Chương III: Bảo vệ máy phát động điện BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN

Chương III: Bảo vệ máy phát động điện BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN III.1 BẢO VỆ CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN • Các cố bên ngồi MPĐ Tầm quan trọng MPĐ • – Thiết bị điện quan trọng đắt tiền – Đóng vai trị quan trọng việc đảm bảo cung cấp n/lượng cho phụ tải – Đóng vai trị quan trọng việc giữ ổn định htđ • Cần phải đặt bảo vệ: – Tất cố cho MPĐ – Các tượng khơng bình thường • Các cố bên MPĐ: – Stator • Cuộn dây bị chạm đất (chạm vỏ) • Ngắn mạch cuộn dây (giữa pha) • Các vịng dây chạm – Sự cố rotor (cuộn kích từ) • Chạm đất điểm • Chạm đất điểm – – – – – – – – Ngắn mạch pha Tải ko đối xứng Mất kích thích Mất đồng Quá tải cuộn stator rotor Quá điện áp Tần số thấp MPĐ làm việc chế độ động • Tùy theo sơ đồ nối MPĐ nhà máy mà có phương thức bảo vệ tương ứng – MPĐ-MBA nối – MPĐ phát trực tiếp lên góp – MPĐ có phụ tải địa phương… III.1.1 Chống chạm đất cuộn dây stator (1) • Chạm đất cuộn stator – Là cố thường gặp – Trung tính MPĐ cách điện, nối đất trực tiếp nối qua cuộn petersen dịng chạm đất lớn – Có thể cắt MPĐ báo tín hiệu  I(1)đF I(1)đH UP • Với MPĐ nối bộ, dòng điện chạm đất TT cday ko nối đất I (1) đ  – Trong U P rqđ  XC0 2 • α: % từ trung tính đến điểm chạm đất • UP: điện áp pha MPĐ • rqđ: Điện trở độ • XC0: dung kháng pha đẳng trị tất phần tử – Nếu bỏ qua rqđ ta có C0F I(1) đ C0H • I(1)đ = α ω C0∑Up – Khi xảy chạm đất đầu cực MPĐ (α=1), dịng lớn • I(1)đ = ω C0∑Up Chạm đất cuộn dây Stato máy phát điện III.1.1 Chống chạm đất cuộn dây stator (2) • Nếu dịng chạm đất lớn phải đặt cuộn Petersen khi: – I(1)đmax ≥ 30 A Uđm= kV – I(1)đmax ≥20 A Uđm= 10 kV • Kinh nghiệm, I(1)đ ≥5A, có khả trì tia lửa điện chỗ chạm đất, làm hỏng cuộn dây lõi thép Do cần phải cắt MPĐ • Thực tế, có phụ tải địa phương, có cáp, có cuộn Petersen I(1)đ ≥5A=> cắt MPĐ • Đối với MPĐ-nối bv cần báo tín hiệu I(1)đ thường bé • MFĐ nối với TGMF, cs bé BV làm việc theo biên độ hướng dđ chạm đất • Vì I(1)đ phụ thuộc vào α, nên chạm đất gần trung tính (α->0) bv khơng đủ độ nhạy • Thường BV làm việc α>30% (nghĩa bảo vệ đc 70%) • Phương pháp bảo vệ so lệch dịng điện có hướng bảo vệ đc 90% cuộn stator III.1.2 Chống ngắn mạch pha (1) • Việc t/t d/đ cố bên cuộn stator sảy chạm chập phức tạp • Ví dụ MPĐ tuabin • Dịng điện cố phụ thuộc vào vị trí điểm NM α (%) E I 3  A (a) Rqđ B Rqđ C  Z  E – Trong đó: Eα: sđđ cảm ứng phần cuộn dây bị chập: Eα= α Ep + Zα= Rα+j Xα: tổng trở phần bị chập + Xα điện kháng phần bị chập + α = α2XF với XF điện kháng cuộn dây MPĐ + R = RP + Rqđ EP E (b)  I (3) R=0 (c) R0 I”=EP/Xd  III.1.2 Chống ngắn mạch pha (2) • Dịng điện I 3   EP ( Rqd   RP )   X P2 • Bảo vệ so lệch có hãm – Nguyên tắc: (chương II) – Hai BI1,2, nối với dây dẫn phụ – Dòng điện vào RL, gồm Ih ,Ilv • Nếu bó qua đt tác dụng I 3  EP  X P • Nhận xét: – D/đ chạm chập pha chí lớn d/đ ngắn mạch Xα giảm nhanh Eα – Nếu xét đên Rqđ dịng điện cố gần chỗ trung tính cuộn stator có giá trị bé – Ở dạng NM khơng đối xứng, tính chất phụ thuộc d/điện cố vào vị trí điểm NM α tương tự NM 3pha – MPĐ cực lồi, tính tốn phức tạp nhiêu A BI1 B C IS2 IT1 BILV Vùng bảo vệ BI2 BIH IH ILV IS1 IT2 ΔI Đi cắt III.1.2 Chống ngắn mạch pha (2) • BV khoảng cách • MFĐ công suất lớn, dùng BVKC làm bv dự phịng cho BVSL • MFĐ thường lv theo sơ đồ MFĐ+MBA • Vùng 1: BV tồn ĐK MFĐ khoảng 70% ĐK MBA Z1kđ=ZF+0,7ZB; tI=0,4-0,5s • Vùng 2: Phần lại MBA, dẫn, đường dây truyền tải nối với TGF liền kề • Đặc tính khởi động: vịng trịn có tâm gốc toạ độ, hình bình hành với độ nghiêng cạnh bên độ nghiêng véctơ điện áp • Thực tế bổ sung vào phận khởi động rơ le điện áp cực tiểu, đảm bảo khởi động bv cách chắn trường hợp MFĐ kích thích nguồn chỉnh lưu lấy điện từ đầu cực MFĐ X MC Δt tII MBA XB 0,7XB BU tI Z< MFĐ XF BI t jX U F Zkđ jXkđ 600 Rkđ R III.1.2 Chống ngắn mạch pha (3) BV dịng điện - MFĐ cơng suất bé trung bình dùng BVQDĐ có khố điện áp thấp - BF làm nvụ dự phòng để chống dạng ngắn mạch ngồi MBA tăng áp, góp đường dây truyền tải liền kề BV phần tử ko tác động - BV có cấp: + Cấp 1: với tgian bé tác động cắt MC đầu cực MFĐ (nếu TG điện áp MF) MC MFĐMBA) Cấp đc phối hợp với BVDP đường dây MBA + Cấp 2: tgian lớn hơn, dừng MFĐ sau cắt MC mà dòng cố tồn U< cho phép phân biệt tải NM vs cho phép BV làm việc chắn MFĐ kích thích từ nguồn điện lấy từ đầu cực MFĐ MC MBA U< tI Cắt MC BU tI & MFĐ BI I> tII tII Dừng MFĐ III.1.3 BV chống chạm chập vòng dây cuộn stator • Các vịng dây chập ngun nhân hư hỏng cách điện Có xẩy chạm chập vòng dây nhánh (cdây đơn) chạm chập vòng day thuộc nhánh (cdây kép) • MFD lớn, cdây kép dùng nguyên lý SL ngang BV thực riêng cho pha Ví dụ sơ đồ cho pha C • Chế độ bình thường, dịng lv hãm bằng: IH = I T1 + I T2 = 2I T ILV = I T1 - I T2 =  BV ko tác động 10 • Khi xẩy chạm chập vòng nhánh khác nhau, giả thiết MFĐ chưa mang tải, IS1=-IS2 IH = I T1 - I T2 = ILV = I T1 + I T2 = 2I T  BV tác động BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN III.2.1: Các dạng cố chế độ làm việc KBTtrong ĐCĐ - Động điện phụ tải quan trọng công nghiệp sinh hoạt, dân dụng Cơng suất đặc tính làm việc động khác nhau, dó chúng cần bảo vệ theo phạm vi ứng dụng - Các cố bên trong: ngắn mạch cuộn dây, chạm chập vòng dây cuộn dây bị chạm đất - Sự cố bên ngoài: dạng ngắn mạch lưới điện sụt điện áp nguồn cung cấp, chế độ vận hành không đối xứng, đứt dây hở mạch pha,… - Chế độ vận hành ko bình thường: tải khởi động q trình làm việc, phụ tải khơng đối xứng hệ thống điện áp nguồn bị cân bằng, ngắn mạch pha ngắn mạch chạm đất đường dây cấp điện cho động cơ, chế độ đông động đồng bộ,… III.2.1: Các dạng cố chế độ làm việc ko bình thường ĐCĐ - Các dạng bảo vệ đặt cho ĐCĐ III.2.2: Bảo vệ chống NM pha cho ĐCĐKĐB - - ĐCĐ công suất không lớn lắm, U< 500V, thường dùng cầu chì để chống ngắn mạch pha ngăn ngừa dòng điện tăng đến trị số nguy hiểm Bảo vệ chống ngắn mạch pha động điện làm việc mạng có dịng điện chạm đất bé thường bảo vệ dòng điện cực đại Sơ đồ nguyên lý bảo vệ dòng điện cực đại chống ngắn mạch pha động điện không đồng bộ: a) RL dòng điện tác động trực tiếp; b c) RL dòng điện tác động gián tiếp nguồn XC chiều III.2.2: Bảo vệ chống NM pha cho ĐCĐKĐB Dòng điện khởi động bảo vệ chọn theo biểu thức: Ikđ = katImmmax Immmax: trị số hiệu dụng cực đại thành phần chu kỳ dòng điện mở máy tương ứng với U = Uđm , độ trượt s = Kat: hệ số an toàn chọn I mm max IkdR = k at k sd ni - ĐCĐ có P= 2000kW lớn có sáu đầu dây ra, bảo vệ dịng điện cực đại khơng đủ độ nhạy dùng bảo vệ dịng điện so lệch - P> 5000kW lớn thiết phải dùng bảo vệ dòng điện so lệch Dòng điện khởi động bảo vệ dòng điện so lệch chọn Ikđ = (1,5  )Iđm III.2.2: Bảo vệ chống NM pha cho ĐCĐKĐB - Nếu không đủ độ nhạy phải dùng bảo vệ so lệch dòng điện có hãm sử dụng bảo vệ so lệch dịng điện có hãm độ nhạy bảo vệ cao nhiều - Dòng điện khởi động bảo vệ chọn: Ikđ  0,5 Iđm III.2.3: Bảo vệ chống tải cho ĐCĐ ĐCĐ U≥ 1000V a Quá làm việc tải bình thường - Để bảo vệ động điện chống dòng điện tăng cao tải thường dùng rơ le có đặc tính thời gian phụ thuộc - Dịng điện khởi động bảo vệ chọn theo dòng điện định mức Iđm có xét đến hệ số trở kv rơ le dòng điện: k at Ikd = IdmDC kv III.2.3: Bảo vệ chống tải cho ĐCĐ - Nếu dùng rơ le dòng điện thường chọn thời gian t = 15  20 giây để đảm bảo thời gian tải nhiệt cho phép động điện để động mở máy tự mở máy bảo vệ không tác động - Ưu điểm: việc lựa chọn điều chỉnh đặc tính làm việc dễ dàng nên thường dùng kết hợp với bảo vệ chống ngắn mạch pha để bảo vệ cho động điện cao áp có máy cắt điện - Khuyết điểm: không tận dụng hết khả tải động điện theo thời gian (đôi 20  30 giây) thời gian làm việc rơ le thời gian thường không lớn lắm, tính đến tình trạng mang tải động điện trước lúc tải b Quá mở máy - Nhiệm vụ bảo vệ cắt động khỏi mạng động bị kẹt không khởi động - Nếu dùng rơ le dòng số có đặc tính thời gian độc lập: + Ikd ≥ Immtb + Tgian: lớn tgian mở máy bt ĐC III.2.3: Bảo vệ chống tải cho ĐCĐ ĐCĐ U < 500V - Bảo vệ rơ le nhiệt Rơ le nhiệt có phận chủ yếu phần tử lưỡng kim gồm hai kim loại a b có hệ số dãn nở dài  khác nhiều, gắn chặt với theo bề mặt tiếp xúc - Về nguyên tắc chọn đặc tính rơ le nhiệt gần tương ứng với đặc tính nhiệt động điện Nhưng thực tế đặc tính khởi động rơ le nhiệt đặc tính nhiệt động điện khác nhiều, vận hành rơ le phức tạp nên rơ le nhiệt dùng rộng rãi động điện điện áp 220  500 V, điều khiển khởi động từ Để bảo đảm tác động rơ le đứt mạch pha cần phả dùng hai rơ le nhiệt nối vào dòng điện pha III.2.3: Bảo vệ chống tải cho ĐCĐ Cấu tạo rơ le nhiệt III.2.4: Bảo vệ áp cho ĐCĐ Bảo vệ điện áp động điện có nhiệm vụ sau: Bảo đảm điều kiện tự mở máy động điện quan trọng Việc cắt động khỏi lưới trường hợp : - Vì điều kiện cơng nghệ quy phạm an tồn không cho phép tự khởi động trở lại nguồn cung cấp phục hồi trở lại sau cố - Cắt số động không quan trọng để đảm bảo điều kiện tự khởi động cho động không đồng quan trọng điện áp nguồn phục hồi Để bảo vệ chống điện áp giảm thấp người ta dùng rơ le điện áp cực tiểu làm việc qua rơ le thời gian: Ukđ = 0,6Udđ Thời gian tác động : t=0,5-0,7(s) A B C BU a CCh b c CCh U< Cắt & t U< Bảo đảm điều kiện an toàn trình sản xuất - Phải cắt số động điện mà tính chất q trình cơng nghệ điều kiện an tồn khơng phép tự mở máy sau thời gian sụt áp ngắn hạn Thời gian lv: t = (6  10) giây III.2.4: Bảo vệ áp cho ĐCĐ - Bảo vệ gồm cấp: + Cấp thứ (0,5 giây) cắt số động không quan trọng để giảm nhẹ điều kiện tự mở máy + Cấp thứ hai (khoảng 10 giây) cắt động điều kiện sản xuất dừng sụt áp - Ngăn chặn bảo vệ khỏi tác động nhầm cắt biến điện áp, đưa nguồn thao tác qua tiếp điểm phụ dao cách ly tiếp điểm liên động tủ phân phối Khi áp tô mát tác động, tiếp điểm phụ cắt nguồn thao tác khỏi sơ đồ bảo vệ Trong trường hợp cần thiết bảo vệ điện áp cực tiểu thực theo sơ đồ ba rơ le làm việc với dòng điện thao tác chiều xoay chiều III.2.5: Bảo vệ chống đối xứng - Đối với động điện nguyên nhân gây không đối xứng pha do: + Điện áp nguồn đặt vào động không đối xứng + Đứt pha từ nguồn cung cấp cho động + Đứt dây cuộn dây stato - Động làm việc chế độ khơng đối xứng xuất thành phần dịng điện thứ tự nghịch có trị số lớn, điện kháng thứ tự nghịch động nhỏ điện kháng thứ tự thuận từ đến lần - Dòng điện thứ tự nghịch tạo nên từ thông thứ tự nghịch quay ngược chiều rô to với tốc độ tương đối 2 gây nên dòng điện cảm ứng lớn đốt nóng rơ to làm tăng nhiệt độ cuộn dây stato A B C & RIA> RIC> ĐC LI2 RI2> t Cắt III.2.5: Bảo vệ chống đối xứng - Để ngăn chặn bảo vệ tác động nhầm mở máy động (có thể ảnh hưởng thành phần chiều dòng điện mở máy), dùng hai rơ le dòng RIA, RIC để kiểm tra dòng điện pha A pha C Khi dòng điện qua vượt Imm (khi động mở máy), rơ le đóng tiếp điểm thơng qua cổng “VÀ” để khố bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch - Dòng điện khởi động bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch RI2 chỉnh định Ikđ(RI2) = (10 ÷ 20)%IdđĐC - Thời gian làm việc bảo vệ khoảng vài giây - Dòng điện khởi động rơ le kiểm tra dòng pha RIA, RIC: Ikđ(RIA , RIC) = 5.IdđĐC III.2.6: Phương thức bảo vệ cho ĐCĐ - Phương thức bảo vệ cho động không đồng ba công suất trung bình (a) - Động cơng suất lớn (vài MW) (b) - ĐcĐ lớn phương thức bv giống MFĐ a) b) ... III. 1.3 BV chống chạm chập v? ?ng dây cuộn stator • C? ?c v? ??ng dây chập ngun nhân hư hỏng c? ?ch điện C? ? xẩy chạm chập v? ?ng dây nhánh (cdây đơn) chạm chập v? ?ng day thu? ?c nhánh (cdây kép) • MFD lớn, cdây... mạch chạm đất đường dây c? ??p điện cho động c? ?, chế độ đông động đồng bộ,… III. 2.1: C? ?c dạng c? ?? chế độ làm vi? ?c ko bình thường ? ?C? ? - C? ?c dạng bảo v? ?? đặt cho ? ?C? ? III. 2.2: Bảo v? ?? chống NM pha cho... định HTDC t? ?c độ quay tuabin c? ? qn tính lớn, khả v? ?ợt t? ?c rôto MF cao nhiều so v? ??i MF tuabin C? ?c MFDNĐ c? ? điều t? ?c làm vi? ?c v? ??i t? ?c độ cao, c? ? qn tính bé hơn, nên c? ? khả khống chế m? ?c v? ?ợt t? ?c thấp