đồ án bảo vệ máy biến áp

dòng điện từ nguồn tới máy biến áp IS có thể vẫn nhỏ vì tỷ số MBA rất lớn so với sốít vòng dây bị ngắn mạch không đủ cho bảo vệ rơle tác động.. Trong trường hợp máy cắt không được dùng t

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

I Khái quát về máy biến áp (MBA)

1 Định nghĩa máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện

từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòngđiện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp (SC) Đầu ra của MBAđược nối với tải gọi tà thứ cấp (TC)

2 Phân loại máy biến áp

Phân loại theo pha thì ta có máy biến áp 1 pha va máy biến áp 3 pha

Phân loại theo cấu tạo dây quấn ta có máy biến áp cách ly và máy biến áp tự ngẫu.Phân loại theo phương pháp làm mát ta có máy biến áp làm mát bằng dầu và làm mátbằng không khí

3 Các giá trị định mức

a Điện áp định mức

Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp Điện

áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm là điện áp giữa các cực của dây quấn sơ cấp Khi dâyquấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, người ta quiước với MBA 1 pha điện áp định mức là điện áp pha với MBA 3 pha là điện áp dây.Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn máy thường là kV

b Dòng điện định mức

Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA, ứng vớicông suất định mức và điện áp định mức Đối với MBA 1 pha dòng điện định mức làdòng điện pha Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây

c Công suất định mức

Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức Công suất định mức

kí hiệu là Sđm, đơn vị là VA, kVA

Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :

Sđm = U2d.I2đm = U1d.I1đm

Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :

Sđm= 3U2d.I2đm = 3 U1d.I1đm

II Các sự cố có thể xảy ra đối với máy biến.

1 Mục đích đặt bảo vệ.

Trong hệ thống điện, máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất liênkết hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối Vì vậy, việc nghiên cứu các tình trạnglàm việc không bình thường, sự cố xảy ra với MBA là rất cần thiết Để bảo vệ choMBA làm việc an toàn cần phải tính đầy đủ các hư hỏng bên trong MBA và các yếu tốbên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của máy biến áp Từ đó đề ra cácphương án bảo vệ tốt nhất, loại trừ các hư hỏng và ngăn ngừa các yếu tố bên ngoài ảnhhưởng đến sự làm việc của MBA II

2 Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường xảy ra trong máy biến áp.

a Sự cố bên trong máy biến áp.

Sự cố bên trong được chia làm hai nhóm sự cố trực tiếp và sự cố gián tiếp 1 Sự cốtrực tiếp là ngắn mạch các cuộn dây, hư hỏng cách điện làm thay đổi đột ngột cácthông số điện 2 Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố trực tiếp nếukhông phát hiện và xử lý kịp thời (như quá nhiệt bên trong MBA, áp suất dầu tăngcao ) Vì vậy yêu cầu bảo vệ sự cố trực tiếp phải nhanh chóng cách ly MBA bị sự cố

ra khỏi hệ thống điện để giảm ảnh hưởng đến hệ thống Sự c ố gián tiếp không đòi hỏiphải cách ly MBA nhưng phải được phát hiện, có tín hiệu báo cho nhân viên vận hànhbiết để xử lý Sau đây phân tích một số sự cố bên trong thường gặp

 Ngắn mạch giữa các pha trong MBA ba pha

Hình 1: Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp

Dạng ngắn mạch này (hình 1) rất hiếm khi xảy ra, nhưng nếu xảy ra dòng ngắn mạch

sẽ rất lớn so với dòng một pha

 Ngắn mạch một pha.

Có thể là chạm vỏ hoặc chạm lõi thép MBA Dòng ngắn mạch một pha lớn hay nhỏphụ thuộc chế độ làm việc của điểm trung tính MBA đối với đất và tỷ lệ vào khoảngcách từ điểm chạm đất đến điểm trung tính Dưới đây là đồ thị quan hệ dòng điện sự cốtheo vị trí điểm ngắn mạch (hình 2) Từ đồ thị ta thấy khi điểm sự cố dịch chuyển xađiểm trung tính tới đầu cực MBA, dòng điện sự cố càng tăng

 Ngắn mạch giữ các vòng dây của cùng một pha

Khoảng (70÷80)% hư hỏng MBA là từ chạm chập giữa các vòng dây cùng 1 pha bêntrong MBA (hình 3)

Trường hợp này dòng điện tại chổ ngắn mạch rất lớn vì một số vòng dây bị nối ngắnmạch, dòng điện này phát nóng đốt cháy cách điện cuộn dây và dầu biến áp, nhưng

Hình 2: Ngắn mạch một pha chạm đất

Hinh 3: Ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng một pha.

dòng điện từ nguồn tới máy biến áp IS có thể vẫn nhỏ (vì tỷ số MBA rất lớn so với số

ít vòng dây bị ngắn mạch) không đủ cho bảo vệ rơle tác động Ngoài ra còn có các sự

cố như hư thùng dầu, hư sứ dẫn, hư bộ phận điều chỉnh đầu phân áp

b Dòng điện từ hoá tăng vọt khi đóng MBA không tải

Hiện tượng dòng điện từ hoá tăng vọt có thể xuất hiện vào thời điểm đóng MBAkhông tải Dòng điện này chỉ xuất hiện trong cuộn sơ cấp MBA Nhưng đây khôngphải là dòng điện ngắn mạch do đó yêu cầu bảo vệ không được tác động

c Sự cố bên ngoài ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của MBA

Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài và quá tải 4

Mức dầu bị hạ thấp do nhiệt độ không khí xung quanh MBA giảm đột ngột Quá điện

áp khi ngắn mạch một pha trong hệ thống điện

CHƯƠNG II: CÁC LOẠI BẢO VỆ THƯỜNG SỬ DỤNG ĐỂ BẢO

VỆ MÁY BIẾN ÁP.

I BẢO VỆ SỰ CỐ TRỰC TIẾP BÊN TRONG MÁY BIẾN ÁP

 Bảo vệ quá dòng điện:

 Cầu chì:

Với máy biến áp phân phối nhỏ thường được bảo vệ chỉ bằng cầu chì

(hình2.5) Trong trường hợp máy cắt không được dùng thì cầu chì làm nhiệm

vụ cắt sự cố tự động, cầu chì là phần tử bảo vệ quá dòng điện và chịu được

dòng điện làm việc cực đại của MBA Cầu chì không được đứt trong thời

gian quá tải ngắn như động cơ khởi động, dòng từ hoá nhảy vọt khi đóng

MBA không tải

 Role quá dòng điện:

Máy biến áp lớn với công suất (1000-1600)KVA hai dây quấn, điện áp đến

35KV, có trang bị máy cắt, bảo vệ quá dòng điện được dùng làm bảo vệ chính, MBA

có công suất lớn hơn bảo vệ quá dòng được dùng làm bảo vệ dự trữ Để nâng cao độnhạy cho bảo vệ người ta dùng bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp (BVQIKU) Đôi khibảo vệ cắt nhanh có thể được thêm vào và tạo thành bảo vệ quá dòng có hai cấp (hình2.6) Với MBA 2 cuộn dây dùng một bộ bảo vệ đặt phía nguồn cung cấp Với MBAnhiều cuộn dây thường mỗi phía đặt một bộ

 Bảo vệ so lệch dọc:

Đối với MBA công suất lớn làm việc ở lưới cao áp, bảo vệ so lệch (87T) được dùnglàm bảo vệ chính Nhiệm vụ chống ngắn mạch trong các cuộn dây và ở đầu ra củaMBA

Hình

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá dòng cắt nhanh và có thời gian

Bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tửđược bảo vệ Bảo vệ sẽ tác động đưa tín hiệu đi cắt máy cắt khi sự cố xảy ra trong vùngbảo vệ (vùng bảo vệ là vùng giới hạn giữa các BI mắc vào mạch so lệch).

Khác với bảo vệ so lệch các phần tử khác (như máy phát ), dòng điện sơ cấp ở hai(hoặc nhiều) phía của MBA thường khác nhau về trị số (theo tỷ số biến áp) và về gócpha (theo tổ đấu dây) Vì vậy tỷ số, sơ đồ BI được chọn phải thích hợp để cân bằngdòng thứ cấp và bù sự lệch pha giữa các dòng điện ở các phía MBA Dòng không cânbằng chạy trong bảo vệ so lệch MBA khi xảy ra ngắn mạch ngoài lớn hơn nhiều lần đốivới bảo vệ so lệch các phần tử khác Các yếu tố ảnh hưởng nhiều đến dòng không cânbằng trong bảo vệ so lệch MBA khi ngắn mạch ngoài là:

 Do sự thay đổi đầu phân áp MBA

 Sự khác nhau giữa tỷ số MBA, tỷ số BI, nấc chỉnh rơle

 Sai số khác nhau giữa các BI ở các pha MBA

Vì vậy, bảo vệ so lệch MBA thường dùng rơle thông qua máy biến dòng bão hoàtrung gian (loại rơle điện cơ điển hình như rơle PHT của Liên Xô) hoặc rơle so lệch tácđộng có hãm (như loại ÔZT của Liên Xô)

Hình 6 cho sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ so lệch có dùng máy biến dòng bãohòa trung gian Trong đó máy biến dòng bão hòa trung gian có hai nhiệm vụ chính:Cân bằng các sức từ động do dòng điện trong các nhánh gây nên ở tình trạng bìnhthường và ngắn mạch ngoài theo phương trình: IIT(WcbI + WlvS) + IIIT(WcbII + WlvS) = 0

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch MBA 2 cuộn dây

Hinh 6: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có dùng máy biến dòng bão hòa trung gian

Nhờ hiện tượng bão hòa của mạch từ làm giảm ảnh hưởng của dòng điện khôngcân bằng Ikcb (có chứa phần lớn dòng không chu kỳ).

 Bảo vệ MBA ba cuộn dây dùng rơle so lệch có hãm:

Bảo vệ MBA ba cuộn dây dùng rơle so lệch có hãm: Nếu MBA ba cuộn dây chỉđược cung cấp nguồn từ một phía, hai phía kia nối với tải có các cấp điện áp khácnhau, rơle so lệch được dùng như bảo vệ MBA hai cuộn dây (hình 7a) Tổng dòngđiện thứ cấp hai BI phía tải sẽ cân bằng với dòng điện thứ cấp BI phía nguồn trongđiều kiện làm việc bình thường Khi MBA có hơn một nguồn cung cấp, rơle so lệchdùng hai cuộn hãm riêng biệt bố trí như hình 7b

Hình 7: Bảo vệ so lệch có hãm MBA ba cuộn dây

 Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây MBA:

Đối với MBA có trung tính nối đất, để bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộndây MBA có thể được thực hiện bởi rơle quá dòng điện hay so lệch thứ tự không.Phương án được chọn tuỳ thuộc vào loại, cỡ, tổ đấu dây MBA Khi dùng bảo vệ quádòng thứ tự không bảo vệ nối vào BI đặt ở trung tính MBA, hoặc bộ lọc dòng thứ tựkhông gồm ba BI đặt ở phía điện áp có trung tính nối đất trực tiếp Đối với trường hợptrung tính cuộn dây nối sao nối qua tổng trở nối đất bảo vệ quá dòng điện thường không

đủ độ nhạy, khi đó người ta dùng rơle so lệch như hình 12a Bảo vệ này so sánh dòng

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất MBA bằng bảo vệ quá dòng điện

Hình 7b Hình 7a

chạy ở dây nối đất IN và tổng dòng điện 3 pha (IO) Chọn IN là thành phần làm việc và

nó xuất hiện khi có chạm đất trong vùng bảo vệ Khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ dòngthứ tự không (IO tổng dòng các pha) có trị số bằng nhưng ngược pha với dòng qua dâytrung tính IN

Các đại lượng làm việc và hãm như sau:

Với N là dòng dây nối đất; 0 A + B + C; k: hằng số tỉ lệ

Khảo sát cách làm việc của rơ-le so lệch thứ tự không:

Khi chạm đất bên ngoài:

0 ngược pha với N và bằng nhau về trị số 0 = - N;

Giả thiết chọn k=1, lúc đó Ilv =| N|, Ih = | N + N| - | N - N| = 2| N| , Ih =2Ilv

Khi chạm đất bên trong, chỉ có thành phần qua trung tính: 0=0; lv= | N|;

Ih = | N – 0| - | N + 0| = 0

Qua phân tích trên ta thấy, khi chạm đất bên trong thành phần hãm không xuất hiện.Như thế chỉ cần dòng chạm đất nhỏ xuất hiện khi chạm đất trong vùng bảo vệ (vùng giớihạn giữa các BI), bảo vệ sẽ cho tín hiệu tác động Ngược lại khi chạm đất bên ngoài tácđộng hãm rất mạnh

Nếu cuộn sao MBA nối đất qua tổng trở cao, rơle so lệch 87N có thể không đủ độnhạy tác động, người ta có thể thay bằng rơle so lệch chống chạm đất tổng trở cao 64N(hình 2.12b) Rơle so lệch tổng trở cao được mắc song song với điện trở R có trị số khálớn

Trong chế độ làm việc bình thường hay ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (vùng giới hạngiữa các BI), ta có:

0 = 0 - N

Nếu bỏ qua sai số của BI, ta có dòng điện thứ cấp chạy qua điện trở R bằng không vàđiện áp đặt lên rơle cũng bằng không, rơle sẽ không tác động.

Khi chạm đất trong vùng bảo vệ, lúc đó I0 = 0 nên I0 = IN toàn bộ dòng chạm

đất sẽ chạy qua điện trở R tạo nên điện áp rất lớn đặt trên rơle, rơle sẽ tác động

a/

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch thứ tự không

 Bảo vệ MBA tự ngẫu:

Bảo vệ chính MBA tự ngẫu cũng là bảo vệ so lệch Bảo vệ dựa trên cơ sở định luậtKirchoff, đó là tổng vectơ dòng điện vào ra các nhánh của đối tượng bảo vệ bằng không(ngoại trừ trường hợp sự số)

Hinh 10: Bảo vệ so lệch máy biến áp tự ngẫu

Bảo vệ so sánh dòng điện thuộc hai nhóm: nhóm BI nối vào đầu cực MBA và nhóm

BI nối vào trung tính MBA Nếu bảo vệ chỉ dùng một biến dòng đặt ở trung tính MBA,các BI đặt ở đầu cực MBA được nối thành bộ lọc thứ tự không và nối đến một rơle, khi

đó tạo thành bảo vệ so lệch chống chạm đất bên trong MBA tự ngẫu (hình 10a)

Trong trường hợp cuộn thứ ba (cuộn tam giác) không nối với tải, máy biến áp tự ngẫudùng để liên kết hệ thống siêu cao áp và cao áp Sơ đồ bảo vệ có thể thực hiện như hình10b, các BI được phối hợp trên mỗi pha gần trung tính

(điểm cuối của cuộn dây MBA) và dùng 3 rơle, lúc đó bảo

vệ đáp ứng chống ngắn mạch nhiều pha và một pha bên

trong cuộn dây chính MBA tự ngẫu Sơ đồ này không đáp

87 T

ứng khi sự cố cuộn dây thứ ba, để bảo vệ cho cuộn dây thứ ba trong trường hợp nàyngười ta thường dùng bảo vệ quá dòng điện

Bảo vệ tất cả các cuộn dây MBA tự ngẫu tương tự như bảo vệ cho MBA ba cuộn dây(hình 11)

II BẢO VỆ CHỐNG SỰ CỐ GIÁN TIẾP BÊN TRONG MBA

1 Rơle khí Buchholz (96B):

Rơle hoạt động dựa vào sự bốc hơi của dầu máy biến áp khi bị sự cố và mức độ hạthấp dầu quá mức cho phép

Role khí được đặt trên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình dãn dầu của MBA Rơle

có hai cấp tác động gồm có hai phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinh có tiếp điểm thuỷngân hay tiếp điểm từ Ở chế độ làm việc bình thường trong bình đầy dầu, các phao nổi

lơ lửng trong dầu, tiếp điểm rơle ở trạng thái hở Khi khí bốc ra yếu (ví dụ vì dầu nóng

do quá tải), khí tập trung lên phía trên của bình rơle đẩy phao số 1 xuống, rơle gởi tínhiệu cấp 1 cảnh báo Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch cuộn dây MBA đặttrong thùng dầu) luồng khí di chuyển từ thùng dầu lên bình dãn dầu đẩy phao số 2 xuốnggởi tín hiệu đi cắt máy cắt của MBA

Một van thử được lắp trên rơle: Khi thử nghiệm rơle, lắp máy bơm không khí nén vàođầu van thử Mở khóa van, không khí nén bên trong rơle cho đến khi phao hạ xuốngđóng tiếp điểm

Một nút nhấn thử để kiểm tra sự làm việc của 2 phao Khi nhấn nút thử đến nửa hànhtrình, sẽ tác động cơ khí cho phao trên hạ xuống (lúc này cả 2 phao đang nâng lên vì rơlechứa đầy dầu) đóng tiếp điểm báo hiệu (cấp 1) của phao trên Tiếp tục nhấn nút thử đến

P h a o 1

T ừ t h ù n g d ầ u M B A

Đ ế n b ì n h d ầ u p h ụ

P h a o 2

a )

9 6 B

T h ù n g M B A b)

Hình 12 : Nguyên lý cấu tạo (a) và vị trí bố trí trên MBA của rơle hơi

cuối hành trình, sẽ tác động cơ khí cho phao dưới cũng bị hạ xuống (do phao trên đã hạxuống rồi) đóng tiếp điểm mở máy cắt (cấp 2) của phao dưới.

Dựa vào thành phần và khối lượng hơi sinh ra người ta có thể xác định được tính chất

và mức độ sự cố Do đó trên rơle hơi còn có thêm van để lấy hỗn hợp khí sinh ra nhằmphục vụ cho việc phân tích sự cố Rơle hơi tác động chậm thời gian làm việc tối thiểu là0,1s; trung bình là 0,2s

2 Rơle bảo vệ quá nhiệt cuộn dây MBA (26W):

Nhiệt độ định mức máy biến áp phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện tải chạy qua cuộndây MBA và nhiệt độ của môi trường xung quanh Tuỳ theo từng loại cũng như côngsuất định mức của MBA mà dải nhiệt độ cho phép của chúng có thể thay đổi, thôngthường nhiệt độ của cuộn dây dưới 95oC được xem là bình thường

Thiết bị chỉ thị nhiệt độ cuộn dây được trình bày như hình 13 (tương tự thiết bị chỉ thịnhiệt độ dầu)

Để đo nhiệt độ cuộn dây MBA người ta thường dùng thiết bị loại AKM 35, đây làthiết bị sử dụng điện trở nhiệt có phần tử đốt nóng được cấp điện từ biến dòng phía cao

và hạ máy biến áp Rơle nhiệt độ cuộn dây gồm bốn bộ tiếp điểm (mỗi bộ có một tiếpđiểm thường mở, một tiếp điểm thường đóng với cực chung) lắp bên trong một nhiệt

kế có kim chỉ thị

Cơ cấu rơle gồm: chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt, một ốngmao dẫn nối bộ phận cảm biến nhiệt với cơ cấu chỉ thị Bên trong ống mao dẫn làchất lỏng được nén lại Sự co giãn của chất lỏng trong ống mao dẫn thay đổi theonhiệt độ mà bộ cảm biến nhận được, tác động lên cơ cấu chỉ thị và bốn bộ tiếp điểm.Đồng thời, tác động lên cơ cấu chỉ thị và các tiếp điểm, còn có một điện trở đốt nóng.Cuộn dây thứ cấp của một máy biến dòng điện đặt tại chân sứ máy biến áp được nối

Thết bị chỉ thị nhiệt

độ cuộn dây

Hình13: Thết bị chỉ thị nhiệt độ cuộn

với điện trở đốt nóng Để chỉnh định cho phần tử đốt nóng, người ta sử dụng mộtbiến trở đặt ở tủ điều khiển cạnh máy biến áp Tác dụng của điện trở đốt nóng (tùytheo dòng điện qua cuộn dây máy biến áp) và bộ cảm biến nhiệt lên cơ cấu đo cùngcác bộ tiếp điểm sẽ tương ứng với nhiệt độ điểm nóng, nhiệt độ của cuộn đây.

Có 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt trị số tác động cho 4 bộ tiếp điểm Tùy theothiết kế, các tiếp điểm rơle nhiệt độ có thể được nối vào các mạch, báo hiệu sự cố

“nhiệt độ cuộn dây cao”, mạch tự động mở máy cắt để cô lập máy biến áp, mạch tựđộng khởi động và ngừng các quạt làm mát máy biến áp

Rơle nhiệt độ cuộn dây hoạt động ở 2 cấp:

Cấp 1: Khi nhiệt độ cuộn dây MBA ở 115oC sẽ báo động bằng tín hiệu đèn còi.Cấp 2: Khi nhiệt độ cuộn dây MBA là 120oC thì báo động bằng tín hiệu đèn

còi và tác động đi cắt máy cắt cô lập máy biến áp ra khỏi lưới

Ngoài ra, rơle nhiệt độ cuộn dây MBA còn có tác dụng đưa các tín hiệu đi điều khiển hệthống làm mát cho MBA Ví dụ đối với MBA làm mát bằng quạt thổi thì hệ thống quạtmát sẽ làm việc khi nhiệt độ cuộn dây MBA đạt đến một trong các giá trị 750C ở cuộncao, 800C ở cuộn hạ và 600C đối với nhiệt độ dầu Hệ thống này sẽ dừng khi nhiệt độcuộn dây và dầu MBA giảm 100C dưới các giá trị khởi động trên

3 Bảo vệ áp suất tăng cao trong máy biến áp (63):

Rơle bảo vệ dự phòng cho máy biến thế lực, chỉ danh vận hành là R.63 Khi có sự

cố trong máy biến áp, hồ quang điện làm dầu sôi và bốc hơi ngay, tạo nên áp suất rấtlớn trong máy biến áp Thiết bị an toàn áp suất lắp trên nắp thùng chính máy biến áp

sẽ mở rất nhanh (mở hết van khoảng 2ms) để thoát khí dầu từ thùng chính MBA ramôi trường ngoài, áp suất trong thùng chính sẽ giảm Trong thiết bị an toàn áp suất cógắn rơle áp suất

Sơ đồ khối của bảo vệ R.63 tai trạm:

Ở tình trạng làm việc bình thường, van đĩa bị nén bởi lò xo nên làm kín thùng chínhmáy biến áp Khi có sự cố bên trong thùng chính máy biến áp thì áp suất trong thùngchính tăng cao sẽ lớn hơn áp lực nén của lò xo, van đĩa sẽ chuyển động thẳng lên, làm

hở thành khe hở xung quanh chu vi van đĩa Khí sẽ thoát ra tại khe hở vòng đệm, làmgiảm áp suất trong thùng Khi van đĩa di chuyển lên thì cũng tác động lên cái chỉ thị

cơ khí bung lên, đồng thời tác động tiếp điểm rơle áp suất gởi tín hiệu tới mạch báođộng và tự động cắt máy cắt cô lập máy biến áp ra khỏi lưới điện Khi áp suất trở lạibình thường, muốn tái lập lại MBA thì phải nhấn cái chỉ thị cơ khí (đã bị bung lên) về

vị trí cũ, đồng thời đặt lại rơle áp suất bằng nút nhấn

III Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải

1 Bảo vệ quá tải

Có chức năng báo tín hiệu quá tải MBA Dùng bảo vệ quá dòng điện Ở MBA haidây quấn bảo vệ được bố trí phía nguồn, máy biến áp ba dây quấn bảo vệ quá tải cóthể bố trí ở hai hoặc cả ba dây quấn Bảo vệ quá tải chỉ bố trí ở một pha và đi báo tínhiệu sau một thời gian định trước

Tuy nhiên rơle dòng điện không thể phản ánh được chế độ mang tải của MBA trướckhi xảy ra quá tải Vì vậy đối với MBA công suất lớn người ta sử dụng nguyên lý hìnhảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải

Bảo vệ loại này phản ảnh mức tăng nhiệt độ ở những thời điểm kiểm tra khác nhautrong 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 tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặcdầu, giảm tải máy biến áp

Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ máy biến áp vẫn vượtquá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì máy biến áp sẽ được cắt rakhỏi hệ thống

2 Bảo vệ dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài

Thông thường người ta dùng bảo vệ quá dòng điện Về nguyên tắc với MBA ba

Hình14: Sơ đồ khối bảo vệ R.63

cuộn dây khi ở cả ba cấp điện áp đều có thể có nguồn cung cấp nên đặt ở mỗi cấpđiện áp một bộ.

T A

C A

+ R

U

T +

R W

R I

R

R I LI 2

H A

Với MBA ba cuộn dây và MBA tự ngẫu một trong các bộ bảo vệ dòng điệncực đại thường là bảo vệ có hướng (để đảm bảo tính chọn lọc giữa các bảo vệ)

Để nâng cao độ nhạy người ta dùng bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch (BVI2) kèmtheo một rơle dòng điện có kiểm tra áp Các bảo vệ chống dòng điện tăng cao dongắn mạch ngoài dùng làm bảo vệ dự trữ cho bảo vệ chính của MBA khi ngắnmạch nhiều pha ở MBA, nó còn làm bảo vệ dự trữ cho bảo vệ của các phần tửlân cận nếu điều kiện độ nhạy cho phép.Hình 2.18 cho sơ đồ nguyên lý bảo vệchống ngắn mạch ngoài cho máy biến áp tự ngẫu Trong đó rơle định hướngcông suất (RW) chỉ tác động khi hướng công suất ngắn mạch truyền từ máy biến

áp đến thanh góp cao áp, còn theo chiều ngược lại thì không tác động

Hình15: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống ngắn mạch

ngoài.

CHƯƠNG III: CÁC SƠ ĐỒ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

I Sơ đồ bảo vệ máy biến áp công suất nhỏ (H.1)

 Ghi chú:

 Bao vệ chống chạm đất phía hạ áp dùng rôle 51N

 Máy cắt và role có thể được thay thế bằng cầu chì HRC.

II Sơ đồ bảo vệ máy biến áp công suất lớn và máy biến áp quan trọng (H.2)

Hình 1: Sơ đồ bảo vệ công suất nhỏ Hình 2: Sơ đồ bảo vệ biến áp công suất lớn

50: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh chạm đất

46: Rơle dòng điện thứ tự nghịch hoặc bộ lọc dòng điện thứ tự thuận49: Rơle nhiệt (bảo vệ quá nhiệt)

III Sơ đồ bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây va có cuộn ∆ không tảỉ (H.3)

67N: Rơle bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng

71: Rơle mức dầu

87T: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp

50: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh chạm đất

51N: Quá dòng chống cham đất thời gian trễ.

87: Bảo vệ so lệch

52: Máy cắt dòng điện xoay chiều

IV Sơ đồ bảo vệ máy biến áp tự ngẫu

a) Bảo vệ máy biên áp tự ngẫu 220/110kV (H.4)

Hình 4 Hình 3: Sơ đồ bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây

67: Rơle dòng định hướng.

49: Rơle nhiệt (bảo vệ quá nhiệt)

51: Bảo vệ quá dòng (xoay chiều) có thời gian

87T: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp

50: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

67N: Rơle bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng

64: Rơle phát hiện chạm đất

52: Máy cắt dòng điện xoay chiều

96: Chức năng tự động đổi tải cơ học

b) Sơ đồ bao vệ máy biến áp tự ngẫu 220/110/35kV (H.5).

87T: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp

52: Máy cắt dòng điện xoay chiều

64:Rơle chống chạm đất

67: Rơle dòng định hướng

67N: Rơle bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng

87: Bảo vệ so lệch

51N: Quá dòng chống cham đất thời gian trễ.

50BF: Role bảo vệ hư hỏng máy cắt.

Hình 5

V Mạch bảo vệ máy biến áp song song và phát tuyến

Phương án 1 (H.6)

Phương án 2 (H.7)

Hình 6

Hình 7

VI Sơ đồ bảo vệ may biến ảp 3 cuộn dây (H.8)

Hình 8

CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI

RƠLE SỬ DỤNG

I Rơle bảo vệ so lệch 7UT613

1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613

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 tích hợp trong 7UT613 ta có thể đưa ra phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiên đại ngày nay

Đặc điểm của rơle 7UT613 :

 Rơle 7UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bít.

 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 và tạo các lệnh, các tín hiệu đầu ra.

 Cách li hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bên trong của 7UT613 với các mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do các cách sắp xếp đầu vào tương tự của các bộ chuyển đổi, các đầu vào, đầu ra nhị 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

Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613.

Đây là chức năng bảo vệ chính của rơle 7UT613

 Đặc tính tác động có hãm của rơle.

 Có khả năng ổn định đối với quá trình quá độ gây ra bởi các hiện tượng quá kích thích máy biến áp bằng cách sử dụng các sóng hài bậc cao, chủ yếu là bậc 3 và bậc 5.

 Có khả năng ổn định đối với các dòng xung kích dựa vào các sóng hài bậc hai.

 Không phản ứng với thành phần một chiều và bão hoà máy biến dòng.

 Ngắt với tốc độ cao và tức thời đối với dòng sự cố lớn.

 Bảo vệ so lệch cho máy phát điện, động cơ điện, đường dây ngắn 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 lí thông tin, rơle sẽ có tín hiệu phản hồi đến các đầu ra, các đèn LED…

 Cung cấp các công cụ thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm 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 tin cậy 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 các cổng giao tiếp.

 Giám sát mạch tác động ngắt.

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 công nghiệp RS232 Kết nối qua cổng giao tiếp này cho phép ta truy cập nhanh tới rơle thông qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 cài đặt 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 nay đặc biệt thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle trước khi đưa vào 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 thể điều khiển tập trung một số bộ bảo vệ rơle bằng phần mềm DIGSI 4 Với chuẩn RS485, việc điều khiển vận hành rơle từ xa có thể thực hiện thông qua MODEM cho phép nhanh chóng phát hiện xử lí sự cố từ xa Với phương án kết nối bằng cáp quang theo 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 Web-server nhỏ và gửi thông tin đi dưới dạng các trang siêu liên kết văn bản đến các trình duyệt chuẩn có trên máy tính.

 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 lĩnh vực truyền thông bảo vệ hệ thống điện Giao thức này được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất và được ứng dụng trên toàn thế giới Thiết bị được nối qua cáp điện hoặc cáp quang đến hệ thống bảo vệ và điều khiển trạm như SINAULT LAS hoặc SICAM qua giao diện này.

Cổng kết nối này cũng hỗ trợ các giao thức khác như PROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, MOSBUS, DNP3.0

2 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613.

Đầu vào tương tự AI truyền tín hiệu dòng và áp nhận được từ các thiết bị biến dòng, biến điện áp sau đó lọc, tạo ngưỡng tín hiệu cung cấp cho quá trình xử lý tiếp theo Rơle 7UT613 có

12 đầu vào dòng điện và 4 đầu vào điện áp Tín hiệu tương tự sẽ được đưa đến khối khuếch đại đầu vào IA Khối IA làm nhiệm vụ khuếch đại, lọc tín hiệu để phù hợp với tốc độ và băng thông của khối chuyển đổi số tương tự AD.