Tùy theo công suất, vị trí và vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà ngƣời ta lựa chọn các phƣơng thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp. Ở đây, dựa vào “Quy định về cấu hình hệ thống bảo vệ, quy cách kỹ thuật của rơ le bảo vệ cho đƣờng dây và TBA” của EVN, Mục 2, Điều 9, ta có sơ đồ phƣơng thức bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu 220/110/35 nhƣ sau:
Bảo vệ chính 1: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87T, 49, 64, 50/51, 50/51N tín hiệu dòng điện các phía đƣợc lấy từ máy biến dòng chân sứ MBA
Bảo vệ chính 2: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87T, 49, 64, 50/51, 50/51N tín hiệu dòng điện các phía đƣợc lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào các phía MBA
Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây 220 kV: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59, 74, 50BF tín hiệu dòng điện đƣợc lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào phía 220 kV của MBA, tín hiệu điện áp đƣợc lấy từ máy biến điện áp thanh cái 220 kV
Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây 110 kV: tƣơng tự nhƣ phía 220 kV
Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây trung áp: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N, 74, 50BF tín hiệu dòng điện đƣợc lấy từ máy biến dòng chân sứ cuộn trung áp MBA
Chức năng rơle bảo vệ nhiệt độ dầu/ cuộn dây MBA (26), rơle áp lực MBA (63), rơle gas cho bình dầu chính và ngăn điều áp dƣới tải (96), rơle báo mức dầu tăng cao (71) đƣợc trang bị đồng bộ với MBA, đƣợc gửi đi cắt trực tiếp máy cắt 3 phía thông qua rơle chỉ huy cắt hoặc đƣợc gửi đi cắt đồng thời thông qua hai bộ bảo vệ chính và dự phòng của MBA
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 53
Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA
67/67N 50BF 27/59 74 96F 26Q 63 26W 71Q1 71Q2 FRD 67/67N 50BF 27/59 74 96B 46 87T 49 51 50BF 74 87T 49 64 59N 220kV 110 kV 35 kV 46 64 7SJ64 7SJ64 7SJ64 P633 7UT613 7RW60
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 54 Các chức năng đƣợc sử dụng để bảo vệ cho trạm biến áp trên sơ đồ phƣơng thức đƣợc tổng hợp trong bảng
Bảng 3.2. Các chức năng được sử dụng trong sơ đồ phương thức
STT Ký hiệu Chức năng
1 87T Bảo vệ so lệch MBA
2 87N Bảo vệ so lệch TTK (REF)
3 49 Bảo vệ chống quá tải
4 67 Bảo vệ quá dòng có hƣớng 2 cấp tác động (cắt
nhanh và có thời gian trễ)
5 67N Bảo vệ quá dòng TTK có hƣớng 2 cấp tác động (cắt nhanh và có thời gian trễ)
6 51 Bảo vệ quá dòng có thời gian trễ
7 46 Bảo vệ quá dòng TTN
8 27 Bảo vệ kém áp
9 59/59N Bảo vệ quá áp/ Bảo vệ quá áp TTK
10 50BF Bảo vệ trong trƣờng hợp máy cắt từ chối tác động
11 74 Chức năng giám sát mạch cắt
12 96B Rơle khí cho bình dầu MBA (Buchholz)
13 96F Rơle khí cho thùng dầu ngăn điều áp dƣới tải
14 26Q Bảo vệ theo nhiệt độ dầu
15 26W Bảo vệ theo nhiệt độ cuộn dây
16 63 Rơle áp lực MBA
17 71 Rơle báo mức dầu tăng cao (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
18 PRD Thiết bị xả áp lực
Với các chức năng trên, ta sẽ sử dụng các rơ le sau:
Dùng 2 bộ rơle bảo vệ so lệch có hãm là 7UT613 của SIEMENS và P663 của AREVA. Rơle 7UT613 đƣợc lấy tín hiệu từ BI ngay đầu chân sứ máy biến áp. Các chức năng bảo vệ đề xuất sử dụng: chức năng bảo vệ so lệch có hãm (87T), bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N) và bảo vệ chống quá tải nhiệt (49). Còn rơle P633 lấy tín hiệu dòng điện từ các BI phía thanh góp.
Rơle 7SJ64 là rơle đa chức năng của hãng SIEMENS với các chức năng cơ bản: 67, 67N và 50BF.
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 55 - Chức năng chống hƣ hỏng máy cắt (50BF) tác động khi có sự
cố hỏng ở máy cắt nhận đƣợc lệnh cắt.
- Chức năng bảo vệ quá dòng có hƣớng (67) và bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hƣớng (67N) là chức năng bảo vệ dự phòng đƣờng dây có hƣớng về phía đƣờng dây.
Bảo vệ chống chạm đất phía 35kV: dùng rơ le 7RW60 của SIEMENS bảo vệ tác động với thành phần 3U0, tín hiệu điện áp 3U0 do cuộn tam giác hở của biến điện áp loại 3 pha 3 trụ cung cấp. Khi có sự cố chạm đất, nếu trị số 3U0 vƣợt quá ngƣỡng Uđặt thì bảo vệ sẽ gửi tín hiệu cảnh báo có sự cố chạm đất phía 35kV.
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 56
CHƢƠNG 4
GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC RƠLE SỬ DỤNG 4.1. Rơ le bảo vệ so lệch P633
Rơ le P633
4.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle P633
Rơle số P633 do hãng Alstom chế tạo, đƣợc sử dụng để bảo vệ chính cho MBA 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 nhƣ máy phát điện, động cơ. Các chức năng khác đƣợc tích hợp trong rơle P633 làm nhiệm vụ dự phòng nhƣ bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, chống hƣ hỏng máy cắt. Bằng cách phối hợp các chức năng tích hợp trong P633 ta có thể đƣa ra phƣơng thức bảo vệ phù hợp và kinh tế cho đối tƣợng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle. Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiên đại ngày nay.
Rơle số P633 là thiết bị với chức năng chính là bảo vệ so lệch tích hợp thêm các chức năng sau đây:
Thực hiện xử lý hoàn toàn tín hiệu số từ đo lƣờng, lấy mẫu, số hoá các đại lƣợng đầu vào tƣơng 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 P633 với các mạch đo lƣờng điều khiển và nguồn điện do các cách sắp xếp đầu vào tƣơng tự của các bộ chuyển đổi, các đầu vào, đầu ra nhị phân, các bộ chuyển đổi DC/AC hoặc AC/DC.
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 57 Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle P633.
- Hệ thống bảo vệ so lệch 3 pha, bảo vệ cho đối tƣợng 3 cuộn dây. - Tự cân bằng pha và cân bằng tổ đấu dây.
- Lọc dòng điện thứ tự không cho mỗi cuộn dây, có thể không kích hoạt. - Đặc tính hãm 3 đoạn.
- Hãm bổ sung phản ứng theo thành phần sóng hài bậc hai (2f0), tuỳ chọn cho các ứng dụng, có thể không kích hoạt.
- Hãm quá từ thông phản ứng theo thành phần sóng hài bậc năm (5f0), có thể không kích hoạt.
- Tăng tính ổn định với bộ phát hiện bão hoà. - Bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế.
- Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian độc lập (3 cấp tác động, tác động theo từng pha, hệ thống đo lƣờng riêng cho từng pha, phản ứng theo thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không (TTK)).
- Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc (3 cấp tác động, tác động theo từng pha, hệ thống đo lƣờng riêng cho từng pha, phản ứng theo thành phần thứ tự nghịch và thành phần TTK).
- Bảo vệ quá tải nhiệt. - Bảo vệ tần số f< >. - Bảo vệ điện áp V< >. - Giám sát giá trị tới hạn. - Lập trình lôgíc.
Ngƣời sử dụng có thể lựa chọn hay huỷ bỏ các chức năng trên tuỳ theo yêu cầu sử dụng.
4.1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle P633
Thông số dòng điện đầu vào:
Tần số định mức fN 50Hz/60Hz/ (Có thể lựa chọn) Dòng điện định mức Inom 1A/5A/0,1A(Có thể thay đổi) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 58 Công suất tiêu thụ mỗi
đầu vào
IN = 1A Xấp xỉ 0,05VA
IN = 5A Xấp xỉ 0,3VA
IN = 0,1A Xấp xỉ 1mVA
Đầu vào độ nhạy cao ở
1A Xấp xỉ 0,05VA
Dung lƣợng quá tải dòng điện
Nhiệt
100IN trong 1s 30IN trong 10s 4IN liên tục
Xung 250IN (Nửa chu kì)
Dung lƣợng quá tải dòng điện đầu vào độ nhậy
cao
Nhiệt
300A trong 1s 100A trong 10s
15A liên tục
Xung 750A (Nửa chu kì)
Thông số điện áp đầu vào định mức:
Điện áp xoay chiều 50V (f=50/60Hz)
130V
Công suất tiêu thụ 0,3 VA < với U = 130V
Thông số đầu vào nhị phân:
Số lƣợng 5
Điện áp định mức 24 đến 250V (DC)
Dòng tiêu thụ 1,8mA
Điện áp lớn nhất cho phép 300V (DC)
Thông số đầu ra nhị phân: Khả năng đóng cắt
Đóng: 1000W/VA Cắt: 30W/VA
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 59 Cắt với tải là L/R: 250W(≤50ms)
Điện áp đóng cắt 230V (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dòng đóng cắt cho phép 30A cho 0,5s
5A không hạn chế thời gian
Đặc tính tác động
Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây, xử lí dòng thứ tự không, các đại lƣợng cần thiết cho bảo vệ so lệch đƣợc tính toán từ dòng trong các pha IA, IB và IC, bộ vi xử lí sẽ so sánh về mặt trị số theo các công thức sau: Dòng điện so lệch : Id I1 I2 I3 Dòng điện hãm : (I I I ) 2 1 IR 1 2 3
Trong đó: İ1, İ2, İ3 lần lƣợt là dòng điện chạy qua các bảo vệ BI1, BI2, BI3 đặt ở các phía cao, trung và hạ của MBA.
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 60
Đặc tính vùng tác động của bảo vệ so lệch
Đặc tính vùng tác động có 2 điểm gập. Điểm gập đầu tiên phụ thuộc vào trị số chỉnh định bảo vệ so lệch ngƣỡng thấp DIFF: Idiff > . Điểm gập thứ hai đƣợc xác định bằng hệ số chỉnh định dòng điện hãm DIFF: IR,m2.
Ta có phƣơng trình đặc tính của 3 đoạn tác động là: Phƣơng trình đặc tính cho dải: 0 ≤ IR ≤ 0,5Idiff
Id = Idiff >
Phƣơng trình đặc tính cho dải: 0,5Idiff > < IR ≤ IR,m2
Id = m1IR + Idiff >(1 - 0,5m1) Phƣơng trình đặc tính cho dải: IR,m2 < IR
Id = m2IR + Idiff >(1 - 0,5m1) + 4(m1 – m2) Trong đó:
m1: là hệ số góc của đặc tính trong dải 0,5Idiff > < IR ≤ IR,m2 m2: là hệ số góc của đặc tính trong dải IR,m2 < IR
Ngƣỡng điều chỉnh xác định DIFF: Idiff > xác định theo dòng qua MBA trong chế độ làm việc bình thƣờng nhằm tránh tác động nhầm do dòng không cân bằng sinh ra bởi sai số của thiết bị đo lƣờng.
Trên ngƣỡng điều chỉnh DIFF: Idiff >> rơle sẽ tác động không cần tính toán đến hãm hài bậc cao.
Trên ngƣỡng điều chỉnh DIFF: Idiff >>> dòng hãm và bộ phát hiện bão hoà không còn đƣợc tính đến, lúc đó rơle sẽ tác động mà không cần quan tâm đến biến hãm và bộ phát hiện bão hoà.
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 61 Khi đóng máy biến áp không tải hay cắt dòng điện ngắn mạch ngoài sẽ xuất hiện dòng điện chạy qua mạch từ MBA đƣợc gọi là dòng điện từ hoá. Dòng điện này có thể có giá trị lớn gấp nhiều lần dòng điện danh định của MBA. Trƣờng hợp xấu nhất (tƣơng ứng với dòng từ hoá lớn nhất) sẽ xảy ra khi đóng máy cắt điện vào thời điểm điện áp nguồn có giá trị tức thời qua điểm 0.
Khi quá trình quá độ chấm dứt, dòng điện từ hoá trở lại trị số xác lập chừng vài phần trăm dòng điện danh định. Vì dòng điện từ hoá chỉ chạy phía cuộn dây MBA nối với nguồn và biến áp đang ở chế độ không tải, nên dòng điện ở cuộn dây bên kia bằng không. Bảo vệ so lệch MBA trong trƣờng hợp này có thể cảm nhận việc đóng MBA không tải nhƣ khi có ngắn mạch bên trong MBA, với nguồn cung cấp từ một phía và nếu không có giải pháp ngăn chặn bảo vệ, bảo vệ có thể tác động nhầm cắt MBA.
Để phân biệt trƣờng hợp đóng MBA không tải với trƣờng hợp ngắn mạch trong MBA, ngƣời ta căn cứ vào tính chất của dòng điện từ hoá xung kích và dòng điện ngắn mạch trong MBA.
Phân tích thành phần sóng hài của hai dòng điện này ta thấy, dòng điện từ hoá xung kích có chứa một phân lƣợng rất lớn hài bậc hai (khoảng 70% so với hài cơ sở) và có thể đạt tới giá trị cực đại đến khoảng 30% trị số dòng điện sự cố. Nếu thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hoá đƣợc tách ra và đƣa vào tăng cƣờng cho dòng điện hãm của bảo vệ so lệch thì sẽ ngăn chặn đƣợc tác động nhầm khi đóng MBA không tải.
Rơle P633 đƣợc trang bị bộ lọc dòng điện so lệch và xác định đƣợc thành phần sóng hài cơ bản và thành phần sóng hài bậc hai. Khi tỉ lệ giữa sóng hài bậc hai và sóng hài cơ bản I(2f0)/I(f0) vƣợt quá một giá trị đặt trƣớc ở một trong 3 pha thì tín hiệu khoá tác động đƣợc thực hiện theo một trong 2 cách sau:
+) Khoá cả 3 pha.
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 62 Tín hiệu tác động sẽ không bị khoá nếu dòng so lệch vƣợt quá ngƣỡng Idiff >>.
Bộ phát hiện bão hoà
Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu, dòng ngắn mạch lớn làm cho BI bị bão hoà dẫn đến dòng điện không cân bằng chạy qua bảo vệ lớn, có thể cao hơn ngƣỡng tác động, làm cho bảo vệ tác động nhầm. Để loại trừ hiện tƣợng tác động nhầm này rơle số P633 đƣợc trang bị bộ phát hiện hiện tƣợng bão hoà.
Mỗi khi dòng hãm vƣợt qua giá trị không, bộ phát hiện bão hoà sẽ giám sát sự biến thiên của dòng so lệch trong một khoảng thời gian. Với sự cố trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch xuất hiện sau khi qua không cùng với dòng hãm. Trong trƣờng hợp dòng điện lớn chạy qua gây nên bão hoà BI dòng so lệch sẽ không xuất hiện cho tới khi hiện tƣợng bão hoà của BI xảy ra. Vì vậy, một tín hiệu khoá đƣợc gửi đi dựa trên độ lớn của dòng so lệch đƣợc so sánh với dòng hãm. Do đó việc tăng tính ổn định của bảo vệ đƣợc đảm bảo.
Hãm quá từ thông
Khi MBA truyền tải công suất phản kháng gây hiện tƣợng quá điện áp gây nên quá kích từ xảy ra trong MBA. Nếu quá trình này không ổn định thì bảo vệ so lệch sẽ tác động nhầm. Thực tế phân tích cho thấy khi xuất hiện quá kích từ MBA thành phần dòng điện chủ yếu là sóng hài bậc 5 (5f0). Vì vậy, rơle sẽ dựa vào hiện tƣợng này để dùng cho mục đích ổn định. Rơle P633 sẽ lọc dòng điện so lệch và xác định các thành phần sóng hài cơ bản I(f0) và hài bậc 5 I(5f0). Nếu tỉ lệ I(5f0)/I(f0) tăng vƣợt quá giá trị đặt trƣớc thì bảo vệ tác động. Nếu dòng hãm nhỏ hơn 4Iref tín hiệu cắt pha bị sự cố sẽ bị khoá một cách có chọn lọc.
NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 63 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.2. Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ64
4.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ64
Rơ le 7SJ64
SIPROTEC4 7SJ64 là loại rơ le đƣợc dùng bảo vệ và kiểm soát các lộ đƣờng dây phân phối và đƣờng dây truyền tải với mọi cấp điện áp, mạng trung tính nối đất, nối đất qua điện trở thấp, nối đất bù điện dung. Rơ le cũng phù hợp dùng cho mạch vòng kín, mạng hình tia, đƣờng dây một hoặc nhiều nguồn cung cấp. 7SJ64 là loại rơ le duy nhất của họ rơ le 7SJ6 có đặc điểm chức năng bảo vệ linh hoạt, có thể lên tới 20 chức năng bảo vệ tƣơng ứng với các yêu cầu riêng. Các chức năng dễ sử dụng, tự động hoá.
Rơle này có những chức năng điều khiển đơn giản cho máy cắt và các thiết bị tự động. Logic tích hợp lập trình đƣợc (CFC) cho phép ngƣời dùng thực hiện đƣợc tất cả các chức năng sẵn có, ví dụ nhƣ chuyển mạch tự động (khoá liên động).
4.2.2 Các chức năng của 7SJ64
Bảo vệ quá dòng có thời gian (51, 51N)