Thử nghiệm hức năng của bảo vệ so lệch dựa trên bản ghi mô phỏng và hợp bộ thử nghiệm rơ le isa drts 66

Giải thuật của rơ le bảo vệ so lệch được kiểm nghiệm bằng số liệu thu được từ mô hình mô phỏng sự cố máy biến áp ba pha 110/35 kV với một nguồn cấp phía 110kV.. Nếu dòng điện I1 Trang

-

LÊ H NG TH Y Ồ Ủ

THỬ NGHI M CH Ệ ỨC NĂNG CỦ A BẢO VỆ SO L CH Ệ

D A TRÊN B N GHI MÔ PH NG VÀ H P B Ự Ả Ỏ Ợ Ộ THỬ NGHIỆM

RƠ LE ISA DRTS 66

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

K THU Ỹ ẬT ĐIỆ N

Hà N ộ i – Năm 2018

-

LÊ H NG TH Y Ồ Ủ

THỬ NGHI M CH Ệ ỨC NĂNG CỦ A BẢO VỆ SO L CH Ệ

D A TRÊN B N GHI MÔ PH NG VÀ H P B Ự Ả Ỏ Ợ Ộ THỬ NGHIỆM

RƠ LE ISA DRTS 66

CHUYÊN NGÀNH K THU : Ỹ ẬT ĐIỆ N

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

K THU Ỹ ẬT ĐIỆ N

NGƯỜI HƯỚ NG D N KHOA H C Ẫ Ọ

TS NGUY ỄN ĐỨ C HUY

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này do chính tôi nghiên cứu, tính toán và phân tích

Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trung thực của tôi, không sao chép của ai hay lấy số liệu đã được công bố

Nếu sai với lời cam đoan trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Tác giả

Lê Hồng Thủy

M Ở ĐẦ U

Ngày nay rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp kỹ thuật số đã thay thế hoàn toàn

rơ le bảo vệ so lệch kiểu điện cơ Các loại rơ le này thường sử dụng giải thuật dựa trên biến đổi Fourier của các thành phần dòng điện các phía của máy biến áp Nội dung luận văn này là nghiên cứu sự làm việc của giải thuật bảo vệ so lệch máy biến

áp lực

Giải thuật của rơ le bảo vệ so lệch được kiểm nghiệm bằng số liệu thu được

từ mô hình mô phỏng sự cố máy biến áp ba pha 110/35 kV với một nguồn cấp phía 110kV Để tăng tính thực tế của mô phỏng, luận văn đã xét đến hiện tượng bão hòa mạch từ và bão hòa không đồng nhất máy biến dòng Đặc tính bão hòa của máy biến dòng điện được xây dựng dựa trên giá trị thí nghiệm thực tế của các máy biến dòng dùng cho bảo vệ

Từ kết quả mô phỏng và những phân tích đặc tính làm việc của mô hình bảo

vệ so lệch cho thấy mô hình rơ le bảo vệ so lệch làm việc đúng và tin cậy, các kết quả thu được phù hợp với lý thuyết về bảo vệ so lệch máy biến áp Từ đó có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để ứng dụng phân tích bản ghi sự cố, sử dụng bản ghi mô phỏng và hợp bộ thử nghiệm rơ le ISA DRTS66 để kiểm nghiệm sự làm việc của các loại rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp trên thực tế

Do thời gian có hạn, luận văn chưa xét đến một số yếu tố khác có ảnh hưởng đến sai số của bảo vệ so lệch, và đặc biệt là mô hình mô phỏng các sự cố chạm chập bên trong vòng dây của máy biến áp Các nội dung này có thể được triển khai trong các nghiên cứu tiếp theo

Để hoàn thành luận văn này tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo

TS Nguyễn Đức Huy cùng toàn thể thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện Viện – Điện Đại học Bách Khoa Hà Nội đã dành nhiều thời gian và tâm huyết để hướng – dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

M C L C Ụ Ụ

LỜI CAM ĐOAN i

MỞ ĐẦU ii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vi

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích, ý nghĩa thực tiễn 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Nội dung của luận văn 2

CHƯƠNG II NGUYÊN LÝ BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP 4

2.1 Nguyên lý cơ bản bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) 4

2.1.1 Đánh giá giá trị đo được 5

2.1.2 Hãm hài: 9

2.1.3 Hãm cộng thêm (Add -on stabillization) kh i biến dòng bị bão hoà: 10

2.1.4 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn: 11

2.2 Bảo vệ chạm đất có giới hạn: 12

2.2.1 Nguyên lý: 12

2.2.2 Đánh giá các đại lượng đo được: 14

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp 17

2.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp 17 2.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp 18

2.3.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng 19

2.3.4 Quá kích thích máy biến áp 20

2.3.5 Tỉ số biến đổi máy biến áp 21

2.3.6 Bão hòa máy biến dòng 21

2.4 Sơ đồ thuật toán bảo vệ so lệch 21

2.4.1 Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây của máy biến áp 22

CHƯƠNG III MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH SỬ DỤNG

3.1 Mô hình mô phỏng 28

3.1.1 Khối vật lý 28

3.1.2 Khối sự cố 29

3.2 Mô phỏng máy biến dòng 29

3.3 Kết quả mô phỏng 30

3.3.1 Đóng xung kích 110kV máy biến áp 30

3.3.2 Sự cố ngoài vùng bảo vệ 31

3.3.2.1 Sự cố ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV 31

3.3.2.2 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV 32

3.3.2.3 Sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B ngoài vùng phía 110kV33 3.3.2.4 Sự cố ngắn mạch pha A chạm đất ngoài vùng phía 110kV 34

3.3.3 Sự cố trong vùng bảo vệ 35

3.3.3.1 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 35kV 35

3.3.3.2 Sự cố ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía 35kV 36

3.3.3.3 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 110kV 37

3.3.3.4 Sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B trong vùng bảo vệ phía 110kV 38

3.3.3.5 Sự cố ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV 39

3.3.3.6 Sự cố ngắn mạch 3pha trong vùng bảo vệ phía 110kV 40

3.4 Nhận xét 42

CHƯƠNG IV THÍ NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ LE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP 7UT613 VỚI CÁC BẢN GHI SỰ CỐ ĐÃ ĐƯỢC MÔ PHỎNG SO SÁNH BẢN GHI MÔ PHỎNG VÀ BẢN GHI SỰ CỐ TRONG RƠ LE ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 43

4.1 Giới thiệu, hướng dẫn sử dụng hộp bộ thí nghiệm ISA DRTS66 43

4.1.1 Các phụ kiện tiêu chuẩn sử dụng khi vận hành ISA DRTS66 43

4.1.2 Điều khiển bằng phím trên thiết bị 44

4.1.3 Điều khiển bằng phần mềm trên máy tính 46

4.1.4 Chức năng của các đầu vào ra, phát dòng, áp 47

4.2 Thí nghiệm sự làm việc của rơ le 7UT613 47

4.3 So sánh và đánh giá bản ghi đã mô phỏng và bản ghi sự cố trong rơ le sau khi thí nghiệm 49

4.3.1 Đóng xung kích 110kV máy biến áp 49

4.3.2 Sự cố ngoài vùng bảo vệ 51

4.3.2.1 Sự cố ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV 51

4.3.2.2 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV 52

4.3.2.3 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất ngoài vùng phía 110kV54 4.3.2.4 Sự cố ngắn mạch pha A chạm đất ngoài vùng phía 110kV 55

4.3.3 Sự cố trong vùng bảo vệ 56

4.3.3.1 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 35kV 56

4.3.3.2 Sự cố ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía 35kV 58

4.3.3.3 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 110kV 60

4.3.3.4 Sự cố ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV 61

4.3.3.5 Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV 63

4.3.3.6 Sự cố ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía 110kV 64

CHƯƠNG V KẾT LUẬN 67

5.1 Các kết luận chính và đề xuất 67

5.2 Hướng phát triển của luận văn 68

Phụ Lục 69

Sơ đồ mô phỏng CT sử dụng trong MATLAB/SIMULINK 69

M_file tính toán tham số của đặc tính từ hóa của máy biến dòng điện có tỷ số 400/1 70

M_file tính toán tham số của đặc tính từ hóa của máy biến dòng điện có tỷ số 2000/1 71

Phiếu chỉnh định rơ le 7UT613 72

Tài liệu tham khảo 74

DANH M Ụ C KÝ HI Ệ U, CH Ữ VIẾT TĂT

- 87T : Bảo vệ so lệch máy biến áp

- 87REF : B o v ả ệ chống chạm đất h n ch ạ ế

- CT, TI : Biến dòng điện

- Iđiff : Dòng điện so lệch

- Istab : Dòng điện hãm

- 3I0' , ISP : Dòng điện ch y qua dây trung tính ạ

- 3I0" : Tổng dòng điện 3 pha

- IREF: Dòng điện tác động c t c a b o v 87REF ắ ủ ả ệ

- IREST: Dòng điện hãm c a b o v 87REF ủ ả ệ

DANH MỤC BẢNG

23

Bảng 2.1: Ma trận để tính toán cho dòng so lệch DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp 4

Hình 2.2: Nguyên lý của bảo vệ so lệch 6

Hình 2.3 : Đặc tính làm việc 8

Hình 2.4: Sơ đồ bảo vệ chạm đất có giới hạn sử dụng một biến dòng trung tính và các biến dòng 3 pha 12

Hình 2.5: Sơ đồ bảo vệ chạm đất có giới hạn cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, sử dụng một biến dòng vào điểm trung tính giả và các biến dòng 3 pha 13

Hình 2.6: Sơ đồ đấu TI, Rơ le khi cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, có điểm trung tính giả 13

Hình 2.7: Nguyên lý của bảo vệ chạm đất giới hạn sử dụng một biến dòng trung tính và các biến dòng 3 pha 14

Hình 2.8 Đặc tính làm việc của bảo vệ chạm đất giới hạn 16

Hình 2.9 Liên kết từ thông lõi máy biến áp 17

Hình 2.10: Dòng từ hóa của máy biến áp trong quá trình đóng xung kích 17

Hình 2.11: Dạng sóng dòng xung kích khi đóng MBA không tải 19

Hình 2.12: Mối quan hệ dòng xung kích trong hòa máy biến áp song song 20

Hình 2.13: Dòng từ hóa trong quá trình quá kích thích 20

Hình 2.14 dạng sóng dòng điện trong quá trình bão hòa biến dòng 21

Hình 2.15 Sơ đồ khối tính toán dòng so lệch 26

Hình 2.16 Sơ đồ khối tính toán dòng hãm 26

Hình 2.17 Sơ đồ khối tính toán dòng hãm hài bậc 2 27

Hình 2.18 Sơ đồ khối tính toán dòng hãm hài bậc 5 27

Hình 3.1 Sơ đồ khối vật lý mô phỏng bảo vệ so lệch máy biến áp 28

Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng sử dụng trong matlab/simulink 29

Hình 3.3 Đặc tính bão hòa máy biến dòng được sử dụng trong mô phỏng 30

Hình 3.4 kết quả mô phỏng dạng sóng dòng điện khi đóng xung kích máy biến áp phía 110kV 31

Hình 3.5 Mô phỏng ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV 31

Hình 3.6 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV 32

Hình 3.8 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV 33

Hình 3.9 Mô phỏng ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B ngoài vùng phía 110kV 33

Hình 3.10 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B ngoài vùng phía 110kV 34

Hình 3.11 Mô phỏng ngắn mạch pha A chạm đất ngoài vùng phía 110kV 34

Hình 3.12 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch pha A chạm đất ngoài vùng phía 110kV 35

Hình 3.13 Mô phỏng ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 35kV 35

Hình 3.14 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 35kV 36

Hình 3.15 Mô phỏng ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía 35kV 36

Hình 3.16 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía 35kV 37

Hình 3.17 Mô phỏng ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 110kV 37

Hình 3.18 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 110kV 38

Hình 3.19 Mô phỏng ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B trong vùng bảo vệ 38

Hình 3.20 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B trong vùng bảo vệ 39

Hình 3.22 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy

biến áp khi ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV 40

Hình 3.24 Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía 110kV 41

Hình 3.25 Mô hình thử nghiệm rơ le bảo vệ 42

Hình 4.1 Hợp bộ thí nghiệm ISA DRTS66 43

Hình 4.2 Bàn phím trên hợp bộ ISA DRTS66 44

Hình 4.3 Các chức năng thí nghiệm khi điều khiển bằng phím của 45

Hình 4.4 Cổng kết nối của hợp bộ ISA DRTS66 46

Hình 4.5 Các chức năng thí nghiệm khi điều khiển bằng phần mềm TDMS của 46

Hình 4.6 Mô hình thí nghiệm rơ le bảo vệ 7UT613 và hợp bộ 48

Hình 4.7 : Dòng điện phía 110kV khi đóng xung kích 110kV máy biến áp 49

Hình 4.8 : Dòng điện phía 35kV khi đóng xung kích 110kV máy biến áp 49

Hình 4.9: Dòng điện so lệch khi đóng xung kích 110kV máy biến áp 49

Hình 4.10: Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi đóng xung kích 110kV máy biến áp 50

Hình 4.11 Dòng điện so lệch khi đóng xung kích ghi được trên rơ le 7TU613 50

Hình 4.12 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV 51

Hình 4.13 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV 51

Hình 4.14 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV 52

Hình 4.15 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phí 35kV 52

Hình 4.16 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV 52

Hình 4.17 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV 53

Hình 4.18 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV 53

Hình 4.19 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV 53 Hình 4.20 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất ngoài

Hình 4.21 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất ngoài

vùng phía 110kV 54Hình 4.22 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất ngoài vùng

phía 110kV 54Hình 4.23 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm

đất ngoài vùng phía 110kV 55Hình 4.24 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch pha A chạm đất ngoài vùng

phía 110kV 55Hình 4.25 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch pha A chạm đất ngoài vùng

phía 110kV 55Hình 4.26 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch pha A chạm đất ngoài vùng phía

110kV 56Hình 4.27 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch pha A chạm đất

ngoài vùng phía 110kV 56Hình 4.28 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo

vệ phía 35kV 56Hình 4.29 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ

phía 35kV 57Hình 4.30 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ

phía 35kV 57Hình 4.31 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 2 pha A,B trong

vùng bảo vệ phía 35kV 57Hình 4.32 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ

phía 35kV 58Hình 4.33 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía

35kV 58Hình 4.34 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía

35kV 58Hình 4.35 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 3 pha trong vùng

bảo vệ phía 35kV 59Hình 4.36 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía

35kV ghi được trên rơ le 7UT613 59Hình 4.37 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo

Hình 4.39 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ

phía 110kV 60Hình 4.40 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 2 pha A,B trong

vùng bảo vệ phía 110kV 61Hình 4.41 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng

bảo vệ phía 110kV 61Hình 4.42 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng

bảo vệ phía 110kV 62Hình 4.43 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng bảo

vệ phía 110kV 62Hình 4.44 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch pha A chạm đất

trong vùng bảo vệ phía 110kV 62Trên hình 4.44 ta thấy dòng so lệch pha A rất lớn, dòng so lệch pha B,C cũng

xuất hiện , đồng thời đặc tính bảo vệ đi rất nhanh vào vùng tác động Rơ le

bảo vệ tác động , rơ le hoạt động tốt 62Hình 4.45 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất trong

vùng bảo vệ phía 110kV 63Hình 4.46 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất trong

vùng bảo vệ phía 110kV 63Hình 4.47 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm đất trong vùng

bảo vệ phía 110kV 63Hình 4.48 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 2 pha A,B chạm

đất trong vùng bảo vệ phía 110kV 64Hình 4.49 Dòng điện phía 110kV khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ

phía 110kV 64Hình 4.50 Dòng điện phía 35kV khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía

110kV 65Hình 4.51 Dòng điện so lệch khi ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía

110kV 65Hình 4.52 Dòng điện so lệch và đặc tính cắt khi ngắn mạch 3 pha trong vùng

bảo vệ phía 110kV 65

Trong quá trình vận hành trạm biến áp thì vấn đề bảo vệ các thiết bị điện khỏi các sự cố trên lưới điện rất được quan tâm đầu tư, đặc biệt là bảo vệ máy biến

áp Hệ thống bảo vệ máy biến áp bao gồm nhiều loại bảo vệ khác nhau trong đó bảo

vệ so lệch máy biến áp được sử dụng là bảo vệ chính Bảo vệ so lệch máy biến áp phải thỏa mãn tiêu chí vừa có độ nhạy cao để bảo vệ máy biến áp khỏi các sự cố, vừa đảm bảo tính chọn lọc để trách những tác động nhầm gây mất điện Để giải quyết những vấn đề này thì ngày nay các hãng thiết bị điện lớn như Siemens, Schneider, ABB, Sel… đã tiến hành nghiên cứu chế tạo các loại rơ le so lệch kỹ thuật số có độ tin cậy cao Rơ le bảo vệ kỹ thuật số có khả năng cung cấp đầy đủ các

dữ liệu đã thu thập bằng chức năng ghi sự kiện khi xảy ra sự cố trên hệ thống điện Những dữ liệu bao gồm : giá trị dòng điện, điện áp, trạng thái tín hiệu đầu vào và trạng thái rơ le đầu ra các lưu trữ trong tập tin có định dạng COMTRADE nhằm phục vụ công tác phân tích, báo cáo và xác định đúng nguyên nhân sự cố dễ dàng hơn

Việc nghiên cứu giải thuật nguyên lý hoạt động của bảo vệ so lệch máy biến

áp bằng cách sử dụng mô phỏng bằng Matlab/Simulink người nghiên cứu có thể xây dựng được mô hình rơ le bảo vệ dựa trên các giải thuật khác nhau, kết hợp với các khối thiết bị có sẵn trong thư viện mô phỏng để tiến hành mô phỏng các dạng sự

cố và phân tích sự làm việc của rơle Mặt khác, công cụ mô phỏng giải thuật làm việc của rơ le so lệch kỹ thuật số còn có thể được sử dụng để phân tích các bản ghi

thể sử dụng bản ghi mô phỏng và hợp bộ thử nghiệm rơ le ISA DRTS66 để kiểm nghiệm sự làm việc của các loại rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp trên thực tế Người sử dụng có thể đưa ra kết luận đánh giá lượng hóa được ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự làm việc của rơ le kỹ thuật số, từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp về mặt chỉnh định các thông số cài đặt, cũng như lựa chọn hợp lý các thiết

bị đo lường và mạch nhị thứ

1.2 Mục đích, ý nghĩa thực tiễn

Đề tài “Thử nghiệm chức năng của bảo vệ so lệch dựa trên bản ghi mô phỏng

và hợp bộ thử nghiệm rơ le ISA DRTS66” được thực hiện nhằm tìm hiểu giải thuật

số, sơ đồ logic của rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp, và thực hiện các mô phỏng sự làm việc của rơ le bảo vệ so lệch dựa trên phần mềm MATLAB/Simulink Sau đó các kết quả mô phỏng sẽ chuyển thành bản ghi sự cố theo tiêu chuẩn của rơ le số, và đưa vào rơ le bằng hợp bộ thí nghiệm ISA DRTS66 Từ đó đưa ra các đánh giá, góp

ý đến các thông số máy biến dòng điện, cài đặt chỉnh định rơ le

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nguyên lý hoạt động các chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp ( 87T) và bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87REF), ngoài ra còn xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của bảo vệ so lệch như sự bão hòa của máy biến dòng và bão hòa không đồng nhất máy biến dòng điện Đồng thời còn xét đến logic khóa bảo vệ so lệch khi có sóng hài bậc 2, bậc 5 và các thành phần không chu

kỳ nhằm tránh bảo vệ tác động nhầm khi đóng xung kích máy biến áp

1.4 Nội dung của luận văn

Nội dung của luận văn được chia làm 5 chương

• Chương I: Mở đầu

• Chương II: Nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp

• Chương III Mô phỏng tính toán bảo vệ so lệch sử dụng Matlab/Simulink:

• Chương IV: Thí nghi m s làm vi c c a rơ le k thu t s b o v so l ch máy ệ ự ệ ủ ỹ ậ ố ả ệ ệ

biến áp 7UT613 ới các bản ghi sự ố đã được mô phỏ So sánh đánh giá v c ng

và k t lu n ế ậ

• Chương V: Kết luận

CHƯƠNG II

2.1 Nguyên lý cơ bản bảo vệ so lệch máy biến áp (87T)

Các hệ thống bảo vệ so lệch làm việc theo nguyên lý so sánh dòng điện và vì vậy cũng được hiểu như hệ thống cân bằng dòng

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp

Chúng sử dụng nguyên tắc trên thực tế (hình vẽ) là dòng I rời khỏi một đối tượng bảo vệ trong điều kiện bình thường phải bằng dòng đưa vào nó Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thị sự cố bên trong vùng bảo vệ Các cuộn dây thứ cấp của các biến dòng CT1 và CT2 có cùng tỷ số biến có thể được nối để có được các dòng điện như hình vẽ

Thành phần đo M được nối tại điểm cân bằng điện Trong điều kiện vận hành bình thường sẽ không có dòng chảy qua thành phần đo M Khi có sự cố bên trong các biến dòng, các dòng điện ở mỗi đầu không bằng nhau, thành phần đo M đo được dòng I1 +I2 tỷ lệ với i1+i2 tổng của hai dòng sự cố chảy qua Nếu dòng điện I1

+I2 này đủ lớn cho thành phần đo M, hệ thống này sẽ cung cấp một bảo vệ đơn giản phân biệt được dòng sự cố

Khi có một sự cố bên ngoài gây ra dòng ngắn mạch lớn chảy qua vùng bảo vệ, các đặc tính từ hoá khác nhau của các máy biến dòng trong điều kiện bão hoà có thể gây ra dòng đáng kể chảy qua M Nếu độ lớn của dòng này nằm trên ngưỡng tác động, hệ thống có thể đưa ra lệnh cắt Việc hãm chống lại việc tác động sai của bảo

vệ

Ở các máy biến áp thông thường các dòng thứ cấp của các biến dòng không bằng nhau khi một dòng chảy qua máy biến áp, nhưng tuỳ thuộc vào tỷ số biến và tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ và dòng điện định mức của các máy biến dòng ở hai phía của máy biến áp Vì vậy dòng điện các phía phải được làm phù hợp

để có thể so sánh được

Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có công suất và tổ đấu dây khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) được thực hiện bằng toán học hoàn toàn Thông thường không đòi hỏi các biến dòng trung gian

Các dòng đưa vào được chuyển đổi theo dòng định mức của máy biến áp Điều này có được bằng cách đưa số liệu định mức của máy biến áp vào rơ le, đó là: Công suất định mức, điện áp định mức và dòng điện định mức của các biến dòng

Vì tổ đấu dây đã được đưa vào nên rơ le có khả năng so sánh dòng theo công thức cố định

Việc chuyển đổi dòng được thực hiện bằng các ma trận, hệ số được lập trình

mô phỏng các dòng điện so lệch trong các cuộn dây máy biến áp Tất cả các tổ đấu dây rơ le đều có thể hiểu được (bao gồm đổi pha)

2.1.1 Đánh giá giá trị đo được

Sau khi các dòng nhận vào được làm cho phù hợp có tính đến tỷ số biến nhóm véc tơ và cách đối xử với các dòng thứ tự không, các bảo vệ cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ IA , IB , IC của từng cuộn dây Trong các phần chú giải sau các chỉ số sẽ được dùng để phân biệt các cuộn dây: 1 cho cuộn sơ cấp (điện áp cao hơn) của máy biến áp, 2 cho cuộn thứ cấp (điện áp thấp hơn) và 3 cho cuộn thứ 3 đối với máy biến áp 3 cuộn dây nếu sử dụng

Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho các đối tượng bảo vệ hai phía, một đại lượng hãm thường được lấy từ dòng sai lệch |I1 - I2| hoặc từ tổng số học I| 1| | + I2|

Cả 2 phương pháp đều như nhau ở một số giải thuật thích hợp của các đặc tính hãm Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho đối tượng bảo vệ 3 phía, máy biến áp 3 cuộn dây việc hãm chỉ có thể thực hiện với tổng số học |I1|+ |I2| | + I3| Phương pháp này được sử dụng trong rơ le cho tất cả các đối tượng bảo vệ (máy biến áp 2 hoặc 3 cuộn dây) Nó đòi hỏi tạo ra tổng véc tơ và tổng đại số của các dòng điện cho từng cuộn dây

Các định nghĩa sau được sử dụng:

Dòng so lệch hoặc tác động cắt

Idiff = |I1 + I2| (2 cuộn dây)

Hoặc Idiff = |I1 + I2+I3| (3 cuộn dây)

Và dòng làm ổn định hoặc hãm :

Istab = |I1|+ |I2| (2 cuộn dây)

Hoặc Istab = |I1|+ I|2| |+ I3| (3 cuộn dây)

Hình 2.2: Nguyên lý của bảo vệ so lệch

Để làm sáng tỏ 3 điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét:

a Dòng chảy qua máy biến áp vận hành bình thường hoặc khi có sự cố bên ngoài

I2 đổi hướng của nó vì vậy đổi dấu, I2 =- I1 do vậy |I2|= I| 1|

Idiff = |I1 + I2| |= I1 -I1|= 0

Istab = |I1|+ |I2| | = I1 + I1|= 2 I| 1|

Dòng tác động bằng 0 (Idiff = 0), dòng hãm (Istab) tỷ lệ với 2 lần dòng chảy qua

b Ngắn mạch bên trong mỗi phía được cấp bởi các dòng giống nhau:

Trong trường hợp này: I2 = I1do vậy |I2|= I| 1|

Idiff = |I1 + I2| |= I1 + I1|=2 I| 1|

Istab = |I1|+ |I2|= |I1|+ |I1|= 2 I|1|

Các thành phần tác động cắt (Idiff) và hãm (Istab) bằng và tỷ lệ với tổng dòng sự

cố

c Ngắn mạch bên trong chỉ cấp dòng từ một phía:

Trong trường hợp này I2 = 0

Hình 2.3 : Đặc tính làm việc

Trên hình 2-3 đưa ra đặc tính làm việc đầy đủ của rơle:

- Nhánh a: Biểu thị dòng điện khởi động ngưỡng thấp Idiff> của bảo vệ, được xác định trên sai số cố định của dòng điện so lệch Dòng điện này phụ thuộc vào dòng từ hóa của máy biến áp

- Nhánh b: Đoạn đặc tính xem như là dòng điện tỷ lệ thuận với dòng sự cố, với nguyên tắc khi có dòng sự cố tăng thì sai số do các máy biến dòng cũng tăng lên Nhánh này được sử dụng để ngăn ngừa sự tăng lên của dòng điện so lệch trong điều kiện làm việc bình thường, khi có sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp điều áp dưới tải

- Nhánh c: trong dải dòng điện tăng cao làm tăng độ bão hòa từ máy biến dòng xuất hiện hiện tượng các máy biến dòng bão hòa không giống nhau vì vậy ngưỡng tác động cần phải được tăng lên nhiều hơn Trong phạm vi này, độ bão hòa của các máy biến dòng ở mức cao nên nhánh c có độ dốc cao hơn nhánh b

- Nhánh d: Đoạn biểu thị giá trị khởi động ngưỡng cao diff>> của bảo vệ Khi Idòng so lệch vượt quá ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tác động không có thời gian, và không quan tâm đến dòng điện hãm và các sóng hài sử dụng để bảo vệ.

Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động Các dòng điện so lệch và dòng điện hãm được biểu diễn trên hệ trục tọa độ theo đơn vị tương đối định mức

2.1.2 Hãm hài

- Khi các dòng so lệch có thể gây ra không chỉ từ các sự cố bên trong máy biến

áp mà còn từ dòng từ hoá máy biến áp khi đóng máy biến áp , nối song song máy biến áp hoặc một máy biến áp bị quá điện áp, chúng sinh ra các thành phần sóng hài

Dòng từ hoá có thể lớn gấp nhiều lần dòng định mức và thành phần chủ yếu là sóng hài bậc 2 (gấp đôi tần số định mức) Trên thực tế sóng hài bậc 2 không có mặt trong các trường hợp sự cố ngắn mạch Nếu thành phần bậc hai vượt quá ngưỡng (có thể chọn), lệnh cắt bị khoá

Vì hãm dòng từ hoá làm việc độc lập cho từng pha, bảo vệ vẫn làm việc hoàn toàn ngay cả khi đóng máy biến áp vào sự cố một pha, khi đó dòng từ hoá có thể xuất hiện chỉ ở các pha không có sự cố Tuy vậy cũng có thể đặt bảo vệ để không chỉ pha có dòng từ hoá chứa sóng hài vượt quá ngưỡng cho phép được hãm mà những pha khác của cấp bảo vệ so lệch Idiff, cũng bị khoá (được gọi là "chức năng khoá chéo") Chức năng khoá chéo này có thể bị giới hạn trong khoảng thời gian chọn trước

Bên cạnh sóng hài bậc 2, sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để khoá bảo vệ Có thể chọn sóng hài bậc 3, 4 và 5

Sóng hài bậc 4 có thể thấy giống như sóng hài bậc 2 trong các dòng từ hoá không đối xứng

- Khi vào thời điểm đóng máy biến áp không tải hoặc máy biến áp chịu những điện áp xung kích quá từ hoá lõi thép máy biến áp đặc trưng bởi sự xuất hiện các

thành phần sóng hài bậc lẻ trong dòng điện Vì vậy sóng hài bậc 3 và bậc 5 thích hợp để phát hiện ra những hiện tượng này Nhưng vì thành phần sóng hài bậc 3 thường bị loại trừ ở các máy biến áp lực (bằng cuộn dây đấu ) sóng hài bậc 5 ∆thường được sử dụng

Hơn nữa, ở các máy biến áp tự ngẫu các sóng hài bậc lẻ tìm thấy không thấy xuất hiện trong các sự cố bên trong máy biến áp

Sóng hài làm việc độc lập cho từng pha Hiện nay cơ chế hãm theo sóng hài được thực hiện bằng các phương pháp hãm độc lập, hãm chéo, hay hãm theo giá trị trung bình Trong rơ le 7UT613 đang sử dụng phương pháp hãm chéo [8], nghĩa là

có thể đặt bảo vệ để không chỉ để pha có dòng từ hoá chứa sóng hài vượt quá ngưỡng cho phép được hãm mà những pha khác của cấp bảo vệ Idiff> cũng bị khoá (được gọi là "chức năng khoá chéo") Chức năng khoá chéo này có thể bị giới hạn trong khoảng thời gian chọn trước

Các bộ lọc số được sử dụng để thực hiện các phân tích Fourier cho dòng so lệch Ngay khi thành phần sóng hài vượt quá các giá trị đặt, rơle hãm ở pha tương ứng Thuật toán học được tối ưu có xét đến các trạng thái thoáng qua để loại bỏ hãm không cần thiết trong các điều kiện động

2.1.3 Hãm cộng thêm (Add on stabillization) khi biến dòng bị bão hoà

-Bão hoà của các máy biến dòng gây ra bởi các dòng sự cố lớn và/hoặc các hằng số thời gian hệ thống dài không thích hợp với các sự cố bên trong (sự cố bên trong máy biến áp được bảo vệ) Vì vậy các dòng so lệch cũng như dòng hãm đo được bị biến dạng đến cùng một ngưỡng Đặc tính sự cố được minh hoạ trên hình 2.3 là cùng cơ sở chính trong trường hợp này Tất nhiên, thành phần sóng cơ bản của dòng so lệch cũng phải ít nhất vượt quá giá trị tác động (nhánh trong hình vẽ a 2.3)

Trong một sự cố ngắn mạch ngoài vùng gây ra dòng ngắn mạch lớn làm bão hoà biến dòng, một dòng so lệch đáng kể có thể được tạo ra, đặc biệt khi mức độ bão hoà khác nhau giữa hai điểm đo Nếu đại lượng Idiff/Istab nằm trong vùng cắt của

đặc tính làm việc (hình vẽ 2.3), lệnh cắt sẽ được đưa ra nếu không có biện pháp đặc biệt nào

Rơ le cung cấp 1 chỉ số bão hoà nó phát hiện những hiện tượng như vậy và khởi động các biện pháp hãm cộng thêm (add on stabillization) Chỉ số bão hoà làm -việc trong vùng được đặt tên là "hãm cộng thêm" Trên hình vẽ độ dốc của đặc tính này tỷ lệ bằng nửa độ dốc của nhánh b

Đường nét đứt trên hình 2.3 cho ta ví dụ về hình dạng của giá trị tức thời trong thời gian sự cố với CT bão hòa một bên Ngay sau khi bắt đầu sự cố tại điểm A dòng sự cố tăng do đó tạo ra giá trị dòng hãm lớn (Có trị số bằng 2 lần dòng điện chạy qua).Ngay lập tức của biến dòng bão hòa B xuất hiện giá trị dòng so lệch được tạo ra độ lớn dòng hãm là giảm xuống Kết quả là điểm làm việc Idiff/Istab chuyển dịch sang vùng tác động C Ngược lại đối với sự cố trong vùng các điểm làm việc di chuyển ngay lập tức cùng đặc tính sự cố D

Khi phát hiện một sự cố bên ngoài, bảo vệ so lệch bị khoá trong một thời gian

có thể lựa chọn (lâu nhất là 8 chu kỳ tương đương với 160ms ở tần số 50Hz, khi rơle xuất xưởng) Việc khoá bị xoá bỏ ngay khi điểm làm việc dịch chuyển chắc chắn (quá 2 chu kỳ) vào đặc tính sự cố Nó cho phép phát hiện một cách tin cậy sự

cố diễn biến bên trong máy biến áp được bảo vệ trong khi có sự cố bên ngoài và biến dòng bị bão hoà

2.1.4 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn

Các sự cố có dòng lớn trong máy biến áp được bảo vệ có thể được giải trừ ngay lập tức mà không cần xét đến độ lớn của dòng hãm, khi độ lớn của các dòng

so lệch có thể được loại trừ đó là sự cố bên ngoài Điều này xảy ra trong trường hợp dòng ngắn mạch lớn hơn 1/Uk lần dòng định mức của máy biến áp

Bảo vệ so lệch máy biến áp cung cấp bảo vệ dòng lớn không hãm này Nó có thể làm việc ngay cả khi dòng so lệch có chứa một phần đáng kể sóng hài bậc 2 gây

ra bởi việc biến dòng bị bão hoà bởi thành phần một chiều trong dòng ngắn mạch có thể bị chức năng dòng hãm từ hoá coi như dòng từ hoá máy biến áp

Cấp dòng điện lớn này đánh giá sóng cơ bản các dòng điện cũng như các giá trị tức thời bảo đảm cắt nhanh ngay cả khi sóng cơ bản giảm mạnh do biến dòng bị bão hoà

2.2 Bảo vệ chạm đất có giới hạn

2.2.1 Nguyên lý

Bảo vệ chạm đất có giới hạn phát hiện các sự cố chạm đất trong các máy biến

áp lực, các cuộn kháng Shunt, các máy biến áp trung tính nối đất hoặc các máy điện quang, mà điểm sao của chúng nối đất

Nó cũng thích hợp khi có một điểm trung tính giả bên trong vùng bảo vệ của một máy biến áp không nối đất

Biến dòng trung tính và biến dòng 3 pha xác định các giới hạn của vùng bảo

vệ

Hình 2-4 đến hình 2 là các ví dụ minh hoạ của bảo vệ chạm đất có giới hạn.-6

Hình 2.4: Sơ đồ bảo vệ chạm đất có giới hạn sử dụng một biến dòng trung tính và các

biến dòng 3 pha

Hình 2.5: Sơ đồ bảo vệ chạm đất có giới hạn cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, sử

dụng một biến dòng vào điểm trung tính giả và các biến dòng 3 pha

Hình 2.6: Sơ đồ đấu TI, Rơ le khi cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, có điểm trung

tính giả

Trong điều kiện vận hành bình thường, không có dòng điện đấu sao ISP chảy qua dây trung tính, tổng các dòng I1 + I2 + I3 cũng bằng 0.

Khi có một sự cố bên trong vùng được bảo vệ, có dòng ISP xuất hiện Tuỳ theo các điều kiện nối đất của hệ thống có thể nhận ra thêm dòng dư trên dây trung tính của các biến dòng pha Vì tất cả các dòng chảy vào vùng bảo vệ được định nghĩa là dương, góc dòng dư từ hệ thống sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn góc pha của dòng điểm đấu sao

Khi một sự cố chạm đất xảy ra bên ngoài vùng bảo vệ, dòng điểm đấu sao và dòng dư của các máy biến dòng sẽ giống nhau về độ lớn nhưng ngược pha với nhau Khi có một sự cố pha không chạm đất bên ngoài vùng bảo vệ, các biến dòng bị bão hoà có thể gây ra dòng dư trên dây trung tính của các biến dòng Dòng điện này

có thể mô phỏng một sự cố bên trong vùng được bảo vệ Bảo vệ phải tránh được cắt sai trong trường hợp này Với những trường hợp như vậy, bảo vệ chạm đất có giới hạn cung cấp các biện pháp làm ổn định hoàn toàn khác với biện pháp thường được

sử dụng cho các sơ đồ bảo vệ so lệch

2.2.2 Đánh giá các đại lượng đo được

Hình 2.7: Nguyên lý của bảo vệ chạm đất giới hạn sử dụng một biến dòng trung tính

và các biến dòng 3 pha

Bảo vệ chạm đất có giới hạn so sánh dòng cơ bản của dòng điện chảy qua dây điểm đấu sao được gọi là 3I0', với sóng cơ bản của tổng các dòng pha được gọi là 3I0" 3I0'=ISP , 3I0"= IL1 + IL2 + IL3

Chỉ có thành phần dòng điện 3I0' mới cho phép rơ le tác động vì thành phần này luôn tồn tại trong quá trình xảy ra sự cố bên trong vùng bảo vệ Khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ dòng thứ tự không (I0" tổng dòng các pha) có trị số bằng nhưng ngược pha với dòng qua dây trung tính I0'.Các đại lượng cắt và hãm như sau :

Dòng tác động cắt : IREF = 3I0'

Dòng hãm: IREST k.( 3I=  0' - 3I0" - 3I  0'

+ 3I0" ) Với K : hằng số tỷ lệ

Trong đó:

IREF được lấy từ sóng cơ bản và tạo ra đại lượng gây ảnh hưởng đến lệnh cắt

IRESTchống lại ảnh hưởng này

Để làm sáng tỏ điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét2 trong 3 trường hợp cụ thể sau :

a Trường hợp ngắn mạch bên ngoài đối tượng bảo vệ :

3I0" ngược pha nhưng có cùng độ lớn với 3I0' (3I0"= - 3I0')

Giả thiết chọn k = 1

IREF = 3I0'

IREST = 3I0' + 3I0" - 3I  0' - 3I0" = 2 3I  0' Giá trị dòng điện hãm sinh ra có giá trị gấp đôi giá trị dòng điện sinh ra lệnh cắt

b Trường hợp ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ với một nguồn cấp

Trong trường hợp này chỉ có thành phần qua trung tính MBA 3I0', Còn thành phần 3I0'' = 0

IREF = 3I0' 

IREST = 3I0' - 0 - 3I  0' + 0 = 0

Giá trị dòng điện cắt IREF bằng dòng điện đi qua điểm đấu sao, dòng điện hãm bằng 0 bảo vệ đủ độ nhạy tác động trong trường hợp này

c Trường hợp ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ với hai nguồn cấp

3IDòng điện 0"= 3I0'

IREF = 3I0' 

IREST = 3I0' - 3I0' -  3I0' + 3I0'= -2 3I0' 

Giá trị dòng điện cắt IREF bằng dòng điện đi qua điểm đấu sao, dòng điện hãm

có trị số âm ta hiểu bằng 0, bảo vệ đủ độ nhạy tác động trong trường hợp này

Từ kết quả phân tích ta thấy giá trị dòng điện hãm luôn có giá trị bằng 0 hoặc

âm trong trường hợp ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ Do đó bảo vệ chống chạm đất hạn chế sẽ tác động với dòng điện chạm đất nhỏ Ngược lại giá trị dòng điện hãm rất lớn trong trường hợp ngắn mạch bên ngoài đối tượng bảo vệ Giá trị dòng điện hãm lớn nhất khi mà giá trị dòng điện tổng dòng điện ba pha lớn.Với máy biến dòng điện là lý tưởng thì giá trị 3I0"/ 3I0' -1 =

Đặc tính cắt của bảo vệ chạm đất hạn chế phụ thuộc vào góc lệch pha của dòng điện 3I0"và 3I0'

Hình 2.8 Đặc tính làm việc của bảo vệ chạm đất giới hạn

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp

2.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp

Xem xét sự cấp điện không tải mô tả ở hình dưới hình 2.9 Máy cắt coi như là đang đóng nguồn áp cấp đến máy biến áp dòng từ hóa lấy từ nguồn Nguồn áp cấp

là e(t) = Emaxcos(ωt-j)

Hình 2.9 Liên kết từ thông lõi máy biến áp

Nếu chúng ta bỏ qua điện trở của nguồn cấp và độ tự cảm rò rỉ trong các mạch

từ, các từ thông liên kết vòng của lõi máy biến áp được xác định bởi

L(t) = Lmaxcos( t-j) ω + Lmaxsinj Lưu ý rằng các từ thông liên kết vòng và do đó dòng từ hóa là liên tục tại t = 0, khi máy cắt được đóng Phương trình trên giả định rằng không có từ dư còn lại trong lõi thép Bất kỳ từ dư cũng phải được thêm vào phía bên phải của phương trình này

Trong thực tế độ tự cảm từ hóa trong máy biến áp là phi tuyến Xem xét hai

độ dốc của một đặc tính từ hóa thể hiện trong hình 2.10 xấp xỉ nhau Như là độ liên kết từ thông chạy trên điểm gẫy bão hòa, xuất hiện một dòng điện lớn hơn rất nhiều được lấy ra từ nguồn Độ lớn (biên độ) của dòng điện này được xác định bởi

độ dốc của đặc tính từ hóa trong khu vực bão hòa và bởi điện cảm rò rỉ (dòng điện rò) của máy biến áp Rõ ràng thấy dòng mở máy biến áp có thể là một dạng gây ra dòng sự cố bởi vì có tổn thất trong mạch từ dòng từ hóa sẽ suy giảm nhỏ hơn giá trị dòng danh định được thể hiện ở hình 2.10(b) Hằng số thời gian vài giây là phổ biến trong một số máy biến áp lực hiện đại

Trong hầu hết các máy biến áp hiện đại dòng xung kích khi đóng máy biến

áp có thể đạt giá trị rất lớn, độ lớn này phụ thuộc vào thời điểm đóng không tải và

độ dư từ thông trong lõi biến áp Kể từ khi có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp mà chưa có dòng chạy trong cuộn thứ cấp ủa máy biến áp Nó tạo ra dòng so lệch ckhoảng 200% của dòng điện hãm và nó là nguyên nhân gây ra hoạt động sai của bảo

vệ

2.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp

Để ngăn ngừa bảo vệ tác động nhầm bằng cách tận dụng thực tế là dòng khởi động máy biến áp rất giàu thành phần sóng hài

Hình 2.11 là dạng sóng dòng điện đặc trưng khi đóng máy biến áp không tải

Có thể thấy do hiện tượng bão hòa mạch từ của máy biến áp, dạng sóng dòng điện của phía sơ cấp máy biến áp có thể đạt giá trị khá cao, và có độ méo (không sin) lớn

Hình 2.11: Dạng sóng dòng xung kích khi đóng MBA không tải.

2.3.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng

Khi có một sự cố bên ngoài, nhưng gần các máy biến áp được tách ra bằng máy cắt thích hợp, các hiện tượng bên trong lõi sắt biến áp là khá tương tự như trong quá trình đóng điện máy biến áp Như là khi điện áp được cấp cho cuộn dây máy biến áp thay đổi từ một giá trị thấp (điểm sự cố đầu) tăng đến giá trị bình thường (hoặc lớn hơn), các từ thông liên kết trong lõi biến áp lại phải thay đổi từ một giá trị (vị trí sự cố đầu) thấp đến một giá trị gần với bình thường điểm (vị trí sự cố) Tùy thuộc vào thời điểm mà tại đó các sự cố được lấy ra, quá trình chuyển đổi

có thể mạnh phụ thuộc một độ lệch dòng một chiều DC trong từ thông liên kết vòng, và dạng sóng dòng điện trong cuộn sơ cấp như gặp phải trong quá trình đóng điện máy biến áp sẽ cho kết quả tương tự Cần lưu ý rằng không có từ thông còn lại (từ dư) trong lõi sắt từ trong quá trình này, dòng điện này nói chung nhỏ hơn nhiều trong quá đóng điện máy biến áp

Hình 2.12: Mối quan hệ dòng xung kích trong hòa máy biến áp song song

2.3.4 Quá kích thích máy biến áp

Trong khi cắt loại bỏ tải và điều kiện vận hành nào đó khác ột máy biến M

áp có thể bị quá áp Trong quá trình quá kích thích, từ thông biến thiên vẫn còn đối xứng, nhưng đi vào bão hòa bằng của các chu kỳ trong dương và âm nửa chu kỳ của dạng sóng Với điều kiện này được minh họa trong hình 2.13

Hình 2.13: Dòng từ hóa trong quá trình quá kích thích.

2.3.5 Tỉ số biến đổi máy biến áp

Để bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc được, dòng điện các phía của máy biến áp cần phải được quy đổi về cùng một phía để so sánh Hệ số quy đổi này phụ thuộc vào tỉ số vòng dây của máy biến áp Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tỉ số vòng dây của các máy biến áp có thể thay đổi được (với các máy biến áp có đầu phân áp và điều áp dưới tải) Khi đầu phân áp không ở vị trí định mức, sẽ tạo ra thêm một sai số nhỏ nữa trong tính toán dòng điện so lệch

2.3.6 Bão hòa máy biến dòng

Với những sự cố ngoài vùng, ở đó dòng sự cố lớn, có khả năng là một trong những biến dòng có thể bão hòa Kết quả dạng sóng dòng điện của biến dòng cuộn dây thứ cấp được thể hiện trong hình 2.1 Dòng so lệch chạy trong rơle sẽ tương 4đương với khu vực gạch chéo, đó là sự khác biệt giữa các dạng sóng dòng điện chưa bão hòa và các dạng sóng dòng điện bão hòa

Hình 2.14 dạng sóng dòng điện trong quá trình bão hòa biến dòng

2.4 Sơ đồ thuật toán bảo vệ so lệch

Trong máy biến áp lực nói chung, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng

là không bằng nhau khi có dòng chạy qua máy biến áp Nhưng chúng phụ thuộc vào

tỷ số biến đổi điện áp, tổ đấu dây của bảo vệ máy biến áp lực vào tỷ số biến dòng , của máy biến dòng điện Các dòng điện phải phù hợp, kết hợp để so sánh Kết hợp

giá trị máy biến áp lực và tỷ số máy biến dòng điện và sự biến đổi pha theo nhóm véc tơ của bảo vệ máy biến áp được thực hiện thuần túy toán học

Các dòng đầu vào được biến đổi liên quan đến tỷ lệ dòng điện máy biến áp lực Điều này thực hiện bằng cách đưa dữ liệu tỷ lệ biến đổi như tỷ lệ công suất, tỷ

lệ điện áp, tỷ lệ dòng sơ cấp của máy biến dòng điện vào thiết bị bảo vệ

2.4.1 Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây của máy biến áp

Các phía máy biến áp đều đặt máy biến dòng điện, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tỷ số biến đổi, tổ đấu dây, sự điều chỉnh nấc điện áp của máy biến

áp, sự không đồng nhất, sai số do bão hòa từ của máy biến dòng Do vậy để tiện so sánh dòng điện thứ cấp của máy biến dòng ở các phía máy biến áp chúng ta quy đổi chúng về cùng một phía, thường chọn về phía có điện áp cao

Đối với máy biến áp lực 3 pha, hay máy biến áp tự ngẫu, các dòng điện thứ cấp đo được ở các phía được quy đổi theo các ma trận hệ số Ma trận quy đổi K được xác định tùy thuộc vào tổ đấu dây sơ cấp của máy biến áp Công thức chung cho quy đổi dòng điện được tính như sau:

[Im] = k.[K].[In] (2.1) [8]

Trong đó: - [Im] ma trận dòng điện đã được biến đổi (IA, IB, IC)

- [In] ma trận dòng điện pha (IL1, IL2, IL3]

- [K] ma trận hệ số dòng điện phụ thuộc vào tổ đấu dây

- k hệ số quy đổi biến đổi dòng điện (phụ thuộc vào tỷ số biến áp)

SC TC

U k U

=

Trong đó: - UTCđiện áp thứ cấp

- USCđiện áp sơ cấp

Bảng 2.1: Ma trận để tính toán cho dòng so lệch [4]

Ma trận quy đổi và khử dòng thứ tự không

Ma trận quy đổi không khử dòng thứ tự không

Ma trận của cuộn tham

chiếu

1 1 2 13

0 1 1 3

Ma trận cho cuộn chậm

pha 600

1 1 1 23

1 0 13

Ma trận cho cuộn chậm

pha 1200

1 1 21

2 1 13

1 1 03

Ma trận cho cuộn ngược

pha

2 1 1 1

1 2 1 3

Ma trận cho cuộn sớm

pha 1200

1 2 11

1 1 23

Ma trận cho cuộn sớm

pha 600

1 2 1 13

Công thức áp dụng cho tính toán dòng so lệch máy biến áp ba cuộn dây quy đổi về phía sơ cấp:

+ IB1dòng điện pha B của cuộn sơ cấp (W1)+ IC1dòng điện pha C của cuộn sơ cấp (W1)+ IA2dòng điện pha A của cuộn thứ cấp (W2)+ IB2dòng điện pha B của cuộn thứ cấp (W2)+ IC2dòng điện pha C của cuộn thứ cấp (W2)

+ IA3dòng điện pha A của cuộn thứ cấp (W3)+ IB3dòng điện pha B của cuộn thứ cấp (W3)+ IB3dòng điện pha C của cuộn thứ cấp (W3)+ ISLAdòng điện so lệch pha A

+ ISLB dòng điện so lệch pha B + ISLCdòng điện so lệch pha C+ UW1 điện áp dây tỷ lệ biến đổi của cuộn sơ cấp (W1) + UW2 điện áp dây tỷ lệ biến đổi của cuộn thứ cấp (W2) + UW3 điện áp dây tỷ lệ biến đổi của cuộn thứ cấp (W3) + A, B, C ba ma trận hệ số biến đổi phụ thuộc tổ đấu dây Với máy biến áp mô phỏng 110/35/22kV với tổ đấu dây Y0/Y/D-11 ta áp dụng vào công thức 2.2 tính được dòng so lệch:

35 1 1 1 0 I

2 -1 -1

Yn -/∆ 11 và có công suất 63MVA

Sơ đồ đấu dây:

+ Cao áp: Đấu sao, có đầu ra sứ trung tính+ Hạ áp: Đấu tam giác

d11 + Sơ đồ vecto: YnMáy biến áp có 19 đầu phân áp