Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ phần 6

Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ

CHƯƠNG 3

LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ

3.1 NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệthống càng nhanh càng tốt, nhằm ngăn chặn và hạn chế tối đa những hậu quả củasự cố Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điệnhiện đại là các rơle Khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thựchiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện, thỏamãn những yêu cầu kĩ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụthể cũng như cho toàn bộ hệ thống Những yêu cầu cơ bản đó là: tin cậy, chọnlọc, tác động nhanh, nhạy và kinh tế.

3.1.1 Tin cậy.

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng, chắc chắn Người ta phân biệt:- Độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy

ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.

- Độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vậnhành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quyđịnh.

- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối : ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đốitượng được bảo vệ còn thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ởcác phần tử lân cận.

3.1.3.Tác động nhanh.

Bảo vệ phát hiện và cách li phần tử bị sự cố càng nhanh thì càng giảm đượcthiệt hại cho hệ thống Bảo vệ được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác độngkhông vượt quá 50ms (2,5 chu kì của dòng công nghiệp).

3.1.4.Độ nhạy.

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của hệ thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, là tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lí đặt vàorơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó Tuỳ theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác nhau Các bảo vệ chính thường yêu cầuphải có hệ số độ nhạy trong khoảng từ 1,5 đến 2, các bảo vệ dự phòng từ 1,2 đến 1,5.

3.1.5 Tính kinh tế.

Đối với lưới trung, hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ lớn, yêu cầu bảo vệ không cao bằng lưới truyền tải cao áp nên cần cân nhắc về tính kinh tế sao cho thiết bị bảo vệ có thể đảm bảo được các yêu cầu về kĩ thuật với chi phí nhỏ nhất.

3.2 BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA PHA BA CUỘN DÂY.

3.2.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng.

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 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 biếnáp bao gồm:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống.- Ngắn mạch một pha trong hệ thống.- Quá tải.

- Quá bão hoà mạch từ.

Tuỳ theo công suất của máy biến áp, vị trí, vai trò của máy biến áp trong hệthống mà lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp Những loại bảo vệ thườngdùng để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máybiến áp được giới thiệu trong bảng 3.1.

B ng 3-1ảng 3-1

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm đất.

So lệch có hãm (bảo vệ chính) Khoảng cách (bảo vệ dự phòng) Quá dòng có thời gian (chính hoặcdự phòng tuỳ theo công suất máy biếnáp)

Quá dòng thứ tự không.Chạm chập các vòng dây

Hình ảnh nhiệt

3.2.2 Các bảo vệ chống ngắn mạch 1 Bảo vệ so lệch có hãm.

Dòng điện sơ cấp ở các phía của máy biến áp khác nhau về trị số (theo tỉ sốbiến giữa điện áp các phía) và về góc pha (theo tổ đấu dây: YN, YO; YN,d11…), vì vậy để cân bằng dòng điện thứ cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trongchế độ làm việc bình thường, người ta sử dụng máy biến dòng trung gian BGI cótổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỉ số biến đổi được chọnsao cho các dòng điện đưa vào so sánh trong rơ le so lệch có trị số gần bằngnhau Trong các rơ le so lệch hiện đại, người ta có thể thực hiện việc cân bằngpha và trị số của dòng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơ leso lệch.

Dòng điện từ hóa của máy biến áp sẽ tạo nên dòng điện không cân bằng chạyqua rơle Trị số quá độ của dòng điện không cân bằng này có thể rất lớn trongchế độ đóng máy biến áp không tải hoặc cắt ngắn mạch ngoài Vì vậy để hãmbảo vệ so lệch của máy biến áp người ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp.

Cuộn dây cao áp của máy biến áp nối với nguồn cấp, cuộn trung áp và hạ áp nối với phụ tải Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việcbình thường ta có:

íS1 = íS2 + íS3 Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng:

íLV = íT1 – (íT2 + íT3)Các dòng điện hãm:

íH1 = íT1 + íT2 íH2 = íT3

Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ:

íH = ( íT1 + íT2 + íT3 ).KH Trongđó KH  0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch.

Ngoài ra để ngăn chặn tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi đóng máy biến áp không tải và cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa IHM.

Để đảm bảo được tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện:

íH  íLV

2 Bảo vệ quá dòng điện có thời gian.

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường được dùng làm bảo vệ chính cho các máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình và lớn để chống các dạng ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dòng điện danh định của máy biến áp có xét đến khả năng quá tải Thời gian làm việc của bảo vệchọn theo nguyên tắc bậc thang, phối hợp với thời gian làm việc của các bảo vệ lân cận trong hệ thống.

3 Bảo vệ chống chạm đất:

Để bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao có trung điểm nốiđất của máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn.Thực chất đây là loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không có miền bảo vệđược giới hạn giữa máy biến dòng đặt ở trung tính máy biến áp và tổ máy biếndòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nốihình sao của máy biến áp.

3.2.3 Các bảo vệ chống quá tải:

Quá tải làm cho nhiệt độ của máy biến áp tăng cao quá mức cho phép, nếu

thời gian kéo dài sẽ làm giảm tuổi thọ máy biến áp Để bảo vệ chống quá tải ởmáy biến áp công suất bé dùng loại bảo vệ quá dòng điện thông thường, với máybiến áp lớn, người ta dùng nguyên lí hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chốngquá tải Bảo vệ loại này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khácnhau trong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác độngkhác nhau: cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng cách tăng tốc độ tuầnhoàn của dầu, giảm tải máy biến áp Nếu các cấp tác động này không mang lạihiệu quả, nhiệt độ máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quáthời gian quy định thì sẽ cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống.

3.2.4 Bảo vệ bằng rơle khí (Buchholz):

Những hư hỏng của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu đều làm chodầu bốc hơi và chuyển động Các máy biến áp dầu có công suất lớn hơn 5MVAđược bảo vệ bằng rơle khí có hai cấp tác động: cấp 1 báo tín hiệu, cấp 2 cắt cácmáy cắt nối với máy biến áp.

Rơle khí với 2 cấp tác động gồm hai phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinhcon có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ Trong chế độ làm việc bìnhthường, trong bình rơ le đầy dầu, tiếp diểm rơle ở trạng thái hở Khi khí bốc rayếu (chẳng hạn vì dầu nóng do quá tải), khí tập trung lên phía trên của bình rơle

đẩy phao số 1 xuống, rơle gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo Nếu khí bốc ra mạnh(chẳng hạn do ngắn mạch bên trong thùng dầu), luồng dầu vận chuyển từ thùnglên bình giãn dầu xô phao số 2 xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp Rơle khícòn có thể tác độngkhi mức dầu trong bình rơle giảm thấp do dầu bị rò rỉ hoặcthùng biến áp bị thủng.

Rơle khí có thể làm việc khá tin cậy chống lại tất cả các sự cố bên trong thùngdầu máy biến áp, tuy nhiên kinh nghiệm vận hành cũng phát hiện một số trườnghợp tác động sai do ảnh hưởng của chấn động cơ học lên máy biến áp (như độngđất, các vụ nổ gần nơi đặt máy biến áp …)

Đối với máy biến áp lớn, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải thường được đặttrong

thùng dầu riêng và người ta dùng 1 bộ rơle khí riêng để bảo vệ cho bộ điều ápdưới tải.

3.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP

I 

50BFI 

7SJ612I 

51Ns

Hình 3-3 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ( bảo vệ chính).

Bảo vệ so lệch sử dụng loại 7UT613 dùng để bảo vệ các dạng ngắn mạch pha, pha- đất trong phạm vi đặt máy biến dòng 3 phía của máy biến áp Thiết bịbao gồm cả bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF.

pha-2 Bảo vệ rơ le khí máy biến áp

Bảo vệ rơ le khí được lắp đặt trên đường ống dẫn dầu từ bình dầu phụ xuốngthùng máy biến áp Bảo vệ được sử dụng để tách tức thời máy biến áp ra khỏivận hành khi có hư hỏng bên trong máy biến áp ( phóng điện, cháy, chập vòngdây…) dẫn đến sinh ra hơi trong thùng máy biến áp.

3 Bảo vệ dự phòng máy biến áp

 Bảo vệ dự phòng phía 110 kV:- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.

- Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc.- Bảo vệ quá tải.

- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt. Bảo vệ dự phòng phía 35 kV:- Bảo vệ quá dòng có thời gian.- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.

- Bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao. Bảo vệ dự phòng phía 22 kV:

- Bảo vệ quá dòng có thời gian.- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.