Giáo trình phân tích và hướng dẫn nguồn năng lượng điện hiện nay của nước ta phần 5 doc

Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 48 châm vĩnh cửu (5). Bộ phận chỉ thị đợc làm bằng nhôm để tránh ảnh hởng của từ trờng nam châm. Hình 2 - 15: Cấu tạo của thiết bị chỉ thị mức dầu Hiện nay cũng không có những tiêu chuẩn thống nhất để lựa chọn phơng thức bảo vệ cho máy bến áp. Sau đây chỉ nêu ra một số ví dụ thờng gặp trong thực tế. Trên hình 2-13 trình bày sơ đồ phơng thức bảo vệ bảo vệ đối với máy biến áp 2 cuộn dây công suất bé (đến vài chục MVA), để chống ngắn mạch giữa các pha và sự cố trong thùng dầu ngời ta dụng bảo vệ so lệch có hãm (1) và rơle khí (2) làm bảo vệ chính. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (3) đợc sử dụng làm bảo vệ dự phòng. Để chống quá tải và nhiệt độ dầu tăng cao ngời ta sử dụng bảo vệ quá dòng (4) và bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ (5). Hình 2 - 16: Phơng thức bảo vệ MBA 2 cuộn dây công suất bé (đến vài chục MVA) Đối với máy biến áp 3 cuộn dây công suất lớn ngời ta sử dụng bảo vệ so lệch có hãm (1), bảo vệ so lệch dòng thứ tự không (2), rơle khí (3) và (4), làm bảo vệ chính, bảo vệ khoảng cách (5), (6) và bảo vệ quá dòng có thời gian (7) làm bảo vệ dự phòng. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 49 Hình 2 - 17: Phơng thức bảo vệ MBA 3 cuộn dây công suất lớn Để bảo vệ chống quá tải dùng bảo vệ dự phòng (8), (9), (10), đặt riêng cho các phía và bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ dầu (11). Hình 2 - 18: Phơng thức bảo vệ MBA tự ngẫu Trên hình 2 - 18 trình bày phơng thức bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu có công suất lớn. Các loại bảo vệ và chức năng từng loại cũng tơng tự nh hình 2- 17 đối với máy biến áp 3 cuôn dây. Riêng bảo vệ so lệch thờng ngời ta sử dụng loại rơle so lệch tổng trở cao. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 50 Chơng 3 Nguyên lý hoạt động của rơle so lệch số 7ut51* 1/ Các thông số kỹ thuật Mạch đo lờng: - Dòng điện định mức đầu vào rơle: 1A hoặc 5A - Tần số định mức: 50 ữ 60 Hz hoặc 162/3 Hz - Công suất tiêu thụ: ở Iđm = 1A - công suất tiêu thụ khoảng 0.1 VA/ pha ở Iđm = 5A - công suất tiêu thụ khoảng 0.4 VA/ pha Sử dụng để phát hiện dòng chạm vỏ độ nhạy cao với dòng điện I = 1A công suất tiêu thụ khoảng 0.2 VA. - Khả năng quá tải dòng: Tĩnh (giá trị hiệu dụng) 100I đm trong khoảng t 1s 10I đm trong khoảng t 10s Động (dòng xung kích) 250I đm trong thời gian t=0.5 chu kỳ - Khả năng quá tải của chức năng phát hiện dòng chạm vỏ 300A trong thời gian t 1s 100A trong thời gian t 1s 15A trong thời gian liên tục Điện áp nguồn nuôi một chiều: Nguồn nuôi một chiều đợc cấp qua 1 bộ chuyển đổi DC/DC Điện áp định mức 24/48 V 60/110/125 V 220/250 V Sai lệch cho phép 19 ữ 56 V 19 ữ 56 V 19 ữ 56 V Công suất tiêu thụ: Chế độ tĩnh Chế độ động Thời gian khắc phục sự cố khi có sự cố hoặc ngắn mạch nguồn nuôi: t 50 ms ở U đm 110 V (một chiều) 7UT512 7UT513 Khoảng 10 W Khoảng 14 W Khoảng 13 W Khoảng 22 W 7UT512 7UT513 2 5 . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 51 Các tiếp điểm đóng cắt: - Số rơle cắt - Số tiếp điểm/rơle 2 (thờng mở) - Công suất: Đóng 1000 W/VA Cắt 30 W/VA - Điện áp đóng cắt 250 V - Dòng cho phép qua tiếp điểm 5A liên tục 30 A trong thời gian t = 0.5s Các tiếp điểm tín hiệu: - Số rơle tín hiệu/cảnh báo - Số tiếp điểm/rơle 1 thờng đóng và 1 thờng mở - Công suất đóng mở 20 W/VA - Điện áp đóng mở 250V - Dòng điện cho phép 1A Đầu vào nhị phân: - Số đầu vào nhị phân - Điện áp làm việc 24 ữ 250 V (một chiều) - Dòng điện tiêu thụ xấp xỉ 2.5 A, không phụ thuộc vào điện áp làm việc Các giao tiếp nối tiếp: - Giao tiếp vận hành không cách ly + Giắc nối Giắc 25 chân cho kết nối với máy tính cá nhân ở mặt trớc + Tốc độ truyền tin 9600 Band min: 1200 Band max: 19200 Band - Giao với trung tâm cách ly + Giắc nối Giắc 25 chân cho kết nối với máy tính cá nhân ở mặt trớc + Tốc độ truyền tin 9600 Band 7UT512 7UT513 5 (4 có thể chọn) 11 (10 có thể chọn) 7UT512 7UT513 2 2 . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 52 min: 1200 Band max: 19200 Band + Kết nối trực tiếp Lắp đặt ngang modun kết nối 4 cực Lắp đặt bề mặt 4 hàng kẹp đầu ra, 2 cặp lõi đơn và bọc kim loại L1YCY_CY2 x 2 x 0.25 mm 2 + Cáp nối quang Giắc tích hợp F-SMA Lắp đặt bằng: ở phía sau của vỏ Lắp đặt bề mặt: ở phía đáy của vỏ - Chiều dài sóng quang 820 mm - Hệ số suy giảm cho phép 8 dB - Khoảng cách truyền tin 1.5 Km 2/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle 7UT51* Rơle số lệch số 7UT51 đợc trang bị một bộ vi xử lý mạch 16 bit. Nó trợ giúp cho quá trình xử lý số hoàn toàn cho tất cả các chức năng từ việc các số liệu thu nhận các thông số đo đợc đều đa ra các tín hiệu cắt cho các MC. Hình 3 - 1 Là cấu trúc phần cứng của rơle số lệch 7UT51 cho MBA cuộn dây ở đây: ME là khối tiếp nhận giá trị đầu vào. Nó chuyển tín hiệu dòng điện từ các BI sang các dòng phù hợp với thiết bị có thể xử lý. Bên cạnh việc cách ly về điện bằng các biến dòng đầu vào, các bộ lọc cũng đợc đặt để điều khiển. Các . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 53 giá trị tơng tự thích hợp, khi đó đợc đa sang phần tiếp nhận các giá trị vào tơng tự AE. Việc điều chỉnh cho phù hợp với MBA có công suất và tổ nối dây khác nhau và các tỉ số biến dòng khác đợc thực hiện bằng toán học hoàn toàn. Thờng thờng không đòi hỏi biến dòng trung gian. Khối AE làm nhiệm vụ: Khếch đại, lấy mẫu, và lu giữ các đại lợng đầu vào, chuyển đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số và đa tới khối xử lý. Khối xử lý: Bên cạnh việc giám sát giá trị đo, nó cần thực hiện các chức năng sau: - Xử lý các đại lợng sao cho phù hợp với tổ nối dây của MBA, phù hợp với tỷ số biến đổi của MBA đợc bảo vệ và các biến dòng. - Tính toán các giá trị đo nh thành phần dòng điện so lệch và dòng điện lấy mẫu. - Phân tích tần số các đại lợng đo. - Tình toán các giá trị hiệu dụng của dòng điện phục vụ cho bảo vệ quá tải và kiểm tra độ tăng nhiệt của cuộn dây. - Kiểm soát các giá trị giới hạn và thứ tự thời gian. - Đa ra các lệnh cắt. - Lu giữ và đa ra các thông số sự cố phục vụ cho việc tính toán và phân tích sự cố. Các đầu vào nhị phân đến và đi từ bộ vi xử lý qua các kênh vào và ra. Từ các kênh này bộ vi xử lý nhận thông tin từ các bộ chuyển mạch (giải trừ từ xa) hoặc từ các thiết bị khác (nh tín hiệu khóa). Các đầu ra thông thờng bao gồm các lệnh cắt cho MC, tín hiệu biểu thị cho các sự kiện và trạng thái quan trọng đợc hiểu thị thông qua các đèn LED và chỉ số ở màn hiển thị trớc rơle. Rơle cũng đợc trang bị một bàn phím tích hợp đợc kết nối với màn hiển thị tinh thể lỏng. Tất cả các số liệu vận hành nh: các giá trị đặt, thông số thiết bị vvđợc đa vào thông qua bàn phím này. Từ bàn phím, có thể đợc gọi ra các thông số cần thiết cho việc đánh giá sự cố khi có sự cố xảy ra. Việc giao tiếp với rơle có thể đợc thực hiện thông qua cổng nối tiếp ở mặt trớc rơle bằng bảng vận hành hoặc bằng máy tính cá nhân PC. Các khối chức năng của rơle đợc cung cấp bởi nguồn điện áp 1 chiều 24V cho các rơle đầu ra, 15V cho đầu vào tơng tự, trong khi bộ vi xử lý và các thiết bị trong chuyển của nó dùng nguồn 5V. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 54 3/ Nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp 3.1/ Nguyên lý đo Bảo vệ so lệch dựa trên nguyên tắc so sánh dòng điện giữa hai đầu của một phần tử bảo vệ có sơ đồ nh hình vẽ. Hình 3 - 2: Nguyên lý cơ bản của bảo vệ so lệch. Theo sơ đồ trên thì dòng điện qua rơle (87) bằng I R =i 1 - i 2 Dòng I R : Gọi là dòng so lệch nó bằng hiệu số dòng điện thứ cấp ở hai đầu của cùng một phần tử đợc bảo vệ. Trong điều kiện bình thờng cũng nh ngắn mạch ngoài (điểm N 2 ) không có dòng chảy qua (87) tức I R = 0. Còn khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ (vùng bảo vệ là vùng nằm giữa các máy biến dòng của sơ đồ bảo vệ so lệch) điểm N 1 , khi đó dòng i 2 đổi chiều, lúc này dòng tổng qua rơle là: I R = i 1 +i 2 . (3-1) Nếu dòng điện này đủ lớn thì rơle sẽ tác động loại bỏ sự cố. 3.2/ Làm phù hợp các giá trị đo đợc. Trong máy biến áp thông thờng các dòng thứ cấp của các BI không bằng nhau khi có dòng chảy qua máy biến áp, nó phụ thuộc vào tỉ số biến đổi, tổ nối dây của máy biến áp và dòng định mức của các biến dòng ở hai đầu máy biến áp. Vì vậy cần phải làm phù hợp các giá trị dòng điện này để có thể so sánh đợc. Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có công suất và tổ đấu dây khác nhau, tỉ số biến dòng khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) đợc thực hiện bằng toán học hoàn toàn, thông thờng nó không đòi hỏi biến dòng trung gian. Các dòng đa vào đợc chuyển đổi theo dòng định mức của MBA. Điều này có đợc bằng cách đa các thông số định mức của MBA vào trong rơle nh: công suất định mức, điện áp định mức, dòng điện định mức của biến dòng. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 55 Vì tổ đấu dây đã đợc vào nên rơle có khả năng so sánh theo dòng với công thức cố định. Việc chuyển đổi dòng đợc thực hiện bằng các ma trận hệ số đợc lập trình mô phỏng các dòng so lệch trong các cuộn dây MBA. Tất cả các tổ đấu dây, rơle đều có thể hiểu đợc (kể khi ta đảo pha). Hình 3 - 3: Mô tả một ví dụ cho máy biến áp có tổ đấu dây Y(N)d5. Hình vẽ chỉ ra sơ đồ góc pha của các cuộn dây MBA và phơng trình ma trận của chúng. Hình 3 - 3: Minh họa tính ma trận dòng điện MBA tổ nối dây Y(n)/d5 Dạng chung của phơng trình này là: [I m ]=k*[K]*[I n ] (3-2) Trong đó: [I m ]-Ma trận các dòng I A , I B , I C . k- Là hằng số [K]-Ma trận hệ số, nó phụ thuộc vào tổ đấu dây MBA [I n ]-Ma trận của các dòng điện pha Bình thờng, các dòng thứ tự không đợc loại trừ (nh ma trận bên trái hình 3 - 3). Vì vậy các dòng sự cố chảy qua MBA khi có dòng chạm đất trong hệ thống trong trờng hợp có điểm đấu đất bên trong vùng bảo vệ (điểm đấu sao của MBA hoặc trớc điểm đấu sao) không có tác dụng mà không có bất cứ biện pháp đặc biệt nào từ bên ngoài (hình 3 - 4) = 3 2 L1 I . 2 1- 1- 1- 2 1- 1- 1- 2 3 1 L L C B A I I I I I = 3 2 L1 I . 1- 1 0 0 1- 1 1 0 1 3 1 L L C B A I I I I I . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 56 Hình 3 - 4: Sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ Bất lợi của việc loại trừ dòng thứ tự không là làm cho bảo vệ trở nên kém nhạy hơn trong trờng hợp có sự cố chạm đất bên ngoài vùng bảo vệ. Trong hệ thống có trung tính cách ly hoặc bù, không cần thiết phải loại trừ dòng thứ tự không khi điểm đấu sao của MBA không nối đất (không qua cuộn kháng Pertecson). Lúc đó phơng trình ma trận cho cuộn đấu sao (Y) là: = 3 2 L1 I . 1 0 0 0 1 0 0 0 1 .1 L L C B A I I I I I (3 - 3) Khi có một sự cố chạm đất kép tại một điểm bên trong vùng bảo vệ, trong trờng hợp này MBA luôn đợc cắt ra, không tính đến sự u tiên sự cố chạm đất kép của hệ thống. Dòng thứ tự không phải đợc loại trừ trong các hệ thống có trung tính nối đất khi có một điểm đấu sao nằm trong vùng đợc bảo vệ (điểm đấu sao hoặc trung tính giả nối đất). Độ nhậy sự cố chạm đất cao hơn nếu có dòng điện qua điểm đấu sao và có biến dòng thứ tự không nh hình 3 - 5. Hình 3 - 5: Tăng độ nhậy với sự cố chạm đất. Phơng trình ma trận của cuộn dây đấu sao lúc này là: + = st st st L3 L2 L1 I I I . 3 1 I I I . 1 0 0 0 1 0 0 0 1 . 1 IC IB IA (3-4) Trong đó I st : Là dòng trung tính của cuộn dây đấu đất. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 57 Dòng thứ tự không bị loại trừ khi có sự cố bên ngoài, nhng có thể nhận đợc nếu gặp sự cố bên trong. 3.3/ Đánh giá các giá trị đo đợc. Sau khi các dòng điện đợc làm phù hợp có tính đến tỷ số bién dòng, nhóm véc tơ và dòng thứ tự không, các đại lợng cần thiết cho bảo vệ so lệch đợc tính toán từ I A , I B , I C cho từng cuộn dây. Để đơn giản ta dùng các chỉ số để phân biệt 1: Cho cuộn sơ cấp (có điện áp cao) của máy biến áp. 2: Cho cuôn thứ cấp (có điện áp thấp hơn). 3: Cho cuôn dây thứ ba nếu là máy biến áp ba cuộn dây. Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho đối tợng hai phía, một đại lợng hãm thờng lấy từ dòng sai lệch 21 II hoặc từ tổng số học 21 II + . Cả hai phơng pháp đều nh nhau ở một số dải thích hợp của đặc tính hãm. Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho các đối tợng đợc bảo vệ ba phía nh máy biến áp ba cuộn dây, việc hãm chỉ có thể đợc thực hiện với tổng số học 321 III ++ . Phơng pháp này đợc sử dụng trong rơle 7UT51* cho tất cả các đối tợng đợc bảo vệ. Nó đòi hỏi tạo ra tổng véc tơ và tổng số học cho các dòng điện cho từng cuộn dây. Ta có dòng điện so lệch: 21íl III += cho máy biến áp hai cuộn dây. 321íl IIII ++= cho máy biến áp ba cuộn dây. Còn dòng điện hãm: 21h III += cho máy biến áp hai cuộn dây. 321h IIII ++= cho máy biến áp ba cuộn dây. Vậy tại sao ngời ta phải sử dụng dòng điện hãm trong bảo vệ so lệch? vì trên thực tế, do sai số của máy biến dòng đặc biệt do hiện tợng bão hòa của mạch từ, nên trong chế độ làm việc bình thờng và khi có ngắn mạch ngoài, các dòng điện phía thứ cấp của hai tổ biến dòng CT1 và CT2 sẽ khác nhau và khi đó: kcb21 iiiI == (3-5) Dòng không cân bằng i kcb trong một số trờng hợp có thể co trị số rất lớn, đặc biệt khi ngắn mạch ngoài, dòng sự cố qua các biến dòng có thể làm cho chúng bị bão hòa. Để ngăn ngừa bảo vệ so lệch có thể làm việc không chọn lọc dới ảnh hởng của dòng i kcb ngời ta thờng sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ . . đóng mở 250 V - Dòng điện cho phép 1A Đầu vào nhị phân: - Số đầu vào nhị phân - Điện áp làm việc 24 ữ 250 V (một chiều) - Dòng điện tiêu thụ xấp xỉ 2 .5 A, không phụ thuộc vào điện áp làm. khối chức năng của rơle đợc cung cấp bởi nguồn điện áp 1 chiều 24V cho các rơle đầu ra, 15V cho đầu vào tơng tự, trong khi bộ vi xử lý và các thiết bị trong chuyển của nó dùng nguồn 5V. . Đồ. với tổ nối dây của MBA, phù hợp với tỷ số biến đổi của MBA đợc bảo vệ và các biến dòng. - Tính toán các giá trị đo nh thành phần dòng điện so lệch và dòng điện lấy mẫu. - Phân tích tần số