Co ban relay tram

Chức năng bảo vệ quá dòng điện có thời gian - Ký hiệu : I> hoặc 51 - Bảo vệ làm việc khi giá trị dòng điện tăng cao hơn giá trị cài đặt Ikđ - Đặc tính thời gian độc lập: relay khởi động

I Giới thiệu chung các thành phần thuộc hệ thống bảo vệ 1

1 Phần tử được bảo vệ 1

2 Máy biến dòng điện 1

3 Máy biến điện áp 5

4 Relay bảo vệ 6

5 Relay khóa (relay lockout, relay 86) 6

6 Hệ thống máy cắt 7

7 Các thiết bị phụ trợ cho thử nghiệm relay 7

II Các kiến thức cơ bản về điện ba pha 8

1 Các định luật cần nắm 8

2 Điên áp ba pha 8

III Chức năng relay bảo vệ cơ bản 9

1 Chức năng bảo vệ quá dòng điện có thời gian 9

2 Chức năng bảo vệ quá dòng cắt nhanh 11

3 Chức năng bảo vệ dòng điện thứ tự không 11

4 Chức năng bảo vệ quá dòng có hướng 11

5 Bảo vệ so lệch 12

6 Bảo vệ so lệch tổng trở cao 15

7 Bảo vệ khoảng cách 16

IV Chức năng bảo vệ cho các phần tử được bảo vệ 20

1 Bảo vệ máy biến áp 20

2 Bảo vệ thanh cái 27

3 Bảo vệ phát tuyến 28

V Hệ thống relay bảo vệ trạm nhà máy Hàm Thuận 31

1 Bảo vệ máy biến áp chính 1T, 2T 31

2 Bảo vệ máy biến áp 3T 32

3 Bảo vệ phát tuyến 33

4 Bảo vệ thanh cái 34

I Giới thiệu chung các thành phần thuộc hệ thống bảo vệ

1 Phần tử được bảo vệ

- Phát tuyến

- Thanh cái

- Máy biến áp

2 Máy biến dòng điện

- Thường được gọi là : BI, CT, TI

- Kí hiệu trên bản vẽ:

- Nhiệm vụ:

 Biến đổi dòng điện sơ cấp thành thứ cấp ( thường là 5A hoặc 1A)

 Cách ly mạch sơ cấp và thứ cấp ( dùng trong đo lường và bảo vệ)

 Tạo sự phối hợp dòng điện giữa các pha ( vd: cộng dòng điện 3pha)

- Nguyên lý hoạt động:

- Sơ đồ thay thế:

- Đặc tính từ hóa :

 Điểm gập Vk:

Là một điểm trên đường cong từ hóa

Từ đó để tăng điện áp lên 10% -> cần tăng dòng từ hóa 50%-> tại vùng bão hòamối quan hệ giữa điện áp và dòng điện không còn tuyến tính nữa

Từ đó dựa vào đặc tính từ hóa ta có thể xác định được vùng làm việc bão hòa của CT

- Hiện tượng hở mạch thứ cấp và bão hòa mạch từ

 Qua sơ đồ ta thấy toàn bộ dòng điện sơ cấp sẽ dùng để từ hóa mạch từ -> tổn thất công suất trong lõi thép lớn -> phát nóng lõi thép và cuộn dây->có thể làm cháy cách điện

 Mặt khác do dòng từ hóa lớn dẫn đến lõi thép sẽ bị bão hòa, sức điện động cuộnthứ cấp có dạng nhọn đầu và có giá trị lớn gây nguy hiểm cho người và thiết bị

 Do đó khi trong quá trình vận hành và sửa chữa, tuyệt đối không được để hở mạch thứ cấp CT

 Cũng do đó trong quá trình CT bão hòa -> dòng sơ cấp sẽ tang cao -> dòng thứ cấp có dạng xung nhọn, dòng hiệu dụng rất nhỏ

- Giải thích thông số ghi trên biến dòng:

- Một số kiểu CT:

CT vòng xuyến

CT có bồn dầu phía trên

CT có bồn dầu phía dưới

3 Máy biến điện áp

- Thường được gọi là : BU, PT, VT

- Kí hiệu trên bản vẽ:

- Nhiệm vụ:

 Biến đổi tỉ lệ điện áp từ sơ cấp sang thứ cấp theo tiểu chuẩn ( thường là 100V hoặc 110V)

 Cách ly mạch sơ cấp với mạch thứ cấp (dùng trong đo lường và bảo vệ)

- Điện áp danh định sơ cấp và thứ cấp

 BU ngoài trời thường sử dụng điện áp pha: điện áp danh định của cuộn sơ cấp

là điện áp danh định của lưới điện

 BU dùng cho đo lường phạm vi điện áp làm việc sẽ từ 80-120% điện áp danh định

 BU dùng cho bảo vệ sẽ từ 0,05->1,5 hoặc 1,9 lần điện áp danh định

- BU kiểu tụ phân áp (CVT)

Sơ đồ thay thế như sau:

Thường dùng cho hệ thống điện áp cao nhằm giảm kích thước, chi phí sản xuất.Thường dùng kết hợp với hệ thống thông tin tải ba PLC

- Một số hình ảnh BU:

5 Relay khóa (relay lockout, relay 86)

Relay khóa được sử dụng để trip máy cắt cho các chức năng bảo vệ không tham gia đóng lặp lại

Relay khóa có hai cuộn dây( một cuộn trip, và một cuộn reset) Khi relay khóa tác động sẽ giữ cố định tiếp điểm đầu ra, và chỉ nhả ra khi relay được reset

6 Hệ thống máy cắt

Có nhiệm vụ cô lập sự cố khi nhận được lệnh trip từ relay

7 Các thiết bị phụ trợ cho thử nghiệm relay

- Các terminal test: thường được dùng để nối với các tiếp điểm trip của relay với mạch trip máy cắt hoặc có thể dùng cho các mạch CT, PT mục đích chính thuận lợi cho quá trình cô lập, sửa chữa, thử nghiệm hệ thống relay bảo vệ

Terminal test dùng cho mục đích cô lập mạch trip

Terminal test dùng cho việc thử ngiệm

- Một số hệ thống thống lại sử dụng testblock thay cho các terminal test Đi kèm với các testblock là các testplug

II Các kiến thức cơ bản về điện ba pha

1 Các định luật cần nắm

- Định luật Kirchoff

 Tổng dòng điện vào và ra của một nút (đối tượng) bằng không

 Tổng điện áp trong một vòng kín bằng không

- Định luật Ohm

 U = I x Z

 Z = U/I

2 Điên áp ba pha

- Hệ thống điện ba pha cân bằng

- Hệ thống điện ba pha mất cân bằng

Phương trình mối liên hệ giữa các điện áp

III Chức năng relay bảo vệ cơ bản

1 Chức năng bảo vệ quá dòng điện có thời gian

- Ký hiệu : I> hoặc 51

- Bảo vệ làm việc khi giá trị dòng điện tăng cao hơn giá trị cài đặt (Ikđ)

- Đặc tính thời gian độc lập: relay khởi động thì thời gian tác động không phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện bảo vệ

- Đặc tính thời gian phụ thuộc: khi relay khởi động thì thời gian tác động sẽ phụ thuộc vào giá trị dòng điện.

Thực tế thì các hãng relay thường sẽ chọn đặc tính thời gian theo các tiêu chuẩn IEC, IEEE, ANSI…

- Phối hợp thời gian giữa các relay bảo vệ thời gian độc lập

Xét một sơ đồ đơn giản gồm hai máy cắt như sau

Khi sự cố tại điểm N2 thì cả BV1 và BV2 đều khởi động, nhưng mong muốn là BV2 phải tác động trước do vậy cần phải có sự phối hợp thời gian giữa BV1 và

BV2 Thời gian cài đặt cho relay BV1 sẽ là :

Nếu có nhiều phân đoạn thì việc cài đặt này sẽ làm tăng rất nhiều thời gian tác động của các relay gần nguồn, nên thường thì sẽ dùng đặc tính phụ thuộc

2 Chức năng bảo vệ quá dòng cắt nhanh

- Kí hiệu : I>> (50)

- Bảo vệ tác động khi giá trị dòng ngắn mạch lớn hơn giá trị cài đặt

- Nguyên tắc: đảm bảo tính chọn lọc bằng việc chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch max qua chỗ đặt bảo vệ khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

- Các relay bảo vệ không cần phối hợp thời gian do thời gian tác động gần bằng 0

- Relay không bảo vệ toàn bộ đường dây mà chỉ bảo vệ đường một phần do dòng điện ngắn mạch sẽ giảm dần theo chiều dài của đường dây

3 Chức năng bảo vệ dòng điện thứ tự không

- Kí hiệu : I0>(51N), I0>>(50N)

- Sử dụng bộ lọc dòng điện thứ tự không

- Tính toán dòng khởi động:

 Chế động bình thường:

Về lý thuyết dòng qua relay sẽ bằng 0

Thực tế do sai số BI, dong không cân bằng dẫn tới sẽ có dòng thứ tự không

Do đó để relay không tác động nhầm, người ta cài đặt giá trị sao cho lớn hơn

giá trị do các sai số trên gây ra :

- Việc xác định hướng dòng điện được thực hiện bằng bộ định hướng công suất

- Bộ định hướng công suất:

 Được đấu nối để đảm bảo relay hoạt động đúng trong mọi trường hợp

 Sơ đồ đấu nối thường được sử dụng là sơ đồ 900

Trong sơ đồ này giả sử sự cố pha 1, thì dòng này sẽ được so sánh với áp U23 Xét trong trường hợp lý tưởng thì áp U23 sẽ vuông góc với I1 do đó được gọi là

sơ đồ 900

- Lý do dùng điện áp dây pha không sự cố làm điện áp tham chiếu vì:

 Khi chạm một pha: Nếu dùng điện áp Pha1 làm tham chiếu thì khi sự cố điện ápnày sẽ giảm thấp, dẫn tới không chính xác

 Hoặc khi pha 1,2 sự cố điện áp U12 cũng giảm thấp dẫn tới không chính xác chophép so sánh

 Do vậy phải chọn điện áp dây với pha không sự cố để đảm bảo tính chính xác

- Đặc tính làm việc của relay

9 Bảo vệ so lệch

- Kí hiệu : 87

- Nguyên lý hoạt động: so sánh dòng đầu vào và đầu ra của phần tử được bảo vệ, tính toán ra dòng so lệch Khi dòng so lệch đủ lớn thỏa mãn đặc tuyến bảo vệ của relay, chức năng sẽ tác động

- Xét dòng so lệch trong ba trường hợp

1, Chế độ bình thường:

 Dòng điện chạy qua relay như hình vẽ

 Trong trường hợp lý tưởng thì dòng so lệch bằng 0 Tuy nhiên thực tế thì do sai

số của BI nên dòng so lệch khác 0

2, Chế độ sự cố ngoài vùng:

 Phân bố dòng điện tương tự bình thường

 Do dòng điện sự cố nên có giá trị lớn dẫn đến sai số lớn

 Do vậy cần đặt giá trị relay phù hợp để tránh tác động nhầm

3, Chế độ sự cố trong vùng bảo vệ:

Trong chế độ này dòng so lệch sẽ bằng tổng hai dòng đầu vào và đầu ra của thiết

bị, nên sẽ có giá trị lớn relay sẽ tác động

Tổng kết ba trường hợp trên ta được dòng so lệch trong ba trường hợp như nhau:

- Để đảm bảo relay làm việc luôn đúng trong các trường hợp, người ta sử dụng bảo

Tùy thuộc vào từng hãng relay

 Công thức liên hệ giữa dòng so lệch và dòng hãm

 Từ các công thức trên ta có nhận xét như sau:

+ Nếu sự cố ngoài vùng bảo vệ thì dòng hãm sẽ rất lớn và dòng so lệch nhỏ+ Việc lựa chọn hệ số Khãm sẽ ảnh hưởng đến độ nhạy và khả năng làm việc của relay Nếu hệ số lớn relay sẽ khó tác động nhầm nhưng độ nhạy lại kém, nếu hệ

số này lớn thì relay sẽ dễ tác động nhầm hơn nhưng lại tăng độ nhạy Do đó cầntính toán để lựa chọn cho phù hợp

 Từ công thức trên ta có được đồ thị như sau:

- Xét sự cố với sơ đồ đơn giản hai ngăn lộ như sau:

 CT bị bão hòa không có dòng thứ cấp

 CT còn lại có dòng qua relay và qua mạch thứ cấp của CT bị bão hòa -> relay

sẽ tác động sai

 Do đó để hạn chế dòng qua relay người ta nối tiếp một điện trở có giá trị lớn

11 Bảo vệ khoảng cách

- Kí hiệu: 21, 21N

- Bảo vệ khoảng cách dựa trên các giá trị dòng điện và điện áp tại điểm đặt relay để xác định tổng trở sự cố nếu tổng trở này nhỏ hơ giá trị tổng trở cài đặt trong relay thì relay sẽ tác động.

- Tổng trở gồm hai thành phần R&X: để thuận tiện phân tích sẽ sử dụng măt phẳng tổng trở biểu diễn làm việc của bảo vệ khoảng cách

- Xét sơ đồ đơn giản sau:

- Biểu diễn tổng trở của hệ thống trong lúc hoạt động bình thường và sự cố trên đồ thị

Từ đồ thị ta nhận thấy khi sự cố xảy ra , điểm sự cố luôn có xu hướng tiến về đường tổng trở của đường dây nên có thể chế tạo relay hoạt động trên đường tổng trở Tuy nhiên trong thực tế thì so một số sai số, hoặc là do sự cố có thể qua tổng

trở trung gian nên có thể điểm sự cố có thể lệch so với đường tổng trở, vì thế người

ta chế tạo relay với đường đặc tính được mở rộng qua hai bên đường tổng trở đường dây

Có hai dạng đường đặc tính thường gặp ở các dòng relay hiện nay là dạng đường

“Ohm” và “Quadrilateral”: trong đó dạng “Quadrilateral” được sử dụng phổ biến hơn với các relay ngày nay vì có khả năng bám sát hơn với đặc tính của đối tượng được bảo vệ

- Relay thường được chỉnh đinh với 4 vùng

Xét sơ đồ sau:

 Vùng I(Z1):

 Có thời gian tác động tức thời

 Thường được cài đặt bảo vệ từ 80-90% ZAB

 Không thể cài đặt 100% đường dây vì những sai số của BU, BI Khi tính toán giá trị cài đặt luôn giả thuyết ở điều kiện lý tưởng (bỏ qua điện dung của đường dây) các pha luôn đảo pha tuần tự nhưng thực tế hoạt động thì điều này là không thể Do đó nếu cài đặt 100% relay rất dễ bị tác động nhầm

 Vùng II (Z2):

 Tác động có thời gian trễ theo nguyên tắc phân cấp thời gian, phối hợp với các bảo vệ liền kề.

 Được cài đặt tối thiểu từ 120-150% ZAB

 Vùng 2 của BV1 là bảo vệ dự phòng cho BV3,5,7 do đó giá trị không thể vượt quá vùng 1 của BV3,5,7 và bảo vệ tới 50% của đường dây ngắn nhất

 Bảo vệ dự phòng cho thanh góp

 Gia tăng hiệu quả của bảo vệ

 Thường dùng đặc tính hình tròn

IV Chức năng bảo vệ cho các phần tử được bảo vệ

1 Bảo vệ máy biến áp

Các chức năng thường được cài đặt cho bảo vệ máy biến áp: 87T, 87N,64B, 49, 50/51,50/51N, 24, FR

Các bảo vệ không điện như bảo vệ quá nhiệt máy biến áp, relay hơi (96), đồng hồ chỉ thị mức dầu…

- Khảo sát các sự cố và chế độ bất thường trong máy biến áp:

 Các sự cố:

 Phóng điện sứ xuyên

 Sự cố pha – pha, pha – đất đối với cuộn dây cao áp và hạ áp

 Sự xâm ẩm của hơi nước vào dầu cách điện

 Sét đánh lan truyền vào trạm làm hỏng cách điện cuộn dây

 Sự cố giữa các vòng dây trên cùng cuộn dây

 Chế độ bất thường:

 Quá tải

 Mức dầu tăng cao hoặc giảm thấp

 Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

 Lõi từ bị quá từ thông

Bảo vệ so lệch 87T:

- Sử dụng bảo vệ so lệch có hãm

- Dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp

- Phạm vi bảo vệ được giới hạn bởi vị trí đặt CT

- Các ảnh hưởng đến bảo vệ cần được lưu ý

 Tổ đấu dây máy biến áp:

 Máy biến áp tổ đấu dây hai phía khác nhau ->dòng điện các phía bị lệch pha

 Sự lệch pha dòng điện các phía gây ra dòng điện so lệch, vì vậy trong các relay hiện đại có đưa ra các thuật toán để bù góc pha

 Hiệu chỉnh tỷ số biến dòng:

 Do các CT các phía có tỷ số biến khác nhau, các giá trị nhị thứ khác nhau Dẫn tới phát sinh dòng điện so lệch

 Các relay hiện đại sẽ tự động tính toán để bù tỷ số biến áp

 Hãm bảo vệ khi đóng máy biến áp không tải:

 Khi đóng xung kích máy biến áp, dòng từ hóa lõi thép tăng cao Dòng từ hóa luôn có chứa thành phần sóng hài bậc 2

 Dạng sóng hài bậc 2 là một đặc trưng của dòng từ hóa xung kích, nên được

sử dụng làm thành phần hãm sóng hài

 Tuy nhiên hãm sóng hài chỉ dùng cho bảo vệ 87T, để bảo vệ cho quá trình đóng xung kích, tránh hiện tường dòng xung kích quá lớn dẫn đến nguy hiểm cho máy biến áp người ta còn cài đặt một chức năng so lệch khác gọi

là “Quick diff”, chức năng này không bị block bởi sóng hài bậc 2

Bảo vệ so lệch thứ tự không(87N):

- Các sự cố gần điểm trung tính, dòng sự cố thường rất bé

- Các bảo vệ thứ tự không (50&51N) có thể hoạt động không còn chính xác

- Do đó người ta thiết kế bảo vệ so lệch thứ tự không để bảo vệ trong các trường hợpnày do có ưu điểm độ nhạy cao

Bảo vệ chống chạm đất phía trung tính cách đất (64B)

- Cuộn dây có trung tính cách điện, khi xảy ra sự cố chạm pha – đất Dòng điện thứ

tự không rất nhỏ -> relay bảo vệ quá dòng không thể hoạt động được

- Để phát hiện sự cố chạm đất sử dụng điện áp thứ tự không 3U0:

- Điện áp tứ tự không được đo bởi cuộn tam giác hở của PT

Khi hoạt động bình thường ba pha đối xứng nên tổng điện áp bằng không, do đó điện áp đầu ra PT bằng không

Khi xảy ra sự cố pha – đất sẽ làm lệch pha điện áp dẫn đến xuất hiện điện áp thứ tự không -> relay hoạt động theo nguyên lý quá điện áp thứ tự không

Bảo vệ chống quá từ thông lõi thép (24)

- Chức năng quá từ thông hay còn gọi là quá kích từ được dùng để bảo vệ quá từ thông trong lõi thép

Bảo vệ quá tải (49):

- Nguyên lý tác động gần giống với chức năng quá dòng, tuy nhiên giá trị tác động thường nhỏ hơn rất nhiều và thời gian tác động lớn hơn

- Thông thường người ta chỉ sử dụng chức năng này để báo alarm, nhằm cho người vận hành biết tình trạng tải trên máy biến áp để có phương hướng giải quyết

Chức năng quá dòng 50/51

Hoạt động theo giá trị dòng cài đặt, có phối hợp bảo vệ với các chức năng và các hệ thống bảo vệ của lưới điện

Chức năng quá dòng chạm đất 50/51N

Hoạt động theo giá trị dòng cài đặt, có phối hợp bảo vệ với các chức năng và các hệ thống bảo vệ của lưới điện.

Bảo vệ lỗi máy cắt (50BF)

Bảo vệ hoạt động khi có tín hiệu kích hoạt bảo vệ từ các bảo vệ chính

(87;50/51;50/51N)

Sự cố được duy trì mà máy cắt không mở được

Bảo vệ sẽ gửi tín hiệu trip đến các máy cắt có liên quan nhằm cô lập sự cố ra khỏi hệ thống

Các bảo vệ không điện

 Reley 96

 Thường gọi là relay hơi (Buchholz)

 Để chống các sự cố bên trong thùng dầu, kể cả các sự cố về điện và về dầunhư là: ngắn mạch giữa các pha, chập một số vòng trong cùng một cuộndây, chập các pha ở gần điểm trung tính hay điểm nối hai pha trong cuộntam giác Các sự cố về dầu có thể xảy ra là: phát sinh khí trong dầu, dầutrong thùng dầu bị xì chảy ra ngoài

 Có cấu tạo gồm hai tổ hợp phao nằm lơ lửng trong dầu:

 Thường được lắp đặt tại ống nối giữa bồn dầu phụ và thùng dầu chính máy biến áp