T NG QUAN V H TH NG
H th ng rơ le b o v được thi t k với các yêu cầu b o v an toàn đi n cho nhà máy
Trong trường hợp xảy ra đầu kiện vận hành bất thường, hệ thống rơ le bảo vệ phải nhanh chóng cô lập tất cả các sự cố có thể là nguyên nhân phá hỏng thiết bị Hệ thống cũng bảo đảm các chức năng để cảnh báo đầu kiện vận hành bất thường, vượt quá định mức nhưng nằm trong giới hạn cho phép.
H th ng rơ le b o v ph được thi t k đ m b o t eo á t êu í s u đ duy trì nhà máy đ n v n hành an toàn, tin c y và hi u qu :
TIÊU CHÍ THI T K
Nguyên t ắ c thi t k
Thi t k h th ng rơ le b o v cho nhà máy nhi t đ n cần đ m b o các y u t sau:
Tính kh thi: có th ch n được các thi t b rơ le b o v phù hợp vớ sơ đ n đ n c a nhà máy, ũng n ư ó k năng d dàng cho lắp đặt, thử nghi m, v n hành và b o trì
Tính an toàn: an toàn trong quá trình thi công và v n hành, sửa ch a nhà máy, các thi t b cần đ m b o các tiêu chuẩn an toàn v á đ n, n đất, thi t b b o v ,…
Rơ le bảo vệ đóng vai trò quan trọng trong việc cắt ngắn mạch với thời gian nhanh nhất, nhằm bảo vệ phần không bị hư hỏng và duy trì hoạt động bình thường Điều này đảm bảo khả năng khôi phục công việc, tự khởi động của các động cơ điện và giảm thiểu phạm vi cũng như mức độ hư hỏng của các phần tử bảo vệ.
Tính ch n l c: Rơ le b o v đ m b o chỉ lo i b phần tử b s c ra kh i h th ng
Độ tin c y: Rơ le b o v đ m b o chắc chắn s tác động khi có s c trong vùng được b o v và k ông tá động khi s c nằm ngoài vùng b o v
Để đảm bảo tính bảo đảm, khi rơ le tác động, các máy cắt liên quan phải được cắt Để đáp ứng yêu cầu này, các máy cắt cần thiết kế với hai cuộn cắt và hai mạch ngắt riêng biệt cho từng cuộn Hệ thống và thiết bị quan trọng nên có ít nhất hai hệ thống rơ le bảo vệ riêng và nối riêng đến hai mạch ngắt này Tất cả các đấu nối cho hệ thống rơ le bảo vệ cần thực hiện theo phương pháp nối dây trực tiếp (hardwire).
Rơ le bảo vệ được thiết kế với độ nhạy cần thiết để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện Nó đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ khỏi các tác động khi rơ le chính không hoạt động Việc lựa chọn độ nhạy phù hợp phải được thực hiện cẩn thận để tránh các tác động sai do độ nhạy quá cao.
Tính kinh tế của hệ thống rô le bảo vệ trong nhà máy nhiệt điện có giá trị lớn và thời gian sử dụng lâu dài Do đó, cần tính toán kỹ lưỡng các yếu tố kinh tế, vốn đầu tư ban đầu và chi phí hàng năm Việc sử dụng các thiết bị hiện đại giúp bảo đảm hoạt động hiệu quả, giảm thiểu tổn thất và tăng cường thời gian vận hành hàng năm.
Tiêu chu ẩ n áp d ụ ng
Việc thiết kế hệ thống bảo vệ cho nhà máy nhiệt điện đóng vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng Để đảm bảo tính hiện đại, chính xác và hiệu quả, các thiết kế cần tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định đã được ban hành tại Việt Nam và quốc tế Đồng thời, hệ thống phải có khả năng sử dụng lâu dài, ít xảy ra sự cố và áp dụng các phương pháp kỹ thuật đã được chứng minh.
2.2.1 Quy đị nh và quy ph ạ m
Quy ph m trang b đ n 11 TCN–2006 do Bộ Công Nghi p (nay là Bộ Công
T ương) ban hành năm 2006 kèm theo Quy t đ nh s 19/2006/QĐ-BCN;
Quy chuẩn k thu t qu c gia v k thu t đ n, T p 5 Ki m đnh trang thi t b h th ng đ n – QCVN QTĐ-5:2009/BCT do Bộ Công T ương b n àn năm 2009 kèm t eo T ông tư s 40/2009/TT-BCT;
Quy chuẩn k thu t qu c gia v k thu t đ n, T p 6 V n hành, sửa ch a trang thi t b h th ng đ n – QCVN QTĐ-6:2009/BCT do Bộ Công T ương b n àn năm 2009 kèm t eo T ông tư s 40/2009/TT-BCT;
Quy chuẩn k thu t qu c gia v k thu t đ n, T p 7 Thi công các công trình đi n – QCVN QTĐ-7:2009/BCT do Bộ Công T ương b n àn năm 2009 kèm t eo T ông tư s 40/2009/TT-BCT;
Quy chuẩn k thu t qu c gia v k thu t đ n, T p 8 Quy chuẩn k thu t đ n h áp – QCVN QTĐ-8:2010/BCT do Bộ Công T ương b n àn năm 2010 kèm theo
Quy chuẩn k thu t qu c gia v n toàn đ n QCVN 01:2008/BCT do Bộ Công
T ương b n àn năm 2008 kèm theo Quy t đnh s 12/2008/QĐ-BCT
Ngh đnh chính ph v n toàn đ n 169/2003/NĐ-CP
2.2.2 Tiêu chu ẩn trong nướ c
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
TCVN - 7883-8 Rơ leđ n Phần 8: Rơ leđ n nhi t
TCVN - 3674 Tr m p át đ n ó động ơ đ t trong
TCVN - 8096 T đ n đóng ắt và đ u khi n cao áp
TCVN - 7994 T đ n đóng ắt và đ u khi n h áp
TCVN - 5173 Máy cắt đ n t động dòng đ n đ n 6300 A, đ n áp đ n 1000
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
V Yêu cầu k thu t chung TCVN - 6592-1 Thi t b đóng ắt và đ u khi n h áp Phần 1: Qui tắc chung
Thi t b đóng ắt và đ u khi n h áp Phần 4: Công tắ tơ và bộ khở động động ơ – mục 1: Công tắ tơ và bộ khở động ki u đ n – ơ
TCVN - 6615-1 Thi t b đóng ắt dùng cho thi t b Phần 1: Yêu cầu chung
TCVN - 6306-1 Máy bi n áp đ n l c Phần 1: Quy đ nh chung
TCVN 6306-2:2006 Máy bi n áp đ n l c - Phần 2: Độtăng n t
TCVN 5926-1:2007 Cầu ch y h áp - Phần 1: Yêu cầu chung
TCVN - 6306-5 Máy bi n áp đ n l c - Phần 5: Kh năng u ngắn m ch
TCVN 6627-11 Máy đ n quay - Phần 11: B o v nhi t
TCVN - 5427 Máy bi n áp đ n l c Thi t b chuy n đ đầu phân nhánh cuộn dây dưới t i Yêu cầu k thu t TCVN - 7697-1 Máy bi n đ i đo lường Phần 1: Máy bi n dòng
TCVN - 7697-2 Máy bi n đ đo lường Phần 2: Máy bi n đ n áp ki u c m ng
TCXDVN – 394 Thi t k lắp đặt trang thi t b đ n trong các công trình xây d ng
- Phần n toàn đ n TCVN 6627-11 Máy đ n quay - Phần 11: B o v nhi t
TCVN 4115:1985 Thi t b ngắt đ n b o v người dùng ở các máy và dụng cụđ n d động ó đ n áp đ n 1000 V
H th ng lắp đặt đ n h áp - Phần 4-43: B o v an toàn - b o v ch ng quá dòng
H th ng lắp đặt đ n h áp - Phần 4-41: B o v an toàn - B o v ch ng đ n gi t
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
Electrical Relays IEC 60068 Ki m nghi m mô trường
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
Cầu chì cao áp - Cầu chì h n dòng High Voltage Fuses - Current Limiting Fuses
Cầu chì cao áp - Cầu chì phụt và các d ng tương t High Voltage Fuses - Expulsion and Similar Fuses
High voltage fuses play a crucial role in electrical systems by determining the short circuit power factor for testing current limiting and expulsion fuses These fuses are essential for protecting electrical equipment from overloads and short circuits, ensuring safe and reliable operation Understanding the characteristics and testing methods of various types of fuses is vital for effective power management and system reliability.
Cầu chì h áp - Yêu cầu chung Low Voltage Fuses - General Requirements
The IEC 60787 standard provides a comprehensive application guide for selecting fuse links specifically designed for high voltage fuses used in transformer circuit applications This guide emphasizes the importance of proper fuse selection to ensure safety and reliability in electrical systems It outlines key considerations, including voltage ratings, current carrying capacity, and the operational environment, to optimize the performance of fuse links in high voltage applications Adhering to these guidelines can significantly enhance the protection of transformers and associated equipment from electrical faults.
IEC 60291 Các đ n ng ĩ v cầu chì
IEC 60044-6 Bi n đ n áp - Các yêu cầu k thu t c a bi n dòng b o v cho ch độ v n hành nhất thời Instrument Transformers - Requirements for Protective Current Transformers for Transient Performance
IEC 60947 Các bộ chuy n m và đ u khi n h áp
Low Voltage Switchgear and Control Gear
IEC 60898 Các khí cụ đ n - Máy cắt b o v quá dòng dân dụng và các lắp đặt tương t Electrical Accessories - Circuit Breakers for Over-current Protection for Household and Similar Installations
IEC 60687 Công tơ đ n cho công suất th c dòng xoay chi u (cấp 0.2s và
0.5s) Alternating Current Static Watt-hour Meters for Active Energy
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
IEEE C37.010 ng dụng máy cắt cao áp xoay chi u trong h dòng đ i x ng Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis
Tiêu chuẩn máy cắt h áp dùng trong t đ n Standard for Low-Voltage AC Power Circuit Breakers Used in Enclosures
Tiêu chuẩn cho h th ng rơ le tương tá với các khí cụđ n khác Standard for Relays and Relay Systems Associated with Electric Power Apparatus
IEEE C37.91 Hướng d n thi t k b o v máy bi n áp l c
Guide for Protecting Power Transformers
Hướng d n b o v rơ le o á đầu phụ t i tiêu thụ Guide for Protective Relaying of Utility-Consumer Interconnections
IEEE C37.96 Hướng d n b o v động ơ đ n xoay chi u
Guide for AC Motor Protection
IEEE C37.97 Hướng d n thi t k b o v rơ le o thanh cái
Guide for Protective Relay Applications to Power System Buses
IEEE C37.99 Hướng d n b o v t tụ bù song song
Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks
IEEE C37.100 Cá đ n ng ĩ uẩn cho t đóng ắt
Standard Definitions for Power Switchgear
IEEE C37.101 Hướng d n b o v n đất máy phát
Guide for Generator Ground Protection
IEEE C37.102 Hướng d n b o v máy phát xoay chi u
Guide for AC Generator Protection
IEEE C37.103 Hướng d n thí nghi m m rơ le so l ch và ki m tra c c tính
Guide for Differential and Polarizing Relay Circuit Testing IEEE C37.106 Hướng d n b o v chênh l ch tần s các nhà máy đ n công nghi p
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants
IEEE C37.108 Hướng d n b o v máy bi n áp tr m
Guide for the Protection of Network Transformers
IEEE C37.109 Hướng d n b o v cuộn c m mắc song song
Guide for the Protection of Shunt Reactors
Hướng d n áp dụng bi n dòng trong b o v rơ le Guide for the Application of Current transformer Used for Protective Relaying Purposes
P ương trìn đặc tính thờ g n o rơ le quá dòng Standard Inverse-Time Characteristic Equations for Overcurrent Relays
IEEE C37.113 Hướng d n thi t k b o v rơ le o đường dây truy n t i
Guide for Protective Relay Applications to Transmission Lines
Hướng d n thi t k b o v rơ le cho tụ bù mắc n i ti p trên đường dây truy n t i
Guide for Protective Relay Application to Transmission-Line Series Capacitor Banks
IEEE C37.119 Hướng d n b o v ư i máy cắt cho các máy cắt l c
Guide for Breaker Failure Protection of Power Circuit Breakers
Tiêu chuẩn cho Máy phát c c l i tần s 50 và 60Hz và máy p át/động ơ o tu b n t y l c công suất đnh m c từ 5MVA trở lên
Standard for Sallient-Pole 50 and 60HZ Synchronous Generator and Generator/Motor for Hydraulic Turbine Apllication Rated 5MVA and Above
The standard for cylindrical-rotor synchronous generators operates at frequencies of 50 and 60Hz, specifically designed for units rated at 10MVA and above.
IEEE C57.13 Tiêu chuẩn k thu t cho khí cụđo lường và máy bi n áp
Standard Requirements for Instrument and Transformers
IEEE Std 67 Hướng d n v n hành và b o trì tu b n p át đ n
Guide for Operation and Maintenance of Turbine Gennerator IEEE Std 80 Hướng d n an toàn n đất tr m đ n xoay chi u
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
Guide for Safety in AC Substation Grounding
Hướng d n đo lường đ n trở, đ n kháng và kh năng m ng đ n áp c lưới n đất Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System
Cá p ương p áp t c dụng trong phân ph đ n công nghi p Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants
Cá p ương p áp t c dụng cho h n đất công nghi p và t ương m i c a h th ng đ n Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems
IEEE Std 665 Hướng d n n đất tr m p át đ n
Guide for Generating Station Grounding
Cá p ương p áp t c nghi m trong cấp đ n và n đất thi t b đ n tử Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
The American National Standard outlines essential guidelines for high voltage switches, bus supports, and their accessories, focusing on preferred ratings, construction specifications, and optimal performance requirements.
Tiêu chuẩn qu c gia M cho các bộ chuy n m ch - Máy cắt cao áp xoay chi u đnh m c d a trên h dòng đ n đ i x ng - Các ông năng t ưu và ông suất tương qu n
American National Standard for Switchgear –AC High Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis –
Preferred Ratings and Related Capacibility ANSI C37.16 Tiêu chuẩn qu c gia M cho bộ chuy n m ch - Máy cắt h áp xoay chi u - Cá ông năng t ưu và ông suất tương qu n
Mã tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
American National Standard for Switchgear –AC Low Voltage Circuit Breakers Rated and AC Power Circuit Protectors- Preferred ratings, Related Requirements and Application Recommendations
ANSI C50.10 Các yêu cầu k thu t o máy đ n đ ng bộ
General requirement for Sychronous Machines
3 PHÂN TÍCH L A CHỌN GI I PHÁP KỸ THUẬT
3.1 Tính năng và ứng d ng của các lo i r le
Các thành phần quan trọng trong máy điện bao gồm máy phát, máy biến áp, hệ thống điện dùng, và các động cơ Do đó, việc giám sát và điều khiển tình trạng vận hành an toàn của các phần tử này là rất cần thiết Một trong những thành phần chính của hệ thống điều khiển và giám sát là rơ le bảo vệ, được thiết kế dựa trên đặc tính vận hành và sức cản của thiết bị được bảo vệ Rơ le bảo vệ kết hợp chức năng của từng thiết bị, giúp theo dõi tình trạng vận hành, phát hiện kịp thời và nhanh chóng giải trừ sự cố, hạn chế thiệt hại đến mức thấp nhất.
H th ng rơ le b o v ín trong n à máy đ n bao g m:
H th ng rơ le b o v máy phát
H th ng rơ le b o v máy bi n áp
H th ng rơ le b o v h th ng đ n t dùng
H th ng rơ le b o v động ơ.
Máy p át đ n là phần tử quan tr ng đ i vớ n à máy ũng n ư th ng đ n, độ làm vi c tin c y c a máy phát n ưởng tr c ti p đ n độ tin c y c a nhà máy và h th ng đ n
Máy phát điện được trang bị nhiều loại bảo vệ, giúp chống lại tất cả các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường Nó có thể xảy ra bên trong các cuộn dây cũng như bên ngoài máy phát.
+ Ngắn m ch một pha hoặc nhi u pha trong cuộn stator
+ Ch m ch p gi a các vòng dây trong cùng một pha
+ Ch m đất một pha trong cuộn stator
+ Ch m đất m ch kích từ
Các tình tr ng làm vi c bất t ường:
+ Dòng đ n tăng o do ngắn m ch ngoài hoặc quá t i
Để bảo vệ máy phát điện khỏi áp đầu c máy p át tăng o do mất t đột ngột hoặc ngắn m ch ngoài, cần sử dụng các loại rơ le bảo vệ hiệu quả Việc thiết kế t ường nên bao gồm các rơ le bảo vệ phù hợp nhằm đảm bảo an toàn cho máy phát trong mọi tình huống.
B o v ch ng ch m đất cuộn dây stator
B o v ch ng ch m đất rotor
B o v ch ng ch m đất m ch kích từ
B o v ch ng ngắn m ch ngoài
H th ng rơ le b o v cho máy phát s được trang b bao g m 2 h th ng b o v chính
(main 1 và main 2) đ đ m b o các yêu cầu v độ tin c y, hi u qu làm vi c…
Bơ vơ sol được trang bị máy phát điện với cuộn stator, cho phép phát hiện các dạng sự cố ngắn mạch như ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha không chạm đất, ngắn mạch 2 pha chạm đất và ngắn mạch 1 pha, tùy thuộc vào phương án nối đất của máy phát.
Khi máy phát trung tính được nối đất qua tần trở cao, bão vệ so lệch có thể không phát hiện được sự chênh lệch điện áp của cuộn stator do giá trị dòng điện thấp Trong trường hợp này, bão vệ so lệch chỉ có thể hoạt động với hiệu suất khoảng 80%.
Bộ bảo vệ solenoid sử dụng để phát hiện sự ngắn mạch pha cuộn stator gồm 3 loại: bộ bảo vệ solenoid phần trăm (bộ bảo vệ solenoid có hãm), bộ bảo vệ solenoid tăng trở cao và bộ bảo vệ solenoid tĩnh cân bằng.
2 B o vệ so lệch có hãm (B o vệ so lệch phần trăm với đặc tính dốc thay đổi được) Đây là lo i rơ le b o v được sử dụng ph bi n đ b o v máy phát B o v so l ch có hãm là một trong á á đ tăng ường độ nh y cho b o v , khắc phục tình tr ng tá động nhầm do dòng không cân bằng phát sinh do cấu t o và sai s c a bi n dòng đ n
Dòng khở động s t y đ i theo dòng hãm:
Hình 5.1 Đặc tính hãm c a b o v so l ch
Hình 5.2 Sơ đ b o v so l ch có hãm
3 B o vệ so lệch tổng trở cao
B o v so l ch t ng trở cao s phân bi t s c bên trong và bên ngoài máy phát thông qua giá tr đ n áp đặt lên rơ le b o v
Hình 5.3 Sơ đ b o v so l ch t ng trở cao cho máy phát
4 B o vệ sự cố giữa các vòng dây
Bộ phát sóng không thể phát hiện được sức căng mặt phẳng của các vòng dây trong cùng một phòng Để phát hiện các sức căng này, máy phát sóng cần được trang bị bộ bảo vệ sóng ngang khi một phòng được phân thành hai hoặc nhiều cuộn dây.
Hình 5.4 minh họa sơ đồ bối số lẫn ngang cho máy phát Trong trường hợp cuộn dây stato không được phân phối, phương pháp điện áp trung tính được sử dụng để xác định sức căng giữa các vòng dây (bộ 59N).
B o v 59N s k ông tá động đ i với s c ch m đất và chỉ tá động khi có s c gi a các vòng dây c a cuộn stator
5 B o vệ dự phòng cho sự cố pha
Bảo vệ phòng s được thiết kế tùy thuộc vào công suất và phương án đấu nối máy phát vào hệ thống Trong nhà máy nhiệt điện, máy phát thường được kết nối với hệ thống theo cấu hình khối máy phát – máy biến áp Bảo vệ phòng s có thể đạt được bằng cách mở rộng vùng bảo vệ sơ bộ, đảm bảo rằng máy biến áp luôn được bảo vệ trong mọi tình huống.
Hình 5.6 Sơ đ b o v d phòng s c pha c a máy phát Đ i với máy phát công suất lớn, rơ le b o v kho ng cách (21) s được sử dụng làm b o v d phòng cho b o v so l ch
Hình 5.7 Sơ đ b o v kho ng cách (21) cho máy phát
PHÂN TÍCH L A CH N GI I PHÁP K THU T
H th ng r ơ le b o v nhà máy đ i n đ i n hình
[1] Nguy n Hoàng Vi t, Rơ le b o vệ và tự động hóa trong hệ thống điện, NXB ĐHQG T àn p H Chí Minh, 2011
[2] Trần Đìn Long - B o vệ các hệ thống điện, NXB Khoa h c và k thu t, 2008
[3] Christophe Preve, Protection of Electrical Networks, ISTE Ltd, 2006
[4] Headquarters - Department of the Army, Technical Manual – Electric Power
Plant Design, Government Printing Ofiice, 1984
[5] Huỳn N ơn, Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp – phần điện, NXB ĐHQG