Thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp dựa trên bản ghi comtrade

Thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp dựa trên bản ghi comtrade Thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp dựa trên bản ghi comtrade Thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp dựa trên bản ghi comtrade luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN XUÂN PHÚC

THỬ NGHIỆM CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY

BIẾN ÁP DỰA TRÊN BẢN GHI COMTRADE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(KỸ THUẬT ĐIỆN)

Hà Nội – Năm 2018

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN XUÂN PHÚC

THỬ NGHIỆM CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP DỰA TRÊN BẢN GHI COMTRADE

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(KỸ THUẬT ĐIỆN)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN ĐỨC HUY

Hà Nội – Năm 2018

Trang 3

Mục lục

Danh mục bảng 1-iv Danh mục hình vẽ 1-v

Mở đầu 1-x Giới thiệu 1-x Tóm tắt nội dung luận văn 1-xi

Chương 1: Một số vấn đề bảo vệ Rơ le cho máy biến áp điện lực 1

1.1 Bảo vệ máy biến áp 1

1.1.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 1

1.1.2 Các loại hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA 2

1.1.3 Các dạng sự cố khác 3

Chương 2: Nguyên lý bảo vệ so lệch 5

2.1 Nguyên lý bảo vệ so lệch cho máy biến áp điện lực 5

2.1.1 Đánh giá đại lượng đo lường đo được 6

2.1.2 Đặc tính tác động 9

2.1.3 Hãm sóng hài 10

2.1.4 Hãm cộng thêm (Add-on stabillization) khi biến dòng bị bão hòa 12

2.1.5 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn 13

2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) 14

2.2.1 Nguyên lý 14

2.2.2 Đánh giá các đại lượng đo lường đo được 15

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp 17

2.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp 17

2.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp19 2.3.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng 19

2.3.4 Quá kích thích máy biến áp 20

Trang 4

2.4 Sơ đồ thuật toán bảo vệ so lệch 22

2.4.1 Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây của máy biến áp 22

Chương 3: Giới thiệu hợp bộ CMC356 29

3.1 Giới thiệu 29

3.2 Hướng dẫn sử dụng hợp bộ thí nghiệm CMC 356 29

3.2.1 Các phụ kiện chính đi kèm 29

3.1 Hợp bộ CMC356 với cáp nguồn chính đi kèm 29

3.1.1 Sơ bộ về phần cứng 30

3.1.2 Kết nối hợp bộ với máy tính 30

3.1.3 Chức năng của các đầu vào ra, phát dòng áp 31

Chương 4: Kết quả mô phỏng 36

4.1 Mô hình mô phỏng nhà máy điện gió 36

4.1.1 Máy điện không đồng bộ 36

4.1.2 Back-to-Back converter 38

4.2 Mô hình các bộ điều khiển 39

4.2.1 Điều khiển công suất và tốc độ tua-bin 39

4.2.2 Điều khiển bộ biến đổi phía rotor 40

4.2.3 Điều khiển bộ biến đổi phía lưới 41

4.3 Mô hình mô phỏng 41

4.3.1 Khối sự cố 42

4.3.2 Mô phỏng máy biến dòng 43

4.4 Kết quả mô phỏng 45

4.4.1 Sự cố ngoài vùng bảo vệ 45

4.4.2 .Sự cố trong vùng bảo vệ 51

4.4.3 Nhận xét 57

Trang 5

thí nghiệm 58

4.5.1 Sự cố ngắn mạch 3 pha A, B, C ngoài vùng phía 22kV 59

4.5.2 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B phía 22kV ngoài vùng bảo vệ 61

4.5.3 Sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B ngoài vùng phía 22kV 63

4.5.4 Sự cố ngắn mạch chạm đất pha A ngoài vùng phía 110kV 65

4.5.5 Sự cố ngắn mạch hai pha A, B ngoài vùng phía 110kV 66

4.5.6 Sự cố ngắn mạch hai pha A, B chạm đất ngoài vùng phía 110kV 68

4.5.7 Sự cố ngắn mạch ba pha A, B,C ngoài vùng phía 110kV 70

4.5.8 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 22kV 71

4.5.9 Sự cố ngắn mạch hai pha A, B chạm đất trong vùng bảo vệ phía 22kV73 4.5.10 Sự cố ngắn mạch ba pha A,B,C trong vùng bảo vệ phía 22kV 75

4.5.11 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất A,B,C trong vùng bảo vệ phía 110kV 76

4.5.12 Sự cố ngắn mạch hai pha A,B trong vùng bảo vệ phía 110kV 78

4.5.13 Sự cố ngắn mạch hai pha A,B chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV 79

4.5.14 Sự cố ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV 81

4.6 Nhận xét 82

Chương 5 Kết luận 84

Sơ đồ mô phỏng CT sử dụng trong MATLAB/SIMULINK 86

M_file tính toán tham số của đặc tính từ hóa của máy biến dòng điện có tỷ số 400/1 87

M_file tính toán tham số của đặc tính từ hóa của máy biến dòng điện có tỷ số 2000/1 88

Phiếu chỉnh định rơ le 7UT613 89

Tài liệu tham khảo 91

Trang 6

Danh mục bảng

Bảng 1-1: Những dạng hư hỏng và bảo vệ thường dùng 4

Bảng 2-1: Ma trận để tính toán cho dòng so lệch 24

Bảng 4-1: Thông số bộ điều khiển công suất và tốc độ tua-bin 39

Bảng 4-2: Thông số bộ điều khiển bộ biến đổi RSC 40

Bảng 4-3: Thông số bộ điều khiển bộ biến đổi GSC 41

Trang 7

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp 5

Hình 2-2: Đặc tính bảo vệ so lệch của rơ le 9

Hình 2-3: Điểm làm việc khi sự cố vật cách T6.2016 gây ra bão hòa hoàn toàn BI 12

Hình 2-4: Sơ đồ nguyên lý của chức năng REF 14

Hình 2-5: Đặc tính bảo vệ chống chạm đất hạn chế 17

Hình 2-6: Liên kết từ thông lõi máy biến áp 17

Hình 2-7: Dòng từ hóa của máy biến áp trong quá trình đóng xung kích 18

Hình 2-8: Dạng sóng dòng xung kích khi đóng MBA không tải 19

Hình 2-9: Mối quan hệ dòng xung kích trong hòa máy biến áp song song 20

Hình 2-10: Dòng từ hóa trong quá trình kích thích 21

Hình 2-11: Dạng sóng dòng điện trong quá trình bão hòa biến dòng 22

Hình 2-12: Sơ đồ khối tính toán dòng so lệch 27

Hình 2-13: Sơ đồ khối tính toán dòng hãm 27

Hình 2-14: Sơ đồ khối tính toán dòng hãm hài bậc 2 28

Hình 2-15: Sơ đồ khối tính toán dòng hãm hài bậc 5 28

Hình 3-1: Mặt trước CMC356: 30

Hình 3-2: Mặt sau CMC356: 30

Hình 3-3: Kết nối hợp bộ với máy tính 31

Hình 3-4: Đầu vào ra của hợp bộ 32

Hình 3-5: Đầu phát điện áp của hợp bộ CMC 356 32

Hình 3-6: Đầu phát dòng điện của hợp bộ CMC 356 32

Hình 3-7: Sơ đồ đầu phát dòng điện của hợp bộ CMC 356 33

Hình 3-8: Đầu vào nhị phân hoặc tương tự 34

Hình 3-9: Mô hình thử nghiệm rơ le bảo vệ 34

Hình 3-10: Chức năng TransPlay trên phần mềm Test Universe 3.20 35

Trang 8

Hình 4-2: Mô hình máy phát điện gió trên Matlab/Simulink 37

Hình 4-3: Mô hình bộ điều khiển công suất và tốc độ tua-bin 39

Hình 4-4: Mô hình bộ điều khiển bộ biến đổi phía rotor 40

Hình 4-5: Mô hình bộ điều khiển bộ biến đổi phía lưới 41

Hình 4-6: Sơ đồ mô phỏng 42

Hình 4-7: Sơ đồ mô phỏng sử dụng trong matlab/simulinkError! Bookmark not defined. Hình 4-8: Đặc tính bão hòa máy biến dòng được sử dụng trong mô phỏng 43

Hình 4-9: Kết quả mô phỏng dòng điện các phía của máy biến áp 45

Hình 4-10: Kết quả mô phỏng dòng điện so lệch và đặc tính cắt 45

Hình 4-18:Kết quả mô phỏng dòng điện so lệch và đặc tính cắt 49

Trang 9

Hình 4-37: Thí nghiệm bơm dòng áp với rơ le 7UT613 và Omicron CMC356 58 Hình 4-38: Kết quả so sánh dòng điện phía 110kV 59

Hình 4-39: Kết quả so sánh dòng điện phía 22kV 59

Hình 4-40: Kết quả so sánh dòng điện so lệch 60

Hình 4-41: Kết quả so sánh dòng điện so lệch và đặc tính cắt 60

Hình 4-42: Dòng điện so lệch ghi nhận tại rơ le 7UT613 61

Hình 4-50; Kết quả so sánh dòng điện so lệch và đặc tính cắt 64

Trang 10

Trang 11

Hình 4-90:Kết quả so sánh dòng điện so lệch và đặc tính cắt 80

Trang 12

Giới thiệu

Rơ le là phần tử bảo vệ hệ thống điện giúp phát hiện và cách ly phần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện để duy trì hoạt động bình thường đồng thời giảm mức độ hư hại của phần tử sự cố đối với hệ thống điện Để thực hiện tốt chức năng bảo vệ đòi hỏi công đoạn tính toán thiết kế và lắp đặt hệ thống bảo vệ vô cùng quan trọng quyết định sự làm việc của phần tử bảo vệ

Ngày nay, rơ le bảo vệ kỹ thuật số có khả năng cung cấp đầy đủ các dữ liệu đã thu thập bằng chức năng ghi sự kiện khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện Những dữ liệu này bao gồm: giá trị dòng điện, điện áp, trạng thái của tín hiệu đầu vào và trạng thái rơ le đầu ra… được lưu trữ trong tập tin có định dạng COMTRADE nhằm phục

vụ công tác phân tích, báo cáo và xác định đúng nguyên nhân sự cố dễ dàng hơn Tuy nhiên, sự cố xảy ra trên lưới điện theo thống kê là khá ít, cho nên kể từ khi IEEE đưa ra tiêu chuẩn tập tin có định dạng COMTRADE vào năm 1999 [1] cho đến nay, thì việc sử dụng các tập tin này nhằm thử nghiệm Rơ le bảo vệ vẫn còn hạn chế do người sử dụng chưa quen với tiêu chuẩn này Kết quả là chỉ có một số lượng nhỏ người dùng đã ứng dụng thành công trong việc sử dụng phát lại dữ liệu bản ghi

sự cố bằng hợp bộ thí nghiệm để phân tích khả năng làm việc của rơ le đối với nhiễu loạn trong hệ thống điện

Một vấn đề khác trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện hiện nay liên quan đến sự xuất hiện ngày càng nhiều các nhà máy năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời Vì vậy, cần có các nghiên cứu phân tích đánh giá ảnh hưởng của các nhà máy điện năng lượng mới nói chung, cũng như nhà máy điện gió nói riêng đến mức độ ổn định tin cậy và các khía cạnh vận hành khác của hệ thống Một trong những vấn đề cần quan tâm khi kết nối nhà máy điện gió là sự phối hợp làm việc các bảo vệ, độ chính xác và tin cậy của các rơ le bảo vệ với dạng sóng dòng điện sự cố từ nhà máy điện gió Về cơ bản, nhà máy điện gió cũng như các nhà máy sử dụng năng lượng mới sử dụng nguồn điện ba pha dựa trên thiết bị nghịch lưu [2] Các nguồn điện dạng này chứa tỉ lệ sóng hài cao, hằng số thời gian dòng ngắn mạch nhỏ Do vậy các rơ le bảo vệ có thể bị ảnh hưởng nhất định

Trang 13

dựa trên bản ghi COMTRADE

Tóm tắt nội dung luận văn

Cấu trúc của luận văn gồm các phần chính như sau

 Trình bày tổng quan về nguyên lý bảo vệ so lệch

 Dựa trên mô hình COMTRADE và các kết quả mô phỏng thu được, xây dựng các file bản ghi sự cố theo chuẩn COMTRADE phục vụ thử nghiệm rơ

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Người thực hiện

Trang 14

Nguyễn Xuân Phúc 1

Chương 1: Một số vấn đề bảo vệ Rơ le cho máy biến áp điện lực

Bảo vệ cho hệ thống điện nhiều phần tử bao gồm các phần tử chính như máy phát điện, máy biến áp, thanh góp, đường dây cần có sự phối hợp giữa bảo vệ của các phần tử để bảo vệ an toàn nhất cho chính các phần tử đó cũng như toàn bộ hệ thống Ở đây ta chỉ lựa chọn phương thức bảo vệ cho máy biến áp và thanh góp

1.1 Bảo vệ máy biến áp

Trong hệ thống điện, máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất liên kết với hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối Vì vậy, việc nghiên cứu các tình trạng làm việc không bình thường và sự cố xảy ra với MBA là rất cần thiết

Để bảo vệ cho MBA làm việc an toàn cần phải tính đầy đủ các hư hỏng bên trong MBA và các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của máy biến áp Từ đó đề ra các phương án bảo vệ tốt nhất, loại trừ các hư hỏng và ngăn ngừa các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc của MBA

Máy biến áp trong sơ đồ là loại máy biến áp tự ngẫu 220/110/22 kV công suất lớn, có bộ điều áp dưới tải khi thực hiện bảo vệ cho máy biến áp cần chú ý thêm đến vấn đề bảo vệ liên quan đến dầu máy biến áp cũng như làm mát, cứu hỏa cho máy biến áp Cần chú ý đến các loại hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp để sử dụng sơ đồ bảo vệ một cách hợp lý nhất

1.1.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ

Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ nhanh nhất sự cố ra khỏi hệ thống điện, nhằm ngăn chặn và hạn chế tối đa những hậu quả mà nó gây ra Thiết

bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiện đại là các

rơ le một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện, thỏa mãn những yêu cầu kĩ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống

Để đảm bảo cho hệ thống vận hành một cách an toàn và liên tục, đòi hỏi thiết bị phải đáp ứng được những yêu cầu cơ bản như:

Trang 15

Độ tin cậy – đảm bảo thiết bị làm việc đúng, chắc chắn

Độ tin cậy khi tác động (dependability): khả năng chắc chắn tác động đúng khi sự cố trong vùng bảo vệ

Độ tin cậy không tác động (security): khả năng sẽ không làm việc sai khi không sự cố hoặc sự cố ngoài vùng bảo vệ

Tính chọn lọc – phát hiện, loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống

Bảo vệ chọn lọc tuyệt đối: Chỉ làm việc khi xảy ra sự cố trong vùng xác định, khôn làm dự phòng cho các bảo vệ lân cận

Bảo vệ chọn lọc tương đối: Ngoài bảo vệ chính cho đối tượng còn thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

1.1.2 Các loại hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA

Những loại hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp:

Hư hỏng bên trong MBA bao gồm:

Chạm chập giữa các vòng dây

Ngắn mạch giữa các cuộn dây

Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất

Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

Trang 16

1.1.3 Các dạng sự cố khác

Quá tải: Dòng điện hoặc công suất vượt quá giá trị danh định Máy biến áp chỉ

quá tải càng lớn

dd

lv qt

X k X

f

cao hoặc tần số giảm thấp do thao tác đóng cắt hoặc do trục trặc của bộ điều chỉnh điện áp

Nhiệt độ dầu hoặc cuộn dây quá cao: nhiệt độ cao ảnh hưởng đến chất lượng cách điện và nếu vượt quá giới hạn sẽ làm hỏng cách điện

Lọt khí vào dầu hoặc mức dầu thấp: Là trạng thái không bình thường đối với MBA làm mát và cách điện bằng dầu

Tùy theo công suất, vị trí, vai trò của MBA trong hệ thống mà lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp Những loại bảo vệ thường dùng để chống lại loại sự cố và

làm việc không bình thường của MBA được giới thiệu trong Bảng 1-1

Trang 17

Bảng 1-1: Những dạng hư hỏng và bảo vệ thường dùng

Sự cố pha-pha và pha-đất ở cuộn

dây

So lệch có hãm Bảo vệ quá dòng Bảo vệ chống chạm đất hạn chế

Trang 18

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp:

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp

Bảo vệ so lệch sử dụng nguyên tắc trên thực tế (hình vẽ) là dòng điện rời khỏi một đối tượng bảo vệ trong điều kiện bình thường phải bằng dòng đưa vào nó Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thị sự cố bên trong vùng bảo vệ Các cuộn dây thứ cấp của các biến dòng CT1 và CT2 có cùng tỷ số biến có thể được nối để có được các dòng điện như hình vẽ

Thành phần đo M được nối tại điểm cân bằng điện Trong điều kiện vận hành bình thường sẽ không có dòng chảy qua thành phần đo M Khi có sự cố bên trong các biến dòng, các dòng điện ở mỗi đầu không bằng nhau, thành phần đo M đo

giản phân biệt được dòng sự cố

Khi có một sự cố bên ngoài gây ra dòng ngắn mạch lớn chảy qua vùng bảo vệ, các đặc tính từ hoá khác nhau của các máy biến dòng trong điều kiện bão hoà có

Trang 19

thể gây ra dòng đáng kể chảy qua M Nếu độ lớn của dòng này nằm trên ngưỡng tác động, hệ thống có thể đưa ra lệnh cắt Việc hãm chống lại việc tác động sai của bảo vệ

Ở các máy biến áp thông thường các dòng thứ cấp của các biến dòng không bằng nhau khi một dòng chảy qua máy biến áp, nhưng tuỳ thuộc vào tỷ số biến và tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ và dòng điện định mức của các máy biến dòng ở hai phía của máy biến áp Vì vậy dòng điện các phía phải được làm phù hợp để có thể so sánh được

Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có công suất và tổ đấu dây khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) được thực hiện bằng toán học hoàn toàn Thông thường không đòi hỏi các biến dòng trung gian

Các dòng đưa vào được chuyển đổi theo dòng định mức của máy biến áp Điều này có được bằng cách đưa số liệu định mức của máy biến áp vào rơle, đó là: Công suất định mức, điện áp định mức và dòng điện định mức của các biến dòng

Vì tổ đấu dây đã được đưa vào nên rơle có khả năng so sánh dòng theo công thức

cố định

Việc chuyển đổi dòng được thực hiện bằng các ma trận, hệ số được lập trình mô phỏng các dòng điện so lệch trong các cuộn dây máy biến áp Tất cả các tổ đấu dây rơle đều có thể hiểu được (bao gồm đổi pha)

2.1.1 Đánh giá đại lượng đo lường đo được

Các phía của MBA đều đặt máy biến dòng, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ số biến đổi, tổ đấu dây, sự điều chỉnh điện áp của máy biến áp, sai số, sự bão hòa của máy biến dòng… Do vậy, để tiện so sánh dòng điện thứ cấp máy biến dòng ở các phía MBA thì phải biến đổi chúng về cùng một phía, chẳng hạn phía cao áp

Sau khi các dòng nhận vào được làm cho phù hợp có tính đến tỷ số biến nhóm véc tơ và cách đối xử với các dòng thứ tự không, các bảo vệ cần thiết cho bảo vệ

Trang 20

sau các chỉ số sẽ được dùng để phân biệt các cuộn dây: 1 cho cuộn sơ cấp (điện

áp cao hơn) của máy biến áp, 2 cho cuộn thứ cấp (điện áp thấp hơn) và 3 cho cuộn thứ 3 đối với máy biến áp 3 cuộn dây nếu sử dụng

Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho các đối tượng bảo vệ hai phía, một đại

Cả 2 phương pháp đều như nhau ở một số giải thuật thích hợp của các đặc tính hãm Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho đối tượng bảo vệ 3 phía, máy biến

Phương pháp này được sử dụng trong rơle cho tất cả các đối tượng bảo vệ (máy biến áp 2 hoặc 3 cuộn dây) Nó đòi hỏi tạo ra tổng véc tơ và tổng đại số của các dòng điện cho từng cuộn dây

Các định nghĩa sau được sử dụng:

Dòng so lệch hoặc tác động cắt

Và dòng làm ổn định hoặc hãm (hài):

chống lại ảnh hưởng này

Để làm sáng tỏ 3 điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét:

a Dòng chảy qua máy biến áp vận hành bình thường hoặc khi có sự cố bên ngoài

Trang 21

qua

b Ngắn mạch bên trong mỗi phía được cấp bởi các dòng giống nhau:

sự cố

c Ngắn mạch bên trong chỉ cấp dòng từ một phía:

từ một phía

bên trong là một đường thẳng với độ dốc =1

Trên sơ đồ hoạt động minh hoạ ở hình 2-3 Hình vẽ đưa ra đặc tính làm việc đầy

đủ của rơle Nhánh a thể hiện ngưỡng nhậy của bảo vệ rơle so lệch và xét đến dòng sai số không đổi, dòng từ hoá Nhánh b xét đến sai số tỷ lệ theo dòng có thể

gây ra bởi sai số của biến dòng chính, các máy biến dòng đầu vào của rơle hoặc

từ vị trí bộ chuyển nấc máy biến áp

Ở dải dòng điện lớn có thể làm tăng bão hoà cho biến dòng, nhánh c gây hãm nhiều hơn Các đánh giá thêm, trong trường hợp cực bão hoà nhánh c (hãm cộng

thêm - Add-on stabilization) được mô tả phần sau

(hình vẽ) Nếu các dòng nằm trong vùng cắt, lệnh cắt được đưa ra

Trang 22

2.1.2 Đặc tính tác động

Hình 2-2: Đặc tính bảo vệ so lệch của rơ le

Đặc tính gồm có 4 đoạn a, b, c & d Ý nghĩa và giá trị chỉnh định cho mỗi đoạn như sau (giá trị chỉnh định được):

 Đoạn a: là giá trị khởi động mức thấp IDIFF> của bảo vệ so lệch Giá trị này được chỉnh định lớn hơn dòng điện so lệch có thể xuất hiện ở chế độ bình thường Độ dốc của đặc tính bằng 0

Dòng điện so lệch có thể xuất hiện ở chế độ bình thường do các yếu tố sau gây ra: Do sai số của các biến dòng điện các phía Sai số này có thể lấy bằng 5% (với BI loại 5P) hoặc 10% nếu sử dụng BI loại 10P Trong tính toán chỉnh định thường lấy trường hợp cực đoan nhất là 10% hay 0,1 Sai số do việc điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp: nhà sản xuất khuyến cáo nên tăng 10% giá trị cài đặt cho mỗi 10% của phạm vi điều chỉnh đầu phân áp Ví dụ, giá trị cài đặt là 0,2, nếu máy biến áp có dải điều chỉnh phân áp khoảng 10% thì giá trị cài đặt cuối cùng là 0,22

Dải điều chỉnh của giá trị khởi động ngưỡng thấp cho phép trong rơle trong khoảng 0,1÷0,5; trong thực tế giá trị này được chọn khoảng 0,2÷0,3

 Đoạn b: có xét tới ảnh hưởng của việc máy biến áp làm việc quá tải Đoạn

Trang 23

 Đoạn c: có độ dốc lớn hơn, đảm bảo rơle hãm tốt khi có ngắn mạch ngoài vùng, BI có thể bị bão hòa Phần kéo dài của đặc tính c đi qua điểm 2,5

dốc bằng 0; nghĩa là bảo vệ sẽ tác động không hãm Do đó đoạn d cần chỉnh định đảm bảo chỉ tác động khi sự cố chắc chắn nằm trong vùng bảo

vệ (trong máy biến áp)

cực của MBA

động

2.1.3 Hãm sóng hài

Khi các dòng so lệch có thể gây ra không chỉ từ các sự cố bên trong máy biến áp

mà còn từ dòng từ hoá máy biến áp khi đóng máy biến áp, nối song song máy biến áp hoặc một máy biến áp bị quá điện áp, chúng sinh ra các thành phần sóng hài

Dòng từ hoá có thể lớn gấp nhiều lần dòng định mức và thành phần chủ yếu là sóng hài bậc 2 (gấp đôi tần số định mức) Trên thực tế nó không có mặt trong các trường hợp có ngắn mạch Nếu thành phần bậc hai vượt quá ngưỡng (có thể chọn), lệnh cắt bị khoá

Vì hãm dòng từ hoá làm việc độc lập cho từng pha, bảo vệ vẫn làm việc hoàn toàn ngay cả khi đóng máy biến áp vào sự cố một pha, khi đó dòng từ hoá có thể xuất hiện chỉ ở các pha không có sự cố Tuy vậy cũng có thể đặt bảo vệ để không chỉ pha có dòng từ hoá chứa sóng hài vượt quá ngưỡng cho phép được hãm mà

khoá chéo") Chức năng khoá chéo này có thể bị giới hạn trong khoảng thời gian chọn trước

Bên cạnh sóng hài bậc 2, sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để khoá bảo

vệ Có thể chọn sóng hài bậc 3, 4 và 5

Trang 24

ra những hiện tượng này Nhưng vì thành phần sóng hài bậc 3 thường bị loại trừ

ở các máy biến áp lực (bằng cuộn dây đấu ) sóng hài bậc 5 thường được sử dụng

Hơn nữa, ở các máy biến áp tự ngẫu các sóng hài bậc lẻ tìm thấy không thấy xuất hiện trong các sự cố bên trong máy biến áp

Sóng hài làm việc độc lập cho từng pha Tuy vậy, cũng có thể đặt bảo vệ để không chỉ để pha có dòng từ hoá chứa sóng hài vượt quá ngưỡng cho phép được

năng khoá chéo") Chức năng khoá chéo này có thể bị giới hạn trong khoảng thời gian chọn trước

Các bộ lọc số được sử dụng để thực hiện các phân tích Fourier cho dòng so lệch Ngày khi thành phần sóng hài vượt quá các giá trị đặt, rơle hãm ở pha tương ứng Thuật toán học được tối ưu có xét đến các trạng thái thoáng qua để loại bỏ hãm không cần thiết trong các điều kiện động

Trang 25

2.1.4 Hãm cộng thêm (Add-on stabillization) khi biến dòng bị bão hòa

Hình 2-3: Điểm làm việc khi sự cố trạm Vật Cách T6.2016 gây ra bão hòa hoàn toàn BI.

Bão hoà của các máy biến dòng gây ra bởi các dòng sự cố lớn và/hoặc các hằng

số thời gian hệ thống dài không thích hợp với các sự cố bên trong (sự cố bên trong máy biến áp được bảo vệ) Vì vậy các dòng so lệch cũng như dòng hãm đo được bị biến dạng đến cùng một ngưỡng Đặc tính sự cố được minh hoạ trên hình

của dòng so lệch cũng phải ít nhất vượt quá giá trị tác động (nhánh a trong hình

vẽ 2-3)

Trong một sự cố ngắn mạch ngoài vùng gây ra dòng ngắn mạch lớn làm bão hoà biến dòng, một dòng so lệch đáng kể có thể được tạo ra, đặc biệt khi mức độ bão

đặc tính làm việc (hình vẽ 2-3), lệnh cắt sẽ được đưa ra nếu không có biện pháp đặc biệt nào

Rơ le cung cấp 1 chỉ số bão hoà nó phát hiện những hiện tượng như vậy và khởi động các biện pháp hãm cộng thêm (Add-on stabillization) Chỉ số bão hoà làm

Trang 26

việc trong vùng được đặt tên là “hãm cộng thêm” Trên hình vẽ độ dốc của đặc

tính này tỷ lệ bằng nửa độ dốc của nhánh b

Bão hoà khi có sự cố bên ngoài được phát hiện bằng dòng khỏi động hãm lớn dịch chuyển điểm làm việc vào vùng “hãm cộng thêm” Ngược lại điểm làm việc dịch chuyển ngay lập tức theo đặc tính sự cố khi có sự cố nội bộ bởi vì dòng hãm

sẽ lớn hơn dòng so lệch Chỉ số bão hoà đưa ra quyết định trong nửa chu kỳ đầu tiên sau thời điểm bắt đầu sự cố

Khi phát hiện một sự cố bên ngoài, bảo vệ so lệch bị khoá trong một thời gian có thể lựa chọn (lâu nhất là 8 chu kỳ tương đương với 160ms ở tần số 50Hz, khi rơ

le xuất xưởng) Việc khoá bị xoá bỏ ngay khi điểm làm việc dịch chuyển chắc chắn (quá 2 chu kỳ) vào đặc tính sự cố Nó cho phép phát hiện một cách tin cậy

sự cố diễn biến bên trong máy biến áp được bảo vệ trong khi có sự cố bên ngoài

và biến dòng bị bão hoà

2.1.5 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn

Các sự cố có dòng lớn trong máy biến áp được bảo vệ có thể được giải trừ ngay lập tức mà không cần xét đến độ lớn của dòng hãm, khi độ lớn của các dòng so lệch có thể được loại trừ đó là sự cố bên ngoài Điều này xảy ra trong trường hợp

Bảo vệ so lệch máy biến áp cung cấp bảo vệ dòng lớn không hãm này Nó có thể làm việc ngay cả khi dòng so lệch có chứa một phần đáng kể sóng hài bậc 2 gây

ra bởi việc biến dòng bị bão hoà bởi thành phần một chiều trong dòng ngắn mạch

có thể bị chức năng dòng hãm từ hoá coi như dòng từ hoá máy biến áp

Cấp dòng điện lớn này đánh giá sóng cơ bản các dòng điện cũng như các giá trị tức thời bảo đảm cắt nhanh ngay cả khi sóng cơ bản giảm mạnh do biến dòng bị bão hoà

Trang 27

tổng ba pha

Bảo vệ chạm đất có giới hạn phát hiện các sự cố chạm đất trong các máy biến áp lực, các cuộn kháng Shunt, các máy biến áp trung tính nối đất hoặc các máy điện quang, mà điểm sao của chúng nối đất

Nó cũng thích hợp khi có một điểm trung tính giả bên trong vùng bảo vệ của một máy biến áp không nối đất

Biến dòng trung tính và biến dòng 3 pha xác định các giới hạn của vùng bảo vệ

Hình 2-4: Sơ đồ nguyên lý của chức năng REF

Trang 28

các điều kiện nối đất của hệ thống có thể nhận ra thêm dòng dư trên dây trung tính của các biến dòng pha Vì tất cả các dòng chảy vào vùng bảo vệ được định nghĩa là dương, góc dòng dư từ hệ thống sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn góc pha của dòng điểm đấu sao

Khi một sự cố chạm đất xảy ra bên ngoài vùng bảo vệ, dòng điểm đấu sao và dòng dư của các máy biến dòng sẽ giống nhau về độ lớn nhưng ngược pha với nhau

Khi có một sự cố pha không chạm đất bên ngoài vùng bảo vệ, các biến dòng bị bão hoà có thể gây ra dòng dư trên dây trung tính của các biến dòng Dòng điện này có thể mô phỏng một sự cố bên trong vùng được bảo vệ Bảo vệ phải tránh được cắt sai trong trường hợp này Với những trường hợp như vậy, bảo vệ chạm đất có giới hạn cung cấp các biện pháp làm ổn định hoàn toàn khác với biện pháp thường được sử dụng cho các sơ đồ bảo vệ so lệch

2.2.2 Đánh giá các đại lượng đo lường đo được

Bảo vệ chạm đất có giới hạn so sánh dòng cơ bản của dòng điện chảy qua dây

phía sơ cấp ngược pha với dòng điểm đấu sao và có cùng độ lớn Thông tin lớn nhất của các dòng điện được xem xét cho việc hãm Độ lớn của các dòng điện và

vị trí pha của chúng xác định theo các tham số sau:

(k là hệ số hãm, giả thiết k =1)

Trang 29

Trong đó:

Để làm sáng tỏ 2 điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét

Sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ

Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây hình sao có nguồn đi đến

Từ kết quả trên ta thấy:

Khi sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ, dòng hãm luôn có giá trị âm hoặc bằng

Khi sự cố ở ngoài vùng bảo vệ không phải là sự cố chạm đất sẽ xuất hiện dòng điện không cân bằng do sự bão hoà khác nhau giữa các BI đặt ở các pha, bảo vệ

Trang 30

sẽ phản ứng như trong trường hợp chạm đất một điểm trong vùng bảo vệ Để tránh bảo vệ tác động sai, chức năng REF được trang bị chức năng hãm theo góc pha

Hình 2-5: Đặc tính bảo vệ chống chạm đất hạn chế

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp

2.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp

Xem xét sự cấp điện không tải mô tả ở hình dưới hình 2.9 Máy cắt coi như là đang đóng nguồn áp cấp đến máy biến áp dòng từ hóa lấy từ nguồn Nguồn áp

Hình 2-6: Liên kết từ thông lõi máy biến áp

Trang 31

Nếu chúng ta bỏ qua điện trở của nguồn cấp và độ tự cảm rò rỉ trong các mạch

từ, các từ thông liên kết vòng của lõi máy biến áp được xác định bởi

Lưu ý rằng các từ thông liên kết vòng và do đó dòng từ hóa là liên tục tại t = 0, khi máy cắt được đóng Phương trình trên giả định rằng không có từ dư còn lại trong lõi thép Bất kỳ từ dư cũng phải được thêm vào phía bên phải của phương trình này

Hình 2-7: Dòng từ hóa của máy biến áp trong quá trình đóng xung kích

Trong thực tế độ tự cảm từ hóa trong máy biến áp là phi tuyến Xem xét hai độ dốc của một đặc tính từ hóa thể hiện trong hình 2.10 xấp xỉ nhau Như là độ liên kết từ thông chạy trên điểm gẫy bão hòa, xuất hiện một dòng điện lớn hơn rất nhiều được lấy ra từ nguồn Độ lớn (biên độ) của dòng điện này được xác định bởi độ dốc của đặc tính từ hóa trong khu vực bão hòa và bởi điện cảm

rò rỉ (dòng điện rò) của máy biến áp Rõ ràng thấy dòng mở máy biến áp có thể

là một dạng gây ra dòng sự cố bởi vì có tổn thất trong mạch từ dòng từ hóa sẽ suy giảm nhỏ hơn giá trị dòng danh định được thể hiện ở hình 2.10(b) Hằng số thời gian vài giây là phổ biến trong một số máy biến áp lực hiện đại

Trong hầu hết các máy biến áp hiện đại dòng xung kích khi đóng máy biến áp

có thể đạt giá trị rất lớn, độ lớn này phụ thuộc vào thời điểm đóng không tải và

độ dư từ thông trong lõi biến áp Kể từ khi có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp

mà chưa có dòng chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp Nó tạo ra

Trang 32

dòng so lệch khoảng 200% của dòng điện hãm và nó là nguyên nhân gây ra hoạt động sai của bảo vệ

2.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp

Để ngăn ngừa bảo vệ tác động nhầm bằng cách tận dụng thực tế là dòng khởi động máy biến áp rất giàu thành phần sóng hài Dòng sự cố này thuần túy là một thành phần tần số cơ bản thuần túy (ngoại trừ một thành phần rất nhỏ là DC) Hình 2.11 là dạng sóng dòng điện đặc trưng khi đóng máy biến áp không tải Có thể thấy do hiện tượng bão hòa mạch từ của máy biến áp, dạng sóng dòng điện của phía sơ cấp máy biến áp có thể đạt giá trị khá cao, và có độ méo (không sin) lớn

Hình 2-8: Dạng sóng dòng xung kích khi đóng MBA không tải

2.3.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng

Khi có một sự cố bên ngoài, nhưng gần các máy biến áp được tách ra bằng máy cắt thích hợp, các điều kiện bên trong lõi sắt biến áp là khá tương tự như trong từ hóa của máy biến áp Như là khi điện áp được cấp cho cuộn dây máy biến áp nhảy từ một giá trị thấp (điểm sự cố đầu) tăng đến giá trị bình thường (hoặc lớn hơn), các từ thông liên kết trong lõi biến áp một lần nữa lại buộc phải thay đổi từ một giá trị (vị trí sự cố đầu) thấp đến một giá trị gần với bình thường điểm (vị trí

sự cố) Tùy thuộc vào thời điểm mà tại đó các lỗi được lấy ra, quá trình chuyển đổi có thể mạnh phụ thuộc một độ lệch dòng một chiều DC trong từ thông liên

Trang 33

Hình 2-9: Mối quan hệ dòng xung kích trong hòa máy biến áp song song

2.3.4 Quá kích thích máy biến áp

Trong khi cắt loại bỏ tải và điều kiện vận hành nào đó khác Một máy biến áp có thể bị quá áp một trạng thái ổn định ở tần số danh định của nó Trong quá trình quá kích thích, từ thông biến thiên vẫn còn đối xứng, nhưng đi vào bão hòa bằng của các chu kỳ trong dương và âm nửa chu kỳ của dạng sóng Với điều kiện này được minh họa trong hình 2.3-5

Trang 34

Hình 2-10: Dòng từ hóa trong quá trình kích thích

Để bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc được, dòng điện các phía của máy biến

áp cần phải được quy đổi về cùng một phía để so sánh Hệ số quy đổi này phụ thuộc vào tỉ số vòng dây của máy biến áp Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tỉ

số vòng dây của các máy biến áp có thể thay đổi được (với các máy biến áp có đầu phân áp và điều áp dưới tải) Khi đầu phân áp không ở vị trí định mức, sẽ tạo

ra thêm một sai số nhỏ nữa trong tính toán dòng điện so lệch

2.3.5 Bão hòa máy biến dòng

Với những sự cố ngoài vùng, ở đó dòng sự cố lớn, có khả năng là một trong những biến dòng có thể bão hòa Kết quả dạng sóng dòng điện của biến dòng cuộn dây thứ cấp được thể hiện trong hình 2.14 Dòng so lệch chạy trong rơ le sẽ tương đương với khu vực gạch chéo, đó là sự khác biệt giữa các dạng sóng dòng điện chưa bão hòa và các dạng sóng dòng điện bão hòa

Trang 35

Hình 2-11: Dạng sóng dòng điện trong quá trình bão hòa biến dòng

2.4 Sơ đồ thuật toán bảo vệ so lệch

Trong máy biến áp lực nói chung, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng là

không bằng nhau khi có dòng chạy qua máy biến áp Nhưng chúng phụ thuộc vào

tỷ số biến đổi điện áp, tổ đấu dây của bảo vệ máy biến áp lực, vào tỷ số biến

dòng của máy biến dòng điện Các dòng điện phải phù hợp, kết hợp để so sánh

Kết hợp giá trị máy biến áp lực và tỷ số máy biến dòng điện và sự biến đổi pha

theo nhóm véc tơ của bảo vệ máy biến áp được thực hiện thuần túy toán học

Các dòng đầu vào được biến đổi liện quan đến tỷ lệ dòng điện máy biến áp lực

Điều này thực hiện bằng cách đưa dữ liệu tỷ lệ biến đổi như tỷ lệ công suất, tỷ lệ

điện áp, tỷ lệ dòng sơ cấp của máy biến dòng điện vào thiết bị bảo vệ

2.4.1 Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây của máy biến áp

Các phía máy biến áp đều đặt máy biến dòng điện, dòng điện thứ cấp của các

máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau Sự sai khác này phụ thuộc vào

nhiều yếu tố như: tỷ số biến đổi, tổ đấu dây, sự điều chỉnh nấc điện áp của máy

biến áp, sự không đồng nhất, sai số do bão hòa từ của máy biến dòng Do vậy để

tiện so sánh dòng điện thứ cấp của máy biến dòng ở các phía máy biến áp chúng

ta quy đổi chúng về cùng một phía, thường chọn về phía có điện áp cao

Đối với máy biến áp lực 3 pha, hay máy biến áp tự ngẫu, các dòng điện thứ cấp

đo được ở các phía được quy đổi theo các ma trận hệ số Ma trận quy đổi K được

Trang 36

- [K] ma trận hệ số dòng điện phụ thuộc vào tổ đấu dây

- k hệ số quy đổi biến đổi dòng điện (phụ thuộc vào tỷ số biến áp)

SC

TC

U k U



Trang 37

Bảng 2-1: Ma trận để tính toán cho dòng so lệch

Ma trận quy đổi và khử dòng thứ tự không

Ma trận quy đổi không khử dòng thứ tự không

Trang 38

Công thức áp dụng cho tính toán dòng so lệch máy biến áp ba cuộn dây quy đổi

Trang 39

+ A, B, C ba ma trận hệ số biến đổi phụ thuộc tổ đấu dây

vào công thức 2.1 tính được dòng so lệch:

Trang 40

Hình 2-12: Sơ đồ khối tính toán dòng so lệch

Hình 2-13: Sơ đồ khối tính toán dòng hãm

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	8,32 MB