BẢO VỆ RELAY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

GIỚI THIỆU 2. TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT 3. SỰ CỐ TRÊN CUỘN DÂY STATOR 4. BẢO VỆ CUỘN DÂY STATOR 5. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP 6. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT MÁY BIẾN ÁP 7. BẢO VỆ QUÁ DÒNG 8. BẢO VỆ LỖI CHẠM ĐẤT STATOR 9. BẢO VỆ QUÁ ĐIỆNGIỚI THIỆU 2. TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT 3. SỰ CỐ TRÊN CUỘN DÂY STATOR 4. BẢO VỆ CUỘN DÂY STATOR 5. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP 6. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT MÁY BIẾN ÁP 7. BẢO VỆ QUÁ DÒNG 8. BẢO VỆ LỖI CHẠM ĐẤT STATOR 9. BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN

2 TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT

3 SỰ CỐ TRÊN CUỘN DÂY STATOR

4 BẢO VỆ CUỘN DÂY STATOR

5 BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP

6 BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT - MÁY BIẾN ÁP

7 BẢO VỆ QUÁ DÒNG

8 BẢO VỆ LỖI CHẠM ĐẤT STATOR

9 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP

13 BẢO VỆ CHỐNG ĐÓNG ĐIỆN Ở TRẠNG THÁI NGHỈ

15 BẢO VỆ NHỮNG SỰ CỐ TRONG ROTOR

22.1 CÀI ĐẶT BV CHO MÁY PHÁT CÔNG NGHIỆP NHỎ

22.2 BẢO VỆ MÁY PHÁT CÔNG SUẤT LỚN

Để thiết kế tính toán các bảo vệ cần thiết, chúng ta phải

Máy phát điện và máy biến áp là một phần tử rất quan

trọng trong hệ thống điện, sự làm việc tin cậy của các máy

phát điện và máy biến áp có ảnh hưởng quyết định đến độ

tin cậy của cả hệ thống

Vì vậy, đối với máy phát điện và máy biến áp đặc biệt là

các máy có công suất lớn, người ta đặt nhiều loại bảo vệ

khác nhau để chống tất cả các loại sự cố và các chế độ làm

việc không bình thường xảy ra bên trong các cuộn dây cũng

như bên ngoài

2 TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT

Điểm trung tính của máy phát thường được nối đất để bảo vệ cuộn dây stator

và hệ thống liên kết Nối đất cũng ngăn ngừa sự phát hỏng của điện áp quá độ trong trường hợp phóng điện trực tiếp xuống đất và hoặc sự cộng hưởng sắt từ

Với những máy phát cao áp, trở kháng thường được nối vào trong đường dây nối đất stator để giới hạn biên độ dòng

sự cố chạm đất

1 Dòng điện định mức

2 TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT

Một biến áp nối có thể được

sử dụng như là trở kháng

Cuộn dây sơ cấp được mang tải với một điện trở ở phần trước đã được quy về thông qua tỉ lệ máy biến áp

biến nhất trong lỗi cuộn dây stator

Sự cố pha chạm pha tách biệt với

đất ít phổ biến hơn; nó có thể xảy ra ở phần cuối cuộn dây stator hoặc trong các khe nếu cuộn dây các pha được đặt vào trong cùng một khe

Sự cố Interturn là rất hiếm,

nhưng một dòng sự cố vòng lớn có thể phát sinh khi một sự như vậy xảy

ra Hệ thống bảo vệ thông thường khó phát hiện Trong trường hợp này, một

4 BẢO VỆ CUỘN DÂY STATOR

Để đáp ứng một cách nhanh chóng với sự cố dòng pha gây

hại lớn , bảo vệ sai lệch nhạy, tốc độ cao thường được áp

dụng để đánh giá máy phát điện vượt quá 1MVA

Đối với các máy phát điện lớn, việc cắt vị trí sự cố nhanh

chóng cũng sẽ duy trì sự ổn định của hệ thống điện chính Các

vùng bảo vệ sai lệch có thể được mở rộng để bao gồm cả máy

biến áp liên kết

Đối với máy phát nhỏ hơn, IDMT / Bảo vệ quá dòng tức thời

thường chỉ được áp dụng cho bảo vệ sự cố pha

Bảo vệ quá dòng phụ thuộc áp có thể được áp dụng ở

nơi mà bảo vệ sai lệch không được sử dụng trên máy phát

lớn hơn, hoặc ở nơi mà không áp dụng bảo vệ quá dòng đơn

Bảo vệ quá dòng của máy biến áp có hai cách Bảo vệ quá

dòng đơn giản có thể được sử dụng như là hình thức đầu

tiên của bảo vệ cho máy phát loại nhỏ, và bảo vệ thứ cấp

cho loại lớn hơn, ở đó bảo vệ sai lệch được sử dụng trước

tiên để bảo vệ cuộn dây stator

7.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐƠN GIẢN

Bảo vệ quá dòng đơn giản thường sử dụng thời gian trễ Cho

những máy S rate < 1MVA, nó là hệ thống bảo vệ chủ yếu cho cuộn

dây stator ở sự cố pha

Khi máy phát có S rate lớn hơn, BV quá dòng có thể được áp

dụng như là BV thứ cấp từ xa, để ngắt các thành phần chưa được cắt bởi sự cố ở bên ngoài Ở những nơi có BV so lệch là chính, cho máy phát nhỏ hơn, bảo vệ quá dòng cũng sẽ cung cấp thêm

BV thứ cấp

Trong một số trường hợp máy phát đơn, cung cấp cho hệ thống

7.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐƠN GIẢN

BV này sẽ đáp ứng cho dòng ngược

backfeed mức cao từ hệ thống năng lượng

đến từng đến thành phần sự cố Những

máy phát song song khác sẽ cung cấp

dòng này, và được ổn định bởi hệ thống

trở kháng, nó sẽ không chịu một sự sụt

giảm lớn nào

Trong trường hợp phổ biến hơn, hệ thống

lớn từ nhiều máy phát đơn, ta có BV thứ

cấp cho máy phát, BV quá dòng cao áp

cho máy biến áp

Thời gian trễ được cài đặt để đảm bảo

Những thành phần tức thời

Giới hạn dòng sự cố

trong máy phát

Giá trị dòng sự cố của

hệ thống được cung cấp từ sự cố cuộn dây

máy phát

7.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG PHỤ THUỘC VÀO ĐIỆN ÁP

7.2.1 Điện áp điều khiển bảo vệ quá dòng

Khi điện áp < Vs,

relay được cài với

giá trị quá dòng KI>, Khi áp > Vs, relay được cài I>

7.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG PHỤ THUỘC VÀO ĐIỆN ÁP

7.2.2 Điện áp kiềm hãm bảo vệ quá dòng

Khi điện áp < Vs2, relay được cài với giá trị quá dòng KI>, Khi áp > Vs1, relay được cài I>

Khi Vs2 < áp < Vs1 Relay được cài đặt theo đường thẳng có

độ dốc là:

(I> - KI>)/(Vs1 –Vs2)

8.1 Trung tính nối đất trực tiếp

8.1.1 Bảo vệ quá dòng trung tính

Cung cấp đầy đủ cho việc bảo vệ

sự cố chạm đất và vì vậy nó phải

được phân cấp với bảo vệ ở bộ phận

cấp điện cho tải (feeder)

a Máy phát điện kết nối trực tiếp hoạt động song song

b Máy phát điện nối đất trung tính với trở kháng cao, lỗi dòng

sự cố chạm đất đang được giới hạn trong vài chục A

c Lắp đặt nơi có trở kháng chạm đất là rất cao, do tính chất của

đất

Phương pháp này được sử dụng trong các tình huống sau đây:

Đối với trường hợp “Máy phát điện nối đất trung tính với trở

kháng cao, lỗi dòng sự cố chạm đất đang được giới hạn trong

vài chục A” và “Lắp đặt nơi có trở kháng chạm đất là rất cao,

do tính chất của đất”, nó không cần thiết để sử dụng một trang

bị định hướng Chú ý thực hiện để sử dụng cài đặt RCA

(characteristic angle) cho đúng - ví dụ nếu trở kháng nối đất

chủ yếu là điện trở, điều này nên được 00 Trên các hệ thống

nối đất trở kháng cách điện hoặc rất cao, một RCA của -900 sẽ

được sử dụng, như chạm đất hiện nay chủ yếu là điện dung

9 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP

Điện áp ở đầu cực máy phát có thể tăng cao quá mức cho phép khi có trục trặc trong hệ thống tự động điều chỉnh

kích từ hoặc khi máy phát bị mất tải đột ngột

Khi mất tải đột ngột, điện áp ở đầu cực các máy phát thuỷ điện có thể đạt đến 200% trị số danh định là do hệ

thống tự động điều chỉnh tốc độ quay của turbine nước có

quán tính lớn và khả năng vượt tốc của rotor máy phát cao

hơn nhiều so với máy phát turbine hơi

Quá điện áp ở đầu cực máy phát có thể gây tác hại cho

cách điện của cuộn dây, các thiết bị đấu nối ở đầu cực máy

phát, còn đối với các máy phát làm việc hợp bộ với MBA sẽ

Bảo vệ thấp áp rất hiếm khi được trang bị cho máy phát

Nó đôi khi được sử dụng như một thành phần liên kết cho

chức năng bảo vệ khác Chẳng hạn như bảo vệ mất từ

trường hoặc bảo vệ đóng điện ở trạng thái nghỉ Thấp áp

có thể làm sập hệ thống điện áp

Trong trường hợp máy phát cung cấp điện cho một hệ

thống cô lập, áp thấp có thể xảy ra vì nhiều lý do, thông

thường quá tải hay AVR không hoạt động

Ở những nơi bảo vệ thấp áp là cần thiết, phải có thời gian

trễ đi kèm với thấp áp Điều này tránh được điện áp thấp do

quá trình khôi phục áp hệ thống do cắt thành phần sự cố

11 BẢO VỆ CHỐNG DÒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC

Công suất sẽ đổi chiều từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp năng lượng cho Turbine (dầu, khí, hơi nước hoặc dòng nước )

bị gián đoạn Khi đó máy phát điện sẽ làm việc như một động cơ tiêu thụ công suất từ hệ thống

Bất lợi của chế độ này đối với các máy phát nhiệt điện là Turbine

sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén lượng hơi thừa trong Turbine

làm cho cánh Turbine có thể phát nóng quá mức cho phép Đối với

các máy phát diezen chế độ này có thể làm nổ máy

Nguồn: http://tailieu.vn/doc/bao-ve-may-phat-dien-221154.html

11 BẢO VỆ CHỐNG DÒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC

Để đảm bảo độ nhạy bảo vệ cho

các máy phát công suất lớn, mạch

dòng điện của bảo vệ thường được

đấu vào lõi đo lường của máy biến

13 BẢO VỆ CHỐNG ĐÓNG ĐIỆN Ở TRẠNG THÁI NGHỈ

Đây là hiện tượng bất ngờ đóng điện máy phát đang ở trạng thái dừng hoạt động hoặc đã khởi động nhưng chưa kiểm tra đồng bộ

Lý do xảy ra hiện tượng đóng điện bất thường này có thể

do máy cắt bị phóng điện trong buồng cắt, hoặc hư hỏng mạch điều khiển hoặc do lỗi vận hành

Khi máy phát điện được đóng điện mà không có kích từ nó

sẽ hoạt động như một động cơ không đồng bộ, khởi động với

độ trượt lớn và gây dòng cảm ứng lớn trong cuộn rotor Các bảo vệ thông thường của máy phát thường không áp dụng được

Nguồn: “Tài liệu đào tạo chuyên đề hệ thống relay bảo vệ trong TBA”

Th.S Nguyễn Xuân Đạo

15 BẢO VỆ NHỮNG SỰ CỐ TRONG ROTOR

15.2 Bảo vệ sự cố chạm đất rotor cho máy

phát không có chổi quét 15.1 Bảo vệ sự cố chạm đất trong rotor

15.3 Bảo vệ ngắn mạch giữa các vòng dây

trong rotor 15.4 Bảo vệ lỗi hư hỏng Diode

15.1 Bảo vệ sự cố chạm đất trong rotor

Người ta sử dụng 2 phương pháp để phát hiện sự cố chạm đất trong rotor:

- Phương pháp phân áp đo điện thế: phù hợp cho máy phát có chổi quét

- Phương pháp dùng nguồn thêm vào : sử dụng phù hợp cho những máy phát có cuộn từ ít liên kết dạng vòng

Nguồn www.accumetrix.com

15.1 Bảo vệ sự cố chạm đất trong rotor

Phương pháp đo điện thế

Khi sự cố chạm đất xảy ra thì sẽ làm tăng điện áp qua điện trở relay từ đó lắp đặt 1 relay đo dòng điện qua relay để phát hiện

Có 1 điểm mù tồn tại ở giữa cuộn dây làm cho sự cố có thể không bị phát

hiện được do đó dùng điểm gõ để tránh trường hợp này

Figure16.18 trang 501 sách NPAG

15.1 Bảo vệ sự cố chạm đất trong rotor

Phương pháp dùng nguồn thêm vào

Phương pháp sử dụng tín hiệu tần số thấp: khi sự cố xảy ra sẽ làm tăng dòng điện qua một biến trở, dùng relay dò điện áp trên biến trở để phát hiện

15.1 Bảo vệ sự cố chạm đất trong rotor

Phương pháp dùng nguồn thêm vào

Phương pháp sử dụng tín hiệu tần số công suất: khi sự cố xảy ra trở kháng nhìn từ phía cuộn dây sẽ giảm do đó sử dụng relay dò trở kháng

để phát hiện sự cố

Máy phát không chổi quét có hệ thống kích từ bao gồm:

- Bộ kích từ chính với cuộn dây từ trường quay

15.3 Bảo vệ ngắn mạch giữa các vòng dây trong rotor

Dạng sóng dòng điện trong rotor sẽ được so sánh tự động và đưa ra một sơ đồ bảo vệ phù hợp

Thông thường người ta không tắt ngay lập tức nếu ảnh hưởng của sự cố không quá lớn Sự cố được giữ ở mức giới hạn cho đến khi một lệnh ngừng máy được sắp xếp để đưa ra

Sự cố ngắn mạch này thì gây ra sư biến động và việc phát hiện thông qua từ thông ở những mức độ khác thì khó khăn

Do đó sẽ được kết hợp với phần bảo vệ cơ khí của máy phát

15.4 Bảo vệ sự cố hư hổng Diode

Sự ngắn mạch diode sẽ gây ra dòng điện ac cho cuộn kích từ Sự cố này được phát hiện bằng relay dò dòng điện trên cuộn kích từ Tuy nhiên hệ thống này không đáng tin cậy Relay được cài đặt thời gian trễ

5 -10s

Sử dụng cầu chì để cắt diode bị hư thì phù hợp Cầu chì được sử dụng là cầu chì chỉ thị hệ thống có thêm một màn hình để quan sát tình trạng diode trên trục quay

Hiện tượng diode bị hở mạch ít khi xảy ra Nếu có hở mạch thì thông thường sẽ có diode song song để dự phòng Sự cố hở mạch diode thì

sẽ gây ra nhấp nhô điện áp trong cuộn kích từ nhưng cuộn cảm sẽ lọc làm mượt nó và không gây ra nguy hiểm quá lớn

15.5 Sự triệt tiêu từ trường

Khi sự cố ngắn mạch xảy ra do dòng điện lớn ra cần nhanh chóng triệt tiêu từ trường trong cuộn dây rotor, nếu từ trường còn duy trì thì sự

cố sẽ lan rộng và gây tổn hại lớn

Cần nhanh chống ngừng quay rotor nhưng phương pháp hãm rotor không khả thi do năng lượng quay rất lớn không thể hãm ngay lập tức

Dòng điện do từ trường tạo ra sẽ gây điện áp cao trên cuộn dây Với những máy có kích thước vừa phải, sử dụng máy cắt không khí để hở mạch cuộn dây rotor Đối với máy công suất lớn năng lượng từ trường lớn không thể triệt tiêu nhanh chóng được

Hậu quả của mất kích từ:

Khi mất kích từ thì rotor mất sức điện động cảm ứng sẽ gây mất đồng bộ và mất từ thông qua stator Lúc đó bộ điều tốc sẽ tăng tốc máy phát và duy trì cho máy phát hoạt động như máy phát cảm ứng Khi mất kích từ do điện áp giảm nhưng công suất vẫn rất lớn nên làm cho dòng điện stator tăng lên

Khi mất kích từ thì máy phát sẽ nhận một lượng lớn công suất phản kháng dẫn đến làm giảm điện áp của hệ thống Khi lượng công suất này quá lớn làm cho dòng điện qua stator tăng lên gấp 2 đến 4 lần dòng điện định mức và cũng làm cho rotor

bị quá nhiệt

16.1.1 Máy phát công suất thấp

Trong máy phát công suất thấp thông thường lắp đặt hệ thống báo động hoặc cắt máy phát Dòng điện kích từ được đo và tính toán để đưa đến relay, khi dòng điện này nhỏ hơn giá trị chỉnh định của relay thì relay sẽ hoạt động

Thông thường giá trịnh chỉnh định của relay sẽ được cài đặt dưới giá trị nhỏ nhất của dòng điện kích từ thường là 8% dòng kích từ định mức của máy phát

16.1.2 Máy phát công suất lớn

Khi mất kích từ thì điện áp đầu cực sẽ giảm dòng điện stator tăng lên kết quả là giàm trở kháng nhìn từ phía ngoài máy phát

Do đó cần sử dụng relay đo trở kháng

Fig 12.3.6C Power system Protection Vol 3

Việc cài đặt giá trị trở kháng cho

bảo vệ mất kích từ thì được cài 2

giá trị để đảm bảo tính ổn định và

đảm bảo của bảo vệ

Người ta chia sự bảo vệ này theo

2 điều kiện làm việc của máy phát:

+ Máy phát hoạt động ở công suất thấp (20%-30% P n ): hai

giá trị t d1 (độ trễ thời gian cảnh báo)

và t d01 (độ trễ thời gian tắt) ứng với2

giá trị X a1 và X b1

+ Máy phát hoạt động đầy tải: hai giá trị td2 và td02

17 BẢO VỆ TRƯỢT CỰC (POLE-SLIPPING)

Sự cố trượt cực xảy ra khi có sự nhiễu loạn lớn trong hệ thống hoặc khi hoạt động với tải lớn hoặc khi mất kích từ hoàn toàn

Hậu quả của sự cố trượt cực thì rất nghiêm trọng:

• Làm rung rotor

• Làm biến động dòng điện, điện áp và hệ số công suất

• Làm nhiễu loạn công suất tác dụng và công suất phản kháng ở diện rộng

• Làm yếu đi sự truyền tải công suất giữa máy phát và lưới điện

17.1 Bảo vệ sử dụng yếu tố công suất ngược

Khi xảy ra sự cố trượt cực thì dòng công suất tác dụng sẽ đổ ngược trực tiếp vào máy phát nên sử dụng relay phát hiện công suất ngược để phát hiện sự cố

Tuy nhiên dòng công suất ngược thì có tính tuần hoàn theo chu kì nên relay cần có thời gian cắt nhanh chống để loại bỏ đi

sự lặp lại này Thuận lợi của phương pháp này là có thể hoàn toàn phát hiện được sự cố không cần thêm yếu tố bảo vệ khác

Nhưng loại bảo vệ này bất lợi về thời gian cắt và khó điều khiển được góc hệ thống nếu có sự giới hạn về thời gian cắt của máy cắt Khó có thể đưa ra được thiết lập phù hợp việc thiết lập từ những thử nghiệm sự cố trượt cực thì khó thực hiện để

phù hợp cho tất cả trường hợp

trong sự cố trượt cực nhưng với sự

thay đổi có giới hạn thì đặc tính đường

thẳng trở kháng thì phù hợp

Đặc tính này chia đồ thị trở kháng

thành 3 cùng A, B, C Máy hoạt động

ở vùng A Khi sự cố trượt cực xảy ra

trở kháng sẽ thay đổi qua vùng B và C

lệnh cắt sẽ thực thi khi trở kháng qua