Tài liệu Phân xưởng Điện Cao Thế pdf

Đối với MBA nhỏ có thể dùng cầu chì để bảo vệ, đối với MBA cỡ trung bình bảo vệ dòng điện được dùng, các MBA công suất lớn thì bảo vệ so lệch sẽ là bảo vệ chính.. Đối với sự cố bên ngoài

PHẦN I BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

MBA là phần tử quan trọng nhất liên kết hệ thống phát, truyền tải và phân phối

Do đó bảo vệ phần tử này phải làm việc với độ tin cậy cao Sơ đồ bảo vệ tùy thuộc vào

cỡ MBA Công suất định mức MBA được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối

từ vài trăm KVA đến vài trăm MVA Đối với MBA nhỏ có thể dùng cầu chì để bảo

vệ, đối với MBA cỡ trung bình bảo vệ dòng điện được dùng, các MBA công suất lớn thì bảo vệ so lệch sẽ là bảo vệ chính.

I Các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của MBA:

Sự cố MBA có thể chia làm 2 loại:

- Sự cố bên ngoài MBA

- Sự cố bên trong MBA

1. Sự cố bên ngoài MBA:

Sự cố bên ngoài gồm có sự cố hay các hiện tượng nguy hiểm xảy ra bên ngoàiMBA như quá tải, quá điện áp, tần số thấp, ngắn mạch ngoài…

Trong trường hợp có sự cố bên ngoài MBA, sự cố phải được cách ly khỏi MBA,nếu sự cố ấy không được cắt ra trong khoảng thời gian định trước có thể dẫn đến hưhỏng MBA

Đối với sự cố bên ngoài, bảo vệ dòng điện thường được dùng làm bảo vệ dự trữ.MBA không cho phép chịu quá tải trong thời gian dài và Relay nhiệt được dùng để pháthiện tình trạng quá tải và cho tín hiệu báo động

2. Sự cố bên trong MBA:

Sự cố bên trong MBA gồm các sự cố xảy ra bên trong vùng bảo vệ của MBA (bêntrong vị trí đặt BI)

Sự cố bên trong MBA được chia làm 2 nhóm: Sự cố gián tiếp và trực tiếp

- Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố chính trực tiếp nếukhông phát hiện và xử lý kịp thời Ví dụ như bên trong MBA có quá nhiệt,quá từ, áp suất dầu thay đổi…

- Sự cố trực tiếp là ngắn mạch bên trong các cuộn dây, hư hỏng cách điệnlàm thay đổi đột ngột các thông số điện

Bảo vệ sự cố trực tiếp phải tác động tức thời cách ly MBA bị sự cố ra khỏi hệthống để giảm hư hỏng MBA, giảm ảnh hưởng đến hệ thống Sự cố gián tiếp không đòihỏi tác động nhanh cắt MBA, nhưng phải được phát hiện, báo động để người vận hành

xử lý

Sự cố gián tiếp và trực tiếp và trực tiếp được phát hiện bởi các Relay khác nhau

Để phát hiện sự cố gián tiếp thường người ta dùng Relay quá nhiệt, Relay hơi, Relay ápsuất dầu…Sự cố trực tiếp được phát hiện bằng các Relay so lệch, Relay dòng điện…

II Bảo vệ chống sự cố trực tiếp bên trong MBA:

1 Bảo vệ quá dòng:

a/ Cầu chì: Thường dùng bảo vệ cho MBA phân phối nhỏ Cầu chì là phần tử

bảo vệ quá dòng điện và chịu được dòng điện cực đại của MBA Cầu chì phải khôngđược đứt trong khoảng thời gian ngắn quá tải như động cơ khởi động, dòng điện từ hóanhảy vọt khi đóng MBA không tải…

Cầu chì có khả năng ngắt cao HRC thường được dùng để bảo vệ MBA, cầu chìnày tác động rất nhanh khi dòng điện ngắn mạch lớn nhưng cắt rất chậm với dòng điệnnhỏ hơn 3 lần định mức của nó Điều đó nói rằng cầu chì bảo vệ hệ thống bằng cáchcách ly MBA chạm nếu dòng điện chạm đạt đến một trị số nhất định nào đó

b/ Relay quá dòng điện: Đối với MBA lớn 100kVA và lớn hơn có trang bị máy

cắt thường được bảo vệ bằng nguyên tắc quá dòng điện Đặc tính thời gian làm việcđược phối hợp với mạch bảo vệ thứ cấp MBA Bảo vệ cắt nhanh có thể được thêm vào,trị số đặt của nó được tính để tránh tác động khi ngắn mạch phía thứ cấp MBA, cầu chìHRC được dùng để dự trữ cho máy cắt

Nhiệm vụ chính của cắt nhanh là cắt nhanh khi ngắn mạch đầu cực MBA do đótrị số chỉnh định tương đối cao

Bảo vệ dòng điện là bảo vệ chính cho MBA nhỏ và là bảo vệ dự trữ cho MBAlớn

2 Bảo vệ so lệch MBA:

a/ Đối với MBA 2 cuộn dây:

Đối với MBA công suất lớn (> 1MVA) bảo vệ so lệch là bảo vệ chính Các yếu tốcần quan tâm khi thực hiện bảo vệ so lệch:

* Chọn BI: Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp MBA 2 cuộn dây phụ thuộc

vào công suất định mức MBA và tỷ lệ nghịch với điện thế

Đối với MBA 3 cuộn dây, dòng điện định mức phụ thuộc vào công suất cuộn dây

tương ứng BI được chọn có định mức phía sơ cấp bằng hay lớn hơn dòng định mức của

cuộn dây MBA mà nó được đặt

* Chọn sơ đồ nối dây BI: Sơ đồ BI được chọn để bù sự lệch pha giữa các dòng

điện dây ở các phía MBA

* Thay đổi đầu phân áp MBA làm thay đổi tỷ số biến đổi MBA.

* Relay so lệch có hãm.

b/ Đối với MBA 3 cuộn dây:

Giống như bảo vệ MBA 2 cuộn dây, tổng dòng điện tải phía thứ cấp 2BI sẽ cânbằng với dòng thứ cấp phía nguồn

a/ Cầu chì: Thường dùng bảo vệ cho MBA phân phối nhỏ Cầu chì là

c/ Máy biến dòng phụ cho bảo vệ so lệch:

I Ngoài BI chính người ta có thể dùng BI phụ để bù lệch pha, để hiệu chỉnh dòngkhông cân bằng vào Relay do các đầu phân áp do khác tỷ số biến đổi giữa MBA và BIchính Đối với MBA 2 cuộn dây máy biến dòng phụ được phối hợp với điều kiện dòngphụ tải lớn nhất của MBA

d/ Bảo vệ so lệch khi có dòng từ hóa nhảy vọt:

Khi đóng điện MBA không tải dòng điện từ hóa nhảy vọt xuất hiện phía nguồn,tổng các dòng này không phân biệt với dòng ngắn mạch bên trong MBA

Để tránh tác động nhầm trong trường hợp này có các phương pháp sau:

- Tác động nhầm: Dòng từ hóa là quá độ, tắt nhanh nên có thể tránh nó bằng

cách cho Relay tác động có thời gian

- Hãm họa tần.

e/ Bảo vệ so lệch dùng Relay dòng điện:

Dùng để bảo vệ MBA nhỏ, dự trữ và quá tải Dòng điện được chọn phải lớn hơndòng không cân bằng khi đầy tải

f/ Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây MBA:

Có thể thực hiện bởi Relay so lệch

hay quá dòng điện Phương án được chọn

lựa phụ thuộc vào loại, cở, tổ đấu dây MBA

Bảo vệ quá dòng thường không đủ độ

nhạy bảo vệ hết cuộn dây nối sao nhất là

trường hợp trung tính cuộn dây nối sao nối

qua tổng trở nối đất Để tăng độ nhạy người

ta dùng Relay lệch cuộn dây nối sao MBA

khi có chạm đất bên ngoài Relay không tác

động, khi có chạm đất bên trong cuộn sao

các dòng thứ tự không được cung cấp từ hệ

thống sẽ khởi động Relay Máy biến dòng

phụ có thể được dùng nếu tỉ số BI của các

pha và trung tính khác nhau

Nếu cuộn sao MBA nối đất qua tổng trở cao, Relay so lệch 87N có thể không đủ

độ nhạy tác động, người ta có thể thay thế bằng Relay phát hiện chạm đất tổng trở cao64N

g/ Bảo vệ MBA nối đất:

Nhiệm vụ của MBA nối đất là cung cấp 1 điểm nối đất cho hệ thống mà cácMBA có cuộn ∆ Thường MBA nối đất kết nối với hệ thống được đặt gần MBA côngsuất và nằm trong vùng bảo vệ của MBA này

III Bảo vệ chống sự cố gián tiếp bên trong MBA:

1 Bảo vệ quá nhiệt:

Định mức của MBA phụ

thuộc vào độ tăng nhiệt độ so với

nhiệt độ môi trường xung quanh,

nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt

độ cho phép của MBA

Theo yêu cầu quá nhiệt độ

của cuộn dây không được quá

nhiệt, nhiệt độ của cuộn dây dưới

950C được xem là bình thường

Bảo vệ quá tải được đánh

giá qua nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ

này được đo bằng phần tử cảm

MBA hoặc tại đầu cực MBA

3 Bộ phận giảm áp suất dầu:

Bộ phận này gắn ở MBA nó là một đĩa đặt ở một ống xã, khi có sự cố lớn áp suấtdầu tăng mạnh làm bật tung đĩa do đó dầu xả ra ngoài nhanh chóng, điều này tránh nổ vàcháy

4 Relay phát hiện tốc độ tăng áp suất dầu:

Relay này có thể phát hiện tốc độ tăng của áp suất nên làm việc nhanh hơn Relaylàm giảm áp suất, nó chỉ phát hiện trị số áp suất lúc sự cố

Tín hiệu ra

Dòng Tải

Bình dầu

PHẦN II PHỐI HỢP TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ

Khi thiết kế bảo vệ bằng Relay các trang thiết bị hệ thống điện, chúng ta cần dựkiến đến trường hợp xấu nhất là: Khi có sự cố bên trong thiết bị thì thiết bị này sẽ khôngđược tách ra khỏi hệ thống điện Như vậy, sự cố vẫn tiếp tục duy trì và càng trở nên trầmtrọng Để đề phòng hiện tượng này thì bên cạnh bảo vệ chính, người ta phải dự kiếnthêm bảo vệ dự trữ Bảo vệ dự trữ sẽ tác động trong trường hợp bảo vệ chính từ chốikhông tác động Nếu máy cắt của thiết bị được bảo vệ không tiến hành cắt, thì bảo vệcủa phần tử bên cạnh này sẽ điều khiển mở máy cắt của nó Do đó sẽ ngưng cung cấpđiện cho phần tử sự cố từ các phía Bảo vệ của phần tử bên cạnh được gọi là bảo vệ dựtrữ đối với phần tử mà máy cắt của nó đã không tiến hành cắt được

Bảo vệ chính là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi sự cố xảy ra trong phạm vigiới hạn đối với thiết bị được bảo vệ Bảo vệ dự trữ cho thiết bị này là bảo vệ thay thếcho tác động của bảo vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính từ chối không tác độnghoặc khi bảo vệ chính đang ở trong tình trạng tiểu tu hay sửa chữa nhỏ Bảo vệ dự trữcần phải tác động với một thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính để chobảo vệ chính thực hiện nhiệm vụ của mình là loại phần tử bị sự cố ra khỏi mạch trướctiên

Có một số trường hợp, bảo vệ chính không đảm bảo bảo vệ toàn bộ chiều dài củamạch cần thiết bảo vệ mà sẽ có một số đoạn được gọi là “vùng chết” của bảo vệ chính,

vì nếu sự cố xuất hiện tại các vùng chết này thì bảo vệ chính sẽ không nắm bắt và sẽkhông tác động Để có thể đảm bảo bảo vệ đối với các sự cố xuất hiện ở tại các vùngchết này, thì người ta đặt một loại bảo vệ có tên là bảo vệ phụ

Các chế độ làm việc không bình thường:

Các chế độ làm việc mà có dòng điện, điện áp hoặc tần số lệch khỏi giá trị chophép tới mức có thể nguy hiểm cho thiết bị cũng như tính ổn định của hệ thống thì thuộcloại chế độ làm việc không bình thường

Các chế độ làm việc không bình thường chính được đề cập đến trong thiết bị bảo

vệ Relay là: Quá tải và dao động trong hệ thống

Một sự ngắn mạch ở bê ngoài phần tử được bảo vệ hay sự xuất hiện quá tải đều lànguyên nhân tạo nên quá dòng điện Quá dòng điện là hiện tượng dòng điện vượt quá giátrị cho phép lâu dài, tức là vượt quá giá trị dòng điện định mức

Khi xuất hiện quá dòng điện, thì phần tử được bảo vệ, không cần tách ra khỏi lướingay, song cũng không cho phép phần tử được bảo vệ phải chịu quá dòng điện trongkhoảng thời gian lâu dài mãi được Vì quá dòng điện sẽ tạo nên cách điện chóng già cõi(do nhiệt độ của phần cách điện vượt quá giá trị cho phép) hoặc làm cho các tiếp điểmquá nhiệt…Do vậy, đa số các phần tử của hệ thống được dự kiến bảo vệ có thời gian trìhoãn đối với quá dòng điện, đồng thời tác động Relay tín hiệu

Dao động trong hệ thống, tương ứng với mất ổn định hệ thống, xuất hiện do vìngắn mạch được khắc phục quá chậm, do vì công suất vận chuyển giữa đường dây nốicác hệ thống vượt quá cho phép, hoặc do vì một số đường dây của hệ thống bị tách ra,tạo nên sự mất đồng bộ của các trung tâm.

Trong thời gian dao động, dòng điện cân bằng chạy qua các đường dây nối cáctrung tâm có thể có giá trị vượt quá rất nhiều so với giá trị dòng điện khởi động của bảo

vệ Do vậy có khả năng dẫn đến tác động không chọn lọc Tương tự trong thời gian daođộng, sự biến đổi quan trọng của điện áp cũng xuất hiện Sự biến đổi này có thể gây nêncác Relay điện áp cực tiểu tác động sai

Để tránh sự tác động sai của bảo vệ trong thời gian dao động, thì bảo vệ cácđường dây quan trọng phải dự kiến thêm một bộ phận “ngưng” hay ”khóa” đặc biệt Bộphận này sẽ thích ứng theo các cách khác nhau: Khi dao động thì bảo vệ sẽ bị khóa, cònkhi ngắn mạch trên đường dây tương ứng thì cho phép bảo vệ tác động đúng Để thựchiện được như vậy là vì ở hai trường hợp trên đều có sự phân biệt giữa chúng về dòngđiện, điện áp và công suất

Bộ phận khóa thực hiện dựa trên cơ sở: Khi ngắn mạch, sự biến đổi dòng điện rấtđột ngột, trong khi đó nếu dao động thì biến đổi chậm hơn nhiều hoặc khi ngắn mạch thìxuất hiện thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không, còn trong trường hợpdao động thì không xuất hiện những thành phần này, hoặc phân biệt theo chiều lưu thôngcông suất tác dụng và phản kháng ở hai trường hợp…

NHỮNG BẢO VỆ CHÍNH BẰNG RELAY1/ Bảo vệ dòng điện: Bảo vệ dòng điện tác động trong trường hợp dòng điện

của mạch bảo vệ được tăng lên do quá tải hay ngắn mạch Những bảo vệ này thực hiệnbằng Relay cường độ (Relay dòng điện) Relay sẽ tác động khi dòng điện trong mạchđược bảo vệ vượt quá một giá trị nhất định đã được thiết lập Dòng điện này gọi là dòngđiện khởi động (dòng điện tác động) của bảo vệ và ký hiệu IkđBv

Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ là giá trị dòng điện của mạch được bảo vệ

mà ở giá trị đó, bảo vệ làm việc (bảo vệ tác động), tương ứng với Relay dòng điện đóngtiếp điểm của mình (trong trường hợp Relay có tiếp điểm) Giá trị dòng điện khởi độngcủa Relay được định nghĩa như sau:

Ở đây nTc là tỷ số biến đổi của máy biến dòng cung cấp cho Relay Như vậy bảo

vệ dòng điện sẽ tác động khi thỏa mãn điều kiện:

I > I kđBv

Ở đây I là dòng điện của mạch được bảo vệ Những bảo vệ này còn gọi là loại

bảo vệ cực đại Vì bảo vệ dòng điện sẽ không tác động trong chế độ làm việc bìnhthường, nên giá trị dòng điện khởi động cần phải lớn hơn giá trị dòng định mức Iđm, đồngthời cũng lớn hơn giá trị dòng điện cực đại của phụ tải:

2/ Bảo vệ điện áp:

Bảo vệ điện áp có hai loại: Cực tiểu và cực đại

a/ Bảo vệ điện áp cực tiểu: là bảo vệ sẽ tác động trong trường hợp điện áp giảm

đi do xuất hiện dòng điện ngắn mạch Relay điện áp cực tiểu sẽ tác động khi điện áp Ucủa mạch được bảo vệ giảm đến dưới giá trị đã được thiết lập để bảo vệ tác động Điện

áp được thiết lập này gọi là điện áp khởi động của bảo vệ: UkđBv Tức là muốn tác độngcần thỏa mãn quan hệ sau:

U < U kđBv

Để bảo vệ không tác động trong chế độ bình thường, thì điện áp khởi động phảinhỏ hơn định mức Uđm và nhỏ hơn điện áp cực tiểu có thể xuất hiện trong quá trình vậnhành: Umin vận hành ở chế độ bình thường, tức là thỏa mãn quan hệ sau:

U kđBv < U đm

U kđBv < U min vận hành

Điện áp khởi động của Relay được định nghĩa như sau:

Ở đây nTT là tỷ số biến đổi của biến điện áp cung cấp cho Relay

b/ Bảo vệ điện áp cực đại: Được thực hiện bằng Relay điện áp cực đại Những

Relay điện áp cực đại sẽ tác động khi điện áp ở những cực của mạch được bảo vệ tănglên quá điện áp khởi động của bảo vệ:

Bảo vệ có hướng tác động khi xuất hiện sự biến đổi quan trọng của lệch pha giữadòng điện và điện áp của mạch được bảo vệ

Vì hệ thống làm việc ở dòng điện xoay chiều, chiều của nó thay đổi theo mỗi bánchu kỳ, do vậy không thể xác định ở một chiều dòng điện chạy nhất định mà chỉ có thểxác định ở sự lệch pha của dòng điện so với điện áp tại những điểm khác nhau của hệthống điện

5/ Bảo vệ bằng Relay nhiệt:

Khi nhiệt độ tăng cao, bảo vệ bằng Relay nhiệt sẽ tác động Trong quá trình vậnhành, nếu sự cố ngắn mạch hay có hiện tượng quá tải thì nhiệt độ sẽ tăng và Relay nhiệt

sẽ tác động Thông thường ở những động cơ điện điện áp thấp, người ta dùng Relaynhiệt để bảo vệ quá tải

6/ Bảo vệ bằng Relay hơi:

Thông thường đối với MBA có công suất khá lớn (S > 1MVA) người ta có thểthay bảo vệ dòng điện cắt nhanh bằng bảo vệ so lệch dọc Ngoài ra, đối với MBA códầu, ở loại này, người ta qui định phải dùng thêm Relay hơi để bảo vệ tránh quá tải vàcác dạng ngắn mạch trong MBA Relay hơi là một cái phao có gắn hai tiếp điểm Relayhơi được gắn vào trong đoạn ống nối giữa thùng dầu phụ với MBA Khi xảy ra ngắnmạch giữa các pha, hoặc giữa các vòng dây, trong MBA hoặc xảy ra quá tải, dòng điệntrong các bối dây của MBA tăng lên do đó làm dầu bốc hơi mạnh và áp lực trên mặt dầucủa MBA tăng lên Áp lực của hơi dầu làm Relay hơi bị nghiêng đi so với vị trí ban đầu.Nếu sự cố nhẹ, relay hơi nghiêng ít thì chỉ có tiếp điểm thứ nhất đóng lại để đi báo tínhiệu Nếu sự cố nặng, dầu bốc hơi mạnh làm relay hơi nghiêng nhiều, tiếp điểm thứ haicủa relay hơi đóng lại để cắt MBA

Ưu điểm của relay là đơn giản, độ nhạy cao đối với với hầu hết các loại sự cốtrong MBA

Nhượt điểm của relay là tác động kém nhạy đối với các loại sự cố xảy ra ở phíađầu ra của MBA Do vậy nên bên cạnh bảo vệ bằng relay hơi bao giờ cũng phải đặt thêmbảo vệ dòng điện cực đại và dòng điện cắt nhanh hay bảo vệ so lệch dọc

II./ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

- Ở trạng thái vận hành bình thường tức mạch cắt sẵn sàng làm việc thì rơle giámsát mạch cắt phải trở về, tín hiệu cảnh báo phải được Reset

- Khi xảy ra tình trạng mạch cắt máy cắt không sẵn sàng thì rơle giám sát mạchcắt tác động gởi tín hiệu đến bảng tín hiệu trung tâm

- Nói cụ thể rơle giám sát mạch cắt phải gởi được tín hiệu cảnh báo đến bảng tínhiệu trung tâm khi xảy ra các tình trạng sau:

+ Mất nguồn cung cấp cho mạch cắt

+ Hỏng cáp cấp dương nguồn và cáp đấu nối liên lạc tham gia trong mạchcắt

+ Hỏng các đầu nối trong mạch cắt - Terminal

+ Hỏng cuộn cắt

+ Các điều kiện liên động trong mạch cắt không sẵn sàng

III./ YÊU CẦU CƠ BẢN

- Trạng thái bình thường của mạch cắt tương ứng với các đầu vào của rơle giámsát mạch cắt có điện, ngược lại khi các đầu vào của rơle giám sát mạch cắt không điệntương ứng với trạng thái mạch cắt không sẵn sàng

- Rơle giám sát mạch cắt phải giám sát được mạch cắt cả khi máy cắt đang đóng

và máy cắt đang cắt

- Như vậy đầu vào rơle giám sát mạch cắt phải được đấu nối song song với cáctiếp điểm rơle cắt và phải được đấu nối tận cùng tính từ đầu dương nguồn và từ mạch đicắt

IV./ SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC

- R1 hút ⇒ R3 hút ⇒ Tiếp điểm R3/1 hở ⇒ không có tín hiệu cảnh báo

* Xét trường hợp MC đang cắt

- Dương nguồn mạch cắt sau khi đi lần lượt qua tất cả các terminal và các sợi cápcấp dương nguồn cho các tiếp điểm cắt, đi xuyên qua R1, đi qua lần lượt tất cả cácterminal và các sợi cáp nối các tiếp điểm cắt sẽ đến đầu vào R2 của RL GSMC

- Âm nguồn đi qua các điều kiện liên động, đi qua cuộn cắt, đi qua tiếp điểm phụthường kín của MC, và đến đầu vào R2 của RL GSMC

- Như vậy đầu vào R1, R2 nối nối tiếp và cùng có điện

- R1, R2 hút ⇒ R3 hút ⇒ Tiếp điểm R3/1 hở ⇒ không có tín hiệu cảnh báo

- Theo phân tích ở cả hai trường hợp MC đang đóng và trường hợp MC đang cắtnhư trên thì tất cả các phần tử trong mạch cắt đều tham gia cung cấp điện cho các đầuvào của RL GSMC theo nguyên tắc nối nối tiếp nên bất kỳ phần tử nào hỏng hóc, haymất nguồn sẽ dẫn đến mất điện ở các đầu vào RL GSMC và sẽ phát tín hiệu cảnh báo.