Bài giảng Nhà máy điện và trạm biến áp: Phần 2 - ĐH Sư phạm kỹ thuật Nam Định

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Nhà máy điện và trạm biến áp: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Nguồn thao tác trong nhà máy điện và trạm biến áp; Mạch thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp; Thiết bị phân phối điện.

dễ sử dụng và một yêu cầu chung nữa là kinh tế

Nguồn thao tác có thể là một chiều hoặc xoay chiều Song để độ tin cậy cung cấp điện cao và cấu tạo của các thiết bị điện đơn giản, gọn nhẹ trong các nhà máy điện và trạm biến áp lớn người ta thường dùng nguồn thao tác một chiều, mặc dù giá thành của chúng đắt và vận hành khá phức tạp Nguồn thao tác một chiều thường là các acqui và các thiết bị chỉnh lưu công suất lớn Điện áp một chiều thường được sử dụng trực tiếp, nhưng một trong số các trường hợp người ta dùng bộ nghịch lưu “điện áp xoay chiều

an toàn” để cung cấp điện cho máy tính và các phương tiện bảo vệ điện tử trong các nhà máy điện và trạm biến áp có hệ thống thứ cấp hiện đại

Điện áp nguồn thao tác một chiều thường là 220V và 110 kV đối với các lưới cung cấp rơle và thiết bị điều khiển ; 60V; 48V và 24V đối với các mạch tín hiệu thông tin

Nguồn thao tác xoay chiều do có nhiều nhược điểm quan trọng nên chỉ được dùng trong các trạm biến áp nhỏ

3.2 Nguồn thao tác một chiều

Như đã nói ở trên, acqui được coi là nguồn thao tác một chiều tin cậy nhất vì sự làm việc của chúng không phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều và đảm bảo cho các thiết bị thứ cấp làm việc tốt ngay khi mất toàn bộ nguồn điện chính của nhà máy hoặc của trạm Một ưu điểm không nhỏ nữa của acqui là khả năng cho phép quá tải ngắn hạn khá lớn, điều này đặc cần thiết khi dùng điện một chiều để đóng cắt trực tiếp các máy cắt công suất lớn vì khi đó sẽ có sự nhảy vọt về dòng điện

Hiện nay, trong các nhà máy điện và trạm biến áp người ta sử dụng hai loại acqui chính là acqui chì (acqui axit) và acqui niken – cađmi (acqui kiềm)

- Acqui chì có cực âm là các tấm chì xốp Pb, cực dương là các tấm xốp oxyt chì PbO2, chất điện phân là dung dich axit sunfuric H2SO4 Acqui chì được sử dụng nhiều trong các nhà máy điện và trạm biến áp có yêu cầu công suất tương đối lớn trong một khoảng thời gian ngắn Hiện nay người ta sử dụng các loại acqui chì sau:

 OPzS – có bản cực dương mạ thép ;

 Gro/GroE – có bản cực dương phủ platin;

 GroE-H – có bản cự dương phủ platin, moden dòng điện lớn;

- Acqui niken – cađmi có dòng điện cực dương là các tấm xốp hợp chất niken, cực âm là các tâm xốp hợp chất cadmi, chất điện phân là dung dịch kiềm KOH Acqui kiềm được dùng nhiều trong các nhà máy điện và trạm biền áp nhỏ và trung bình, có sự hạn chế về không gian Các loại thường được sử dụng là :

 T/TP –có bản cực dương kiểu ô nhỏ

 TS/TSP – acqui khởi đông có cực dương kiểu ô nhỏ

So với acqui axit acqui kiềm có ưu nhược điểm sau :

1 Điện áp mỗi ngăn nhỏ hơn (1,2 V/ngăn so với 2V/ngăn của acqui axit)

2 Khi nạp thêm tăng 50%

3 Khi phóng điện giảm 20 %

4 Hiệu suất chỉ băng 75% dung lượng A.h và đến 60% năng lượng Wh, do vậy, dòng điện tiêu thụ lớn hơn rất nhiều

5 Tiêu thụ nước cất nhiê hơn, phải thay nước điện phân 2 năm 1 lần

6 Nhạy cảm với nhiệt độ, do vậy, nếu dùng ở nơi có khí hậu nóng cần phải kể đến nhiệt độ môi trường khi thiết kế

7 Có đặc tính phóng điện dốc hơn

8 Có giới hạn thay đổi điện áp khi phóng điện nhỏ

9 Bội số quá tải cho phép ngắn hạn về dòng điện nhỏ hơn nhiều so với acqui axit

Từ các so sánh trên, dễ dàng thấy được vì sao trước đây người ta hay sư dụng axit acqui trong các nhà máy điện và trạm biến áp, mặc dù phải cần đến phòng acqui đặc

3.2.1 Đặc tính về điện của acqui

Đặc tính về điện của acqui cho trong bảng 3.1 bao gồm các đại lƣợng chính sau :

Điện áp định mức : điện áp định mức của một ngăn acqui U0 có giá trị cố định, với acqui axit là 2V, acqui kiềm là 1,2 V.Điện áp định mức của một bình acqui U1 là tích số của số ngăn mắc nối tiếp n0 và điện áp định mức của mỗi ngăn là U0 :

Acqui chì Axit Acqui NICd

OPzS Gro/GroE Gro-H T/TP TS/TS

PDung lƣợng định mức

CN

Dòng phóng định mức

Điện áp phóng định mức

cuối ở 20 Upmin

Điện áp nạp Unmax khi

nạp điện áp không đổi

V/ngăn V/ngăn

- Kg/dm3

2,4 hoặc2231) 2,232) 1,2 1,24 0,01

5 đến +55

C10

1,8

2,233) 1,2

10

H

C5

I5=0,2 C51,1

1,5 đến 1,65 1,42)

1,19 0,02 1.4

K -20 đến +45

1) Phụ thuộc vào loại chế độ

2) Không thể đầy chỉ vào khoảng 90% CN

3) Có thể nạp đầy

4) Ký hiệu khả năng tải : H – tải nặng ngắn hạn

K – tải dài hạn công suất lấy ra trong khoảng 1 đến 10 giờ

- Điện áp phóng cuối cùng: Điện áp phóng nhỏ nhất có thể Upmin khi phóng ở dòng điện qui định Điện áp phống định mức cuối cùng Upmin được sử dụng để xác định dung lượng định mức CN khi công suất lấy ra ở dòng định mức:

IN = CN/tN (3.3)

-Điện áp tạo khí U G : Là điện áp nạp mà trên giá trị này sẽ hình thành khí trong bình một cách rõ rệt Với acqui chỉ UG = 2,4 2,45 V một ngăn, với acqui kiềm UG = 1,55 1,6 V một ngăn

- Hệ số nạp : Là tỷ số giữa điện lượng cần thiết để nạp đầy và điện lượng lấy ra

trước đó :

k=1/Ah (3.4)

với Ah là hiệu suất nạp

- Điện trở trong R 0 : điện trở trong của một ngăn acqui phụ thuộc vào nhiệt độ và

mức phóng Gía trị của R0 cho trong bảng 3.1 ứng với khi acqui được nạp đầy Khi phóng điện R0 sẽ tăng lên Quan hệ giữa R0 và mức phóng E cho trên hình 3.1

Hình 3.1 Đặc tính điện trở của các loại acqui khác nhau theo mức phóng

Đặc tính phóng điện của acqui : Biểu diễn qua hệ giữa điện áp phóng Up( ), dòng điện Ip và thời gian phóng (hình 3.2)

Up( ) = E - IR0 (3.4)

Với R0 – điện trở trong của acqui tại thời điểm

I – là dòng điện phóng

E – sức điện động của acqui (mức phóng)

Hình 3.2a Đặc tính phóng điện của acqui axit môden dòng điện lớn

Hình 3.2b Đặc tính phóng điện của acqui kiềm

Từ các hình vẽ trên thấy rằng, đặc tính phóng điện của acqui axit (hình 3.2a) ít dốc hơn dặc tính phóng điện của acqui kiềm (hình 3.2b) Nghĩa là khi phóng điện điện

áp trên cực của acqui kiềm giảm nhanh hơn, nhất là trong trường hợp phóng điện ngắn hạn

3.2.2 Các sơ đồ làm việc của acqui

Như đã biết ở trên, mỗi bình acqui có điện áp rát nhỏ, để sử dụng được người ta mắc nối tiếp nhiều bình lại với nhau thành tổ acqui, tùy theo điện áp cần thiết mà số lượng bình được mắc vào nhiều hay ít

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp lớn, người ta thường dùng tổ acqui điện áp 110 – 220 V, các trạm biến áp nhỏ có thể là 24 – 48 V Thường ở nhà máy điện công suất đến 500MW dùng một tổ acqui 220V, ở các nhà máy công suất lớn hơn dùng hai tổ acqui 220 V, trong đó có một tổ được tính toàn bộ phụ tải của mạch thao tác và 60% công suất chiếu sáng sự cố, tổ thứ hai được tính với 100% công suất chiếu sáng sự cố và phụ tải của một bơm dầu tuabin Mặt khác mỗi tổ tuabin phải đảm nhiệm được phụ tải nhảy vọt khi đóng máy cắt Ở các nhà máy điện làm việc theo sơ đồ khối công suất lớn, cứ một hoặc hai lại một tổ acqui riêng có điện áp 220V

Ở các trạm nút công suất lớn và điện áp 220V hoặc cao hơn, người ta đặt hai tổ acqui giống nhau 220V ; ở các trạm 35 – 110 kV với các máy biến áp từ 5, 6 MVA trở lên đặt một tổ acqui 220 hoặc 110 V

Hình 3.3 Sơ đồ acqui làm việc theo chế độ phóng nạp

Tùy theo nhà máy, người ta có thể thực hiện các sơ đồ làm việc khác nhau của

tổ acqui: trong các nhà máy điện cũ, người ta thường dùng sơ đồ phóng- nạp (hình 3.3) Khi làm việc theo sơ đồ này, tổ acqui đảm nhiệm toàn bộ phụ tải một cách lâu dài Máy phát nạp (Fn) chỉ đóng vào làm việc trong thời kỳ nạp điện cho acqui sau khi chúng đã phóng độ giới hạn cho phép Công suất của máy nạp phải đủ lớn để vừa nạp cho acqui vừa cung cấp cho phụ tải chính Người ta thấy rằng sự phóng điện sâu thường xuyên của acqui làm việc theo sơ đồ này làm hao mòn nhanh vạt liệu tác dụng của các bản cực và vận hành phức tạp Do vậy, về sau người ta hay dùng sơ đồ nạp thêm thường xuyên (phụ-nạp) của acqui

Hình 3.4 Sơ đồ acqui làm việc theo chế độ nạp thêm thường xuyên

Sơ đồ phụ nạp được thể hiện trên hình 3.4, khác sơ đồ phóng nạp bởi chế độ làm việc acqui và việc đặt thêm một máy phát phụ nạp Ff Máy phát làm việc liên tục

để cung cấp cho các phụ tải thường xuyên trên thanh góp và phụ nạp cho các bình acqui với dòng điện không lớn Các bình acqui chỉ phóng điện khi số phụ tải lớn nhảy vọt như khi đóng các máy cắt Các tay gạt T1, T2 làm nhiệm vụ duy trì điện áp cố định trên thanh góp bằng cách đóng thêm vào hay cắt bớt đi một số bình acqui Song do có

sự thay đổi liên tục như vậy, các đầu tiếp xúc trượt của thanh gạt rất mau hỏng, mặt khác tốc độ thay đổi của chúng không lớn Vì thế hiện nay người ta không dùng các tay gạt mà dùng các thiết bị tiristo để điều chỉnh điện áp khi phóng hoặc nạp điện Trong chế độ làm việc bình thường, các phụ tải được cung cấp từ chỉnh lưu (ChL), khi

có phụ tải tăng cao, thiết bị tiristo thực tế nối một cách tức thời các phần tử phụ với thanh góp

Hình 3.5 Sơ đồ acqui có phần tử ngược

Sơ đồ như vậy (hình 3.5) gọi là sơ đồ có phần tử ngược, gồm các lá thép nhúng trong dung dịch kiềm kali hoăc natri Các phần tử này được mắc nối tiếp với tổ acqui Khi có dòng điện chạy qua sẽ phát sinh phản ứng điện phân dung dịch kiềm có kèm theo sự tiêu thụ năng lượng và điện áp giáng trong chúng, trị số của điện áp giáng không phụ thuộc vào dòng điện Do vậy khi thay đổi số phần tử ngược nối vào bình acqui ta có thể thay đổi được điện áp trên thanh góp của phụ tải

Ưu điểm của các sơ đồ phần tử ngược là không có các tay gạt, giảm được sự hao mòn và tăng thời hạn phục vụ của các bình acqui chính Sơ đồ acqui có phần tử ngược được biết đền từ lâu, nhưng đã không được dùng rộng rãi do cồng kềnh và vận hành phức tạp

Việc dùng các bộ biến đổi quay – các máy phát điện một chiều – để nạp các acqui khá đắt tiền và vận hành cũng rất phức tạp Hiện nay người ta có xu hướng dùng các

bộ biến đổi tĩnh – các bộ chỉnh lưu (ChL) để thay thế, được dùng phổ biến trong các trạm biến áp, các nhà máy điện có liên hệ chặt chẽ với HTĐ, nhất là trong các nhà máy điện NT Trong trường hợp này, các chỉnh lưu ChL được cung cấp từ các TGTD chính của nhà máy (hình 3.6)

Hình 3.6 Sơ đồ tạo nguồn điện một chiều bằng acqui và chỉnh lưu

Cũng như trường hợp dùng các bộ biến đổi quay khi dùng các bộ biến đổi tĩnh acqui cũng có thể làm việc theo các chế độ sau :

- Chế độ phóng - nạp hay còn gọi là chế độ vận hành bình thường:

Sau khi được nạp đầy, acqui 3 tách ra khỏi bộ nạp bằng chỉnh lưu 1 để độc lập cung cấp cho phụ tải 2 (hình 3.7) Khi điện áp giảm xuống, acqui lại bị tách ra khỏi phụ tải để chuyển sang chế độ nạp (trong thời gian này phụ tải được cung cấp nguồn khác)

- Chế độ nạp thêm thường xuyên hay chế độ vận hành song song (hình 3.8) : Bộ

chỉnh lưu và acqui được nối song song với nhau thường xuyên Trong trường hợp này

có thể phân biệt hai chế độ làm việc : chế độ vận hành động và chế độ làm việc dự phòng Trong chế độ vận hành động, acqui chỉ được sử dụng để duy trì điện áp trên thanh góp và phủ phụ tải đỉnh Trong chế độ vận hành dự phòng, acqui chỉ cung cấp điện cho phụ tải khi chỉnh lưu không làm việc Chế độ làm việc song song dự phòng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

Hình 3.7 Chế độ phóng nạp Hình 3.8 Chế độ nạp thêm thường xuyên

1-chỉnh lưu; 2- phụ tải; 3 – acqui

- Chế độ dự phòng : acqui được cắt khỏi tải và luôn được giữ ở mức nạp đầy

(hình 3.9) Khi bình thường tải được cung cáp bởi chỉnh lưu Khi nguồn chỉnh lưu

bị mất, acqui sẽ được nối với tải bằng bộ chuyển mạch nhanh một cách tự động

Hình 3.9 Chế độ dự phòng

3.2.3 Chọn acqui

Để chọn acqui, cần xác định được dung lượng, số bình acqui dưa trên các yêu cầu của phụ tải, như điện áp định mức cả các thiết bị dùng điện, dòng điện phụ tải tổng,thời gian cung cấp điện tối đa, chủng loại các đặc tính của acqui sử dụng Phụ tải điện một chiều ở các nhà máy điện và trạm biến áp bao gồm các loại sau:

 Phụ tải thường xuyên I tx’ bao gồm các đèn tín hiệu, các đèn kiểm tra trên các bảng điều khiển, một phần các thiết bị bảo vệ role và tự động hóa…;

 Phụ tải sự cố I sc kéo dài trong suốt thời gian sự cố sc : bao gồm các đèn chiếu

sự cố, một số động cơ điện một chiều dự phòng…;

 Phụ tải sự cố ngắn hạn I’ sc’ chỉ kéo dài trong thời gian sự cố, như bơm dầu dự phòng của tuabin…;

 Phụ tải ngắn hạn, thường là dòng điện đóng của các máy cắt dung bộ truyền động kiểu điện từ Imc

Dung lượng phóng tính toán của acqui khi làm việc theo chế độ nạp thêm thường xuyên :

Ctt = Itt sc (3.6)

Với dóng điện phóng tính toán :

τSC=

Dòng điện phóng tính toán ngắn hạn :

Itt.ngh = Itt +Imc (3.8)

Trong trường hợp có đóng đồng thời nhiều máy cắt, dòng điện phóng ngắn hạn

phải kể đến tổng dòng điện của các máy cắt đó

Số bình acqui chính được xác định như sau:

nc = Utg/Unmax ; (3.9)

trong đó :

Utg - điện áp trên thanh góp nguồn cung cấp, thường lấy cao hơn điện áp định

mức của thanh góp Utgđm từ 5 đến 10 %

Unmax – điện áp của acqui khi nạp, đối với acqui chì là 2,23 V và acqui kiềm là

1,4 V

Số bình acqui phụ được xác định bởi :

Dung lượng C của acqui được chọn theo đường cong chuẩn ở 20 của acqui

lựa chọn, sao cho điện đáp ứng với biểu đồ dòng điện/thời gian phóng không được

dưới giá trị cực tiểu khi cung cấp cho phụ tải Trên hình 3.10 và 3.11 cho các đồ thị để

tính toán chọn acqui axit kiểu Gro-E và acqui kiềm kiểu T/TP Các đường cong biểu

diễn dung lượng theo % dung lượng định mức phụ thuộc vào dòng điện phóng, điện áp

phóng và thời gian phóng

Hình 3.10 Đường cong chọn acqui axit

kiểu Gro – E Trị số thường gặp

đến C10 = 100Ah

Hình 3.11 Đường cong chọn acqui kiểm kiểu T và TP Trị số thường

gặp đến C5 = 100 Ah

Sau khi đã chọn được acqui, cần tiến hành kiểm tra lại các acqui đã chọn về

dòng điện phóng tính toán ngắn hạn Đối với acqui chì, dòng điện phóng cho phép lâu

1 giờ đối với các NĐ và các TBA làm việc trong HTĐ:

0,5 giờ đối với các TĐ làm việc trong HTĐ;

2 giờ đối với các NMĐ làm việc độc lập

1

Un.max

1

Upmin

dài cực đại Icp bằng dòng điện phóng một giờ Khi thời gian phóng 5”, dòng điện phóng cho phép lâu dài, nghĩa là :

Điện áp lớn nhất trên thanh góp :

Utg

Un.max

121 1,4

1 1,1

Công suất của nguồn phụ nạp được xác định theo công thức :

Pt Utg(If + Itx) ; (3.13)

Với If là dòng phụ nạp cho acqui

Công suất nguồn nạp chính

Pn Unmax(In + Ipt) (3.14)

với In - dòng điện nạp

Ipt – dòng phụ tải trong thời gian nạp

Vậy dòng điện định mức của máy phát nạp cần thỏa mãn điều kiện

Inđm In + Ipt (3.15)

Cuối cùng có thể nói thêm rằng, trong các nhà máy điện, để nạp điện cho các tổ acqui người ta có thể dùng các máy kích từ dự phòng

3.3 Nguồn thao tác xoay chiều

Nguồn thao tác xoay chiều có độ tin cậy cao, nhưng nhược điểm lờn của nó là giá thành cao không chỉ do giá thành của acqui mà cả lưới phân phối dòng một chiều phân nhánh lớn và phức tạp

Các bình acqui cần được dặt trong các gian nhà đặc biệt, cách ly với các tào nhà khác, có trang bị thiết bị thông gió, cần công nhân vận hành có tay nghề cao Do đó dùng nguồn thao tác một chiều không có lợi đối với các trang thiết bị nhỏ, điện áp thấp Trong trường hợp này ta có thể dùng nguồn thao tác xoay chiều

Nguồn cung cấp nguồn thao tác xoay chiều là các máy biến áp tự dùng, các nhà máy biến dòng điện và điện áp Chúng có thể cung cấp trực tiếp cho các thiết bị thứ cấp hoặc qua các khâu trung gian như các chỉnh lưu, các bộ nguồn cung cấp, các thiết

bị tích điện

Khác với dòng thao tác một chiều, dòng thao tác xoay chiều phân bố rải rác, nên khi sử dụng chúng không cần có lưới điện phân phối phức tạp và đắt tiền Song việc cung cấp điện cho các thiết bị thứ cấp lại phụ thuộc vào điện áp trong lưới điện chính cần sử dụng các khí cụ và dụng cụ đặc biệt có các hệ thống tiếp xúc lớn, trong nhiều trường hợp công suất của nguồn không đủ cung cấp cho các thiết bị thứ cấp làm việc (khi dùng các máy biến áp đo lường) Do vậy việc sử dụng nguồn thao tác xoay chiều

bị hạn chế, chúng chỉ được dùng ở các trang bị điện áp đến 110 kV, đặc biệt trong các trạm không có máy cắt ở phía cao áp

3.4 Sơ đồ phân phối dòng thao tác một chiều, xoay chiều

3.4.1 Sơ đồ phân phối dòng thao tác một chiều

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, dòng thao tác một chiều được phân phối theo từng cụm thiết bị Các bảng điện một chiều được đặt gần buồng acqui, mỗi máy

nạp hoặc phụ nạp đều có một tủ riêng Trên các tủ có các dụng cụ đo lường, kiểm tra

và điều khiển của nguồn một chiều, các thanh góp để nối các nguồn và các cáp cung cấp cho các phần của lưới điện một chiều

Vì thế lưới điện một chiều có rất nhiều nhánh và khá phức tạp, nên để nâng cao

độ tin cậy cung cấp điện người ta phân chúng thành các lưới nhỏ độc lập, có bảo vệ riêng bằng cầu chì hoặc aptomat.Việc phân chia lưới nhỏ dựa theo nguyên tắc cùng chức năng làm việc: các khí cụ điều khiển, bảo vệ, tự động hóa, tín hiệu, các cuộn dây đóng của máy cắt, các động cơ điện một chiều

Phương pháp khác để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các thiết bị thứ cấp là phân đoạn thanh góp tại các bảng điện một chiều, cung cấp cho mỗi phần của lưới từ hai phía, dùng hai cáp để cung cấp cho các cuộn dây đóng của máy cắt và phân đoạn lưới cung cấp này đối với từng máy cắt của các loại thiết bị phân phối điện cao áp

Hình 3.12 Sơ đồ phân phối điện một chiều đối với thiết bị phân phối trong nhà

1- thanh góp của tổ acqui; 2,3,4, - các phân đoạn của thanh góp một chiều tương ứng với ba phân đoạn của thiết bị điện cao áp

Đối với các thiết bị phân phối điện trong nhà, các nam châm đóng của máy cắt được cung cấp điện từ các thanh góp nhỏ bằng các dây cáp đặt men theo tường của hành lang điều khiển Số phân đoạn của thanh góp một chiều thường chọn bằng số phân đoạn của thanh góp cao áp Mỗi phân đoạn được cung cấp bằng một cáp riêng và

có thể có nguồn cung cấp dự phòng bằng cách nối với các phân đoạn bên cạnh qua các dao cách ly phân đoạn (hình 3.12)

Hình 3.13 Sơ đồ phân phối điện một chiều đối với thiết bị điện ngoài trời

1-đến thanh góp acqui; 2-tủ điều khiển

Đối với các thiết bị điện ngoài trời, để cung cấp điện cho các tủ điều khiển của máy cắt, người ta thường dùng sơ đồ mạch vòng (hình 3.13), mỗi tủ ứng với một phân đoạn Các tủ ngoài cùng được cung cấp từ bảng điện trung tâm, các tủ còn lại lấy từ các tủ lân cận qua các dao cách ly và cáp Như đã nói trên, các tủ của bảng phân phối điện một chiều trung tâm được phân thành các cụm riêng biệt, số cụm bằng số thiết bị phân phối như cụm 1 được dùng để cung cấp điện cho các tủ điều khiển của thiết bị

220 kV ; cụm 2 của thiết bị 110kV Mỗi cụm được cung cấp bằng một cáp riêng và có nguồn dự trữ là các phân đoạn bên cạnh Sơ đồ loại này được thể hiên trên hình 3.14

Hình 3.14 Sơ đồ phân phối điện một chiều ở bảng điều khiển

1-thanh góp của tổ acqui; 2 – thanh góp tín hiệu ánh sang nhấp nháy sự cố; 3,4,5 – các phân đoạn thanh góp ứng với các thiết bị phân phối điện ở điện áp 10; 110 và 220 kV Kiểm tra cách điện để tách các phần bị hư hỏng ra khỏi lưới điện cũng có một ý nghĩa rất lớn trong việc nâng cao độ tin cậy của lưới điện thao tác một chiều Sơ đồ kiểm tra cách điện sẽ được trình bày trong chương sau Thường các khí cụ và dụng cụ dùng để kiểm tra cách điện của lưới điện thao tác được đặt trên các bảng riêng

3.4.2 Sơ đồ phân phối điện áp xoay chiều

Hình 3.15 Sơ đồ cung cấp dòng thao tác cho máy cắt bằng máy biến dòng điện

Trên hình 3.15 bảo vệ rơle được cung cấp trực tiếp từ máy biến dòng điện BI

Máy biến dòng điện là nguồn tin cậy trong việc cung cấp điện cho các bảo vệ chống ngắn mạch Nhưng khi các sự cố không làm cho dòng điện tăng lên thì các máy biến dòng không đảm bảo được sự tác động của bảo vệ tương ứng như chạm đất một pha trong lưới có trung tính cách điện, tăng hoặc giảm điện áp, tần số

Máy biến điện áp và máy biến áp tự dùng cũng có thể dùng làm nguồn dòng thao tác đối với các bảo vệ chống các hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường khi điện

áp không bị giảm qua mức, như khi quá tải, chạm đất một pha trong mạng có dòng điện chạm đất bé, điện áp tăng cao

Hình 3.16 Sơ đồ cung cấp dòng thao tác cho bảo vệ rơle bằng máy biến điện áp

Sơ đồ cung cấp điện cho mạch thứ cấp từ máy biến áp hoặc máy biến áp tự dùng được thể hiện trên hình 3.16

Vì rằng khi ngắn mạch điện áp trong lưới giảm nhiều, thậm chí bằng 0, nếu các máy biến áp hoặc máy biến áp tự dùng không thể sử dụng để cung cấp dòng thao tác cho các bảo vệ chống ngắn mạch

Hình 3.17 Sơ đồ bộ nguồn tổng hợp dùng máy biến dòng điện và máy biến điện áp

Để nâng cao công suất và mở rông phạm vi sử dụng của các máy biến áp đo lường người ta đưa các sơ đồ cung cấp tổng hợp, trong đó các dòng của máy biến dòng điện và điện áp được tổng hợp lại trực tiếp ở phía dòng xoay chiều (tổng hình học của các dòng) hoặc là sau chỉnh lưu (tổng số học của các dòng) trong các bộ nguồn đặc biệt.Sơ đồ như vậy trình bày trên hình 3.17 Thiết bị tổng hợp này có thể cung cấp dòng thao tác cho bảo vệ chống sự cố và các chế độ làm việc không bình thường bất

kỳ

Bộ nguồn cung cấp bao gồm các máy biến dòng trung gian BIG và máy biến điện áp trung gian BUG, chúng được nối với các chỉnh lưu tương ứng ChL1, ChL2 Bộ nguồn dòng NI được mắc nối tiếp với máy biến dòng BI, bộ nguồn áp NU được mắc với máy biến điện áp BU

Như trình bày trên hình 3.17, các bộ nguồn dòng và nguồn áp được mắc song song với nhau ở phía đầu ra để cung cấp cho các thiết bị thứ cấp

Điện dung C mắc vào cực của máy biến dòng trung gian làm nhiệm vụ bảo vệ cho các cách điện khi có các xung điện áp ở phía thứ cấp

Thường người ta chế tạo các bộ nguồn có công suất từ 20 – 25 W đến 1,5 kW với điện áp đầu ra 24; 48; 110; 220 V Với công suất như vậy đôi khi không đủ cung cấp cho các bộ chuyền động kiểu điện từ, nhất là khi đóng cắt các máy lớn Để cung cấp cho các bộ truyền động đó người ta dùng các thiết bị tích điện Chúng được nạp

điện khi các thiết bị làm việc bình thường và năng lượng của chúng được thể hiện qua các chế độ sự cố

Sơ đồ thiết bị tích điện được thể hiện trên hình 3.18

Hình 3.18 Sơ đồ cung cấp dòng thao tác cho bảo vệ rơle bằng thiết bị tích điện

Khi bình thường điện dung C được nạp điện nhờ BU và chỉnh lưu ChL Khi có sự cố bảo vệ rơle nối tắt điện dung C qua cuộn cắt Cc để đi mý cắt Trị số điện dung C được xác định từ điều kiện sau :

.10-6= kat ACc (3.16)

và phđ cc

với : C tính bằng ; U(V) ; kat hệ số an toàn ;

ACc năng lượng khởi động của nam châm cắt;

phđ thời gian của xung phóng điện đầu tiên (bằng nửa chu kỳ dao động riêng của mạch phóng)

cc thời gian tác động của cuộn cắt

Thiết bị tích điện là nguồn dòng thao tác độc lạp, chúng được dùng để cung cấp điện cho các thiết bị thứ cấp làm việc khi mát điện trong lưới điện chính Người ta thường sản xuất các thiết bị tích điện làm việc một lần, bằng cách tổng hợp chúng ta

sẽ có được các thiết bị làm việc nhiều lần

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp dùng nguồn thao tác xoay chiều, người

ta thường dùng các bộ truyền động loại nhẹ kiểu lò xo Trường hợp phải dùng các bộ

CU2

2

truyền động kiểu điện từ có công suất lớn (10 đến 170 kW), người ta cung cấp cuộn dây này bằng các biến áp tự dùng qua các thiết bị chỉnh lưu

Hình 3.19 Bộ tạo nguồn xoay chiều an toàn

Như dã nói ở trên đôi khi người ta còn dùng nguồn điện “xoay chiều an toàn”

để cung cấp cho các máy tính, các thiết bị bảo vệ, điều khiển nhất là trong các nhà máy điện NT Trong trường hợp này, để cung cấp cho các phụ tải quan trọng, người ta thường dùng các bộ nghịch lưu NL để biến dòng điện một chiều thành xoay chiều Vì rằng điện năng chỉ được tích một cách trực tiếp dưới dạng điện một chiều trong các bình acqui, cho nên cần có nguồn một chiều trung gian, acqui thường xuyên được nối với nguồn một chiều trung gian này (hình 3.19) Đầu tiên dòng xoay chiều của mạch điện tự dùng chính được chỉnh lưu qua bộ nạp CHL Sau đó bộ nghịch lưu NL biến đổi dòng một chiều thành xoay chiều để cung cấp điện cho phụ tải

3.5 Lắp đặt acqui

3.5.1 Cách lắp đặt acqui

Các bình acqui được đặt cách điện với đất Người ta thường sử dụng các biện pháp cách điện sau

 Đặt các acqui trên các khung của sàn gỗ thành một hàng ;

 Đặt acqui trên các khung bậc gỗ thành hai hàng hàng nọ sau hàng kia ;

 Đặt acqui trên các khung giá gỗ ;

 Đặt acqui trên sứ cách điện

Để bảo dưỡng, thay thế hoặc kiểm tra, nên dặt acqui thành một hàng và một tầng

Để nối các acqui với nhau, có thể dùng biện pháp bắt vít hoặc hàn Song điện áp rơi tại các mối nối không được quá lớn Các mối nối phải chịu được ăn mòn của các dung dịch dùng trong acqui và chịu được dòng điện lớn

Giữa các dãy đặt acqui phải có lối đi phục vụ Với loại dùng khung sàn, chiều rộng tối thiểu của lối đi là 0,5 m.với các giá, tối thiểu là 0,8 m Tuy nhiên, trong thực

tế do khi phục vụ cần có các thiết bị cần thiết kèm theo, người ta lấy rộng hơn với các kích thước tương ứng là 0,8 và 1 m

- Buồng acqui phải khô, thoáng, mát Nhiệt độ trong phòng phải nằm trong giới hạn 0 – 35 Khi dùng thông gió tự nhiên không đủ, cần có hệ thống thông gió cưỡng bức

- Cũng cần có biện pháp phòng chống cháy, nổ trong các buồng chứa acqui, nhất

là đối với các thiết bị điện

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3

1 Những đặc điểm của nguồn thao tác trong nhà máy điện và trạm biến áp ?

2 Các ưu nhược điểm của nguồn thao tác một chiều ?

3 Nêu các đặc tính về điện của ắc qui ?

4 Phân tích sơ đồ làm việc của ắc qui ?

5 Trình bày các tiêu chí chọn ắc qui ?

6 Trình bày các chỉ tiêu chọn máy nạp ?

7 Phân phối dòng thao tác một chiều có hiệu quả ?

8 Trình bày phương pháp lắp đặt ắc qui, buồng đặt ắc qui?

9 Nguồn thao tác xoay chiều

10 Phân tích sơ đồ bộ nguồn tổng hợp?

11 Phân tích sơ đồ cung cấp dòng thao tác xoay chiều bằn bộ tích điện ?

Chương 4:

MẠCH THỨ CẤP TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

4.1 Khái niệm chung

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, bên cạnh sơ đồ nối điện chính (sơ đồ mạch

sơ cấp) biểu thị các thiết bị thứ cấp , sự liên hệ giữa chúng và sự liên hệ của các thiết

bị thứ cấp với các thiết bị sơ cấp Mạch thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp bao gồm các mạch đo lường, bảo vệ, tự động hóa, kiểm tra, điều khiển, tín hiệu, liên lạc

Hinh 4.1: Các chức năng của hệ thống thứ cấp trong trạm đóng cắt cao áp

Hệ thống thứ cấp là các phương tiện kỹ thuật cần thiết để đảm bảo sự vận hành tin cậy và kinh tế của hệ thống sơ cấp Nhiệm vụ của hệ thống thứ cấp là thực hiện việc điều khiển, liên động, phát tín hiệu, theo dõi, đo lường, tính toán, ghi chép, bảo vệ

Trên hình 4.1 giới thiệu sơ đồ biểu diễn các chức năng của hệ thống thứ cấp trong các nhà máy điện và trạm biến áp

Các mạch bảo vệ rơle, đo lường và tự động hóa được trình bầy trong các giáo trình riêng Chương này chỉ giới thiệu các mạch điều khiển, tín hiệu và kiểm tra cách điện trong các nhà máy điện và trạm biến áp

Sự làm việc tin cậy và kinh tế của các thiết bị sơ cấp phụ thuộc rất nhiều vào thiết

bị thứ cấp, sơ đồ nối của chúng, việc lắp ráp và vận hành thiết bị đó

Cùng với sự phát triển của tự động hóa các quá trình sản xuất và việc nâng cao công suất các thiết bị năng lượng, mạch thứ cấp ngày càng phức tạp và càng quan trọng Do vậy cần có sự chú ý đặc biệt khi thiết kế và thực hiện các sơ đồ mạch thứ cấp Nói chung mỗi mách thứ cấp cần đáp ứng các nhu cầu cơ bản sau:

1 Sơ đồ phải rõ ràng, cho phép nhanh chóng phát hiện được sự làm việc không

bình thường hoặc sai lầm của mạch và của các thiết bị;

2 Đảm bảo sự làm việc đúng đắn của các mạch thứ cấp của mỗi phần tử; có khả

năng kiểm tra từng mạch thao tác và từng phần tử của các thiết bị năng lượng hoặc từng mạch của các thiết bị phân phối;

3 Không cho tác động sai lầm vì như vậy có thể dẫn đến kết quả nghiêm trọng

So với mạch sơ cấp, mạch thứ cấp phức tạp hơn nhiều, bao gồm nhiều khí cụ điện, nhất là khi công suất của các tổ máy và nhà máy lớn Do đó, ngày nay người ta đang

có su hướng dùng các thiết bị thứ cấp có kích thước nhỏ, điện áp thấp để giảm kích thước của bảng điều khiển và phòng điều khiển như việc thay các khóa điều khiển bằng các bộ đổi nối có kích thước nhỏ, dùng các rơle và các dụng cụ bán dẫn Mặt khác sơ đồ mạch thứ cấp nên có ít thiết bị nhất trong điều khiển có thể

Có nhiều mạch thứ cấp, trong chương này chủ yếu xét về nguyên tắc thực hiện và đưa ra một vài sơ đồ minh họa điển hình, trên cơ sở đó bạn đọc có thể tìm hiểu các sơ

đồ khác

Có ba hình thức điều khiển: trực tiếp, có khoảng cách và từ xa

Khi điều khiển trực tiếp người thao tác phải đến tận thiết bị, dùng tay để đóng cắt các thiết bị nhờ bộ truyền động bằng tay

Khi thực hiện có khoảng cách, ngừng thao tác đứng xa thiết bị hàng chục hoặc hàng trăm mét, dùng tay tác động lên các nút hoặc các khóa điều khiển để đóng mở các thiết

bị bằng cách truyền các tín hiệu cần thiết vào các cuộn dây đóng cắt

Điều khiển từ xa được thực hiện ở khoảng cách hàng chục hoặc hàng trăm kilômét Trong trường hợp này người ta có thể dùng sóng vô tuyến hoặc dùng các phương tiện đặc biệt như dùng các đường dây tải điện cao áp truyền các xung điều khiển có tần số cao để truyền lệnh đóng cắt các thiết bị

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, các máy cắt điện cao áp cùng với bộ truyền động của chúng được đặt trong các thiết bị phân phối Việc đóng cắt chúng, trong nhiều trường hợp cần được tiến hành tại các bảng điều khiển đặt xa máy cắt hàng chục hoặc hàng trăm mét Để điều khiển các máy cắt trong trường hợp này, người ta dùng các khóa điều khiển hoặc các nút bấm, các tiếp điểm của chúng sẽ nối kín mạch của các cuộn dây đóng cắt khi thao tác Mặt khác do máy cắt và người thao tác ở xa nhau nên người ta dùng tín hiệu để chỉ vị trí của chúng Nghĩ là trong nhà máy điện và trạm biến áp người ta thường thực hiện việc điều khiển và tín hiệu của các khí cụ đóng cắt mở với khoảng cách hàng chục hoặc hàng trăm mét Do trong chương này ta sẽ nghiên cứu các sơ đồ điều khiển và tín hiệu của các thiết bị đóng mở thuộc loại đó và gọi là điều khiển có khoảng cách

Song cũng cần nhớ rằng, ở nhiều nước người ta đang thực hiện việc điều khiển

"CỤM" các trạm biến áp Nghĩa là từ một trạm điều khiển trung tâm chung., người ta

có thể thực hiện việc điều khiển tất cả các trạm biến áp trực thuộc ở cách xa hàng chục, hàng trăm kilômét và xa hơn bằng cách sử dụng kỹ thuật điều khiển mới.Ở nước

ta cũng đã sử dụng công nghệ điều khiển này, ở một số khâu đang trong thời kì nghiên cứu, phát triển

Điều khiển trong các trạm đóng cắt là thay đổi sơ đồ cấu trúc của trạm sang sơ đồ cấu trúc mới mong muốn Như đã nói, để phát và truyền các tín hiệu thao tác có thể thực hiện bằng các thiết bị cơ điện và điện tử kiểu tiết điểm đơn giản hoặc bằng các thiết bị điện tử không tiết điểm Cả hai phương pháp đều cho phép thực hiện từng thao tác đóng cắt bằng tay hoặc hoàn toàn tự động theo chương trình

Kỹ thuật điều khiển thông thường bị hạn chế về mặt tự động hóa, đòi hỏi không gian và công suất lớn, bị hao mòn do thao tác thường xuyên Song hiện nay chúng vẫn còn được dùng khá nhiều cho điều khiển tại chỗ ở các trạm đóng cắt, nhất là ở nước ta chúng còn đang được sử dụng trong hầu hết các trạm biến áp và các nhà máy điện, trừ một số công trình mới xây dựng

Để đảm bảo sự làm việc bình thường, mỗi mạng điện đều cần có một mức độ cách điện nào đó đối với đất tùy thuộc vào điện áp của chúng Khi cách điện của một phần

tử trong lưới giảm xuống quá mức cho phép, phần tử đó cần phải nhanh chóng tách ra

khỏi lưới điện hoặc được phát hiện kịp thời để có biện pháp khắc phục đối với các mạng điện cho phép làm việc khi có chạm đất một điểm, người ta đặt các thiết bị kiểm tra cách điện để phát hiện những điểm có cách điện bị giảm và có biện pháp sử lý Trong các nhà máy điện và các trạm biến áp lớn, thường tồn tại song song hai loại mạng điên: mạnh điện một chiều và xoay chiều Cuối chương này chúng ta sẽ xét các phương pháp kiểm tra cách điện được thực hiện cho mỗi loại mạng điện

4.2 Các phần tử của mạch thứ cấp

Để thực hiện việc điều khiển, đo lường, kiểm tra và báo tín hiệu trong các mạch thứ cấp của nhà máy điện và trạm biến áp, người ta dùng các khí cụ điện có cấu tạo khác nhau Theo công dụng của chúng, người ta chia chúng thành các nhóm khí cụ sau: khí cụ điều khiển dùng để truyền các tín hiệu đóng, cắt, chuyển đổi vị trí của các

bộ tiếp điểm, thay đổi các phương trình làm việc ; các role trong mạch điều khiển dùng để thực hiện các chương trình logic, kiểm tra mạch ; các khóa điều khiển dùng để phát các tín hiệu điều khiển và thay đổi chương trình làm việc của sơ đồ điều khiển ; các cuộn dây đóng, cắt của máy cắt làm nhiệm vụ thực hiện động tác điều khiển cuối cùng ; khí cụ tín hiệu như đèn, chuông, còi, bảng tín hiệu làm nhiệm vụ cảnh báo cho người trực nhật về vị trí và trạng thái làm việc của các thiết bị ; khí cụ kiểm tra như các đồng hồ đo lường, cầu đo làm nhiệm vụ kiểm tra tình trạng làm việc của các thiết bị

Để biểu diễn trên sơ đồ mạch thứ cấp, người ta mã hiệu hóa tất cả các khí cụ, các dụng cụ và các phần tử bằng các kí hiệu đặc trưng Một trong những yêu cầu khi biểu diễn bằng kí hiệu các phần tử trong mạch thứ cấp là thuận tiện, cho ta dễ dàng và nhanh chóng thấy rõ được công dụng và vai trò của chúng trong sơ đồ

Bảng 4.1 Các kí hiệu của rơle

Loại role Kí hiệu

Role dòng điện Role điện áp Role tín hiệu Role tổng trở Role trung gian Role thời gian Role áp lực

RI

RU RTH

RZ

RG

RT

RP

Có thể mã hiệu các phần tử bằng số hoặc bằng chữ cái Khi dùng chữ cái, mã hiệu của mỗi phần tử gồm một hoặc hai chữ cái đầu theo tên gọi của chúng hoặc các chữ cái đặc trưng cho loại và nhiệm vụ của chúng như :MC - máy cắt điện ; CL - dao cách ly ; KĐK - khóa điều khiển ; N - nút bấm ; NT - nút thử ; BI - máy biến dòng điện ; BU - máy biến điện áp ; Cđ - cuộn dây đóng của máy cắt ;Cc - cuộn dây cắt của máy cắt Cũng như vậy, các kí hiệu của role cho trong bảng 4.1

Đối với các dụng cụ đo lường, người ta kí hiệu chúng bằng các chữ cái đơn vị đo như: A - ampe mét ; V - vôn mét ;  - ôm mét ; mA - miniampe mét

Các cuộn dây của các công cụ được vẽ theo kí hiệu của chúng và bên cạnh ghi kí hiệu chữ cái của công dụng đó Các tiếp điểm của rơle, của bộ truyền động máy cắt được vẽ ứng với trạng thái trong mạch không có điện Các khí cụ đóng mở được vẽ ở trạng thái cắt

4.3 Khóa điều khiển

Như ta đã nó ở trên, trong các sơ đồ điều khiển và tín hiệu, người ta dùng nhiều loại khí cụ điện có các công dụng rất khác nhau Một trong các khí cụ điện điều khiển chính là khóa điều khiển (KĐK) Người trực nhật dùng khóa điều khiển để phát các tín hiệu điều khiển cần thiết

Trong các nhà máy và trạm biến áp, người ta sử dụng nhiều loại KĐK khác nhau, ngày càng được cải tiến gọn nhẹ và tiện lợi hơn Song đều có chung đặc điểm là mỗi khóa điều khiển thường có nhiều bộ đầu tiết xúc (từ 6 đến 8), mỗi bộ có 4 đầu tiếp xúc

cố định và một đầu tiếp xúc di động với các hình dáng khác nhau Các đầu tiếp xúc di động được gắn trên trục của khóa ở các vị trí khác nhau Việc tổ hợp các bộ đầu tiếp xúc, vị trí của chúng trên trục và vị trí của trục cho ta nhiều cách nối các đầu tiếp xúc

cố định với nhau theo ý muốn Ví dụ khóa điều khiển loại có 6 bộ đầu tiếp xúc, các trạng thái đóng mở của chúng ứng với các vị trí của trục (tay cầm) được trình bầy trong bảng 4.3

Hình 4.2 Sơ đồ biểu diễn vị trí đóng mở của các đầu tiếp xúc của KĐK

Các thao tác bằng khóa điều khiển được tiến hành theo 2 bước sau:

a Đóng bằng khóa điêu khiển

1 Quay tay cầm cùng chiều kim đồng hồ một góc 900 để chuẩn bị đóng, khi đó khóa ở vị trí Đc

2 Tiếp tục quay thêm một góc 450 nữa để đóng máy cắt, khóa ở vị trí đóng Đ1 Sau khi đóng cắt xong, bỏ tay ra, KĐK tự quay ngược lại một góc 450 và khóa ở vị trí đã đóng Đ

b Cắt bằng khóa điều khiển

Thao tác này cũng được tiến hành theo hai bước như trên nhưng quay (quay và ấn vào đối với khóa loại mới) theo chiều ngược kim đồng hồ, tương ứng KĐK sẽ ở vị trí chuẩn bị cắt Cc, cắt C1 và cắt C

Song việc biểu diễn vị trí đóng mở của các cặp đầu tiếp xúc ứng với vị trí của tay cầm khóa điều khiển trên các bảng chỉ thuận tiện đối với người vận hành, sửa chữa, còn việc thể hiện trên các sơ đồ rất khó khăn Khi đó thuận tiện hơn cả là dùng các sơ

cầm (hình 4.2) Các tiếp điểm đóng được biểu diễn bằng dấu chấm "" Trong các sơ

đồ điều khiển tín hiệu, người ta chỉ vẽ các cặp tiếp điểm cần dùng chứ không vẽ toàn

bộ sơ đồ của khóa, như vậy thực tế rất tiện lợi

Cũng cần nói thêm rằng, trong các nhà máy điện hiện đại, công suất của các tổ máy rất lớn,người ta dùng đến hàng ngàn rơle, cái chuyển mạch, cái nút bấm, đèn tín hiệu Điều

đó yêu cầu giảm kích thước của các khí cụ và dụng cụ trong mạch thứ cấp Gần đây người

ta chuyển sang dùng các khí cụ điện áp thấp (24 ; 60 V) ; khóa chuyển mạch loại lớn được thay bằng cái chuyển mạch loại mới có kích thước nhỏ hơn rất nhiều

4.4 Các yêu cầu của sơ đồ điều khiển

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, người ta thường dùng các sơ đồ điều khiển từ xa với khoảng cách hàng chục hoặc hàng trăm mét Điều khiển từ xa các khí

cụ điện làm thay đổi vị trí của chúng nhờ các tín hiệu chỉ huy khi ở cách chúng một khoảng cách nào đó Tín hiệu chỉ huy được phát ra khi có sự tác động lên cơ cấu điều khiển và được truyền đến cơ cấu thực hiện nhờ mạch điều khiển

Việc tác động lên cơ cấu điều khiển được gọi là truyền lệnh, người truyền lệnh gọi

là người thao tác.Chỗ mà từ đó mệnh lệnh được truyền đi gọi là nơi điều khiển ; cơ cấu dùng để phát ra mệnh lệnh gọi là khóa điều khiển ; cơ cấu thực hiện là các bộ truyền động của các khí cụ điện Mạch điện từ nơi điều khiển đến cơ cấu thực hiện gọi là mạch điều khiển

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, người ta thường dùng điều khiển từ xa đối với các khí cụ đóng mở như máy cắt, aptomat, công tắc tơ Có thể thực hiện nhiều sơ

đồ điều khiển khác nhau, song nhìn chung mỗi sơ đồ điều khiển cần đá ứng các nhu cầu dưới đây

có cùng vị trí ; tín hiệu sự cố được thực hiện theo nguyên tắc không tương ứng giữa vị trí của khóa điều khiển và máy cắt (khóa điều khiển ở vị trí đóng, máy cắt ở vị trí mở hoặc ngược lại) Để thực hiện các sơ đồ tín hiệu theo nguyên tắc trên, người ta mắc các

đèn tín hiệu một cách thích hợp với các cặp tiếp điểm với khóa điều khiển và các cặp đầu tiếp xúc phụ của bộ truyền động của máy cắt Sơ đồ trên hình 4.2 là một trong các

sơ đồ thực hiện theo nguyên tắc đó Khi khóa điều khiển và máy cắt đều ở vị trí đã đóng (hoặc đã cắt), đèn ĐĐ (hoặc ĐC) sáng bằng ánh sáng liên tục ; khi khóa điều khiển ở vị trí đã đóng còn máy cắt ở vị trí đã cắt (hoặc ngược lại), đèn ĐC (hoặc ngược lại là ĐĐ) sáng bằng ánh sáng nhấp nháy Từ đó ta biết được máy cắt ở trạng thái đóng

mở bình thường hoặc đóng mở do sự cố

Hình 4.3 Sơ đồ tín hiệu của máy cắt

2 Sơ đồ điều khiển cho phép thực hiện các thao tác đóng cắt bằng tay cũng

Còn để thực hiện việc đóng cắt tự động, người ta nối song song các cặp tiếp điểm của role tự động với các tiếp điểm của khóa điều khiển Sơ đồ như vậy được biểu diễn trên hình 4.4 Khi các bảo vệ rơle tác động đóng các tiếp điểm RTĐ hoặc RBV của nó, cũng giống như khi ta quay khóa về vị trí đóng hoặc cắt, đều làm cho mạch cuộn đóng hoặc cắt được khép kín Ở đây contactor trung gian K làm nhiệm vụ khép mạch cuộn đóng của máy cắt khi mạch đóng có điện, tiếp điểm của nó có bộ phận dập hồ quang Phải thực hiện khép mạch cuộn đóng qua contactor vì thường dòng điện đóng của máy cắt rất lớn, không cho phép khép mạch cuộn đóng qua tiếp điểm của khóa điều khiển

3 Trong sơ đồ cần có bộ kiểm tra tình trạng làm việc của mạch điều khiển

Theo quy định phải thực hiện kiểm tra mạch cắt đối với tất cà các máy cắt ; kiểm tra mạch đóng chỉ cần thực hiện đối với các máy cắt ở mạch máy phát, máy biến áp, các đường dây từ 110 kV trở lên và đối với tất cả các máy cắt có đặt thiết bị tự động đóng

Để kiểm tra mạch điều khiển có thể chỉ dùng đèn tín hiệu hoặc vừa dùng đèn vừa dùng tín hiệu âm thanh Sơ đồ dùng đèn tín hiệu vẽ trên hình 4.4, ở đây đèn chỉ vị trí cắt cũng đồng thời là đèn báo đứt đây mạch cuộn đóng ; đèn chỉ vị trí đóng cũng là đèn báo đứt dây mạch cuộn cắt

Hình 4.5 Sơ đồ kiểm tra mạch đóng cắt bằng tín hiệu ánh sáng

Khi máy cắt và khóa diều khiển cùng ở vị trí cắt, đèn cắt ĐC sáng nếu cuộn dây K tốt, ngược lại nếu là cuộn dây K bị đứt, đèn tắt và do đó ta biết được mạch đóng của máy cắt bị hỏng Kiểm tra mạch cắt cũng được thực hiện tương ứng bằng đèn đóng

ĐĐ Như vậy máy cắt ở vị trí cắt cho phép ta kiểm tra mạch đóng, khi máy cắt ở vị trí đóng ta kiểm tra được mạch cắt

Tất nhiên khi dùng sơ đồ trên phải chọn dòng làm việc của đèn như thế nào đó đẻ chúng không làm cho máy cắt đóng hoặc cắt nhầm lẫn Thường dòng điện làm việc của đèn được chọn bằng 10 đến 15% dòng điện làm việc của cuộn dây đóng và cắt

Điện trở phụ R được mác nối tiết trong mạch đẻ tránh việc đóng cắt nhầm lẫn máy cắt khi bản thân các đèn tín hiệu bị ngắn mạch

4 Thời gian cần thiết để đóng hoặc cắt máy cắt nhỏ nên các cuộn dây đóng và

cắt chỉ được thiết kế với dòng điện làm việc ngắn hạn (một vài phần giây)

Do vậy mạch đóng và mạch cắt sau khi đã hàn thành nhiệm vụ cần được cắt dòng

điện chạy trong chúng Thường người ta thực hiện bằng cách dùng các tiếp điểm phụ của máy cắt ; mạch cuộn đóng được mắc nối tiếp với tiếp điểm phụ thường mở (xem hình 4.5) Mặt khác các tiếp điểm phụ này cần mở ra trước các tiếp điểm của rơle và của khóa điều khiển, vì rằng chúng không thể cắt được mạch có dòng diện và điện cảm lớn của các cuộn dây đóng và cắt của máy cắt

5 Khi bộ truyền động của máy cắt không có bộ khóa cơ khí hoặc cơ điện để

khắc phục hiện tượng đóng cắt liên tục nhiều lần, trong sơ đồ điều khiển cần có

bộ khóa bằng điện để tránh hiện tượng trên

Có nhiều loại khóa điện chốt đóng cắt nhiều lần liên tục, trên hình 4.5 là một trong các sơ đồ được dùng hiện nay Trong mạch bảo vệ, người ta đưa thêm vào một rơle trung gian RG có hai tiếp điểm thường mở 1RG, 2RG và tiếp điểm thường đóng 3RG, các tiếp điểm này được mắc như hình 4.5

Hình 4.6 Sơ đồ đồng bộ khóa bằng điện chống đóng cắt nhiều lần liên tục

Khi đóng máy cắt mà trong mạch cao áp có ngắn mạch, tiếp điểm của bảo vệ rơle RBV đóng lại, cuộn dây của rơle trung gian RG có điện làm tiếp điểm 1RG và 2RG đóng, 3RG mở ra Khi 1RG đóng cuộn cắt Cc của máy cắt có điện và cắt máy cắt, nhưng không đóng lại được nữa mặc dù khóa điều khiển vẫn ở vị trí đóng Đ1 vì tiếp điểm 3RG mở làm hở mạch cuộn dây của contactor K Tiếp điểm 2RG đóng để dữ cho

cuộn dây RG có điện đến khi khóa điều khiển không ở vị trí đóng nữa, lúc đó sơ đồ lại trở về trạng thái ban đầu

6 Trong sơ đồ điều khiển, ngoài tín hiệu ánh sáng còn cần có tín hiệu âm

thanh sự cố để thu hút sự chú ý của nhân viên trực nhật

Tín hiệu âm thanh sự cố cũng được thực hiện theo nguyên tắc không tương ứng

giống như tín hiệu ánh sáng sự cố Nghĩa là trong mạch tín hiệu âm thanh sự cố người

ta đưa vào các đầu tiếp xúc phụ thường đóng của máy cắt và các cặp tiếp điểm của khóa điều khiển có trạng thái đóng khi khóa ở vị trí đã đóng Đ Sơ đồ tín hiệu âm thanh sự cố vẽ trên hình 4.7

Hình 4.7 Sơ đồ mạch tín hiệu âm thanh sự cố

Trong sơ đồ người ta dùng hai cặp tiếp điểm 3 và 13 của khóa điều khiển mắc nối tiếp nhau đẻ chánh trường hợp tín hiệu âm thanh phát nhầm khi có sự không tương ứng giữa các máy cắt và khóa điều khiển trong quá trình thao tác động

Ở mỗi nhà máy hoặc trạm biến áp chỉ dùng một còi CO chung tất cả các máy cắt, mạch tín hiệu âm thanh sự cố của mỗi máy cắt đều được nối với còi chung qua thanh góp còi TGco Khi nghe còi kêu, nhìn vào đèn tín hiệu sự cố sẽ biết được mạch nào vừa được tự động cắt ra

7 Khóa liên động chống thao tác nhầm lẫn

Để đảm bảo việc điều khiển tin cậy, các thiết bị đống cắt cao áp trong mỗi mạch cũng như trong toàn hệ thống cần có khóa liên động với nhau bằng cơ khí hoặc bằng điện Việc thực hiện khóa liên động phụ thuộc vào cấu hình mạch và trạng thái của hệ thống ở thời điểm đã cho Khóa liên động đảm bảo việc ngăn ngừa các thao tác nhầm

lẫn có thể, đặc biệt quan trọng với dao cách ly (CL) và dao nối đất (NĐ) Khóa liên động được xác định theo sơ đồ trạm đóng cắt

Hình 4.8: Khóa liên động

Để làm thí dụ, ta xét việc thực hiện khóa liên động trong trạm đóng cắt có hai hệ thống thanh góp TG, có mạch nhánh, máy cắt nối và nối đất TG (hình 4.8) Trong đó NĐ1 là dao nối đất của TG1 ; NG2 là dao nối đất của TG2 ; MCn có các dao cách ly

CL1, CL2 và CL3 vơi dao nối đất của CL1 và CL2 là NĐ12, của CL3 là NĐ3 và NĐ'3 Trong trường hợp này, khóa liên động cần thỏa mãn các điều kiện sau :

a Các dao cách ly (CL) chỉ có thể mở được khi máy cắt tương ứng với nó ở vị trí

d Các dao cách ly CLn1,2, CL1,2 chỉ có thể được thao tác khi dao nối đất NĐ1,2 đã

mở ;

e Các dao cách ly chỉ có thể được thao tác khi các nối đất tương ứng của nó đã

mở ;

f Các dao nối đất NĐ1,2 chỉ có thể được thao tác khi tất cả các dao cách ly nối với các dao cách ly nối với các thanh góp đã mở

8 Để nâng cao độ tin cậy của các mạch điều khiển, mỗi mạch cần được bảo vệ

bằng các cầu chì hoặc aptomat tác động nhanh và phải có thiết bị báo tín hiệu khi cầu trì hoặc aptomat đã cắt

4.5 Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, người ta thường phân biệt các loại tín hiệu

chính sau đây :

-Tín hiệu chỉ vị trí : chỉ vị trí của các tín hiệu đóng mở như máy cắt điện, dao cách

ly, aptomat và vị trí nấc làm việc của các cầu phân áp của nhà máy biến áp có điều áp dưới tải ;

-Tín hiệu sự cố : báo hiệu sự cố của các máy cắt, aptomat ;

-Tín hiệu báo trước : báo hiệu sự phát sinh các chế độ hoặc trạng thái làm việc không bình thường của các thiết bị ;

-Tín hiệu chỉ huy : dùng để truyền các mệnh lệnh chính và liên lạc giữa các phòng điều khiển trung tâm với các phân xưởng

Ngoài các tín hiệu trên, trong nhà máy điện và trạm biến áp còn có các loại tín hiệu khác như tín hiệu báo cáo sự tác động của bảo vệ role (dùng role tín hiệu), tín hiệu chỉ

sự tác động của các bộ tự động Dưới đây ta lần lượt nghiên cứu các loại tín hiệu chính kể trên

Để chỉ vị trí đóng mở của các dao cách ly, về nguyên tắc người ta cũng có thể dùng các đèn tín hiệu và các đầu tiếp xúc phụ của nó để báo hiệu bằng ánh sáng Song người

ta thực hiện đơn giản hơn bằng cách cái chỉ vị trí kiểu IIC (hình 4.8) Dụng cụ này gồm các cuộn dây và một nam châm vĩnh cửu đặt trong từ trường của cuộn dây, trên

nam châm vĩnh cửu có gắn cái chỉ vị trí Vị trí của nam châm sẽ thay đổi khi ta thay đổi từ trường của cuộn dây

Hình 4.9 Cái chỉ vị trí kiểu IIC của dao cách ly

Dụng cụ IIC được chế tạo sao cho khi dao cách ly đóng cái chỉ vị trí nằm thẳng đứng (hình 4.9); khi dao cách ly mở - nằm ngang ; khi không có dòng điện trong cuộn dây - nghiêng một góc 450

Để thay đổi chiều dòng điện đi vào cuộn dây, người ta dùng các đầu tiếp xúc phụ của dao cách ly Khi dao cách ly đóng, các đầu tiếp xúc phụ 1-1 đóng và ngược lại 2-2 đóng

Tín hiệu chỉ vị trí nấc làm việc của các đầu phân áp các máy biến áp có điều áp dưới tải dùng cơ cấu xenxin, ở đây ta không xét chi tiết này

2 Tín hiệu sự cố

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, người ta thường dùng hai loại tín hiệu sự

cố: tín hiệu âm thanh và tín hiệu ánh sáng sự cố như đã nói như mục 4.5 Tín hiệu âm thanh (còi) dùng chung cho hoàn toàn nhà máy, nó có tác dụng thu hút sự chú ý của nhân viên trực nhật khi phát sinh sự cố Tín hiệu ánh sáng nhấp nháy dùng riêng cho tử mạch, nhờ đó ta biết được sự cố đã xẩy ra ở thiết bị nào (hình 4.3 và hình 4.7)

Đối với các máy cắt điện, cả hai loại tín hiệu này đều thực hiện theo nguyên tắc không tương ứng giữa các vị trí của khóa điều khiển và máy cắt Khi nghe còi kêu, người trực nhật phải tiến hành khử còi Có thể khử còi riêng hoặc khử còi tập trung như dưới đây

a) Khử còi riêng

Đối với các thiết bị có ít mạch (ít máy cắt), để khử tín hiệu âm thanh sự cố có thể

tiến hành riêng cho từng mạch bằng cách quay tay cầm của khóa điều khiển về vị trí tương ứng với máy cắt (hình 4.7) Song khử còi như vậy, sau khi quay khóa điều khiển

nên sẽ không thuận lợi khi vận hành các thiết bị lớn có nhiều mạch Để khắc phụ nhược điểm này, các nhà máy và các trạm biến áp lớn, người ta thực hiện các sơ đồ khử tín hiệu âm thanh tập trung bằng tay tại bảng điều khiển và khử ánh sáng sự cố riêng

b) Khử còi tập trung

Khi nghe còi kêu, người trực nhật ấn vào nút khử còi tập trung làm cho còi tắt, do

đó vẫn cò lại tín hiệu ánh sáng sự cố riêng,cho phép dễ dàng biết được mạch nào có sự

cố Sơ đồ khử còi tập trung có thể thực hiện tác động lập lại hoặc không lập lại

Sơ đồ khử tín hiệu còi không tạp trung tác động lập lại như hình 4.10 Khi nghe còi kêu, người trực nhật ấn vào nút khử còi NK, tín hiệu âm thanh sẽ mất, rơle trung gian

RG được giữ ở trạng thái có điện cho đến khi khóa điều khiển quay về vị trí cắt tưng ứng với máy cắt

Nhược điểm của sơ đồ khử còi tập trung tác động lập lại là trong thời gian khóa điều khiển chưa quay về vị trí cắt, nếu một máy cắt gặp sự cố, bộ phận báo tín hiệu sự

cố âm thanh sẽ không báo tín hiệu, người trực nhật có thể không nhận biết được sự cố thứ hai Nhược điểm này càng thể hiện rõ khi nhà máy có nhiều máy cắt, bảng điều khiển lớn Do vậy, sơ đồ này chỉ dùng thích hợp khi cáo ít mạch, trường hợp khi nhà máy có nhiều mạch người ta sử dụng sơ đồ khử tín hiệu âm thanh tập trung có tác dụng lập lại

Hình 4.10 Sơ đồ khử tín hiệu âm thanh sự cố tập trung tác động không lập lại

Sơ đồ khử tín hiệu âm thanh tập trung có tác động lập lại được thực hiện bằng cách dùng role tín hiệu xung đặc biệt RTX, nó bao gồm một máy biến điện áp BU, một role

phân cực RPC Role này có hai cuộn dây, cuộn 1 nối với cuộn thứ cấp của máy biến điện áp, cuộn 2 mắc trong mạch của nút khử tín hiệu tập trung NK (hình 4.11)

Hình 4.11 Sơ đồ tín hiệu âm thanh sự cố tác động lập lại

Khi máy cắt cắt sự cố, cuộn sơ cấp của máy biến điện áp được nối với nguồn một chiều qua các tiếp điểm của mạch không tương ứng (khóa điều khiển và tiếp điểm phụ của máy cắt) Do có dòng quá độ đi trong cuộn sơ cấp, nên cuộn thứ cấp của máy biến điện áp có dòng điện, làm cho cuộn dây 1 của rơle phân cực tác động đóng tiếp điểm của nó, rơle trung gian RG có điện, tiếp điểm RG đóng lại làm còi kêu Khi đó ta ấn vào nút khử NK sẽ tạo dòng đi qua cuộn dây 2 của rơle phân cực, làm tiếp điểm của nó

mở ra, sơ đồ lại trở về trạng thái ban đầu và có thể báo tín hiệu sự cố âm thanh khi máy cắt khác cắt ra Do điện trở của các mạch tín hiệu âm thanh của các máy cắt đã cắt

sự cố mắc song song với nhau trên điện trở tổng nối với các cuộn sơ cấp của máy biến điện áp thay đổi đột ngột, dẫn đến sự thay đổi dòng điện giống như ở trên

Để thử còi ta ấn nút NT để nối kín mạch cuộn dây sơ cấp của máy biến điện áp và tạo dòng điện quá độ đi qua nó giống như khi đóng tiếp điểm máy cắt của máy cắt ở trên

Nhược điểm của sơ đồ trên là không cho phép khử còi riêng bằng khóa KĐK hoặc