Các phương pháp bảo vệ các máy biến áp

II.1.1.Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một pha 18 IV.Phân tích một số dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp I.4.Nếu độ nhạy không đạt phải sử dụng BVQI có bộ phận I.15.Các nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHUYÊN NGÀNH THIẾT BỊ ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

Hà Nội, năm 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-[\ [\ -

NGUYỄN THANH HƯƠNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

Chuyên ngành: Thiết bị điện-điện tử

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH KTĐ HƯỚNG THIẾT BỊ ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 TS PHẠM VĂN CHỚI

Hà Nội, năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những nội dung được trình bày trong luận văn này

là do sự tìm tòi, nghiên cứu của chính bản thân Các kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn nào của các tác giả khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung cam đoan trên

Hà nội, ngày 24 tháng 09 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Thanh Hương

MỤC LỤC

Trang LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 3

I Định nghĩa và vai trò của máy biến áp 3

I.1 Định nghĩa 3

I.2.Vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện 3

II.Cấu tạo máy biến áp điện lực 4 II.1.Lõi thép 4 II.2.Dây quấn 6 III.Phân loại máy biến áp, xu hướng chế tạo máy biến áp 8

III.1.Máy biến áp 8

III.2.Máy biến áp khô 9

IV.Sử dụng công nghệ mới trong chế tạo máy biến áp

11 V.Những nguyên nhân cơ bản gây cháy, nổ máy biến áp 13

V.1.Nhiệt độ máy biến áp tăng cao quá mức cho phép do những hư hỏng trầm trọng xảy ra trong mạch từ 13

V.2.Do cuộn dây trong máy bị chập nhau 13

V.3.Ngắn mạch giữa các pha 14

V.4.Đứt mạch giữa các pha của cuộn dây 14

V.5.Hư hỏng các sứ đầu vào máy biến áp 14

V.6.Do tác động của thiên nhiên 14 Kết luận chương I 15

CHƯƠNG II CÁC DẠNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP TRONG MÁY BIẾN ÁP 16

I.Mục đích việc bảo vệ máy biến áp 16

I.1 Mục đích bảo vệ 16

I.2.Lựa chọn đặt bảo vệ máy biến áp theo công suất 16

II.Các dạng sự cố, hư hỏng thường xảy ra trong máy biến áp 17

II.1.Sự cố bên trong máy biến áp điện lực 17

II.1.1.Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một pha 18

IV.Phân tích một số dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp

I.4.Nếu độ nhạy không đạt phải sử dụng BVQI có bộ phận

I.15.Các nguyên lý khác để phát hiện sự cố và chế độ

I.15.1.Biến điện áp 43

I.15.2.Biến dòng điện 43

I.15.3.Các bộ lọc sóng hài 44 II.Giới thiệu một số rơ le thông dụng trong bảo vệ máy biến áp sử dụng trên hệ thống điện 44 II.1.Rơle số sử dụng trong bảo vệ so lệch máy biến áp trên hệ thống điện nước ta 44

II.2 Rơle số sử dụng trong bảo vệ quá dòng/quá dòng chạm đất 45

II.3.Giới thiệu rơle RET521 45

II.3.1.Thông số kỹ thuật 45

II.3.2.Các chức năng chính 47 Kết luận chương III 54

CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG 55

I.Giới thiệu chung về MATLAB và SIMULINK 55

II.Giới thiệu về thư viện SIM POWER SYSTEM

II.1.Vai trò của Sim power system trong việc thiết kế mô phỏng 57 II.2.Thư viện Sim power system 58

III.Mô hình mô phỏng và các thông số của mạch điện 59

III.1.Mô hình mạch điện 59

III.1.1 Giới thiệu các thiết bị trong mô hình mô phỏng

III.2.Mô phỏng các sự cố bên ngoài máy biến áp 76

III.2.1 Phía cao áp 76 III.2.2.Phía trung áp với trung tính cách đất 84

III.2.3.Phía hạ áp 94 Kết luận chương IV 100

Kết luận 102

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

BVCN Bảo vệ cắt nhanh

DANH MỤC BẢNG

Trang

102

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.2 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản 3

Hình 1.3 Kết cấu chính máy biến áp 5 Hình 1.4 Lõi sắt kiểu bọc 6 Hình 1 5 Các sơ đồ khác nhau để điều chỉnh điện áp cuộn cao áp 8 Hình 1.6: Khả năng chống cháy cuộn dây đúc epoxy 9

Hình 1.7: Máy biến áp khô đúc bằng nhựa epoxy 10

Hình 2.1 Ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng một pha 18

Hình 2.2 Ngắn mạch một pha chạm đất 18

Hình 2.3 Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp 19

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý mba hoàn toàn tin cậy TIS 21

Hình 2.5 Đường cong tác động của các cầu chì 23

Hình 3.1 Bảo vệ quá tải 25 Hình 3.2 Bảo vệ QI 27 Hình 3.3 Bảo vệ QI có bộ phận khởi động kém điện áp 28 Hình 3.4 Bảo vệ cắt nhanh 29 Hình 3.5.Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong BVSL mba 2 và 3 cuộn dây bằng BI trung gian 30

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý BVSL có hãm cho mba 3 cuộn dây HM 31

Hình 3.7 BV QI kết hợp với BV I2 32

Hình 3.8 BV I0 mba nối đất 1 phía 33 Hình 3.9 BV dòng ngắn mạch với đất ở mba 2 dây quấn nối đất 34 Hình 3.10 Nguyên lý cấu tạo (a) và vị trí bố trí trên máy biến áp (b) của rơle khí 36

Hình 3.11 Thiết bị chỉ thị nhiệt độ cuộn dây 37

Hình 3.12 Cách lắp rơle nhiệt độ trong máy biến áp 38

Hình 3.13 Bảo vệ gas máy biến áp 40

Hình 3.14 Sơ đồ BV chống CĐ có giới hạn cho máy biến áp 42

Hình 4.1: Biểu tượng chương trình chính của MATLAB 56

Hình 4.2 : Cửa sổ thư viện Simulink 57

Hình 4.3: Cửa sổ thư viện SimPowerSystem 60

Hình 4.4 Chế độ làm việc xác lập phía cao áp 78

Hình 4.5 Dòng điện và điện áp ngắn mạch ba pha phía cao áp 79

Hình 4.6 Dòng ngắn mạch ba pha phía cao áp 80

Hình 4.7 Dòng điện và điện áp ngắn mạch hai pha phía cao áp 81

Hình 4.8 Dòng điện ngắn mạch hai pha phía cao áp 82

Hình 4.9 Dòng điện và điện áp ngắn mạch hai pha chạm đất phía cao áp 83

Hình 4.10 Dòng ngắn mạch hai pha và chạm đất phía cao áp 83

Hình 4.11 Dòng điện và điện áp ngắn mạch một pha phía cao áp 84

Hình 4.12 Dòng ngắn mạch một pha phía cao áp 85

Hình 4.13 Dòng điện và điện áp ở chế độ xác lập trung áp 87

Hình 4.14 Ngắn mạch ba pha phía trung áp 88

Hình 4.15 Dòng ngắn mạch ba pha phía trung áp (TA) 88

Hình 4.16 Ảnh hưởng của ngắn mạch ba pha phía TA đến dòng điện

và điện áp phía HA 89

Hình 4.17 Ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 1 máy biến áp 90

Hình 4.18 Dòng ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 1 90

Hình 4.19 Ảnh hưởng của ngắn mạch hai pha phía TA đến dòng điện và điện áp phía hạ áp (HA) 91

Hình 4.20 Ngắn mạch hai pha chạm đất phía thứ cấp 1 92

Hình 4.21 Dòng ngắn mạch hai pha chạm đất phía thứ cấp 1 92

Hình 4.22 Ngắn mạch một pha phía thứ cấp 1 93

Hình 4.23 Dòng ngắn mạch một pha phía thứ cấp 1 94

Hình 4.24 Ảnh hưởng của ngắn mạch một pha phía TA đến dòng điện và điện áp phía HA 94

Hình 4.25 Dòng điện và điện áp định mức phía thứ cấp 2 96

Hình 4.26: Ngắn mạch ba pha hạ áp 97

Hình 4.27 Dòng ngắn mạch ba phía thứ cấp 2 98

Hình 4.28 Ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 2 98

Hình 4.29 Dòng ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 2 99

Hình 4.30 Ngắn mạch hai pha chạm đất phía hạ áp 99

Hình 4.31 Dòng ngắn mạch hai pha chạm đất 100

Hình 4.32 Ngắn mạch chạm đất một pha thứ cấp 2 100

Hình 4.33 Dòng ngắn mạch một pha chạm đất 101

LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá và điện năng đóng vai trò quan trọng trong quá trình đó Nhu cầu tiêu dùng điện của khách hàng ngày càng lớn đồng thời yêu cầu về chất lượng điện năng bao gồm về tần số và điện áp càng cao Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng trong hệ thống điện, vì vậy để hệ thống điện hoạt động ổn định thì các phần tử trong hệ thống phải được bảo vệ an toàn Để máy biến áp vận hành an toàn giảm thiểu thời gian mất điện do sửa chữa thì ngoài hệ thống bảo vệ đo lường tín hiệu thì các vật liệu chế tạo máy biến áp cũng đòi hỏi rất cao để đảm bảo máy biến áp có chất lượng tốt có khả năng chịu được các sự cố trên lưới

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ thông tin, điện tử công suất, được ứng dụng vào trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống thì

các thiết bị bảo vệ máy biến áp cũng không nằm ngoài sự phát triển này Muốn máy biến áp làm việc an toàn ta cần phải tính toán đầy đủ các hư hỏng bên trong máy biến áp và các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của máy biến áp để từ đó đưa ra các phương án bảo vệ tốt nhất loại trừ các hư hỏng và ngăn ngừa được yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc của máy biến áp

Với nhận thức trên, tôi đã chọn đề tài: Các phương pháp bảo vệ các máy biến áp làm luận văn tốt nghiệp của mình

Nội dung chính của bản luận văn gồm 4 chương:

- Chương I: Tổng quan về máy biến áp

- Chương II: Các dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp

- Chương III: Các phương pháp bảo vệ máy biến áp

- Chương 4: Mô phỏng sự cố trong máy biến áp bằng phần mềm Matlab Cuối cùng là những kết luận và đề xuất

Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, tôi luôn nhận được sự dạy bảo và giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị điện-điện tử và nhà trường Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn TS.Phạm Văn Chới đã hướng dẫn tôi rất nhiệt tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, song do kiến thức hạn chế, chắc chắn luận văn tôt nghiệp của tôi còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn

Xin trân trọng cảm ơn!

Học viên

Nguyễn Thanh Hương

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

I.Định nghĩa và vai trò của máy biến áp

I.1.Định nghĩa

ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện có điện áp U1 (và dòng điện I1

tần số f1) thành hệ thống điện có điện áp U2 (và dòng điện I2, tần số f2=f1)

năng, ngoài ra máy biến áp cũng được dùng cho một số yêu cầu khác như nối với mạch chỉnh lưu, làm nguồn cấp điện cho lò điện, máy hàn, máy thử nghiệm

Hình 1.1 Cấu tạo máy biến áp

I.2 Vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị điện khác (thiết bị điều khiển, giám sát, thiết bị bảo vệ ) được nối liền với nhau thành hệ thống, làm nhiệm vụ sản suất, truyền tải và phân phối điện năng

Hình 1.2 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản

Dây quấn

W 1

Dây quấn

W 2 Mạch

t ừ

Để có thể tăng điện áp ở đầu đường dây và hạ điện áp tại nơi tiêu thụ

ta phải sử dụng máy biến áp Máy biến áp điện lực là một thiết bị từ tĩnh có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều này thành dòng điện xoay chiều khác với cùng tần số để truyền tải, phân phối điện năng và tạo nguồn cho các phụ tải đặc biệt Máy biến áp là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện Các nhà máy điện thường ở cách xa các hộ tiêu thụ điện, mặt khác các tổn hao trên đường dây và tiết diện dây dẫn tỉ lệ nghịch với điện áp nên việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4÷5 lần tăng giảm điện áp Do đó tổng công suất của máy biến áp gấp đến 4÷5 lần tổng công suất của máy phát điện Người ta đã tính được rằng nó có thể gấp 6÷8 lần hay hơn nữa Những máy biến áp dùng trong các hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất Ngoài máy biến áp điện lực còn có nhiều loại máy biến áp dùng trong các ngành chuyên môn như: máy biến áp dùng cho các lò điện luyện kim, máy biến áp hàn, máy biến áp dùng cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp dùng cho đo lường, thí nghiệm

Ở nước ta đã sản xuất được một khối lượng lớn máy biến áp với nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất Như vậy máy biến

áp có một vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, việc bảo vệ và nhận biết các sự cố của máy biến áp là một yêu cầu bức thiết Chính vì thế mà ta liên tục nghiên cứu để đưa ra các phương pháp bảo vệ máy biến áp hợp lý nhất

II.Cấu tạo máy biến áp điện lực

lá thép kỹ thuật điện (tôn silíc) để giảm tổn hao dòng fucô Hơn nữa lõi thép

có thể chịu được những lực cơ học lớn khi dây quấn bị ngắn mạch Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về cơ khí Lõi sắt máy biến áp gồm hai phần: phần trụ và phần gông Trụ là phần lõi thép có dây quấn, gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ khép kín Các máy biến áp điện lực thường dây quấn được quấn thành hình trụ nên tiết diện ngang của trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp Đường kính d của đường tròn được gọi là đường kính trụ sắt, đó là một tham số quan trọng

về kích thước, kết cấu của máy biến áp

Hình 1.3 Kết cấu chính máy biến áp

1- Lõi thép; 2- Dây quấn

trong thì trong lõi phải có rãnh thông dầu Số bậc thang trong trụ càng nhiều thì tiết diện trụ càng hình tròn Nhưng số tập lá tôn càng tăng làm cho quá trình công nghệ chế tạo, lắp rắp lõi sắt càng trở nên phức tạp Hiện nay, trụ

và gông thường được ghép chéo với nhau bằng phương pháp ghép xen kẽ Sau khi ghép, lõi thép được ghép chặt bằng xà ép và bulông để tạo thành một bộ đảm bảo chắc chắn Vì lý do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối với

vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất

Có hai kiểu lõi sắt:

-Lõi sắt kiểu trụ: dây quấn ôm lấy trụ, gông từ không bao lấy mặt ngoài dây quấn

( Hình 1.3)

-Lõi sắt kiểu bọc: lõi thép bọc lấy dây quấn gông bao lấy phần trên dưới và

cả mặt bên của dây quấn

Hình 1.4 Lõi sắt kiểu bọc 1-Trụ; 2-Gông; 3-Dây quấn

II.2.Dây quấn

năng lượng đi Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Thường dây quấn sơ cấp là cuộn cao áp và dây quấn thứ cấp là cuộn hạ

áp Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng cũng có thể dùng dây quấn bằng nhôm nhưng không phổ biến Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ

áp ta chia ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen

kẽ Các máy biến áp điện lực hiện nay chủ yếu dùng dây quấn đồng tâm với lõi sắt kiểu trụ Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép còn dây quấn cao áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp Với cách quấn này có thể giảm bớt điều kiện cách điện của dây quấn cao áp như kích thước rãnh dầu, vật liệu cách điện dây quấn (trong dây quấn đồng tâm lại có nhiều kiểu khác nhau, dây quấn hình trụ, dây quấn hình xoắn kép, dây quấn xoắn ốc liên tục) Dây quấn xen kẽ là các bánh dây quấn cao áp và hạ áp lần lượt xen

kẽ nhau dọc theo trụ thép

-Điều chỉnh điện áp ở máy biến áp điện lực

3

-Điều chỉnh dưới tải: phía cao áp máy biến áp truyền tải, dòng điện không bị ngắt quãng

-Điều chỉnh không dòng: tức là điều chỉnh không điện đối với máy biến áp phân phối 35, 22/0,4 kV

biến áp cũng thay đổi theo Để duy trì điện áp ra ổn định phải thiết kế các đầu dây điều chỉnh điện áp để thay đổi số vòng dây cho thích hợp Các đầu dây điều chỉnh (đầu phân áp) thương được bố trí trên cuộn cao áp vì dòng điện cao áp nhỏ nên có thể làm bộ đổi nối nhỏ gọn đơn giản Mặt khác cuộn cao áp có nhiều vòng dây nên có thể tinh chỉnh, ở các máy biến áp giảm áp muốn tăng hay giảm điện áp các cuộn hạ áp thì ta phải giảm hay tăng số vòng dây của cuộn cao áp Việc điều chỉnh điện áp như vậy được tiến hành bằng tay khi máy biến áp đã được cắt ra khỏi lưới điện, ta gọi đó là điều chỉnh không dòng Muốn điều chỉnh tự động mà không phải cắt máy biến áp

ra khỏi lưới thì phải có thiết bị điều chỉnh điện áp tự động dưới tải, điều chỉnh này chỉ sử dụng đối với các máy biến áp truyền tải công suất lớn

Tất cả các máy biến áp dầu công suất phân phối khoảng 27kV khi điều chỉnh không điện áp thì ở cuộn cao áp có 5 cấp điều chỉnh là 0, ±2.5%, ±5% điện áp định mức Việc chuyển đổi các đầu điều chỉnh được thực hiện bởi bộ đổi nối riêng biệt đặt trong máy biến áp có tay quay điều khiển

*Đoạn dây điều chỉnh ở cuối dây quấn (hình 1.5a)

Kiểu này hay dùng trong các máy biến áp công suất tới 160kVA Đối với máy biến áp có công suất từ 250 kVA trở lên để tránh lực cơ học tác dụng lên các vòng dây khi ngắn mạch thường đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi nấc điều chỉnh được bố trí thành 2 nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp nhau như hình 1.5b

*Đoạn dây điều chỉnh nằm ở giữa dây quấn nối ngược Kiểu này thường dùng cho các máy biến áp có công suất không quá 1000kVA và điện

áp đến 35,8 kV, với dây quấn hình ống nhiều lớp phân đoạn hay dây quấn xoắn đảm bảo từ thông cùng chiều trong lõi sắt, hai nửa cuộn dây phải quấn ngược chiều Kiểu này lực chiều trục nhỏ, nhưng điện áp giữa hai đầu A, X

rất lớn nên phải tăng cường cách điện ở đó, chiều cao dây quấn sẽ tăng lên

Vì vậy không dùng với điện áp quá cao như hình 1.5c

*Đoạn dây điều chỉnh ở giữa dây quấn nối thuận Kiểu này dùng cho các loại dây quấn hình ống nhiều lớp phân đoạn hay loại dây quấn xoắn ốc liên tục Với điện áp cao hơn từ 3÷22kV và khắc phục được những nhược điểm như kiểu thứ hai trên hình 1.5d

Hình 1 5 Các sơ đồ khác nhau để điều chỉnh điện áp cuộn cao áp

III Phân loại máy biến áp, xu hướng chế tạo máy biến áp

III.1.Máy biến áp dầu:

*Ưu điểm:

máy biến áp có điện áp đến hàng trm kV, công suất đến hàng trăm ngàn kVA

-Khả năng quá tải lớn do điều kiện làm mát tốt

*Nhược điểm:

các công trình gần biển, các khu đông người, các nhà máy hóa chất, hầm lò

-Gây ô nhiễm môi trường khi máy biến áp làm việc cũng như khi bị sự

cố

-Nguyên nhân là máy sử dụng dầu lỏng làm mát và cách điện Do đó, khi làm việc hay sự cố các khí độc như NO2, SO2 được sinh ra thải ra môi trường xung quanh gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến sức khỏe con người

hoạn cháy nổ

-Thường xuyên phải bảo dưỡng

suất

Do đó phạm vi ứng dụng của máy biến áp dầu là trong hệ thống truyền tải ở những nơi có ít người qua lại, nơi có yêu cầu phòng chống cháy nổ không cao

III.2.Máy biến áp khô

Ngày nay máy biến áp khô mà cuộn dây đúc bằng nhựa Epoxy được sử dụng rất nhiều trong hệ thống phân phối từng bước sẽ thay thế dần các máy biến thế dầu do có những ưu điểm hơn như sau:

-Không gây ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người

- Có khả năng chống cháy và dập cháy tốt Đây là khả năng ưu việt nhất của máy biến áp khô so với máy biến áp dầu

- Chịu được môi trường có độ ẩm lớn và nước biển do lớp epoxy bao bọc bên ngoài cuộn dây có khả năng chống thấm tốt

- Có khả năng chịu được dòng ngắn mạch lớn cuộn dây hạ áp và cao

áp được quấn bằng dây dẫn có hình dạng đặc biệt và được tẩm đúc bằng nhựa epoxy tạo thành một khối vững chắc nên có khả năng chịu được dòng ngắn mạch lớn

Hình 1.6: Khả năng chống cháy cuộn dây đúc epoxy a: đốt cuộn dây trong hai phút; b: ngừng đốt; c ngừng đốt sau 15 giây

- Kích thước nhỏ gọn so với máy biến áp dầu

- Có thể lắp đặt gần tải tiêu thụ, tiết kiệm được diện tích lắp đặt

- Có khả năng chịu quá tải thêm đến 40% nếu có thêm quạt thổi cưỡng bức

- Có khả năng chịu được xung điện áp lớn, do cuộn dây đức bằng epoxy nên khe hở giữa hai vòng dây liên tiếp tạo thành chất điện môi cách điện và hai vòng dây đó đóng vai trò như hai bản cực của một tụ điện Lúc này cuộn dây sẽ gồm nhiều màng chắn tĩnh điện, kết quả là máy biến áp có thể kháng được điện áp xung sét lớn

Với những ưu điểm trên máy biến áp khô đang được nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng máy biến áp và giảm giá thành chế tạo thì yêu cầu máy biến áp vận hành an toàn (chống được các sự cố khách quan cũng như chủ quan) là một yêu cầu quan trọng trong cung cấp điện Do đó, hệ thống bảo

vệ máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện Để máy biến áp vận hành an toàn thì hệ thống bảo vệ phải tin cậy, nhanh chóng tránh tác động nhầm

IV.Sử dụng công nghệ mới trong chế tạo máy biến áp

tải và phân phối điện năng Khi sử dung, có tổn hao trong máy biến áp vì vậy giảm tổn hao trong máy biến áp sẽ tiết kiệm được nhiều điện năng và có

ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm điện năng Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của máy biến áp như giảm tồn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng và tăng độ tin cậy của nó Vật liệu dùng trong máy biến áp thường có ba loại:

Hình 1.7: Máy biến áp khô đúc bằng nhựa epoxy

Cuộn dây đúc epoxy

*Vật liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép

*Vật liệu cách điện để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận khác như sứ, dầu máy biến áp

*Vật liệu kết cấu dùng để giữ, bảo vệ máy biến áp như bulong, cỏ máy

Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo máy biến áp là tôn silic (thép lá kỹ thuật điện) Trong nhiều năm lõi thép máy biến áp dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0.5mm và 0.35mm nhưng loại tôn này có suất tổ hao cao Khoảng những năm gần đây người ta đã dùng tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng Do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2÷2,5 lần so với tôn cán nóng

Vật liệu tác dụng thứ hai của máy biến áp là kim loại làm dây quấn Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng để chế tạo dây quấn bởi vì đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công, đảm bảo độ bền

cơ và điện Ngày nay người ta đã sử dụng nhôm thay cho đồng làm dây quấn Nhôm có ưu điểm là nhẹ, giá thành rẻ nhưng có nhược điểm là điện trở suất cao, độ bền cơ kém

Về vật liệu cách điện thì phần lớn trong máy biến áp dầu đều dùng dây quấn có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn

loại cách điện khác hay dung bọc dây dẫn là men cách điện (emay) Việc thay cách điện bọc từ giấy cáp sang tráng men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn, độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng làm giảm trọng lượng dây quấn lõi sắt Đối với máy biến áp khô hay dùng những dây dẫn có bọc cách điện cấp cao hơn như cách điện bằng sợi thủy tinh hay dây nhôm (tổng hợp từ sợi amiăng có tẩm sơn) Với loại dây dẫn có cấp cách điện cao hơn, có nhiệt độ cho phép cao hơn nên có thể chọn mật độ dòng điện dây dẫn cao hơn vì thế kích thước cuộn dây nhỏ đi

suất cao Các nhà sản xuất tìm kiếm vật liệu mới, đồng thời hoàn thiện thiết

kế để cú khả năng chế tạo mỏy biến ỏp cú tổn hao thấp Cỏc nhà nghiờn cứu

đó tập trung vào hợp kim vụ định hỡnh cú tớnh năng tương tự thộp kỹ thuật điện: từ cảm bóo hũa cao, từ húa hiệu quả và sử dụng vật liệu chi phớ thấp Bảng 1.1 túm tắt một số đặc tớnh của cỏc vật liệu vụ định hỡnh

Bảng 1.1: Một số đặc tính của các vật liệu vô định hình:

Tên vật liệu Từ cảm

bão hoà (Tesla)

Nhiệt độ Curie (oK)

Cường độ khử từ (A/m)

Tổn hao thép, 50 Hz 1,4T

(W/kg)

Bề dày lớp thép (mm) Tôn Silíc

Từ những năm 1982 của thế kỷ XX cỏc hóng chế tạo hàng đầu của Mỹ

là General Electric và Westinhouse Electric đó cho lắp thử và vận hành thành cụng những mỏy biến ỏp phõn phối dựng lừi thộp vụ định hỡnh đầu tiờn trờn lưới phõn phối Lừi thộp này được chế tạo bằng hợp kim Fe-B-Si, vật liệu này cú khả năng từ húa tốt và cú tổn hao nhỏ hơn nhiều lần so với tụn kỹ thuật điện thụng thường

Việc sử dụng lừi thộp vụ định hỡnh thay thế lừi thộp kỹ thuật điện thụng thường ước tớnh giảm tổ hao trong lừi thộp khoảng 75 đến 85%

Do đó, từ những năm 1988 tại trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã bắt đầu nghiên cứu công nghệ nguội nhanh để chế tạo vật liệu từ mềm vô định hình dạng băng mỏng và đã ứng dụng trên 3000 lõi biến thế công suất nhỏ

đã được chế tạo và cung cấp cho nhiều nhà máy (Z119, A31 )

V.Những nguyên nhân cơ bản gây cháy, nổ máy biến áp

Như chúng ta đã biết, trong hệ thống điện, máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất liên kết hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối Vì vậy, việc nghiên cứu các tình trạng làm việc không bình thường, sự cố xảy ra với máy biến áp là rất cần thiết Trong vận hành máy biến áp thường bị cháy là do các nguyên nhân sau:

V.1.Nhiệt độ máy biến áp tăng cao quá mức cho phép do những hư hỏng trầm trọng xảy ra trong mạch từ

-Cách điện giữa các lá thép bị hỏng do bị già cỗi vì thời gian làm việc lâu vượt quá tuổi thọ của chúng hoặc do những hư hỏng cục bộ

-Cháy trong các lá thép do hỏng cách điện của chốt thép tạo ra ngắn mạch hoặc hư hỏng cục bộ cách điện giữa các lá thép gây ngắn mạch giữa chúng -Ngắn mạch cục bộ các lá thép do có kim loại nào đó gây ngắn mạch

-Do lực ép mạch từ yếu, chi tiết bắt chặt bị lỏng ra, các lá thép ngoài cũng

bị tụt ở trụ quấn dây hoặc gông từ, hoặc do điện áp sơ cấp cao quá giá trị định mức từ đố dẫn đến máy bị rung và kêu tới mức không cho phép

V.2.Do cuộn dây trong máy bị chập nhau

Hiện tượng chập cuộn dây là do cách điện của cuộn dây bị già hóa hay quá tải bị kéo dài, chế độ làm mát không đảm bảo, do hư hỏng cơ giới của cách điện vòng dây khi sự cố Cuộn dây cao hơn mặt dầu vì mức dầu thấp quá mức

Cuộn dây bị đánh thủng ra vỏ là do cách điện có vết nứt hoặc bị sứt

mẻ Ngắn mạch giữa các vòng dây của cuộn dây, nguyên nhân chủ yếu là cách điện bị phá hủy, dầu biến áp bị ẩm, dòng điện ngắn mạch chạy qua dầu qua vỏ, gây ngắn mạch xuống đất hay ngắn mạch giữa các pha Hiện tượng các vòng dây bị chập chiếm 70% trong tổng số hư hỏng máy biến áp Chất cách điện của cuộn dây trong máy bị hỏng nhanh khi máy biến áp làm việc

liên tục ở nhiệt độ 1050C Ngắn mạch giữa các cuộn dây xuất hiện lực điện động của dòng điện ngắn mạch gây biến dạng cuộn dây và dịch chuyển theo hướng dọc trục Thường hiện tượng này xảy ra cùng hiện tượng chạm vỏ của các cuộn dây

V.3.Ngắn mạch giữa các pha

xảy ra Khi xảy ra thường kèm theo hiện tượng hút dầu qua ống phòng nổ vì vậy đây là sự cố lớn, dầu bị sôi mạnh, áp suất trong máy rất lớn

V.4.Đứt mạch giữa các pha của cuộn dây

điện động gây ra bởi dòng ngắn mạch, tiếp xúc không chặt Khi đứt mạch xuất hiện hồ quang làm phân tích dầu, từ đó có thể gây ngắn mạch các pha

và phóng điện ra vỏ

V.5.Hư hỏng các sứ đầu vào máy biến áp

phóng điện giữa các pha Sứ đầu vào bị nứt hay cạn dầu, mặt trong của sứ bị bẩn Sự phóng điện giữa các sứ đầu vào xuống vỏ và tạo thành hồ quang dẫn điện dẫn đến chảy dầu, gây cháy nổ Hiện tượng này do ngoài sứ bị lớp bụi bẩn, ẩm dẫn điện, ống cách điện bakelít bẩn, nứt, dầu cách điện bị phân tích thành oxit cacsbon và axít

V.6.Do tác động của thiên nhiên

lôi chống sét không đảm bảo độ tin cậy Khi có sét đánh trên đường dây tải điện, điện áp của sét theo đường dây chạy vào trong máy gây quá điện áp trong máy biến áp, nếu các thiết bị chống sét không tác động kịp thời sẽ gây cháy máy

xảy ra trong máy biến áp khi vận hành Trên cơ sở đó, đưa ra các phương pháp bảo vệ máy biến áp để máy biến áp làm việc trong hệ thống điện được

an toàn và hiệu quả

Chương II Các dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp

I Mục đích việc bảo vệ máy biến áp

I.1.Mục đích bảo vệ

Trong truyền tải điện năng và phân phối năng lượng điện, máy biến áp

là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống và cũng là thiết

bị dễ xảy ra hư hỏng Vì vậy việc nghiên cứu các tình trạng làm việc không bình thường, các sự cố thường xảy ra đối với máy biến áp là rất cần thiết để

từ đó tìm ra các phương án bảo vệ tốt nhất Việc ngăn ngừa sự cố và sớm phát hiện các hư hỏng trong máy biến áp giúp con người có thể khắc phục một cách nhanh nhất, hiệu quả nhất

I.2.Lựa chọn đặt bảo vệ máy biến áp theo công suất

Máy biến áp rất đa dạng, có nhiều cấp điện áp khác nhau, công suất của các máy biến áp cũng rất khác nhau thay đổi trong phạm vi rộng từ một vài kVA đến hàng trăm MVA Do đó việc tính toán và lựa chọn phương pháp bảo vệ thích hợp cho từng loại máy cần phải tính đến yếu tố kinh tế và kỹ thuật

Hiện nay đặt bảo vệ máy biến áp dựa theo công suất của máy biến áp

mà đặt các bảo vệ cho phù hợp như sau:

* Đối với máy biến áp phân phối 35, 22, 10, 6/ 0.4 kV có công suất nhỏ làm việc đơn lẻ, nhỏ hơn 1600 kVA, chỉ dùng bảo vệ bằng cầu chì cao áp (SI ) phía cao áp

* Đối với máy biến áp phân phối 35, 22,10, 6/ 0.4kV có công suất lớn hơn

1600 kVA phải có máy cắt phía cao áp, đi kèm tủ máy cắt là hệ thống rơle bảo vệ, ở đây chỉ đặt bảo vệ QI và QI0

* Đối với các máy biến áp truyền tải có cấp điện áp từ 110kV trở lên thì hệ thống bảo vệ phức tạp hơn, phải đầy đủ các loại bảo vệ gồm: bảo vệ so lệch, QI>, QI>>, bảo vệ quá tải, nhiệt độ

Muốn máy biến áp làm việc an toàn cần phải nghiên cứu đầy đủ các hư hỏng xảy ra bên trong máy biến áp cũng như các yếu tố bên ngoài làm ảnh

hưởng đến sự làm việc của máy biến áp để từ đó đề ra các phương án bảo vệ tốt nhất cho máy biến áp

II Các dạng sự cố, hư hỏng thường xảy ra trong máy biến áp

Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra thành hai nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm:

- Chạm chập giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây

- Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp bao gồm:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

- Ngắn mạch một pha trong hệ thống

- Quá tải

- Quá bão hoà mạch từ

II.1.Sự cố bên trong máy biến áp lực

Sự cố bên trong được chia làm hai nhóm sự cố: sự cố trực tiếp và sự cố gián tiếp

- Sự cố trực tiếp là ngắn mạch các cuộn dây, hư hỏng cách điện làm thay đổi

đột ngột các thông số điện

- Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố trực tiếp nếu không

được phát hiện và xử lý kịp thời (như quá nhiệt bên trong máy biến áp, áp suất dầu tăng cao…) Sự cố gián tiếp không đòi hỏi phải cách ly máy biến áp nhưng phải được phát hiện, có tín hiệu báo cho nhân viên vận hành biết để

xử lý, còn khi sự cố trực tiếp xảy ra phải nhanh chóng cách ly máy biến áp

bị sự cố ra khỏi hệ thống điện để giảm ảnh hưởng đến hệ thống

II.1.1 Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một pha

vòng dây cùng một pha bên trong máy biến áp

Hình 2.1 Ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng một pha

Khi xảy ra trường hợp này, dòng điện tại chỗ ngắn mạch rất lớn vì một

số vòng dây bị nối ngắn mạch, dòng điện này phát nóng đốt cháy cách điện

cuộn dây và dầu máy biến áp Một số trường hợp ngắn mạch một vài vòng

dây trong cùng một cuộn dây nhưng lại ở cuối cuộn dây đó, khi đó dòng

ngắn mạch bé không đủ làm các bảo vệ QI tác động

Ngoài ra còn các sự cố như hỏng thùng dầu, hư sứ dẫn, hỏng bộ điều

chỉnh đầu phân áp…

II.1.2 Ngắn mạch một pha

Ngắn mạch một pha do chạm vỏ hoặc chạm lõi thép máy biến

áp Dòng ngắn mạch một pha lớn hay nhỏ phụ thuộc vào chế độ làm việc của

điểm trung tính máy biến áp đối với đất và vào tỷ lệ khoảng cách từ điểm

chạm đất đến điểm trung tính

Hình 2.2 Ngắn mạch một pha chạm đất

II.1.3 Ngắn mạch giữa các pha trong máy biến áp ba pha

Hình 2.3 Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp

Dạng ngắn mạch này rất hiếm xảy ra, nhưng nếu xảy ra dòng ngắn mạch sẽ rất lớn so với dòng một pha

II.2 Sự cố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc của máy biến áp

- Dòng điên tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải

- Quá điện áp khi ngắn mạch một pha trong hệ thống điện

- Mức dầu bị hạ thấp do nhiệt độ không khí xung quanh giảm đột ngột…

III Các loại bảo vệ đối với máy biến áp

Tuỳ theo công suất của máy biến áp, vị trí và vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến

áp Những loại bảo vệ thường dùng để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp được giới thiệu trong bảng 2.1 sau

Bảng 2.1 Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp

phòng tuỳ theo công suất)

- Quá dòng thứ tự không Chạm chập các vòng dây,

Trong bảo vệ mba truyền tải người ta quy định:

- Bảo vệ chống quá tải

- Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất có thời gian QI>, QI0>

- Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất cắt nhanh QI>>, QI0>>

- áp lực

- Bảo vệ nhiệt độ dầu và nhiệt độ cuộn dây

IV Phân tích một số dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp phân phối hoàn toàn mới TIS

Máy biến áp hoàn toàn tin cậy TIS (Transformateur Intrinsequement Sur) là một bước tiến quan trọng về kỹ thuật và công nghệ chế tạo máy biến

áp cũng như thiết bị bảo vệ Trong đó kết hợp chặt chẽ các biện pháp bảo vệ,

đảm bảo xử lý mọi loại sự cố bên ngoài cũng như bên trong máy biến áp, góp phần cải thiện tính năng an toàn và liên tục cung cấp điện và bảo vệ môi trường

Các máy biến áp phân phối thông thường là thiết bị thụ động đối với các sự cố xảy ra phía sau và bên trong máy biến áp Các sự cố chỉ được khắc

phục sau khi đã cắt nguồn và việc cung cấp điện cho các phụ tải đã bị rối loạn

Phân tích nguyên nhân các sự cố ta có thể phân chia chúng thành ba loại sau đây:

- Sự cố ở phía mạng hạ áp (ngắn mạch, quá tải dài hạn )

- Sự cố liên quan trực tiếp đến máy biến áp (chảy dầu, vỡ sứ xuyên, suy giảm cách điện, phóng điện cục bộ )

- Sự cố ở phía cao áp do xung sét truyền tới

Các sự cố nặng có thể làm vỡ thùng dầu, gây ô nhiễm môi trường Để giảm thiểu ảnh hưởng của các sự cố đối với các máy biến áp, máy biến áp hoàn toàn tin cậy TIS được chế tạo

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hoàn toàn tin cậy TIS

- 2 cầu chì cao áp tác động nhanh thuộc loại tự trở về

- 2 vi cầu chì mắc (microfusible) song song với bộ tác động (percuteur)

- 1 bộ cảm biến áp suất

- 1 bộ bảo vệ mức dầu thấp

- 1 bộ tạo ngắn mạch ba pha (court-circuiteur)

Tất cả các phần tử phát hiện: mức dầu quá thấp, máy biến áp quá tải,

áp suất trong máy biến áp quá cao sẽ tác động đến một cơ cấu duy nhất là

bộ tạo ngắn mạch ba pha tác động nhanh Trong mạch động lực còn có vi cầu chì mắc song song với bộ tác động Tỷ số điện trở của chúng từ 500 đến

1000 Khi vận hành bình thường, phần lớn dòng điện chạy qua vi cầu chì Nếu vi cầu chì tác động làm ngắt mạch chính, dòng điện sẽ chạy qua bộ tác

động Cơ cấu này làm việc như một bộ dự trữ cơ năng, khi tác động sẽ đẩy

một pittông gây chuyển mạch bộ tạo ngắn mạch ba pha, đảm bảo cắt nhanh cầu chì cao áp và tách máy biến áp ra khỏi lưới

- Phối hợp hoạt động của các phần tử bảo vệ

Các hiện tượng bất thường xảy ra trong và sau máy biến áp như ngắn mạch, quá tải dài hạn, chảy dầu, quá áp suất phải được phát hiện và xử lý có tính chất chọn lọc

1.Chảy dầu

Trong MBA thông thường, hiện tượng chảy dầu có thể dẫn đến phát nóng quá mức MBA, có thể làm phá hỏng thùng dầu Trong máy biến áp hoàn toàn tin cậy có trang bị bộ cảm biên mức dầu Cảm biến này gồm có một hệ thống phao và tiếp điểm mắc nối tiếp với bộ tác động Mạch này

được cấp điện từ dây quấn hạ áp Khi phát hiện mức dầu quá thấp so với mức

đặt trước, phao sẽ đóng tiếp điểm làm cho bộ tác động làm việc Kết quả bộ tác động hoạt động bộ tạo ngắn mạch chuyển mạch, gây chảy cầu chì cao áp

đảm bảo cắt nhanh MBA ra khỏi lưới

2 áp suất cao

Do quá tải dài hạn, nhiệt độ trong lõi máy biến áp và trong dầu quá cao, sản sinh khí gây áp suất lớn Ta có thể phân chia hiện tượng tăng áp suất ra làm hai loại:

Các máy biến áp kinh điển có trang bị một nắp an toàn, khi áp suất trong máy biến áp quá cao sẽ làm thủng nắp an toàn dẫn đến thoát dầu ra ngoài, gây ô nhiễm môi trường và làm cho số dầu còn lại bị nhiễm ẩm Máy biến áp hoàn toàn tin cậy TIS có trang bị bộ cảm biến áp suất tác động như một súp páp Khi áp suất đặt trước bị vượt quá, bộ tác động sẽ làm việc, làm cho bộ tạo ngắn mạch hoạt động làm chảy cầu chì cao áp và cắt máy biến áp ra khỏi lưới điện

3.Quá tải

Mức quá tải cho phép được quy định trong IEC 354 Quá tải làm cho cách điện bị già hoá và mức già hoá sẽ tăng nhanh theo hệ số quá tải, làm

cho tuổi thọ của máy biến áp bị suy giảm theo định luật Arhenius Để khắc phục quá tải, máy biến áp hoàn toàn tin cậy TIS có trang bị vi cầu chì có dòng điện tác động điều chỉnh nằm giữa đặc tính chảy của cầu chì cao áp và hạ áp

Hình 2.5 Đường cong tác động của các cầu chì

4.Sự phối hợp giữa các loại bảo vệ

Máy biến áp hoàn toàn tin cậy được trang bị các hệ thống bảo vệ, cho phép phát hiện và xử lý bất kỳ loại sự cố xảy ra đối với máy biến áp Vấn đề

là cần phải phối hợp các loại bảo vệ khác nhau

-Ngắn mạch trực tiếp I>300A Trong trường hợp này dòng ngắn mạch

đủ lớn gây chảy cầu chì cao áp Sự cố sẽ được khắc phục sau 10ms

-Quá dòng I<300A Khi đó bảo vệ hạ áp chưa tác động Vi cầu chì sẽ tác động làm cho bộ tác động hoạt động Kết quả là bộ tạo ngắn mạch tác

động làm chảy cầu chì cao áp Với sự cố này, thời gian tác động của bảo vệ cộng thêm thời gian đóng của bộ tác động vào khoảng 15ms và thời gian chảy của cầu chì cao áp 10ms

0 , 0 1

0 , 1 1

1 0

1 0 0

1 0 0 0

-Quá tải Dòng điện quá tải nhỏ không đủ để chảy vi cầu chì nhưng làm tăng nhiệt độ dầu là cho áp suất dầu tăng lên, máy biến áp cho phép quá tải 150% trong ba giờ

Khả năng đóng lặp lại của trạm nguồn cho phép chu kỳ đóng cắt lặp lại 20 lần Trong các trường hợp này, máy biến áp chưa bị cắt khỏi lưới do vị trí của đường cong tác động của vi cầu chì nằm ở bên phải đường dòng quá tải và cho phép dòng từ hoá quá độ khi bảo vệ tác động lặp lại

thường gặp trong máy biến áp phân phối hoàn toàn mới TIS

CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

Ở trong chương II ta đã nghiên cứu về các dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp để từ đó ta đưa ra các phương pháp bảo vệ máy biến áp từ những biện pháp kinh điển sử dụng rơle điện cơ, rơle điện tử, rơle số, đến công nghệ thông tin Sau đây là một số phương pháp bảo vệ máy biến áp

I Các phương pháp bảo vệi máy biến áp

I.1 Bảo vệ quá tải bằng Rơle dòng điện

c Tính toán chỉnh định bảo vệ

- Dòng điện chỉnh định phía sơ cấp:

IdmBA K

Kat Icz

Báo tín hiệu

Hình 3.1- BV quá tải

IđmBA: dòng điện định mức của máy biến áp phía đặt bảo vệ

- Dòng điện khởi động của Rơle:

n

Ksd Icp

- Thời gian chỉnh định: t = 9 sec Gửi tín hiệu đi báo tín hiệu

I.2 Bảo vệ quá tải bằng hình ảnh nhiệt

Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp Nếu mức quá tải cao và kéo dài, máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ của máy biến

áp bị suy giảm Để bảo vệ chống quá tải ở các máy biến áp công suất bé có thể sử dụng bảo vệ quá dòng điện thông thường Tuy nhiên, rơle dòng điện không thể phản ánh được chế độ mang tải của máy biến áp trước khi xảy ra quá tải

Vì vậy, đối với máy biến áp công suất lớn người ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải Bảo vệ này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra trong máy biến áp và tùy theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau: cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng cách tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp Nếu các cấp tác động này không đem lại hiệu quả và nhiệt

độ máy biến áp vẫn quá giới hạn cho phép và kéo dài thì mba sẽ được tách ra.

I.3 Bảo vệ Quá dòng (BVQI)

a- Chức năng: Bảo vệ quá dòng máy biến áp

b- Dòng điện chỉnh định:

IdmBA Kmm

Kv

Kat

Trong đó: - Icz: dòng điện chỉnh dịnh phía nhất thứ

- Kat: hệ số an toàn: lấy từ 1,1 ÷ 1,2

- Kmm: hệ số mở máy của động cơ: 1,3 ÷ 1,8

- Kv: hệ số trở về của Rơle: 0,85 với PT-40; 0,95 với Rơle số

- Iđm BA: dòng điện làm việc định mức của máy biến áp phía đặt bảo vệ

Dòng điện chỉnh định của Rơle:

Icz n

Ksd Icp

- nI: tỷ số máy biến dòng của TI

- Kiểm tra độ nhậy: Knh = Inmin / Icz

Trong đó: Inmin: dòng ngắn mạch nhỏ nhất tại thời điểm min khi ngắn mạch tại thanh cái thứ cấp của máy biến áp được bảo vệ

Yêu cầu: Knh >1,3

c- Cách bố trí: Thường được bố trí cả sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp

I.4 Nếu độ nhậy không đạt phải sử dụng BVQI có bộ phận khởi động điện áp (BVQIKU)

a- Chức năng: Bảo vệ quá dòng máy biến áp

- Điện áp chỉnh định:

Kv Ktc

Ulv Ucz

+ Phía sơ cấp: Thường phân cấp thời gian:

Cấp thứ nhất: tsc(1-1) = ttc(2)+ ∆t đi cắt máy cắt phía sơ cấp

Cấp thứ hai: tsc(1-2) = tsc(1-1)+ ∆t đi cắt tất cả các máy cắt của mba

c- Cách bố trí: Chỉ được bố trí ở phía sơ cấp của máy biến áp

I.5 Bảo vệ cắt nhanh (BVCN)

Với máy biến áp có công suất đến 1000 ÷ 1600 kVA, hai dây quấn, điện áp đến 35 kV thường sử dụng BVCN làm bảo vệ chính chống ngắn mạch giữa các pha cho máy biến áp

a Dòng điện chỉnh định nhất thứ:

Icz = Kat × IN tcmax

UR

Cắt MN2 Cắt cả

UR

Hình 3.3 BV QI có bộ phận khởi động kém điện áp

Trong đó: IN tcmax - dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái thứ cấp của máy biến áp

Kat = 1,2÷1,3

b Dòng điện chỉnh định rơle:

Icz n

Ksd Icp

I.6 Bảo vệ so lệch máy biến áp (BVSL MBA)

a- Chức năng: Đây là một trong số các bảo vệ chính của máy biến áp Trong

đó biên độ dòng điện ở các phía của máy biến áp được so sánh với nhau Nếu sự sai lệch giữa các dòng điện vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động

b- Vùng tác động: Vùng tác động của bảo vệ được giới hạn bằng vị trí đặt

của các tổ máy biến dòng ở đầu và cuối máy biến áp được bảo vệ mà từ đó nhận tín hiệu dòng điện để so sánh

Cắt trên

Cắt dưới

Khu chết Khu Bảo vệ

Hình 3.4 BV cắt nhanh

c-Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp:

Để cân bằng dòng điện thức cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trong chế

độ làm việc bình thường, người ta sử dụng biến dòng trung gian (BIG), có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỉ số biến đổi được chọn sao cho các dòng điện được vào so sánh trong rơle so lệch có trị số gần bằng nhau

Một đặc điểm nữa của bảo vệ so lệch máy biến áp là dòng điện từ hoá của máy biến áp sẽ tạo nên dòng điện không cân bằng chạy qua rơle Trị số quá độ của dòng điện không cân bằng này có thể rất lớn trong chế độ đóng máy biến áp không tải hoặc cắt NM ngoài Vì vậy để hãm bảo vệ so lệch máy biến áp người ta sử dụng dòng điện từ hoá của máy biến áp

Ngoài ra tuỳ theo tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ cần sử dụng biện pháp để loại trừ ảnh hưởng của dòng điện thứ tự không khi trung điểm của cuộn dây mba nối đất và có ngắn mạch chạm đất xảy ra trong hệ thống

Gần đây trong các rơle so lệch hiện đại người ta có thể thực hiện việc cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơle so lệch

Hình 3.6 trình bày sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm cho máy biến áp 3 cuộn dây HM hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hoá máy biến áp

Hình 3.5 Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong

BVSL máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng BI trung gian