ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU RƠLE SỐ REG650 ỨNG DỤNG BẢO VỆ CHO MÁY PHÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN IALY

LỜI NÓI ĐẦU  Bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới vấn đề năng lượng giữ một vai trò cực kỳ quan trọng đối với an ninh quốc gia và sự phát triển kinh tế. Năng lượng không những phục vụ cho sản xuất mà còn phục vụ cho con người, trong đó điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng. Bất kỳ một ngành kinh tế nào muốn phát triển cũng cần có điện, vì vậy điện năng phải đi trước một bước. Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người. 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 và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện. Do đó bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện là một khâu rất quan trọng nhằm đảm bảo các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v. . mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống rơle bảo vệ sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các sự cố, tình trạng làm việc bất thường của hệ thống điện, để từ đó con người có biện pháp xử lý kịp thời. Hiện nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ Rơle ngày càng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn. Ở nước ta, xu hướng sử dụng rơle số để dần thay thế cho các rơle điện cơ dùng tiếp điểm đã quá cũ kỷ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác. Đề tài: “Nghiên cứu rơle số REG650 ứng dụng bảo vệ cho máy phát nhà máy thủy điện Ialy” với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu để chỉnh định cài đặt thông số cho loại bảo vệ này là rất quan trọng nhằm vận hành nhà máy một cách tin cậy, an toàn và hiệu quả nhất. Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã được sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của thầy giáo Th.s Lê Vân, các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện, các anh chị trong nhà máy thủy điện Ialy và các bạn sinh viên. Tuy nhiên, do kiến thức kinh nghiệm về lĩnh vực bảo vệ Rơle trong Hệ thống điện còn hạn chế nên đề tài sẽ có những sai sót là điều không tránh khỏi, rất mong được thông cảm và đóng góp của quý Thầy Cô để tôi có thể nắm vững kiến thức trước khi ra trường. Tôi xin chân thành cảm ơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

KHOA ĐIỆN -o0o -

- -

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : TRẦN VĂN KHÁNH

Giáo viên hướng dẫn : ThS LÊ VÂN

NGHIÊN CỨU RƠLE SỐ REG650 ỨNG DỤNG BẢO VỆ CHO MÁY

PHÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN IALY

1) Tổng quan về các sự cố chính trong máy phát

2) Giới thiệu hệ thống bảo vệ máy phát nhà máy thủy điện IALY

3) Giới thiệu chức năng rơle số REG650 của ABB

4) Tìm hiểu một số chức năng bảo vệ chính của REG650

5) Tính toán cài đặt cho một số bảo vệ

1) Thuyết minh : 108 trang

2) Bản vẽ : Slide

VI THÔNG QUA BỘ MÔN

Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)

Ngày tháng năm 2011

Chủ tịch Hội đồng

(ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ CHÍNH TRONG MÁY PHÁT 1

1.1 Giới thiệu về những sự cố chính 1

1.1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.2 Lựa chọn công nghệ 2

1.1.3 Phát hiện sự cố pha hư hỏng 2

1.2 Các kết nối và bảo vệ chính 3

1.2.1 Rơle so lệch có hãm 3

1.2.2 Rơle so lệch trở kháng cao 4

1.2.3 Kết nối với máy phát 5

1.2.4 Sự phân pha 5

1.3 Bảo vệ chạm đất cuộn stato 5

1.3.1 Phối hợp khối kết nối hệ thống 6

1.3.2 Rơle báo chạm đất 95% 7

1.3.3 Phát hiện sự cố chạm đất 9

1.3.4 Bảo vệ 100% cuộn dây 10

1.4 Bảo vệ dự phòng 11

1.4.1 Sự cố không cân bằng 11

1.4.2 Sự cố đối xứng 12

1.5 Bảo vệ quá tải 15

1.5.1 Phối hợp RTD 15

1.5.2 Mô hình nhiệt 16

1.6 Một số bảo vệ khác 16

1.6.1 Bảo vệ chống mất từ trường 16

1.6.2 Bảo vệ quá tốc 17

1.6.3 Bảo vệ mất kích từ máy phát 17

1.6.4 Bảo vệ chống chế độ động cơ của máy phát 20

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BẢO VỆ MÁY PHÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN IALY 23 2.1 Sơ đồ nối điện chính nhà máy thủy điện Ialy 23

2.2 Máy phát thủy điện Ialy 23

2.2.1 Đặc điểm và các thông số kĩ thuật của máy phát 23

2.2.2 Các thông số kỹ thuật của máy phát 25

2.2.3 Thành phần cấu tạo chính của máy phát 26

2.3 Máy cắt đầu cực 30

2.4 Hệ thống tự dùng nhà máy thủy điện Ialy 31

2.4.1 Hệ thống tự dùng xoay chiều 6,3kV và 0,4kV 31

2.4.2 Tự dùng một chiều của nhà máy 33

2.5 Hệ thống rơle bảo vệ máy phát 35

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CHỨC NĂNG CỦA RƠLE REG650 CỦA ABB 38

3.1 Chức năng của REG650 38

3.2 Bảo vệ dòng điện 39

3.2.1 Bảo vệ quá dòng pha 4 cấp tác động ( OC4PTOC ) 40

3.2.2 Bảo vệ quá dòng dư 4 cấp tác động (EF4PTOC) 40

3.2.3 Tính nhạy trong bảo vệ chống dòng công suất thừa có hướng và bảo vệ quá dòng dư có hướng ( SDEPSDE ) 41

3.2.4 Bảo vệ quá tải 2 hằng số thời gian tác động( TRPTTR ) 42

3.2.5 Bảo vệ chống trượt cực từ ( CCRPLD ) 42

3.2.6 Bảo vệ quá công suất - công suất thấp có hướng (GOPPDOP/GUPPDUP) 42

3.2.7 Bảo vệ sự cố kích từ cho máy phát đồng bộ (AEGGAPC) 43

3.2.8 Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch có thời gian cho máy phát (NS2PTOC) 43

3.2.9 Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian kèm theo khóa điện áp (VR2PVOC) 44

3.3 Bảo vệ điện áp 44

3.3.1 Bảo vệ điện áp thấp 2 cấp tác động (UV2PTUV) 44

3.3.2 Bảo vệ quá điện áp 2 cấp tác động (OV2PTOV) 44

3.3.3 Bảo vệ quá điện áp dư 2 cấp tác động (ROV2PTOV) 45

3.3.4 Bảo vệ quá kích từ (OEXPVPH) 45

3.3.5 Bảo vệ sự cố chạm đất 95% và 100% cuộn dây stato dựa theo sóng hài bậc 3 45

3.3.6 Bảo vệ sự cố chạm đất roto 47

3.3.7 Bảo vệ tần số 47

3.3.8 Giám sát hệ thống thứ cấp 48

3.3.9 Điều khiển 49

3.3.10 Logic 50

3.3.11 Giám sát 52

3.3.12 Đo lường 56

3.4 Giao diện người dùng (LHMI) 56

3.5 Những chức năng cơ bản của REG650 59

3.5.1 Giám sát an toàn với liệt kê những sự kiện bên trong 59

3.5.2 Đồng bộ hóa thời gian 59

3.5.3 Cài đặt tham số nhóm (ACTVGRPP) 60

3.5.4 Chức năng kiểm tra (TESTMODE) 60

3.5.5 Chức năng khóa thay đổi (CHNGLCK) 60

3.5.6 Tình trạng quyền sử dụng (ATHSTAT) 60

3.6 Truyền thông 61

3.6.1 Giao thức truyền thông IEC 61850-8-1 61

3.6.2 Thông tin truyền theo phương ngang theo GOOSE để liên động 64

3.6.3 Giao thức DNP3 61

3.6.4 Giao thức truyền thông IEC60870-5-103 61

3.7 Nguồn dòng và áp 61

CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU MỘT SỐ CHỨC NĂNG BẢO VỆ CHÍNH 63

4.1 Bảo vệ so lệch 63

4.1.1 Dấu hiệu nhận biết 63

4.1.2 Chức năng 63

4.1.3 Khối chức năng 64

4.1.4 Tín hiệu 64

4.1.5 Cài đặt 65

4.1.6 Nguyên lí làm việc 67

4.2 Bảo vệ sự cố máy cắt 80

4.2.1 Dấu hiệu 80

4.2.2 Chức năng 80

4.2.3 Khối chức năng 81

4.2.4 Tín hiệu 81

4.2.5 Cài đặt 81

4.2.6 Cài đặt giám soát 83

4.2.7 Nguyên lý hoạt động 83

4.3 Mất kích từ LEXPDIS 84

4.3.1Nhận biết 84

4.3.2 Khối chức năng 84

4.3.3 Tín hiệu ra của LEXPDIS 85

4.3.4 Cài đặt 85

4.3.5 Cài đặt nhóm cho LEXPDIS (mở rộng) 86

4.3.6 Công dụng của chức năng mất kích từ 86

4.3.7 Hướng dẫn cài đặt 92

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÀI ĐẶT CÁC LOẠI BẢO VỆ 97

5.1 Các thông số tính toán 97

5.1.1 Thông số của máy biến áp 97

5.1.2 Thông số máy phát 97

5.2 Bảo vệ so lệch 98

5.3 Tính toán bảo vệ quá dòng dự trữ 101

5.4 Tính toán chức năng mất kích từ 102

5.5 Bảo vệ sự cố máy cắt 105



-Bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới vấn đề năng lượng giữ một vai trò cực kỳ quan trọng đối với an ninh quốc gia và sự phát triển kinh tế Năng lượng không những phục vụ cho sản xuất mà còn phục vụ cho con người, trong đó điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng Bất kỳ một ngành kinh tế nào muốn phát triển cũng cần có điện, vì vậy điện năng phải đi trước một bước

Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người 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 và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển

và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện Do đó bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện

là một khâu rất quan trọng nhằm đảm bảo các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự

cố như ngắn mạch, quá tải v.v mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan

Hệ thống rơle bảo vệ sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các sự cố, tình trạng làm việc bất thường của hệ thống điện, để từ đó con người có biện pháp xử lý kịp thời

Hiện nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ Rơle ngày càng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn Ở nước ta, xu hướng sử dụng rơle

số để dần thay thế cho các rơle điện cơ dùng tiếp điểm đã quá cũ kỷ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác

Đề tài: “Nghiên cứu rơle số REG650 ứng dụng bảo vệ cho máy phát nhà máy thủy điện Ialy” với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu để chỉnh định cài đặt thông số cho loại bảo

vệ này là rất quan trọng nhằm vận hành nhà máy một cách tin cậy, an toàn và hiệu quả nhất

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã được sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của thầy giáo Th.s Lê Vân, các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện, các anh chị trong nhà máy thủy điện Ialy và các bạn sinh viên Tuy nhiên, do kiến thức kinh nghiệm về lĩnh vực bảo vệ Rơle trong Hệ thống điện còn hạn chế nên đề tài sẽ có những sai sót là điều không tránh khỏi, rất mong được thông cảm và đóng góp của quý Thầy Cô để tôi có thể nắm vững kiến thức trước khi ra trường

Tôi xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 5 năm 2011

SV Thực hiện

Trần Văn Khánh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ CHÍNH TRONG MÁY PHÁT

1.1 Giới thiệu về những sự cố chính

1.1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay cùng với việc phát triển của khoa học kỹ thuật, sự cải thiện về vật liệu chế tạo đã làm cho tần số trong máy điện quay ít thay đổi Những thay đổi tần số làm thay đổi tốc độ của máy hoặc bảo vệ sẽ không nhạy, có thể gây những thiệt hại nghiêm trọng và có thể phải ngừng máy để sửa chữa trong thời gian dài

Do vậy những sự cố phải được phát hiện kịp thời và nhanh chóng cô lập để tránh những thiệt hại nghiêm trọng hay là gây nên những sự cố phức tạp trên diện rộng

Những tình trạng bất thường có thể xuất hiện trong các thiết bị quay bao gồm:

 Dòng công suất ngược

 Vận hành 1 pha hoặc dòng không cân bằng

 Mất đồng bộ

 Dao động dưới mức đồng bộ

Một trong những sự cố này xảy ra thì sẽ không được ngắt máy phát, vì đó là hoạt động cần thiết của nhà máy điện Ta có thể khắc phục sự cố trong khi các máy đang hoạt động, những tình trạng này được phát hiện nhờ hệ thống cảnh báo Tuy nhiên, hầu hết các sự cố được loại bỏ nhanh chóng khỏi quá trình làm việc của máy điện

Đối với những sự cố đặc biệt, thì khi vận hành hay là chi phí bảo trì của hệ thống bảo vệ và cấp bảo vệ mà hệ thống bảo vệ, phải được tính toán về những sự cố gặp phải nếu không có bảo vệ được ứng dụng Số lượng bảo vệ được ứng dụng, tùy theo loại bảo vệ và ứng dụng trong máy điện

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 2

1.1.2 Lựa chọn công nghệ

Việc chọn rơle dùng để áp dụng cho các sự cố ở trên, trong rơle có sẵn những chức năng riêng biệt hoặc hoàn chỉnh là có chứa tất cả các bảo vệ thích hợp, đồng thời

có thêm chức năng thu thập dữ liệu

Việc chọn chủng loại rơle: Điện cơ, chất bán dẫn và vi xử lí phụ thuộc vào mục đích sử dụng và có thể thêm vào rơle một cài đặt mới, chức năng mới…

Mặc dù rơle cơ điện và rơle bán dẫn một chức năng đã chứng minh độ tin cậy, linh hoạt và tính hiệu quả, tuy nhiên là xu hướng đạt đến là ứng dụng loại rơle với bộ

vi xử lí được tích hợp trong một bộ tổng thể Với loại rơle này có chức năng tự ghi sự kiện, dao động kí, tự giám sát, truyền thông, đặc tính phù hợp và những tính năng khác

mà chỉ hệ thống vi xử lí được định hướng có thể đáp ứng

1.1.3 Phát hiện sự cố pha hư hỏng

Sự cố nội bộ trong các thiết bị điện thông thường bắt đầu ở sự chạm đất của một trong số các cuộn dây stator và đôi khi ảnh hưởng đến những pha khác Bảo vệ so lệch

có tác dụng chống lại sự lây lan sự cố nhiều pha Trong bảo vệ so lệch, dòng điện trong mỗi pha, tại mỗi phần của máy, được so sánh trong mạch so lệch Dòng so lệch thông thường là dòng khởi động rơle

Hình 1.1: Sơ đồ kết nối cơ bản của rơle so lệch Hình 1.1 chỉ cho thấy mạch bảo vệ rơle của một pha Trong quá trình vận hành

thông thường hay có sự cố bên ngoài 2 bộ biến dòng, dòng Ip đi vào thiết bị tương đương với dòng Ip ra khỏi thiết bị trong tất cả các pha Bỏ qua sự rò rỉ dòng điện nhỏ

bên trong Dòng điện thứ cấp trong biến dòng biến đổi hoàn toàn thành dòng điện sơ cấp ngoại trừ dòng điện từ hóa Ie

Dòng điện vào rơle Ie1- Ie2 có thể là dòng từ hóa Với cùng một loại máy biến dòng, dòng điện có thể nhỏ khi cùng một loại tải Nếu sự cố xảy ra giữa hai bộ của biến dòng, thì sẽ có sự chênh lệch dòng đi vào rơle Hay dòng điện sự cố tổng bây giờ

sẽ chạy trong rơle, là điều kiện để khởi động

Nếu có biến dòng lý tưởng, một rơ le quá dòng trong mạch so lệch có thể được ứng dụng để nhận biết rất nhạy và nhanh chóng Tuy nhiên trong thực tế không thể lúc nào hai biến dòng biến đổi chính xác dòng điện thứ cấp với cùng một dòng sơ cấp Sự sai lệch có thể là do nhà sản xuất hay sự khác biệt của phụ tải thứ cấp như là chiều dài dây dẫn không đồng đều của rơle và sự không đồng đều công suất của thiết bị đo hay

sự kết nối của thiết bị thành một khối hoặc là cả hai nguyên nhân trên Dòng điện so lệch là dòng chạy trong rơle Mặc dù thông thường dòng này rất nhỏ, nhưng nó có thể

là đáng kể khi có ngắn mạch ngoài Một rơle quá dòng sẽ được cài đặt lớn hơn giá trị dòng điện sự cố bên ngoài vùng tác động để nâng cao độ tin cậy Trong sự cân bằng cơ bản(không có thành phần một chiều ở dòng sơ cấp), dòng này không vượt quá 10A nếu biến dòng nhóm C được sử dụng với tỉ số biến dòng và tải được chọn sao cho dòng điện thứ cấp không vượt quá 100A trong pha sự cố

Rơle so lệch máy phát đã có sẵn những giá trị tỉ lệ phần trăm khác nhau Như

là 10%, 25% và những giá trị phần trăm khác Giá trị phần trăm chỉ sự khác nhau về dòng như là phần trăm hạn chế dòng nhỏ nhất được yêu cầu cho sự hoạt động của rơle Giá trị đặt (giá trị của dòng bên trong cuộn hãm và bên ngoài cuộn tác động) là dòng được yêu cầu vừa đủ để rơle hoạt động Đó là giá trị tiến tới giới hạn về rơle so lệch

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 4

phần trăm và có giá trị thấp cỡ 0,1A Thời gian tác động nhỏ hơn rơle bán dẫn, cỡ 25ms với những rơle bán dẫn so với 80- 160 ms với những rơle cơ điện

Hình 1.2: Sơ đồ thể hiện rơle so lệch

Những Rơle vi xử lí đa chức năng không có cuộn dây tác động theo vật lí, sự khác nhau của dòng hãm được tính toán theo toán học bằng cách giải các thuật toán bảo vệ

Trong tất cả những sơ đồ so lệch, để hoạt động tốt thì sử dụng các máy biến dòng với cùng một đặc tính bất cứ khi nào có thể và tránh kết nối với những thiết bị khác trong mạch

1.2.2 Rơle so lệch trở kháng cao

Rơle so lệch trở kháng cao hoạt động nhờ sự so sánh dòng ở hai biến dòng đặt hai bên máy phát, rơle hoạt động khi sự cố xảy ra trong vùng tác động Điện áp xuất hiện qua rơle được giới hạn bởi sự cố bên ngoài đến điện áp rơi sản sinh bởi dòng điện thứ cấp lớn nhất chạy theo chiều từ rơle đến biến dòng bão hòa và qua điện trở nội bộ của nó Trong một sự cố nội bộ, điện áp sẽ đến gần với điện áp hở mạch (thường bị giới hạn bởi biến trở nội bộ của rơ le) Thông thường, rơle này không nhạy như rơle so lệch phần trăm nhưng bảo đảm hơn

1.2.3 Kết nối với máy phát

Hầu hết cuộn dây máy phát nối hình sao Như ở hình 1.2, ba rơle được kết nối với hình sao bằng máy biến dòng ở mỗi pha và trong một số trường hợp (tùy thuộc vào

loại trung tính và hệ thống nối đất) để bảo vệ sự cố chạm đất

Hình 1.3: Sơ đồ rơle so lệch kết nối với cuộn tam giác của máy Trong hình 1.3, minh họa một hệ thống bảo vệ giống nhau khi mà máy phát nối

hình tam giác Trong hệ thống này, cuộn tam giác phải được đưa ra vì BI được mắc bên ngoài cuộn tam giác

lệ của máy biến dòng sinh ra là giống nhau, sơ đồ ở hình 1.4 có thêm máy biến dòng

bổ trở để tạo sự cân bằng trong sự vận hành thông thường

1.3 Bảo vệ chạm đất cuộn dây stato

Phương pháp nối đất ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ của những rơle so lệch Trở kháng nối đất càng cao thì số lượng sự cố về dòng càng thấp và sự phát hiện sự cố khi mà trở kháng nối đất càng cao cũng khác nhau Với nối đất trở kháng cao, rơle so lệch sẽ không tác động khi sự cố một pha nối đất Một rơle riêng biệt trong trung tính

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 6

nối đất sẽ làm tăng độ nhạy bảo vệ vì dòng khởi động của nó được cài đặt nhỏ hơn dòng điện tải

Hình 1.4: Sơ đồ bảo vệ một pha khi có sự phân pha trong các cuộn dây pha

Rơle báo chạm đất có thể hoạt động khi sự cố nối đất bên ngoài máy phát Vì lí

do này, một thời gian trễ có thể cần để phối hợp các rơle liên tiếp nhau Trường hợp điển hình một máy phát nối trực tiếp tới một nút với những mạch khác nhau, một sự cố trong những mạch đó sẽ không làm dừng máy, rơle trong mạch sự cố sẽ loại bỏ sự cố

đó Một máy biến áp nối Y-Δ sẽ ngăn dòng điện đất, ngăn ngừa sự cố bên nữa kia của MBA từ hoạt động của rơle tiếp đất Trong hệ thống nối bộ, vùng hoạt động của rơle nối đất từ máy phát đến cuộn tam giác của máy biến áp

1.3.1 Phối hợp kết nối hệ thống

Hệ thống nối bộ là sơ đồ lắp đặt phổ biến nhưng chỉ dùng cho những máy phát nhỏ Nối đất trở kháng cao được sử dụng trong hệ này và những máy nối đất thông thường nối đất thông qua máy biến áp phân phối và điện trở kết nối và được thể hiện trên hình 1.5 Bởi vì điện áp thứ cấp thay đổi từ 120 đến 240V, giá trị của điện trở có thể đôi khi nhỏ hơn nếu nó được nối vào sơ cấp

1.3.1.1 Bảo vệ 95% cuộn dây

Sự thay đổi điện áp của máy phát với đất có thể làm xuất hiện những sự cố về nối đất trong máy hoặc cuộn hạ áp của máy biến áp Rơle được sử dụng phải không nhạy với sóng hài bậc 3 của điện áp xuất hiện giữa trung tính và đất và không nhạy với tần số cơ bản của điện áp, điện áp này là điện áp sự cố

Bởi vì độ lớn điện áp chạm đất thay đổi bị phụ thuộc vào vị trí của cuộn dây xảy ra sự cố chạm đất (sự cố trung tính tới đất sinh ra không phải do điện áp trung tính thay đổi) và thường chọn rơle với độ nhạy và tỉ số của máy biến áp phân phối khoảng 95% của cuộn dây, rơle này thường được gọi là rơle 95%

1.3.1.2 Trung tính sóng hài bậc ba điện áp thấp

Những sự phối hợp khác gặp thuận lợi khi có sự hiện diện của sóng hài bậc 3 điện áp thấp giữa dây trung tính và đất và phản ứng với điện áp thấp của sự cố trung tính chạm đất

1.3.1.3 Bảo vệ 100% cuộn dây

Sơ đồ rơle nối đất cung bảo vệ toàn bộ cuộn stator của máy phát bằng cách đưa vào những tín hiệu bên trong cuộn stator và kiểm tra để chuyển đổi Điều này cho phép vùng tác động là 100% mặc dù máy ngừng hẳn, trong khi 95% và hệ thống sóng hài bậc 3 trong quá trình vận hành của máy phụ thuộc vào tốc độ và điện áp định mức

Điện áp xuất hiện từ trung tính của máy phát đến mặt đất độc lập với vị trí của điểm nối đất Rơle báo chạm đất càng nhạy thì thành phần phần trăm cuộn dây được bảo vệ càng nhiều Rõ ràng, sự cố trung tính chạm đất có thể không được phát hiện bởi rơle hay những thiết bị khác có thể nhận thấy

Trong một số rơle, độ nhạy thường tỉ lệ với tốc độ của nó, và một bảo vệ tốt nhất có được bằng cách sử dụng những loại rơle điện áp thấp nhất

Trong một sự cố đầu đường dây của máy, điện áp từ dây pha và trung tính sẽ tồn tại từ trung tính đến mặt đất.Và tất nhiên điện áp trong rơle độc lập với tỉ lệ đã

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 8

được lựa chọn cho máy biến áp phân phối Nếu điện áp này vượt khỏi giá trị đã đặt trước của rơle và không được ngắt ra bởi mạch kích từ trong khoảng thời gian ngắn có thể của rơle, sự phối hợp SV trên hình 1.5 sẽ được sử dụng để bảo vệ rơle với những

sự cố này trong trường hợp sinh ra điện áp cao

Rơle SV được cài đặt để tác động ở một giá trị thấp hơn so với giá trị liên tục của rơle bảo vệ, một điện trở được thêm vào để giới hạn điện áp Thông thường, loại rơle 95% cho phép ngắt ngay lập tức để giảm thiệt hại cho rơle và lúc này SV trở nên không cần thiết Một số vi mạch rơ le khác như 59G có phạm vi liên tục 208V và 60Hz có độ nhạy thấp nhất là 1V Thời gian trễ cài đặt từ 25ms đến 4s trong bảo vệ này Thời gian trễ lâu hơn để phối hợp hoạt động với cầu chì máy biến điện áp nếu được yêu cầu

Hoạt động rơle chống chạm đất có thể tránh được những sự cố trong mạch thứ cấp của máy biến điện áp chính bởi việc chạm đất một pha sẽ lớn hơn trung tính Sau một sự cố chạm đất ở thứ cấp của máy biến điện áp sẽ không sinh ra sự thay đổi điện

áp trong trung tính của máy và rơle chạm đất sẽ không tác động

Hình 1.5: Sơ đồ bảo vệ chạm đất

Điều này được đề cập ở việc tiếp đất của máy biến điện áp của máy phát Một

hệ thống khác thường được sử dụng trong công nghiệp sử dụng một loại rơle chỉ phát hiện chống chạm đất Độ nhạy tốt nhất sẽ có được bởi vì sử dụng tỉ số biến dòng nhỏ trong điện trở nối đất trung tính và không liên quan đến dòng điện đầy tải của máy

1.3.3 Phát hiện sự cố trung tính chạm đất

Hình 1.6 mô tả một hệ thống phát hiện sự cố trung tính chạm đất trong máy

phát Sự cố này nếu xảy ra trong bản thân máy thì không nguy hiểm Sự cố chạm đất ở đầu ra của máy phát, dòng sự cố được giảm thông qua trở kháng Sự cố này làm tăng dòng quá giới hạn của dòng cho phép, kết quả là máy sẽ hỏng Cần phát hiện sớm để sau đó loại trừ sự cố

Hệ thống ở hình 1.6 so sánh điện áp ba pha giữa trung tính của máy và đất với

dây dẫn ở đầu ra Giá trị tương đối của điện áp được xác định thông qua phân bố điện dung trong máy phát, sự sớm pha, dây quấn của máy giảm áp cộng với hệ thống nối đất Điện áp điều hòa ba pha thay đổi với phụ tải máy phát, nhưng tỉ lệ giữa chúng thì

ổn định

Hình 1.6: Hệ thống phát hiện sự cố chạm đất

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 10

Khi sự cố chạm đất xuất hiện thì quan hệ điện áp sẽ thay đổi điều đó cho phép phát hiện sự cố ở tất cả những điểm không được bảo vệ bằng rơle “sự cố trung tính”

Có 2 loại rơle, 59N và 59D đảm bảo 100% sự cố chạm đất được bảo vệ Sự cố mà trở kháng cao trong vùng được bảo vệ, dĩ nhiên không thể phát hiện Ngoài ra hệ thống rơle không liên kết sẽ dự trữ cho bất kì những sự cố nào xảy ra trên hệ thổng truyền tải

1.3.4 Bảo vệ 100% cuộn dây

Một trong những sự phối hợp bảo vệ sự cố chạm đất quan trọng (GIX-104) sử

dụng một dòng điện đưa vào để giám sát cường độ Trong hình 1.7, một điện áp nhỏ

đưa vào thông qua một điện trở nối đất nhỏ Kết quả là phân bố điện dung trong máy phát và các thiết bị kết nối, xuất hiện dòng điện tạo ra một điện áp rơi trên máy biến áp

đo lường

Hình 1.7: Bảo vệ quá điện áp trung tính

Một sự cố chạm đất có thể xảy ra bất cứ đâu trong dây quấn, có thể làm cho dòng điện tăng lên và điện áp giảm xuống thông qua điện trở nối đất Trong những điều kiện khác nhau có thể tạo ra điện áp như nhau, điện áp đưa vào thì chuyển đổi, mã hóa các đặc tính để mà có thể dễ nhận biết GIX-104 ứng dụng để phát hiện sự cố

chạm đất trong qua trình đưa dòng kích từ vào máy phát

Sự phối hợp này có sự thuận lợi có thể phát hiện mạch stator hay mạch kích từ chạm đất, không quan tâm đến trạng thái của máy phát Máy phát quay tròn không có kích từ, gần trở nên đồng bộ, trên đường dây, mang tải, hay không mang tải

1.4 Bảo vệ dự phòng

1.4.1 Sự cố không cân bằng

Sự cố mất đối xứng sinh ra nhiều nhiệt trong máy hơn là trạng thái cân bằng Dòng điện thứ tự nghịch trong sự cố mất đối xứng cảm ứng với dòng điện trong roto làm cho tần số tăng gấp đôi Những dòng điện này xuất hiện trên bề mặt của roto, chốt roto không từ tính và những vòng giữ Kết quả là tổn thất I2R làm nhiệt độ tăng nhanh Nếu sự cố tiếp tục diễn ra, kim loại sẽ chảy gây ảnh hưởng đến cấu trúc của roto

Như vậy, kết quả của những sự cố từ những lỗi của sơ đồ bảo vệ hoặc những thiết bị bên ngoài máy Quan hệ về độ lớn của dòng điện thứ tự nghịch trong một pha

sự cố với cùng một loại tuabin máy phát dưới những điều kiện vận hành khác nhau

được hiển thị trong hình 1.8 Ảnh hưởng của việc dòng kích từ tăng cao trong quá trình

sự cố là bao gồm cả ngắn mạch với tải trong hệ thống

Theo tiêu chuẩn ANSI, cho phép sinh ra một lượng I22 t (trong đó I22 là dòng cho phép đã được tính toán và t là khoảng thời gian tính bằng giây) để mà “làm mát gián tiếp” máy phát điện tuabin, máy bù đồng bộ, bộ biến đổi tần số có thể chịu đựng

là 30 Tiêu chuẩn của tuabin thủy động hoặc động cơ máy phát là 40 Chuẩn làm mát trực tiếp động cơ tối đa 800MVA với khả năng cho phép quá định mức là 10

Với máy có công suất lớn (1600MVA) giá trị I22 t chỉ cho phép chịu đựng 5 Kiểm tra để phát hiện nguy hiểm được yêu cầu để những sự cố trong máy giữa giới hạn trên và 200% của định mức Những hư hỏng nghiêm trọng có thể được dự kiến cho những sự cố trên 200% định mức

Những ảnh hưởng của I22.t được thể hiện ở hình 8, nhờ vào đó để thiết kế bảo

vệ để đáp ứng một cách tượng tự ở những dạng khác nhau trong đó lượng nhiệt tỏa ra trong máy phát là bắt buộc Nhiều sự thay đổi tồn tại trong rơle quá dòng thứ tự nghịch

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 12

để bảo vệ máy phát, nhưng một vài điều chỉnh để làm thích hợp I22t=K đặc tính K để K nằm giữa 10 và 40, với dải được kéo dài Tiêu chuẩn ANSI hạn chế rõ ràng giới hạn giá trị của dòng I2 không vượt quá dòng quá tải Những rơle trước đó đã bao trùm điều này, nhưng không cung cấp bảo vệ dòng I2 dưới dòng quá tải, sau này với bản ANSI

đã đưa vào những giới hạn bổ sung không liên quan đến thời gian Hơn nữa gần đây đã thiết kế rơle bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch cung cấp những mức báo động và chuyển tiếp dòng cái đặt phản ứng với dòng quá tải Đây là thích hợp để tăng khả năng chịu nhiệt gây ra bởi những yếu tố như là tải mất cân bằng hay sự cố máy cắt Dãy chức năng tự bảo vệ được yêu cầu cho tất cả các máy là 1000 kVA hoặc lớn hơn, tuy nó vẫn hợp lí với những máy công suất nhỏ hơn

Ví dụ sơ đồ kết nối bảo vệ sự cố mất đối xứng thể hiện ở hình 1.10

Bộ lọc đầu ra được ứng dụng trong hoạt động của cuộn dây rơle COQ là:

VF 2K2Ia2

Khi sơ đồ hình 1.10a được sử dụng, tuy nhiên không có biến dòng phụ:

VF K2 (2I 2 + Ia0) Với K2 là hằng số

NếuI 0nhỏ, thì có thể bỏ qua, mặt khác dùng biến dòng phụ để loại bỏ Ia0 hoặc rơle nối trung tính bên ngoài, để vô hiệu hóa Biến dòng phụ trợ thường không yêu cầu trong sơ đồ kết nối Những rơle như là SOQ và 46Q tính tương đương độ biến thiên dòng, bất cứ dòng thứ tự không nào thì bỏ qua đối với rơle

Khi tải liên tục mất đối xứng quá 5-10% công suất máy của những loại đặc biệt

có thể cho phép, rơle SOQ, hoặc rơle bổ sung 46Q đặt mức độ bảo vệ dùng để báo động khi vận hành Với SOQ, thiết bị đo có thể nhận biết mức độ thay đổi của dòng thứ tự nghịch để cho phép cắt hay giảm tải máy

Sự dự trữ tốt nhất cho rơle phát hiện sự cố chạm đất trong sơ đồ bảo vệ dùng thêm 1 rơle bổ sung bởi 1 máy biến dòng (cấp 100: 5 hoặc gần đó) trong cuộn thứ cấp của MBA Hệ thống này được dùng để phụ cho rơle báo chạm đất bên sơ cấp Rơle bảo vệ tích hợp như là REG-l00 hoặc REG-2l6 bao gồm bảo vệ dòng ngược và chức năng cảnh báo

1.4.2 Sự cố đối xứng

1.4.2.1 Rơle khoảng cách (21)

Một máy phát cũng được bảo vệ chống lại những hư hại từ việc việc sự cố đối xứng tồn tại kéo dài Một rơle khoảng cách như KD-11, lấy dòng từ biến dòng của máy biến áp trong trung tính máy phát và điện áp được cung cấp kết nối tại cấp điện áp máy phát, cung cấp cho bảo vệ Rơle một pha của một số loại bổ sung COQ, 46Q, hay SOQ phát hiện sự cố đối xứng bên trong và bên ngoài của máy phát, nó cũng thềm vào

chưucs năng nhạy với sự cố không đối xứng

Hình 1.8: Quan hệ giữa điện trường và dòng không cân bằng trong

những điều kiện vận hành khác nhau

Việc kết nối ở trên làm cho rơle định hướng từ trung tính, nhưng có thể định hướng theo cả 2 hướng từ máy biến áp Kết quả là nó trở nên nhạy với một số máy phát khi sự cố máy biến áp

Rơ le khoảng cách thường được cài đặt đạt đến biến áp đơn vị Không giống rơ

le khoảng cách một pha, phạm vi của loại rơle KD không bị ảnh hưởng bởi sự dịch chuyển pha trong dải

Khi thiết lập một trở kháng lớn hơn trở kháng máy biến áp, rơle KD-11 sẽ khởi động cho cả 2 máy phát và pha bị sự cố để mà đạt tới một giá trị trở kháng Bộ định

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 14

thời gian phải được sử dụng bảo đảm sự mất điện cần thiết của thiết bị nhỏ nhất để loại trừ sự cố Bộ định thì được chỉnh định phối hợp với rơle khoảng cách truyền tải điện

áp cao và những rơle khác

Hình 1.9: So sánh đặc tính rơle và máy phát

Hình 1.10: Sơ đồ kết nối rơle COQ thực hiện chức năng bảo vệ mất đối xứng

1.4.2.2 Rơle quá dòng có khóa điện áp

Nếu một rơle quá dòng thứ tự nghịch được sử dụng, một rơle 2-6A 51V có thể được sử dụng cho chức năng bảo vệ dự phòng sự cố đối xứng Một rơle quá dòng đơn giản không phù hợp để ngăn ngừa sự cố và duy trì máy phát liên tục với một bộ điều chỉnh bên ngoài Rơle 51-V có thể chỉnh định được dưới dòng quá tải và dòng không tải Một thiết bị quá dòng được giám sát hay điều khiển bởi một thiết bị điện áp thấp

và do đó điện áp phải dưới mức điện áp chỉnh định để chó phép thiết bị quá dòng thực hiện chức năng Cả thiết bị điện áp và dòng điện được điều chỉnh độc lập, tạo ra sự phối hợp với thiết bị quá dòng khác đơn giản hơn nếu dòng điện đáp ứng với chức năng của các cấp điện áp

1.5 Bảo vệ quá quá tải

1.5.1 Phối hợp RTD (49)

Hầu hết những máy phát lớn đều trang bị cảm biến nhiệt điện trở là một mạch cầu cảm biến thông minh để chỉ thị hay một rơle như DT-3 hay 49T

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 16

Rơle này bị hạn chế khi điện trở giảm thấp, hiển thị nhiệt độ của máy giảm thấp Khi nhiệt độ của máy vượt quá nhiệt độ cài đặt chẳng hạn như 120oC cho những máy cách điện cấp B, hệ thống trở nên không cân bằng và sẽ đóng liên lạc

1.5.2 Mô hình nhiệt (49)

Một rơle mô hình nhiệt sử dụng dòng điện stator gần giống với ảnh hưởng của nhiệt độ trong máy phát Hằng số thời gian của máy phát thì không thay đổi khi bị đốt nóng hay làm lạnh, được thể hiện để cho biết ảnh hưởng của tải trước

đó và hiện tại Khi trên mô hình chỉ ra cho thấy nhiệt độ máy phát vượt quá giá trị cho phép thì sẽ được lệnh tác động

1.6 Một số bảo vệ khác

1.6.1 Bảo vệ chống mất từ trường

Từ biểu thức cơ bản của điện áp cảm ứng trong dây quấn:

E = 4.44 f.A.N.Bm l0-8 Trong đó

E



Mật độ từ thông là một đại lượng không chịu ảnh của tải nhiệt Hiện tượng từ trễ và tổn thất dòng điện xoáy thì tỉ lệ với mật độ từ thông Bởi thế hiện tượng quá nhiệt xảy ra có thể được phát hiện khi ta đo V/ Hz

Quá kích từ có thể được gây ra bởi một bộ điều chỉnh điện áp máy phát để duy trì điện áp định mức khi có sự giảm mạnh hoặc giữ chế độ kích từ bằng tay ở một giá trị không đổi chi có sự tăng tốc Vì những hạn chế trong máy phát và máy biến áp là quan hệ thời gian trễ (trị số V/Hz cao có thể cho phép trong thời gian ngắn và nằm trong giới hạn nhiệt cho phép), với một thời gian trễ,rơle V/Hz như là MHV có thể được sử dụng để bảo vệ những thiết bị khi có quá kích từ giống như thế

Hình 1.11 cho thấy một sự phối hợp có thể đạt được

Hình 1.11: Ví dụ về bảo vệ điện áp/tần số sử dụng rơle MVH

1.6.2 Bảo vệ quá tốc

Máy phát tăng tốc khi nó bị tách ra khỏi tải Sự tăng tốc phụ thuộc vào quán tính, mất tải và thay đổi điều tốc Để phát hiện sự quá tải, máy phát tốc (sử dụng nam châm vĩnh cửu) thường được liên kết với trục máy để cung cấp một điện áp đến bộ điều tốc để tỉ lệ với tốc độ Bộ điều tốc được trang bị có thể thay đổi được tốc độ thông qua bộ điều chỉnh Kể cả bộ điều tốc hoặc bộ điều chỉnh có thể điều khiển bánh xe công tác để ngăn nặng lượng đầu vào và giảm sự quá tốc Một rơle tần số tăng cao, như là MGF, có thể sử dụng để bổ sung vào thiết bị phát hiện quá tốc

1.6.3 Bảo vệ mất kích từ máy phát

1.6.3.1 Những nguyên nhân mất kích từ máy phát

Mất kích từ của máy phát do những nguyên nhân:

- Mất từ trường của bộ kích từ chính

- Sự cố ngắt ra của bộ ngắt từ trường

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 18

- Ngắn mạch ở mạch kích từ

- Tiếp xúc chổi than mạch kích từ kém

- Từ trường mạch máy cắt đóng vào thất bại

- Mất nguồn xoay chiều cung cấp cho hệ thống kích từ

- Giảm tần số vận hành khi không thể điều chỉnh được

Hình 1.12: Hoạt động của máy phát dưới kích thích

Một vài rơle như là KLF và KLF-1 chứa đựng nhiều chức năng vận hành KLF

và KLF-1 gồm (1) chức năng định hướng, độ lệch mho, điện áp thấp tức thời

Mất kích từ làm cho điện áp và dòng điện biến thiên và được thể hiện trên hình 1.12 Nguyên nhân là thay đổi quỹ đạo của biểu đồ R-X được mô tả trên hình 1.13b

Điểm vận hành ban đầu là độc lập với độ lớn của tải và góc công suất ban đầu của nhà máy đối với sự mất kích từ Khi dòng công suất phản kháng bắt đầu chạy trong máy, quỹ đạo của nó di chuyển trong khoảng –X Khi sự chuyển tiếp tiếp tục, khi từ trường

nâng lên, quỹ đạo di chuyển theo đặc tính hình tròn của rơ le mất kích từ Nếu rơle được trang bị chức năng phát hiện điện áp thấp và tại thời điểm điện áp đủ thấp hơn bình thường để vận hành, bộ ngắt hoạt động sau một khoảng thời gian trễ (X đáng kể)

Hình 1.13: Mạch cắt và đồ thị R-X biểu diễn hoạt động của KLF (40)

(Chống mất kích từ)

Nếu sự giảm điện áp đầu cực là không đáng kể, chức năng điện áp thấp không nhả ra Điều này thể hiện rằng điều kiện mất kích từ dường như không ảnh hưởng đến

sự ổn định của hệ thống và những máy phát lân cận Trong những trường hợp này, đủ

để cảnh báo cho người vận hành cho phép nhân viên vận hành thao tác để khôi phục lại trường và dự đoán việc ngắt kích từ Một bộ định thời gian hoạt động bởi Z, D và V

để khởi động hệ thống ngắt nếu như nhân viên vận hành không thể khắc phục sự cố nhanh chóng

Những rơ le này có thể sử dụng để phát hiện mất kích từ của bình ngưng đồng

bộ hay là động cơ Sự cố bên ngoài có thể do chức năng D và/hoặc Z hạn chế sự ngắt của máy

Những rơ le khác sử dụng chất bán dẫn (40) thể hiện chức năng chỉ với việc giảm đường kính trở kháng đo lường

1.6.3.2 Sự cố

Máy phát phải được kết nối với hệ thống, cung cấp nguồn trong khả năng có thể, thông thường máy phát đại điện cho một phần đáng kể điện dung của hệ thống Cuối cùng, một sự cảnh báo sớm của việc mất kích từ giúp cho người vận hành có cơ

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 20

hội khôi phục từ trường khi có thể và tránh ngừng máy Sự ngắt không cần thiết và phụ tải bị mất có thể làm rã hệ thống và mất điện trên diện rộng

- Cảnh bảo cho người vận hành những điều kiện mất kích từ sớm nhất có thể, và

có đủ thời gian để khắc phục những điều kiện đó

- Ngắt máy tự động trong trường hợp sắp xảy ra mất ổn định hệ thống

Rơle KLF-1 thì khác so với rơ le KLF là nó sự phân pha điện áp cung cấp cho mỗi 3 thiết bị đo lường khác nhau Kết quả là, mất kích từ của bất kì pha điện áp nào của rơ le KLF-1 không thể do sự ngắt không đúng Đối với KLF, một số kết nối của phụ tải và pha điện áp mất đi có thể khởi động rơ le KLF-1 phải có tổ nối dây Y-Y, với trung tính nối vào rơ le còn KLF có thể có kết nối ∆-∆, Y-Y hay open-∆-open-∆

Khi có sự mất kích từ cục bộ hay hoàn toàn xảy ra trong máy điện đồng bộ, công suất phản kháng truyền từ hệ thống đến máy phát và trở kháng biểu kiến được thể hiện từ thiết bị cuối (Vt/I) chạy trong miền X Công suất tác dụng được điều khiển bởi động cơ chính, trong khi đó công suất phản kháng thì điều khiển bởi kích từ Nếu hệ thống đủ lớn để khắc phục nhược điểm mất kích từ trong phần ứng, máy điện đồng bộ

sẽ vận hành như máy phát cảm ứng, cung cấp công suất tác dụng cần thiết giống như trước khi mất kích từ

Mất kích từ máy điện đồng bộ không nhất thiết phải ngừng máy nếu như sự giảm điện áp đầu cực chưa đe dọa đến sự ổn định của máy lân cận.Thông thường cần 2-6 giây để mất đồng bộ Nhiều trường hợp báo cáo tại những máy mà bị mất đồng bộ trong vài phút vì mất kích từ không ảnh hưởng đến những máy khác

1.6.4 Bảo vệ chống chế độ động cơ của máy phát

Bảo vệ trong chế độ động cơ (quá trình truyền công suất ngược) được thiết kế

sử dụng cho động cơ sơ cấp nhiều hơn là sử dụng cho máy phát Ví dụ với tuabin hơi, tuabin sẽ bị quá nhiệt ngay khi lượng hơi thấp, nhưng sẽ được bảo vệ bởi thiết bị bảo

vệ nhiệt độ hơi Với tuabin thủy lực, bộ chỉ báo dòng thủy lực bảo vệ chống hiện tượng xâm thực khi mà lượng nước giảm giống như hệ thống bảo vệ trong tuabin khí

Bảo vệ chống chế độ động cơ có thể được thực hiện ở nhiều thiết bị như là những thiết

bị phát hiện nhiệt độ cầu dao giới hạn hoặc chụp xả Tuy nhiên, rơle chống công suất ngược được được sử dụng cho nâng cao sự an toàn Do đặc tính cực kỳ quan trọng của

sự cố này, 2 rơ le bảo vệ chống chế độ động cơ được sử dụng theo phép toán OR và đáp ứng với dòng và áp khác nhau Rơle công suất ngược thường dùng với loại máy phát sử dụng động cơ diesel, đặc biệt khi tồn tại những nguy cơ cháy nổ từ những nhiên liệu không cháy

Chế độ động cơ kết quả từ sự giảm năng lượng của động cơ sơ cấp trong máy phát xoay chiều Khi năng lượng của động cơ sơ cấp không thể đáp ứng tất cả những tổn thất, năng lượng này được lấy từ sự hút dòng công suất ngược từ hệ thống Bởi vì

từ dòng kích từ vẫn được giữ không đổi nên sẽ có cùng một lượng lượng công suất phản kháng nhận về trước khi hoạt động ở chế độ động cơ Do đó trong chế độ động

cơ dòng công suất ngược sẽ chạy trong máy, trong khi dòng công suất phản kháng có thể phát ra ngoài hoặc tiêu thụ trong máy Thông thường, công suất phản kháng sẽ được cung cấp từ hệ thống vì máy không hoạt động ở chế độ thiếu kích từ

Một rơle được thiết kế để phát hiện chế độ động cơ phải cực kì nhạy mặc dù thế cũng không thể phát hiện tất cả trường hợp truyền công suất ngược Ví dụ khi cho rằng một tuabin đã đóng hết van của nó nhưng lượng hơi vẫn ít hơn yêu cầu của chế độ không tải Tuabin sẽ chiếm 99% tổn thất và máy phát (chế độ động cơ) chiếm 1% Nếu tổng tổn thất đạt tỉ lệ 3% kW, kW được hút vào trong máy phát ( như là một động cơ)

từ hệ thống sẽ chỉ là 1% của 3% hoặc 0.03% của mức giá trị đặt Đây là một yêu cầu vượt xa khả năng của hầu những rơle bảo vệ chống chế độ động cơ.Kỹ thuật bán dẫn

và những mạch vi xử lý cho phép độ nhạy thấp trong khi ở đầu kia của quy mô cung cấp dòng tải trong khả năng có thể Rơle SRW có giá trị đặt 1mA

Khi động cơ sơ cấp quay với tốc độ đồng bộ khi không có công suất đầu vào, các khoảng công suất yêu cầu để giữ cho máy phát trở thành động cơ tính theo tỉ lệ phần trăm giá trị công suất đặt trước cho bởi kW là:

Tuabin ngưng hơi : 1 đến 3%

Tuabin trích hơi : 3+%

Động cơ diesel : 25%

Tuabin thủy lực : 0,2 đến 2+%

SVTH: Trần Văn Khánh –Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 22

1.6.4.1 Tuabin hơi

Khi vận hành dưới điều kiện chân không và không có hơi đầu vào, tuabin ngưng hơi yêu cầu khoảng 3% kW định mức để làm việc ở chế độ động cơ Tuabin trích hơi yêu cầu 3% kW định mức hoặc hơn khi hoạt động chống lại áp suất khí quyển hay cao hơn áp suất khí thải khi không có hơi

Thông thường nhất, rơle một pha được sử dụng để phát hiện chế độ động cơ, với độ nhạy khác nhau từ 1mA đến 5A Tất cả hoạt động có thể điều chỉnh nhiều lần Khi sử dụng rơle yêu cầu độ nhạy càng cao, yêu cầu về chọn máy biến dòng cho rơle càng cao Thực vậy, một nhóm biến dòng chính xác đo lường được ưu tiên hơn nhóm những rơle chính xác

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BẢO VỆ MÁY PHÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

IALY 2.1 Sơ đồ nối điện chính nhà máy thủy điện Ialy

Là nhà máy thủy điện lớn với công suất 720MVA với 4 tổ máy, điện áp đầu cực máy phát 15,75 kV Nhà máy là nhà máy ngầm và được nâng áp lên 500 kV để nối vào lưới điện quốc gia qua trạm 500 kV PLEIKU với hai tuyến đường dây song song Tổ máy nối theo sơ đồ bộ máy phát-máy biến áp

Máy biến áp chính gồm 3 máy biến áp 1 pha đấu theo sơ đồ Y/Δ-11 Đầu ra máy biến áp chính được nối qua đường cáp dầu 500 kV và nối khối hai máy với nhau

để đưa lên trạm chuyển tiếp nằm nổi trên nhà máy (trạm trung gian giữa nhà máy ngầm và đường dây trên không, có các đầu nối cáp dầu 500 kV) Có hai máy biến áp

tự dùng chính TD1 và TD2 nối vào tổ máy 1 và tổ máy 4 Dùng sơ đồ tự kích thyristor qua máy biến áp TE nối ngay đầu cực máy phát.Trạm 500KV nhà máy được nối theo

sơ đồ tứ giác

Chức năng chính của nhà máy trong hệ thống điện là vận hành phủ đỉnh trong mùa khô và là nhà máy nền trong mùa mưa Máy phát, máy cắt khí đầu cực, TI, dao cách ly, cáp dầu 500 kV và máy biến áp do UKRAINA chế tạo TU, chống sét van 500kV do GE chế tạo

2.2 Máy phát thủy điện Ialy

2.2.1 Đặc điểm và các thông số kỹ thuật của máy phát

Máy phát điện nhà máy thuỷ điện Ialy được thiết kế và chế tạo tại Liên Bang Nga Tại nhà máy chế tạo máy phát được chia làm 4 phần có lắp đặt sẵn các thanh dẫn Các phần này được chuyên chở đến nơi lắp đặt và được tổ hợp lại với nhau, sau đó tiếp tục lắp các thanh dẫn nối các phần lại với nhau thành máy phát hoàn chỉnh

Máy phát điện nhà máy thuỷ điện Ialy là loại máy phát cực lồi, kích từ song song, quá trình kích từ ban đầu được hỗ trợ thêm nguồn 1 chiều lấy từ ắc qui để rút ngắn thời gian hình thành điện áp Quá trình làm việc của tổ máy có thể thực hiện từng bước hoặc tự động hoàn toàn thông qua hệ thống điều khiển tại chỗ hoặc từ xa bằng máy tính Để bảo vệ cho máy phát, người ta bố trí hai hệ thống bảo vệ để loại trừ tất cả các

sự cố điện trên máy phát Trong cuộn dây, lõi thép và hệ thống làm mát có lắp đặt các đát trích đo nhiệt độ để theo dõi trong quá trình máy phát làm việc

SVTH: Trần Văn Khánh- Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 24

Hình 2.1 Sơ đồ nối điện chính nhà máy Ialy

Ngoài ra trong máy phát còn lắp đặt sẵn hệ thống chữa cháy dùng nước để chữa cháy khi có hoả hoạn xảy ra

Hình 2.2: Sơ đồ tương đương máy phát Ialy

2.2.2 Các thông số kỹ thuật của máy phát

Máy phát thủy lực loại CB 735/255 - 24 TB4

500KV

T4 T3

T2 T1

TE TD1

HT 35KV

35KV

Tới MBA

tự dùng Tới hệ

thống kích thích 6,3KV

SVTH: Trần Văn Khánh- Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 26

- Dòng điện định mức của stator : 7.763A

- Tốc độ quay định mức : 250 vòng /phút

- Tốc độ quay lồng tốc không quá : 500 vòng/phút

- Hệ số công suất Cos định mức : 0,85

- Phạm vi thay đổi điện áp : 5 %( 14,96316,538) kV

- Phạm vi thay đổi tần số : 1 % (49,550,5)Hz

- Lưu lượng nước qua các bộ làm mát : 65m3/h

- Áp lực nước tối đa qua các bộ làm mát : 5 kG/cm2

Làm mát các phần tác dụng của máy phát bằng không khí theo chu trình khép kín

có dẫn khí sang rotor, lên trên và xuống dưới giá chữ thập trên và dưới Khí nóng được làm mát bằng nước kỹ thuật

2.2.3.2 Stator máy phát

Stator MF gồm có lõi và cuộn dây

- Vỏ stator MF gồm có 4 phần ghép lại và là phần chịu tải trọng chính của tổ máy Phần trên stator để đặt giá chữ thập trên MF và phần dưới stator được đặt trên các tấm móng

- Lõi thép stator được ghép từ các tấm thép kỹ thuật điện cán nguội, 2 phía được phủ một lớp sơn cách điện

- Cuộn dây stator được nối dây theo dạng sóng 2 lớp, có 3 nhánh song song trong 1 pha Có 9 đầu ra trung tính và 9 đầu ra chính Cấp cách điện của cuộn dây tương ứng với cấp "F"

2.2.3.3 Rotor máy phát

Rotor máy phát thủy lực gồm trục, đoạn nối, các cực từ với cuộn dây kích thích

và vòng ngắn mạch của rotor

Giá rotor được đúc liền Các quạt gió dọc trục được đặt ở vành trên và vành dưới của rotor

Vòng ngắn mạch của rotor là những thanh đồng đặt xuyên qua các cực từ Hai đầu của các thanh đồng giữa các cực từ được nối lại với nhau Có công dụng đưa rotor

về tốc độ đồng bộ và trong chế độ bù đồng bộ

2.2.3.4 Chế độ làm việc của máy phát

- Trong mọi trường hợp vận hành không cho phép máy phát làm việc ngoài vùng II ở đồ thị công suất

- Khi máy phát làm việc ở chế độ bù đồng bộ với điện áp máy phát bằng điện

áp định mức, lúc đó:

Hình 2.3 Biểu đồ phát công suất của máy phát thủy lực CB 735/25-24TB4

+ Khả năng phát công suất phản kháng lớn nhất là: Q = +158.800 kVAr

+ Khả năng nhận công suất phản kháng lớn nhất là: Q = -146.000 kVAr

* Trong thực tế do hạn chế của công suất tua bin, do khe hở không khí của máy phát không đúng thiết kế, và do sự đánh lửa của các chổi than vành trượt của rotor nên công suất của mát phát bị hạn chế ở các mức:

Pmax = 180MW

Qmax = 120MVAr

Qmin = - 70MVAr

SVTH: Trần Văn Khánh- Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 28

- Cho phép máy phát làm việc với công suất định mức khi tần số thay đổi trong phạm vi  1 %( 49,50,5 Hz) so với định mức

- Cho phép máy phát làm việc quá tải với dòng điện stator và rotor phù hợp với bảng sau:

Bội số quá tải (Dòng điện thực

tế so với dòng điện định mức) 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,4 1,5 2,0 Thời gian quá

tải lớn nhất (phút)

Đối với statorr

60 15 6 5 4 3 2 1(s)

Đối với rotor

- Không cho phép máy phát làm việc khi điện áp stator cao hơn 110% (17,325 kV) so với điện áp định mức

- Cho phép máy phát làm việc với phụ tải không đối xứng lâu dài khi dòng điện ở các pha không được vượt quá định mức (7.763A) và độ chênh lệch về dòng điện giữa các pha không được vượt quá 10%

- Không được vận hành máy phát trong các trường hợp sau:

- Nhiệt độ của cuộn dây stator, lõi stator lớn hơn 125oC

- Nhiệt độ xéc măng ổ đỡ lớn hơn 85oC

- Nhiệt độ xéc măng ổ hướng trên và ổ hướng dưới lớn hơn 80oC

- Nhiệt độ dầu của ổ đỡ, ổ hướng trên và ổ hướng dưới lớn hơn 50oC

- Nhiệt độ cuộn dây rotor lớn hơn 135oC

- Nhiệt độ dầu của các ổ lớn hơn 50oC

- Nhiệt độ không khí nóng lớn hơn 75oC

- Nhiệt độ không khí lạnh lớn hơn 45oC

* Ngoài ra trong quá trình theo dõi máy phát làm việc, nếu các điểm đo nhiệt độ máy phát nói trên, giờ trước và giờ sau tăng nhanh (3 - 5)oC trong khi không có sự điều chỉnh về công suất thì phải khẩn trương xác định nguyên nhân và xử lý triệt để, sau đó phải liên tục theo dõi cho đến khi nhiệt độ ổn định trở lại mới thôi

+ Cho phép máy phát làm việc ở công suất định mức:

+ Khi lưu lượng nước làm mát giảm đến 50% lưu lượng định mức nhưng không được vượt quá 5 phút, trong thời gian đó phải kiểm tra tất cả các thông số nhiệt độ của máy phát không được vượt quá nhiệt độ theo quy định tại Điều 7 Quy trình vận hành máy phát

+ Khi một bộ làm mát không khí bị tách ra

SVTH: Trần Văn Khánh- Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 30

- Lưu lượng nước trong các bộ làm mát dầu phải được thay đổi sao cho nhiệt độ dầu trong khoang ổ đỡ và ổ hướng không nhỏ hơn 25oCvà không lớn hơn 40oC

4 Dòng điện định mức lâu dài (ở 400C) 10.65 kA

5 Điện áp xung định mức (giá trị đỉnh) 125 kV

6 Chu trình làm việc dòng ngắn mạch định mức

bar bar bar

14 Điện áp mạch điều khiển 220 VDC

16 Động cơ tích năng lò xo của Máy cắt:

Ngoài ra còn có máy phát Diesel dự phòng đặt tại đập tràn có công suất 300kW, để cung cấp điện thao tác đóng mở các van cung đập tràn và các thiết bị khác tại đập tràn (khi nguồn tự dùng chính nhà máy bị mất)

Thông số kỹ thuật của các thiết bị chính trong hệ thống tự dùng xoay chiều:

Dải điều chỉnh điện áp : ± 2×2,5 %

Kiểu làm mát : Đối lưu không khí tự nhiên

Kí hiệu vận hành : Xem sơ đồ vận hành

* Máy biến áp 2500 kVA

Điện áp định mức

SVTH: Trần Văn Khánh- Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 32

Dải điều chỉnh điện áp : ± 4 x 2,5 %

Điều chỉnh điện áp : ĐAT loại PHTA-Y-35/125

Kiểu làm mát : Tuần hoàn dầu tự nhiên

Thời gian đóng chung ms 50

Thời gian cắt chung ms 75

Áp lực khí ở 200C MPa 0,5

Khối lượng khí SF6 Kg 0,79

Điện áp điều khiển V-DC 220

* Máy cắt xuất tuyến 0,4 kV

Thời gian quá tải s 4,6,8,10

* Máy cắt đầu vào, MCPĐ trong các THB 0,4kV

2.4.2 Tự dùng một chiều của nhà máy

Hệ thống điện tự dùng một chiều nhà máy gồm 2 phân đoạn và 3 thanh trên mỗi phân đoạn có 1 tủ nạp và 1 bộ ắcquy Ngoài ra, để dự phòng cho các tủ nạp ở các phân đoạn, trên sơ đồ còn bố trí 1 tủ nạp và 1 bộ ắcquy thứ 3 nối vào cả 2 phân đoạn

Vận hành bình thường, 1 bộ ắcquy làm việc song song với 1 tủ nạp để cấp cho phụ tải ở chế độ phụ nạp thường xuyên

Đối với bộ ắcquy BTA11 BTA21 còn có chế độ trực nạp, 1 tủ nạp trực nạp ắcquy, còn bộ ắcquy cung cấp cho phụ tải

Hệ thống điện tự dùng một chiều nhà máy gồm 3 bộ ắcquy BTA11, BTA21, BTA31 đặt ở cao trình 327m gian MBA

Các bộ ắcquy BTA11 có 105 bình BTA21 có 104 bình cùng chủng loại mã hiệu OGI GP 18 LA dạng nước và bộ ắcquy BTA31 có 104 bình mã hiệu Super Safe 12 TM-580 dạng khô, với các thông số kỹ thuật sau:

* Bộ ắcquy BTA11, BTA21

SVTH: Trần Văn Khánh- Lớp 06D1-Khoa Điện-Trường ĐHBK Đà Nẵng Trang 34

* Giới thiệu chung về các tủ nạp

Hệ thống điện tự dùng một chiều nhà máy gồm 3 tủ nạp BTL11, BTL21, BTL31 2 tủ nạp loại BA -380/260-40/80-04-03 và tủ nạp loại CHARGER - CUBICLE dùng để:

- Trực nạp cho bộ ắcquy theo các chế độ “Ổn áp” và “Ổn dòng”

- Làm việc song song với bộ ắcquy để cung cấp cho phụ tải (chế độ phụ nạp thường xuyên)

- Nạp ban đầu cho ắcquy

- Phóng cho bộ ắcquy

Thiết bị dùng để vận hành trong phòng kín đảm bảo các điều kiện sau:

- Nhiệt độ môi trường xung quanh: 10450C

- Độ ẩm tương ứng ở 350C:  98%

- Môi trường xung quanh không gây nổ, cháy, không tích tụ nhiều bụi bẩn hơi nước mà có thể làm hư hỏng phần kim loại và cách điện

- Không có va đập và chấn động

2.5 Hệ thống rơle bảo vệ máy phát

* Hệ thống bảo vệ máy phát thuỷ lực gồm có các bảo vệ và làm nhiệm vụ sau:

- Bảo vệ so lệch MF (87G): Chống ngắn mạch nhiều pha cho cuộn dây Stator

MF