Đồ án thiết kế¬ tính toán thiết kế hệ thống rơle bảo vệ cho máy biến áp 1152311kv

Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều có thể xác định chung theo biểu thức:  X1Ʃ là tổng trở thứ tự thuận, được tính dựa trên sơ đồ thay thế thứ tự thuận đã biến đ

TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ

Tính toán thiết kế hệ thống rơle

bảo vệ cho máy biến áp

115/23/11kV

TẠ XUÂN HÙNG

Hung.tx191523@sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Hệ thống điện

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Tùng

Chữ ký của GVHD

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, Việt Nam không thể phủ nhận được vai trò của điện năng trongcông nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước Trong sự phát triển hệ thống điệnViệt Nam nói chung và hệ thống truyền tải nói riêng trạm 110kV là một trạm phổbiến và quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa, đóng vai trò là điều kiệncần để hệ thống trở thành một hệ thống lớn Những hư hỏng và chế độ vận hànhkhông bình thường của trạm 110kV gây hậu quả lớn đối với kinh tế - xã hội

Trong trạm biến áp thì thiết bị quan trọng và đắt tiền nhất chính là máybiến áp, nên việc bảo vệ cho nó bằng một hệ thống rơle tốt là điều rất quan trọng

để trạm biến áp hoạt động một cách bình thường và hiệu quả Vì lý do đó em đãchọn đề tài Đồ án thiết kế “Tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ rơle choMBA 115/23/11 kV”

Nội dung đồ án gồm có 6 chương:

Chương 1: Mô tả đối tượng bảo vệ và các thông số chính

Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle

Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ

Chương 4: Giới thiệu tính năng và thông số của các loại rơle sử dụng

Chương 5: Chỉnh định các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Chương 6: Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256

Em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Xuân Tùng đãtận tình đưa ra những góp ý, hướng dẫn cụ thể trong suốt quátrình làm đồ án để đồ án của em hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 6 tháng 11 năm 2023

Sinh viên

Hùng

Tạ Xuân Hùng

CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ CÁC THÔNG SỐ

CHÍNH 1

1.1 Mô tả đối tượng 1

1.2 Các thông số chính 1

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 2

2.1 Các giả thiết và công thức sử dụng trong tính toán ngắn mạch 2

2.2 Các công thức sử dụng cho tính toán ngắn mạch 2

2.3 Quy đổi các thông số hệ thống và thiết bị 3

2.3.1 Chọn các đại lượng cơ bản 3

2.3.2 Điện kháng hệ thống 3

2.3.3 Điện kháng MBA 3

2.4 Tính toán ngắn mạch tại điểm N2 4

2.4.1 Ngắn mạch trong chế độ cực đại 4

2.5 Tính toán ngắn mạch tại điểm N2’ 7

2.6 Ứng dụng phần mềm Etap để tính toán ngắn mạch 8

2.6.1 Tính ngắn mạch bằng Etap 9

2.6.2 So sánh kết quả tính tay với kết quả trên ETAP 16

2.6.3 Kết quả tính toán ngắn mạch 17

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 19

3.1 Các dạng hư hỏng và các chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp 19

3.2 Các loại bảo vệ cho máy biến áp 19

3.2.1 Bảo vệ chính cho máy biến áp 20

3.2.2 Bảo vệ dự phòng 23

3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 26

CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁC LOẠI RƠ LE SỬ DỤNG 27

4.1 Rơ le 7UT613 27

4.1.1 Giới thiệu chung 27

4.1.5 Chức năng bảo vệ chống chạm đất của rơle 7UT633 35

4.1.6 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT633 37

4.1.7 Chức năng bảo vệ quá tải của rơle 7UT633 37

4.2 Rơ le hợp bộ quá dòng 7SJ621 38

4.2.1 Giới thiệu tổng quan về Rơ le hợp bộ quá dòng 7SJ621 38

4.2.2 Các chức năng bảo vệ giám sát 39

4.2.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7SJ621 41

CHƯƠNG 5 CHỈNH ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 43

5.1 Các số liệu phục vụ tính toán và chỉnh định 43

5.1.1 Số liệu về máy biến áp 43

5.1.2 Chọn máy biến dòng điện 43

5.1.3 Chọn máy biến điện áp 45

5.2 Cài đặt các chức năng cho Rơ le 7UT613 45

5.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 45

5.2.2 Chức năng chống chạm đất hạn chế (REF) 47

5.2.3 Cài đặt chức năng 49 (chống quá tải MBA) 48

5.3 Cài đặt chức năng dùng Rơ le 7SJ612 48

5.3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (I>>/50) 48

5.3.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian (I>51) 48

5.3.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (I 0 ≫ /50 N ) 49

5.3.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I 0 >¿51 N ) 50

5.3.5 Bảo vệ chạm đất phía 10,5 kV 50

5.3.6 Bảo vệ quá tải nhiệt (49) 50

5.4 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 51

5.4.1 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ so lệch có hãm (87T) 51

5.4.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch TTK (87N/∆ I 0) 58

5.4.3 Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ quá dòng 59

CHƯƠNG 6 TÌM HIỂU HỢP BỘ THÍ NGHIỆM NHỊ THỨ CMC 256 62

6.1 Giới thiệu chung về Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256 62

6.2 Các tính năng chính của Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256 63

6.2.3 Tín hiệu kiểm tra có độ chính xác cao 63

6.2.4 Mạng tích hợp cho thử nghiệm IEX 61850 IEDs 63

6.2.5 Chức năng đo Analog 10 kênh và Ghi lưu động 64

6.3 Thông số chính của Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (TTT) trong chế độ cực đại 4

Hình 2.2 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch (TTN) trong chế độ cực đại 4

Hình 2.3 Sơ đồ thay thế thình ảnh thứ tự không (TTK) trong chế độ cực đại 4

Hình 2.4 Giao diện phần mềm ETAP 19.0.1 9

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán ngắn mạch trong ETAP 9

Hình 2.6 Thông số của hệ thống 10

Hình 2.7 Thông số hệ thống chế độ cực đại 11

Hình 2.8 Thông số hệ thống chế độ cực tiểu 11

Hình 2.9 Thông số máy biến áp 12

Hình 2.10 Lựa chọn tiêu chuẩn ngắn mạch 13

Hình 2.11 Lựa chọn loại ngắn mạch và kết quả xuất ra 14

Hình 2.12 Kết quả tính toán ngắn mạch 3 pha tại N2 14

Hình 2.13 Kết quả tính toán ngắn mạch 1 pha chạm đất tại N2 15

Hình 2.14 Kết quả tính toán ngắn mạch 2 pha chạm đất tại N2 15

Hình 2.15 Kết quả tính toán ngắn mạch 2 pha chạm nhau tại N2 15

Hình 2.16 Kết quả tính toán ngắn mạch 1 pha chạm đất tại N2 16

Hình 2.17 Kết quả tính toán ngắn mạch 2 pha chạm đất tại N2 16

Bảng 2.5 Tổng kết kết quả tính toán ngắn mạch ở chế độ min 18

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm 20

Hình 3.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp 3 cuộn dây 21

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Buchholz Relay 22

Hình 3.4 Vị trí lắp đặt của Buchholz relay 23

Hình 3.5 Bảo vệ cảnh báo chạm đất 25

Hình 3.6 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 26

Hình 4.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT613 27

Hình 4.2 Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 31

Hình 4.3 Đặc tính tác động của Rơ le 7UT633 32

Hình 4.4 Nguyên tắc hãm chức năng của bảo vệ so lệch 34

Hình 4.5 Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF trong rơ le 7UT633.35 Hình 4.6 Đặc tính tác động chống chạm đất của REF 37

Hình 4.7 Rơ le 7SJ621 38

Hình 4.8 Đặc tính dốc tiêu chuẩn; đặc tính rất dốc; đặc tính cực dốc 40

Hình 5.1 Đặc tính bảo vệ so lệch có hãm của Rơ le 7UT613 46

Hình 5.2 Điểm làm việc tại N2 53

Hình 5.3 Điểm làm việc tại N3 54

Hình 5.4 Điểm làm việc tại N1’ 56

Hình 5.5 Điểm làm việc tại N2’ 57

Hình 5.6 Điểm làm việc tại N3’ 58

Y

Hình 6.3 Thông số chi tiết bộ khuếch đại dòng CMC 256 plus 65

Hình 6.4 Thông số chi tiết bộ khuếch đại điện áp CMC 256 plus 65

Hình 6.5 IEC 61850 66

Hình 6.6 Độ tin cậy của CMC 256 plus 67

Bảng 2.1 Bảng tính toán điện kháng phụ và hệ số m 2

Bảng 2.2 Các ký hiệu trong ETAP 10

Bảng 2.3 So sánh kết quả 2 phương pháp 16

Bảng 2.4 Tổng kết kết quả tính toán ngắn mạch ở chế độ max 17

Bảng 2.5 Tổng kết kết quả tính toán ngắn mạch ở chế độ min 18

Bảng 3.1 Những loại bảo vệ thường dùng của máy biến áp 19

Bảng 4.1 Thông số mạch đầu vào Rơ le 7UT613 29

Bảng 4.2 Thông số đầu vào nhị phân Rơ le 7UT613 30

Bảng 4.3 Thông số đầu ra Rơ le 7UT613 31

Bảng 4.4 Thông số mạch đầu vào Rơ le 7SJ621 41

Bảng 4.5 Thông số đầu vào nhị phân của Rơ le 7SJ621 42

Bảng 4.6 Thông số đầu ra Rơ le 7SJ621 42

Bảng 5.1 Thông số máy biến áp 43

Bảng 5.2 Thông số máy biến dòng được chọn 45

Bảng 5.3 Thông số các máy biến điện áp đã chọn 45

CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH

1.1 Mô tả đối tượng

Đối tượng được bảo vệ là máy biến áp 3 cuộn dây 115/23/11 kV Hệ thống điện

(HTĐ) cung cấp điện đến thanh cái 115 kV, phía trung áp và hạ áp của trạm biến

áp lần lượt là 22 kV và 11kV cung cấp điện cho các phụ tải địa phương

Hình 1.1 Sơ đồ nối điện chính của trạm biến áp

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 2.1 Các giả thiết và công thức sử dụng trong tính toán ngắn mạch

Để giảm khối lượng tính toán trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết, ta cần

có những giả thiết đơn giản hóa khi tiến hành tính toán ngắn mạch

Các giả thiết bao gồm:

2.2 Các công thức sử dụng cho tính toán ngắn mạch

Trước hết, ta thành lập sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không,

sau đó biến đổi về sơ đồ đẳng trị Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn

mạch đều có thể xác định chung theo biểu thức:

 X1Ʃ là tổng trở thứ tự thuận, được tính dựa trên sơ đồ thay thế thứ tự thuận

đã biến đổi về sơ đồ đẳng trị;

 X(n)Δ là điện kháng phụ của loại ngắn mạch (n), có thể tính theo công thức

ứng với dạng ngắn mạch tương ứng được liệt kê trong bảng;

thứ tự thuận theo hệ số m (n) Công thức tính hệ số m (n) tương ứng với dạng

ngắn mạch n trình bày trong bảng 2.1 với công thức:

2.3 Quy đổi các thông số hệ thống và thiết bị

2.3.1 Chọn các đại lượng cơ bản

Dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 trong hệ đơn vị có tên:

I(3)N 2=I cbII × I(3)Na1=1,548 ×7,143=11,057kA

Không có dòng điện đi qua BI01, BI02và BI3

Dòng điện pha sự cố đi qua BI1:

I BI1=I 1 BI1+I 2 BI1+I 0 BI1=3,067+3,067+0,833=6,967

Dòng ngắn mạch đi qua BI1 đã loại trừ dòng thứ tự không:

I(−0 )BI1=I BI1−I 0 BI1=6,967−0,833=6,134

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất, pha còn lại không bị sự

cố là pha đặc biệt (giả sử là pha A) Các dòng điện và phân bố tính ra

Dòng sự cố đi qua BI1 là dòng điện của pha B và pha C Dòng sự cố của pha

B và pha C có biên độ bằng nhau nhưng trái dấu nên ta có:

Dòng điện thành phần đối xứng đi qua BI2:

I a 1=I(1,1)Na1=5,73

I a 2=I(1,1)Na2=−1,417

I a 0=I(1,1)Na 0=−4,313

Dòng sự cố đi qua BI2 là dòng điện của pha B và pha C Dòng sự cố

của pha B và pha C có giá trị biên độ bằng nhau nhưng trái dấu nên ta

Dòng sự cố trong hệ đơn vị có tên:

I BI2 '' =I cbII ×|´I BI2|=1,548 ×8,953=13,859 kA

Dòng sự cố chạy qua BI01:

I BI01=3 ×|I a 0 BI1|=3 ×1,417=4,251

Dòng sự cố qua BI02:

I BI02=3 ×|I a 0 BI2|=3 × 4,313=12,939

Không có dòng chạy qua BI3

2.5 Tính toán ngắn mạch tại điểm N2 ’

Khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N2’, sơ đồ thay thế, quy trình tính dòng sự cố

đi qua BI1, BI01, BI02 giống như khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N2 Giá trị dòng

2.6 Ứng dụng phần mềm Etap để tính toán ngắn mạch

Etap là một phần mềm phân tích và vận hành hệ thống điện đang được sử

dụng rất phổ biến bởi các ưu điểm vượt trội, có thể áp dụng với các mô hình hệ

thống điện từ đơn giản đến phức tạp, các thiết bị được cập nhật đầy đủ theo các

chuẩn QT

Etap được phát triển bởi công ty Operation Technology, Inc (OTI), phần mềm

được dùng để thiết kế và mô phỏng dựa trên các khối có sẵn để mô tả sự vận

hành của hệ thống, phần mềm có khả năng tính toán và phân tích các thông số

của hệ thống như dòng điện, đánh giá sự ổn định của hệ thống,

Etap là một phần mềm có khả năng tính toán và phân tích tại các bus (thanh

cái) của sơ đồ đơn tuyến, nhờ đó chúng ta có thể kiểm soát, sửa chữa và điều

chỉnh kịp thời các thông số tránh những tổn thất đáng tiếc xảy ra

Ngoài ra còn các chức năng như:

 Khảo sát phân tích một hệ thống đơn tuyến với nhiều nguồn cung cấp

 Phân bố công suất trên hệ thống, phân bố công suất tổn thất trên đường

dây, quá tải trên đường dây, hệ số công suất trên tải

 Phân tích ngắn mạch hệ thống điện: chế độ ngắn mạch đối xứng, chế độ

ngắn mạch không đối xứng, ngắn mạch một pha chạm đất, hai pha chạm

đất,

Giao diện của phần mềm Etap 19.0.1:

Trên giao diện phần mềm thể hiện các các thanh công cụ như: Main menu,

Stydy View, Study Case Toolbar Mỗi thanh công cụ chứa mỗi chức năng và

hoạt động khác nhau, để tạo nên một tổng thể mô phỏng lưới điện, cài đặt các

thông số cũng như thể hiện giá trị được tính toán bằng các phương pháp khác

nhau cụ thể như:

 Thanh công cụ File Menu: là thanh công cụ có khả năng truy cập các

hoạt động của hệ điều hành như mở, lưu, in một sơ đồ đơn tuyến, bao

gồm các chức năng như New, Open, Closes Project: tạo, mở hay đóng một

dự án mới, ngoài ra còn chức năng như Data Exchange: để chuyển đổi

đuôi định dạng từ *.OTI sang dạng có đuôi là *.EMF

 Thanh công cụ Edit: các chức năng thường xuyên sử dụng để chỉnh sửa

sơ đồ như Cut, Coppy, Past, Move from: cắt, sao chép, dán, hay di chuyển

một phần tử đã chọn

 Thanh công cụ Viewer: gồm các chức năng như Zoom in, Zoom out,

Zoom fit: là thanh công cụ để phóng to, thu nhỏ hay để xem tấc cả các

phần tử trên cửa sổ window ở chế độ tốt nhất, mục Grid để hiển thị đường

lưới trên sơ đồ

 Thanh công cụ Project: trong đó có Information là hộp thoại chức các

thông tin như tên dự án, vị trí của dự án, mã số của hợp đồng… còn

Standars là các tiêu chuẩn định dạng cho hệ thống như: tần số, đơn vị

chiều dài, tháng, năm Seting là cài đặt chế độ hoạt động của tải như hoạt

động theo hiệu suất, theo động cơ hoặc tải ưu tiên mục Option dùng để

cài đặt chế độ save trong bao nhiêu phút, nhắc nhở trước khi save,

 Thanh công cụ Tool: Symbols là dòng lệnh sẽ làm thay đổi tấc cả kí hiệu

khi chọn các phần từ sơ đồ đơn tuyến với kí hiệu IEC hoặc kí hiệu ANSI,

Orientation là lệnh dùng để thay đổi góc quay từng phần tử hay tấc cả

phần tử được chọn với góc quay: 0°, 90°, 180°, 270° Group và Un Group

là lệnh dùng để nhóm các phần tử được chọn thành một nhóm, các phần tử

chỉ phụ thuộc duy nhất một nhóm, lệnh Un Group thì tách một nhóm

thành các phần tử riêng lẻ trên sơ đồ Còn lại Use Default Annotation

Position là lệnh dùng để chú thích từng phần tử trong sơ đồ đơn tuyến

Hình 2.5 Giao diện phần mềm ETAP 19.0.1

2.6.1 Tính ngắn mạch bằng Etap

Sử dụng phần mềm Etap xây dựng lưới hệ thống như hình dưới:

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán ngắn mạch trong ETAP

Ta có bảng các ký hiệu và tên thiết bị sử dụng:

Bảng 2.3 Các ký hiệu trong ETAP

Nguồn (Power Grid)Máy biến áp 3 cuộn dây (3-

Thanh cái (Bus)

Máy cắt cao áp (HV Circuit

 Chế độ cực đại

Nhập thông số vào hệ thống bằng cách nháy đúp vào ký hiệu trên sơ đồ

theo hình sau Sau khi nhập thông số Sđm của hệ thống, ta sẽ thu được kết

quả %X Pos

Dựa vào tỷ lệ X X 0 HT

1 HT

=1,4 ta có thể xác định được %X zero và chương trình

sẽ tính toán phần còn lại như hình:

Hình 2.8 Thông số hệ thống chế độ cực đại

 Chế độ cực tiểu

Lặp lại tương tự như ở chế độ cực đại ta được thông số của chế độ cực

tiểu như hình:

 Số liệu máy biến áp

Hình 2.10 Thông số máy biến áp

b Tính toán ngắn mạch tại điểm N2

Sau khi cài đặt thông số như trên ta bắt đầu tính toán ngắn mạch tại điểm

N2 trình tự tính toán được thực hiện như sau:

 Sau khi nhập dữ liệu và vẽ lại sơ đồ, chuyển qua tab ở thanh công cụ

đầu thực hiện tính toán ngắn mạch

 Sử dụng tab "Edit Study Case" để lựa chọn vị trí cần tính toán và

vị cho kết quả:

Hình 2.11 Lựa chọn tiêu chuẩn ngắn mạch

 Nhấp chọn để thực hiện tính toán

 Nhấp chọn để chọn loại ngắn mạch và xuất kết quả ra màn hình:

Hình 2.12 Lựa chọn loại ngắn mạch và kết quả xuất ra

 Dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất

Hình 2.17 Kết quả tính toán ngắn mạch 1 pha chạm đất tại N2

 Dòng ngắn mạch 2 pha chạm đất

Hình 2.18 Kết quả tính toán ngắn mạch 2 pha chạm đất tại N2

2.6.2 So sánh kết quả tính tay với kết quả trên ETAP

Ta có bảng so sánh giữa kết quả tính tay và tính toán trên phần mềm

ETAP tại điểm ngắn mạch N2 ở chế độ cực đại và cực tiểu

Bảng 2.4 So sánh kết quả 2 phương pháp

Chế độ hệ

thống

Dạng ngắn mạch

Kết quả tính toán bằng tay

Kết quả tính toán theo ETAP

Sai số

Hệ đơn vị tương đối

Từ bảng trên cho thấy: kết quả tính toán bằng tay và tính toán bằng Etap

có sai số nhỏ (<5%) vì vậy phần mềm Etap đủ tin cậy nên ta sẽ sử dụng phần

mềm Etap để tính toán ngắn mạch các điểm còn lại

2.6.3 Kết quả tính toán ngắn mạch

Thực hiện các bước tính toán tương tự với các điểm còn lại ta được bảng

kết quả tính toán ngắn mạch như sau:

Bảng 2.5 Tổng kết kết quả tính toán ngắn mạch ở chế độ max

Điểm

NM

Dạng

NM

Dòng điện qua các BI (kA)

I BI1 I 0 BI1 I(−0 )BI1 I BI01 I BI2 I 0 BI2 I(−0 )BI2 I BI02 I BI3

Bảng 2.6 Tổng kết kết quả tính toán ngắn mạch ở chế độ min Điể

Dòng điện qua các BI (kA)

I BI1 I 0 BI1 I(−0 )BI1 I BI01 I BI2 I 0 BI2 I(−0 )BI2 I BI02 I BI3

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

3.1 Các dạng hư hỏng và các chế độ làm việc không bình thường của

máy biến áp

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp có thể phân ra làm hai loại: Hư hỏng

bên trong và hư hỏng bên ngoài

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp bao gồm các nguyên nhân sau đây:

áp;

Những hư hỏng thường gặp bên ngoài máy biến áp bao gồm các nguyên nhân sau

đây:

Tùy theo công suất máy biến áp, vị trí vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà

người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp Những loại bảo vệ

thường dùng của máy biến áp được giới thiệu trong bảng dưới đây:

Bảng 3.7 Những loại bảo vệ thường dùng của máy biến áp

Ngắn mạch một pha hoặc

nhiều pha chạm đất

dự phòng tùy theo công suất máy biến áp)Phát hiện sự cố rò gỉ dầu hoặc

áp lực dầu máy biến áp giảm

đột ngột quá thấp hoặc quá

cao

 Pressure Relief Valve for Transformers(PRV)

3.2 Các loại bảo vệ cho máy biến áp

Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng của mình, thiết bị bảo vệ

Độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong

phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ, còn độ tin cậy không tác động là khả

năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm

vi bảo vệ đã được quy định

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơ le hoặc hệ thống bảo vệ, nó

được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức là tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơ

le khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lí

đặt vào rơ le và ngưỡng khởi động của nó càng lớn, rơ le càng dễ cảm nhận sự xuất hiện

của sự cố, hay như thường nói rơ le tác động càng nhạy

3.2.1 Bảo vệ chính cho máy biến áp

- Bảo vệ so lệch có hãm:

Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng cho máy biến áp được biểu thị qua hình

sau:

Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm

Giả sử phía cuộn dây 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn dây 2

và 3 nối với phụ tải Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp trong chế độ làm việc

bình thường của máy biến áp ta có :

I I I

(3.1)

Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc:

Trong đó KH ≤ 0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch

Ngoài ra để ngăn chặn tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi đóng

máy biên áp không tải và cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần

hài bậc hai trong dòng điện từ hóa

Để đảm bảo được tác động có hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực

hiện điều kiện:

I H I LV

(3.5)

Bảo vệ so lệch làm chức năng bảo vệ chính dùng để cắt nhanh máy biến áp khi có

sự cố ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Chỉnh định

chắc chắn khỏi dòng điện không cân bằng khi đóng máy biến áp không tải, khi cắt ngắn

mạch ngoài và dòng điện từ hóa tăng cao khi có quá điện áp và đảm bảo độ nhạy cao

với các dạng ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ

- Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không ΔI0 (bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế:

REF – Restricted Earth Fault):

Hình 3.20 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp 3 cuộn dây

Để bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao có trung điểm nối đất của

máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn Thực chất đây là

loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không có miền bảo vệ được giới hạn giữa máy biến

dòng đặt ở trung tính máy biến áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự

không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp

Nếu bỏ qua sai số của các máy biến dòng,trong chế độ làm việc bình thường và

ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ (điểm N1), ta có:

I0 3.I0 I D 0

(3.6)

Trong đó:

o I0 là dòng thứ tự không chạy trong cuộn dây máy biến áp;

o ID là dòng điện chạy trong trung tính máy biến áp.

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N2) ứng với giá trị dòng so lệch:

I0 3.I0 I D 0

Lúc này sẽ có dòng qua rơ le và rơ le sẽ tác động

- Bảo vệ bằng rơ le khí (Buchholz Relay):

Rơ le Buchholz là thiết bị bảo vệ an toàn cho máy biến áp, có khả năng phát hiện

được sự cố dò rỉ dầu hoặc áp lực dầu quá thấp hoặc quá cao

Khi có sự cố bên trong máy biến áp như lỗi cách điện giữa các vòng dây, đứt lõi

máy biến áp, lõi máy biến áp quá nhiệt độ cho phép, lúc này nhiệt độ của dầu cách điện

trong máy biến áp sẽ tăng lên và sẽ bị phân hủy thành các bọt khí hydrocacbon khác

nhau CO2 và CO

Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Buchholz Relay

Sự dịch chuyển của dầu làm cho phao thủy ngân đóng công tắc mạch báo động để

phát tín hiệu cảnh báo Lượng khí thu được sẽ cho biết mức độ nghiêm trọng của lỗi xảy

ra Trong các lỗi nhỏ, lượng khí tạo ra không đủ để di chuyển phao bên dưới Do đó,

trong các lỗi nhỏ, phao dưới không bị ảnh hưởng

Trong các sự cố lớn như ngắn mạch pha với đất, nhiệt lượng tỏa ra lớn và một

lượng lớn khí được tạo ra Một lượng lớn khí tương tự sẽ chảy lên trên, lượng dầu bị tụt

đủ lớn sẽ làm nghiêng phao dưới Trong trường hợp này, phao thủy ngân phía dưới sẽ

đóng công tắc và cách ly khỏi nguồn cung cấp

 Vị trí lắp đặt:

Hình 3.22 Vị trí lắp đặt của Buchholz relay

Rơ le lắp đặt trên đường ống dẫn dầu từ bồn dầu chính đến bồn dầu phụ với các loại

- Bảo vệ chống quá tải (49):

Quá tải làm cho nhiệt độ của máy biến áp tăng cao quá mức cho phép, nếu thời gian

kéo dài sẽ làm giảm tuổi thọ máy biến áp Để bảo vệ chống quá tải ở máy biến áp công

suất bé dùng loại bảo vệ quá dòng điện thông thường, với máy biến áp lớn, người ta

dùng nguyên lí hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải Bảo vệ loại này phản

ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tuỳ theo

mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau: cảnh báo, khởi động các mức

làm mát bằng cách tăng tốc độ tuần hoàn của dầu, giảm tải máy biến áp Nếu các cấp tác

động này không mang lại hiệu quả, nhiệt độ máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho

phép và kéo dài quá thời gian quy định thì sẽ cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống

3.2.2 Bảo vệ dự phòng

- Bảo vệ quá dòng có thời gian I > (51)

Bảo vệ khởi động khi dòng điện qua rơ le vượt quá giá trị dòng điện khởi động (Ikđ)

đã cài đặt trước Dòng điện khởi động của bảo vệ (Ikđ) chọn theo dòng điện danh định

của máy biến áp có xét đến trường hợp quá tải Điều kiện khi tính toán dòng khởi động

là phải không khởi động ở chế độ bình thường và phải khởi động với dòng sự cố nhỏ

o k là hệ số an toàn, thường được chọn bằng 1,6;

o Ilvmax là dòng làm việc lớn nhất cảu máy biến áp

Bảo vệ có thể làm việc với thời gian trễ để đảm bảo tính chọn lọc Điều này được

thực hiện thông qua phân cấp thời gian theo nguyên tắc bảo vệ gần chỗ sự cố nhất sẽ

phải tác động trước Bậc phân cấp thời gian ∆𝑡 = 0,3𝑠 ÷ 0,6𝑠 đã kể đến các yếu tố: Sai

số thời gian của rơle, thời gian cắt máy cắt, thời gian gửi tín hiệu trip từ rơ le, sai số của

biến dòng, thời gian dự trữ

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh I >> (50)

Bảo vệ quá dòng điện pha cắt nhanh thường làm bảo vệ dự phòng để chống ngắn

mạch do không bảo vệ được toàn bộ đối tượng Dòng khởi động của bảo vệ phải đảm

bảo khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ thì bảo vệ không tác động

Dòng khởi động của bảo vệ được tính bằng công thức sau:

I kd k I at Nngmax

(3.8)

Trong đó:

o kat là hệ số an toàn (thường chọn kat = 1,1 ÷ 1,3);

o INngmax là giá trị ngắn mạch ngoài vùng lớn nhất đi qua bảo vệ, thường là giá

trị dòng ngắn mạch 3 pha

Bảo vệ quá dòng pha cắt nhanh không bảo vệ được toàn bộ đối tượng, khi ngắn

mạch cuối phần tử, bảo vệ cắt nhanh không tác động Vùng bảo vệ của bảo vệ cắt nhanh

phụ thuộc chế độ làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch

- Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian I0 > (51N)

Bảo vệ này dùng để chống các dạng ngắn mạch chạm đất các phía Có thể dùng loại

có đặc tính thời gian phụ thuộc (ti lệ nghịch) Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện chạm

đất chạy qua chỗ đặt bảo vệ vượt quá giá trị chỉnh định

Dòng điện thứ tự không:

0  

1

I  I I I

(3.9)

Các trạng thái làm việc của bảo vệ:

IAIBIC 3I0 0

động:

IAIB IC 3I0 0

- Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh I0 >> (50N)

Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không cắt nhanh thường dùng làm bảo vệ dự phòng để

chống ngắn mạch chạm đất Dòng khởi động của ngắn mạch được tính theo công thức:

I kd k0at.I0Nngmax

(3.10)

Trong đó:

o k0at là hệ số an toàn, thường chọn giá trị k0at = 1,1 ÷ 1,2

o I0Nngmax là dòng ngắn mạch ngoài thứ tự không trong chế độ max đi qua bảo

vệ, thường được tính theo ngắn mạch 3 pha trên thanh cái cuối phần tử

được bảo vệ

- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF)

Máy cắt điện là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện ở mọi chế độ vận hành:

phải gửi tín hiệu cắt tới những máy cắt lân cận với chỗ hư hỏng nhằm loại trừ dòng

ngắn mạch Hệ thống bảo vệ này gọi là bảo vệ chống máy cắt hỏng Khi xảy ra sự cố,

nếu bảo vệ tại nơi có phần tử bị hư hỏng đã gửi tín hiệu đi cắt máy cắt, nhưng sau một

khoảng thời gian, dòng điện sự cố vẫn còn tồn tại,có nghĩa là máy cắt đã từ chối tác

động Dòng điện sự cố sẽ liên tục đưa vào bảo vệ chống máy cắt hỏng, rơle quá dòng

được giữ ở trạng thái tác động, sau một khoảng thời gian 100ms bảo vệ chống máy cắt

hỏng gửi tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt lân cận nối với chỗ hư hỏng

- Bảo vệ cảnh bảo chạm đất

Bảo vệ cảnh báo chạm đất thường dùng để phát hiện chạm đất ở hệ thống có trung

tính cách điện Để lọc điện áp thứ tự không thường dùng máy biến điện áp 3 pha 5 trụ

với các cuộn thứ cấp được đấu thành hình tam giác hở như hình bên dưới:

Hình 3.23 Bảo vệ cảnh báo chạm đất

3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp

Hình 3.24 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp

Chú thích:

 50 : Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

 51 : Bảo vệ quá dòng có thời gian

 46 : Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch

 49 : Bảo vệ chống quá tải

 59N : Bảo vệ quá điện áp thứ tự không

 87T : Bảo vệ so lệch có hãm

 87N : Bảo vệ so lệch thứ tự không

CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁC LOẠI

RƠ LE SỬ DỤNG

4.1 Rơ le 7UT613

Hình 4.25 Rơle bảo vệ so lệch 7UT613

4.1.1 Giới thiệu chung

Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, được sử dụng để bảo vệ

chính cho máy biến áp 3 cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu ở tất cả các cấp điện

áp Rơle này cũng có thể dùng để bảo vệ cho các loại máy điện quay như máy

phát điện, động cơ, các đường dây ngắn hoặc các thanh cái cỡ nhỏ (có từ 3-5 lộ

ra) Các chức năng khác được tích hợp trong rơle 7UT613 làm nhiệm vụ dự

phòng như: bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, chống hư hỏng

máy cắt Bằng cách phối hợp các chức năng hợp trong 7UT613 ta có thể đưa ra

phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế với tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng

một rơle Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiện đại ngày nay

a) Đặc điểm của rơle 7UT613:

Rơle UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bit

 Thực hiện xử lý hoàn toàn tín hiệu số từ đo lường, lấy mẫu, số

hoá các đại lượng đầu vào tương tự đến việc xử lý tính toán vàtạo các lệnh, các tín hiệu đầu ra

 Cách li hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bên trong của TUT613

với các mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do các cách sắpxếp đầu vào tương tự của các bộ chuyển đổi, các đầu vào, đầu ranhị phân, các bộ chuyển đổi DC/AC hoặc AC/DC

 Hoạt động đơn giản, sử dụng panel điều khiển tích hợp hoặc máy

tính cá nhân sử dụng phần mềm DIGSI

b) Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613 :

Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp: Đây là chức năng bảo vệ chính

của rơ le 7UT613:

tượng quá kích thích máy biến áp bằng cách sử dụng các sóng hài

hoặc thanh góp cỡ nhỏ

 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF)

 Bảo vệ so lệch trở kháng cao

 Bảo vệ chống chạm vỏ cho máy biến áp

 Bảo vệ chống mất cân bằng tải

 Bảo vệ quá dòng đối với dòng chạm đất

 Bảo vệ quá dòng một pha

 Bảo vệ quá tải theo nguyên lí hình ảnh nhiệt

 Bảo vệ quá kích thích

 Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

Ngoài ra rơle 7UT613 còn có các chức năng sau:

 Đóng cắt trực tiếp từ bên ngoài: Rơle nhận tín hiệu từ ngoài đưa

vào thông qua các đầu vào nhị phân Sau khi xử lý thông tin, rơle

sẽ có tín hiệu phản hồi đến các đầu ra, các đèn LED…

rơle

 Cho phép người dùng xác định các hàm logic phục vụ cho các

phương thức bảo vệ

 Chức năng theo dõi, giám sát:

 Liên tục tự giám sát các mạch đo lường bên trong, nguồn điện

của rơle, các phần cứng, phần mềm tính toán của rơle với độ tincậy cao

 Liên tục đo lường, tính toán và hiển thị các đại lượng vận hành

lên màn hình hiển thị (LCD) mặt trước rơle

 Ghi lại, lưu giữ các số liệu, các sự cố và hiển thị chúng lên màn

hình hoặc truyền dữ liệu đến các trung tâm điều khiển thông qua

4.1.2 Khả năng truyền thông kết nối của rơle 7UT613

Với nhu cầu ngày càng cao trong việc điều khiển và tự động hoá hệ thống

điện, các rơle số ngày nay phải đáp ứng tốt vấn đề truyền thông và đa kết nối

Rơle 7UT613 đã thoả mãn các yêu cầu trên, nó có các cổng giao tiếp sau:

 Cổng giao tiếp với máy tính tại trạm (Local PC): Cổng giao tiếp

này được đặt ở mặt trước của rơle, hỗ trợ chuẩn truyền tin côngnghiệp RS232 Kết nối qua cổng giao tiếp này cho phép ta truycập nhanh tới rơle thông qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 càiđặt trên máy tính, do đó ta có thể dễ dàng chỉnh định các thông

số, chức năng cũng như các dữ liệu có trong rơle Điều này đặcbiệt thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle trước khi đưavào sử dụng

 Cổng giao tiếp dịch vụ: Cổng kết nối này được đặt phía sau của

rơle, sử dụng chuẩn truyền tin công nghiệp RS485, do đó có thểđiều khiển tập trung một số bộ bảo vệ rơle bằng phần mềmDIGSI 4 Với chuẩn RS485, việc điều khiển vận hành rơle từ xa

có thể thực hiện thông qua MODEM cho phép nhanh chóng pháthiện xử lý sự cố từ xa Với phương án kết nối bằng cáp quangtheo cấu trúc hình sao có thể thực hiện việc thao tác tập trung

Đối với mạng kết nối quay số, rơle hoạt động như một server nhỏ và gửi thông tin đi dưới dạng các trang siêu liên kếtvăn bản đến các trình duyệt chuẩn có trên máy tính

Web- Cổng giao tiếp hệ thống: Cổng này cũng được đặt phía sau của

rơle, hỗ trợ chuẩn giao tiếp hệ thống của IEC: 60870-5-103 Đây

là chuẩn giao thức truyền tin quốc tế có hiệu quả tốt trong lĩnhvực truyền thông bảo vệ hệ thống điện Giao thức này hỗ trợ bởinhiều nhà sản xuất và được ứng dụng trên toàn thế giới Thiết bịđược nối qua các cáp điện hoặc cáp quang đến hệ thống bảo vệ vàđiều khiển trạm như SINAULT LAS hoặc SICAM qua giao diệnnày Cổng kết nối này cũng hỗ trợ các giao thức khác nhưPROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, DNP 3.0

4.1.3 Thông số kỹ thuật của rơ le 7UT613

- Mạch đầu vào

Bảng 4.8 Thông số mạch đầu vào Rơ le 7UT613

Công suất tiêu thụ mỗi

đầu vào

Đầu vào độ nhạy cao ở 1A

Dung lượng quá tải dòng

điện đầu vào độ nhạy cao

110/125/220/250 VDải điện áp cho phép (88-300V)

Dải điện áp cho phép (92-265V)

≤ 15% (AC)

Dải đo lường 0-200V

- Đầu vào nhị phân

Bảng 4.9 Thông số đầu vào nhị phân Rơ le 7UT613

Điện áp danh định 24 - 250V (VDC)Dòng tiêu thụ 1,8 mA cho mỗi đầu vào Điện áp lớn nhất cho phép 300V (DC)

- Đầu ra Rơ le

Bảng 4.10 Thông số đầu ra Rơ le 7UT613

Số lượng tiếp điểm 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh báo

Khả năng đóng cắt Đóng: 1000W/VA

Cắt: 30VACắt với tải điện trở: 40WCắt với tải L/R (≤50ms): 25 WĐiện áp đóng cắt 250V

Dòng đóng cắt cho phép 30 A cho 0,5s

5 A không hạn chế thời gian