Thiết kế rơ le kỹ thuật số cho trạm biến áp cát lái 220kv

Kết quả dự kiến - Lựa chọn phương thức bảo vệ cho TBA - Tính toán ngắn mạch đối xứng và bất đối xứng với các chế độ làm việc của TBA phục vụ bảo vệ Rơle.. Những loại bảo vệ thường dùng

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

CHO TRẠM BIẾN ÁP CÁT LÁI 220kV

TP HCM, NĂM 2019

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)

- Thiết kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp Cát Lái 220KV

- Trạm biến áp Cát Lái có 2 MBA 250MVA

- Điện áp danh định: 225/115/22KV

- Sơ đồ nguyên lý toàn trạm (sơ đồ)

4 Kết quả dự kiến

- Lựa chọn phương thức bảo vệ cho TBA

- Tính toán ngắn mạch đối xứng và bất đối xứng với các chế độ làm việc của TBA phục vụ bảo vệ Rơle

- Chọn Rơle kỹ thuật số phù hợp bảo vệ TBA

- Tìm hiểu tính năng và thông số của các Rơle sử dụng

- Tính toán các thông số cài đặt cho Rơle so lệch và Rơle quá dòng, kiểm tra độ nhạy

và độ tin cậy của bảo vệ

Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 20…

Sinh viên

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG x

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ, CÁC THÔNG SỐ CHÍNH 2

1.1 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 2

1.1.1 Phía 220 kV 2

1.1.2 Phía 110kV 2

1.1.3 Phía 22kV 2

1.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ CHÍNH TRONG TRẠM 3

1.2.1 Máy biến áp 3

1.2.2 Hệ thống điện 3

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 4

2.1 MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 4

2.2 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN ĐỂ TÍNH NGẮN MẠCH 5

2.2.1 Chọn các đại lượng cơ bản 5

2.2.2 Tính toán thông số các phần tử 6

2.2.2.1 Hệ thống điện 6

2.2.2.2 Máy biến áp 7

2.2.3 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 8

2.3 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 8

2.3.1 Khi máy biến áp làm việc ở chế độ cực đại SN = Smax 8

2.3.1.1 Ngắn mạch phía 220 kV 9

2.3.2 Khi máy biến áp làm việc ở chế độ cực tiểu SN = Smin 16

2.3.2.1 Ngắn mạch phía 220 kV 17

2.3.2.2 Ngắn mạch phía 110 kV 20

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ RƠLE ĐƯỢC SỬ DỤNG 24

3.1 Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA 24

3.2 Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 25

3.2.1 Tác động nhanh 25

3.2.2 Tính chọn lọc 26

3.2.3 Yêu cầu về độ nhạy 26

3.2.4 Độ tin cậy của quá trình quá độ trong hệ thống điện 27

3.2.5 Tính kinh tế 27

3.3 Các bảo vệ đặt cho máy biến áp 28

3.3.1 Tính năng của các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp 28

3.3.2 Nguyên lý hoạt động của các bảo vệ cho máy biến áp 30

CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU CÁC TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CỦA RƠLE ĐƯỢC CHỌN 38

4.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT513 38

4.1.1 Tính năng rơle 7UT513 38

4.1.2 Một số tính năng hoạt động của rơle 38

4.1.3 Các thông số kỹ thuật rơle 7UT-513 39

4.1.4 Phạm vi chỉnh định đối với chức năng BVSL MBA 41

4.1.5 Bảo vệ chạm đất có giới hạn 42

4.1.6 Bảo vệ quá dòng có thời gian 42

4.1.7 Bảo vệ quá tải nhiệt 44

4.1.8 Nguyên lý hoạt động rơle 7UT-513 46

4.1.9 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT513 51

4.2 Tính năng và thông số của 7SJ600 53

4.2.2 Các thông số kỹ thuật 7SJ600 54

4.2.3 Nguyên lý làm việc của rơle bảo vệ quá dòng 7SJ600 55

4.2.4 Các chức năng và phạm vi chỉnh định 57

CHƯƠNG 5 CHỈNH ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢO VỆ VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 59

5.1 Chọn máy biến dòng, máy biến áp, máy cắt 59

5.1.1 Máy cắt điện 59

5.1.2 Chọn máy biến dòng điện (BI) 60

5.1.3 Máy biến điện áp 61

5.2 Các số liệu cần thiết phục vụ trong tính toán bảo vệ 62

5.3 Tính các thông số đặt cho rơle 62

5.3.1 Bảo vệ so lệch máy biến áp 62

5.3.2 Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không (87N) 65

5.3.3 Bảo vệ quá dòng 65

5.4 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 71

5.4.1 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ so lệch có hãm (∆I/87T) 71

5.4.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch thứ tự không 75

5.4.3 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N) 75

5.4.4 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng 51 76

5.4.5 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng thứ tự không 51N 76

TỔNG KẾT 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

LỜI CẢM ƠN 80

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế đẳng trị của các dòng điện thành phần 6

Hình 2.2 Sơ đồ thay thế của trạm 8

Hình 2.3 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi MBA làm việc cực đại SN = Smax 8

Hình 2.4 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch khi MBA làm việc cực đại SN = Smax 9

Hình 2.5 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi MBA làm việc cực đại SN = Smax 9

Hình 2.6 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi MBA làm việc cực đại SN = Smax phía 220kV 9

Hình 2.7 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch khi MBA làm việc cực đại SN = Smax phía 220kV 10

Hình 2.8 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi MBA làm việc cực đại SN = Smax phía 220kV 10

Hình 2.9 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi MBA làm việc cực đại SN = Smax phía 110kV 12

Hình 2.10 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch khi MBA làm việc cực đại SN = Smax phía 110kV 13

Hình 2.11 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi MBA làm việc cực đại SN = Smax phía 110kV 13

Hình 2.12 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi MBA làm việc cực đại SN = Smin 16

Hình 2.13 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch khi MBA làm việc cực đại SN = Smin 16

Hình 2.14 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi MBA làm việc cực đại SN = Smin 17

Hình 2.15 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi MBA làm việc cực đại SN = Smin phía 220kV 17

Hình 2.16 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch khi MBA làm việc cực đại SN = Smin phía 220kV 17

Hình 2.17 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi MBA làm việc cực đại SN = Smin phía 220kV 18

110kV 20

Hình 2.19 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch khi MBA làm việc cực đại SN = Smin phía 110kV 20

Hình 2.20 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi MBA làm việc cực đại SN = Smin phía 110kV 21

Hình 3.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho MBA 29

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA tự ngẫu 30

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế cho MBA tự ngẫu 31

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo (a) và vị trí bố trí trên MBA của rơle khí (b) 32

Hình 3.5 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng điện 33

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ quá dòng kết hợp với bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch 35

Hình 3.7 Vị trí lắp đặt rơle nhiệt độ dầu trong máy biến áp 37

Hình 4.1 Đặc tính thời gian phụ thuộc của bảo vệ quá dòng 44

Hình 4.2 Đặc tính khởi động của bảo vệ so lệch của rơle 7UT513 48

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT513 51

Hình 4.4 Rơle bảo vệ quá dòng 7SJ600 53

Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc phần cứng của rơle bảo vệ quá dòng 7SJ600 56

Hình 5.1 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm cùng các thông số chỉnh định cho rơle 7UT513 64

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trường hợp máy biến áp

làm việc cực đại SN = Smax (trong hệ đơn vị tương đối) 16

Bảng 2.2 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trường hợp máy biến áp làm việc cực tiểu SN = Smin (trong hệ đơn vị tương đối) 23

Bảng 3.1 Những loại bảo vệ thường dùng để chống các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp 25

Bảng 5.1 Thông số tính toán lựa chọn thiết bị 60

Bảng 5.2 Thông số máy cắt 60

Bảng 5.3 Thông số máy biến dòng điện 61

Bảng 5.4 Thông số các máy biến điện áp 61

Bảng 5.5 Số liệu cần thiết phục vụ tính toán bảo vệ 62

Bảng 5.6 Thông số cài đặt cho rơle 7SJ600 phía 220Kv 70

Bảng 5.7 Thông số cài đặt cho rơle 7SJ600 phía 110kV 71

Bảng 5.8 Kết quả kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ so lệch 73

Bảng 5.9 Hệ số độ nhạy của bảo vệ so lệch 74

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, điện năng trở thành dạng năng lượng thiết yếu nhất, phổ biến nhất

trong đời sống xã hội cũng như hoạt động lao động sản xuất của con người, công nghiệp

điện luôn là ngành công nghiệp cơ bản, mũi nhọn của nền kinh tế quốc gia Cùng với sự

phát triển công nghiệp hóa hiện đại đất nước, điện năng được sử dụng hầu hết các lĩnh

vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh

hoạt, dịch vụ…nhu cầu về điện năng luôn tăng trưởng không ngừng Điều này đòi hỏi

độ an toàn và tin cậy cung cấp điện rất cao

Vì vậy, việc tìm hiểu những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy

ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ cần thiết để phát

hiện đúng, nhanh chóng cách ly phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống là một mảng kiến

thức quan trọng của kỹ sư điện nói chung và kỹ sư hệ thống điện nói riêng Để tìm hiểu

sâu hơn về vấn đề đó, em chọn luận văn tốt nghiệp với nội dung “Thiết kế hệ thống rơle

kỹ thuật số cho trạm biến áp Cát Lái 220kV”

Luận văn bao gồm 5 chương:

- Chương 1: Mô tả đối tượng được bảo vệ, các thông số chính

- Chuong 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle

- Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ và rơle được sử dụng

- Chương 4: Giới thiệu các tính năng và thông số của rơle được chọn

- Chuong 5: Tính toán các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp này nhằm áp dụng những kiến thức đã học để thiết kế bảo

vệ cho trạm biến áp, đồng thời tìm hiểu một số rơle sử dụng trong thực tế Do khả năng

về kiến thức còn hạn chế nên bản luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót

Em rất mong được sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo của quý thầy cô giáo

TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Lê An Khang

CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ,

- Máy biến áp AT1, AT2:

+ Công suất 250 MVA, có điều chỉnh điện áp dưới tải

+ Công suất SC / ST / SH: 250/250/250 MVA

+ Tổ đấu dây: YNa0/d-11

1.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ CHÍNH TRONG TRẠM

Chế độ max

- Điều kiện là hệ thống làm việc ở chế độ max và điện kháng của hệ thống min

Trong chế độ max ta chỉ cần xét một máy biến áp vận hành độc lập với mục đích kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch máy biến áp và tính toán thông số đặt cảu bảo vệ quá dòng dự phòng Ở chế độ max, ta xét trường hợp công suất hệ thống max với một máy biến áp vận hành độc lập:

+ Công suất hệ thống min với một máy biến áp vận hành độc lập Mục đích là

để kiểm tra độ nhạy cảu bảo vệ so lệch

+ Công suất hệ thống min với hai máy biến áp vận hành song song Mục đích

là để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng

- Nên ở chế độ min ta chỉ xét đến các dạng ngắn mạch sau:

+ Ngắn mạch 2 pha N(2)

+ Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1)

+ Ngắn mạch 1 pha chạm đất N(1)

2.2 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN ĐỂ TÍNH NGẮN MẠCH

Để thiết lập sơ đồ tính toán ngắn mạch, ta sử dụng một số giả thiết liên quan tới thành lập sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:

- Tần số của hệ thống không thay đổi

- Bỏ qua phụ tải khi tính toán

- Mạch từ không bị hòa hoãn, Khi đó mạch điện là phi tuyến nên có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng trong tính toán

- Bỏ qua các đại lượng nhỏ trong thông số của một số phần tử:

+ Dung dẫn của các đường dây điện áp thấp + Mạch từ hóa của các máy biến áp

+ Điện trở của cuộn dây máy biến áp và đường dây

- Hệ thống có sức đường động ba pha đối xứng

- Các tính toán thực hiện trong đơn vị tương đối định mức máy biến áp

2.2.1 Chọn các đại lượng cơ bản

Sơ đồ thay thế đẳng trị của các dòng điện thành phần:

Thứ tự thuận Thứ tự nghịch

2.2.3 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch

Hình 2.2 Sơ đồ thay thế của trạm

2.3 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

2.3.1 Khi máy biến áp làm việc ở chế độ cực đại S N = S max

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch:

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

2.3.1.1 Ngắn mạch phía 220 kV

Sơ đồ thứ tự thuận:

Phân bố dòng qua các biến dòng BI

Điểm N 1: Không có dòng đi qua BI

Điểm N 1 ’: Dòng qua 𝐵𝐼1: 𝐼𝐵𝐼1=14

Các BI còn lại không có dòng qua

= | -3.69-j4.42 | = 5.75

- BI0: 𝐼𝐵𝐼0(1;1)=3*(𝐼0 𝐵𝐼1*𝐼𝑐𝑏1-𝐼0 𝐵𝐼2*𝐼𝑐𝑏2)=3*(-1.309*0.625+2.46*1.312)=7.23(kA)

Điểm N 2 ’:

- BI1: giống điểm N2: 𝐼𝐵𝐼1(1;1)=5.09

- BI2: không có dòng qua BI

- BI1: giống điểm N2: 𝐼𝐵𝐼1 = 5.087

- BI2: không có dòng qua BI

- BI0: 𝐼𝐵𝐼0(1;1)=3*(𝐼0 𝐵𝐼1*𝐼𝑐𝑏1-𝐼0 𝐵𝐼2*𝐼𝑐𝑏2)=3*(1.067*0.625-2.01*1.312)= -5.91(kA)

Bảng 2.1 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trường hợp máy biến áp làm việc cực đại S N =

S max (trong hệ đơn vị tương đối)

2.3.2 Khi máy biến áp làm việc ở chế độ cực tiểu S N = S min

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

Sơ đồ thay thế thứ tự không

I1N = 𝐸

𝑋1∑+𝑋𝑝 = 1

0.0952+0.036= 7.623 Dòng thứ tự nghịch:

I2N = -INA1 * 𝑋0∑

𝑋2∑+𝑋0∑ = - 7.623 * 0.059

0.0952+0.059 = - 2.92 Dòng thứ tự không:

I0N = -INA1 * 𝑋2∑

𝑋2∑+𝑋0∑ = - 7.623 * 0.0952

0.0952+0.059 = -4.703

Điện áp chổ ngắn mạch:

𝐼0𝐵(1:1)=−𝑈0𝑁2

(1;1)

𝑋𝐻 =−0.244

0.225 = −1.08 Dòng điện N(1,1) qua các BI:

- BI0:

𝐼𝐵𝐼0(1;1)=3*(𝐼0 𝐵𝐼1*𝐼𝑐𝑏1-𝐼0 𝐵𝐼2*𝐼𝑐𝑏2)=3*(-1.24*0.625+2.33*1.312) = 6.846 (kA)

Điểm N2’:

- BI1: giống điểm N2: 𝐼𝐵𝐼1(1;1)=4.62

- BI2: không có dòng qua BI

- BI1: giống điểm N2: 𝐼𝐵𝐼1 = 4.651

- BI2: không có dòng qua BI

- BI0: giống điểm N2

𝐼𝐵𝐼0(1;1)=3*(𝐼0 𝐵𝐼1*𝐼𝑐𝑏1-𝐼0 𝐵𝐼2*𝐼𝑐𝑏2)=3*(0.983*0.625-1.834*1.312)= -5.375(KV)

S min (trong hệ đơn vị tương đối)

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ

RƠLE ĐƯỢC SỬ DỤNG

3.1 Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA

Để lựa chọn phương thức bảo vệ hợp lý cho MBA, chúng ta cần phải phân tích những dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của nó

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA được phân ra làm hai nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

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

- Hư hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị hỏng hoặc rò dầu

- Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài MBA bao gồm:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

- Ngắn mạch một pha trong hệ thống

- Quá tải

- Quá bão hòa mạch từ

Các loại bảo vệ thường dùng cho MBA:

Tùy theo công suất của MBA, vị trí và vai trò của MBA trong hệ thống mà người

ta có thể chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho MBA Những loại bảo vệ thường dùng

để chống các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp được cho trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Những loại bảo vệ thường dùng để chống các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của

máy biến áp

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều

pha, sự cố chạm đất

So lệch có hãm (bảo vệ chính) Khoảng cách (bảo vệ dự phòng) Quá dòng có thời gian

Quá dòng thứ tự không Chạm đất các vòng dây

Thùng dầu thủng hoặc rò dầu Rơ le khí (Buchholz)

Hình ảnh nhiệt

3.2 Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ

Trong quá trình vận hành, hệ thống điện (HTĐ) có thể rơi vào tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường như: hư hỏng cách điện, ngắn mạch giữa các vòng dây, vỏ máy biến áp bị rò rỉ, mức dầu trong máy biến áp giảm quá mức cho phép

Phần lớn các sự cố xảy ra thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng cao và điện

áp giảm xuống thấp quá mức cho phép dẫn đến phá hủy các thiết bị điện Do đó sự cố cần được loại trừ nhanh chóng để đảm bảo không làm hư hỏng các phần tử còn tốt trong HTĐ và không gây nguy hiểm cho người vận hành Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ sự cố ra khỏi hệ thống cáng nhanh càng tốt, nhằm ngăn chặn và hạn chế tối đa những hậu quả của sự cố

Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ cho các HTĐ là các rơle với các tính năng và nhiệm vụ khác nhau Khái niệm rơle được dùng chỉ một tổ thiết bị nhằm thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ cho từng phần cụ thể cũng như cho toàn

bộ hệ thống Các rơle bảo vệ thường phải thỏa mãn các yêu cầu chung như sau: tác động nhanh, tính chọn lọc, yêu cầu về độ nhạy, độ tin cậy và tính kinh tế

3.2.1 Tác động nhanh

Hệ thống bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt nhằm loại trừ sự cố một cách nhanh nhất, giảm được mức độ hư hỏng của thiết bị Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu

chọn lọc để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền

Rơle hay bảo vệ được gọi là tác động nhanh (hay còn gọi là có tốc độ cao) nếu

có thời gian tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động của rơle Thông thường hai khá niệm tác động nhanh và tác động tức thời được dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơle hoặc bảo vệ có thời gian không quá 50ms

Ngoài thời gian tác động của rơle hay bảo vệ, việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt điện Các máy cắt điện tốc độ cao hiện đại có thời gian thao tác từ 20 đến 60ms (từ 1 đến 3 chu kỳ 50Hz) như vậy thời gian loại trừ sự cố (thời gian làm việc của bảo vệ cộng với thời gian tao tác máy cắt) khoảng từ 2 đến 8 chu kỳ (khoảng 4 đến 100ms ở 50Hz) đối với các bảo vệ tác động nhanh

Đối với lưới điện phân phối thường sử dụng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối

và phải phối hợp thời gian tác động giữa các bảo vệ Bảo vệ chính thông thường có thời gian từ 0.2 đến 1.5 giây, bảo vệ dự phòng khoảng 1.5 đến 2 giây

3.2.2 Tính chọn lọc

Đây là khả năng phát hiện và cách ly đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống Cấu hình của HTĐ càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn Theo nguyên lý làm việc, các bảo vệ được phân thành hai loại:

- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy

ra trong phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn thực hiện chức năng sự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống

3.2.3 Yêu cầu về độ nhạy

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo

vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó Sự sai khác giữa trị số của đại lượng

vật lý đặt vào rơle và ngưỡng khởi động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, hay thường nói rơle tác động càng nhạy

Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trong nhất phải kể đến: Chế độ làm việc của hệ thống (mức độ huy động nguồn), cấu hình của lưới điện, dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch, nguyên lý làm việc của rơle, đặc tính của quá trình quá độ trong hệ thống điện…

Tùy theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy với nó cũng khác nhau Các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng từ 1.5 đến 2 còn các bảo vệ dự phòng từ 1.2 đến 1.5

3.2.4 Độ tin cậy của quá trình quá độ trong hệ thống điện

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn Người ta phân biệt:

Độ tin cậy khi tác động: (depenadbility) được định nghĩa là “mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ tác động đúng” (theo định nghĩa của Hiệp hội kỹ sư điện

và điện tử - IEC 37.2-1979) Nói cách khác, độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác địnhtrong nhiệm vụ bảo

vệ, còn độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhằm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngòa phạm vi bảo vệ đã được quy định Trên thực tế đô tin cậy tác động có thể kiểm tra tương đối dễ dàng bằng tính toán và thực nghiệm, còn

độ tin cậy không tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp những trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sau của bảo vệ không thể lường trước hết được

Để năng cao độ tin cậy nên sử dụng các rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản, chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng cũng như tăng cường mức độ dự phòng trong hệ thống bảo vệ Số liệu thống kê về vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ trong các

hệ thống hiện tại có xác suất làm việc tin cậy khoảng 95-99%

3.2.5 Tính kinh tế

Đặc biệt chú ý đối với trung, hạ áp, số lượng các phần tử bảo vệ lớn, yêu cầu bảo

vệ không cao nên cần cân nhắc về kinh tế sao cho thiết bị bảo vệ có thể đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí nhỏ nhất

3.3 Các bảo vệ đặt cho máy biến áp

Trạm biến áp cần bảo vệ là trạm phân phối với máy biến áp tự ngẫu 220/110/22kV, công suất là 250MVA

3.3.1 Tính năng của các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp

Bảo vệ Rơle khí

Chống lại hư hỏng bên trong thung dầu như: chạm chập các vòng dây đặt trong thung dầu, rò dầu Bảo vệ làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động dòng dầu trong thùng

Bảo vệ nhiệt độ dầu (θ)

Bảo vệ phát hiện hư hỏng, sự cố trong MBA dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của MBA

Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm (87T/∆I)

Được sủ dụng làm bảo vệ chính cho máy biến áp, chống lại ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha, chạm đất Bảo vệ cần thỏa mãn các điều kiện sau:

- Đảm bảo độ nhạy với các sự cố trong khu vực bảo vệ

- Có biện pháp ngăn chặn tác động nhầm của bảo vệ so lệch khi dòng điện từ hóa

tăng cao

- Làm việc với dòng không cân bằng xuất hiện khi đóng máy biến áp không tải vào

lưới điện hoặc cắt ngắn mạch ngoài, bão hòa mạch từ của BI

Bảo vệ quá dòng điện (51/I>;50/I>>)

Bảo vệ phía 220kV làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch, làm việc với 2 cấp tác động Cấp tác động cắt nhanh và cấp tác động có thời gian Cấp tác động có thời gian phải phối hợp tác động với các bảo vệ phía 110kV, 22kV

Bảo vệ quá dòng đặt ở phía 110kV và 22kV làm việc có thời gian và được phối hợp với bảo vệ quá dòng phía 220kV

Rơle làm việc với đặc tính thời gian phụ thuộc và có nhiều cấp tác động Cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp, cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống nếu nhiệt độ của máy biến áp tăng quá mức cho phép

Bảo vệ quá dòng thứ tự không

Đặt ở trung tính máy biến áp Bảo vệ này dùng để chống ngắn mạch chạm đất

phía 220kV và 110kV

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF là một bảo vệ dự phòng được đặt ở 3 phía của MBA Khi bảo vệ chính phát tín hiệu cắt tới máy cắt thì bộ đếm thời gian của bảo

vệ 50BF sẽ khởi động Bộ đếm thời gian sẽ tiếp tục làm việc khi vẫn tồn tại tín hiệu cắt

và dòng sự cố Nếu máy cắt từ chối lệnh cắt (máy cắt bị hỏng) và bộ đếm thời gian đạt đến ngưỡng thời gian giới hạn thì bảo vệ 50BF sẽ phát tín hiệu đi cắt các máy cắt đầu nguồn có liên quan đến máy cắt hỏng để loại trừ sự cố

Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp

Hình 3.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho MBA