Lựa chọn máy biến dòng điện (BI)

Từ các điều kiện và các số liệu tính toán được, ta chọn BI như sau : 3.6.1 BI cho máy biến áp

- BI phía cao áp :

 UdmBIUdmluoi110(kV)

 ISddICBcao184( )A

Vậy ta chọn BI1 và BI3 là loại TΦHPД-110. - BI phía hạ áp :

 UdmBIUdmluoi22(kV)

 ISddICBha918( )A

Vậy ta chọn BI2 và BI4 là loại TBBГ-24-1. 3.6.2 BI cho đường dây

- Đường dây D1 :

 UdmBIUdmluoi22(kV)

 ISddICBD1226( )A

Vậy ta chọn BI6 và BI8 là loại BI : 250/5A. - Đường dây D2 :

 UdmBIUdmluoi22(kV)

 ISddICBD2 226( )A

Vậy ta chọn BI7 và BI11 là loại BI : 250/5A. - Đường dây D3 :  UdmBIUdmluoi22(kV)  1 dd D 139( ) CB S I A I  

Bảng 3-2: Thông số các loại BI Loại BI Số hiệu BI Uđm (kV) Dòng điện định mức Cấp chính xác Phụ tải định mức tương ứng với cấp chính xác là 0,5(Ω) Sơ cấp Thứ cấp Máy biến áp Cao áp TΦHPД-110 BI1,BI3 110 200 5 0,5 1,2 Hạ áp TBBГ-24-1 BI2,BI4 24 100 0 5 0,5 1,2 Đường dây D1 250/5A BI6,BI8 24 250 5 0,5 1,2 D2 250/5A BI7,BI11 24 250 5 0,5 1,2 D3 200/5A BI9,BI10 24 200 5 0,5 1,2

3.7Lựa chọn máy biến điện áp (BU) 3.7.1 BU cho máy biến áp

- BU phía cao áp :

 UdmBUUdmluoi110(kV)

 S2 SdmBU

Vậy ta chọn BU1 và BU3 là loại BU : HKΦ-110-57 - BU phía hạ áp :

 UdmBUUdmluoi22(kV)

 S2 SdmBU

Vậy ta chọn BU2 và BU4 là loại : CVE 3.7.2 BU cho đường dây

- Đường dây D1 :

 UdmBUUdmluoi22(kV)

 S2 SdmBU

Vậy ta chọn BU6 và BU8 là loại : CVE - Đường dây D2 :

 UdmBUUdmluoi22(kV)

 S2 SdmBU

Vậy ta chọn BU7 và BU11 là loại : CVE - Đường dây D3 :

 S2SdmBU

Vậy ta chọn BU9 và BU10 là loại : CVE

Bảng 3-4: Thông số các loại BU UđmBU (kV) Thông số BU Loại BU Uđm(kV) Công suất cực đại (VA) Cuộn sơ cấp Cuộn thứ

cấp Máy biến áp Cao áp 110 HKΦ-110-57 110 3 110 3 2000 Hạ áp 24 CVE 24 110 3 300 Đường dây D1 24 CVE 24 110 3 300 D2 24 CVE 24 110 3 300 D3 24 CVE 24 110 3 300

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 4.1Những hư hỏng, tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp

Trong truyền tải và phân phối điện năng, máy biến áp là một trong các thiết bị quan trọng nhất, mà cũng là khâu yếu nhất dễ xảy ra hư hỏng. Máy biến áp rất đa dạng có nhiều cấp điện áp khác nhau, công suất của máy cũng khác nhau và thay đổi trong khoảng từ vài kVA đến vài trăm MVA. Do vậy việc tính toán và lựa chọn phương thức bảo vệ cho từng loại Máy biến áp cần phải tính toán yếu tố kinh tế và kỹ thuật.

Muốn Máy biến áp làm việc an toàn, tin cậy, cần phải hiểu rõ 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. Từ đó đề ra phương thức bảo vệ tốt nhất, loại trừ các hư hỏng và ngăn ngừa các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của Máy biến áp.

4.1.1 Những hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp

Những hư hỏng xảy ra đối với máy biến áp và máy biến áp tự ngẫu 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 hòa mạch từ.

Tùy theo công suất máy biến áp, vị trí và vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà người 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 sau:

4.1.2 Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp

Loại hư hỏng Loại bảo vệ

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 hoặc dự phòng tùy theo công suất).

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

thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu.

Rơle khí (BUCHHOLZ)

Quá tải

Quá dòng điện. Hình ảnh nhiệt.

Quá bão hòa mạch từ Chống quá bão hòa

4.1.3 Sơ lược về nguyên lý của các bảo vệ Các loại bảo vệ cần đặt cho máy biến áp bao gồm : Các loại bảo vệ cần đặt cho máy biến áp bao gồm :

 Bảo vệ so lệch có hãm.

 Bảo vệ bằng rơ le khí.

 Bảo vệ quá dòng điện

- Bảo vệ quá dòng điện cực đại (quá dòng có thời gian). - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.

 Bảo vệ dòng thứ tự không.

 Bảo vệ chống chạm đất.

 Bảo vệ chống quá tải.

 Bảo vệ quá nhiệt cho máy biến áp. 4.1.3.1 Bảo vệ so lệch có hãm

 Nguyên tắc so lệch dòng điện

Bảo vệ so lệc dòng điện là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch giữa hai dòng điện vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động.

Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt hai tổ máy biến dòng ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng điện để so sánh (hình 4.1a). Sơ đồ nối các phần tử như hình vẽ còn được gọi là sơ đồ dòng điện tuần hoàn hay dòng điện so lệch.

Hình 4-1: Bảo vệ so lệch dòng điện

a, Sơ đồ nguyên lý.

b, Đồ thị vectơ dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng và trong chế độ bình thường.c, Khi ngắn mạch trong vùng.

Dòng điện so lệch chạy qua rơle: 1 2

SL T T R

I   I I I  I

a. Tình trạng làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (Điểm N1) Trong trường hợp lý tưởng (các biến dòng điện không có sai số) ta có:

IS1 = IS2 nên IT1 = IT2

và dòng điện đi vào rơle IR = IT1 – IT2 = 0

nên bảo vệ so lệch dòng điện không tác động (đồ thị vectơ hình 4.1b). b. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ

Trường hợp có hai nguồn cung cấp: thì IS1 khác IS2 cả về trị số và góc pha, do đó các dòng điện thứ cấp cũng khác nhau (IT1 ≠ IT2) và dòng điện vào rơle :

1 2 0

R T T

I I I 

Nếu IR IkdR bảo vệ sẽ tác động cắt các máy cắt của phần tử được bảo vệ. Trường hợp nguồn chỉ có từ một phía: (SB = 0)

1 T I IT2 RL I  Vùng bảo vệ BI1 BI2 2 N  a 1 N 1 S I 2 S I I=0  1 T I IT2 1 T I 2 T I IK=ΔI=IT1- I 1 T I 2 T I 0 180   P I  b  c

Khi đó IR = IT1, nếu IR ≥ IkdR thì bảo vệ sẽ tác động.

Cần chú ý là trong các sơ đồ bảo vệ so lệch, các cuộn dây thứ cấp của các biến dòng điện phải nối sao cho bình thường và khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng điện qua rơle IR = 0, còn khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện qua rơle IR bằng dòng điện ngắn mạch tổng IN (qua tỷ số của BI).

Trên thực tế, do sai số của máy biến dòng, đặc biệt do hiện tượng bão hòa của mạch từ, nên trong chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài, dòng điện phía thứ cấp của hai tổ máy biến dòng BI1 và BI2 sẽ khác nhau vàIRIT1IT2 IKcb.

Để ngăn ngừa bảo vệ so lệch làm việc không chọn lọc dưới ảnh hưởng của IKcb, thường dùng các biện pháp để giảm dòng điện không cân bằng như dùng biến dòng bão hòa trung gian, sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ bằng dòng điện pha hoặc các hài bậc cao (xuất hiện trong quá trình quá độ và khi mạch từ bị bão hòa).

Khi sử dụng nguyên lý so lệch dòng điện để bảo vệ máy biến áp và Máy biến áp tự ngẫu, cần chú ý đến khả năng bảo vệ so lệch có thể làm việc sai khi đóng Máy biến áp không tải.

Tùy thuộc thời điểm đóng máy cắt nối Máy biến áp không tải với nguồn điện với trị số ban đầu (xung kích) của dòng điện từ hóa Máy biến áp có thể đạt trị số lớn gấp nhiều lần trị số dòng điện định mức của Máy biến áp. Trường hợp xấu nhất (Iμ lớn nhất) sẽ xảy ra khi đóng máy cắt điện vào thời điểm điện áp nguồn có trị số tức thời qua điểm 0. Khi quá trình quá độ chấm dứt, dòng điện từ hóa (Iμ) trở lại trị số bình thường (khoảng vài phần trăm dòng điện định mức).

Do dòng điện từ hóa chỉ chạy ở cuộn dây Máy biến áp nối với nguồn khi Máy biến áp đang chạy ở chế độ không tải nên dòng điện ở cuộn dây bên kia bằng 0. Bảo vệ so lệch Máy biến áp có thể tác động nhầm (lúc này tương đương với trường hợp ngắn mạch bên trong Máy biến áp có nguồn cung cấp từ một phía).

Để phân biệt trường hợp đóng Máy biến áp không tải với trường hợp ngắn mạch bên trong Máy biến áp, người ta dựa vào tính chất của dòng từ hóa xung kích và dòng điện ngắn mạch bên trong Máy biến áp.

Khác với bảo vệ so lệch ở máy phát điện, dòng điện sơ cấp ở hai (hoặc nhiều) phía của máy biến áp thường khác nhau về trị số (theo tỷ số biến phía điện áp các phía) và về góc pha (theo tổ đấu dây: YN, Y0; YN,d11; Y,d5 v.v…).

Vì vậy để cân bằng dòng điện thứ cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình thường, người ta sử dụng máy biến dòng trung gian BIG có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỷ số biến đổi được chọn sao cho các dòng điện đưa 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 hóa 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 ngắn mạch ngoài. Vì vậy, để hãm bảo vệ so lệch của máy biến áp người ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp.

Hình 4-2: Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng máy biến dòng trung gian BIG

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

Hình 4-3: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA 3 cuộn dây HM – hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa MBA

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

Trên hình vẽ trình bày sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm dùng cho máy biến áp 3 cuộn dây.

Giả sử phía cuộn dây 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn 2 và 3 nối với phụ tải. Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình ta có:

i1 = iS2 + iS3

Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng: iLV = iT1 – (iT2 + iT3) Các dòng điện hãm:

iH1 = iT1 + iT2 iH2 = iT3

Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ: iH = (|iT1 + iT2| + |iT3|)KH, H2 BI3 BI2 BI1 I H1 iT3 iT2 i S1 i S2 LV HM iLV i HM Hài bậc 2 I i H1 iT1 i S3

trong đó: 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 hoặc khi ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc 2 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:

|iH| > |iLV|

4.1.3.2 Bảo vệ bằng rơle khí (BUCHHOLZ)

Những hư hỏng bên trong thùng dầu của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động. Các máy biến áp dầu có công suất lớn hơn 500kVA thường được bảo vệ bằng rơle khí có một cấp tác động (với máy biến áp từ 500kVA đến 5MVA) hoặc 2 cấp tác động (lớn hơn 5MVA). Rơle khí thường đặt trên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình giãn dầu của máy biến áp. Rơle với 2 cấp tác động gồm 2 phao bằng kim loại mang bầu thủy tinh con có tiếp điểm thủy ngân hoặc tiếp điểm từ. Ở chế độ làm việc bình thường trong bình rơle đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơle ở trạng thái hở. Khi khí bốc ra yếu (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 trong thùng dầu) luồng dầu vận chuyển từ thùng lên bình giãn dầu xô phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp. Rơle khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơle hạ thấp do dầu bị rò hoặc thùng biến áp bị thủng. Để rơle khí được làm việc dễ dàng người ta tạo một độ nghiêng nhất định của ống dẫn so với mặt phẳng ngang. Góc nghiêng α khoảng từ 20 đến 50 đối với rơle khí có 1 phao và từ 30 đến 70 đối với rơle có 2 phao. Cấp cảnh báo thường tác động với lượng khí tập trung phía trên của bình dầu rơle từ 100 đến 200cm3, cấp 2 tác động cắt máy biến áp khi tốc độ di chuyển của dầu qua rơle từ 70 đến 160cm/s. Để tránh ảnh hưởng rối của dầu qua rơle, chiều dài của đoạn ống từ thùng đến rơle phải lớn hơn 5 lần đường kính của nó và từ rơle đến bình giãn dầu phải lớn hơn 3 lần.

Hình 4-4: Vị trí đặt rơle khí của máy biến áp

Rơle khí có thể làm việc khá tin cậy chống tất cả các loại sự cố bên trong thùng dầu, tuy nhiên kinh nghiệm vận hành cũng phát hiện một số trường hợp tác động sai do ảnh hưởng của chấn động cơ học lên máy biến áp (chẳng hạn do động đất, do các vụ nổ gần nơi đặt máy biến áp v.v…).

Đối với máy biến áp lớn, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải thường được đặt trong thùng dầu riêng và người ta dùng một bộ rơle khí riêng để bảo vệ cho bộ điều áp dưới tải.

4.1.3.3 Bảo vệ quá dòng

Quá dòng điện là hiện tượng khi dòng điện chạy qua phần tử của hệ thống điện vượt quá trị số dòng điện tải lâu dài cho phép. Quá dòng điện có thể xảy ra khi ngắn mạch hoặc do quá tải.

Theo phương thức đảm bảo tính chọn lọc, bảo vệ quá dòng điện được chia làm hai loại: