nghiên cứu ứng dụng của rơle sel-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại cho máy biến áp lực

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện. Trong các phương tiện đó, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò rất quan trọng. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động bình thường ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải, mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống rơle sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các sự cố, tình trạng làm việc bất bình thường của hệ thống, để từ đó con người có biện pháp xử lý kịp thời. Hiện nay, dưới sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngày càng hiện đại, có nhiều chức năng, tác động chính xác hơn và đã khắc phục được những nhược điểm của rơle điện cơ. Ở nước ta ngày nay, xu hướng sử dụng rơle số để dần thay thế cho các rơle điện cơ và rơle tĩnh đã quá cũ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác. Đề tài “nghiên cứu ứng dụng của rơle SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại cho máy biến áp lực” nhằm mục đích tìm hiểu và nghiên cứu một số thiết bị bảo vệ rơle số đang và sẽ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống cung cấp điện, mà đại diện là rơle SEL-551. Đề tài gồm có 3 phần:  Phần 1 : Mở đầu. Trong phần này sẽ giới thiệu khái quát về đối tượng bảo vệ của rơle SEL-551 là máy biến áp lực và các phương pháp bảo vệ máy biến áp nói chung. Nội dung được thể hiện qua các chương: 1  Chương 1: Đại cương về máy biến áp.  Chương 2: Bảo vệ máy biến áp.  Phần 2 : Ứng dụng rơle số SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Trong phần này cung cấp những kiến thức về bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại, nghiên cứu về rơle SEL-551 trong bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Nội dung gồm các chương:  Chương 1: Bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại.  Chương 2: Ứng dụng rơle số SEL-551 trong bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại.  Phần 3 : Kết luận và kiến nghị. Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy cô, nghiên cứu những tài liệu liên quan cũng như đi tìm hiểu thực tế, thời gian thực hiện đề tài có hạn, cũng như kiến thức và kinh nghiệm về lĩnh vực bảo vệ rơle trong hệ thống điện chưa nhiều nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự nhận xét và đóng góp của Thầy Cô. 2 PHẦN 1: MỞ ĐẦU Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 1 Khái niệm chung 1.1 Những định nghĩa cơ bản Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều này - hệ thống sơ cấp thành một hệ thống dòng điện xoay chiều khác - hệ thống thứ cấp, nói chung, có những đặc tính khác, đặc biệt là, điện áp khác và dòng điện khác. Theo như nguyên lý thì, máy biến áp gồm có : • Lõi thép do nhiều lá thép biến áp ghép lại. • Hai hay tổng quát hơn, một vài dây quấn liên hệ với nhau về điện từ, và đặc biệt máy biến áp tự ngẫu liên hệ cả về điện. Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn; máy biến áp có ba hoặc một vài dây quấn gọi là máy biến áp ba hoặc nhiều dây quấn. Theo loại dòng điện người ta chia ra máy biến áp nhiều pha, là tập hợp tất cả các dây quấn pha có cùng một điện áp và được xác định do chúng được nối lại với nhau. Một trong những dây quấn của máy biến áp đưa năng lượng dòng điện xoay chiều vào gọi là dây quấn sơ cấp, còn dây quấn kia đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Tương ứng với tên gọi các dây quấn, tất cả những lượng ứng với dây quấn sơ cấp cũng được gọi là những lượng sơ cấp; và tất cả những lượng ứng với dây quấn thứ cấp được gọi là những lượng thứ cấp. Dây quấn nối với lưới có điện áp cao hơn gọi là dây quấn điện áp cao (BH); dây quấn nối với điện áp thấp hơn gọi là dây quấn điện áp thấp (HH). Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp thì ta gọi là máy biến áp giảm, còn nếu lớn hơn – máy biến áp tăng. Máy biến áp mà có dây quấn là những đầu phân nhánh đặc biệt để biến thiên hệ số biến đổi của máy biến áp gọi là máy biến áp có các đầu phân nhánh. 3 Để ngăn cản tác hại của không khí đến cách điện của các dây và để cải thiện những điều kiện làm lạnh máy biến áp, lõi thép của máy biến áp cùng với các dây quấn trên nó được đặt trong một thùng chứa dầu máy biến áp. Chúng được gọi là những máy biến áp dầu, những máy biến áp này không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô. 2 Các loại máy biến áp chính Những loại máy biến áp quan trọng nhất là: • Máy biến áp lực dùng để truyền tải và phân phối điện năng. • Những máy biến áp lực có công dụng đặc biệt như các máy biến áp chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn… • Máy điều chỉnh cảm ứng dùng để điều chỉnh điện áp trong các lưới phân phối. • Máy biến áp tự ngẫu để biến đổi điện áp trong những phạm vi không lớn lắm, để mở máy động cơ điện xoay chiều… • Máy biến áp đo lường - dùng để nối vào mạch các dụng cụ đo lường. • Máy biến áp thí nghiệm - để tiến hành thí nghiệm. Như vậy phạm vi ứng dụng các máy biến áp rất rộng rãi. Nhưng trong tất cả các trường hợp, những quá trình chính xác định sự làm việc của máy biến áp và phương pháp nghiên cứu những hiện tượng xảy ra trong máy biến áp thực chất đều giống nhau. Vì vậy sau này khi nói đến máy biến áp, ta chỉ nói đến máy biến áp cơ bản, đó chính là: máy biến áp điện lực hai dây quấn, một pha và ba pha. 3 Những lượng định mức Những lượng định mức của máy biến áp là công suất, điện áp, dòng điện, tần số, chúng được ghi rõ trên máy biến áp. Biển máy cần đặt một chỗ sao cho ra vào chỗ đó dễ dàng. Tuy nhiên danh từ “định mức” có thể dùng cả đối với những lượng làm việc ở chế độ định mức, như: hiệu suất định mức, những điều kiện nhiệt độ định mức của môi trường làm lạnh… 4 Tính trạng làm việc định mức của máy biến áp là tính trạng do xưởng chế tạo đã ghi trên biển máy. Công suất định mức của máy biến áp là công suất trên các cực của dây quấn thứ cấp, nó được ghi trên biển máy. Điện áp sơ cấp định mức là điện áp ghi ở trên biển máy; nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì điện áp định mức của nó được ghi một cách riêng rẽ cho từng đầu phân nhánh. Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp là những dòng điện ghi trên biển máy biến áp và được tính bằng các trị số ứng với các công suất định mức và điện áp định mức. Trong đó, do hiệu suất của máy biến áp rất cao nên công suất định mức của cả hai dây quấn bằng nhau. 2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp Dây quấn sơ cấp có W 1 vòng dây và dây quấn thứ cấp có W 2 vòng dây được quấn trên lõi thép. Đặt một điện áp xoay chiều U 1 vào dây quấn sơ cấp, trong đó sẽ sinh ra dòng điện i 1 . Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ móc vòng với cả hai dây quấn, cảm ứng ra các s.đ.đ e 1 và e 2 . Dây quấn thứ cấp có s.đ.đ sẽ sinh ra dòng điện i 2 đưa ra tải với điện áp là U 2 . Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp. 5 Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông cũng là một hàm số hình sin : sinm t φ φ ω = Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, s.đ.đ cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp sẽ là : e 1 = sin w1 w1 .w1. mcos t d d m t dt dt φ φ ω ω φ ω =− =− 2. 1sin 2 E t π ω   = −  ÷   e 2 = sin w2 w2 .w2. mcos t d d m t dt dt φ φ ω ω φ ω = − = − trong đó E1 = .w1. m 2. . .w1. m 4,44 .w1. m 2 2 f f ω φ π φ φ = = E2 = .w2. m 2. . .w2. m 4,44 .w2. m 2 2 f f ω φ π φ φ = = là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp . Tỉ số biến áp : k= 1 w1 2 w2 E E = và nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U 1 ≈E 1 , U 1 ≈E 2 ; do đó k được xem như là tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp: k= 1 1 2 2 E U E U ≈ 3 Máy biến áp lực 3.1 Vai trò trong lưới điện • Đặt máy biến áp 3 cuộn dây thay cho 2 máy biến áp hai cuộn dây sẽ tiết kiệm được diện tích đặt, vật liệu và vốn đầu tư, đồng thời giảm được tổn hao năng lượng trong khi vận hành. Máy biến áp 2 cuộn dây chỉ nên đặt 6 khi trong tương lai không có phụ tải ở cấp điện áp ra thứ hai hoặc phụ tải của cấp này nhỏ hơn ( 10÷15) % công suất của máy biến áp. • Cũng vì lí do kinh tế nên máy biến áp 3 pha được dùng rộng rãi hơn nhóm 3 máy biến áp một pha. Giá thành của máy biến áp 3 pha nhỏ hơn (20÷25)% tổng giá thành 3 máy biến áp một pha. • Còn tổn hao năng lượng khi vận hành nhỏ hơn ( 12÷15)% so với nhóm 3 máy biến áp một pha có cùng công suất. Tổ 3 máy biến áp một pha chỉ dùng khi không có khả năng chế tạo máy biến áp 3 pha với công suất lớn cần thiết hoặc khi điều kiện chuyên chở bị hạn chế . 4 Cấu tạo máy biến áp lực 3.1.1 Lõi thép • Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn ( 80÷100 MVA trên một pha ) điện áp thật cao (220÷400 kV) để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường dây, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc gọi là máy biến áp kiểu trụ - bọc. • Lõi thép của máy biến áp lực cũng được ghép từ những lá thép kĩ thuật điện: đó là những lá thép dày 0,5mm có phủ sơn cách điện và còn được gọi là thép máy biến áp. Thép máy biến áp là thép cán nguội vì có đặc tính từ tốt hơn thép cán nóng, hơn nữa tổn hao sắt lại thấp do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp.  Đối với những máy biến áp cỡ lớn, người ta ép chặt trụ sắt bằng xà ép và những bulông xuyên qua tiết diện trụ và ở những lỗ này người ta lồng những ống cách điện bằng bakêlit để tránh làm ngắn mạch những lá tôn do bulông ép tạo nên. Phương pháp này phức tạp song giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây nên và rất bền về phương diện cơ học.Vì vậy hầu hết các máy biến áp lực hiện nay đều dùng kiểu ghép này. 7  Vì lí do an toàn nên toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất.  Trong máy biến áp lực có dây quấn điều chỉnh điện áp dưới tải 110 kV, thép Silic và vật liệu cách điện chiếm 43% trọng lượng máy, dầu biến áp chiếm khoảng 30%. 3.1.2 Dây quấn • Dây quấn máy biến áp được làm bằng đồng điện phân, nó được chế tạo sao cho phù hợp với tính toán điện cơ và nhiệt. • Các vòng dây được quấn sao cho đảm bảo sự lưu thông tự do của dầu và giảm được nhiệt làm nóng bề mặt cuộn dây. • Ngày nay hầu hết các máy biến áp lực đều được lắp đặt cùng với bộ điều chỉnh điện áp dưới tải.Với một bộ điều chỉnh điện áp dưới tải tỉ số của máy biến áp có thể thay đổi theo từng bước bằng cách tăng hoặc giảm số vòng dây. Để phục vụ mục đích này máy biến áp phải được trang bị một cuộn dây phân nấc và các đầu nấc này được nối vào các đầu cực bộ chuyển nấc. • Trong máy biến áp lực, thường dây quấn HA được quấn phía trong gần trụ thép còn dây quấn CA thì được quấn ở phía ngoài bọc lấy dây quấn HA. Với cách này có thể giảm được điều kiện cách điện của dây quấn CA ( kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện của dây quấn CA) bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã có cách điện của bản thân dây quấn HA. • Khi máy biến áp làm việc, đặc biệt là máy biến áp lực, dây quấn bị nóng lên, để khắc phục điều này khi chế tạo dây quấn người ta làm các rãnh dầu dọc trục đối với các lớp dây quấn cũng như những rãnh dầu hướng kính theo những khoảng cách giữa những vòng dây hay bối dây dọc theo toàn chiều cao của dây quấn. 8 3.1.3 Vỏ máy • Vỏ máy biến áp gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng . • Với máy biến áp có công suất lớn thì vỏ thùng có dạng phức tạp. Chúng gồm có hai phần lắp ghép hoặc tháo rời với nhau qua vành hàn và có các kiểu kết cấu như :  Kiểu nắp đậy: phần trên là nắp, phần dưới là vỏ thùng, chỗ lắp ghép ở phía trên thùng.  Kiểu phễu chụp: phần trên là phễu chụp, phần dưới là đáy thùng, chỗ lắp ghép ở phía dưới thùng. • Với máy biến áp công suất lớn hơn, vỏ thùng được tăng cường bằng những xà chịu lực. • Để đảm bảo cho máy biến áp lực vận hành với tải liên tục trong thời gian qui định (thường là 15 đến 20 năm) và không bị sự cố, phải tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu mà nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển động xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hoàn các bộ phận bên trong máy biến áp. • Với máy biến áp lực, thùng dầu của nó thường có ống hoặc là có bộ tản nhiệt. Ở những máy có dung lượng lớn để tăng cường làm mát thì người ta thường dùng bộ tản nhiệt có quạt gió. • Ở những máy biến áp dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm lạnh. • Trên thùng máy biến áp lực còn được trang bị một thiết bị giảm áp, được thiết kế để mở khi áp suất cực đại ở bên trong thùng máy gần tới giá trị áp suất lớn nhất. 9 10 [...]... làm bảo vệ chính trong máy biến áp công suất từ 4MVA trở lên, nhìn chung bảo vệ này cũng thường được áp dụng cho các máy biến áp khi bảo vệ quá dòng không thể áp ứng được các yêu cầu về độ chọn lọc và độ nhạy Các máy biến dòng được đặt ở cả hai phía của máy biến áp được bảo vệ Dưới góc độ của dòng điện không cân bằng, bảo vệ so lệch có nhiều khác biệt so với các bảo vệ khác • Dòng từ hóa của máy biến. .. mạch xảy ra trong vùng bảo vệ dòng I1.1 và I2.1 cùng pha nhau do đó bảo vệ tác động cắt máy cắt ở cả 2 đầu dây 24 PHẦN 2 :ỨNG DỤNG RƠLE SỐ SEL-551 VÀO BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ ĐÓNG LẶP LẠI Chương 1: BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ ĐÓNG LẶP LẠI 1 Bảo vệ quá dòng 1.1 Khái niệm chung Đây là một trong những dạng bảo vệ sớm nhất, đơn giản nhất và có giá thành rẻ nhất trong số các loại rơle dùng phổ biến hiện nay trong hệ thống... BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 1 Các phương pháp bảo vệ máy biến áp Việc bảo vệ máy biến áp điện lực có thể được thực hiện theo các nguyên lý khác nhau tùy thuộc vào điều kiện và trạng thái cụ thể của trạm biến áp Trong đó ta rất quan tâm tới sơ đồ bảo vệ máy biến áp Vì chúng có các đặc điểm sau: • Tổ nối dây của các máy biến áp có ảnh hưởng đến sự phân bố dòng ngắn mạch sau máy biến áp, điều đó đòi hỏi phải áp. .. đại có thời gian duy trì và bảo vệ cắt nhanh Máy biến dòng được đặt ở phía đầu vào của máy biến áp, các máy biến dòng được chế tạo theo nhiều phương án khác nhau lắp sẵn trong sứ của máy cắt (≥35kV); lắp sẵn trong sứ của máy biến áp (U≥110kV) Các máy biến dòng có thể được thực hiện theo sơ đồ hình sao đủ, sao thiếu, hoặc theo hình tam giác Với máy biến áp 2 cuộn dây, bảo vệ quá dòng có thể bố trí ở cả... điểm: • Bảo vệ đơn giản • Thời gian tác động nhanh • Linh hoạt với nguồn thao tác DC và AC  Nhược điểm: • Phản ứng với các sự cố xảy ra trong thùng máy biến áp • Không có tác dụng bảo vệ rõ rệt với các phần khác của máy biến áp • Không thay thế được các bảo vệ khác 2 Bảo vệ quá dòng điện Bảo vệ chống ngắn mạch trong máy biến áp có thể được thực hiện theo nguyên lý quá dòng, tức là bảo vệ dòng cực... phương thức phối hợp bảo vệ quá dòng Tồn tại 3 phương pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng liền kề là phương pháp theo thời gian, theo dòng và phương pháp hỗn hợp giữa thời gian và dòng • Phối hợp các bảo vệ theo thời gian Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo vệ rơle hiện nay Nguyên tắc của phương pháp này là chọn thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng... cao áp, bảo vệ quá dòng thường chỉ được sử dụng như một loại bảo vệ dự phòng Trong đường dây siêu cao, bảo vệ quá dòng chỉ được dùng như một chức năng phụ trợ trong một vài trường hợp khẩn cấp, khi các bảo vệ chính và dự phòng khác không làm việc 1.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian Đây là chức năng đặc thù của rơle quá dòng được sử dụng rộng rãi ở nước ta Ưu điểm của chức năng này là cách tính toán và. .. máy biến áp 3 cuộn dây, bảo vệ quá dòng phải được bố trí ít nhất ở 2 phía hoặc ở cả 3 phía Bảo vệ máy biến áp được thực hiện theo 2 cấp: • Cấp thứ nhất là bảo vệ cắt nhanh với dòng khởi động được chỉnh định theo dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất đi qua máy biến áp Dòng khởi động của rơle 12 ksd ktc I k M ng IkdR.CN= ni Giá trị dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh Ikd.CN= I dR ni k sd IdR- dòng. .. chung, bảo vệ quá dòng cắt nhanh được sử dụng để cắt các dòng ngắn mạch lớn trong giới hạn của đối tượng được bảo vệ Do vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh chỉ bao trùm một phần đường dây được bảo vệ nên nó không thể làm bảo vệ chính hoặc duy nhất Tuy nhiên trong một số trường hợp đặc thù, như trong mạng hình tia cung cấp cho máy biến áp làm việc hợp bộ, có thể sử dụng bảo vệ quá dòng cắt nhanh để bảo vệ. .. sử dụng loại bảo vệ quá dòng có hướng chỉ phản ứng đối với dòng ngắn mạch chạy đến từ một phía Để làm được điều này, người ta cần xác định được pha của dòng bằng cách đo thêm điện áp Giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cho cùng một đối tượng trong trường hợp vô hướng và có hướng có thể không bằng nhau Bảo vệ quá dòng thường là loại bảo vệ không cục bộ có vùng tác động thay đổi phụ thuộc vào dạng sự cố và . về máy biến áp.  Chương 2: Bảo vệ máy biến áp.  Phần 2 : Ứng dụng rơle số SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Trong phần này cung cấp những kiến thức về bảo vệ quá dòng và đóng lặp. nghiên cứu ứng dụng của rơle SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại cho máy biến áp lực nhằm mục đích tìm hiểu và nghiên cứu một số thiết bị bảo vệ rơle số đang và sẽ được sử dụng rộng rãi. lặp lại, nghiên cứu về rơle SEL-551 trong bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Nội dung gồm các chương:  Chương 1: Bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại.  Chương 2: Ứng dụng rơle số SEL-551 trong bảo vệ