiện bình thường có thể sử dụng phương pháp tự đồng bộ đối với các máy phát làm việc theo sơ đồ hợp

16

CHƯƠNG 2

TỰ ĐỘNG ĐÓNG TRỞ LẠI NGUỒN ĐIỆN (TĐL) VÀ TỰ ĐỘNG ĐÓNG CÁC

PHẦN TỬ DỰ PHÒNG 2.1 Tự động đóng trở lại nguồn điện (TĐL)

2.1.1 Yêu cầu đối với thiết bị TĐL

2.1.1.1 Ý nghĩa của TĐL

Kinh nghiệm vận hành cho thấy, đa số ngắn mạch xảy ra trên đường dây truyền tải điện năng đều có thể tự tiêu tan nếu cắt nhanh đường dây bằng các thiết bị bảo vệ rơle Cắt nhanh đường dây làm cho hồ quang sinh ra ở chỗ ngắn mạch bị tắt và không có khả năng gây nên những hư hỏng nghiêm trọng cản trở việc đóng trở lại đường dây Hư hỏng tự tiêu tan như vậy được gọi là thoáng qua Đóng trở lại một đường dây có hư hỏng thoáng qua thường là thành công

Những hư hỏng trên đường dây như đứt dây dẫn, vỡ sứ, ngã trụ không thể tự tiêu tan,

vì vậy chúng được gọi là hư hỏng tồn tại Khi đóng trở lại đường dây có xảy ra ngắn mạch tồn tại thì đường dây lại bị cắt ra một lần nữa, việc đóng trở lại như vậy là không thành công

Để giảm thời gian ngừng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, thao tác đóng trở lại đường dây cần được thực hiện một cách tự động nhờ các thiết bị TỰ ĐỘNG ĐÓNG TRỞ LẠI (TĐL) Thiết bị TĐL cũng có thể tác động cả khi máy cắt bị cắt ra do thao tác nhầm của nhân viên vận hành hoặc

do thiết bị bảo vệ rơle làm việc không đúng

Áp dụng TĐL có hiệu quả nhất là ở những đường dây có nguồn cung cấp một phía, vì trong trường hợp này TĐL thành công sẽ khôi phục nguồn cung cấp cho các hộ tiêu thụ Ở mạng vòng, cắt một đường dây không làm ngừng cung cấp điện, tuy nhiên áp dụng TĐL là hợp lí vì làm tăng nhanh việc loại trừ chế độ không bình thường và khôi phục sơ đồ mạng đảm bảo vận hành kinh tế và tin cậy Khả năng TĐL thành công ở những đường dây trên không vào khoảng 70÷90%

2.1.1.2 Phân loại TĐL

Trong thực tế người ta có thể áp dụng những loại TĐL sau: TĐL 3 pha, thực hiện đóng cả

3 pha của máy cắt sau khi nó bị cắt ra bởi bảo vệ rơle TĐL 1 pha, thực hiện đóng máy cắt 1 pha sau khi nó bị cắt ra bởi bảo vệ chống ngắn mạch một pha TĐL hỗn hợp, đóng 3 pha (khi ngắn mạch nhiều pha) hay đóng 1 pha (khi ngắn mạch một pha)

2.1.1.3 Các yêu cầu cơ đối với TĐL

Tùy điều kiện cụ thể, sơ đồ TĐL dùng cho đường dây hoặc những thiết bị điện khác có thể khác nhau nhiều Nhưng tất cả các thiết bị TĐL phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau:

1) TĐL phải được khởi động khi MC đã tự động cắt ra, ngoại trừ trường hợp đóng MC vào sự cố ngắn mạch và thiết bị bảo vệ đã tác động cắt ngay sau khi đóng vào sự cố TĐL có thể khởi động theo hai cách:

a Khởi động bằng bảo vệ rơle

Khi có ngắn mạch, bảo vệ rơle tác động đưa xung đi cắt mát cắt đồng thời đưa xung đi khởi động TĐL ( hình 2.1) Phương pháp này có nhược điểm là trong một số trường hợp máy cắt bị cắt ra không phải do bảo vệ rơle ( ví dụ, cắt tự phát)

b Khởi động bằng sự không tương ứng giữa vị trí của máy cắt và vị trí của kháo điều khiển Trong chế độ vận hành bình thường, máy cắt đóng, tiếp điểm phụ thường kín MC1 của máy cắt

mở ra ( hình 2.2) Vì một lý do nào đó mát cắt bị cắt ra, tiếp điểm MC1 của nó sẽ đóng lại Lúc này khóa điều khiển KĐK vẫn đang ở vị trí đóng Đ2, do vậy thiết bị TĐL sẽ khởi động

Phương pháp khởi động này đảm bảo đóng trở lại máy cắt khi nó bị cắt ra không những trong trường hợp ngắn mạch mà cả trong các trường hợp ngẫu nhiên khác ở phần sau chúng ta chỉ khảo sát TĐL bằng sự không tương ứng

Thay cho tiếp điểm phụ của máy cắt người ta có thể dùng tiếp điểm của rơle trung gian phản ánh vị trí của máy cắt

4) Sơ đồ TĐL cần phải đảm bảo số lần tác động đã định trước cho nó và không được tác động lặp đi lặp lại Phổ biến nhất là loại TĐL một lần, trong một số trường hợp người ta cũng sử dụng TĐL hai lần và TĐL ba lần

5) Tác động nhanh: Thời gian tác động của TĐL cần phải càng nhỏ càng tốt để đảm bảo thời gian ngừng cung cấp điện là nhỏ nhất Ở các đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía tác động nhanh của TĐL cần thiết để rút ngắn thời gian khôi phục tình trạng làm việc bình thường của mạng điện Tuy nhiên thời gian TĐL bị hạn chế bởi điều kiện khử ion hoàn toàn môi trường tại chỗ ngắn mạch nhằm đảm bảo TĐL thành công: tkhử ion < tTĐL < ttkđ

Khi TĐL máy cắt dầu không cần quan tâm đến tkhử ion, nhưng đối với máy cắt không khí do thời gian đóng của nó rất bé nên phải xét đến điều kiện khử ion

Ngoài ra thời gian tác động của TĐL còn bị giới hạn bởi thời gian cần thiết để phục hồi khả năng truyền động của máy cắt khi đóng nó trở lại và khả năng cắt nếu ngắn mạch tồn tại

6)Độ dài của tín hiệu điều khiển đóng MC phải đủ lớn để đảm bảo đóng được thực hiện một cách chắc chắn ( kể cả các MC tác động chậm)

7) TĐL phải tự đông trở về vị trí ban đầu sau khi tác động để chuẩn bị cho các lần làm việc sau

8) Khi có trục trặc trong thiết bị TĐL phải loại trừ khả năng đóng lặp lại MC nhiều lần vào ngắn mạch duy trì để ngăn ngừa khả năng hỏng MC, làm mất ổn định của hệ thống điện hoặc gây cháy, nổ

9) Tác động của TĐL cần được phối hợp với tác động của thiết bị bảo vệ rơ le và các thiết bị tự động khác trong hệ thống điện như thiết bị kiểm tra đồng bộ, thiết bị tự động cắt tải theo tần số…

2.1.2 Các đại lượng thời gian trong quá trình tự động đóng lại

cố, thời gian tồn tại sự cố, tốc độ gió và điều kiện môi trường, điện dung của các phần tử lân cận với các phần tử được TĐL, trọng đó cấp điện áp đóng vai trò quyết định:nói chung cấp điện áp càng cao thời gian khử ion càng kéo dài

Cấp điện áp ( kV) Thời gian khử ion tối thiểu/s

bị sự cố đã được cắt điện

* Thời gian sẵn sàng của TĐL : Thời gian từ lúc tiếp điểm của ơ le TĐL kép lại gửi tín hiệu đóng

MC đến khi nó sẵn sang làm việc cho chu trình TĐL tiếp theo

* Thời gian tự động đóng trở lại (tTĐL) : thời gian từ lúc TĐL được khởi động đến lúc mạch đóng của máy cắt được cấp điện

* Thời gian chết ( hoặc thời gian không điện – dead time): Thời gian từ lúc hồ quang bị dập tắt đến lúc tiếp điểm chính của máy cắt tiếp xúc trở lại

* Thời gian nhiễu loạn của hệ thống: Là khoảng thời gian từ lúc phát sinh sự cố đến khi máy cắt đóng trở lại thành công (system disturbance time)

2.1.2.2 Quan hệ giữa các đại lượng thời gian trong quá trình TĐL

Quan hệ giữa các đại lượng thời gian trong quá trình tự động đóng trở lại nguồn điện ( hình 5.3a)

20

Ví dụ đối với trường hợp máy cắt điện trung áp 11 kV đóng cắt bằng cuộn điện từ và máy cắt điện siêu cao áp 400 kV truyền động bằng khí nén được trình bày trên các hình 5.3 b và hình 5.3c

Trong chu trình TĐL đại lượng thời gian chết ( thời gian không điện) có ý nghĩa rất quan trọng

nó ảnh hưởng nhanh chóng phục hồi cung cấp điện và đảm bảo giữ ổn định cho hệ thống điện Thông thường khi TĐL một pha khoảng thời gian này từ 0,4 đến 1,2 s, khi TĐL 3 pha không kiểm tra đồng bộ từ 0,3 đến 0,5 s và TĐL 3 pha có kiểm tra đồng bộ từ 1 đến 5 s

2.1.2.1 Tác động của máy cắt

a.1 Quá trình cắt máy cắt

a.2 Quá trình đóng máy cắt

2.1.2.2 Quan hệ giữa các đại lượng thời gian trong quá trình TĐL

21

- Giả sử thời điểm gửi tín hiệu cắt là t1 và cuộn cắt bắt đầu làm việc, thời điểm hồ quang phát sinh là t2 (tiếp xúc tách nhau ra), thời điểm hồ quang tắt là t3, thời điểm cắt cuộn cắt là t4, thời điểm bắt đầu gửi xung tín hiệu đóng là t6, thời điểm đầu tiếp xúc chạm nhau là t7 và vị trí đóng cuối cùng là t8

- Thời điểm bắt đầu xét là t0 (thời điểm phát sinh ngắn mạch) bảo vệ bắt đầu khởi động và sau khoảng thời gian tBV và gửi tín hiệu cắt (xung cắt) thì xung cắt được gửi trong khoảng thời gian

đủ để MC hoàn thành cắt (từ t1 đến t4), phát sinh hồ quang (t2) tồn tại trong khoảng thời gian từ t2đến t3 và đến t3 thì hồ quang tắt, dù hồ quang tắt thì để đảm bảo thời gian an toàn thì tiếp điểm

MC tiếp tục di chuyển đến vị trí cuối cùng và như vậy sau t4 thì BV mới trở về ở t5 – đó là khoảng thời gian tồn tại xung cắt của BV và đến t6 thì cuộn đóng được cấp điện

+ Thời gian sẵn sàng của TĐL: thời gian từ lúc tiếp điểm của role TĐL khép lại gửi tín hiệu đóng MC đến khi nó sẵn sàng làm việc cho chu trình TĐL tiếp theo

+ Thời gian tự động đóng trở lại (tTĐL): thời gian từ lúc TĐL được khởi động đến lúc mạch đóng của MC được cấp điện (t1t6)

+ Với TĐL 1 pha thì khoảng thời gian chết: 0,4÷1,2s

+ Với TĐL 3 pha không kiểm tra đồng bộ thì: 0,3÷0,5s

t Trở về

t1 t2 t3 t4 t6 t7 t8

t

Hồ quang được dập tắt

Cuộn đóng được cấp điện

Thời gian chết tối thiểu theo

0,04

0,2 đến

0,06 0,0

Thời gian chết tối thiểu theo

Đầu tiếp xúc tách ra

Thời gian mất điện

Đầu tiếp xúc chạm nhau

Vị trí cuối của đầu tiếp xúc

0,06

24

2.1.3 Tính toán các đại lượng đặt của thiết bị TĐL

2.1.3.1 TĐL ba pha, đường dây có một nguồn cung cấp

a Thời gian làm việc của thiết bị TĐL một lần

Các máy cắt hiện đại cho phép đóng trở lại ngay sau khi cắt ngắn mạch, vì vậy thời gian làm việc của thiết bị TĐL tác động một lần được xác định theo hai điều kiện:

* Khử ion tại chỗ bị sự cố: tTĐL  kat ( tkhử ion –tĐMC)

Trong đó: tkhử ion – Thời gian khử ion tại chỗ sự cố;

tĐMC – thời gian đóng MC;

kat - hệ số an toàn thường lấy khoảng 1,2 ÷ 1,3

* Thời gian sẵn sang của bộ truyền động MC tss:

tTĐL  kat tss (2.2)

Trong đó : tss = 0,2 ÷ 1 s tùy thuộc vào kết cấu của loại MC

Theo hai điều kiện (2.1) và (2.2) trị số lớn hơn được chọn làm đại lượng đặt

Trong một số trường hợp để nâng cao xác suất thành công của TĐL người ta cố ya tăng thời gian

tTĐL , chẳng hạn đối với các đường dây trong lưới điện phân phối đối khi người ta tăng tTĐL lên đến 2-3 s thậm chí đến 5s

b Thời gian làm việc của thiết bị TĐL hai lần

Thời gian làm việc ở chu kỳ thứ nhất được xác định theo (2.1) và (2.2)

Thời gian làm việc của chu kỳ thứ hai theo thời gian khôi phục khả năng cắt tkpc của máy cắt sau khi ngắn mạch ở chu kỳ thứ nhất:

t2TĐL  tkpc

c Thời gian trở về của TĐL

Thời gian trở về của TĐL (tV) được chọn theo điều kiện khôi phục khả năng cắt của máy cắt và điều kiện làm việc của máy cắt ở những chu trình tiếp theo sau khi TĐL đóng thành công:

tv  tkpc

2.1.3.2 TĐL ba pha, đường dây có hai nguồn cung cấp

TĐL đường dây có hai nguồn cung cấp liên quan đến vấn đề đồng bộ giữa hai nguồn điện trong thời gian đường dây bị cắt điện Khi có sự cố đường dây có hai nguồn cung cấp được cắt cả hai đầu, vì thế thiết bị TĐL cũng phải được đặt cả ở hai đầu

Thông thường nếu hai nguồn cung cấp được nối với nhau từ ba mạch liên lạc trở lên thì được xem như ít có khả năng mất đồng bộ vì xác suất tất cả các mạch liên lạc bij cắt ra cùng một lúc rất không đáng kể Khi một mạch bị cắt ra không ảnh hưởng nhiều đến chế độ làm việc của HTĐ

và TĐL một đường dây cũng không chấn động lớn về dòng điện cân bằng và công suất trong

tMC1, tMC2 – thời gian cắt ở các đầu tương ứng của đường dây;

tĐMC1 – thời gian đóng máy cắt ở đầu đang xét của đường dây;

tdp – thời gian dự phòng

Để tránh việc đóng đồng thời vào ngắn mạch duy trì từ cả hai đầu đường dây, thường người ta đóng thử từ một phía ( TĐL có kiểm tra điện áp trên đường dây) Nếu điện áp trên đường dây được phục hồi có nghĩa là sự cố đã được loại trừ, bộ TĐL thứ hai sẽ tác động ( TĐL có kiểm tra điện áp trên đường dây) Muốn vậy, trong mạch khởi động của TĐL người ta đưa thêm vào tiếp điểm của rơ le kiểm tra điện áp được chỉnh định theo điều kiện:

* Đối với rơ le điện áp thấp, kiểm tra điều kiện không điện áp trên đường dây:

Trên những đường dây đơn hoặc mạch liên hệ yếu như vậy tùy từng trường hợp cụ thể có thể

sử dụng nhiều TĐL khác nhau: TĐL không đồng bộ, TĐL tác động nhanh, TĐL chờ thời điểm đồng bộ, TĐL tự đồng bộ….Để chọn loại TĐL thích hợp phải tính toán các điều kiện cho phép

và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi áp dụng từng loại

2.1.4 Các tự động đóng trở lại một pha

Trong các lưới điện cao áp và siêu cao áp (U330kV) có trung điểm trực tiếp nối đất người ta thường sử dụng thiết bị TĐL một pha, vì trong lưới điện này thì có 90÷95% ngắn mạch 1 pha do:

b Nhược điểm

- Sơ đồ điểu khiển cắt và TĐL phức tạp hơn vì phải thêm bộ phận lựa chọn pha sự

cố và điều khiển MC cắt điện riêng từng pha

- Muốn chuyển đường dây sang làm việc ở chế độ 2 pha-đất thì cần phải giải quyết hàng loạt vấn đề phức tạp liên quan đến chế độ không đối xứng làm cho thiết bị bảo vệ và

tự động phức tạp thêm

- Ảnh hưởng của chế độ không đối xứng đến sự làm việc của MPD, động cơ điện

và các đường dây thông tin

c Chức năng-nhiệm vụ

- Chức năng cắt, phát hiện và đóng trở lại pha sự cố khi có ngắn mạch một pha

- Trường hợp TĐL 1 pha không thành công thì hoặc là phải tác động cắt cả ba pha

và cấm đóng trở lại hoặc là chuyển sang chế độ “2 pha- đất” nếu cho phép

- Tác động cắt 3 pha và cấm đóng trở lại khi có NM nhiều pha trogn chế độ vận hành không toàn pha hoặc khi bộ phận lựa chọn pha sự cố bị trục trặc

- Đưa các loại bảo vệ có thể làm việc sai trong chế độ không toàn pha ra khỏi sơ

đồ bảo vệ trong quá trình TĐL 1 pha Các bảo vệ này có thể phản ứng khi xuất hiện các thành phần đối xứng của dòng và áp

Chú ý: khi TĐL 1 pha thì thời gian khử ion có thể kéo dài hơn khi TĐL 3 pha do

ảnh hưởng của điện dung và hỗ cảm giữa các pha bị cắt đặt với các pha còn đang mang điện Với các đường dây siêu cao áp có thiết bị bù dọc và bù ngang thì thời gian khử ion

27

còn có thể kéo dài hơn do năng lượng tích sẵn trên điện dung và điện cảm của thiết bị bù trên pha sự cố trước khi bị cắt điện

d Bộ phận lựa chọn pha sự cố trong TĐL 1 pha

- Chọn đúng pha sự cố khi TĐL 1 pha được thực hiện bằng bộ phân (role) đặc biệt hoặc bằng các sơ đồ logic

- Đối với các đường dây có một nguồn điện, từ phía nguồn cung cấp có thể sử dụng các role dòng điện nối vào dòng điện pha để phát hiện sự cố:

- Đối với thiết bị TĐL 1 pha dùng kỹ thuật số, việc lựa chọn pha sự cố có thể thực hiện bằng các sơ đồ logic

Chú ý:

+ Chỗ sự cố dòng điện vẫn duy trì nhưng dao động với tần số khác

+ Hồ quang thứ cấp duy trì quá trình ion hóa và kéo dài thời gian khử ion từ

đó làm cho tTĐL tăng

28

29

2.1.5 Phối hợp tác động giữa bảo vệ rơle và TĐL

2.1.5.1 Tăng tốc độ tác động của bảo vệ sau TĐL

Sau khi cắt chọn lọc đường dây bị hư hỏng, thiết bị TĐL sẽ tác động đóng máy cắt trở lại đồng thời nối tắt bộ phận tạo thời gian của bảo vệ chính (hoặc đưa bảo vệ tác động nhanh vào làm việc) trong một khoảng thời gian giới hạn nào đó, nhờ vậy đảm bảo cắt nhanh máy cắt trong trường hợp đóng trở lại đường dây vào ngắn mạch tồn tại

Hình 2.5 a) Sơ đồ mạng điện b)Mạch tăng tốc

Xét sơ đồ mạng điện hình 5.5a và sơ đồ thực hiện tăng tốc hình 2.5 b Khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N thì các tiếp điểm của rơle 1RI, 2RI của bảo vệ 1BV đóng mạch cuộn dây RT, tiếp điểm RT1 đóng tức thời nhưng tiếp điểm RGT1 đang mở nên cuộn dây RG không có điện Sau thời gian tRT thì tiếp điểm RT2 đóng mạch cuộn dây RG để đi cắt máy cắt 1MC Lúc này thiết bị TĐL sẽ đưa xung đi đóng lại 1MC đồng thời khởi động RGT, tiếp điểm RGT1 đóng Nếu ngắn mạch tồn tại 1RI, 2RI và RT lại có điện nên RT1 đóng mạch cuộn dây RG và cắt nhanh máy cắt 1MC Nếu ngắn mạch tự tiêu tan (TĐL thành công), thì sau một thời gian đủ để đóng chắc chắn 1MC tiếp điểm RGT1 mở ra và bảo vệ 1BV lại làm việc với thời gian đặt trước cho nó

Như vậy tăng tốc độ tác động của bảo vệ sau TĐL cho phép rút ngắn thời gian cắt trở lại một hư hỏng tồn tại Tuy nhiên cần lưu ý là bộ phận khởi động dòng của bảo vệ được tăng tốc phải chỉnh định khỏi dòng tự khởi động của các động cơ (các động cơ bị hãm lại do mất điện trong quá trình ngắn mạch và trong chu trình TĐL)

2.1.5.2 Tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL

Cắt máy cắt lần thứ 1 bằng bảo vệ tác động nhanh không chọn lọc (ví dụ, bảo vệ dòng cắt nhanh), sau đó bảo vệ này bị khóa lại trong trong một khoảng thời gian nhất định để việc cắt máy cắt lần thứ 2 (nếu TĐL không thành công) được thực hiện bởi các bảo vệ tác động chọn lọc

Trong phương pháp tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL, cắt lần thứ 1 có thể xảy

ra khi hư hỏng ở phần tử kề, tức là tác động không chọn lọc Nếu hư hỏng tự tiêu tan và TĐL

30

thành công, thì tác động không chọn lọc trước đó của bảo vệ được sửa chữa bằng tác động của thiết bị TĐL Nhờ cắt nhanh ngắn mạch sẽ tạo khả năng TĐL thành công lớn hơn

Hình 2.6: Tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL

a) Sơ đồ mạng điện; b)Mạch tăng tốc

Sơ đồ bộ phận tăng tốc độ bảo vệ trước TĐL như trên hình 2.6b, tiếp điểm 1RI là của bảo

vệ cắt nhanh 3I>>, tiếp điểm 2RI là của bảo vệ doöng cực đai 3I> Thiết bị TĐL đặt ở đoạn đường dây đầu tiên AB (hình 2.6a) Khi ngắn mạch trên một đoạn bất kỳ của đường dây ABCD (ví dụ, tại điểm N), lúc đầu bảo vệ cắt nhanh 3I>> tác động không thời gian đi cắt 3MC Sau đó TĐL sẽ khởi động và đóng 3MC lại, đồng thời đưa tín hiệu đi khóa bảo vệ 3I>> Nếu ngắn mạch tồn tại thì các bảo vệ sẽ làm việc một cách chọn lọc theo đặc tính thời gian của chúng, trong trường hợp này bảo vệ dòng cực đai 1I> có thời gian làm việc nhỏ nhất sẽ tác động cắt máy cắt 1MC Cần lưu ý là việc khóa bảo vệ cắt nhanh 3I>> trên sơ đồ hình 2.6b được thực hiện nhờ tín hiệu từ thiết bị TĐL đưa đến RGT để làm hở mạch tác động của rơle 1RI

Nhược điểm của phương pháp tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL là nếu TĐL hoặc máy cắt 3MC bị hỏng thì tất cả các hộ tiêu thụ trên đường dây đều bị mất điện mặc dù ngắn mạch có thể chỉ ở đoạn cuối

Muốn bảo vệ cắt nhanh 3I>> không tác động mất chọn lọc khi ngắn mạch sau các máy biến áp 1B, 2B cần phải chọn dòng khởi động của nó lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn

- Dự phòng là giải pháp cùng TĐL để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

- Dự phòng là tạo độ dôi hoặc độ dư thừa về cấu trúc để nâng cao độ tin cậy

Ví dụ: một nguồn điện để cung cấp cho một hộ tiêu thụ thì nếu tính toán theo điều kiện kỹ thuật ta chỉ cần kéo một đường dây làm việc Nếu dây đơn thì khi bị sự cố đường dây bị cắt

ra và hộ mất điện Nếu có thể lắp thêm mạch điện thứ 2 để làm nhiệm vụ dự phòng Đối với trường hợp không sự cố thì đường dây 2 không cần thiết

2 2.1.2 Yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD

Tất cả các thiết bị TĐD cần phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau đây:

1 Sơ đồ TĐD không được tác động trước khi máy cắt của nguồn làm việc bị cắt ra để tránh đóng nguồn dự trữ vào khi nguồn làm việc chưa bị cắt ra Ví dụ trong sơ đồ hình 2.9, khi ngắn mạch trên đường dây AC thì bảo vệ đường dây chỉ cắt 1MC còn 2MC vẫn đóng, nếu TĐD tác động đóng đường dây dự trữ BC thì có thể ngắn mạch sẽ lại xuất hiện

2 Sơ đồ TĐD phải tác động khi mất điện áp trên thanh góp hộ tiêu thụ vì bất cứ lí do gì, chẳng hạn như khi cắt sự cố, cắt nhầm hay cắt tự phát máy cắt của nguồn làm việc, cũng như khi mất điện áp trên thanh góp của nguồn làm việc Cũng cho phép đóng nguồn dự trữ khi ngắn mạch trên thanh góp của hộ tiêu thụ

Hình 2.7 : Một số sơ đồ TĐD tiêu biểu

4 Để giảm thời gian ngừng cung cấp điện, việc đóng nguồn dự trữ cần phải nhanh nhất

có thể được ngay sau khi cắt nguồn làm việc

Thời gian mất điện tmđ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

a) tmđ < ttkđ

ttkđ: khoảng thời gian lớn nhất từ lúc mất điện đến khi đóng nguồn dự trữ mà các động

cơ nối vào thanh góp hộ tiêu thụ còn có thể tự khởi động

b) tmđ > tkhử ion

tkhử ion: thời gian cần thiết để khử môi trường bị ion hóa do hồ quang tại chổ ngắn mạch

5 Để tăng tốc độ cắt nguồn dự trữ khi ngắn mạch tồn tại, cần tăng tốc độ tác động của bảo vệ nguồn dự trữ sau khi thiết bị TĐD tác động Điều này đặc biệt quan trọng khi hộ tiêu thụ

bị mất nguồn cung cấp được thiết bị TĐD nối với nguồn dự trữ đang mang tải Cắt nhanh ngắn mạch lúc này là cần thiết để ngăn ngừa việc phá hủy sự làm việc bình thường của nguồn dự trữ đang làm việc với các hộ tiêu thụ khác

2.2.1.3 Phân loại thiết bị TĐD

- Theo phần tử được trạng bị TĐD: TĐD đường dây, MBA, phân đoạn tự dùng

- Theo chiều tác động: 1 chiều hoặc 2 chiều

- TĐD chỉ sử dụng trong các hệ thống dự phòng thay thế

+ Nếu vai trò có thể thay đổi được thì gọi là TĐD 2 chiều (vai trò của 2 nguồn có thể thay đổi cho nhau)

+ Nếu vai trò không thể thay đổi được thì gọi là TĐD 1 chiều

- Theo nguồn thao tác: xoay chiều (lấy nguồn tự dùng làm nguồn cấp cho mạch TĐD) hoặc một chiều (dùng 1 ắcquy riêng rẽ) Dùng điện áp trên đường dây để kiểm tra trạng thái của

dự phòng  dự phòng “ấm” (đóng nguồn nhưng không đóng tải)

TG A bị hỏng thì TĐD không khởi động được

Hình 2.9 Khởi động TĐD bằng BVRL

b Khởi động bằng rơle giảm áp

Vì một lý do nào đó mà TG C bị mất điện, thì rơle gảm áp RU< sẽ tác động làm khởi động rơle thời gian RT ( hình 2.10) Sau một thời gian chậm trễ cần thiết, tiếp điểm RT đóng đưa tín hiệu

đi cắt máy cắt 2MC và do đó khởi động thiêt bị TĐD So với nguyên tắc khởi động bằng rơle thì nguyên tắc này có ưu điểm là khởi động TĐD vì bất cứ lý do nào làm cho các hộ tiêu thụ nối

34

vào thanh góp C bị mất điện, kể cả trường hợp hư hỏng máy biến áp hoặc hư hỏng đường dây nối từ nguồn đến TG A

Hình 2.10 Khởi động TĐD bằng role điện áp thấp

c Đề phòng sơ đồ làm việc sai khi đứt cầu chì mạch áp

Bộ phận khởi động bằng rơle giảm áp cần được thực hiện như thế nào để nó chỉ tác động khi mất điện và không tác động khi đứt mạch áp Mạch thứ cấp của BU có đặt cầu chì bảo vệ ( hình 2.11) Nếu chỉ có một rơle điện áp giảm áp thì khi đứt cầu chì, tiếp điểm của rơle đóng lại làm khởi động nhầm thiết bị TĐD Để tránh nhược điểm trên người ta đặt hai rơle điện áp thấp có tiếp điểm nối nối tiếp nhau 2.11)

Nếu TG C bị mất điện, phía thứ cấp của BU sẽ không có điện áp làm cho cả hai tiếp điểm của RU< đóng đồng thời và thiết bị TĐD sẽ khởi động Khi đứt cầu chì ở một mạch rơle RU<, tiếp điểm của RU< còn lại vẫn mở, do vậy thiết bị TĐD không khởi động nhầm Khả năng đứt cả hai cầu chì cùng một lúc là rất nhỏ

Tuy nhiên trên sơ đồ 2.11 vẫn có thể xảy ra khởi động nhầm nếu Bu bị hỏng Để tăng độ tin cậy, người ta dung hai rơle RU< nối vào hai BU khác nhau

35

Hình 2.11 Đề phòng TĐD làm việc nhầm khi cháy cầu chì ở mạch điện áp

d Đề phòng sơ đồ TĐD làm việc vô ích khi không có điện ở nguồn dự trữ

Nếu mạch dự trữ không có điện thì việc khởi động thiết bị TĐD là vô ích, vì vậy trong sơ đồ TĐD cần có thêm bộ phận kiểm tra điện áp của nguồn dự trữ Thường dùng rơle điện áp tăng áp RU> ( hình 2.12) được cung cấp từ máy biến điện áp 2BU nối với mạch dự trữ Nếu nguồn dự trữ có điện, thì rơle RU> sẽ luôn ở trạng thái tác động và TĐD thể khởi động được khi mất điện

36

Để tránh tình trạng nêu trên, mạch đóng máy cắt của đường dây dự trữ được nối qua bộ phận khóa chống tác động nhiều lần ( rơle RGT trên hình 2.13) trong chế độ làm việc bình thường, máy cắt 2MC đóng, máy cắt 4MC mở, tiếp điểm phụ 2 MC2 đóng, 2MC3 mở, rơle RGT có điện, tiếp điểm của nó đóng nhưng mạch máy cắt 4MC còn hở do tiếp điủm phụ 2MC3 mở Khi xảy ra ngắn mạch trên TG của hộ tiêu thụ, máy cắt 2MC mở ra, tiếp điểm phụ 2MC2 mở mạch rơle nhưng tiếp điểm của RGT chưa mở ngay, tiếp điểm phụ 2MC3 đóng lại làm cho cuộn đóng của 4MC có điện, máy cắt 4MC đóng lại Sau đó tiếp điểm của RGT mở ra, do vậy nếu ngắn mạch tồn tại, thiết bị bảo vệ rơle sẽ cắt 4MC ra nhưng 4MC không thể đóng lại được nữa

Hình 2 13, Đề phòng TĐD làm việc nhiều lần

2.2.3 TĐD máy cắt phân đoạn

- Thông thường 2 MBA làm việc song song trong trạm thì người ta dùng MCPĐ ở thanh góp phía hạ Khi có NM trên 1 xuất tuyến nào đó thì tổng trở của MBA sẽ hạn chế dòng

NM đi qua MC xuất tuyến  MCPĐ làm giảm dòng NM xuống 2 lần khi hệ thống có công suất vô cùng lớn

- Khi có hư hỏng 1 trong 2 MBA thì bảo vệ tác động cắt MC của phần tử bị sự cố sau đó TĐD khởi động và sẽ đóng MCPĐ, khi nó đóng thì phân đoạn nối với MBA bị sự cố sẽ được cấp điện qua MBA đang làm việc Các MBA làm việc đều làm việc non tải từ 70-80%Sđm

- TĐD thực hiện thông qua liên động giữa các máy cắt TĐD sử dụng trong các sơ đồ tự dùng trong nhà máy điện MCPĐ thường ở trạng thái mở (cắt)

- Khoảng thời gian tiếp điểm duy trì sau khi cuộn dây mất điện là δt (=5-10ms)

37

Hình 2 14 Sơ đồ TĐD máy cắt phân đoạn

Hình 2 15 Sơ đồ nguyên lý thực hiện TĐD máy cắt phân đoạn Vận hành của sơ đồ:

- Bình thường cả 2 MBA sẽ làm việc song song với nhau Các MC ở trạng thái đóng Khi MC2 đóng thì các tiếp điểm phụ là:

(1) ở trạng thái kín: chuẩn bị sẵn sàng cho mạch của cuộn cắt CC2

(2) ở trạng thái hở: nên dù (4) kín, RGT được cấp điện, tiếp điểm δT kín nhưng vẫn không cấp điện, tín hiệu đóng MCPĐ

38

(3) ở trạng thái hở: nên không có tín hiệu đóng MCPĐ

(4) ở trạng thái kín: role RGT được cấp điện do vậy tiếp điểm ở đó kín nhưng (3) hở nên CCPĐ không được cấp điện

- Khi ngắn mạch ở B1 (N1) thì hệ thống bảo vệ của B1 (BVB1) sẽ tác động và gửi tín hiệu cắt MC1 và MC2 Khi MC2 cắt thì các tiếp điểm phụ đổi trạng thái

(1) ở trạng thái hở: ngắt nguồn thao tác MC

(2) ở trạng thái kín: gửi tín hiệu cắt (liên động) MC1

(3) ở trạng thái kín: gửi tín hiệu qua RGT cung cấp điện cho cuộn cắt CCPĐ theo mạch

- Cực dương của nguồn thao tác đi qua tiếp điểm phụ (3) của MC2-3 (kín khi MC2 cắt, lúc đó qua tiếp điểm δT chưa kịp trở về (thời gian chỉnh định) rồi qua tiếp điểm của

MCPĐF (kín khi MCPĐ cắt) rồi cung cấp cho CCPĐ và trở về cực âm (-)  có dòng điện cung cấp cho CĐ và MCPĐ đóng

- Tiếp điểm chỉ 7 ở thời gian δT vì sau đó RGT ngắt điện nên mạch đóng ngắt điện

- Chỉ cho tồn tại trong thời gian δT là để đảm bảo MCPĐ chỉ thực hiện một lần (ngăn ngừa trường hợp sự cố không phải ở MC1 mà là sự cố duy trì ở phân đoạn 1 – ví dụ khi NM N2 thì sau khi TĐD đóng MCPĐ thì các bảo vệ của MCPĐ tác động để ngắt MC ra nhưng sau đó lại lặp lại

- Sơ đồ dùng phổ biến ở các trạm và trong hệ thống tự dùng ở nhà máy

2.2.4 Dự phòng cho các hộ tiêu thụ quan trọng

- Thường người ta phân các loại phụ tải của hộ tiêu thụ:

+ Các phụ tải được phép mất điện (hàng giờ)

+ Các phụ tải cho phép mất điện ngắn hạn (hàng phút)

+ Các phụ tải không cho phép mất điện

- Bình thường: nguồn làm việc cung cấp điện cho toàn bộ hộ tiêu thụ Khi nguồn làm việc

bị sự cố thì thường hệ thống TĐD sẽ khởi động và đóng nguồn dự phòng (diezen,…)

39

Nếu nguồn dự phòng bị sự cố thì chỉ giữ lại phần phụ tải cuối cùng không cho phép mất điện và được cung cấp bằng UPS

Hình 2 16 Dự phòng cho các hộ tiêu thụ quan trọng

Một số sơ đồ TĐ D tiêu biểu

a.Sơ đồ TĐ D đường dây

Trong chế độ vận hành bình thường, đường dây AC làm việc (1MC, 2MC đóng), đường dây

BC dự trữ (3MC đóng, 4MC mở) Rơle RGT có điện (hình 2.17), tiếp điểm của nó đóng Nếu vì một lí do nào đó thanh góp C mất điện (ví dụ do ngắn mạch trên đường dây AC, do thao tác nhầm ), tiếp điểm của các rơle RU<, RU> sẽ đóng mạch rơle thời gian RT (đường dây dự trữ

BC đang có điện) Sau một thời gian chậm trễ do yêu cầu chọn lọc của bảo vệ rơle, tiếp điểm RT đóng lại Cuộn cắt CC của máy cắt có điện, máy cắt 2MC mở ra Tiếp điểm phụ 2MC3 đóng, cho dòng điện chạy qua cuộn đóng CĐ của máy cắt 4MC và đường dây dự trữ BC được đóng vào để cung cấp cho các hộ tiêu thụ

40

Hình 2 17 Sơ đồ TĐ D đường dây

b Sơ đồ TĐ D máy biến áp

Ở các trạm biến áp người ta sử dụng các loại TĐD khác nhau như TĐD máy biến áp, TĐD máy cắt phân đoạn, TĐD máy cắt nối

Trên hình 2.17 là sơ đồ TĐD máy cắt phân đoạn Bình thường cả hai máy biến áp làm việc, máy cắt 5MC mở Giả thiết máy biến áp B2 bị hư hỏng, thiết bị bảo vệ rơle tác động cắt máy cắt 3MC và 4 MC, sau đó thiết bị TĐD sẽ khởi động và đóng máy cắt 5MC Lúc này máy biến áp B1 sẽ làm nhiệm vụ cung cấp cho phụ tải 1 và phụ tải 2 ở cả hai phân đoạn

Lưu ý là nếu máy biến áp B1 được thiết kế chỉ đủ để cung cấp cho phụ tải phân đoạn I thì trong thiết bị TĐD cần phải có thêm mạch đưa tín hiệu đi cắt bớt những phụ tải kém quan trọng

ở cả hai phân đoạn trước khi đóng máy cắt 5MC

Trong sơ đồ, mạch điện mở máy cắt 4MC được nối qua tiếp điểm phụ của 3MC nhằm tạo

sự liên động để khi mở máy cắt 3MC sẽ đồng thời mở luôn cả máy cắt 4MC

Để cắt nhanh máy cắt phân đoạn khi ngắn mạch tồn tại trên thanh góp hạ áp của trạm, trong sơ đồ TĐD cần có thêm bộ phận tăng tốc độ tác động của bảo vệ máy cắt phân đoạn sau TĐD (không vẽ bộ phận này trên hình 2.18)

Khác với sơ đồ TĐD đường dây đã xét trước đây (hình 2.10), trong sơ đồ TĐD máy cắt phân đoạn không có bộ phận khởi động điện áp giảm vì không cần thiết trong trường hợp này