bài tập lớn nhà máy điện và trạm biến áp hệ thống nhị thứ trong trạm biến áp

Mạch điện nhất thứ gồm có các cáp dẫn điện đến và đi cáp trên không hoặc cáp ngầm nối vào các thanh góp điện thanh cái thông qua các máy cắt điện và dao cách ly; điện áp của nguồn điện n

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

BÀI TẬP LỚN NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

HỆ THỐNG NHỊ THỨ TRONG TRẠM BIẾN ÁP

Lớp: L01 - Nhóm 9 Giáo viên hướng dẫn: Ths Huỳnh Quang Minh

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Hoàng 1913440 hoang.nguyen270101@hcmut.edu.vn

Nguyễn Minh Quân 2114548 quan.nguyenminh2003@hcmut.edu.vn

TP HỒ CHÍ MINH, NGÀY 3 THÁNG 3 NĂM 2024

Phân công công việc

STT MSSV Họ và tên Nhiệm vụ được phân công Tỉ lệ điểm BTL

Mục lục

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.1 Khái niệm về mạch kiểm soát 5

1.1.1 Mạch điện nhất thứ là gì 5

1.1.2 Mạch nhị thứ(mạch điện kiểm soát) 5

1.2 Các chức năng của mạch điện kiểm soát trong trạm biến áp 6

1.2.1 Chức năng điều khiển 6

1.2.2 Chức năng đo đếm điện 6

1.2.3 Chức năng bảo vệ rơle 7

1.2.4 Chức năng chỉ thị trạng thái và báo hiệu sự cố 7

1.2.5 Chức năng truyền tín hiệu xa 9

1.2.6 Hệ thống cấp nguồn 9

1.3 Các ký hiệu thường dùng trong bản vẽ nhị thứ 9

1.3.1 Các ký hiệu chức năng bảo vệ 9

1.3.2 Cấu trúc của một bản vẽ và cách đọc bản vẽ 12

Chương 2 Các sơ đồ mạch dòng điện và mạch điện áp 13

2.1 Sơ đồ đấu biến dòng điện 13

2.1.1 Sơ đồ đấu biến dòng điện kiểu Y đủ 13

2.1.2 Sơ đồ đấu biến dòng điện kiểu Y thiếu 14

2.1.3 Cực tính của biến dòng điện 15

2.2 Sơ đồ đấu biến điện áp 15

2.2.1 Sơ đồ đấu biến điện áp kiểu Y đủ 16

2.2.2 Sơ đồ đấu biến điện áp kiểu Y thiếu 16

2.2.3 Sơ đồ đấu biến điện áp 3U0 (Tam giác hở) 17

Chương 3 Các mạch điều khiển, tín hiệu, đo lường trong mạch nhị thứ 18

3.1 Mạch điều khiển máy cắt 18

3.2 Mạch điều khiển dao cách ly 18

3.3 Mạch giám sát mạch cắt 19

3.4 Mạch điều khiển bộ OLTC 19

3.5 Mạch điều khiển quạt mát 19

3.6 Các mạch đo lường: 19

3.6.1 Đo lường nhiệt độ 19

3.6.2 Mạch đồng hồ chỉ thị nấc máy biến áp 20

3.7 Mạch tín hiệu 20

3.8 Mạch Relay lockout (Relay F86) 20

Chương 4 Các hệ thống bảo vệ 21

4.1 Công dụng của relay 21

4.2 Bảo vệ so lệch máy biến áp 22

4.3 Bảo vệ khoảng cách 22

4.4 Bảo vệ quá dòng 23

4.5 Máy cắt tự đóng lại 24

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Khái niệm về mạch kiểm soát

1.1.1 Mạch điện nhất thứ là gì

Mạch điện nhất thứ là mạch điện tiếp nhận các nguồn điện cao áp đến trạm, biến đổi điện áp của nguồn điện nhận được, sau đó phân phối đi nguồn điện có điện áp đã biến đổi Mạch điện nhất thứ gồm có các cáp dẫn điện đến và đi (cáp trên không hoặc cáp ngầm) nối vào các thanh góp điện (thanh cái) thông qua các máy cắt điện và dao cách ly; điện áp của nguồn điện nhận được biến đổi nhờ các máy biến áp lực; có các thiết bị bảo vệ cao áp (cầu chì cao áp, van chống sét); có các máy biến dòng điện để biến đổi dòng điện cao áp thành dòng điện hạ áp có cường độ dòng điện nhỏ hơn (cung cấp tín hiệu dòng điện cho thiết bị đo đếm điện và rơ le bảo vệ); có các máy biến điện áp để biến đổi điện áp cao thành tín hiệu điện áp hạ áp (cung cấp tín hiệu điện áp cho thiết bị đo đếm điện và rơ le bảo vệ); có máy biến áp tự dùng để biến đổi điện cao áp thành điện hạ áp (nguồn điện hạ áp tự dùng để cung cấp cho mạch điện nhị thứ, mạch điện thắp sáng…) Ngoài ra, trong mạch điện nhất thứ của trạm biến áp, còn có thể các máy bù đồng bộ, các tụ điện bù Mạch điện nhất thứ làm việc ở điện áp cao (cấp điện áp 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 66kV, 110kV, 220kV, 500kV…)

1.1.2 Mạch nhị thứ(mạch điện kiểm soát)

Mạch nhị thứ (mạch điện kiểm soát) gồm các mạch điện có các chức năng kiểm soát sự vận hành của mạch điện nhất thứ (điều khiển, chỉ thị trạng thái, đo đếm thông số điện và bảo vệ mạch điện nhất thứ) Mạch điện nhị thứ có các cáp điện kiểm soát, các dây dẫn điện, các thiết bị nhị thứ (thiết bị đo đếm điện, thiết bị điều khiển, rơle bảo vệ, ) được nối mạch theo các trình tự nhất định Mạch điện nhị thứ làm việc ở điện áp thấp (dưới 220V), dùng điện áp một chiều (chiếm phần lớn của mạng điện nhị thứ trong trạm) và điện áp xoay chiều (chiếm phần nhỏ của mạng nhị thứ) Mạch điện nhị thứ được lắp đặt trong các tủ bảng điện; trong các tủ truyền động điều khiển thiết bị điện, trong mương cáp, ống cáp, hộp cáp

Ngoài mạch điện nhị thứ, trong trạm biến áp còn có các mạch điện hạ áp khác là mạch điện thắp sáng, mạch điện thiết bị thông tin liên lạc

1.2 Các chức năng của mạch điện kiểm soát trong trạm biến áp 1.2.1 Chức năng điều khiển

Mạch điện kiểm soát dùng để điều khiển sự vận hành các thiết bị điện nhất thứ Thí dụ: mạch điện điều khiển đóng mở máy cắt điện, điều khiển đóng mở dao cách ly; mạch điện điều khiển các thiết bị làm mát và bộ chuyển đổi nấc có tải của máy biến áp Nguồn điện cấp cho mạch điều khiển đóng mở các máy cắt điện, dao cách ly thường dùng nguồn điện một chiều cung cấp độc lập từ các dàn ắc quy 48V, 110V, 220V đặt tại trạm Chỉ một số ít trường hợp dùng nguồn điện xoay chiều cho mạch điện điều khiển

1.2.2 Chức năng đo đếm điện

Mạch điện kiểm soát dùng để đo, đếm các thông số vận hành điện của mạch điện nhất thứ Có hai loại mạch điện thực hiện chức năng đo đếm điện, đó là: mạch biến dòng điện và mạch biến điện áp Hai mạch điện này riêng rẽ,

không nối liên kết điện với nhau, tuy có thể cùng nói đến để cấp hai tín hiệu dòng, áp cho một thiết bị đo đếm Mạch biến dòng điện mắc nối tiếp từ cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng điện đến các cuộn dây dòng điện nối liên tiếp của các thiết bị đo đếm Mạch biến điện áp mắc song song với cuộn dây thứ cấp của máy biến điện áp với các cuộn dây điện áp của các thiết bị đo đếm

1.2.3 Chức năng bảo vệ rơle

Mạch điện kiểm soát dùng để bảo vệ mạch điện nhất thứ bằng cách cung cấp liên tục các thông số vận hành (tín hiệu dòng điện,điện áp) trạm cho các rơle bảo vệ để các rơle tác động mở các máy cắt điện loại trừ các phần tử mạch điện nhất thứ bị sự cố trong khi đang vận hành ra khỏi lưới điện và đảm bảo cho các phần tử khác tiếp tục vận hành bình thường

Mạch điện rơle bảo vệ gồm mạch biến dòng điện và mạch biến điện áp cấp tín hiệu cho rơle và các tiếp điểm của rơle thì nối vào mạch điện tác động mở máy cắt Các rơle bảo vệ kiểu điện tử cần có mạch điện cấp nguồn nuôi

Mạch biến dòng điện mắc nối tiếp cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng điện qua các cuộn dây dòng điện của rơle bảo vệ Mạch biến điện áp nối song song cuộn dây thứ cấp của máy biến điện áp với các cuộn dây điện áp của các rơle bảo vệ

Mạch tác động của rơle được nối từ tiếp điểm của rơle đến mạch điều khiển mở máy cắt điện để mở tự động máy cắt khi có sự cố Mạch biến dòng điện và biến điện áp là loại mạch cấp tín hiệu điện xoay chiều cho rơ le thì mạch tác động của rơ le và mạch cấp nguồn nuôi cho rơ le là mạch dòng điện 1 chiều cấp từ giàn ắc quy của trạm biến áp

1.2.4 Chức năng chỉ thị trạng thái và báo hiệu sự cố

Mạch điện kiểm soát dùng để chỉ thị trạng thái làm việc của các thiết bị điện nhất thứ (mạch điện chỉ thị trạng thái) khi vận hành bình thường và báo hiệu khi có sự cố (mạch điện báo hiệu sự cố)

Mạch điện chỉ thị trạng thái thường dùng đèn báo trạng thái thiết bị như: + Báo trạng thái của máy cắt (đóng/mở/chế độ điều khiển tại chỗ hay từ xa) + Báo trạng thái của dao cách ly (đóng/mở/chế độ điều khiển tại chỗ hay từ xa) + Báo trạng thái của dao tiếp địa (đóng/mở/chế độ điều khiển tại chỗ hay từ xa)

+ Báo trạng thái, vị trí của bộ điều áp dưới tải Ngoài ra còn có nhiều chức năng khác

Mạch điện tín hiệu sự cố dùng âm thanh (chuông điện, còi điện) để báo động khi có sự cố trong trạm (như sự cố làm rơle bảo vệ tác động mở máy cắt; sự cố của các thiết bị điện nhất thứ: máy biến áp, máy cắt…) và dùng đèn báo hiệu sự cố (hoặc dùng tín hiệu cờ của rơle cờ hiệu) để chỉ thị thiết bị sự cố, loại sự cố, pha (A,B hoặc C) bị sự cố …

1.2.5 Chức năng truyền tín hiệu xa

- Mạch kiểm soát có chức năng truyền tín hiệu xa như: tín hiệu bảo vệ, tín hiệu đo lường tới đối tượng khác để thực hiện hiện chức năng liên động, cắt vvv

1.2.6 Hệ thống cấp nguồn

Có hai dạng nguồn điện dùng trong hệ thống mạch nhị thứ là: Hệ thống mạch nguồn điện xoay chiều: Bao gồm nguồn TU, TI, nguồn tự dùng…vvv

Hệ thống mạch điện một chiều: Cung cấp cho hệ thống mạch điều khiển, bảo vệ, tín hiệu, tùy theo quan điểm thiết kế mà trong các bản vẽ sẽ có các attomat cung cấp nguồn cho từng hệ thống riêng nhưng nói chung nó bao gồm các hệ thông nguồn điện một chiều sau:

- Nguồn điện DC cấp cho hệ thống mạch điều khiển bảo vệ chính - Nguồn điện DC cấp cho hệ thống mạch điều khiển bảo vệ dự phòng - Nguồn điện DC cấp cho hệ thống tín hiệu chỉ thị trạng thái

- Nguồn điện DC cấp cho hệ thống tín hiệu sự cố Tuy nhiên đối với các ngăn lộ trung thế thì mỗi một ngăn lộ sẽ được thiết kế một nguồn cấp riêng

1.3 Các ký hiệu thường dùng trong bản vẽ nhị thứ 1.3.1 Các ký hiệu chức năng bảo vệ

Các chức năng hoặc Rơle thường được ký hiệu bằng chữ cái F đầu tiên (Function) Các Rơle kỹ thuật số hiện tại thường có nhiều chức năng bảo vệ được tích hợp trong một Rơle

- F21, F44: Rơle (chức năng) bảo vệ khoảng cách - F25: Rơle (chức năng) đồng bộ

- F26: Rơle nhiệt độ - F27: Rơle (chức năng) bảo vệ điện áp thấp - F32: Rơle công suất

- F33: Rơle mức dầu - F50, 51: Rơle (chức năng) quá dòng theo đặc tính độc lập, phụ thuộc - F55: Rơle hệ số công suất

- F59: Rơle (chức năng) bảo vệ quá áp

- F62: Rơle thời gian - F63: Rơle áp suất - F64: Rơle (chức năng) bảo vệ chạm đất hạn chế - F67: Rơle (Chức năng) quá dòng có hướng - F79: Rơle (chức năng) tự động đóng lại - F81: Rơle (chức năng) bảo vệ tần số - 85: Rơle (Chức năng) truyền cắt bảo vệ - F86: Rơle khoá

- F87: Rơle so lệch dọc - 96: Rơle hơi

Tuỳ theo phạm vi, mức độ và đối tượng được bảo vệ, chỉ danh Rơle có thể có phần mở rộng Sau đây là một số chỉ danh Rơle có phần mở rộng thông dụng:

- 26W: Rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp; 26O: Rơle nhiệt độ dầu - 50REF: Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (thường dùng cho máy biến áp)

- 67N: Rơle quá dòng chạm đất có hướng - 87T : Rơle so lệch dọc bảo vệ máy biến áp, 87B: Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái

- 96-1: Rơle hơi cấp 1 dùng báo tín hiệu; 96-2: Rơle hơi cấp 2 tác động cắt máy cắt

Các ký hiệu khác hay dùng như: CT: Biến dòng điện

PT hoặc VT: Biến điện áp DS: Cầu dao cách ly

ES: Cầu dao tiếp đất CB: Máy cắt

Định nghĩa: Tiếp điểm thường mở là: Trạng thái của tiếp điểm phụ trùng với trạng thái của thiết bị (Dao cách ly ở trạng thái mở thì tiếp điểm thường mở sẽ ở trạng thái mở và dao cách ly ở trạng thái đóng thì tiếp điểm phụ sẽ ở trạng thái đóng)

Tiếp điểm thường đóng: Trạng thái của tiếp điểm phụ ngược với trạng thái của thiết bị (Dao cách ly ở trạng thái mở thì tiếp điểm phụ sẽ ở trạng thái đóng và ngược lại)

Rơle trung gian hai cuộn hút: Khác với Rơle trung gian một cuộn hút ở chỗ khi mất điện Rơle trung gian hai cuộn hút không thể tự trở về trạng thái được mà phải cấp cho một mạch điện để đưa trạng thái của Rơle về trạng thái bình thường (Rơle lock out)

1.3.2 Cấu trúc của một bản vẽ và cách đọc bản vẽ

Thông thường một bản vẽ hiện nay người ta thường có nhiều trang bản vẽ (không giống các bản vẽ của Trung Quốc hoặc Liên Xô chỉ có một trang bản vẽ) Cấu trúc của bản vẽ thường được thiết kế như sau:

- Thiếu kế theo thiết bị trên tủ (Các thiết bị của một ngăn lộ nằm trên các tủ khác nhau và mỗi một tủ được đóng theo tập bản vẽ như: bản vẽ của tủ điều khiển, bản vẽ của tủ bảo vệ)

- Thiết kế theo ngăn lộ (các thiết bị nằm trên các tủ khác nhau nhưng được đóng chung một tập bản vẽ, bản vẽ của ngăn lộ 131…vvv)

Nội dung bản vẽ gồm các mục sau: - Hệ thống mạch điện xoay chiều - Hệ thống mạch điện một chiều - Hệ thống mạch dòng điện - Hệ thống mạch điện áp - Hệ thống mạch bảo vệ, điều khiển, liên động - Hệ thống mạch tín hiệu

- Các giải nghĩa của biểu tượng Một bản vẽ thường có các ký hiệu nhận dạng về mặt thiết bị mà trước khi đọc bản vẽ người đọc phải quan sát đầu tiên Các ký hiệu này sẽ được thống nhất sử dụng trong bản vẽ Mỗi một công ty, hãng khác nhau sẽ có một ký hiệu khác nhau

Một trang bản vẽ thường gồm có những thông tin sau: - Hàng ngang của bản vẽ là các ô ký hiệu bằng các con số - Hàng dọc của bản vẽ là các ô ký hiệu bằng chữ (A, B, C) - ở góc bên trái của bản vẽ thường có các thông tin sau: + Trang bản vẽ hiện tại: C01, C02, C03

IN

tiếp với mạch mà có ký hiệu Nói chung để đọc được bản vẽ nhị thứ cần phải hiểu logic mạch và nguyên lý hoạt động của mạch đó

Chương 2 Các sơ đồ mạch dòng điện và mạch điện áp 2.1 Sơ đồ đấu biến dòng điện

2.1.1 Sơ đồ đấu biến dòng điện kiểu Y đủ

Dòng vào mỗi Rơle bằng dòng pha, trong chế độ làm việc bình thường thì IA+IB+IC=3I0=0 Khi xảy ra sự cố thì dòng điện trên bất cứ pha nào chạm đất thì dòng điện I0 bằng dòng điện pha Sơ đồ này thường được áp dụng trong các hệ thống lưới điện trung tính nối đất trực tiếp

Đối với các Rơle bảo vệ mà trong Rơle có 04 cuộn dòng như trên thì dòng điện I0 trong Rơle được đo trực tiếp bằng cuộn dòng riêng của Rơle Tuy nhiên đối với một số Rơle chỉ có 03 cuộn dòng (7SJ600, 601 của Siemens) thì người ta thường mắc cuộn dòng trong Rơle kiểu Y thiếu để nhằm mục đích tăng cường độ nhậy của bảo vệ thứ tự không trong Rơle Sơ đồ sẽ như sau:

2.1.2 Sơ đồ đấu biến dòng điện kiểu Y thiếu

Dòng vào mỗi Rơle bằng dòng pha, dòng trong dây trở về bằng Iv=- (Ia+Ic) Khi xảy ra sự cố ngắn mạch một pha trên pha không được lắp TI thì Rơle sẽ không làm việc Sơ đồ này chỉ làm việc khi có sự cố ngắn mạch pha – pha hoặc ngắn mạch hai pha với đất Sơ đồ này thường được áp dụng trong hệ thống lưới trung tính cách ly

IA

IB

2.1.3 Cực tính của biến dòng điện

Để xác định chiều hướng công suất (nhận công suất hay phát công suất) thì biến dòng điện phải được đấu phù hợp với cực tính Nếu không thì đối với các Rơle bảo vệ quá dòng có hướng, hoặc khoảng cách, so lệch phản ứng của Rơle sẽ không chính xác (Đối với bảo vệ quá dòng vô hướng không cần xác định chính xác cực tính của Rơle) Đối với các Rơle kỹ thuật số hiện nay hầu hết đều cho phép hiệu chỉnh đặt đấu cực tính của Rơle điều này sẽ rất thuận lợi trong quá trình thí nghiệm

Chiều công suất: Chiều công suất ra khỏi thanh cái là Rơle hiểu là công suất dương, vào thanh cái là Rơle hiểu là công suất âm

Điểm đấu chụm: là điểm đấu chập phía nhị thứ của các biến dòng điện (có thể đấu chập phần S1 hoặc S2)

Cực tính: Là điểm mà dòng điện đi vào

2.2 Sơ đồ đấu biến điện áp

Theo như các cách đấu biến dòng ở trên sẽ có hai kiểu đấu biến dòng kiểu Y thiếu: Y thiếu tại TI (có 02 TI) hoặc Y thiếu tại Rơle (dùng 02 cuộn dòng của Rơle) Đối với hệ thống mạch áp thì để xác định chính xác chiều công suất thì yêu cầu bắt buộc phải có 03 biến điện áp như vậy chỉ có khái niệm đấu biến điện áp Y thiếu trong Rơle mà thôi (sử dụng 02 cuộn áp)

2.2.1 Sơ đồ đấu biến điện áp kiểu Y đủ

2.2.2 Sơ đồ đấu biến điện áp kiểu Y thiếu

VA

VB

VA

VC

2.2.3 Sơ đồ đấu biến điện áp 3U0 (Tam giác hở)

Sơ đồ này thường dùng để báo chạm đất trong lưới trung tính cách ly Khi hệ thống lưới làm việc bình thường thì điện áp VN=Va+Vb+Vc=0 khi một pha chạm đất thì điện áp Vn bằng điện áp của pha bị chạm đất Tỉ số của cuộn U này thường là 100/3 do vậy điện áp đầu ra tại VN khi có một pha bị chạm đất thường bằng 30V

Trong một số trường hợp để báo chạm đất người ta không sử dụng mạch tam giác hở như trên mà sẽ sử dụng phương án 3Vo=Va+Vb+Vc, việc tính toán điện áp Vo sẽ do Rơle tự thực hiện Phương án này chỉ áp dụng cho sơ đồ đấu Y đủ

VN