CHƯƠNG 12 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ
12.2. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA PHA HAI CUỘN DÂY
12.2.1. Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng.
- Chạm chập giữa các vòng dây.
- Ngắn mạch giữa các cuộn dây.
- Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất.
- Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu.
- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống.
- Ngắn mạch một pha trong hệ thống.
- Quá tải.
- Quá bão hoà mạch từ.
Bảng 3-1
Loại hư hỏng Loại bảo vệ
Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha 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 chập các vòng dây
Thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu Rơle khí (BUCHHOLZ)
Quá tải Quá dòng điện
Hình ảnh nhiệt Quá bão hoà mạch từ Chống quá bão hoà
SVTH : LÊ SỸ TAM
MSSV : 910646D Trang 110
12.2.2. Các bảo vệ chống ngắn mạch
Bảo vệ so lệch có hãm.
Cuộn dây cao áp của máy biến áp nối với nguồn cấp, cuộn trung áp và hạ áp nối với phụ tải. Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thường ta có: íS1 = íS2 + íS3
Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng: íLV = íT1 – (íT2 + íT3) Các dòng điện hãm: íH1 = íT1 + íT2
íH2 = íT3
Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ: íH = ( íT1 + íT2 + íT3 ).KH
Trongđó KH ≤ 0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch.
Để đảm bảo được tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện: íH > íLV
. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian.
Bảo vệ chống chạm đất:
12.2.3. Các bảo vệ chống quá tải:
Bảo vệ bằng rơle khí (Buchholz):
Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ( bảo vệ chính).
Bảo vệ rơ le khí máy biến áp
Bảo vệ dự phòng máy biến áp
• Bảo vệ dự phòng phía 110 kV:
- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.
- Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc.
- Bảo vệ quá tải.
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.
• Bảo vệ dự phòng phía 22 kV:
- Bảo vệ quá dòng có thời gian.
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.
SVTH : LÊ SỸ TAM
MSSV : 910646D Trang 111
12.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY
12.3.1. Các dạng sự cố và bảo vệ để bảo vệ đường dây truyền tải điện
Những sự cố thường gặp đối với đường dây tải điện là ngắn mạch ( ngắn mạch 1 pha hay nhiều pha ), chạm đất 1 pha ( trong lưới điện cách đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang ), quá điện áp ( khí quyển hoặc nội bộ ), đứt dây hoặc quá tải.
• Để chống các dạng ngắn mạch trong lưới hạ áp thường dùng cầu chì ( fuse ) hoặc aptomat
Để bảo vệ các đường dây trung áp chống ngắn mạch, ta dùng các loại bảo vệ : - quá dòng cắt nhanh hoặc có thời gian với đặc tính thời gian có độc lập hoặc
phụ thuộc.
- quá dòng có hướng - bảo vệ khoảng cách
12.3.2. Các bảo vệ chống ngắn mạch Bảo vệ so lệch dòng điện ( 87) Từ sơ đồ nguyên lý trên hình 1 ta có :
1 2
SL T T LV
I = ∆ =I I −I =I
1S 2 1 2 1S 2
1 1
1 1
[(I I S) (I I )]= [(I I S) IKCBT IKCBT
n à à n
= − − − − − ≈ −
Dòng điện hảm :
1 2 1S 2 1 2
1
1[(I ) ( )
H T T S
I I I I I I
n à à
= + = − − −
Trong đó :
TKCBT : Dòng không cân bằng thứ cấp BI,
1S, 2S, 1T, 2T, 1 , 2 :
I I I I Ià I à lần lượt là dũng điện sơ cấp, thứ cấp và dũng từ húa của BI n1: hệ số biến đổi của BI
Trong chế độ này dòng điện và cuộn hảm IH lớn hơn dòng vào cuộn làm việc ILV nên bảo vệ không tác động.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ :
+ Trường hợp đường dây có 1 nguồn cung cấp : 1 1 2
1
1 ( )
LV S S S
I I I I
= = n −
Để bảo vệ có thể làm việc đúng trong trường hợp này thì giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ ILV phải chọn lớn hơn giá trị dòng điện hảm IH, nghĩa là : LV H
H
I I
= K Với KH là hệ số hảm, thường chọn KH =(0.2-0.5)
Giới hạn dưới của hệ số hảm được chon cho miền có dòng ngắn mạch bé để nâng cao độ nhạy của bảo vệ, còn ở miền có dòng ngắn mạch lớn thường chọn hệ số KH cao để ngăn chặn bảo vệ có thể tác động nhầm.
+ trường hợp đường dây có 2 nguồn cung cấp (hình 4.21)
Dòng điện I1S ngược hướng với I2S nên I1T cũng ngược hướng với I2T . khi đó :
SVTH : LÊ SỸ TAM
MSSV : 910646D Trang 112
1S 2 1 2
1
H 1S 2 1 2
1
1[(I ) ( )]
I 1[(I ) ( )]
SL S
S
I I I I
n
I I I
n
à à
à à
= + − +
= + − −
Như vậy, trong trường hợp này dòng ISL>>IH do đó bảo vệ sẽ tác động. bảo vệ so lệch dòng điện có tính chọn lọc tuyệt đối do đó yêu cầu độ nhạy của bảo vệ Kn > 2.
Bảo vệ khoảng cách (21)
Bảo vệ khoảng cách gồm một hệ thống dò tìn sự cố, một hệ thống đo khoảng cách và một hệ thống xác định hướng công suất ( dòng điện ) sụ cố.
• Vùng 1
Chức năng của vùng 1 là cắt càng nhanh càng tốt các sự cố bên trong đường dây được bảo vệ ( đoạn AB ) do đó thời gian đặt trể của vùng này thường chọn bằng t1A=0 (sec) ;
Thời gian cắt sự cố thực tế tc : tc =trlmin + tđặt + tt + Tmc
trlmin: thời gian thao tác nhornhaats của role, tùy thuộc vào từng loại role tđặt: thời gian đặt cho role
tt: thời gian truyền tín hiệu bên ngoài role
Tmc : thời gian thao tác của máy cắt, tùy thuộc vào loại máy cắt được sử dụng.
Do vùng 1 là vùng bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên chỉ cần sự cố xảy ra trong vùng này sẻ bảo vệ tác động mà không cần phối hợp với các loại bảo vệ khác
Để đơn giản người ta thường xác định tổng trở đặt vùng 1 ( Z1A ) bằng 85% tổng trở của đường dây AB ( Z1AB ) : Z1A =0.85ZAB
• VÙNG 2
Chức năng của vùng bảo vệ này là bảo vệ đoạn cuối đường dây AB ( khoảng ( 15 đến 20)% đoạn đường dây AB tính từ thanh góp B ) ngoài khu vực vùng 1 của role khoảng cách đặt tại A và yêu cầu là nó phải bao trùm hoàn toàn thanh góp trạm B sao cho tất cả sự cố xảy ra trong đoạn này và toàn bộ vùng I phải nằm trong vùng II, ngoài ra nó còn có thể làm nhiệm vụ dự phòng một phần cho bảo vệ vùng I đặt tại thanh góp B. thời gian tác động của vùng II đối với tất cả các role ở các trạm thường được đặt bằng nhau trừ một số trường hợp đặc biệt, giá trị thời gian này được chọn lớn hơn thười gian đặt vùng I của đoạn sau liền kế cũng như các bảo vệ cắt nhanh của máy biến áp nối vào thanh góp trạm B một bậc chọn lọc là ∆t, thường tIIA ≈ 0.5 sec
0.85( 0.85 1 )
II
A AB BC
Z = Z + Z
• VÙNG 3
Hiện nay cách tính độ dài vùng III của bảo vệ khoảng cách 3 cấp vẩn chưa thống nhất. tùy vào từng trường hợp, mục đích sử dụng vùng này mà giá trị tổng trở đặt
SVTH : LÊ SỸ TAM
MSSV : 910646D Trang 113
vùng III sẻ được xác định theo công thức hợp lý. Trên thực tế ở Việt Nam một số nơi vùng III không được sử dụng.
Nếu xem vùng III của role khoảng cách đặt tại A thuần túy dự phòng cho vùng II role A nó phải phối hợp tốt với vùng II của role đặt tại B thì có thể áp dụng công thức cho trường hợp đơn giản :
0.85[ 0.85( 0.85 )]
III
A AB BC CD
Z = Z + Z + Z
Thời gian đặt vùng III của bảo vệ tại A trong trường hợp này có thể phối hợp với
thời gian đặt vùng II của nó theo công thức :
III II
A A
T =t + ∆t
Bảo vệ quá dòng có hướng ( 67)
• Bảo vệ quá dòng có hướng cấp I
Bảo vệ dòng điện có hướng cấp I làm việc như một bảo vệ dòng điện cắt nhanh có hướng, do đó dòng điện khởi động Ikđ của bảo vệ role cho cấp này được xác định theo công thức : Ikdd67=Kat*INngoai.max
Vì bảo vệ cấp I có tính chọn lọc tuyệt đối nên thời gian tác động của bảo vệ có thể chọn 0 sec. tuy nhiên để tránh trường hợp bảo vệ có thể tác động nhầm khi có sét đánh vào đường dây gây ngắn mạch tạm thời hoặc ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ có xung dòng lớn người ta cho bảo vệ tác động có thời gian trể khoảng ( 0,01 ÷ 0,05 ) sec
• Bảo vệ quá dòng có hướng cấp II
Xét bảo vệ 1 đặt tại thanh góp A. dòng điện khởi động cấp II của bảo vệ thanh góp A được chọn phụ thuộc vào sự phân bố dòng điện tại thanh góp B .
Trường hợp tại thanh góp có rẻ nhánh, dòng điện khởi động cấp II của bảo vệ 1 xác định theo công thức : IIIKĐ=Kat*Kpd*INT
Trong đó : Kpd :hệ số phân dòng.
INT:dòng ngắn mạch khi ngắn mạch sau MBA tại nhánh rẻ thanh góp B. thông thường thời gian đặt cấp II bảo vệ được chọn trong khoảng ( 0.3÷0.5 ) sec.
• Bảo vệ quá dòng có hướng cấp III
Thực chất ở vùng này bảo vệ làm việc như một bảo vệ quá dòng cực đại có hướng dự trử cho cấp I và cấp II
Với mạng điện để chọn thời gian làm việc của bảo vệ cấp III, theo hướng tác động chúng ta chia ra làm 2 nhóm :
Nhóm 1 : gồm các bảo vệ có hướng tác động từ trái sang phải : 1,3,5 Nhóm 2 : gồm các bảo vệ có hướng tác động từ phải sang trái 2,4,6
Thời gian làm việc của mổi nhóm được chọn theo nguyên tắc bậc thang giống như 1 bảo vệ quá dòng thông thường, với ∆t: bậc chọn lọc về thời gian, với role số ∆t
=(0.2-0.3) sec
SVTH : LÊ SỸ TAM
MSSV : 910646D Trang 114
Đối với role số thường tích hợp cả hai chức năng của quá dòng có thời gian độc lập và phụ thuộc nên tùy vào từng trường hợp và từng chế độ vận hành mà chúng ta sử dụng một trong hai hoặc kết hợp cả hai đặc tuyến trên cho trường hợp 1
Bảo vệ quá dòng có thời gian (51) Bảo vệ quá dòng có thể làm việc theo đặc tính thời gian độc lập ( đường 1) hoặc phụ thuộc ( đường 2) hoặc hổn hợp ( đường 3,4). Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập không phụ thuộc vào trị số ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch, còn đối với bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc thì thời gian tác động tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ, dòng ngắn mạch càng lớn thì thời gian tác động càng bé
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh ( 50 )
Để bảo vệ các đường dây trong trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh ( 50 ), bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn. tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm được hoàn toàn đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm lớn nhất của loại bảo vệ này.