THUYẾT TRÌNH BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Giới thiệu Sự cố cuộn dây MBA Dòng từ hóa nhảy vọt Quá nhiệt MBA Tổng quan về bảo vệ MBA Bảo vệ quá dòng MBA Bảo vệ sự cố chạm đất giới hạn Bảo vệ so lệch Ổn định của bảo vệ so lệch trong điều kiện dòng dòng từ hóa tăng vọt Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai lệch và sơ đồ bảoGiới thiệu Sự cố cuộn dây MBA Dòng từ hóa nhảy vọt Quá nhiệt MBA Tổng quan về bảo vệ MBA Bảo vệ quá dòng MBA Bảo vệ sự cố chạm đất giới hạn Bảo vệ so lệch Ổn định của bảo vệ so lệch trong điều kiện dòng dòng từ hóa tăng vọt Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai lệch và sơ đồ bảo

Trang 1

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

ĐỀ TÀITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GVHD: TS Phạm Đình Anh Khôi Sinh viên thực hiện

1 Võ Đình Thịnh

2 Hoàng Minh Triết

3 Nguyễn Tri Khánh

4 Nguyễn Hữu Khánh

Trang 2

4 Quá nhiệt MBA

5 Tổng quan về bảo vệ MBA

6 Bảo vệ quá dòng MBA

10 Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai

lệch và sơ đồ bảo vệ giới

11 Bảo vệ MBA nối đất

12 Bảo vệ MBA tự ngẫu

13 Bảo vệ quá từ thông

14 Bảo vệ nối đất vỏ MBA

Trang 3

hạn

Trang 6

1.2 Phân loại sự cố MBA

Sự cố MBA thông thường được phân

thành 6 loại

 Sự cố trong cuộn dây và phát tuyến

nối với MBA

 Sự cố trong lõi thép

 Sự cố trong thùng chứa MBA và các

phụ kiện khác của MBA

 Sự cố bộ điều áp dưới tải - On Load

Tap Changer (OLTC)

 Điều kiện vận hành không bình

thường

 Sự cố kéo dài từ bên ngoài MBA

Cuộn dây và phát tuyến Lõi thép

Thùng chứa và phụ kiện OLTC

Trang 7

hạn

Trang 8

2 SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

2.1 Cuộn dây đấu sao với điểm

trung tính nối đất qua trở

kháng

- Dòng điện sự cố chạm đất trong cuộn dây

phụ thuộc vào trở kháng nối đất và tỉ lệ với

khoảng cách từ điểm sự cố tới điểm trung

tính (vì điện áp sự cố tỉ lệ trực tiếp với

khoảng cách này)

- Dòng sự cố phía sơ cấp MBA tỉ lệ với bình

phương tỉ số vòng dây bị ngắn mạch

- Sự cố xảy ra ở 1/3 đầu cuộn dây thứ cấp

gây nên một dòng điện rất nhỏ bên phía

sơ cấp, khiến cho việc phát hiện sự cố

dựa trên dòng điện phía sơ cấp khó khăn

Trang 9

2.2 Cuộn dây đấu sao với điểm

trung tính nối đất trực tiếp

- Dòng sự cố được quyết định phần lớn

bởi điện kháng rò trong cuộn dây, vốn

thay đổi một cách phức tạp so với vị trí

sự cố

- Đối với sự cố xảy ra gần đầu trung tính

của cuộn dây, điện kháng sẽ rất nhỏ,

dẫn đến dòng điện cực kỳ lớn

- Dòng điện sự cố bên sơ phụ thuộc vào

dòng điện sự cố bên sơ cấp theo tỉ số

MBA mới

Trang 10

2.3 Cuộn dây đấu tam giác

- Không có điểm nào trên cuộn dây

đấu tam giác vận hành với thấp hơn

50% điện áp pha Vì vậy biên độ dòng

sự cố thấp hơn so với cuộn dây đấu

sao

- Trong trường hợp điện áp so với đất

trước sự cố tại điểm này bằng một

nửa điện áp pha , dòng điện sự cố

chạm đất có thể nhỏ hơn dòng định

mức nếu trở kháng nguồn hoặc trở

kháng nối đất là đáng kể Dòng điện

sẽ đi theo sự cố mỗi bên qua 2 nửa

cuộn dây, và sẽ được chia ra bởi 2

pha của hệ thống Dẫn đến dòng điện

pha thấp, làm cho việc đưa ra phương

án bảo vệ khó khăn

Trang 11

- Chạm giữa các pha trong máy

biến áp hiếm khi xảy ra

Nhưng một khi xảy ra sẽ tạo

nên một dòng điện đáng kể

Trang 12

- Trong máy biến áp điện áp thấp, việc hỏng

cách điện giữa các vòng dây khó xảy ra

- Máy biến áp lực thường phải chịu các

xung điện áp do sét lan truyền, sự cố hoặc

các thao tác đóng ngắt

Sóng đường dây, thông thường lớn hơn

vài lần so với điện áp định mức, tập trung

chủ yếu vào các vòng cuối của cuộn dây

Hiện tượng cộng hưởng ở một phần cuộn

dây tạo nên điện áp có thể cao gấp 20 lần

định mức  Gây hư hỏng cách điện giữa

các vòng dây

- Ngắn mạch ở một vài vòng dây có thể gây

ra dòng điện rất lớn ở các vòng bị ngắn

Trang 13

tạo ra dòng xoáy đủ lớn để gây ra quá

nhiệt MBA một cách trầm trọng Vì vậy

bulông để kẹp các lá thép lại với nhau

luôn luôn được cách điện để tránh sự cố

này

- Ở những phần mà cách điện giữa các lá

thép bị hư hại, nhiệt sinh ra có thể đủ để

làm hỏng các cuộn dây

- Phần tổn hao lõi thêm vào mặc dù gây ra

nhiệt nhưng không làm thay đổi đáng kể

Trang 14

không chỉ làm giảm cách điện giữa

các vòng dây mà còn làm quá nhiệt

MBA do mất chất làm mát

→ Rất nguy hiểm

Trang 15

quá tải chỉ nên áp dụng

trong một thời gian giới hạn

và hơn nữa là cho MBA

dầu

Trang 16

2.8 Điều kiện áp tác động từ bên ngoài

2.8.2 Sự cố hệ thống bên ngoài

- Ngắn mạch hệ thống sinh nhiệt trong

MBA, tổn hao đồng tăng tỉ lệ với bình

phương đơn vị tương đối của dòng ngắn

mạch

- Thời gian MBA có thể chịu đựng được

mà không bị tổn hại bởi điện kháng của

chính nó được trình bày trong bảng 15.1

- Ứng suất điện cao nhất đặt lên cuộn dây

là vào chu kỳ đầu tiên của sự cố Khá

năng tránh hư hại là một vấn đề của thiết

Trang 17

2.8 Điều kiện áp đặt từ bên ngoài

2.8.3 Quá điện áp

Quá áp do sóng điện áp quá độ

- Sóng điện áp quá độ có thể được sinh

cao xuống đất thông qua chống sét

van hoặc thiết bị cắt lọc sét

Trang 18

Quá áp do sóng điện áp quá độ

- Thiết bị cắt lọc sét có thể tản công

suất nhanh hơn, tránh tình trạng

cách li MBA

- Ở điều kiện bình thường, chống sét

van là sản phẩm cách điện Khi điện

áp điện thế đột ngột tăng cao

( thường ~ 3,5 lần), do sét cảm ứng

hay sự cố về điện, chống sét van sẽ

nhanh chóng trở thành vật dẫn điện

cao và truyền tải năng lượng điện

dư thừa này xuống đất

Trang 19

2.8.3 Quá điện áp

Quá áp tần số công nghiệp

- Quá áp tần số công nghiệp tồn tại trong thời gian dài hơn so với quá áp do sóng đường dây

- Quá áp tần số công nghiệp được gây ra bởi sự cố, thay đổi tải bất thường hoặc cộng hưởng sắt từ

- Quá áp tần số công nghiệp vừa gây ứng suất điện lớn lên cách điện, vừa

làm tăng từ thông

→ Làm tăng tổn hao lõi thép và làm tăng một các không tỉ lệ dòng từ hóa

Trang 20

2.8.4 Giảm tần số hệ thống

- Khi mang tải quá định mức, công suất của tải sẽ tạo ra moment chống

lại moment quay của động cơ sơ cấp Do đó, máy phát sẽ có khuynh

hướng bị ghì lạilàm tốc độ giảm xuống Vì thế tần số cũng sẽ giảm

theo

- Việc giảm tần số hệ thống sẽ tác động tới mật độ từ thông, tương tự

như trường hợp quá điện áp do tần số công suất bên trên

- Một MBA có thể vận hành với một mức độ quá điện áp ứng với độ tăng

tần số tương ứng nghĩa là tỉ số V/f=const Nhưng không thể hoạt động

khi tần số giảm đến mức V/f >1.1

Trang 21

hạn

Trang 22

Hình 15.5a trình bày đặc tính từ hóa của một

MBA Để giảm thiểu chi phí vật tư, khối

lượng và kích thước, MBA thông thường

được vận hành tại điểm đầu gối của đặc tính

từ hóa, chỉ một sự tăng nhỏ từ thông trong

lõi so với diểm làm việc bình thường cũng sẽ

gây ra dòng điện từ hóa rất lớn

Trang 23

Trong điều kiện làm việc bình thường, dòng từ

hóa tương ứng với từ thông vận hành khá nhỏ

Tuy nhiên, nếu một cuộn dây MBA được đóng

điện ở điện áp bằng 0, không có từ dư, từ thông

trong chu kỳ điện áp đầu tiên cao gấp 2 lần bình

thường sẽ gây ra bão hòa lõi thép

→Gây ra dòng xung kích MBA và tồn tại trong vài

chu kỳ

Trang 24

Trang 25

4 QUÁ NHIỆT MBA

- Công suất định mức của 1 MBA

phụ thuộc vào nhiệt độ mà nó phát

ra

- Nhiệt độ khoảng 95 °C được xem

là nhiệt độ hoạt động tối đa của

MBA Nếu hoạt động quá mức trên

khoảng 8°C-10°C thì tuổi thọ của

cách điện sẽ giảm một nửa

- Bảo vệ quá tải vì vậy dựa vào

nhiệt độ của cuộn dây, đo bởi thiết

bị đo bức xạ nhiệt

Trang 26

Trang 27

5 TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ MBA

- Bảng bên là các phương pháp bảo

vệ cho những loại sư cố MBA khác nhau

-Các rơle hiện đại ngày nay có thể tích hợp tất cả các tính năng bảo vệ trong chỉ một thiết bị, trái ngược với role điện cơ, thứ mà cần nhiều rơle kết nối lẫn nhau và nhiều máy biến dòng điện

Trang 28

Trang 29

• Cầu chì thường được dùng để bảo vệ cho

những máy biến áp nhỏ có định mức khoảng

1MVA

• Cầu chì phải có định mức lớn hơn dòng điện

tải cực đại Cầu chì không được đứt trong thời

gian quá tải ngắn như dòng từ hoá nhảy vọt khi

đóng MBA không tải

• Cầu chì HRC (High Rupturing Capacity) hoạt

động rất nhanh với dòng sự cố lớn nhưng lại

khá chậm với những dòng nhỏ hơn 3 lần giá trị

định mức của cầu chì

Trang 30

 Tránh được thời gian trễ của cầu chì đối với các dòng điện sự cố nhỏ.

 Các thiết bị cắt sự cố chạm đất được sử dụng thêm vào trong bộ bảo vệ quá dòng

Trang 31

hạn

Trang 34

 Do trong thực tế có sai số trong hệ thống đặc biệt là do sai số của các CT

hoặc khi xảy ra các sự cố ngắn mạch ngoài làm bảo hòa CT gây ra dòng

không cân bằng qua rơle

 Có 2 phương pháp để tránh hoạt động không mong muốn:

 Bảo vệ so lệch không có hãm

 Bảo vệ so lệch có hãm

 Bảo vệ so lệch không có hãm

Trang 35

• Tại điểm cân bằng của rơle:

• : cuộn dây hoạt động

r o

N N

Trang 38

 Hệ thống sẽ hoạt động đối với những sự cố trong vùng bảo vệ Hệ thống vẫn

ổn định đối với các sự cố ở bên ngoài vùng bảo vệ

 Bảo vệ chạm đất giới hạn được sử dụng ngay cả khi dây trung tính được nối đất trực tiếp

Trang 39

hạn

Trang 41

 Thực hiện điều chỉnh pha để dòng điện từ 2

phía sơ cấp và thứ cấp đi đến rơle là cùng pha

 Một ví dụ: nếu máy biến áp có cuộn sơ cấp và

thứ cấp được nối theo kiểu ∆/Y thì dòng điện ở

2 phía sơ cấp và thứ cấp sẽ lệch pha nhau 1

góc 30°, nếu không được điều chỉnh pha, dẫn

đễn sự sai lệch khi so sánh 2 dòng điện này và

rơle sẽ tác động nhầm

 Rơle dạng cơ điện và rơle dạng tĩnh sử dụng

biến dòng thích hợp để đảm bảo dòng phía sơ

cấp và thứ cấp là cùng pha

 Rơle dạng số và rơle kĩ thuật số thường sử

dụng biến dòng được đấu Y ở tất cả các cuộn

dây của máy biến áp và thực hiện bù pha bằng

phần mềm

Trang 42

ngoài vùng bảo vệ sử dụng bộ lọc này để đảm bảo rơle sẽ không

tác động nhầm khi xảy ra sự cố ngoài vùng bảo vệ.

 Có thể sử dụng các biến dòng đấu tam giác đối với các rơle cũ còn đối với các rơle số/ kĩ thuật số sử dụng phần mềm để lọc.

Trang 43

 Khi dòng từ sơ cấp sang thứ cấp của

biến dòng sẽ có sai số so với dòng điện

của máy biến áp Do đó rơle số/ kĩ thuật

số được sử dụng với hệ số bù tỉ số cho

mỗi biến dòng

 Nếu máy biến áp có sử dụng nấc phân

áp thì hệ số điều chỉnh phải được chọn

thích hợp với mức phân áp ở giữa, và

phải đảm bảo khi thay đổi nấc phân áp

không phải nấc giữa thì hệ thống sẽ

không hoạt động sai.

Trang 44

Trang 45

9 Ổn định bảo vệ sai lệch trong điều kiện có

dòng điện từ hóa tăng vọt

 Hiện tượng từ hóa tăng đột ngột xảy ra khi đóng điện không tải máy biến áp, bảo vệ sai lệch sẽ không phân biệt được với sự cố trong vùng bảo vệ Các phương pháp để tránh tác động nhầm:

Trang 46

 HÃM HỌA TẦN

 Dòng từ hóa tăng vọt thường hay bị hiểu

nhầm là dòng sự cố bên trong vùng bảo

vệ, nhưng nếu xét các dạng sóng dòng

điện sẽ phân biệt được

 Dạng sóng bậc 2 được lấy để phân biệt

Thành phần này có dạng không sin

 Dòng sự cố thông thường không có

thành phần sóng hài bậc 2 hay các sóng

hài bậc chẵn Vì vậy thành phần sóng hài

bậc 2 được lọc ra và được đưa vào cuộn

hãm để tránh tác động nhầm của hệ

thống khi có hiện tượng dòng điện từ hóa

nhảy vọt do đóng điện không tải

Trang 47

 INRUSH DETECTION BLOCKING- KĨ

THUẬT TÌM KHOẢNG CÁCH

 Đường đặc tính của dòng điện nhảy vọt có

một khoảng thời gian trong một chu kì có

giá trị dòng điện bằng 0

 Thời gian nhỏ nhất theo lí thuyết mà dòng

điện bằng 0 được tính là bằng ¼ chu kì

Và ta dùng bộ timer t1 được đặt bằng

1/(4f) để tìm khoảng dòng điện bằng 0 Khi

giá trị tức thời của dòng sai lệch lớn hơn

giá trị của ngưỡng cài đặt thì bộ timer t1

sẽ reset

 Vì khoảng thời gian dòng điện bằng 0 xảy

ra ở cuối chu kì, vì vậy phải làm trễ đi hoạt

động của rơle 1 khoảng thời gian t2=1/f để

kiểm tra điều kiện dòng bằng 0

Trang 48

Trang 49

10 Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai lệch

và sơ đồ bảo vệ giới hạn

 Ưu điểm của việc kết hợp thêm bộ

bảo vệ chạm đất giới hạn là tăng

khả năng bảo vệ cuộn dây, nếu

dòng hoạt động bằng 20% của

dòng định mức thì bảo vệ sai lệch

chỉ có thể bảo vệ 42% cuộn dây thì

nếu có thêm bảo vệ chạm đất giới

hạn có thể tăng đến 80% cuộn dây

Trang 50

 ỨNG DỤNG KHI MÁY BIẾN ÁP TẠO TRUNG TÍNH GIẢ ĐƯỢC

NỐI TRONG VÙNG BẢO VỆ

 Người ta thường nối máy biến áp tạo trung tính giả ở những biến áp

truyền tải có cuộn thứ cấp nối tam giác Nhưng đối với các sự cố ngoài

vùng bảo vệ thì dòng thứ tự không sẽ khép mạch qua máy biến áp nối

đất và sẽ gây ra dòng sai lệch làm tác động không mong muốn

Trang 51

 Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng ICT có tỉ số 1/0.3333 để loại bỏ dòng điện thứ tự không từ ngõ ra của biến dòng Rơle dạng số sẽ sử dụng phần mềm để loại bỏ đi thành phần này

Trang 52

 Nếu không sử dụng ICT có tỉ số

biến dòng 1/0.3333 thi người ta

dùng máy biến áp có cuộn dây

thứ ba nối tam giác hở để loại

trừ thành phần thứ tự 0

 Ngoài ra có thể kết hợp thêm

bảo vệ chạm đất giới hạn được

nối

Trang 53

hạn

Trang 54

11 Bảo vệ máy biến áp nối đất

• Máy biến áp nối đất được dùng để tạo trung tính giả cho hệ thống

mà các máy điện có cuộn nối tam giác.

• Máy biến áp nối đất được nối zig-zag nhằm khử từ thông, tránh hiện tượng cản trở dòng điện.

Trang 55

11 Bảo vệ máy biến áp nối đất

Để bảo vệ khi có sự cố bên

trong máy biến áp nối đất,

ta dùng biến dòng nối tam

giác kết hợp với Rơle quá

dòng 3 phần tử:

• Khi hoạt động bình

thường, dòng tương

đương sẽ chạy trong

mạch tam giác của biến

dòng.

• Chỉ có dòng điện đi qua

Rơle khi có sự cố, vì vậy

Rơle cần phải thiết lập

bảo vệ nhanh và nhạy.

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	23,87 MB