Bảo vệ số lệch máy biến áp part3 pot

Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Hình - 8: Nguyên lý làm việc giao diện thông tin Chân nối đất, chân (TD) đờng truyền liệu theo chiều tới thiết bị bên Các tín hiệu đợc truyền từ đầu phát UART tới đầu vào đảo (-) KĐTT làm việc theo chế độ so sánh Nếu tín hiệu (-) V cao điện áp 1.5 V (+), điện áp đầu KĐTT 12V, tơng ứng với mức logic Nếu tín hiệu vào (-) V nhỏ điện áp (+), điện áp đầu KĐTT +12V, tơng ứng với mức logic Chân (RD) đờng nhận liệu đầu vào Các tín hiệu ngoại vi truyền tín hiệu tới rơle qua chân điốt tạo ngỡng đến đầu vào đảo (-) Comparator Đầu vào không đảo đợc giữ 2V, điện áp vợt 2.5V điốt thông mạch, Comparator dẫn điện theo chiều từ đầu tới đầu vào điện áp đầu tụt xuống 0V t−¬ng øng víi møc logic Khi tÝn hiƯu đầu vào nhỏ +2.5V, Comparator không dẫn điện, điện áp đầu +5V tơng ứng với mức logic Khi tín hiệu đầu vào đổi trạng thái, đầu Comparator thay đổi làm cho bit ghi dịch cung thay đổi từ D0 đến D7 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 27 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Chân (CD) chân phát cờ chàn, chân (DSR) thông báo rơle đà đặt xong liệu để gửi, chân 20 (DTR) thiết bị ngoại vi gửi tín hiệu ngợc thông báo sẵn sàng nhận thông tin từ phía rơle Chân (CTS) nhận tín hiệu truyền từ thiết bị bên ngoài, chân 4(RTS) nơi mà UART gửi tín hiệu cho thiết bị bên nh Môđem yêu cầu gửi tín hiệu xa Các chân khác đợc sử dụng tùy theo trờng hợp cụ thể 8/ Phơng pháp so sánh rơle số Cũng giống nh rơle điện cơ, rơle tĩnh rơle số thực phép so sánh đại lợng với giá trị ngỡng Đối với rơle số không sử dụng vi xử lý, thao tác đợc thực sơ đồ phần cứng Thực chất là sơ đồ so sánh hai số số nhiều bit Các phơng pháp phần mềm đợc thực vi xử lý đợc xem xét 8.1/ Phơng pháp so sánh đại lợng điện dạng số nhiều bít sơ đồ phần cứng Một đại lợng điện biểu diễn dới dạng số nhiều bit Gi¶ sư ta cã sè bit A B Điều kiện số A B tất chữ số chúng phải tơng ứng Các trờng hợp xảy với số A B là: A > B, A < B, A = B Gäi F1, F2, F3, hàm đầu tơng ứng Các phơngsự thật: ra: ta có bảng trình ®Çu F1 F2 F3 A B F1 = A.B A>B A giá trị lôgic A < (tức A A ) Tơng tự ta có biến B vµ B Cã thĨ rƠ rµng thÊy r»ng S có trạng thái lôgic A.B; A.B; A.B; A.B Tùy theo giá trị lớn hay nhỏ tức A vợt tr−íc B (0 < ϕ < 1800) hay A chËm sau B (0 > ϕ >1800) ta cã tr×nh tự ghi giá trị S theo biến thiên cđa thêi gian nh− sau: - NÕu A v−ỵt tr−íc B: A.B; A.B; A.B; A.B - NÕu A chËm sau B: A.B; A.B; A.B; A.B NÕu A v−ỵt tr−íc B A thay đổi trạng thái thành lôgic ngợc víi B (thÝ dơ A.B → A.B ), B thay đổi trạng thái thành lôgic giống nh víi A (thÝ dơ A.B → A.B ) NÕu A chậm sau B A thay đổi trạng thái gièng víi B (thÝ dơ A.B → A.B ), B thay đổi trạng thái thành ngợc với A (thí dụ A.B A.B ) Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 30 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Dựa vào quy trình biến đổi S khác trờng hợp lớn hay nhỏ 0, phần mềm xử lý rơle số xác định hớng véc tơ A B so với nhau, để định điều khiển Nguyên lý đà đợc sử dụng rơlr định hớng công suất dùng vi xử lý 9/ Các phận khác rơle số 9.1/ Các nhớ Trong rơle số, nhớ thờng chiếm vùng miềm địa mà vi xử lý quản lý Tùy theo loại rơle mà nhớ khác đợc xử dụng với địa khác Các chơng trình điều khiển làm việc rơle thờng đợc chứa ROM EPROM ROM đợc sử dụng trờng hợp rơle đợc sản suất với số lợng lớn nhà chế tạo có công nghệ ghi thông tin vào ROM hoàn thiện Nhiều nhà chế tạo rơle chọn sử dụng EPROM cho mục đích sản xuất với số lợng ít, đơn EPROM đắt nhng cho phép sửa chữa chơng trình đà ghi Thông số chỉnh định bảo vệ thông tin hệ thống điện đợc lu trữ DRAM kiểu CMOS (dùng nguồn riêng) EEPROM Các RAM động hay gọi RAM không bay (NVRAM) có u điểm tốc độ ghi thông tin nhanh song làm việc trục trặc nguyên nhân pin nuôi chúng bị cố Vì vậy, thờng ngời ta ghi thông tin vào nhớ EEPROM Khi rơle bị nguồn nuôi, thông tin chúng không bị Các văn kiện thông tin cố đợc lu trữ nhớ DRAM tốc độ ghi nhớ nhanh chúng Tại lu giữ thông tin giao động điện, nhiễu loạn, lịch trình làm việccủa rơle theo thời gian, thông tin khác nơi đặt bảo vệ vv liệu thông tin đo lờng, kết tính toán trung gian đợc lu giữ nhớ RAM (SRAM hay DRAM) dùng nguồn cung cấp rơle Tại lu giữ thông tin ngày tháng, thời gian thực Các giữ liệu bị xóa rơle bị mầt nguồn cung cấp Ngời vận hành truy xuất văn kiện từ xa, vào ngày tháng ghi để biết tình trạng làm viƯc cđa r¬le 9.2/ Giao diƯn víi ng−êi sư dơng Tại thờng đặt hình hiển thị thông tin, bàn phím, đèn LED báo hiệu vài cổng thông tin hay song song Tất phận đợc đặt đế đợc nối với phận bên rơle qua dây dẫn mềm kiểu dải băng cho phép đé quay dễ dàng Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 31 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Màn hình đợc sử dụng thờng loại hình tinh thể lỏng LCD, có hay vài hàng chữ Màn hình kiểu điốt phát quang đợc sử dụng Chế độ làm việc kiểu văn cho phép hiển thị chữ số Tuy nhiên, số thiết bị công nghệ đà sử dụng hình rộng hơn, với chế độ đồ họa có khả hiển thị thông tin chỗ mạnh (nh rơle 7SJ531 Siemens) Phía sau hình thờng có vi mạch có chức giải mà thông tin từ vi xử lý thành mà hình ROM ký tự hình, thông tin đợc truyền thờng dạng song song Trong rơle số số lợng phím ấn không nhiều nên thờng sử dụng loại bàn phím mà hóa theo ASCII Tùy theo loại rơle , thờng có phím sau đợc sử dụng: - Các phím hiển thị thông tin đo lờng nh dòng, ¸p, cos , tÇn sè, vv - C¸c phÝm hiển thị thông tin trạng thái - Các phím đặt tham số chỉnh định cho rơle - Các phím giải trừ đèn LED hay rơle (reset) vv - Phím ghi thông tin cố gần (fault) 9.3/ Kết cấu lắp giáp Trong rơle, chức đợc chế tạo mạch riêng biệt tạo thành môđun Tùy theo loại rơle có môđun sau: - Môđun nguồn nuôi - Môđun tín hiệu vào - Môđun vi xử lý - Giao diện với ngời sử dụng Môđun nguồn thờng đợc chế tạo độc lập đợc che chắn nhiễu cẩn thận nguồn phát sinh nhiễu mạnh Đôi môđun vào tín hiệu đợc chế tạo chung mạch Tơng tự nh môđun thông tin rơle mạch nhỏ gắn môđun khác Các mạch đợc bắt vít vào khung kim loại đợc nối với qua dây dẫn mềm giắc cắm nhiều chân cho phép tách môđun dễ dàng sửa chữa Có thể có vài chắn nhiễu nhôm hay phíp phủ đồng đợc sử dụng, đặc biệt với môđun chứa vi xử lý Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 32 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Chơng Bảo vệ máy biến áp động lực 1/ Các dạng cố máy biến áp 1.1/ Ngắn mạch nhiều pha cuộn dây MBA Ngắn mạch nhiều pha cuộn dây MBA xảy điện áp khí cách điện bị già cỗi Dòng cố chạy mạch vòng bị chập có trị số lớn gấp nhiều lần dòng định mức MBA, tùy theo số vòng dây bị chập nh hình vẽ - Dòng điện tạo xung lực lớn xô đẩy vòng dây MBA nhiều trờng hợp phá hủy cuộn dây Hình - 1: Ngắn mạch nhiều pha cuộn dây máy biến áp 1.2/ Ngắn mạch pha chạm đất Dòng điện ngắn mạch pha lớn hay nhỏ phụ thuộc vào tổng trở điểm trung tính MBA với đất, tổ nối dây khoảng cách từ chỗ chạm đất tới điểm trung tính Dòng ®iƯn ch¹m ®Êt mét pha b»ng: Ix = Ud 3Z x ( 2-1) Trong Ix: Là dòng điện chạm đất pha cách trung tính khoảng x Zx: Là tổng trở mạch vòng bao gồm điện trở trung tính Zd, điện trở từ chỗ chạm đất tới cọc nối đất Hình - 2: Ngắn mạch pha chạm đất Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 33 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Dòng điện cố sơ cấp tơng ứng: I s = 3K * I x = K Ud Zx (2-2) Trong K: Là tỷ số biến đổi MBA Nếu x% số phần trăm tính từ chỗ bị ngắn mạch với đất tới điểm trung tính MBA, ta có : Ud =x%*UP (2-3) UP: Là điện áp pha đờng dây Khi đó: I x = K * x % * U Z x P (2-4) Th«ng thờng điện trở chỗ chạm đất điện trở từ chỗ ngắn mạch tới cọc nối đất nhỏ Trong tính toán gần lấy: Zx = Zd Dới đồ thị quan hệ dòng điện cố theo vị trí điểm ngắn mạch cho hai trờng hợp ã Cho máy biến áp có trung tính nối đất trực tiếp Hình - 3: Đồ thị dòng điện cố Nhìn vào đồ thị ta thấy 40 đến 50% cuộn dây tỷ trọng điện kháng cuộn dây lớn nhất, dòng ®iƯn sù cè nhá nhÊt Khi ®iĨm sù cè dÞch chuyển xa điểm trung tính tới đầu cực MBA, dòng cố đạt cực đại Trờng hợp vẽ cho máy biến áp có uk=10%, công suất nguồn vô lớn ã Trờng hợp máy biến áp có trung tính cách ly Nhìn vào đồ thị ta thấy, chạm đất dòng điện qua cuộn dây dòng điện chung pha với đất Do phía sơ cấp nối tam giác nên dòng điện IS Sau xảy chạm đất pha làm cho dòng điện chạm đất pha giảm , nhng điện áp hai pha lại tăng so với đất tới đầu cực máy biến áp Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 34 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Hình - 4: Đồ thị dòng ngắn mạch pha chạm ®Êt m¸y biÕn ¸p trung tÝnh c¸ch ®iƯn 1.3/ Ngắn mạch vòng dây cuộn dây MBA Trong trờng hợp dòng điện chỗ ngắn mạch lớn số vòng dây bị nối ngắn mạch, dòng điện phát nóng chỗ, đốt nóng cách điện cuộn dây dầu MBA, nhng dòng điện từ nguồn tới MBA (IS) nhỏ không đủ cho bảo vệ rơle tác động Trong trờng hợp thờng rơle tác động cắt máy biến áp khỏi lới điện Hình - 5: Ngắn mạch vòng dây cuộn dây MBA - Cách điện thép lõi từ từ bị phá hủy, lõi từ xuất dòng điện xoáy lớn, đốt nóng lõi từ, làm cho nhiệt độ dầu máy biến áp tăng cao mức cho phép Trong trờng hợp rơle nhiệt độ rơle MBA tác động - Thùng dầu MBA bị thủng, dẫn đến máy biến áp cạn dầu Trong trờng hợp rơle tác động - Vỡ sứ đầu máy biến áp dẫn đến ngắn mạch đầu cực MBA 1.4/ Những h hỏng chế độ làm việc không bình thờng bên máy biến áp Khi xảy ngắn mạch phía đờng dây mà máy biến áp cung cấp (ngắn mạch nhiều pha với nhau, ngắn mạch pha) dòng điện phụ tải tăng cao dẫn đến máy biến áp bị tải Khi máy biến áp bị tải làm cho cuộn dây máy biến áp phát nóng mức cho phép làm sôi dầu máy biến áp Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 35 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Cạn dầu máy biến áp nhiệt độ thay đổi đột ngột dò rỉ lâu ngày, tùy theo công suất máy biến áp, vị trí, vai trò máy hệ thống mà ngời ta chọn phơng thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp Những loại bảo vệ thờng dùng để chống loại cố chế dộ làm việc không bình thờng đợc giới thiƯu b¶ng - B¶ng - 1: Các loại bảo vệ thờng dụng cho máy biến áp Loại h hỏng Loại bảo vệ - Ngắn mạch pha nhiều pha - So lệch có hÃm (bảo vệ chính) chạm đất - Khoảng cách (bảo vệ dự phòng) - Quá dòng có thời gian (chính dự phòng tùy theo công suất máy) - Quá dòng thứ tự không - Chạm chập vòng dây, thùng dầu - Rơle khí (BUCHHOLZ) thủng bị rò dầu - Quá tải - Quá dòng điện - Hình ảnh nhiệt - Quá bÃo hòa mạch từ - Chống bÃo hòa 2/Các phơng án bảo vệ máy biến áp 2.1/ Bảo vệ ngắn mạch Khi xảy ngắn mạch làm cho dòng điện ngắn mạch tăng cao dẫn đến máy biến áp bị tải Để ngăn ngừa tợng ngời ta sử dụng biện pháp bảo vệ sau 2.1.1/ Dùng bảo vệ so lệch có hÃm Khác với bảo vệ so lệch máy phát điện, dòng điện sơ cấp hai nhiều phía máy biến áp thờng khác trị số (tùy theo tỷ số đổi điện áp phía) góc pha (theo tổ đấu dây: YN/Y0; YN/d11; Y/d5 vv ) Vì để cân dòng điện thứ cấp phía bảo vệ so lệch chế độ làm việc bình thờng, ngời ta sử dụng máy biến dòng trung gian BIG nh hình vẽ - 6, có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây máy biến áp tỷ số biến đổi đợc chọn cho dòng điện đa vào so sánh rơle so lệch có trị số gần Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 36 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Một đặc điểm khác bảo vệ so lệch máy biến áp dòng điện từ hóa máy biến áp tạo nên dòng điện không cân chạy qua rơle Trị số độ dòng điện không cân lớn chế độ đóng máy biến áp không tải bị cắt ngắn mạch Vì vậy, để hÃm bảo vệ so lƯch cđa m¸y biÕn ¸p ng−êi ta sư dơng dòng điện từ hóa biến áp Hình - 6: Cân pha trị số dòng điện thứ cấp bảo vệ so lệch máy biến áp cuộn dây máy biến dòng trung gian Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội lệch có hÃm dùng cho MBA cuộn dây Hình - 7: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so Ngoài ra, tùy theo tổ đấu dây máy biến áp đợc bảo vệ cần sử dụng biện pháp để loại trừ ảnh hởng dòng điện thứ tự không trung điểm cuộn dây máy biến áp nối đất có ngắn mạch chạm đât xảy hệ thống Gần đây, rơle đại ngời ta thực việc cân pha trị số dòng điện thứ cấp phía máy biến áp rơle so lệch Trên hình - 7, trình bày sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lƯch cã h·m dïng chop m¸y biÕn ¸p cuộn dây 37 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 HM - hÃm theo thành phần hài bậc dòng điện từ hóa MBA Giả sử phÝa cn cđa m¸y biÕn ¸p nèi víi ngn cung cấp, phía cuộn dây nối với phụ tải Khi bỏ qua dòng điện kích từ máy biến áp, chế độ làm việc bình thờng ta cã: I = I2 + I (2-5) Dòng điện vào cuộn dây làm việc bằng: Ilv = IT1- (IT2 + IT3) (2-6) Các dòng điện hÃm: Ih1 = IT2 + IT3 (2-7) Ih2 = IT3 (2-8) Các dòng điện hÃm đợc cộng với theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hÃm theo quan hÖ: I h = ( I T1 + I T2 + I T3 ) K h (2-9) Trong ®ã: Kh 0.5 hệ số hÃm bảo vệ so lệch Ngoài để ngăn ngừa tác động sai ảnh hởng dòng điện từ hóa đóng máy biến áp không tải cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ đợc hÃm thành phần hài bậc dòng điện từ hóa IHM Để đảm bảo tác động hÃm có ngắn mạch vùng bảo vệ cần thực điều kiện: I h > I lv (2-10) 2.1.2/ Sử dụng cầu chì Với máy biến áp máy cắt điện, để bảo vệ cho máy biến áp đặt cầu chì Bảng - nêu số thông số cầu chì dùng cho máy biến áp điện áp 11Kv Bảng - 2: Thông sồ cầu chì cho máy biến áp 11Kv Công suất máy biến áp S (KVA) I (A) Cầu chì Dòng điện định Thời gian cắt (s) mức công suất 3xS 100 5.25 16 200 10.5 25 300 15.8 36 10 500 26.2 50 20 1000 52.5 90 30 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 38 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 2.1.3/ Sử dụng rơle dòng Đối với máy biến áp có máy cắt điện dùng bảo vệ dòng có đặc tính thời gian hai cấp Nó đợc dùng làm bảo vệ cho máy biến áp có công suất bé làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình lớn để chống ngắn mạch bên bên cho máy biến áp Với máy biến áp cuộn dây dùng bảo vệ đặt phía nguồn cung cấp, với máy biến áp nhiều cuộn dây thờng phía đặt Nếu máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều phía cần đặt phận định h−íng c«ng st ë phÝa nèi víi ngn cã thêi gian tác động bé Hình - 8: Bảo vệ dòng điện cho MBA có đặc tính thời gian cấp ã Cấp cắt nhanh Dòng điện khởi động bảo vệ: (2-11) Ikđ = Kat Ingoài max Trong đó: Ingoài max: Là dòng điện ngắn mạch cực đại tính điểm N1 Kat:Hệ số an toàn lấy 1.3-1.4 Độ nhạy bảo vệ đợc kiểm tra ngắn mạch pha chế độ cực tiểu, điểm ngắn mạch N2 thỏa mÃn điều kiện sau: Knh= I N I kd (2-12) Thêi gian t¸c động bảo vệ: ttđ = ã Cấp có thời gian Dòng điện khởi động (2-13) Ikđ = Kat.Ilv max Trong đó: Kat: Hệ số an toàn lấy 1.05 - 1.4, trị số nhỏ tơng ứng cho tín hiệu tải, trị số lớn tơng ứng điều kiện hai máy làm việc song song, máy bị cắt Ilv max: Là dòng điện cực đại qua máy biến áp Trong điều kiện dòng ®iƯn cùc ®¹i cã thĨ lÊy b»ng I®mBA (I®mBA : dòng định mức máy biến áp) Thời gian tác động bảo vệ: Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 39 ... dụng cầu chì Với máy biến áp máy cắt điện, để bảo vệ cho máy biến áp đặt cầu chì Bảng - nêu số thông số cầu chì dùng cho máy biến áp điện áp 11Kv Bảng - 2: Thông sồ cầu chì cho máy biến ¸p 11Kv C«ng... rơle dòng Đối với máy biến áp có máy cắt điện dùng bảo vệ dòng có đặc tính thời gian hai cấp Nó đợc dùng làm bảo vệ cho máy biến áp có công suất bé làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất... Trị số độ dòng điện không cân lớn chế độ đóng máy biến áp không tải bị cắt ngắn mạch Vì vậy, để hÃm bảo vệ so lệch máy biến áp ngời ta sử dụng dòng điện từ hóa biến áp Hình - 6: Cân pha trị số